DE69427189T3 - Hochfeste, abriebsresistente schiene mit perlitstruktur und verfahren zu deren herstellung - Google Patents

Hochfeste, abriebsresistente schiene mit perlitstruktur und verfahren zu deren herstellung Download PDF

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Description

  • Technisches Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft Herstellungsverfahren für hochzähe Schienen aus kohlenstoffreichen perlitischen Stählen von hoher Festigkeit und Verschleiß- bzw. Abriebfestigkeit, die für Eisenbahnschienen und Industriemaschinen vorgesehen sind.
  • Beschreibung des Standes der Technik
  • Wegen der hohen Festigkeit und Abriebfestigkeit werden kohlenstoffreiche Stähle mit Perlitstrukturen in Baustahlanwendungen für Eisenbahnschienen eingesetzt, die wegen der höheren Gewichte von Eisenbahnwaggons höhere Achslasten aushalten müssen und zur schnelleren Beförderung vorgesehen sind.
  • Es sind viele Technologien für die Herstellung von Hochleistungsschienen bekannt. Die japanische vorläufige Patentveröffentlichung Nr. 55-2768 (1980) offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Hartschienen durch Abkühlen von erwärmtem Stahl mit einer speziellen Zusammensetzung, die für die Entstehung einer Perlitstruktur verantwortlich ist, von einer Temperatur oberhalb des Ac3-Punktes auf eine Temperatur zwischen 450 und 600°C, wobei durch isotherme Umwandlung eine feinkörnige Perlitstruktur gebildet wird. Die japanische vorläufige Patentveröffentlichung Nr. 58-221 229 (1983) offenbart ein Wärmebehandlungsverfahren zur Herstellung von Schienen mit verbesserter Abriebfestigkeit, das durch Abschrecken einer erwärmten Schiene, die 0,65 bis 0,85% Kohlenstoff und 0,5 bis 2,5% Mangan enthält, feinkörniges Perlit bildet, wodurch in der Schiene oder in deren Kopf feinkörniges Perlit entsteht. Die japanische vorläufige Patentveröffentlichung Nr. 59-133 322 (1984) offenbart ein Wärmebehandlungsverfahren zur Herstellung von Schienen mit feinkörniger Perlitstruktur, die eine Härte von Hv > 350 aufweist und sich von der Schienenkopfoberfläche bis in eine Tiefe von etwa 10 mm erstreckt, durch Eintauchen einer gewalzten Schiene von spezieller Zusammensetzung, die eine stabile Perlitstruktur bildet und auf eine Temperatur oberhalb des Ac3-Punktes erwärmt wird, in ein Bad aus geschmolzenem Salz mit einer bestimmten typischen Temperatur.
  • Obwohl perlitische Stahlschienen von gewünschter Festigkeit und Abriebfestigkeit leicht durch Zugabe geeigneter Legierungselemente erzeugt werden können, ist ihre Zähigkeit viel niedriger als die von Stählen, die im wesentlichen aus ferritischen Strukturen bestehen. In Tests, die an Charpy-Probekörpern Nr. 3 mit Rundkerbe bzw. U-Kerbe gemäß JIS bei normalen Temperaturen durchgeführt werden, weisen beispielsweise Schienen aus eutektoiden Kohlenstoffstählen mit Perlitstruktur eine Zähigkeit von etwa 10 bis 20 J/cm2 auf, und Schienen aus kohlenstoffhaltigen Stählen oberhalb des eutektoiden Punktes weisen eine Zähigkeit vom etwa 10 J/cm2 auf. Zugproben Nr. 4 gemäß JIS weisen eine Dehnung von weniger als 10% auf. Wenn Stähle mit derart niedriger Zähigkeit in Baustahlanwendungen eingesetzt werden, die wiederholter Belastung und Vibration ausgesetzt sind, können feine Anfangsdefekte und Ermüdungsrisse bei niedrigen Spannungen zu Sprödbrüchen führen.
  • Im allgemeinen verbessert sich die Zähigkeit von Stahl durch Kornverfeinerung der Metallstruktur oder, genauer gesagt, durch Verfeinerung von Austenitkörnern oder transkristalline Umwandlung. Die Verfeinerung von Austenitkörnern wird durch Anwendung der Erwärmung auf niedrige Temperatur während des Walzens oder danach erreicht, oder durch eine Kombination aus gesteuertem Walzen und Wärmebehandlung, wie in der japanischen vorläufigen Patentveröffentlichung Nr. 63-277 721 (1988) offenbart. Bei der Schienenherstellung sind jedoch Erwärmung auf niedrige Temperatur während des Walzens, gesteuertes Walzen bei niedrigen Temperaturen und Walzen mit starkem Zug wegen Beschränkungen der Umformbarkeit nicht anwendbar. Auch heutzutage wird daher die Zähigkeit durch herkömmliche Wärmebehandlung bei niedrigen Temperaturen verbessert. Noch immer ist dieses Verfahren mit verschiedenen Problemen behaftet, wie z. B. Kostspieligkeit und niedrigerer Produktivität und erfordert schnelle Lösungen, um ebenso effizient wie die neuesten Technologien zu werden, die höhere Energie- und Arbeitskräfteeinsparungen sowie eine höhere Produktivität liefern.
  • Die FR-A-2 109 121 offenbart eine Schiene von feinkörniger Perlitstruktur mit einer Zusammensetzung, die 0,75–1,00% C, 0,40–1,00% Mn, 0,10–0,90% Si und 0,01–1,00% Cr aufweist. Die Schiene wird durch Walzen im austenitischen Bereich und gesteuerte Abkühlung hergestellt; zu den Warmwalzbedingungen sind keine Details angegeben.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das oben beschriebene Problem zu lösen. Genauer gesagt, die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Herstellungsverfahren für Schienen mit verbesserter Abriebfestigkeit, Duktilität und Zähigkeit bereitzustellen, indem die Probleme bei den herkömmlichen gesteuerten Walzverfahren, die auf niedrige Temperaturen und starken Zug angewiesen sind, beseitigt und ein neues gesteuertes Walzverfahren angewandt wird, um die Korngröße des Perlits in eutektoiden Stählen oder Kohlenstoffstähhlen oberhalb des eutektoiden Punktes zu steuern.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die Erfindung wird durch die Merkmale der Ansprüche definiert.
  • Nach vielen Experimenten zur Zusammensetzung und zum Herstellungsverfahren von feinkörnigem perlitischem Stahl mit verbesserter Zähigkeit haben die Erfinder folgendes festgestellt. Schienen müssen im allgemeinen eine hohe Abriebfestigkeit im Schienenkopf und eine hohe Biegedauerfestigkeit und Duktilität im Schienenfuß aufweisen. Schienen mit guter Abriebfestigkeit, Dehnbarkeit und Zähigkeit kann man erhalten, indem man den Kohlenstoffgehalt im Schienenkopf und -fuß eutektoid oder übereutektoid macht und die Größe von feinkörnigen Perlitblöcken steuert. Wenn kohlenstoffreiche Stähle im austenitischen Zustand gewalzt werden, kristallisieren sie unverzüglich sogar nach dem Walzen bei relativ niedrigen Temperaturbereichen und mit geringem Zug. Feinkörnige Austenitkörner von gleichmäßiger Größe, die eine feinkörnige Perlitstruktur bilden, kann man durch Anwendung des kontinuierlichen Walzens mit leichtem Zug und von Walzstichen in kürzeren Abständen als vorher auf die gerade beschriebenen Stähle erhalten.
  • Hierbei besteht der Perlitblock aus einem Perlitaggregat, in dem Ferrite die gleiche Kristallorientierung beibehalten, wie in 1 dargestellt. Die Lamellenstruktur ist eine Zeilen- bzw. Streifenstruktur, die aus Ferrit- und Zementitschichten besteht. Bei einem Bruch spaltet sich jedes Perlitkorn in Perlitblöcke.
  • Auf der Grundlage der obigen Erkenntnisse stellt die Erfindung bereit:
    Verfahren zur Herstellung von hochfesten Schienen mit Perlitstruktur durch Verbesserung mechanischer Eigenschaften, besonders der Duktilität und der Zähigkeit, durch Steuerung der Größe von Perlitblöcken, die man erzielt, indem man Halbzeugschienen, die aus Barren aus Kohlenstoff- oder niedriglegierten Stählen der obigen Zusammensetzung vorgewalzt sind, in drei oder mehr Stichen in Intervallen von nicht mehr als 10 Sekunden mit einem Reduktionsgrad im Bereich von 5 bis 30% pro Stich kontinuierlich fertigwalzt, wobei ihre Oberflächentemperatur im Bereich zwischen 850 und 1000°C bleibt, und dann die fertiggewalzten Schienen spontan oder von einer Temperatur oberhalb 700°C mit einer Geschwindigkeit von 2 bis 15°C/s auf eine Temperatur zwischen 700 und 500°C abkühlen läßt.
  • Insbesondere weisen Kohlenstoff- und niedriglegierte Stähle, die 0,60 bis 0,85 Gew.-% Kohlenstoff enthalten, eine höhere Zähigkeit auf, bei einer Dehnung von 12% oder mehr und einem Charpy-Rundkerben-Schlagfestigkeitswert von 25 J/cm2 in dem Teil, wo der mittlere Kornduchmesser von Perlitblöcken 20 bis 50 μm beträgt, während Kohlenstoff- und niedriglegierte Stähle, die 0,85 bis 1,20 Gew.-% Kohlenstoff enthalten, eine höhere Abriebfestigkeit aufweisen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnung
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Perlitkristallkorns.
  • Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
  • Nachstehend werden Details der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • Zunächst werden die Gründe für die oben beschriebene Beschränkung der Stahlzusammensetzung erörtert.
  • Kohlenstoff: Kohlenstoff verleiht dem Stahl Abriebfestigkeit durch Bildung von Perlitstrukturen. Gewöhnlich enthalten Schienenstähle 0,60 bis 0,85% Kohlenstoff, um eine hohe Zähigkeit zu erzielen. Manchmal wird an Austenitkorngrenzen voreutektoides Ferrit gebildet. Um die Abriebfestigkeit zu verbessern und die Einleitung eines Ermüdungsbruchs in Schienen zu hemmen, ist ein Kohlenstoffgehalt von 0,85% oder mehr für Schienenstähle vorzuziehen. Die Menge an voreutektoidem Zementit an Austenitkorngrenzen nimmt mit steigendem Kohlenstoffgehalt zu. Wenn der Kohlenstoffgehalt 1,2% übersteigt, wird die Verschlechterung der Dehnbarkeit und Zähigkeit sogar durch die weiter unten zu beschreibende Kornverfeinerung von Perlitstrukturen unkontrollierbar. Daher ist der Kohlenstoffgehalt auf den Bereich zwischen 0,60 und 1,20% beschränkt.
  • Silizium: Der Siliziumgehalt, der das Ferrit in Perlitstrukturen verfestigt, beträgt mindestens 0,1%. Ein Siliziumgehalt von mehr als 1,20% führt jedoch zur Versprödung von Stahl durch Bildung von martensitischen Strukturen. Daher ist der Siliziumgehalt auf den Bereich zwischen 0,10 und 1,20% beschränkt.
  • Mangan: Mangan verfestigt nicht nur Perlitstrukturen, sondern unterdrückt auch die Bildung von voreutektoidem Zementit durch Erniedrigen der Perlitumwandlungstemperatur. Ein Mangangehalt unter 0,40% führt nicht zu den gewünschten Wirkungen. Umgekehrt führt ein Mangangehalt von mehr als 1,50% zur Versprödung des Stahls durch die Bildung von martensitischen Strukturen. Daher ist der Mangangehalt auf den Bereich zwischen 0,40 und 1,50% beschränkt.
  • Chrom: Chrom erhöht die Gleichgewichtsumwandlungstemperatur von Perlit und verfeinert infolgedessen die Korngröße von Perlitstrukturen und unterdrückt die Bildung von voreutektoidem Zementit. Chrom wird daher nach Bedarf wahlweise zugesetzt. Während Chrom keine befriedigenden Ergebnisse liefert, wenn sein Gehalt unter 0,05% liegt, führt es zur Versprödung von Stahl durch die Bildung von martensitischen Strukturen, wenn sein Gehalt 2,0% übersteigt. Folglich ist der Chromgehalt auf den Bereich zwischen 0,05 und 2,00% beschränkt.
  • Molybdän und Niob: Molybdän und Niob, die Perlit verfestigen, werden nach Bedarf selektiv zugesetzt. Ein Molybdängehalt unter 0,01% und ein Niobgehalt unter 0,002% liefern nicht die gewünschten Wirkungen. Andererseits unterdrücken ein Molybdängehalt über 0,30% und ein Niobgehalt über 0,01% die Rekristallisation von Austenitkörnern während des Walzens, die der Kornverfeinerung von Metallstrukturen vorzuziehen ist, führen zur Bildung von langgestreckten groben Austenitkörnern und zum Verspröden von perlitischen Stählen. Daher sind der Molybdän- bzw. der Niobgehalt auf den Bereich zwischen 0,01 und 0,30% bzw. zwischen 0,002 und 0,01% beschränkt.
  • Vanadium und Kobalt: Vanadium und Kobalt, die Perlitstrukturen verfestigen, werden selektiv in Anteilen zwischen 0,02 und 0,1% bzw. zwischen 0,10 und 2,0% zugesetzt. Ein Zusatz unterhalb der unteren Grenzwerte ergibt keine ausreichenden Verfestigungswirkungen, während ein Zusatz oberhalb der oberen Grenzwerte zu starke Verfestigungswirkungen ergibt.
  • Die vorliegende Erfindung basiert auf eutektoiden oder übereutektoiden Stählen, deren Austenit ein Rekristallisationsverhalten aufweist, das für kohlenstoffreiche Stähle charakteristisch ist. Nach Bedarf kann jedes der oben beschriebenen Legierungselemente zugesetzt werden, solange die Metallstruktur perlitisch bleibt.
  • Der Bereich, in dem die mittlere Korngröße von Perlitblöcken 20 bis 50 μm beträgt, ist aus dem folgenden Grunde auf einen Teil innerhalb eines Abstands von 20 mm von der Schienenkopfoberfläche und bis zu 15 mm Abstand von der Schienenfußoberfläche beschränkt. Schäden, die durch den Kontakt des Schienenkopfes mit den Rädern fahrender Züge verursacht werden, sind auf einen Teil innerhalb eines Abstands von 20 mm von der Schienenkopfoberfläche beschränkt, während Schäden, die durch die am Schienenfuß aufgebaute Zugspannung verursacht werden, auf einen Teil innerhalb eines Abstands von 15 mm Abstand von dessen Oberfläche beschränkt sind.
  • Die mittlere Korngröße von Perlitblöcken im Schienenkopf und -fuß ist auf 20 bis 50 μm beschränkt, da die Körner, die feiner als 20 μm sind, keine ausreichend hohe Härte liefern, um die für Schienen erforderliche Abriebfestigkeit zu erreichen, während die Körner, die gröber als 50 μm sind, eine Verschlechterung der Duktilität und Zähigkeit bewirken.
  • Die mittlere Korngröße von Perlitblöcken in anderen Teilen als dem Schienenkopf und -fuß ist auf 35 bis 100 μm beschränkt, da die Körner, die feiner als 35 μm sind, nicht die für Schienenstähle erforderliche Festigkeit liefern, während die Körner, die gröber als 100 μm sind, deren Duktilität und Zähigkeit verschlechtern.
  • Die Dehnung bzw. der Charpy-Rundkerben-Schlagfestigkeitswert der Schienenabschnitte, in denen die mittlere Korngröße von Perlitblöcken 20 bis 50 μm beträgt, sind aus dem folgenden Grunde auf nicht weniger als 10% bzw. nicht weniger als 15 J/cm2 beschränkt: Schienen mit einer Dehnung von weniger als 10% und einem Charpy-Rundkerben-Schlagfestigkeitswert von weniger als 15 J/cm2 sind den Längsdehnungen und Stößen nicht gewachsen, die durch die darüberfahrenden Züge auf sie einwirken, und könnten über lange Zeiträume Risse bilden. Bei Schienenstählen, die 0,60 bis 0,85 Gew.-% Kohlenstoff enthalten, können die Dehnung bzw. der Charpy-Rundkerben-Schlagfestigkeitswert auf mindestens 12% bzw. mindestens 25 J/cm2 erhöht werden, wodurch eine höhere Zähigkeit als die von herkömmlichen Schienen erreicht wird.
  • Nachstehend werden Verfahren zur Herstellung von Schienen mit den obigen Zusammensetzungen und Eigenschaften beschrieben.
  • Barren aus Kohlenstoffstählen, die mittels Strangguß oder Blockguß aus flüssigem Stahl gegossen werden, der in einem gewöhnlichen Stahlschmelzofen hergestellt wird, oder Barren aus niedriglegierten Stählen, die geringe Mengen Chrom, Molybdän, Vanadium, Niob, Kobalt und andere festigkeits- und zähigkeitserhöhende Elemente enthalten, werden auf mindestens 1050°C erwärmt, zu schienenförmigen Halbzeugen vorgewalzt und dann kontinuierlich zu Schienen fertiggewalzt. Die Endtemperatur des Vorwalzens unterliegt zwar keiner besonderen Beschränkung, sollte aber vorzugsweise nicht niedriger als 1000°C sein, um für eine gute Umformbarkeit zu sorgen. Das kontinuierliche Fertigwalzen, bei dem ein Vormaterial zu einer Schiene der endgültigen Größe und Form fertiggewalzt wird, beginnt bei der Endtemperatur des Vorwalzens und verringert den Querschnitt um 5 bis 30% pro Stich, während die Oberflächentemperatur der Schiene im Bereich von 850 bis 1000° bleibt.
  • Ein kontinuierliches Fertigwalzen unter den obigen Bedingungen ist notwendig, um Austenitstrukturen aus feinen Körnern von gleichmäßiger Größe zu bilden, die für die Bildung feinkörniger Perlitstrukturen wesentlich sind. Wegen höherer Kohlenstoffgehalte können (1) feinkörnige Austenitstrukturen bei niedrigeren Temperaturen und niedrigeren Reduktionsgraden ohne weiteres rekristallisieren, (2) wird die Rekristallisation nach dem Walzen schnell abgeschlossen, und (3) wiederholt sich die Rekristallisation nach jedem Walzvorgang, auch wenn der Reduktionsgrad gering ist, wodurch das Kornwachstum in Austenitstrukturen unterdrückt wird.
  • Da das Perlitwachstum von Austenitkorngrenzen ausgeht, müssen Austenitkörner verfeinert werden, um die Größe von Perlitblöcken zu verringern. Austenitkörner werden durch Warmumformen von Stählen im austenitischen Temperaturbereich verfeinert. Da Austenitkörner nach jeder Wiederholung des Warmumformens rekristallisieren, wird durch wiederholtes Warmumformen oder Erhöhen des Reduktionsgrades eine Kornverfeinerung erzielt. Andererseits müssen die Zeitintervalle beim Walzen verkürzt werden, da das Wachstum von Austenitkörnern kurz nach dem Walzen beginnt.
  • Die durch dieses kontinuierliche Fertigwalzen fertigbearbeiteten erfindungsgemäßen Schienen haben eine Oberflächentemperatur zwischen 850 und 1000°C. Wenn die Endtemperatur niedriger als 850°C ist, bleiben austenitische Metallstrukturen unrekristallisiert, wodurch die Bildung von feinkörnigen perlitischen Metallstrukturen verhindert wird. Fertigwalzen bei Temperaturen über 1000°C führt zum Wachstum von grobkörnigen austenitischen Metallstrukturen während der anschließenden Perlitumwandlung, und infolgedessen wird wiederum die Bildung feiner Perlitkörner von gleichmäßiger Größe verhindert.
  • Eine Querschnittsreduktion von 5 bis 30% pro Stich liefert feinkörnige austenitische Metallstrukturen. Geringere Reduktionen unter 5% liefern keine ausreichend hohe Umformverfestigung, um die Rekristallisation austenitischer Metallstrukturen zu bewirken. Stärkere Reduktionen über 30% führen dagegen zu Schwierigkeiten bei der Schienenumformung. Um die Bildung feinkörniger austenitischer Metallstrukturen bei einer Querschnittsreduktion von nicht mehr als 30% zu erleichtern, muß das Walzen in drei oder mehr Stichen ausgeführt werden, so daß die Rekristallisation und das Kornwachstum von austenitischen Metallstrukturen unterdrückt werden.
  • Zwischen den einzelnen Stichen im Walzbetrieb wachsen austenitische Metallstrukturen und bilden gröbere Körner, welche die Festigkeit, Zähigkeit und andere für Schienen erforderliche Eigenschaften wegen der darin zurückgehaltenen Wärme verschlechtern. Dementsprechend verkürzt die vorliegende Erfindung das Zeitintervall zwischen den einzelnen Stichen auf nicht mehr als 10 Sekunden. Kontinuierliches Fertigwalzen mit Stichen in kurzen Intervallen fördert das Erzielen feinkörniger austenitischer Metallstrukturen, was wiederum zur Bildung von feinkörnigen perlitischen Metallstrukturen führt. Das Zeitintervall zwischen den Stichen beim gewöhnlichen Reversierwalzen beträgt etwa 20 bis 25 Sekunden. Dieses Zeitintervall ist lang genug, um die Korngröße von austenitischen Metallstrukturen so stark wachsen zu lassen, daß Spannungsentlastung, Rekristallisation und Kornwachstum möglich sind. Dann wird die Wirkung der durch das Walzen hervorgerufenen Rekristallisation zum Herbeiführen der Kornverfeinerung so stark beeinträchtigt, daß die Herstellung von Schienenstählen mit feinkörnigen Perlitblöcken unmöglich wird. Aus diesem Grunde müssen die Zeitintervalle zwischen den Walzstichen auf ein Minimum reduziert werden. Die Schienen, die auf diese Weise unter den oben beschriebenen Bedingungen auf das gewünschte Profil und die gewünschte Größe fertiggewalzt werden und noch heiß sind, läßt man in Luft auf natürliche Weise auf niedrigere Temperaturen abkühlen.
  • Wenn eine hohe Festigkeit erforderlich ist, werden Schienen nach dem kontinuierlichen Fertigwalzen von einer Temperatur über 700°C, wo die umwandlungsinduzierte Verfestigung stattfinden kann, mit einer Geschwindigkeit von 2° bis 15°C pro Sekunde auf einen Temperaturbereich zwischen 700°C und 500°C abgekühlt, in dem die Abkühlungsgeschwindigkeit von Stahl seine Umwandlung beeinflußt. Eine niedrigere Abkühlungsgeschwindigkeit als 2°C pro Sekunde liefert nicht die gewünschte Festigkeit, da die resultierende umwandlungsinduzierte Verfestigung analog zu derjenigen ist, die durch natürliche Abkühlung in Luft entsteht. Andererseits führt eine höhere Abkühlungsgeschwindigkeit als 15°C pro Sekunde zur Bildung von Bainit, Martensit und anderen Strukturen, welche die Zähigkeit von Stahl stark beeinträchtigen und dadurch zur Herstellung von spröden Schienen führen.
  • Wie aus dem Vorstehenden ersichtlich, ermöglicht das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren, Schienen durch die Bildung von feinkörnigen perlitischen Metallstrukturen eine höhere Zähigkeit zu verleihen.
  • [Beispiele]
  • Tabelle 1 zeigt die chemischen Zusammensetzungen von Probekörpern mit perlitischen Metallstrukturen. Tabelle 2 zeigt die Erwärmungs- und Fertigwalzbedingungen, die auf die Stähle mit den in Tabelle 1 angegebenen Zusammensetzungen in den erfindungsgemäßen Verfahren und den zum Vergleich getesteten herkömmlichen Verfahren angewandt wurden. Tabelle 3 zeigt die Bedingungen für die Abkühlung nach dem Walzen.
  • In Tabelle 4 sind die mechanischen Eigenschaften der Schienen aufgeführt, die nach den erfindungsgemäßen Verfahren und nach den herkömmlichen Verfahren hergestellt wurden, die zu Vergleichszwecken unter Kombination der in den Tabelle 1 bis 3 angegebenen Stahlzusammensetzungen, Walz- und Abkühlungsbedingungen getestet wurden.
  • Die nach den erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Schienen wiesen signifikant höhere Duktilitäten und Zähigkeiten (2UE + 20°C) als die nach herkömmlichen Verfahren hergestellten Schienen auf, wobei die Festigkeit mit den Zusammensetzungen und den Abkühlungsbedingungen variierte. Tabelle 1
    Stahl C Si Mn Cr Mo V Nb Co
    A 0.62 0.20 0.90 - - - - -
    B 0.80 0.50 1.20 0.20 - 0.05 - -
    C 0.75 0.80 0.80 0.50 - - 0.01 0.10
    D 0.83 0.25 0.90 1.20 0.20 - - -
    E 0.86 0.20 0.70 -
    F 0.90 0.50 1.20 0.50 - 0.05 0.01 0.10
    G 1.00 0.50 1.00 - 0.20 -
    H 1.19 0.20 0.90 -
    Tabelle 2
    Figure 00120001
    Tabelle 3
    Bezeichnung Abkühlungs-Anfangstemperatur °C Abkühlungsgeschwindigkeit °C/s
    I 800 2
    II 800 4
    III 720 10
    Tabelle 4
    Figure 00140001
    A.C.: Abkühlung in Luft
  • Einsatz bei industriellen Anwendungen
  • Wie aus dem Vorstehenden ersichtlich, weisen die Schienen, die nach den erfindungsgemäßen Verfahren unter bestimmten Fertigwalz- und Abkühlungsbedingungen hergestellt werden, feinkörnige Perlitstrukturen auf, die eine hohe Abriebfestigkeit und hervorragende Dehnbarkeit und Zähigkeit verleihen. Die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten Schienen sind fest genug, um der steigenden Belastung und Geschwindigkeit des heutigen Eisenbahnbetriebs zu widerstehen.

Claims (4)

  1. Verfahren zur Herstellung einer Schiene aus perlitischem Stahl von hoher Abriebfestigkeit und Zähigkeit, mit den folgenden Schritten: Vorwalzen eines Barrens aus Kohlenstoffstahl oder niedriglegiertem Stahl, enthaltend: 0,60 bis 1,20 Gew.-% Kohlenstoff, 0,10 bis 1,20 Gew.-% Silizium, 0,40 bis 1,50 Gew.-% Mangan und gegebenenfalls ein oder mehrere Elemente, ausgewählt aus der Gruppe, die aus 0,05 bis 2,00 Gew.-% Chrom, 0,01 bis 0,30 Gew.-% Molybdän, 0,02 bis 0,10 Gew.-% Vanadium, 0,002 bis 0,01 Gew.-% Niob und 0,1 bis 2,0 Gew.-% Kobalt besteht, zu einem Halbzeug-Vormaterial, kontinuierliches Fertigwalzen des Vormaterials, wobei dessen Oberflächentemperatur zwischen 850° und 1000°C bleibt, in drei oder mehr Stichen mit einem Reduktionsgrad von 5 bis 30% pro Stich und einem Zeitintervall von nicht mehr als 10 Sekunden zwischen den einzelnen Stichen, und natürliches Abkühlen der fertigbearbeiteten Schiene in Luft, wodurch die Korngröße der Perlitblöcke und die mechanischen Eigenschaften der Schiene eingestellt werden.
  2. Verfahren zur Herstellung einer Schiene aus perlitischem Stahl von hoher Abriebfestigkeit und Zähigkeit, mit den folgenden Schritten: Vorwalzen eines Barrens aus Kohlenstoffstahl oder niedriglegiertem Stahl, enthaltend: 0,60 bis 1,20 Gew.-% Kohlenstoff, 0,10 bis 1,20 Gew.-% Silicium, 0,40 bis 1,50 Gew.-% Mangan und gegebenenfalls ein oder mehrere Elemente, ausgewählt aus der Gruppe, die aus 0,05 bis 2,00 Gew.-% Chrom, 0,01 bis 0,30 Gew.-% Molybdän, 0,02 bis 0,10 Gew.-% Vanadium, 0,002 bis 0,01 Gew.-% Niob und 0,1 bis 2,0 Gew.-% Kobalt besteht, zu einem Halbzeug-Vormaterial, kontinuierliches Fertigwalzen des Vormaterials, wobei dessen Oberflächentemperatur zwischen 850° und 1000°C bleibt, in drei oder mehr Stichen mit einem Reduktionsgrad von 5 bis 30% pro Stich und einem Zeitintervall von nicht mehr als 10 Sekunden zwischen den einzelnen Stichen, und Abkühlen der fertigbearbeiteten Schiene mit einer Geschwindigkeit von 2°C bis 15°C pro Sekunde von 700°C oder darüber auf eine Temperatur zwischen 700° und 500°C, wodurch die Korngröße der Perlitblöcke und die mechanischen Eigenschaften der Schiene eingestellt werden.
  3. Verfahren zur Herstellung einer Schiene aus perlitischem Stahl von hoher Abriebfestigkeit nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Kohlenstoffgehalt auf einen Bereich zwischen mehr als 0,85 und 1,20 Gew.-% beschränkt ist.
  4. Verfahren zur Herstellung einer Schiene aus perlitischem Stahl von hoher Zähigkeit nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Kohlenstoffgehalt auf einen Bereich zwischen 0,60 und 0,85 Gew.-% beschränkt ist.
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