DE3501523C1 - Method for reducing the residual stresses of roller-straightened steel rails - Google Patents
Method for reducing the residual stresses of roller-straightened steel railsInfo
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Abstract
Description
Die Geschwindigkeit, mit der die Schiene sich an der Erwärmungsvorrichtung vorbeibewegt, ist von der Leistung der gewählten Erwärmungsvorrichtung abhängig. The speed at which the rail is attached to the heater moves past depends on the performance of the heating device chosen.
Das erfindungsgemäße Verfahren, bei dem die Schienen im Gegensatz zum bekannten Spannungsarmglühen nicht über den gesamten Querschnitt erwärmt werden, sondern nur im Steg, ermöglicht eine sehr kurze und somit kostengünstige Behandlungsdauer der Schienen. So kann, ausreichende Leistung der Erwärmungseinrichtung vorausgesetzt, eine 30-m-Schiene z. B. in nur 30 Sekunden wärmebehandelt werden, wohingegen die beim Spannungsarmglühen aufzuwendende Zeit mehrere Stunden beträgt. The inventive method in which the rails in contrast are not heated over the entire cross-section for the known stress relief annealing, but only in the bar, enables a very short and thus inexpensive treatment duration of the rails. Provided that the heating device has sufficient power, a 30 m rail z. B. be heat treated in just 30 seconds, whereas the time to be expended in stress relief annealing is several hours.
Überraschenderweise zeigt sich, daß nach der erfindungsgemäßen Wärmebehandlung die Zugeigenspannungen an der Fahrfläche und an der Fußunterseite weitgehend beseitigt sind. In der nachstehenden Tabelle sind als Beispiel die Eigenspannungen einer hochfesten Schiene mit einer Zugfestigkeit von 1230 N/mm2 im rollengerichteten Zustand sowie nach zusätzlicher Stegerwärmung auf 300,400,500 bzw. 680" C aufgeführt. Surprisingly, it turns out that after the heat treatment according to the invention the internal tensile stresses on the running surface and on the underside of the foot are largely eliminated are. The table below shows the residual stresses of a high-strength Rail with a tensile strength of 1230 N / mm2 in the roller-oriented state as well Listed after additional bar heating to 300,400,500 or 680 "C.
F i g. 1 zeigt in maßstäblicher Darstellung das Profil dieser Schiene mit Kopf 1, zu erwärmenden Steg 2 und Fuß 3. F i g. 1 shows the profile of this rail in a true-to-scale representation with head 1, web 2 to be heated and foot 3.
Tabelle Eigenspannungen an einer Schiene UIC 60 in Güte S 1200 Behandlungszustand Längseigenspannungen in N/mm2 Fahrfläche Fußunterseite rollengerichtet ohne nachfolgende Stegerwärmung +211 +259 rollengerichtet und Stegerwärmung 3000 C + 153 + 15 rollengerichtet und Stegerwärmung 400" C + 38 + 40 rollengerichtet und Stegerwärmung 5000 C - 21 + 21 rollengerichtet und Stegerwärmung 6800 C - 42 + 49 (+) = Zugspannung.Table of residual stresses on a UIC 60 rail in quality S 1200 treatment condition Longitudinal residual stresses in N / mm2 running surface underside of the foot roll-oriented without following Bar heating +211 +259 roll-directed and bar heating 3000 C + 153 + 15 roll-directed and bar heating 400 "C + 38 + 40 roll-oriented and bar heating 5000 C - 21 + 21 roll aligned and bar heating 6800 C - 42 + 49 (+) = tensile stress.
(-) = Druckspannung.(-) = compressive stress.
Man erkennt, daß die Längseigenspannungen durch die Stegerwärmung auf Werte unter 50 N/mm2 abgesenkt werden. Bei den höheren Erwärmungstemperaturen stellen sich an der Fahrfläche sogar geringe Druckeigenspannungen ein. Bei einer Erwärmung auf 300° C ist der Abbau der Eigenspannungen noch unvollständig. It can be seen that the internal longitudinal stresses due to the web heating can be reduced to values below 50 N / mm2. At the higher heating temperatures there are even slight residual compressive stresses on the driving surface. At a If the temperature rises to 300 ° C, the residual stresses are still incomplete.
Durch einen Abbau der Eigenspannungen von Schienen läßt sich eine wesentliche Verbesserung der Bruchsicherheit erreichen. Dieser Zusammenhang konnte an den erfindungsgemäß wärmebehandelten Schienen bestätigt werden. Dazu wurden im Fuß mit einem Querkerb versehene Schienenabschnitte mit der in Technische Mitteilungen Krupp, Werksberichte 39 (1981) S. 33 bis 44 beschriebenen Prüfanordnung untersucht. Die erfindungsgemäß wärmebehandelte Schiene brach bei einer Spannung von 200 N/mm2 mit einem Schwingbruch von rd. 10 mm Tiefe, bei der rollengerichteten Vergleichsschiene trat der Bruch dagegen bereits bei einer Rißtiefe von rd. 2 mm ein. Die erfindungsgemäß wärmebehandelte Schiene erträgt also bei gleicher Beanspruchung einen wesentlich größeren Anriß als die rollengerichtete Vergleichsschiene. Die erfindungsgemäß wärmebehandelte Schiene weist mithin eine erheblich höhere Bruchsicherheit auf. By relieving the internal stresses of the rails, a achieve a significant improvement in the fracture resistance. This connection could can be confirmed on the rails heat-treated according to the invention. For this purpose, the Rail sections provided with a transverse notch with the one in Technical Notes Krupp, Werksberichte 39 (1981) pp. 33 to 44 described test arrangement examined. The rail heat-treated according to the invention broke at a tension of 200 N / mm2 with a fatigue fracture of around 10 mm depth, in the case of the roller-oriented comparison rail In contrast, the break occurred at a crack depth of around 2 mm. According to the invention Heat-treated splint can withstand the same stress significantly larger crack than the roller-oriented comparison rail. The heat-treated according to the invention The rail is therefore considerably more resistant to breakage.
Die Rißzähigkeit ist eine Werkstoffgröße, die die Bedingungen für instabiles Rißwachstum (Sprödbruch) in Abhängigkeit von der Spannung und der Rißgröße angibt. Wie in der oben angegebenen Literaturstelle dargestellt, ist es zulässig, die Gesetze der linear-elastischen Bruchmechanik auf Schienen anzuwenden und daraus die Bedingungen für Sprödbruch quantitativ abzuleiten. Man muß allerdings die Eigenspannungen bei der Berechnung berücksichtigen. The fracture toughness is a material quantity that the conditions for unstable crack growth (brittle fracture) depending on the stress and the size of the crack indicates. As shown in the literature cited above, it is permissible to apply the laws of linear-elastic fracture mechanics to rails and from them to derive the conditions for brittle fracture quantitatively. One must, however, the residual stresses take into account in the calculation.
Der Zusammenhang lautet: Darin ist adie Spannung Klcdie Rißzähigkeit, Mein Geometriefaktor und tdie Rißtiefe.The context is: Therein a is the tension Klc the crack toughness, my geometry factor and t is the crack depth.
Fig. 2 zeigt für die Schiene UIC 60 mit 1230 im2 Zugfestigkeit, zur Erläuterung des Einflusses von Eigenspannungen, den Zusammenhang zwischen der Spannung und der Rißtiefe mit der Rißzähigkeit als Parameter. Bei einer Rißzähigkeit von 1000 N/mm3'2 wird eine eigenspannungsfreie Schiene unter einer äußeren Beanspruchung von 200 N/mm2 einen Riß von etwa 10 mm Tiefe ertragen; dagegen wird eine Schiene mit einer Eigenspannung von 200 N/mm2 bei gleicher äußerer Beanspruchung bereits bei einer Rißtiefe von rd. 2 mm brechen. Die eigenspannungsarme Schiene hat eine wesentlich höhere Bruchsicherheit, da kleine Anrisse oder Kerben nicht zum Versagen führen. Andererseits können größere Anrisse durch eine zerstörungsfreie Prüfung rechtzeitig erfaßt werden, so daß ein Versagen der Schiene vermieden werden kann. Fig. 2 shows for the rail UIC 60 with 1230 im2 tensile strength, for Explanation of the influence of residual stresses, the relationship between the stress and the crack depth with the crack toughness as a parameter. With a fracture toughness of 1000 N / mm3'2 becomes a rail free of internal stresses under an external load of 200 N / mm2 endure a crack about 10 mm deep; against it becomes a rail with an internal stress of 200 N / mm2 with the same external stress break at a crack depth of around 2 mm. The low-residual-stress rail has a Much higher break resistance, as small cracks or notches do not fail to lead. On the other hand, larger cracks can be caused by a non-destructive test can be detected in good time so that a failure of the rail can be avoided.
Betrachtet man die Schiene als Bauteil und die Eigenspannungen als eine Größe, welche die kritische Spannungsintensität an der Rißspitze (= Rißzähigkeit des Bauteils) vermindert, so ergibt sich die in F i g. 3 gezeigte Darstellung. Aufgetragen ist die Rißzähigkeit des Bauteils Schiene K, über der Rißzähigkeit des Schienenstahls K Der kritische K,-Wert stellt dabei ein Maß für die Bruchsicherheit der Schiene dar. Für den Fall der eigenspannungsfreien Schiene, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt ist, gruppieren sich die Werte um die 45"-Gerade. Für Schienen mit Eigenspannungen liegt der kritische Kl-Wert dagegen deutlich unterhalb dieser Geraden. If you consider the rail as a component and the residual stresses as a quantity which the critical stress intensity at the crack tip (= crack toughness of the component), the result is the one shown in FIG. 3 representation shown. Applied is the fracture toughness of the component rail K, above the fracture toughness of the rail steel K The critical K, value is a measure of the rail's resistance to breakage represents. In the case of the residual stress-free rail, which according to the invention Procedure is covered, the values are grouped around the 45 "straight line. For rails with residual stresses, on the other hand, the critical Kl value is significantly below this Straight lines.
Neben der Verbesserung der Bruchsicherheit ergibt das erfindungsgemäße Verfahren auch eine Erhöhung der Gestaltfestigkeit, die ein Maß für die Haltbarkeit eines Bauteils unter Schwingbeanspruchung ist. Die Zunahme beträgt etwa 10 bis 20%. In addition to the improvement in the resistance to breakage, the result according to the invention Process also increases the structural strength, which is a measure of durability of a component is under vibration stress. the Increase is about 10 to 20%.
Schienen, die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt sind, haben folgende Vorteile: - Unter gegebenen äußeren Beanspruchungen (Betriebsbedingungen) haben die Schienen eine verbesserte Bruchsicherheit und eine erhöhte Beständigkeit gegenüber der Entstehung von Schwingrissen. Splints treated according to the method according to the invention, have the following advantages: - Under given external loads (operating conditions) the rails have improved resistance to breakage and increased durability against the occurrence of vibration cracks.
- Bei gleicher Bruchsicherheit kann die Belastung der Schienen, z. B. durch höhere Achslasten, vergrößert werden.- With the same break resistance, the load on the rails, e.g. B. can be increased by higher axle loads.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch mit Vorteil zum Abbau von Eigenspannungen bei gewalzten und anschließend gerichteten Stahlprofilen angewendet werden, die einen Steg und sich senkrecht zu diesem Steg anschließende Kopf- und/oder Fußteile aufweisen, wie z. B. T- oder Doppel-T-Träger. The inventive method can also be used with advantage for the degradation of Residual stresses applied to rolled and then straightened steel profiles be that a web and perpendicular to this web adjoining head and / or Have foot parts, such. B. T- or double-T-beams.
Claims (2)
Priority Applications (4)
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---|---|---|---|
DE19853501523 DE3501523C1 (en) | 1985-01-18 | 1985-01-18 | Method for reducing the residual stresses of roller-straightened steel rails |
EP85115961A EP0190448A1 (en) | 1985-01-18 | 1985-12-13 | Process for reducing residual stress of roller-straightened steel rails |
US06/818,837 US4659398A (en) | 1985-01-18 | 1986-01-14 | Method for reducing internal stresses of roller straightened rails |
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DE19853501523 DE3501523C1 (en) | 1985-01-18 | 1985-01-18 | Method for reducing the residual stresses of roller-straightened steel rails |
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DE3501523C1 true DE3501523C1 (en) | 1986-04-24 |
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ID=6260137
Family Applications (1)
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Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3501523C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0825266A1 (en) * | 1996-08-22 | 1998-02-25 | Thyssen Stahl AG | Process for reducing the opening value obtained in the web saw cut test of steel rails |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2030224C (en) * | 1970-06-19 | 1973-03-08 | Fried. Krupp Hüttenwerke AG, 4630 Bochum | Process for reducing the susceptibility to brittle fracture of rails |
-
1985
- 1985-01-18 DE DE19853501523 patent/DE3501523C1/en not_active Expired
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE2030224C (en) * | 1970-06-19 | 1973-03-08 | Fried. Krupp Hüttenwerke AG, 4630 Bochum | Process for reducing the susceptibility to brittle fracture of rails |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
Houdremont, "Handbuch der Sonder- stahlkunde", Spinger-Verlag Berlin/Göttingen/Heidelberg, 1956, S.238-240 * |
Tech. Mitt. Krupp, Werksberichte, Bd. 39 (1981), H. 1, S. 33 bis 41 * |
Cited By (1)
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EP0825266A1 (en) * | 1996-08-22 | 1998-02-25 | Thyssen Stahl AG | Process for reducing the opening value obtained in the web saw cut test of steel rails |
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8100 | Publication of the examined application without publication of unexamined application | ||
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