DE2820784A1

DE2820784A1 - Verfahren zur herstellung von schienen mit verbesserten eigenschaftswerten

Info

Publication number: DE2820784A1
Application number: DE19782820784
Authority: DE
Inventors: Marios Economopoulos
Original assignee: Centre de Recherches Metallurgiques CRM ASBL
Current assignee: Centre de Recherches Metallurgiques CRM ASBL
Priority date: 1977-05-18
Filing date: 1978-05-12
Publication date: 1978-11-23
Also published as: BE854834A

Description

Verfahren zur Herstellung von Schienen
mit verbesserten Eigenschaftswerten Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Schienen mit verbesserten Eigenschaftswerten.
Die Zunahme der Verkehrsdichte, die bei den Eisenbahnnezten besteht, sowie die Zunahme der Achslasten, die für die Eisenbahnschienen, speziell für Vignol-Schienen, zugelassen sind, haben als Folge zu wachsenden Anforderungen an die Schienen bzw. deren Eigenschaftswerte 2 geführt, wobei die Bruchlast wenigstens 110 kg/mm erreicht.
Es ist an sich bekannt, daß man für den Anstieg der Bruchlast eines Stahls die Gehalte an Kohlenstoff, Mangan und gegebenenfalls auch Silizium erhöht.
Zur Vermeidung von Nachteilen, die bei der Herstellung eines Stahles mit sehr hohen Gehalten an Kohlenstoff und Mangan entstehen, wie z.B. Brüchigkeit und schlechte Schweißbarkeit, hat man das eine oder andere Legierungselement, z.B. Chrom, eingeführt, was als Nachteil eine Erhöhung des Selbstkostenpreises des Stahls mit sich bringt.
Im übrigen ist die Schweißbarkeit dieser Stähle, die bei Verwendung für Eisenbahnschienen zwingend erhalten bleiben muß, selbst dann noch weit davon entfernt, als befriedigend gelten zu können, wenn dem Stahl Legierungselemente, wie Chrom, zugesetzt werden.
Um die ungenügende Schweißbarkeit sowie den Kostenanstieg bei der Einführung von Legierungselementen zu beheben, hat man auch andere Herstellungsverfahren geprüft, bei denen insbesondere die Schienen am Austritt aus dem Walzwerk einer plötzlichen Abschreckung bis auf eine Temperatur unterworfen werden, bei welcher sich kein Perlit mehr bilden kann; hierbei besteht die Gefahr eines martensitischen Bruches, und zwar insbesondere am Fußrand der Schiene. Somit kommt man auch hierbei nicht mit wirtschaftlich vertretbarem Aufwand zu Schienen von befriedigender Qualität.
Allgemein gesehen, scheinen die oben genannten Verfahren unter industriellen Bedingungen nicht geeignet zu sein, die nachstehenden Schwierigkeiten zu beheben: - die Verformung der Schienen während der Behandlung, - die Aufhebung innerer, vom Querschnitt der Schiene abhängiger Spannungen, - die Steuerung der gesamten, gegebenenfalls angewendeten Härtung.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, welches auf wirtschaftliche Weise zu Schienen, insbesondere Vignol-Schienen, führt, die den geforderten Eigenschaftswerten Rechnung tragen und die folgenden Eigenschaftswerte besitzen: - eine minimale Bruchlast von 110 km/mm2, - eine minimale Bruchdehnung von 12%, bezogen auf 8 Durchmesser, - einen guten Widerstand gegen Schlagbeanspruchung und Absplittern, -eine sehr feine perlitische Struktur ohne voreutektischen Ferrit, - eine Struktur, die insbesondere im Bereich des Kopses eine gleichmäßige Härte besitzt, - eine nicht verminderte Schweißbarkeit, - eine chemische Zusammensetzung, die frei von aufwendigen Legierungselementen ist.
Erreicht wird diese Zielsetzung erfindungsgemäß dadurch, daß die eine chemische Zusammensetzung mit zwischen 0,55% und 0,8 % Kohlenstoff, zwischen 0,9 % und 1,3 % Mangan, zwischen 0,158 und 0,358 Silizium, und als Rest Eisen aufweisenden Schiene nach dem Austritt aus dem Walzwerk in ein Wasserbad eingeführt wird, dessen Abkühlleistung oberhalb derjenigen von siedendem Wasser und unterhalb derjenigen von Wasser mit der Temperatur der Umgebungsluft liegt, wobei die Schiene im Bad gehalten wird, bis die Temperatur an einer wenigstens 15 mm unter dem oberen Niveau des Schienenkopfes liegenden Stelle unterhalb 6250C gefallen ist.
Die Ermittlung des Zeitpunktes, zu welchem diese Temperatur erreicht ist, ergibt sich aus einer Vorausberechnung, der die Eigenschaftswerte des Schienenstahls einerseits und diejenigen des Bades andererseits zugrundeliegen.
In vorteilhafter Ausführung der Erfindung besitzt das Wasserbad gelöste oder ungelöste Stoffe, die den Wärmeübergang von der Schiene auf das Bad steigern.
In zweckmäßiger Weise wird das Bad bei Siedetemperatur verwendet und mit 4% Natriumsilikat versetzt, wobei das Bad noch zusätzlich einer Umwälzung unterworfen wird.
Die wirksamste Art einer geeigneten Umwälzung des Bades besteht darin, daß Düsen in das Bad eingetaucht werden und eine Umwälzpumpe eingesetzt wird.
Die Abkühlung kann man örtlich unterschiedlich derart vornehmen, daß es zu einer hinreichend ausgeprägten Härtung des Kopfes der Schiene kommt, ohne daß dabei die Gefahr innerer Spannungen zwischen Kopf und Fuß besteht.
Nachdem die Düsen derart reguliert sind, daß die Härtung des Kopfes sichergestellt ist, genügt es, ihre Kühlwirkung leicht zu verringern, wenn die allotropische Umwandlung wenigstens zum größten Teil einmal stattgefunden hat, was die Aufrechterhaltung der gleichen Temperatur beim Kopf und beim Fuß bis zur vollständigen Abkühlung gestattet. überraschenderweise ergibt sich, daß dann, wenn einerseits die mittleren Temperaturen des Fußes und des Kopfes gleichmäßig auf 6500C verbleiben und nur der Kopf der Einwirkung trbulenter, siedender Flüssigkeit durch eingetauchte Düsen unterworfen wird, und wenn andererseits diese Turbulenz im Anschluß an den Kopf entfallt,unterhalb dieser Temperatur praktisch Jein thermisches Verziehen der Schiene mehr stattfindet.
Zur Veranschaulichung des Verfahrens diene das nachstehende Beispiel: Figur 1 zeigt bei diesem Ausführungsbeispiel die mittlere Temperatur des Kopfes als Kurve 2 und des Fußes als Kurve 1 bei logarithmischen Koordinaten in AbhängiSeit von der Zeit, für welche die Schiene in siedendes Wasser eingetaucht ist, wobei allein der Kopf der durch eingetauchte Düsen geschaffenen Turbulenz unterworfen ist. Dabei ergibt sich, daß die mittleren Temperaturen dieser beiden Teile der Schiene sich bis zu 6500C weitgehend gleichmäßig verhalten. In diesem Temperaturbereich kann man somit eine minimale Deformation der Schiene gewährleisten. Bei niedriger werdenden mittleren Temperaturen des Kopfes und des Fußes unterscheiden sich die Temperaturen aber deutlich voneinander. Dies wird teilweise dadurch behoben, daß die Einwirkung des Wassers nach der allotropischen Umwandlung in dem als Kopf ausgeführten Teil unterbrochen wird.
Figur 2 veranschaulicht eine abgestufe Härtung einer Schiene, bei der es gelingt, den Unterschied der mittleren Temperaturen zwischen Kopf und Fuß auf ein Minimum herabzusetzen. Bei dieser Darstellung zeigt die Kurve 2 in Abhängigkeit von der Zeit die mittlere Temperatur des Kopfes und die Kurve 1 die mittlere Temperatur des Fußes.
Eine derartige Härtung weist die verschiedenen, aufeinanderfolgenden Phasen auf: I. Härtung im siedenden Wasserbad (z.B. bis auf 6700C), - Schiene vollständig eingetaucht, - Kopf der turbulenten Einwirkung unterworfen, II. Wegfall der turbulenten Einwirkung ( bis auf 6400C), III. Kopf allein eingetaucht (z.B. bis auf 5000C), IV. Abkühlung bei ruhender Luft.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zum Herstellen von stählernen Schienen, dadurch gekennzeichnet, daß die eine chemische Zusammensetzung mit zwischen 0,55% und 0,8% Kohlenstoff, zwischen 0,9 % und 1,3% Mangan, zwischen 0,15% und 0,35 Silizium, und als Rest Eisen aufweisenden Schienen nach dem Austritt aus dem Walzwerk in ein Wasserbad eingeführt werden, dessen Abkünlleistung oberhalb derjenigen von siedendem Wasser und unterhalb derjenigen von Wasser mit der Temperatur der Umgebungsluft liegt, wobei die Schienen im Bad gehalten werden, bis die Temperatur der Stelle, die wenigstens 15 mm unter dem oberen Niveau des Schienenkopfes liegt, unterhalb 6250C gefallen ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasserbad Stoffe enthält, die den Wärmeübergang von der Schiene auf das Bad steigern.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß cis Bad Siedetemperatur hat und ca. 4% Natriumsilikat enthält, wobei das Bad einer Umwälzung unterworfen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwälzleistung des Bades mittels in das Bad eingetauchter Düsen sowie durch Umwälzpumpen erfolgt.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine örtlich unterschiedliche Abkühlung derart auf die Schiene ausgeübt wird, daß eine Härtung des Kopfes der Schiene erfolgt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen mit der Maßgabe eingestellt werden, daß der Kopf eine Härtung erfährt, und daß dann ihre Abkühlleistung leicht herabgesetzt wird, wenn die allotropische Umwandlung wenigstens zu ihrem größten Teil stattgefunden hat.