DE2148722C3 - Verfahren zur Wärmebehandlung einer gewalzten Schiene - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Wärmebehandlung einer gewalzten Schiene aus einem Stahl mit 0,75 bis 1,00% Kohlenstoff, 0,40 bis 1,00% Mangan, 0,10 bis 0,90% Silizium, höchstens je 0,050% Schwefel und Phosphor, Rest Eisen und herstellungsbedingten Verunreinigungen durch Abkühlen aus dem austenitischen Zustand.

Ein derartiges Verfahren soll die Herstellung von Schienen ermöglichen, die sich durch ihre hohe Widerstandsfähigkeit gegen Abnutzung und besonders durch ihre feine Perlitstruktur, die für ihre verbesserten mechanischen Eigenschaften bekannt ist, auszeichnen.

Derart behandelte Schienen werden besonders, aber nicht ausschließlich, für Gleise verwendet, die Kurven aufweisen und/oder erhöhte Achslasten tragen. Die Verwendung von im Gebrauch widerstandsfähigen ,Schienen verringert im übrigen den Verschleiß, der - bei Schienen normaler Qualität (internationale Bezeichnung UIC 860-0) durch die Erhöhung der 'Geschwindigkeit und der Lasten der Eisenbahnzüge auftritt.

Die bekannten Schienen dieser beiden Arten aus 'gekohltem Stahl werden im rohen Walzzustand ausgeliefert, nachdem sie gegebenenfalls zuvor in einem Kühlbad kontrolliert, abgekühlt wurden, um innere Fehler, die hauptsächlich auf Wasserstoff beruhen, zu vermeiden. Sie weisen im wesentlichen eine Zusammensetzung aus einer Perlit- und einer Ferritstruktur auf. Ihre Vickershärtcn liegen zwischen 215 und kp/mm².

Außer Schienenstählen mit 0,60 bis 0,75% Kohlenstoff, 0,8 bis 1,3% Mangan, bis zu 0,5% Silizium, bis ni ic 0,05% Phosphor und Schwefel (Werkstoff-Handbuch -'StHhI und Eisen« [1965] S. Q 4M bis 4M) bzw, den genannten Zusätzen und 0,5 bis 1,75 % Chrom (DT-AS 12 39 110) int auch ein Schicncnstahl bekannt (US-PS 28 30 897). der neben Eisen 0,67 bis 0,H5% Kohlenstoff, 0,7 bis 1.0% Mangan, 0,55 bis 0,65¹J₁₁ Silizium, bis zu 0,04 % Phosphor und bis zu 0,07 % Schwefel enthalt,

Es wurden schon zahlreiche Versuche unternommen, um die mechanischen Eigenschaften und die Widerstandsfähigkeit der Schienen gegen Abnutzung zu verbessern, Es sind die unten angeführten Verfahren bekannt, die zumindest oberflächlich die Vickcrshärte über 275 kp/mm² hinaus erhöhen:

1. Die aus gekohltem Stahl gewalzte Schiene wird einer martensitischen Oberflachenhärtung mit Wasser lediglich im Bereich des Schienenkopfes unterworfen und durch den Temperaturausgleich mit dem Rest der Schiene vergütet. Das dadurch erhaltene Produkt weist eine verbesserte Widerstandsfähigkeit gegen die Abnutzung auf, ist aber gegen andere Fehler, wie Abblättern, sehr empfindlich.

2. Die gewalzte Schiene wird durch ganzes Versenken einer Härtung in öl unterworfen und zuletzt in einem Ofen vergütet. Dieses Verfahren gewährleistet eine einheitliche Struktur der martensitischen Vergütung, wobei die Widerstandsfähigkeit der Schiene gegen den Verschleiß verbessert wird und ihr Zustand gegenüber dem Abblättern vertretbar ist. Es ist aber auf jeden Fall teuer und erfordert bedeutende Aufwendungen. Im übrigen sind auch die Strukturen der martensitischen Vergütung gegenüber den feinen Perlitstrukturen bei gleicher Härte als weniger widerstandsfähig gegen den Verschleiß bekannt.

3. Die gewalzte Schiene wird in einem Luftgebläse teilweise gehärtet, wobei diese Härtung auf den Schienenkopf beschränkt ist. Diese Behandlung verleiht dem Metall eine feine Perlitoberflächenstruktur. Es ist gegen den Verschleiß und das Abblättern sehr widerstandsfähig. Auf der Oberfläche des Schienenkopfes liegt die Vickershärte in der Größenordnung vor· 350 kp/mm^z, in seinem Innern zwischen 270 und 280 kp/mm². Der Schienensteg und der Schienenfuß werden nicht behandelt. Im Schienenkopf treten daher erhöhte Restspannungen auf, die als Folge der Wärmebehandlung eine bedeutsame Biegung der gesamten Schiene hervorrufen. Diese muß also zuvor im entgegengesetzten Sinn gebogen werden, um schließlich gerade herauszukommen. Dies ist aber ein bedeutender Nachteil.

4. Die Schiene wird ganz in einem flüssigen oder gasförmigen Kühlbad gehärtet, das auf konstanter Temperatur gehalten wird. So weit wie möglich erfolgt die gesamte Härtung isotherm zu einer homogenen, feinen Perlit- oder vorzugsweise Bainitstruktur. Um das gewünschte Ergebnis zu erzielen, kann das Verfahren nur auf sehr dünne Gegenstände angewendet werden, da ja die anfängliche Abkühlgeschwindigkeit plötzlich sehr erhöht und gleichmäßig gehalten werden muß. In der Praxis hat die Schiene in ihren drei Teilen (Schienenkopf, Schienensteg und Schienenfuß) Bereiche verschiedener Dicke. Dieses Verfahren kann daher nur näherungsweise verwirklicht werden. Überdies ist es schwierig, eine bestimmte Endstruktur zu erhalten, was besonders dann gilt, wenn ein gekohlter oder schwach legierter Stahl behandelt wird.

5. Die Schiene wird ringsum in einem ölbad abgekühit und bei Bedarf vorher einer Abkühlung nur

2i 48 722

des Schiencnkopfcs mil einem Wiissci-Liift-CjiMiiiseh aus Sprühdüsen unterworfen (DT-OS 15 SHOOK), fliese VorkUhliing des Schienen kopfes (jrmöglicht es. die Temperatur der Schiene vor dem Eintritt in diib Hauplküblbad etwas zu senken, und verbessert die Märtuiigsbedingungcn, Nifüileilig sind hierbei der erhöhte Aufwand, der sich durch die Uehandlung in zwei getrennten Verfahrensschritten mit verschiedenen Vorrichtungen ergibt, und die marlensitisclie Oberflächenhärtung.

Eine Abkühlung von Schienen in mehreren Stufen durch verschiedene Abschrcckmcdicn ist auch aus der DT-AS 11 39 480 bekannt,

Schließlich ist ein Verfahren zur ObcrfHichenvcrgütung von Normalschicncn aus Stahl mit 0,4 bis 0,5 "/ο Kohlenstoff durch induktive Mittclfrccjucnz-Erwärmung bekannt (»Deutsche Etsenbahntcchnik« Jahrgang 7, 1/1959, Seiten 37—43), nach dem der Schicncnkopfbcreich in den auslcnitischen Zustand erhitzt und mittels einer Mischung aus Druckluft und Sprühwasser mit einer Abkühlungsgeschwindigkcit von 200 bis 250° C/s abgekühlt wird, so daß die Schiene einen gehärteten Oberflächenbercich, eine Übergangsgefügezone und einen unbebandclten Kern enthält.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren der eingangs genannten Art so auszubilden, daß man in möglichst einfacher Weise Schienen mit verbesserten mechanischen Eigenschaften und verbesserter Widerstandsfähigkeit gegen Abnutzung bei möglichst homogenem Gefüge erhält.
* Diese Aufgabe wird erfindungsgcmäß dadurch gelöst, daß die Schiene von oberhalb des Ac₃-Punktes gleichzeitig an allen Punkten ihrer Kontur durch 'ausgerichtete Strahlen aus einer Mischung von Druckluft und Sprühwasser kontinuierlich und fortschreitend so abgekühlt wird, daß das austcnitisclic Gefüge in ein homogenes feinperlitisches Gefüge mit einer Vickershärte von mindestens 330 kp/mm² überführt wird.

Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß allein durch ein allseitiges Besprühen der Schiene mit einer Druckluft-Sprühwasser-Mischung und die dadurch erzielte kontinuierliche und fortschreitende Abkühlung von oberhalb des Ac₃-Punktes ein homogenes feinperlitisches Gefüge mit einer Vickershärte von mindestens 330 kp/mm² im gesamten Schienenquerschnitt erhältlich ist, wenn die Zusammensetzung des Stahls in den genannten Grenzen gewählt wird. Dies beruht auf einem derartigen Umwandlungsverhaltcn eines solchen Stahls, daß durch die unterschiedlichen Massen von Schienenkopf, -fuß und -Lteg beim allseitigen Besprühen keine unterschiedlichen Gefügczustände auftreten, d. h., daß der Stahl einen flach verlaufenden Teil der Jominy-Kurve aufweist.

Das erfindungsgemäße Verfahren gewährleistet eine Schiene mit hohem Widerstand gegen den Verschleiß. Die so behandelte Schiene muß zum Schluß nur noch mit sehr geringem Aufwand ausgerichtet werden.

In Weiterbildung der Erfindung kann man das nachträgliche Ausrichten der Schiene auch dadurch überflüssig machen, daß zur Vermeidung einer leichten Krümmung der Schiene die Abkühlung nach der Bildung des feinperlitischcn Gcfüges durch Ansprühen mit Strahlen unterschiedlicher Intensität aus Druckluft, der Wasser zugcsnischt sein kann, gesteuert wird.

Gegenstand der Erfindung ist weiter diι Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens, gegebenenfalls einschließlich der genannten Weiterbildung, auf eine gcwiilztc Schiene »us einem Stahl, der zusiltzlieh 0,01 bis 1,00",, Chrom eiuhlllt, mit der Maßgabe, daß die Schiene von einer Temperatur oberhalb von 750 C mit einer mittleren AbkllhlungsgeschwindiBkeii /.wi»

fi sehen IO und 20grd/s auf eine Temperatur von höchstens 550' C abgekühlt wird.

Die Erfindung wird an Wand der in der Zeichnung veranschaulichten Ausführiingsbeispielc näher erläutert: darin zeigt

)" Fig. 1 das erfindungsgemäße Verfahren zur Abkühlung der Schiene in schcmalischßr Ansicht,

F ί g. 2 und 3 Wärtungskurvcn, die die Fähigkeit verschiedener Stahlgüsse erläutern, den gesuchten Zustand durch das cifindungsgcmäßc Verfahren zu

»5 erreichen (Jominy-Kurvcn),

F ί g. 4 und 5 Umwandlungsdiagramme derselben Stahlgüsse bei fortschreitender Abkühlung,

F ί g. 6 und 7 die Verteilung der Vickcrshärte auf je einer Schiene, die nach der Lehre der Erfindung behandelt wurde,

F i g. 8 einen Schnitt durch eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelte Schiene, in den die Bereiche der Entnahme von acht Probekörpern eingezeichnet sind,

«5 F i g. 9 eine schematischc Ansicht, entsprechend der Fig. 1, die eine Schiene zeigt, welche einer zusätzlichen Abkühlbehandlung untciworfcn wird.

Das in der F i g. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel einer Schiene R, welche durch Walzen hergestellt wurde und einen Schiencnkopf I, einen Schicncnstcg 2 und einen Schienenfuß 3 umfaßt ,soll einer Behandlung unterworfen werden. Die Schiene besteht aus hochgekohltem Stahl mit mäßigem Mangangehalt.
Das Ziel des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dieser Schiene diiiik der fortschreitenden Abkühlung der warmen Schiene und des austenitischcn Zustandes eine homogene und feine Perlitstruktur zu geben. Mit Hilfe des Luftstroms, wie in der Figur dargestellt, dem fein versprühtes Wasser

4" beigegeben ist, wird eine passende Abkühlungsgcschwindigkeit erreicht (F ί g. 4 und 5). Diese kontinuierliche Abkühlung steht im Gegensatz zur isothermen Wärmebehandlung, die darin besteht, daß der Gegenstand plötzlich auf eine gegebene Temperatur abgekühlt und auf dieser Temperatur so lange gehalten wird, bis sich die Umwandlung vollzogen hat. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß der Gegenstand in einen Ofen oder in ein strömendes flüssiges oder gasförmiges Medium oder in ein Kühlbad gelegt wird.

Der Stahl wird daher zunächst durch Erhöhung der Temperatur über den Umwandlungspunkt Ac₃ (F ί g. 4 und 5) austcnitisicrt gemacht. Dies kann durch indukf¹ c Heizung mit niederer Frequenz 'um das Innere zu erwärmen) oder durch Heizung mit einer Flamme oder auf andere Weise geschehen.
Insbesondere ist es auch möglich:

die am Ende der Walzwcrksanlage erhöhte Temperatur der Schiene auszunutzen, um die erfindungsgemäße Abkühlbeliandlung unmittelbar aus der Walzhitze vorzunehmen, oder
die gewalzte Schiene sich abkühlen zu lassen, um sie nach einer beliebigen Lagerungszeit auf die austenitische Temperatur zu erhitzen.

Die Schiene R durchquert, wie auch immer der austenitische Prozeß durchgeführt wurde, die Abkühlvorrichiung auf Stützrollen 4 und Lenkrolle.". S. Die

in der F i g. 1 schematiscli dargestellte Abkühlvorrichtung weist Sprühlcistcn 6 auf, die mit nicht dargestellten auf die Schienen gerichtete Spritzdüsen versehen sind. Jede einzelne Spritzdüse kann in ihrer Lage, ihrer Orientierung und in der Ausströmungsmenge von Luft und Wasser eingestellt werden. Die Sprühleisten 6, deren Anzahl beispielsweise neun beträgt, sind symmetrisch zur Symmctricebcnc X-X der Schiene um die Schiene R angeordnet und senden Strahlen 7, Ta aus feuchter Luft auf alle Seiten des Schicnenkopfcs 1, Strahlen 8, 8« auf die beiden Seiten des Schienenstegs 2 und die Oberseite des Schienenfußes 3 und Strahlen 9 auf die Unterseite des Schienenfußes 3.

Die Schiene R durchquert die Abkühlvorrichtung >5 mit einer so bemessenen Geschwindigkeit, dall die Temperatur praktisch ohne Unstetigkeit kontinuierlich bis auf etwa 550' C gesenkt wird, d. h., daß die Umwandlung vom austenitischen Zustand in die feine Perlitstruktur ganz vollendet ist.

Die oben beschriebene Vorrichtung fügt der Schiene praktisch keine Deformation zu, wenn sie gerade in sie eintritt und wenn die Temperaturverteilung in der Schiene beim Eintritt homogen ist.

Die nach der Erfindung behandelte Schiene weist ²S mit anderen Worten keine merkliche Restspannungen auf. Dies ist ein bedeutender Vorteil dieses Verfahrens. Ein anderer Vorteil besteht darin, daß die Vorrichtung mit den Spritzdüsen in der Orientierung und der Ausflußmenge einzeln eingestellt werden kann. Dadurch kann lokal die Abkühlgcschwincligkcit an das beliebige Profil einer Schiene R angepaßt werden, die selbst unsymmetrisch sein darf, was bei einer Härtung in einem Kühlbad nicht möglich ist.

Die Schiene R aus gekohltem oder schwach legiertem Stahl weist vorzugsweise außer L^:.iscn die folgende Zusammensetzung auf (Gewichtsprozente):

Kohlenstoff 0,75 bis 1.00

Mangan 0.40 bis 1.00

Silizium 0.10 bis 0.90

Schwefel und Phosphor jedes unter 0.050

Chrom 0.01 bis 1,00

Die besondere Uignung dieses Stahls für eine feine Perlitstruktur und für verbesserte und homogene mechanische Eigenschaften tritt wie folgt umrissen hervor;

a) durch die Jominy-Ilürtuiigskurvcn entsprechend der französischen Norm A 04-303 für verschiedene Stahlgüsse (vgl. F i g. 2 und 3),

b) durch die Umwandlungsdiagramme bei fortschreitender Abkühlung, nachdem die austcnilischc Temperatur von 875°C erreicht wurde, für dieselben Stahlgüsse (vgl. Γ i g. 4 und 5).

Diese Stahlgüsse wurden versuchsweise einer Jominy-Härtung unterworfen. Bekanntlich besteht dieser Versuch darin, einen Probekörper genormter Form, der zuvor austcnitisicrt wurde, mit seiner einen Seite einer Berieselung durch Wasser auszusetzen, unter Bedingungen, wie sie in der französischen Norm AFNOR 04-303 festgelegt sind. Der Abstand d in mm, der auf den Abszissen aufgetragen ist, ist derjenige des Meilpunktes von der berieselten Seite. Auf den Ordinatcn sind die Härten HRC aufgetragen.

Dem Stahlguß A entspricht die Jominy-Kurve der

F i g. 2.
Dem Stahlguß B entspricht die Jominy-Kurve der

F i g. 3.

Die Jominy-Kurven dei F i g. 2 und 3 zeigen, von der gehärteten Seite des Probekörpers aus:

Ikispiclsweisc sollen zwei Stahlgüsse A und Ii die ^fio folgenden Zusammensetzungen haben (Gewichtsprozente):

0.77
0.95

Mn 0.7K 0.75	Si	S	1·	Cr
0.14 0.24	0.021 0.013	0.040 0.008	0.0."!O 0.050

a) einen schmalen martensitischcn Bereich einer Rockwellhärte zwischen 58 und 6(.

b) einen sehr schmalen Bereich mit gemischter Struktur von martcnsitischcm und pcrlitischem Zustand, in dem die Härte plötzlich auf 38 bis 42 HRC abfällt.

c) einen ausgedehnten Bereich von perlitischcm Zustand, in dem die Härte einen Pseudoabsatz auf dem Niveau von 38 bis 41 HRC für den Gußkörper A (F i g. 2) und auf dem Niveau vkn40bis48 HRC für den Gußkörper B(F ig. 3) darstellt.

Der ausgedehnte perlitischc Bereich in beiden Proben zeigt, daß dieses Gefüge in einem weiten Bereich von Abkühlungsgcschwindigkeitcn bzw. Wandstärken auftritt.

Ebenso beweisen die L in Wandlungsdiagramme bei kontinuierlicher Abkühlung nach Austcnitisierung bei 900 (Fig. 4) und 880 C (Fig. 5), daß die Abkühlungsgcschwindigkeit zur Erzeugung eines perlitischcn Bereiches in weiten Grenzen variiert werden kann und die Quasiabwesenheit eines bainitisch.cn Bereiches. In den F i g. 4 und 5 ist auf den Abszissen die Zeit in Sekunden und auf den Ordinaten die Temperatur 7" in C aufgetragen. Weiterhin bezeichnen:

A den Austcnit,

P den Perlit.

F den Ferrit (F i g. 4) und Fc_:, C den Zcmcntit (F i g. 5).

In ausgezogenen Linien sind die für das erfindungspcmäßc Verfahren charakteristischen Abkühlungskurvcn dargestellt; C, für eine mittlere Abkühlungsgcschwindigkcit von 10 grd/s und C₂ für eine Abkühlungsgeschwindigkcil von 20 grd/s. Die Kurven C, und C₁ sind für schnelle Abkühlungen durch feuchte Luftstrahlcn unter den in der F i g. 1 dargestellten Bedingungen charakteristisch.

Auf den Seilen der für zwei Abkühlungsgcschwindigkeiicn charakteristischen Kurven C₁ und C₂ sind gestrichelte Linien gezeichnet: auf der rechten Seite stellen die Kurven C" eine langsamere und auf der linken Seile slcllt eine Kurve C" eine schnellere Abkühlung dar. Dazu quer verlaufende und strichpunktierte Linien /), und D₂ verdeutlichen die Temperaturen des Beginns und des Endes der Umwandlungen. Oberhalb der Kurve /J₁ ist die Struktur des Strahls ganz iiuslenitisch. Zwischen den Kurven D_s und D₂

•>A ·„-.

lindct die Umwandlung stall. Unterhalb der Kurve I)₂ ist die Struktur nach der Lehre der Erfindung für die beiden Stahlgüsse A (Fig. 4) und B (F i g. 5) im wesentlichen pcrlitisch. Mil den beiden für die Erfindung charakteristischen Abkühlungskurvcn C, und C₂ wird eine hundertprozentige perlilischc Struktur für die beiden Stahlgüsse Λ (F i g. 4) und B (Fig. 5) erhalten.

Bei der Behandlung einer gewalzten Schiene Ii mit einem Gewicht von 50 kg/m oder mit 60 kg/ir mit Abkühlungsgcschwiiidigkcitcn, die zwischen den 'Abkühlungskurvcn C, und C₂ der F i g. 4 und 5 ■liegen, werden über den Querschnitt der Schiene R folgende Vickershärten erreicht:

330 bis 360 HV„, für den Stahlguß A.
380 bis 410 MV_:)(, für den Stahlguß Ii.

Es ist darauf hinzuweisen, daß selbst im Fall des hochgekohltcn Stahlgußcs Strukturen aus sehr feinem Perlit und frei von Brüchigkeit erhalten werden, wenn die Abkühlungsgcschwindigkcilen /wischen den Kurven C, und C₂ liegen. Wie die strichpunktierten Kurven/J₂ in den F i g. 4 und 5 zeigen, sind die Umwandlungen in die perlilischc Struktur für beide Stahlgüsse bei einer Temperatur oberhalb von etwa 550 C abgeschlossen.

Aus diesen Figuren kann leicht abgeleitet werden, daß die Abkühlungsgcschwindigkciten /wischen 10 und 20 C pro Sekunde liegen, wenn die Temperatur 3" in Beziehung zur Zeil / gebracht wird.

Die folgenden Beispiele erläutern den Unterschied zwischen der Erfindung (Beispiele 1 und 2) und dem Stand der Technik (Beispiele A bis F.).

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Weitere Ausführungsbcispielc der Erfindung
Beispiel I

Dieses Beispiel bezieht sich auf eine Eisenbahnschiene. Das Gewicht beträgt 60 kgin. Die Schiene 4< > wurde aus einem Block gewal/.l. dessen Analyse folgende Gewichtsprozente ergibt:

C 0.816",,

Mn 0.707",,

Si 0,264";,

S 0.026",,

P 0.035"/,

Diese Schiene wurde nach der Lehre der Erfindung unter folgenden Bedingungen behandelt: 5"

Einfülmmgsgcschwindigkcit in die AbI ühlvorrichtung: 0,72: m/Minute,

gesamter Ausstoß von Luft unter einem Druck von 3,5 bar: 125 m³/Stundc,

gesamter Ausstoß an Wasser: 1.2 nr'/Stundc.

Schicncnlcmpcrulur am Ausgang der Abkühlvorrichtung: 300'¹C.

•/weite Abkühlung: keine.

Es wurden festgestellt:

Schienenfuß 3 und zwischen der Oberfläche und dem Innern der Schiene ändern. Sie bewegen sich zwischen 350 und 400.

Die mechanischen Eigenschaften an den Probestellcn I bis VIII (s. F i g. 8) sind in der Tabelle I. weiter unten angegeben.

Beispiel 2

Eine Schiene von dem im Beispiel 1 angegebenen Typ und vom selben Stahlguß wird erfindungsgemäß unter folgenden Bedingungen behandelt:

Einführgcschwindigkcir. 0,96 m/Minute,

gesamter Ausstoß von verdichteter Luft:

l20m³/Stunde.

gesamter Ausstoß an Wasser: 0,89 m³/Stundc.

Schienentemperatur am Ausgang der Abkühlvorriclilung: 400' C,

zweite Abkühlung: keine.

Es wurden festgestellt:

Keine Deformationen in beiden Richtungen, weder in seitlicher Richtung, noch in der Verbmdungsrichtung zwischen Schienenkopf und Schienenfuß.

Die Vickershärten bewegen sich zwischen 340 und 390. Sie sind in der F i g. 7 dargestellt. Sie weichen /wischen dem Schienenkopf und dem Schienenfuß und zwischen den Obcrflächcnz.onen und dem Innern der Schiene kaum voneinander ab. Die Struktur ist also homogen.

Die mechanischen Eigenschaften an den Probeslcllen 1 bis VIII (siehe F i g. 8) sind in der Tabelle I weiter unten angegeben.

Ein Versuch zur Biegung durch Erschütterungen unter denselben Bedingungen wie im Beispiel 1 hat keine Rißbildungcn hervorgerufen.

Tabelle I

Heispiel

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Keine Deformationen in seitlicher Richtung und in der VcrbindungsrichUing zwischen Schicneiikopf und Schienenfuß.

Die Vickershärten HV_n,, sind in der Fig. 6 für zahlreiche Mcßpunklc dargestellt. Es ist eine Homogenität der Härten festzustellen, die sich mir wenig /.wischen dem Schiencnkopf 1 und dem

Nummer	a 0,2	«II	Λ,
der
IVobc-	(diiN/mm1)	(daN/mm*)	(%)
sieüc	101,3	144,9	12
I	100,2	140,8	10,8
Il	98	142,1	9,6
III	103,4	145,8	10
IV	92	140.8	8,6
V	91,9	131	8,8
Vl	92,3	138,3	11,8
VII	85,1	130	12,4
VIII	94,8	137.3	11
I	79	124.4	9,6
Il	94,8	135,8	10,8
III	92,7	135,8	10,0
IV	84,8	130,0	9,6
V	85,3	127,0	11,8
Vl	75,0	120,1	8,8
VII	81,2	125,2	98
VIII

Ein Versuch mit einer Stoßbeanspruchung entsprechend der französischen Norm UlC 860-6 (ein Fallklolz von 1000 kg fällt aus neun Meter Höhe herunter und schlägt in der Mitte eines Abschnitts

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auf, der auf zwei, einen Meter voneinander entfernten Stützen ruht) ergab keine Rißbildung.

Die Tabelle I zeigt an den beiden Beispielen, daß es nach der Lehre der Erfindung möglich ist. Schienen mit den folgenden Eigenschaften ohne Schwierigkeiten herzustellen:

Die tr_O/2-Grenze bei einer Streckung von 0,2 "-„ liegt bei 75 daN/mni² und darüber.

Die Zugfestigkeit betragt zumindest 115daN/mm².

Die Bruchdehnung Λ₅ beträgt zumindest 8%.

Die verbesserten mechanischen Eigenschaften gewährleisten ein gutes Verhallen der Schiene gegen ;den Verschleiß und gegen Ermüdung an. Dies bedeutet eine zusätzliche Sicherheit gegen Fehler, die im Gebrauch auftreten, wie Bruch des Schienenfußes durch wechselnde Durchbiegung, ovale Rostflecken, Abschuppung usw.

S Beispiele

aus dem Stand der Technik

Für die Beispiele A und B wurden Schienen der

gewöhnlichen Qualität und für die Beispiele C, D

ίο und E der gegen den Verschleiß widerstandsfähigen Qualität entsprechend der internationalen Bezeichnung UlC 860-0 ausgewählt.

In der Tabelle Il ist unten die chemische Analyse des Stahls dieser Schienen und zum Vergleich, die der is Beispiele 1 und 2 der Erfindung angegeben.

Tabelle Il Chemische Analyse des Schienenstahls

Qualität und Verarbeitung

Normale Qualität:

: Thomasstahl

Martinstahl

Gegen den Verschleiß widerstandsfähige Qualität

Erfindung (zum Vergleich)

Beispiele

A B

C D

1 und 2

0,6ί) 0,75 0,50 0,70 0,45 0,60

Mn

0,70
1,20
0,80
1,20

0,80
1,30
1,30
1,70
1,70
2,10

0,707

Si höchst.

0,35
0,35

0,50
0,50
0,30

0.264

höchst.

0,08
0,06

0,05
0,05
0,03

0,026

S höchstens

0,06
0,06

0,05
0,05
0,03

0.035

Die mechanischen Eigenschaften dieser bekannten Schienen der Beispiele A bis E sind für den warmgewalzten Zustand in der Tabelle III zusammen mit den Beispielen 1 und 2 der Erfindung angegeben.

Tabelle Hf
Mechanische Eigenschaften der Schienen

Beispiele	HV30	<τθ,2 (daN/mms)	"n (daN/mm2)	minde
A, B				stens 14
(nor				minde
male				stens
Quali				8 bis 10
tät)..	215 bis 275	40 bis 45	70 bis 85
C, D, E'	>275	50 bis 55	minde
			stens 90
Erfin				8,6 bis 12,4
dung				8,8 bis I1,8
(zum
Ver
gleich)
I ...	350 bis 400	85 bis 103	130 bis 145
2 ...	340 bis 390	75 bis 94,8	120 bis 137

Ein Vergleich der bekannten Schienen mit den crfindungsgemäßen Schienen ergibt:

Die Zugfestigkeit wurde von 90 auf 130 bis 145daN/rnrn³, d.h., um mindestens 40% erhöht, und zwar bei einer Dehnung von etwa 8%.

Die ir„_₂-Grenze ist von etwa' 55 daN/mm² auf etwa 80 daN/mm², d.h., um mehr als 50% angewachsen.

Sollte die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelte Schiene R eine kleine Deformation aufweisen, die so entstanden sein kann, daß sie bereits ursprünglich vorhanden oder daß die Heiztemperatur überhaupt nicht homogen war, so ist es möglich, diese kleine Deformation dadurch zu korrigieren, daß die Schiene R eine zweite Abkühlvorrichtung, wie in der

Fig. 9 dargestellt, durchläuft. Diese Vorrichtung ist einfacher als die in Fig. I dargestellte. Sie besteht beispielsweise aus vier Sprühleistcn 6, die mit einstellbaren Spritzdüsen verschen sind, welche Druckluft, der eventuell Wasser beigegeben ist, entsprechend dem

Strahl 7 auf die Oberseite des Schicncnkopfcs 1, dem Strahl 8Λ auf die Seiten des Schicnenkopfes 1 und des Schienenstegs 2 und auf die Oberseite des Schienenfußes 3 und entsprechend dem Strahl 9 aut die Unterseite des Schienenfußes 3 einströmen lassen. Diese

zweite Abkühlvorrichtung hat keine metallurgische Bedeutung. Sie kann jedoch ein mechanisches Ausrichten der Schienen einschränken oder vermeidbar machen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Wärmebehandlung einer gewalzten Schiene um einem Stahl mit 0,75 bis 1,00'},, Kohlenstoff, 0,40 bis 1,00?;, Mangan, 0,10 bis

,0,90% Silizium, höchstens je 0,050% Schwefel und Phosphor, Rest Eisen und herstcllungsbedingten Verunreinigungen durch Abkühlen aus dem austcnitischen Zustand, dad ure Ir gekennzeichnet, daß die Schiene von oberhalb des *° Ac_a-Punktes gleichzeitig an allen Punkten ihrer Kontur durch ausgerichtete Strahlen aus einer Mischung von Druckluft und Sprühwasser kontinuierlich und fortschreitend so abgekühlt wird, daß das austenitische Gefüge in ein homogenes feinperlitischcs Gefüge mit einer Vjckershärte von mindestens 330 kp/mm⁸ überführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung einer leichten Krümmung der Schiene die Abkühlung nach der z° Bildung des feinperlitischen Gcfüges durch Ansprühen mit Strahlen unterschiedlicher Intensität aus Druckluft, der Wasser zugemiscnt sein kann, gesteuert wird.

3. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 «5 oder 2 auf eine gewalzte Schiene aus einem Stahl, der zusätzlich 0,01 bis 1,00% Chrom enthält, mit der Maßgabe, daß die Schiene von einer Temperatur oberhalb von 750°C mit einer mittleren Abkühlungsgeschwindigkeit zwischen 10 und 3" 20 grd/s auf eine Temperatur von höchstens 550 C abgekühlt wird.