EP0136613A2 - Rail having a high wear resistance in the head and a high resistance to rupture in the base - Google Patents
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- EP0136613A2 EP0136613A2 EP84111040A EP84111040A EP0136613A2 EP 0136613 A2 EP0136613 A2 EP 0136613A2 EP 84111040 A EP84111040 A EP 84111040A EP 84111040 A EP84111040 A EP 84111040A EP 0136613 A2 EP0136613 A2 EP 0136613A2
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- Y10S148/902—Metal treatment having portions of differing metallurgical properties or characteristics
Definitions
- the invention relates to a rail with high wear resistance in the rail head and high break resistance in the rail foot.
- Rails for rail-bound traffic should on the one hand have a high wear resistance in the rail head and, on the other hand, should have a high level of safety against breakage due to the bending tensile stress in the track. Since the wear resistance increases and the resistance to breakage increases with increasing rail strength, it has not been possible to improve both properties at the same time with one material composition.
- a solution was seen in the so-called dual-substance rail. Thanks to the composite casting in the rail head, it has a high-strength material with high wear resistance and a soft material with good toughness properties in the rail web and foot. However, due to the low strength in the rail web and foot, such rails are not suitable for high loads because they deform plastically under high axle loads (> 22 t). Nor can metallurgical disturbances be avoided with sufficient certainty in the area of the material transition. They can cause permanent breaks. Compound cast rails have therefore not been used for a long time.
- the fracture toughness determined in fracture mechanical tests as a material characteristic has recently been used to assess the fracture behavior.
- the fracture toughness is determined in accordance with ASTM standard E 399-74.
- the rails after rolling and subsequent heat treatment, have a fine pearlitic structure in the head and a martensitic tempering structure in the foot.
- the martensitic remuneration structure set in the base of the rail is decisive for the high break resistance of the rail.
- Rails with a basic analysis according to claim 3 have tensile strength values of> 1100 N / mm 2 in the head and> 1000 N / mm 2 in the foot fracture toughness values of> 2000 N / mm 3/2 .
- a splint with the analysis according to claim 2 would only have fracture toughness values in the order of 1500 to 2000 N / mm 3/2
- a splint with the basic analysis according to claim 3 would only have fracture toughness values in the order of 1000 to 1400 N / mm mm 3/2 .
- Rail steels with the features of claims 1 to 3 thus have high strengths in the rail head, which is synonymous with high wear resistance.
- the simultaneously high strength and good fracture toughness values in the rail base make them suitable for use even with high axle loads over 22 t, without plastic deformation of the rails occurring and a high level of security against brittle fractures.
- the heat treatment of the rails according to the invention is advantageously carried out from the rolling heat.
- the finish rolling temperatures are above the range of the austenitizing temperatures, i.e. between 800 to 900 ° C. In this way it can be avoided that the rails have to be heated again in air to temperatures in the range from 810 to 890 ° C. after cooling to room temperature on the cooling bed. This measure is recommended if suitable cooling devices are directly available or can be created in rolling mills behind the rolling stands.
- the rail made of this material cooled in air after rolling and, when rolled, had the mechanical properties listed in Table 1, column 1.
- the head was cooled to 450 ° C on the surface in 15 s with compressed air.
- the rail foot was cooled to room temperature in 20 s using a compressed air / water mixture.
- the rail foot was then tempered at 650 ° C.
- the heat treatment resulted in a fine pearlitic structure in the rail head up to 20 mm depth and a martensitic tempering structure in the rail foot with the exception of a limited area below the web.
- the mechanical properties after the heat treatment are for the rail head in Table 1, Column 3 and for the rail foot given in Table 1, Column 4.
- the tensile strength in the rail head had increased by 180 N / mm 2 to 1150 N / mm 2 . Wear resistance had roughly doubled. Elongation at break and toughness had changed only slightly in the rail head. By tempering the rail foot, the yield point had been raised in approximately the same way as in the rail head. In this way, the load capacity of the rails was increased even for high axle loads, up to 35 t. The fracture toughness was more than doubled by the tempering.
- the rail can only withstand surface defects of up to 3 mm depth when it is rolled with a usual internal tensile stress on the underside of the rail base of approx. 240 N / mm 2 and an additional tensile bending stress due to traffic loads of 200 N / mm2, it increases due to the improved Crack toughness in the rail base the tolerable defect depth to over 25 mm. Errors or damage of this depth are extremely rare and can also be easily identified in good time by the usual non-destructive tests on the track.
- the fracture resistance of the new rails has thus been significantly improved compared to conventional, high-strength rails.
- the rail head was therefore no longer heat treated.
- the rail base was austenitized at 860 ° C and then quenched to 100 ° C in 12o s with a compressed air / water mixture.
- the tempering temperature was 680 ° C.
- By tempering a martensitic microstructure compensation was set in total R ußquer- cut.
- the mechanical properties measured on the rail are summarized in Table 2.
- the high strength of the rail head gives the rail a high wear resistance.
- the rail is particularly suitable for use in heavy load traffic with high axle loads (approx. 35 t).
- the tolerable crack depth increases from approx. 2 mm in the rolled state to approx. 20 mm after the heat treatment of the rail foot. The safety against breakage is also significantly improved with this rail.
- cooling media that reduce the susceptibility to stress cracking, such as oil.
- the drawing shows the rail 1 with its head 2, web 3 and foot 4.
Abstract
Der Erfindung betrifft eine Schiene mit hoher Verschließfestigkeit im Schienenkopf und hoher Bruchsicherheit im Schienenfuß. Kennzeichen der Erfindung ist, daß sie nach dem Walzen und einer anschließenden Wärmebehandlung im Kopf ein feinperlitisches Gefüge und im Fuß ein martensitisches Vergütungsgefüge aufweist. Die Erfindung umfaßt ferner bevorzugte Wärmebehandlungsverfahren für die Schiene.The invention relates to a rail with high wear resistance in the rail head and high break resistance in the rail foot. The characteristic of the invention is that after rolling and subsequent heat treatment, it has a fine pearlitic structure in the head and a martensitic tempering structure in the foot. The invention also includes preferred heat treatment processes for the rail.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schiene mit hoher Verschleißfestigkeit im Schienenkopf und hoher Bruchsicherheit im Schienenfuß.The invention relates to a rail with high wear resistance in the rail head and high break resistance in the rail foot.
Schienen für den schienengebundenen Verkehr sollen einerseits im Schienenkopf einen hohen Verschleißwiderstand und andererseits wegen der Biegezugbeanspruchung im Gleis, im Schienenfuß eine hohe Bruchsicherheit aufweisen. Da mit steigender Festigkeit der Schienen der Verschleißwiderstand zu- und die Bruchsicherheit abnimmt, konnte man beide Eigenschaften bei einer Werkstoffzusammensetzung bisher nicht gleichzeitig verbessern. Eine Lösung wurde in der sogenannten Zweistoffschiene gesehen. Sie weist durch Verbundguß im Schienenkopf einen hochfesten Werkstoff mit hohem Verschleißwiderstand und im Schienensteg und -fuß einen weichen Werkstoff mit guten Zähigkeitseigenschaften auf. Wegen der geringen Festigkeit im Schienensteg und -fuß sind solche Schienen jedoch nicht für hohe Beanspruchungen geeignet, da sie sich unter hohen Achslasten (>22 t) plastisch verformen. Auch sind im Bereich des Werkstoff- überganges metallurgische Störungen nicht mit hinreichender Sicherheit vermeidbar. Von ihnen können Dauerbrüche ausgehen. Verbundgußschienen kommen deshalb seit längerem nicht mehr zum Einsatz.Rails for rail-bound traffic should on the one hand have a high wear resistance in the rail head and, on the other hand, should have a high level of safety against breakage due to the bending tensile stress in the track. Since the wear resistance increases and the resistance to breakage increases with increasing rail strength, it has not been possible to improve both properties at the same time with one material composition. A solution was seen in the so-called dual-substance rail. Thanks to the composite casting in the rail head, it has a high-strength material with high wear resistance and a soft material with good toughness properties in the rail web and foot. However, due to the low strength in the rail web and foot, such rails are not suitable for high loads because they deform plastically under high axle loads (> 22 t). Nor can metallurgical disturbances be avoided with sufficient certainty in the area of the material transition. They can cause permanent breaks. Compound cast rails have therefore not been used for a long time.
Andere Lösungen versuchen, bei Schienen, die im naturharten luftabgekühlten Zustand ein perlitisches Gefüge aufweisen, entweder durch nachträgliche Wärmebehandlung die Festigkeit im Schienenkopf zu erhöhen (so z.B. DE-Z "Stahl und Eisen" 90, 1970, Nr. 17, S. 922/ 928) oder die Zähigkeit im Schienenfuß durch Anlassen des perlitischen Gefüges der naturharten Schienen zu verbessern (OE-PS Nr. 259 610). Zu einer optimalen Lö- ' sung gelangt man auch auf diese Weise nicht, da auch über ein angelassenes perlitisches Gefüge im Schienenfuß nur eine geringe Verbesserung der Bruchsicherheit zu erreichen ist.Other solutions attempt to increase the strength in the rail head of rails which have a pearlitic structure in the naturally hard air-cooled state either by subsequent heat treatment (for example DE-Z "Stahl und Eisen" 90, 1970, No. 17, p. 922 / 928) or to improve the toughness in the rail foot by tempering the pearlitic structure of the naturally hard rails (OE-PS No. 259 610). To an optimal solu- tion 'is not reached in this way, since an annealed pearlitic structure in the rail only a slight improvement in the fracture resistance can be reached.
Die Sicherheit von Schienen gegen Sprödbruch wird bisher ausschließlich aufgrund der Sprödbruchunempfindlichkeit des Schienenstahls beurteilt. Die Kennwerte hierfür werden im Zugversuch und im Schienenschlagversuch ermittelt. Sie sind ein Maß für das Verformungsvermögen des Stahles bis zum Bruch. Diese Versuche werden im Rahmen der Schienen-Abnahme durchgeführt. Sie haben sich für die Beurteilung der Bruchsicherheit von Schienen bewährt. In Einzelfällen werden weitere Informationen aus Kerbschlagbiegeversuchen in Abhängigkeit von der Prüftemperatur gewonnen. All diese Prüfmethoden ermöglichen aber nur eine vergleichende Einstufung der Stähle. Eine quantitative übertragung auf das Verhalten des Bauteils, hier auf die Schiene im Gleis, ist dagegen nicht möglich.The safety of rails against brittle fracture has so far been assessed solely because of the rail steel's insensitivity to brittle fracture. The characteristic values for this are determined in the tensile test and in the rail impact test. They are a measure of the deformability of the steel until it breaks. These tests are carried out as part of the rail acceptance. They have proven themselves for the assessment of the break resistance of rails. In individual cases, further information is obtained from impact test tests depending on the test temperature. However, all of these test methods only allow a comparative classification of the steels. However, a quantitative transfer to the behavior of the component, here to the rail in the track, is not possible.
Um die Bruchsicherheit von Schienen quantitativ erfassen zu können, wird in jüngerer Zeit die in bruchmechanischen Untersuchungen als Werkstoffkennwert ermittelte Rißzähigkeit zur Beurteilung des Bruchverhaltens herangezogen. Die Rißzähigkeit wird dabei nach ASTM-Standard E 399-74 ermittelt.In order to be able to quantify the fracture resistance of rails, the fracture toughness determined in fracture mechanical tests as a material characteristic has recently been used to assess the fracture behavior. The fracture toughness is determined in accordance with ASTM standard E 399-74.
Die Prüfung auf Rißzähigkeit ist ausführlich beschrieben in der DE-Z "Tech. Mitt. Krupp Werksberichte", Band 39 (1981), Heft 1, S. 33/42.The test for fracture toughness is described in detail in DE-Z "Tech. Mitt. Krupp Works Reports", Volume 39 (1981), Issue 1, pp. 33/42.
Aus dieser Literaturstelle ergibt sich ferner, daß Schienenstähle mit Festigkeiten über 900 N/mm nach dem Stand der Technik, z.B. nach UIC-Kodex 860 V im walzharten oder in auf perlitisches Gefüge wärmebehandelten Zustand in der Regel Rißzähigkeitswerte von 1000 bis 2000 N/mm3/2 haben. Im walzharten Zustand liegt die zug- Festigkeit von Standardschienen bei über 900 N/mm2 und die Streckgrenze über 450 N/mm . Bei einer Wärmebehandlung mit anschließender Abkühlung auf feinperlitisches Gefüge im Kopf oder über den gesamten Querschnitt der Schiene können diese Werte zwar auf > 1100 N/mm2 für die Zugfestigkeit und auf >600 N/mm2 für die Streckgrenze angehoben werden, die Rißzähigkeit verändert sich jedoch kaum. Allgemein ist festzustellen, daß Schienenstähle, die aufgrund ihrer Analyse höhere Festigkeitswerte besitzen, schlechtere Rißzähigkeitswerte im unteren Streubereich aufweisen. Das bedeutet, daß diese Schienen im Gleis zwar ein besseres Verschleißverhalten zeigen, jedoch insbesondere bei hohen Achslasten über 22 t eine erhöhte Sprödbruchneigung besitzen.From this literature reference it also follows that rail steels with strengths of more than 900 N / mm according to the state of the art, for example according to UIC Code 860 V in the hard-rolled state or in the state heat-treated to pearlitic structure, generally crack toughness values of 1000 to 2000 N / mm 3 / 2 have. In the hard-rolled condition, the tensile strength of standard rails is over 900 N / mm 2 and the yield point over 450 N / mm. During heat treatment with subsequent cooling to a fine pearlitic structure in the head or over the entire cross-section of the rail, these values can be increased to> 1100 N / mm 2 for the tensile strength and to> 600 N / mm 2 for the yield strength, the fracture toughness changes however hardly. In general, it can be stated that rail steels, which have higher strength values based on their analysis, have poorer fracture toughness values in the lower range. This means that although these rails show better wear behavior in the track, they have an increased tendency to brittle fracture, especially with high axle loads over 22 t.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Schienen mit einer optimalen Kombination hoher Festigkeit im Schienenkopf und hoher Rißzähigkeit im Schienenfuß bereitzustellen, die im Gleis auch bei hohen Achslasten über 22 t eine gute Verschleißfestigkeit im Kopf und eine so hohe Bruchsicherheit im Fuß aufweisen, daß plastische Deformationen und Sprödbrüche vermieden werden.Based on this prior art, it is an object of the present invention to provide rails with an optimal combination of high strength in the rail head and high fracture toughness in the rail base, which in the track has good wear resistance in the head and such a high level of fracture resistance in the rail even with high axle loads over 22 t F USS, in that plastic deformation and brittle fracture be avoided.
Gelöst wird diese Aufgabe gemäß dem Kennzeichen des Hauptanspruches dadurch, daß die Schienen nach dem Walzen und einer anschließenden Wärmebehandlung im Kopf ein feinperlitisches Gefüge und im Fuß ein martensitisches Vergütungsgefüge aufweisen.This object is achieved according to the characterizing part of the main claim in that after rolling and subsequent heat treatment, the rails have a fine pearlitic structure in the head and a martensitic tempering structure in the foot.
Ausschlaggebend für die hohe Bruchsicherheit der Schiene ist das im Fuß der Schiene eingestellte martensitische Vergütungsgefüge.The martensitic remuneration structure set in the base of the rail is decisive for the high break resistance of the rail.
Bei diesem Gefüge haben Schienen mit einer Analyse gemäß Anspruch 2 bei Zugfestigkeitswerten im Kopf von >1100 N/mm2 und im Fuß von > 900 N/mm2 Rißzähigkeitswerte von > 3000 N/mm 3/2 . In this structure have rails with an analysis according to
Schienen mit einer Grundanalyse gemäß Anspruch 3 weisen bei Zugfestigkeitswerten von > 1100 N/mm2 im Kopf und > 1000 N/mm2 im Fuß Rißzähigkeitswerte von > 2000 N/mm3/2 auf.Rails with a basic analysis according to
Ohne das martensitische Vergütungsgefüge im Fuß würde eine Schiene mit der Analyse nach Anspruch 2 nur Rißzähigkeitswerte in der Größenordnung von 1500 bis 2000 N/mm3/2, eine Schiene mit der Grundanalyse gemäß Anspruch 3 nur Rißzähigkeitswerte in der Größenordnung von 1000 bis 1400 N/mm3/2, aufweisen.Without the martensitic remuneration structure in the foot, a splint with the analysis according to
Schienenstähle mit den Merkmalen der Ansprüche 1 bis 3 weisen somit hohe Festigkeiten im Schienenkopf auf, was gleichbedeutend ist mit einer hohen Verschleißfestigkeit. Die gleichzeitig hohen Festigkeits- und guten Rißzähigkeitswerte im Schienenfuß machen sie geeignet, auch bei hohen Achslasten über 22 t eingesetzt zu werden, ohne daß plastische Deformationen der Schienen auftreten und eine hohe Sicherheit gegen Sprödbrüche gegeben ist.Rail steels with the features of claims 1 to 3 thus have high strengths in the rail head, which is synonymous with high wear resistance. The simultaneously high strength and good fracture toughness values in the rail base make them suitable for use even with high axle loads over 22 t, without plastic deformation of the rails occurring and a high level of security against brittle fractures.
Vorteilhafte Verfahren zur Herstellung der Schienen gemäß den Ansprüchen 1 bis 3 sind Gegenstand der Ansprüche 4 bis 9.Advantageous methods for producing the rails according to claims 1 to 3 are the subject of claims 4 to 9.
Die Verfahrensmerkmale nach den Ansprüchen 4 bis 7 betreffen die Herstellung einer Schiene gemäß den Ansprüchen 1 und 2. Schienen mit der im Anspruch 2 niedergelegten Analyse haben im naturharten, d.h. nach dem Walzen an Luft abgekühlten Zustand ein perlitisches Gefüge mit einer Festigkeit über 900 N/mm2. Es ist daher erforderlich, sowohl den Schienenkopf als auch den Schienenfuß entsprechend wärmezubehandeln, so daß im Kopf ein feinperlitisches, im Fuß ein martensitisches Vergütungsgefüge erzielt wird.The process features according to claims 4 to 7 relate to the production of a rail according to
Die Verfahrensmerkmale nach den Ansprüchen 8 und 9 betreffen Schienen gemäß den Ansprüchen 1 und 3. Diese Schienenstähle haben aufgrund ihrer Analyse im naturharten Zustand bereits nach Luftabkühlung ein feinperlitisches Gefüge. Aus diesem Grund ist nur eine Wärmebehandlung auf ein martensitisches Vergütungsgefüge im Fuß erforderlich. Bei der Endabkühlung der Schiene stellt sich im Kopf der Schiene das feinperlitische Gefüge aufgrund der Stahlanalyse von alleine ein.The process features according to claims 8 and 9 relate to rails according to
Vorteilhafterweise wird bei der Wärmebehandlung der erfindungsgemäßen Schienen die Wärmebehandlung aus der Walzhitze heraus durchgeführt. Bei diesen Schienenstählen liegen die Endwalztemperaturen oberhalb des Bereichs der Austenitisierungstemperaturen, d.h. zwischen 800 bis 900°C. So kann vermieden werden, daß die Schienen nach Abkühlung auf Raumtemperatur auf dem Kühlbett an Luft erneut auf Temperaturen im Bereich von 810 bis 890°C aufgeheizt werden müssen. Diese Maßnahme empfiehlt sich, wenn in Walzwerken hinter den Walzgerüsten geeignete Abkühlvorrichtungen direkt vorhanden sind oder geschaffen werden können.The heat treatment of the rails according to the invention is advantageously carried out from the rolling heat. With these rail steels, the finish rolling temperatures are above the range of the austenitizing temperatures, i.e. between 800 to 900 ° C. In this way it can be avoided that the rails have to be heated again in air to temperatures in the range from 810 to 890 ° C. after cooling to room temperature on the cooling bed. This measure is recommended if suitable cooling devices are directly available or can be created in rolling mills behind the rolling stands.
Die in den Verfahrensansprüchen niedergelegten Verfahrensparameter sind als Rahmenbedingungen zu verstehen. Sie können je nach der vorgegebenen Analyse der Schienenstähle anhand der dem Fachmann bekannten ZTU-Schaubilder, in denen die Abkühlgeschwindigkeiten in °C/s für die jeweiligen Gefügezustände und Analysen festgelegt sind, präzisiert werden.The process parameters laid down in the process claims are to be understood as framework conditions. Depending on the specified analysis of the rail steels, they can be specified using the ZTU diagrams known to the person skilled in the art, in which the cooling rates in ° C / s for the respective structural states and analyzes are specified.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen näher erläutert:The invention is explained in more detail below with the aid of examples:
Bei den Versuchen nach der Erfindung wurde ein Stahl mit folgender Zusammensetzung in Gew.% verwendet:
- C - 0,72
- Si - 0,35
- Mn - 1,28
- Cr - -
- V - -
- P - 0,022
- S - 0,018
- Fe - Rest
- C - 0.72
- Si - 0.35
- Mn - 1.28
- Cr - -
- V - -
- P - 0.022
- S - 0.018
- Fe - rest
Die aus diesem Werkstoff gefertigte Schiene kühlte nach dem Walzen an Luft ab und wies im Walzzustand die in Tafel 1, Spalte 1 aufgeführten mechanischen Eigenschaften auf. Nach einer Austenitisierung des gesamten Schienenquerschnittes bei 830°C wurde der Kopf in 15 s mit Preßluft auf 450°C an der Oberfläche abgekühlt. Die Abkühlung des Schienenfußes erfolgte mit einem Preßluft/ Wassergemisch in 20 s auf Raumtemperatur. Der Schienenfuß wurde anschließend bei 650°C angelassen. Durch die Wärmebehandlung entstand im Schienenkopf bis 20 mm Tiefe von der Oberfläche aus ein feinperlitisches Gefüge und im Schienenfuß mit Ausnahme eines begrenzten Bereiches unterhalb des Steges ein martensitisches Vergütungsgefüge. Die mechanischen Eigenschaften nach der Wärmebehandlung sind für den Schienenkopf in Tafel 1, Spalte 3 und für den Schienenfuß in Tafel 1, Spalte 4 angegeben. Die Zugfestigkeit war im Schienenkopf um 180 N/mm2 auf 1150 N/mm2 angestiegen. Der Verschleißwiderstand hatte sich in etwa verdoppelt. Bruchdehnung und Rißzähigkeit hatte sich im Schienenkopf nur unwesentlich verändert. Durch das Vergüten des Schienenfußes war die Streckgrenze in etwa gleicher Weise angehoben worden wie im Schienenkopf. Auf diese Weise wurde die Belastbarkeit der Schienen auch für hohe Achslasten, bis zu 35 t, gesteigert. Die Rißzähigkeit wurde durch das Vergüten mehr als verdoppelt.The rail made of this material cooled in air after rolling and, when rolled, had the mechanical properties listed in Table 1, column 1. After austenitizing the entire rail cross-section at 830 ° C, the head was cooled to 450 ° C on the surface in 15 s with compressed air. The rail foot was cooled to room temperature in 20 s using a compressed air / water mixture. The rail foot was then tempered at 650 ° C. The heat treatment resulted in a fine pearlitic structure in the rail head up to 20 mm depth and a martensitic tempering structure in the rail foot with the exception of a limited area below the web. The mechanical properties after the heat treatment are for the rail head in Table 1,
Während die Schiene im Walzzustand bei einer üblichen Zugeigenspannung an der Schienenfußunterseite von ca. 240 N/mm2 und einer zusätzlichen Biegezugspannung durch Verkehrslasten von 200 N/mm2 nur Oberflächenfehler bis zu 3 mm Tiefe erträgt, bevor sie spröde bricht, erhöht sich durch die verbesserte Rißzähigkeit im Schienenfuß die ertragbare Fehlertiefe auf über 25 mm. Fehler oder Schäden dieser Tiefe kommen nur äusserst selten vor und können zudem leicht durch die üblichen zerstörungsfreien Prüfungen im Gleis rechtzeitig erkannt werden. Die Bruchsicherheit der neuartigen Schienen ist damit gegenüber herkömmlichen, hochfesten Schienen wesentlich verbessert worden.While the rail can only withstand surface defects of up to 3 mm depth when it is rolled with a usual internal tensile stress on the underside of the rail base of approx. 240 N / mm 2 and an additional tensile bending stress due to traffic loads of 200 N / mm2, it increases due to the improved Crack toughness in the rail base the tolerable defect depth to over 25 mm. Errors or damage of this depth are extremely rare and can also be easily identified in good time by the usual non-destructive tests on the track. The fracture resistance of the new rails has thus been significantly improved compared to conventional, high-strength rails.
Ein in der Zusammensetzung abgeänderter Werkstoff mit der folgenden Zusammensetzung in Gew.%.
- C - 0,77
- Si - 0,80
- Mn - 1,05
- Cr - 0,98
- V - 0,011
- S - 0,023
- Fe - Rest
- C - 0.77
- Si - 0.80
- Mn - 1.05
- Cr - 0.98
- V - 0.011
- S - 0.023
- Fe - rest
Der Schienenkopf wurde deshalb nicht mehr wärmebehandelt. Der Schienenfuß wurde bei 860°C austenitisiert und anschließend mit einem Preßluft/Wassergemisch in 12o s auf 100°C abgeschreckt. Die Anlaßtemperatur betrug 680°C. Durch das Vergüten wurde im gesamten Fußquer- schnitt ein martensitisches Vergütungsgefüge eingestellt. Die an der Schiene gemessenen mechanischen Eigenschaften sind in Tafel 2 zusammengestellt.The rail head was therefore no longer heat treated. The rail base was austenitized at 860 ° C and then quenched to 100 ° C in 12o s with a compressed air / water mixture. The tempering temperature was 680 ° C. By tempering a martensitic microstructure compensation was set in total R ußquer- cut. The mechanical properties measured on the rail are summarized in Table 2.
Die hohe Festigkeit des Schienenkopfes verleiht der Schiene einen hohen Verschleißwiderstand. In Verbindung mit den hohen mechanischen Eigenschaften, insbesondere der hohen Streckgrenze im Schienenfuß, ist die Schiene für den Einsatz im Schwerlastverkehr mit hohen Achslasten (ca. 35 t) besonders geeignet. Unter den in Beispiel 1 genannten Beanspruchungsbedingungen (Zugeigenspannung an der Schienenfußunterseite und Biegezugspannung durch Verkehrslasten) erhöht sich die ertragbare Rißtiefe von ca. 2 mm im Walzzustand auf ca. 20 mm nach der Wärmebehandlung des Schienenfußes. Auch bei dieser Schiene ist die Bruchsicherheit damit wesentlich verbessert.The high strength of the rail head gives the rail a high wear resistance. In conjunction with the high mechanical properties, in particular the high yield strength in the rail base, the rail is particularly suitable for use in heavy load traffic with high axle loads (approx. 35 t). Under the stress conditions mentioned in Example 1 (internal tensile stress on the underside of the rail foot and bending tensile stress due to traffic loads), the tolerable crack depth increases from approx. 2 mm in the rolled state to approx. 20 mm after the heat treatment of the rail foot. The safety against breakage is also significantly improved with this rail.
Durch gezielte Einstellung der chemischen Zusammensetzung, der Wärmebehandlung des Schienenfußes oder des Schienenkopfes und Schienenfußes ergibt sich eine Vielzahl von Kombinationnsmöglichkeiten von unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften im Schienenkopf und Schienenfuß und damit die Freiheit im Hinblick auf die jeweiligen Anforderungen optimale Kombinationen von Verschleißfestigkeit und Bruchsicherheit einzustellen. Dabei sind auch andere chemische Zusammensetzungen als die in Anspruch 2 und 3 genannten möglich. Die in Beispiel 1 und 2 genannten chemischen Zusammensetzungen beziehen sich auf heute gebräuchliche Schienenstähle.Through targeted adjustment of the chemical composition, the heat treatment of the rail foot or the rail head and rail foot, there are a multitude of possible combinations of different mechanical properties in the rail head and rail foot and thus the freedom to set optimal combinations of wear resistance and break resistance with regard to the respective requirements. Chemical compositions other than those mentioned in
Bei Werkstoffen für Schienen, die aufgrund ihrer Analyse bei schroffer Abschreckung spannungsrißanfällig sind, empfiehlt es sich Kühlmedien zu verwenden, die die Spannungsrißanfälligkeit mindern, wie beispielsweise öl.For materials for rails that are susceptible to stress cracking due to their analysis with rugged quenching, it is recommended to use cooling media that reduce the susceptibility to stress cracking, such as oil.
Die Zeichnung zeigt die Schiene 1 mit ihrem Kopf 2, Steg 3 unf Fuß 4.
Claims (9)
dadurch gekennzeichnet ,
daß sie nach dem Walzen und einer anschließenden Wärmebehandlung im Kopf ein feinperlitisches Gefüge und im Fuß ein martensitisches Vergütungsgefüge aufweist.1. Rail with high wear resistance in the rail head and high break resistance in the rail foot,
characterized ,
that after rolling and subsequent heat treatment it has a fine pearlitic structure in the head and a martensitic tempering structure in the foot.
dadurch gekennzeichnet ,
daß sie bei einer Analyse von 0,60 bis 0,82 % Kohlenstoff, bis 0,5 % Silizium, 0,70 bis 1,70 % Mangan, Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen, im Kopf die Zugfestigkeit über 1100 N/mm2 und im Fuß bei Zugfestigkeiten von > 900 N/mm2 Rißzähigkeitswerte von > 3000 N/mm3/2 aufweist.2. Rail according to claim 1,
characterized ,
that in an analysis of 0.60 to 0.82% carbon, to 0.5% silicon, 0.70 to 1.70% manganese, the rest iron and melting-related impurities, the tensile strength in the head is above 1100 N / mm 2 and in the foot with tensile strengths of> 900 N / mm 2 has fracture toughness values of> 3000 N / mm 3/2 .
dadurch gekennzeichnet ,
daß sie bei einer Analyse von 0,65 bis 0,82 % Kohlenstoff, 0,10 bis 1,20 % Silizium, 0,70 bis 1,50 % Mangan, 0,40 bis 1,30 % Chrom, bis 0,2 % Vanadium, bis 0,15 % Molybdän, Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen, im Kopf eine Zugfestigkeit von über 1100 N/mm2 und im Fuß bei Zugfestigkeiten von über 1000 N/mm2 Rißzähigkeitswerte > 2000 N/mm3/2 aufweist.3. Rail according to claim 1,
characterized ,
that when analyzed from 0.65 to 0.82% carbon, 0.10 to 1.20% silicon, 0.70 to 1.50% manganese, 0.40 to 1.30% chromium, to 0.2 % vanadium, up to 0.15% molybdenum, balance iron and incidental impurities, in the head a tensile strength of about 1100 N / mm 2 and F u ß with tensile strengths of more than 1000 N / mm 2 Rißzähigkeitswerte> 2000 N / mm 3/2 having.
den Ansprüchen 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet , daß die .Schiene nach dem Walzen und Abkühlen an Luft auf Raumtemperatur im Temperaturbereich von 810 bis 890° C austenitisiert und anschließend beschleunigt abgekühlt wird, wobei in Anpassung an die jeweilige Werkstoffzusammensetzung die Abkühlgeschwindigkeit im Bereich des Kopfes so gewählt wird, daß nach Abkühlen auf Raumtemperatur feinperlitisches Gefüge vorliegt, und wobei in Anpassung an die jeweilige Werkstoffzusammensetzung die Abkühlgeschwindigkeit im Bereich des Fußes so gewählt wird, daß ein martensitisches Gefüge entsteht, das anschließend bei Temperaturen von 600 bis 700°C angelassen wird.4. Method of making a rail after
claims 1 and 2,
characterized in that the rail after rolling and cooling in air to room temperature in the temperature range from 810 to 890 ° C is austenitized and then accelerated, the cooling rate in the area of the head being selected in accordance with the respective material composition so that after Cooling to room temperature is a fine pearlitic structure, and the cooling rate in the area of the foot is selected to adapt to the respective material composition so that a martensitic structure is formed, which is then tempered at temperatures of 600 to 700 ° C.
dadurch gekennzeichnet ,
daß im Bereich des Kopfes die mittlere Abkühlgeschwindigkeit 15 bis 50°C/s bis zu einer Temperatur von 450 °C und im Bereich des Fußes 5 bis 60°C/s bis zu einer Temperatur von 100°C beträgt.5. The method according to claim 4,
characterized ,
that in the area of the head the average cooling rate is 15 to 50 ° C / s up to a temperature of 450 ° C and in the area of the foot 5 to 60 ° C / s up to a temperature of 100 ° C.
daß die Schiene im Durchlauf auf Austenitisierungstemperaturen erwärmt und anschließend im Durchlauf über Düsen mit Preßluft oder Preßluft/Wassergemischen oder Preßluft/Wasserdampfgemischen abgeschreckt wird.6. The method according to any one of claims 4 and 5, characterized in that
that the rail is heated to austenitizing temperatures in the pass and then quenched in the pass through nozzles with compressed air or compressed air / water mixtures or compressed air / water vapor mixtures.
daß die Schiene aus der Walzhitze heraus abgeschreckt wird.7. The method according to any one of claims 4 to 6, characterized in that
that the rail is quenched from the rolling heat.
dadurch gekennzeichnet , daß nach dem Walzen der Schiene und Abkühlen an Luft auf Raumtemperatur der Schienenfuß im Durchlauf auf Temperaturen von 810 bis 890°C austenitisiert und anschließend im Durchlauf beschleunigt bei mittleren Ab-kühlgeschwindigkeiten von 5 bis 60°C/s über Düsen mittels Preßluft/Wasser oder Wasser/Wasserdampfgemischen auf ein martensitisches Gefüge abgekühlt wird, das anschließend bei Temperaturen von 600 bis 700°C angelassen wird.8. A method for producing a rail according to claims 1 and 3,
characterized in that after rolling the rail and cooling in air to room temperature, the rail base is austenitized in the run to temperatures of 810 to 890 ° C and then accelerated in the run at medium A b cooling speeds of 5 to 60 ° C / s by means of nozzles Compressed air / water or water / steam mixtures is cooled to a martensitic structure, which is then tempered at temperatures from 600 to 700 ° C.
dadurch gekennzeichnet , daß die Schiene aus der Walzhitze heraus im Fuß beschleunigt abgekühlt wird und die weitere Abkühlung der Schiene bis auf Raumtemperatur zur Erzielung eines feinperlitischen Gefüges im Schienenkopf durch Ablegen der Schiene an Luft erfolgt.9. The method according to claim 8,
characterized in that the rail is cooled out of the rolling heat in the foot accelerated and the further cooling of the rail to room temperature to achieve a fine pearlitic structure in the rail head by placing the rail in air.
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