DE3006695A1 - Induction heat treatment of railway rail head - produces fine sorbite in mushroom while simultaneously tempering web and foot of rail - Google Patents
Induction heat treatment of railway rail head - produces fine sorbite in mushroom while simultaneously tempering web and foot of railInfo
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Abstract
Description
Verfahren zum induktiven Wärmebehandeln von SchienenköpfenProcess for inductive heat treatment of rail heads
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum induktiven Wärmebehandeln von Schienenköpfen.The invention relates to a method for inductive heat treatment of rail heads.
Zur Herstellung hochverschreißfester Schienen bieten sich prinzipiell drei bekannte Verfahrenswege an: Der erste Verfahrensweg besteht darin, die Schienen aus einem legierten Schienenstahl zu walzen. Durch Abstimmung der Legierungszusätze auf den normalen Abkühlungsverlauf der Schienen nach dem Walzen können Schienen hoher Festigkeit hergestellt werden.In principle, they can be used to produce highly wear-resistant rails Three known procedural routes: The first procedural route is the rails to be rolled from an alloyed rail steel. By coordinating the alloy additives on the normal course of cooling of the rails after rolling, rails can high strength.
Abgesehen von der Verteuerung der Schienen durch die Legierungskosten hat dieser Verfahrensweg den Nachteil, daß die höchsten Festigkeitswerte im Steg-Fußbereich der Schienen eingestellt werden, d.h. in dem Teil der Schienen, der weniger fest dafür aber zäh und kerbunempfindlich sein sollte. DarU-ber hinaus erfordern diese naturharten hochfesten Schienen einen beträchtlichen Sonderaufwand bei den heute üblichen Schweißverfahren.Apart from the increase in the price of the rails due to the alloy costs this method has the disadvantage that the highest strength values in the web-foot area of the rails can be adjusted, i.e. in the part of the rails that is less tight but should be tough and insensitive to notches. In addition, these require Naturally hard, high-strength rails require a considerable extra expense with today's usual welding processes.
fl£r zweite Verfahrensweg besteht darin, Schienen aus genormten Schienenstählen zu walzen und ihre Abkühlung aus der Walzhitze so zu beschleunigen, daß die Schienen eine höhere Festigkeit annehmen. Die beschleunigte Abkühlung kann mit Hilfe von Luft-bzw. Luft/Wasser-Düsen (OE-PS 2 148 722) oder auch durch Eintauchen in ein nicht zu schroff wirkendes Abkühlmedium (Ol oder kochendes Wasser, DE-PS 2 429 338) erfolgen Als NachteIl ist zu betrachten, daß diese Verfahren wegen streuender Walzendtemperaturen zu schwankenden Festigkeitswerten und damit zu Unsicherheiten im Behandlungseffekt führen. Weiterhin ist nachteilig, daß grobe Walzstrukturen der beschleunigten Abkühlung unterworfen werden und darum keine optimalen Zähigkeitswerte ergeben.The second method is to use rails made of standardized rail steels to roll and to accelerate their cooling from the rolling heat so that the rails assume a higher strength. Accelerated cooling can be achieved with the help of Air or Air / water nozzles (OE-PS 2 148 722) or by dipping into a Cooling medium that is not too harsh (oil or boiling water, DE-PS 2 429 338) take place The disadvantage is that these procedures are due to varying final rolling temperatures to fluctuating strength values and thus to uncertainties result in the treatment effect. Another disadvantage is that coarse roll structures are subjected to accelerated cooling and therefore no optimal toughness values result.
Diese Nachteile vermeidet das dritte Verfahren, das die höheren Festigkeitswerte in einer vom Schienenwalzen völlig getrennten Wärmebehandlung einstellt. Die Wiedererwärmung ist temperaturmäßig sicher zu steuern und führt zu einer Umkörnung des Gefüges, das damit auch gute Zähigkeitseigenschaften aufweist.These disadvantages are avoided by the third method, which is the higher strength values is set in a heat treatment completely separate from the rail rolling. The rewarming can be safely controlled in terms of temperature and leads to a re-graining of the structure, which therefore also has good toughness properties.
Diese nachträgliche Wärmebehandlung kann als Vollvergütung den ganzen Schieneoqueschnitt erfassen, sie kann sich Jedoch auch auf den dem Verschleiß unterliegenden Teil des Schierenkopfes beschränken.This subsequent heat treatment can be used as full compensation for the whole Track cross-section, but it can also affect those that are subject to wear Restrict part of the Schierenkopf.
Hohe Investitions- und Energiekosten sowie eine mengenmäßig begrenzte Behandlungskapazität zur hierfür erforderlichen Anlagen haben dazu geführt, daß warmebehandelte Schienen nur in begrenztem Umfang zum Einsatz kommen.High investment and energy costs as well as a limited amount Treatment capacity to the facilities required for this have led to the fact that Heat-treated rails are only used to a limited extent.
Es ist bekannt, daß das Betrir.bsverhalten der Schienen hauptsächlich von ihrem Widerstand gegen abtragenden und verquetschenden Verschleiß abhängig ist. Diese Eigenschaft erhalten die hochverschleißfesten Schiensn aus ihrem feinstperlitischen, im allgemeinen Sprachgebrauch auch "sorbitisch" genannten es Gefügeauf bau, der mögliche keinen freien Ferrit enthalten sollte. Perlitlamellenabstand und -dicks sind neben der Kosngröße estimmend für die Festigkeits- und Zähigkaiseigenschaften perlitie scher Stähle. Aber auch hierbei ist ein Anstieg Je: Festigkeit mit einem Abbau der Zähigkeitswerte verburX . Da ache Festigkeitswerte bei Schienen nur im Vergchlißbereich des kopfes erforderlich sind, der Steg- und Fußbereich jedoch za und kerbunempfindlich ssin sollte, muß da Ziel aller V;erbcsserlngsmaßnahmen diesen Forderungen möglichst nahe kommen.It is known that the operational behavior of the rails is mainly depends on their resistance to abrasive and crushing wear. The highly wear-resistant rails get this property from their finest pearlitic, In common parlance it is also called "sorbitic" structure, the possible should not contain free ferrite. Pearlite lamella spacing and thicknesses are decisive for the strength and toughness properties in addition to the cosine size pearlitic steels. But even here an increase is Je: strength with one Reduction of the toughness values verburX. Since the strength values for rails are only available in Vergchlißbereich the head are required, but the bridge and foot area za and should be insensitive to cracks, then the aim of all pest management measures must be this Demands come as close as possible.
Daruber hinaus wird das Betriebsverhalten von Schienen nach neueren Erkenntnissen ganz wesentlich von ihrem Eigenspannzustand mitbestimmt. Hohe Eigenspannungen können durch Oberlagerung mit Betriebs- und Wärmespannungen im Gleis -insbesondere im geschweißten Gleis- zu örtlichen überschreitungen der Dauerfestigkeit und damit zu bleibenden Schädigungen im Schienenstahl führen. Ein Zusammenhang des Eigenspannungszustandes mit der bis heute ungeklärten Ursache der Riffelbildung wird auch vermutet.In addition, the performance of rails is more recent Findings are largely determined by their internal stress state. High internal stresses can be caused by superimposition of operating and thermal stresses in the track -in particular in the welded track to local excesses of the fatigue strength and thus lead to permanent damage in the rail steel. A relationship between the internal stress state The cause of the corrugation, which has not yet been clarified, is also suspected.
Die Vermeidung hoher Eigenspannungen bei der Schienenherstellung ist wegen des ungünstigen Wärmegleichgewichtes aller Schienenprofile sehr schwierig. Vorschläge zu ihrer Verminderung führen durchweg zu einer Abkühlungsverzögerung nach de Walzen und damit zu einer Einschränkung der Kapazität von Walzstraßen.Avoiding high internal stresses in the production of rails is important very difficult because of the unfavorable thermal equilibrium of all rail profiles. Proposals to reduce them consistently lead to a cooling delay after de rolling and thus to a restriction of the capacity of rolling mills.
Darüber hinaus wird die festigkeitsmäßige Ausnutzung der Stahlzusammensetzung durch diese Maßnahmen verhindert (DE-PS 1 942 929, DE-PS 2 447 0193.In addition, the strength utilization of the steel composition prevented by these measures (DE-PS 1 942 929, DE-PS 2 447 0193.
Zur Herabsetzung der Spannungen bei wärmebehandelten Schienen ist es bekannt (DE-AS 1 255 689), die Schienen über ihre gesamte Länge innerhalb -der Elastizitätsgrenze im kalten Zustand konvex durchzubiegen, den Schienenkopf über die Austenitisierungstemperatur zu erwärmen, abzuschrecken und nach Verstreichen einer vorgegebenen Zeit durch die vom Kern des Schienenkopfes abgegebene Wärme an die AuBenhaut selbst anzulassen, auf Umgebungstemperatur abzukühlen und dann die eingespannte Schiene reizugeben.To reduce the stress in heat-treated rails it is known (DE-AS 1 255 689), the rails over their entire length within -the Bend the elastic limit convexly in the cold state, over the rail head to heat the austenitizing temperature, quenching and after passing a predetermined time due to the heat given off by the core of the rail head to leave the skin on itself, to cool down to ambient temperature and then the the clamped splint.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum induktiven Wärmebehandelnvon Schienenköpfen zu schaffen, das in die Schienenwalzung eingegliedert werden kann und darüber hinaus eine energiesparende und kostengünstige Herstellung wärmebehandelter Schienen erlaubt.The invention is based on the object of a method for inductive To provide heat treatment of rail heads that is incorporated into the rail rolling can be and, moreover, an energy-saving and cost-effective production heat-treated rails allowed.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Abkühlung der Schienen aus er Walzhitze bis zum Abschluß der /oc-Umwandlung erfolgt, die Abkühlung dann unterbrochen, der Schienenkopf zur Erzeugung von Austenit wiedererwärmt und anschließend in an sich bekannter Weise zur Einstellung eines Sorbitgefüges beschleunigt abgekühlt wird.This object is achieved according to the invention in that the cooling of the rails from he rolling heat until the end of the / oc conversion takes place, the cooling is then interrupted, the rail head for the production of austenite reheated and then in a known manner for setting a Sorbitol structure is cooled faster.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung werden gleichzeitig zur Wiedererwärmung des Schienenkopfes Schienensteg und Schisnenfuß einer Anlaßbehandlung unterzogen, die, wie üblich, bei ca. 6000C liegen kann.In a further embodiment of the invention, rewarming takes place at the same time of the rail head, rail web and rail foot, subjected to a tempering treatment, which, as usual, can be around 6000C.
Durch diese Maßnahmen wird erreicht, Schienen herzustellen, die hohe Verschleiß- und Dauerfestigkeit im Schienenkopf mit guten Zähigkeitswerten bei großer Kerbunempfindlichkeit im Schienensteg und Schienenfuß verbinden und darüber hinaus weitgehende Freiheit von Eigenspannungen aufweisen. Die gute Schweißeignung genormter verschleißfester Kohlenstoffstahlschienen wird nicht beeinträchtigt.Through these measures is achieved to produce rails, the high Wear and fatigue strength in the rail head with good toughness values at large Connect notch insensitivity in the rail web and rail foot and beyond have extensive freedom from internal stresses. The good weldability standardized Wear-resistant carbon steel rails will not be affected.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann z.B. in der Weise durchgeführt werden, daß die Abkühlung der in an sich bekannter Weise gewalzten Kohlenstoffstahlschienen in einem Temperaturbereich zwischen 650°C und 450", d.h. zu dem Zeitpunkt, in dem die t/o6-Umwandlung vollständig abgeschlossen ist, unterbrochen und der Randbereich des Schienenkopfes bis zu einer Tiefe von mehr als 15 mm erneut austenitisiert und anschließend beschleunigt abgekühlt wird. Die Wiedererwärmung der Schienenkopfrandzone erfolgt induktiv mit herkömmlichen Anlagen, die erfindungsgemäß mit einer zusätzlichen Einrichtung für die Beheizung des Steg-Fußteils der Schiene ausgerüstet sind. Die Abkühlung der Schienen nach dem Walzen wird somit erfindungsgemäß zu dem Zeitpunkt unterbrochen, in dem die unterschiedliche Wärmeschrumpfung im Schienenprofil noch nicht zum Verwerfen der Schienen geführt hat.The method according to the invention can be carried out, for example, in the manner that the cooling of the carbon steel rails rolled in a known manner in a temperature range between 650 ° C and 450 ", i.e. at the time when the t / o6 conversion is completely complete, and the edge area is interrupted of the rail head to a depth of more than 15 mm austenitized again and is then cooled at an accelerated rate. The rewarming of the rail head edge zone takes place inductively with conventional systems, according to the invention with an additional Equipment for heating the foot part of the bar of the rail are equipped. the According to the invention, cooling of the rails after rolling is thus at the time interrupted, in which the different heat shrinkage in the rail profile is still did not lead to the discarding of the rails.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden die zu behandelnden Schienen- vor Beginn ihrer Abkühlungsverwerfung im halbwarmen Zustand in die Vorrichtung für die Wärmebehandlung eingebracht und durch Führungen so gehalten, daß die Schienen nach der Behandlung gerade sind, d.h. mittels Führungen werden die noch geraden Schienen durch die Vorrichtung für die Wärmebehandlung hindurchgefahrsn und dabei so gehalten, daß die Schienen nach der Behandlung gerad sind.In a further embodiment of the invention, the to be treated Rails - before the start of their cooling warping in the semi-warm state in the device for heat treatment brought in and held by guides so that that the rails are straight after the treatment, i.e. by means of guides the rails, which are still straight, pass through the device for the heat treatment and held so that the rails are straight after treatment.
Durch die,Wärmeausdehnung des wiedererwärmten Schienenkopfes wird dieser Vorgang unterstützt; gleichzeitige Wärmezufuhr im SFeg-FuMbsreich auf eine Temperatur von ca. 6s0°C verhindert einen Elgenspannungsaufbau.Due to the thermal expansion of the reheated rail head this process supports; simultaneous heat supply in the SFeg-FuMbsreich on one Temperature of approx. 6s0 ° C prevents Elgen stress build-up.
eim beschleunigten Abkühlen des wiedererwärmten Schienenkopfes, das in Abhängigkeit von der gewählten Stahlzusammensetzung mit Hilfe von beschleunigter Luft oder einem Luft-Wasser-Gemisch durchgeführt werden kann, stellt sich im Schienenkopf das gewünscht feinstlamellare feinkörnige Perlitgefüge hoher Festigkeit ein Durch die parallel dazu ablaufende Volumenvermindev rung wird die Schiene gerade gehalten, wobei die noch vorhandene Anlaßtemperatur im Schienenfuß den Aufbau von Zugspannungen verhindert. Oie Schiene verläßt somit gerade und eigenspannungsfrei die Behandlungsanlage0d.h. die Vorrichtung für die Wärmebehandlung Um gsringste Toleranzen für die Geradheit und Welligkeit von Schienen, die besonders geeignet sind zum Verlegen in Strecken mit Schwerlast- und/oder Schnellstverkshr, einzustellen, kann in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ein zusatzliches Richten im kalten Zustand erfolgen. Die hierbei erforderliche Richtarbeit ist dann so gering, daß so gefertigte Schienen noch immer eigenspannungsarm und im Vergleich zu Schienen bisheriger Fertigung wesentlich betriebssicherer sind.During the accelerated cooling of the reheated rail head, the depending on the chosen steel composition with the help of accelerated Air or an air-water mixture can be carried out in the rail head the desired finely lamellar fine-grain pearlite structure of high strength a through the volume reduction, which takes place in parallel, keeps the rail straight, where the still existing tempering temperature in the rail foot the build-up of tensile stresses prevented. The rail thus leaves the treatment facility straight and free of internal stress. the device for heat treatment. The tightest tolerances for straightness and waviness of rails, which are particularly suitable for laying in routes with heavy-duty and / or Schnellstverkshr, can be set in a further Embodiment of the invention an additional straightening take place in the cold state. The straightening work required here is so small that rails manufactured in this way still low in residual stress and significantly compared to rails made up to now are more reliable.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist folgende wesentliche Vorteile auf: Die induktive Wiedererwärmung eines Teils des Schienenkopfes überbrückt nur noch eine Temperaturdifferenz von ca. 3000C, wob bei die Nähe des Curie-Punktes die Umwandlung der elektrischen Energie in Wärme noch wesentlich begünstigt. Das Temperaturgifälle zum nicht wiedererwärmten Tail des Schienenkopfes ist gering und vermeidet darum Energieverluste. Die elektrische Kapazität der Induktionsanlage könnte verringert werden, wenn es nicht vorteilhafter wäre, die Durchsatzleistung einer derartigen Anlage um ein Mehrfaches zu steigern. Hierdurch ist es möglich, die Durchlaufgeschwindigkeit der Anlage dem Walztakt anzugleichen.The method according to the invention has the following essential advantages on: The inductive reheating of part of the rail head only bridges another temperature difference of about 3000C, with the vicinity of the Curie point the conversion of electrical energy into heat is still significantly favored. That There is a temperature drop to the non-reheated tail of the rail head small amount and therefore avoids energy losses. The electrical capacity of the induction system could be reduced, if it were not more advantageous, the throughput rate to increase such a system many times over. This makes it possible to adjust the throughput speed of the system to the rolling cycle.
Die Erfinder hatten erkannt, daß ein wesentlicher Vorteil des durch Wärmebehandlung erzielten feinstperlitischen Gefüges auf seiner Feinkörnigkeit beruht. Sie wird durch den Umkörnungseffekt erzielt, für den es jedoch gleIchgültig ist, ob der Stahl der ersten Gefügeumwandlung völlig abgekühlt war oder ob er unmittelbar nach Abschluß der Gefügeumwandlung nach dem Walzen wieder reaustenitisiert wurde.The inventors had recognized that a major advantage of the Heat treatment achieved finest pearlitic structure is based on its fine grain. It is achieved by the graining effect, for which it is, however, the same whether the steel of the first structural transformation had cooled down completely or whether it was immediately was reaustenitized again after the end of the structural transformation after rolling.
Durch die in der Behandlungsanlage erfolgte Anlaßbehandlung des Steg- und Futeils der Schiene wird die Walzhärte in diesem Teil der Schiene abgebaut und ihre Zähigkeit und Kerbunempfindlichkeit wesentlich erhöht. Die Betriebssicherheit so behandelter Schienen ist verbessrJrt, ihre Gefährdung durch fehlerhafte Behandlung bei Schwei3- und Verlegearbeiten ist reduziert.Due to the tempering treatment of the bar in the treatment plant and for the rail, the rolling hardness in this part of the rail is reduced and their toughness and notch insensitivity are significantly increased. The operational safety Rails treated in this way are improved, and their risk from incorrect handling for welding and laying work is reduced.
Durch Unterbrechung der Abkühlung nach dem Walzen wird die aus dem Wärmeungleichgewicht herrührende Verwerfung der Schienen und die bisher zwansläufig daraus folgende Richtarbeit an der kalten Schiene vermieden. Die Einbringling der walzwarmen Schienen in die Behandlungsanlage erlaubt eir Vrrbiegen ohne wesentlichen Kraftaufwand und ohne aen Aufbau von Spannungen. Die gesteuerte Abkühlung nach der Wiedererwärmung führt zu einer nahezu geraden und eigensp3nnungsfreien Schiene, die nur noch geringfügig nachgerichtet werden muß.By interrupting the cooling after rolling, the from the Warping of the rails resulting from thermal imbalance and the previously inevitable the resulting straightening work on the cold rail is avoided. The contributor to the Hot-rolled rails in the treatment plant allow bending without significant Effort and without aen build-up of tension. The controlled cooling after the Reheating leads to an almost straight and tension-free splint, which only needs to be corrected slightly.
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