DE673465C

DE673465C - Stahl fuer verschleissfeste und zaehe Gegenstaende, wie Schienen, Radreifen und Zahnraeder

Info

Publication number: DE673465C
Application number: DE1930673465D
Authority: DE
Inventors: Dr Eduard Herzog
Original assignee: August Thyssen Huette AG
Current assignee: Thyssen AG
Priority date: 1930-04-01
Filing date: 1930-04-01
Publication date: 1939-03-22

Description

Stahl für verschleißfeste und zähe Gegenstände, wie Schienen, Radreifen und Zahnräder Die neuzeitliche Entwicklung des. Eisenbahnverkehrswesens, vor ,alle die immer größer werdenden Raddrücke durch Einführung schwererer Lokomotivtypen rund von Großraumgüterwagen, haben eine Nachfrage nach solchen Schienen verursacht, die den gesteigerten Anforderungen besser als die bisher hergestellten Schienenarten gewachsen sind. In .erster Linie werden verschleißsichere Schienen verlangt, ohne daß durch diese Eigenschaft die Sicherheit beeinträchtigt werden darf. Diese Forderung erstreckt sich naturgemäß auch ,auf Radreifen, Zahnräder u. dgl.
Die Erfahrung hat nun gelehrt, dalli zwar der Abnutzungswiderstand nicht allein von der Härte und Festigkeit des. Stahles, abhängig ist, daß aber mit :steigender Zugfestigkeit, insbesondere bei Festigkeitswerten über 85 kg/mm?, die Kurve des Abnutzungswiderstandes sehr steil ansteigt; das wurde z. B. bei Schienen festgestellt. Bei Verwendung von Schienen mit mindestens go kg/mm2 Festigkeit aus üblichen Kohlenstoffstählen wird aber die Sicherheit des Verkehrs dadurch gefährdet, @daß @diese Schienen zu Brüchen neigen und die erforderliche Zähigkeit vermissen lassen. Außerdem bringt der notwendige hohe Kohlenstoffgehalt des Stahles starke Ausseigerungen der härtebildenden und verunreinigenden Bestandteile des Stahles mit sich und damit neben der Bruchgefahr eine bemerkenswerte Ungleichmäßigkeit der Werkstoffeigenschaften. Man hat deshalb auch schon bei Schienen die Oberfläche des Kopfes mit Wasser gehärtet, um den höchstbeanspruchten Teilen die nötige Härte zu geben, ohne daß dabei die ganze Schiene hart und spröde zu sein braucht. Dieses Verfahren. hat jedoch neben den Schwierigkeiten einer gleichmäßigen Härtung den Nachteil, daß die Härte von der Schieneankopfoberfläche nach dem Innern so erheblich abnimmt, daß die Schiene im Betrieb nach einer geringen Abnutzung dauernd an Abnutzungswiderstand verliert.
Auch durch besondere Legierungszusätze hat man den Abnutzungswiderstand der Stähle zu erhöhen versucht. Diese Zusätze sind aber, wie z. B. Nickel, Wolfram oder Molybdän, so teuer, daß bei wirksamen Zusatzmengen die Wirtschaftlichkeit der Verwendung solcher Stähle in Frage gestellt wird. Außerdemerfordern diese Stähle fast stets eine besondere Vergütung oder Wärmebehandlung, die ihre Herstellung erschwert.

Die Erfindung bezieht sich nun a uf Gegenstände, deren Härte und Abnutz!ungswIderstand im Walzzustand bei gleichzeitiger Steigerung der Zähigkeit und ohne @daß die Blockseigerung des Stahles das übliche Maß erreicht, erheblich gesteigert wird. Gemäß der Erfindung wird das dadurch erreicht, da,ß man dem Stahl 0,3 bis i,5% Kupfer und o,5 bis 40/0 Chrom zusetzt und seinen , Sib.-ciumgehalt über das bei unlegierten Kohlenstoffstählen übliche Maß hinaus bis auf 2,50/0 steigert. Als besonderer Vorteil ergibt sich dann die Möglichkeit einer Verminderung des stark seigernden Kohlenstoffs im Stahl bis auf o,i bis 0,7%. Als geeignete Zusammensetzung kann folgende gelten:

Kohlenstoff .:...... ö,1 bis o,70/0

Silicium . . . . . . . . . . 0,2 - 2,50/0

Mangan . . . . . . . . . . 035 - 2200/0

Chrom . . . : : . . . . .,F.. - 4,oo/o

Kupfer .......... o,3 - 1;5%

Phosphor

Schwefel möglichst niedrig.

Beispielsweise betrug bei Stählen folgender Zusammensetzung:

I 1I ' iIi IV

Kohlenstoff . 0,15 0,25 0;40 0,50%

Silicium. ... 1,60 1,00 0,80 0,70%

Mangan . 440 1,00 1,00 o,8o%

Chrom .... 2,5o i,5o o,6o 0;55%

Kupfer ...: i,oo ö,9o o,85 0,75%

Phosphor ... 0,03 0,03 0,03 ä,030/0

Schwefel - .. o,o2 o,o2 o,o2 o,o2p/o

-die Zugfestigkeit mehr ;als 9o kg/min2.

Die Dehnung war im Mittel um 6o% und die Kerbzähigkeit um. mindestens Zoo % höher als bei üblichem Köhlenstoffstahl gleicher Festigkeit.
Ein anderer Stahl .,mit o, 25 öto C, 1, 6 0/ö Si, i, o % Mn, 2,5% Cr und i, o % Du ergab eine aus der Brinell:härteermittelte Festigkeit von i 2o .,kg/mm2 bei gleichfalls bemerkenswerter Zähigkeit, wie. sich aus Schlagversuchen ergeben hat.
Ferner sind aus dein. Stählern: I bis IV Schienen gewalzt und diese ,der von der Deutschen Reichsbahn vorgeschriebenen Schienenschlagprobe unterworfen worden, wobei die Proben erheblich mehr ausgehalten haben, als .für Schienen mit einer Zugfestigkeit von nur 7o kg/mm2 vorgeschrieben ist. Am meisten zeigt -sich der Vorteil der zu verwendenden Stähle in ihrem Widerstand gegen schleifende Reibung, der beispielsweise die Schienen an den Spurkranzseiten ,der Schienenköpfe am stärksten ausgesetzt sind. Versuche haben ergeben, daß Schienen vorstehender Zusammensetzung-einen ebenso: großen Abnutzungs# widerstand gegen schleifende Reibung besitzen wie Schienen; bei denen die Zugfestigkeit bzw. Härte der Oberflächenschichten im Schienenkopf durch Wasserlärtüng auf i 2o kg/mm2 gesteigert wurde. '-Wird besonderes Gewicht auf große Zähigkeit der Stähle ;gelegt, z: B. bei der Verwendung von Schienen in starker Winterkälte, so ;soll der Kohlenstoffgehalt des Stahles an der unteren Grenze und dafür der Chrom:, Kupfer- und Siliciumgehalt des Stahles, einzeln: oder zusammen, an der oberen Gehaltsgrenze liegen.
Der Mangangehalt des. Stahles kann entweder in den üblichen Grenzen von 0,5 bis o, 8 % gehalten oder aber auch .darüber hinaus bis zu 201o gesteigert werden. Ist dabei gleichbleibende Festigkeit gefordert, so müssen naturgemäß mit steigendem C-Gehalt die übrigen Legierungsbestandteile einschließlich Kohlenstoff, einzeln oder zusammen, vermindert werden. Überhaupt muß die Art der Legierung der geforderten Festigkeit, @d. h. .dem jeweiligen Verwendungszweck angepaßt werden.
Die vorstehend angegebenen Legierungsgehalte verlieren nichts. an ihrer spezifischen Wirkungsweise, wenn der Stahl auch noch andere Legierungsgehalte in beschränkten Mengen, ä. B. Nickel, Molybdän, Aluminium, Vanadiüm Moder Titan, enthält, solange die Summe der Härtebildner in der Weise begrenzt wird, däß ,dig nötige Zähigkeit des Stahles erhalten bleibt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Verwendung eines Stahles. mit o, z bis 0,7% Kohlenstoff, o,2 bis 2,5% Silicium:, o,5 bis 20/0 Mangan, o,5 bis 4% Chrom, 0,3 bis i,5olo Kupfer, Rest Eisen und geringe Gehalte an Phosphor und Schwefel zur Herstellung von Schienen, Radreifen, Zahnrädern und anderen Gegenständen, die keine Abschreckbehandlungx erfahren, bei deren Verwendung es aber .auf den Verschleißwiderstand in Verbindung mit Zähigkeit ankommt.
2. Verwendung eines Stahles mit o,i 5 bis o, 5 % Kohlenstoff, 1,6 bis. 0,70/0 Silicium, 1,4 bis o.,8 % Mangan, --,5 bis o,55% Chrom, 1,0 bis o,75% Kupfer, Rest wie im Anspruch i zur Herstellung von Gegenständen nach Anspruch i mit einer Zugfestigkeit von mindestens 9o kg/mm2.
3. Verwendung eines Stahles mit etwa 0,250/0 Kohlenstoff, 460/0 Silicium, i °/o Mangan, 2,5N Chrom, i % Kupfer, Rest wie. im. Anspruch i zur Herstellung von Gegenständen. nach Anspruch i mit einer Zugfestigkeit von etwa i 2o kg/mxn.2.
4. Verwendung eines Stahles nach Anspruch i; dessen Kohlenstoffgehalt an der unteren Grenze gehalten und dessen Chrom-, Kupfer- !und Siliciumgehalt, ein.-zeln :oder zusammen, nicht an der unteren Grenze liegt, zur Herstellung von solchen Gegenständen nach Anspruch i, bei denen es ,auf den Verschleißwiderstand in Verbindung mit besonders. großer Zähigkeit ankommt, z. B. von Schienen, die großer Winterkälte ausgesetzt werden.
5. Verwendung eines Stahles. gemäß Anspruch i oder Unteransprüchen, der jedoch im Rest noch Nickel, Molybdän, Aluminium, Vanadiumoder Titan, einzeln oder zu .mehreren, mit der Maßgabe enthält, daß der Kupfergehalt stets. über o,3% beträgt und daß die vorgenannten Zusatzelemente nur in solchen Mengen vorhanden sind, daßdadurch die Zähigkeit des Stahles nicht aufgehoben wird und die Summe dieser Zusatzelemen te i % nicht übersteigt, für den Zweck nach Anspruch i bis q..