DE2425187B2 - Verwendung eines stahles mit einem niedrigen kohlenstoffgehalt als werkstoff fuer schienenraeder - Google Patents
Verwendung eines stahles mit einem niedrigen kohlenstoffgehalt als werkstoff fuer schienenraederInfo
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-
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-
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Description
3. Verwendung von Stahl nach. Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das gesamte Schienenrad
als Vollrad aus dem genannten Werkstoff besteht.
4. Verwendung von Stahl nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der
Stahl ein Zwischenstufengefüge oder ein Gefüge von zähem Martensit aufweist.
Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung j5
eines Stahls mit einem niedrigen Kohlenstoffgehalt als Werkstoff für Schienenräder. Vollräder bzw. Radreifen
werden vorwiegend aus unlegierten Kohlenstoffstählen hergestellt. Ein derartiger Stahl ist z. B. in der
GB-PS 4 91 922 mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,55 bis 0,65% und geringen Gehalten an Silizium, Mangan,
Chrom und Molybdän beschrieben. Dieses vorbekannte Schienenrad muß einer Wärmebehandlung
unterworfen werden.
Die dem Stand der Technik entsprechenden üblichen Schienenräder aus unlegierten Kohlenstoffstählen werden
im naturharten, normalisierten vergüteten und laufkranzvergüteten Zustand eingesetzt. Das Gefüge
besteht aus mehr oder weniger feinstreifigem Perlit. Gefüge und chemische Zusammensetzung bedingen
eine nur geringe Zähigkeit.
Ein Problem bei den vorbekannten Schienenrädern aus Stählen mit hohen Kohlenstoffgehalten ist das
Auftreten von Schleifmartensit durch Klotzbremsen oder Schleudern und Rutschen. Aufgrund der hohen
Kohlenstoffgehalte ergeben sich hohe Martensithärten, die eine akute Rißgefahr bedeuten. Über dieses Problem
wird z. B. in der Zeitschrift »Glasers Annalen«, April 1974, S. 93 bis 100 berichtet. Dort werden die
Stähle BVl und BV2 erwähnt, die bekanntlich einen bo
Kohlenstoffgehalt von 0,5-0,65 % und geringe Mengen an Silizium und Mangan enthalten. Es wird angeregt,
der Laufkranzvergütung besondere Aufmerksamkeit zu widmen.
Außerdem ist es bekannt, die Zähigkeit der Schienenräder durch Einsatz legierter Stähle zu erhöhen, wobei
diese Stähle durch eine Wärmebehandlung, bestehend aus Härten und Anlassen, ein Vergütungsgefüge entwickeln
und dadurch die hohe Zähigkeit erbringen.
Selbst wenn man unter Abstimmung der Analyse zum vorliegenden Querschnitt Zwischenstufengefüge
erzeugt und anläßt und dabei die Zähigkeiten verbessert, ist die Anfälligkeit für Oberflächenschäden
durch Schleifmartensit noch nicht beseitigt.
Aus der US-PS 11 49 267 ist der Vorschlag bekannt,
für Schienenräder einen Verbundwerkstoff zu verwenden, wobei der innere Teil des Schienenrades - also
Radnabe und Radscheibe - aus einem weichen Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt bestehen, während
der äußere Teil (Radreifen oder Radkranz) aus einem harten Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt besteht.
Der hochgekohlte harte Stahl soll vorzugsweise einen Mangangehalt von über 6% enthalten, während der
weiche Stahl einen niedrigeren Mangangehalt hat. Da bei diesem vorbekannten Verbundwerkstoff zumindest
der Radreifen aus einem verschleißfesten Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt besteht, ergeben sich die
eingangs beschriebenen Nachteile.
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, daß bei sehr hoher Beanspruchung, z. B. im Hochgeschwindigkeitsverkehr,
erhebliche Risiken bestehenbleiben, die Werkstoffe für Vollräder bzw. Radreifen mit wesentlich
verbesserter Bruchsicherheit und geringer bzw. fehlender Anfälligkeit gegen Reibmartensit erfordern.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, für den Verwendungszweck Radreifen bzw. Vollräder einen
Werkstoff vorzuschlagen, welcher die obengenannten Forderungen erfüllt. Der Werkstoff soll eine hohe
Bruchsicherheit, eine hohe Streckgrenze (bei hohem Streckgrenzenverhältnis) sowie eine gute Verschleißfestigkeit
aufweisen und keine Anfälligkeit von Reibmartensit zeigen.
Als erfindungswesentlich wird angesehen, daß zumindest der Radreifen aus einem Stahl besteht, der
0,04 bis 0,12% Kohlenstoff
0,20 bis 0,70% Silizium
3,5 bis 5,0% Mangan, wobei 1-1,5% Mangan
durch Chrom ersetzbar sind
0,005 bis 0,025% Stickstoff
0 bis 0,4% Niob
0 bis 0,4% Vanadium,
jedoch 0,002 bis 0,4% Niob und Vanadium
0 bis 2% Kupfer
0 bis 0,5% Molybdän
0 bis 0,2% Zirkon
0 bis 0,0)% Bor
0 bis 0,3 % Titan
0,20 bis 0,70% Silizium
3,5 bis 5,0% Mangan, wobei 1-1,5% Mangan
durch Chrom ersetzbar sind
0,005 bis 0,025% Stickstoff
0 bis 0,4% Niob
0 bis 0,4% Vanadium,
jedoch 0,002 bis 0,4% Niob und Vanadium
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0 bis 0,2% Zirkon
0 bis 0,0)% Bor
0 bis 0,3 % Titan
0 bis 0,1 % metallisches Aluminium
Rest Eisen mit den üblichen niedrigtn Verunreinigungen und der Stahl nach Luftabkühlung oder nach schroffen Abkühlen bei hoher Bruchsicherheit und fehlender Neigung zu Reibmartensit eine Festigkeit von mindestens 70 kp/mm2 und eine Streckgrenze von mindestens 50 kp aufweist.
Rest Eisen mit den üblichen niedrigtn Verunreinigungen und der Stahl nach Luftabkühlung oder nach schroffen Abkühlen bei hoher Bruchsicherheit und fehlender Neigung zu Reibmartensit eine Festigkeit von mindestens 70 kp/mm2 und eine Streckgrenze von mindestens 50 kp aufweist.
Es wird empfohlen, in Kombination mit den angegebenen Stickstoffgehalten einen metallischen Aluminiumgehalt
von 0,005 bis 0,05% vorzusehen.
Besonders geeignet ist für den beanspruchten Verwendungszweck ein Stahl mit folgender Zusammensetzung:
0,07 bis 0,12% Kohlenstoff
0,20 bis 0,50% Silizium
4,0 bis 5,0% Mangan
0,04 bis 0,12% Niob
0,005 bis 0,025% Aluminium
Rest Eisen mit den üblichen niedrigen Verunreinigungen, wobei , die Festigkeit mindestens 90 kp/mm2 bis über 100 kp/mm2 beträgt und die Streckgrenze zwischen 65 und 100 kp/mm2 liegt.
0,20 bis 0,50% Silizium
4,0 bis 5,0% Mangan
0,04 bis 0,12% Niob
0,005 bis 0,025% Aluminium
Rest Eisen mit den üblichen niedrigen Verunreinigungen, wobei , die Festigkeit mindestens 90 kp/mm2 bis über 100 kp/mm2 beträgt und die Streckgrenze zwischen 65 und 100 kp/mm2 liegt.
Vorzugsweise besteht das gesamte Schienenrad als Vollrad aus dem angegebenen Werkstoff. Weiterhin
wird es bevorzugt, wenn der Stahl ein Zwischenstufengefüge oder ein Gefüge von zähem Martensit aufweist.
Ein derartiges Gefüge ergibt sich bei Luftabkühlung.
Unter Beachtung der vorgenannten Lehre liegen die Gebrauchseigenschaften innerhalb der aufgabengemäß
erwünschten Bereiche. Der erfindungsgemäß zu verwendende Stahl zeigt keine Neigung zur Bildung von
Reibmartensit-Schichten.
Bei der Herstellung der Stähle ist es zweckmäßig, darauf zu achten, daß niedrige Wasserstoffgehalte im
Stahl vorliegen. Hierzu stehen eine Reihe an sich bekannter Behandlungsmöglichkeiten zur Verfugung,
Der Stahl kann wasserstofferschmolzen und/oder durch
κι eine Stahlentgasungsbehandlung im Wasserstoff auf niedrige Werte gebracht werden. Die Entgasungsbehandlung
kann dabei gleichzeitig für die Erzielung besonders niedriger Kohlenstoffgehalte benutzt werden.
Diese Einzelmaßnahme gehört zum Stand der Technik.
Eine andere Maßnahme zur Erzielung niedriger Wasserstoffgehalte besteht darin, die warmgeformten
Räder oder Radreifen zwecks Wasserstoffentfernung auszulagern, und zwar bei Raumtemperatur oder
erhöhter Temperatur, insbesondere im Bereich von 300 bis 4500C.
Die Räder oder Radreifen können bevorzugt in einer Hitze vom Rohblock bis zum Fertigprofil warmgeformt
werden. Das Abkühlen der fertigen Räder kann normal an Luft, oder - insbesondere zur Wasserstoffeffusion
- verzögert erfolgen. Die Räder können auch in Wasser oder einem anderen Abschreckmittel
beschleunigt abgekühlt werden.
Nachfolgend wird der Erfindungsgegenstaiid anhand
der Tafeln 1 ;:nd 2 näher erläutert. Die Tafeln geben an:
Tafel 1 die chemische Zusammensetzung der Radreifenstähle,
Tafel 2 die mechanischen Eigenschaften der Rad-■J5
reifenstähle.
Die Stahlnummern 1 und 2 beziehen sich auf vorbekannte Radreifenstähle mit höheren Kohlenstoffgehalten,
die Stahlnummern 3 bis 5 auf den Erfindungsgegenstand. Der Vergleich der mechanischen Eigenschaften
zeigt, daß bei den Werten der Zugfestigkeit und der Streckgrenze keine erheblichen Unterschiede
gegeben sind. Dagegen liegen die Werte für die Bruchdehnung beim Erfindungsgegenstand deutlich höher,
die Werte iür die Brucheinschnürung sind mehrfach besser als beim Stand der Technik gemäß Stahlnummern
1 und 2. Die im Kerbschlag-Biegeversuch ermittelten Schlagarbeiten liegen sogar um eine Größenordnung
höher.
Tafel 1
Chemische Zusammensetzung der Radreifenstähle
Stahl-
Behandlungszustand
Si
Bemerkungen
warmgewalzt
warmgewalzt
warmgewalzt
warmgewalzt
warmgewalzt
0,75
0,73
0,07
0,73
0,07
0,25
0,60
0,30
0,60
0,30
warmgewalzt 0,08 0,42
warmgewalzt 0,06 0,40
Sämtliche Schmelzen enthalten 0.005 bis 0.025% Al.
Sämtliche Schmelzen enthalten 0.005 bis 0.025% Al.
1,1 0,005 Stand der Technik
1,0 0,007 Stand der Technik
4.5 0,011 Stähle entsprechend der
Erfindung
4.6 0,011 desgl.
3,9 0,010 desgl
3,9 0,010 desgl
24 25 \87
a ie I 2
lechanische Eigenschaften der Radreifenslähle
| lahl- | "0,2 | a a | is | Ψ | (DVMP-Probe) |
| Ir. | at-30 C | ||||
| (kp/mm2) | (kp/mm2) | (%) | (%) | (kp · m/cm2) | |
| 1 | 56 | 98 | 13,5 | 23 | 2 |
| 2 | 68 | 116 | 11,4 | 22 | 2 |
| 3 | 79 | 110 | 16,4 | 67 | 29 |
| 4 | 104 | 109 | 16,5 | 57 | 25 |
| 5 | 72 | 88 | 18,0 | 65 | 25 |
Claims (2)
1. Die Verwendung eines Stahls mit einem niedrigen Kohlenstoffgehalt als Werkstoff für Schienenräder,
dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der Radreifen aus einem Stahl folgender
Zusammensetzung besteht:
0,04 bis 0,12% Kohlenstoff ι ο
0,20 bis 0,70% Silizium
3,5 bis 5,0% Mangan, wobei 1-1,5% Mangan durch Chrom ersetzbar sind
0,005 bis 0,025% Stickstoff
0 bis 0,4% Niob 0 bis 0,4% Vanadium,
jedoch 0,002 bis 0,4% Niob und Vanadium
0 bis 2% Kupfer
0 bis 0,5% Molybdän
3,5 bis 5,0% Mangan, wobei 1-1,5% Mangan durch Chrom ersetzbar sind
0,005 bis 0,025% Stickstoff
0 bis 0,4% Niob 0 bis 0,4% Vanadium,
jedoch 0,002 bis 0,4% Niob und Vanadium
0 bis 2% Kupfer
0 bis 0,5% Molybdän
0 bis 0,2% Zirkon 0 bis 0,01% Bor
0 bis 0,3% Titan
0 bis 0,3% Titan
0 bis 0,1 % metallisches Aluminium
Rest Eisen mit den üblichen niedrigen Verunreinigungen und der Stahl nach Luftabkühlung oder nach schroffem Abkühlen bei hoher Bruchsicherheit und fehlender Neigung zu Reibmartensit eine Festigkeit von mindestens 70 kp/mm und eine Streckgrenze von mindestens 50 kp/mm2 aufweist.
Rest Eisen mit den üblichen niedrigen Verunreinigungen und der Stahl nach Luftabkühlung oder nach schroffem Abkühlen bei hoher Bruchsicherheit und fehlender Neigung zu Reibmartensit eine Festigkeit von mindestens 70 kp/mm und eine Streckgrenze von mindestens 50 kp/mm2 aufweist.
2. Verwendung von Stahl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahl folgende
Legierungsbestandteile enthält:
0,07 bis 0,12% Kohlenstoff
0,20 bis 0,50% Silizium
4,0 bis 5,0% Mangan
0,04 bis 0,12% Niob
0,005 bis 0,025% Aluminium
Rest Eisen mit den üblichen niedrigen Verunreinigungen, wobei die Festigkeit mindestens 90 kp/mm2 bis über 100 kp/mm2 beträgt und die Streckgrenze zwischen 65 und 100 kp/mm2 liegt.
0,20 bis 0,50% Silizium
4,0 bis 5,0% Mangan
0,04 bis 0,12% Niob
0,005 bis 0,025% Aluminium
Rest Eisen mit den üblichen niedrigen Verunreinigungen, wobei die Festigkeit mindestens 90 kp/mm2 bis über 100 kp/mm2 beträgt und die Streckgrenze zwischen 65 und 100 kp/mm2 liegt.
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| DE2425187C3 DE2425187C3 (de) | 1980-04-03 |
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