EP0190448A1 - Verfahren zur Verminderung der Eigenspannungen rollengerichteter Stahlschienen - Google Patents

Verfahren zur Verminderung der Eigenspannungen rollengerichteter Stahlschienen Download PDF

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EP0190448A1
EP0190448A1 EP85115961A EP85115961A EP0190448A1 EP 0190448 A1 EP0190448 A1 EP 0190448A1 EP 85115961 A EP85115961 A EP 85115961A EP 85115961 A EP85115961 A EP 85115961A EP 0190448 A1 EP0190448 A1 EP 0190448A1
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EP
European Patent Office
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rail
rails
web
foot
head
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Withdrawn
Application number
EP85115961A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Wilhelm Dr.-Ing. Heller
Jürgen Dr.-Ing. Flügge
Reinhard Dr.-Ing. Schweitzer
Lutz Dr.-Ing. Weber
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Krupp Stahl AG
Original Assignee
Krupp Stahl AG
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Publication date
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/04—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for rails
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D7/00—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D2221/00—Treating localised areas of an article
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/04—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for rails
    • C21D9/06—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for rails with diminished tendency to become wavy

Definitions

  • the invention relates to a method for reducing the internal stresses of roller-directed steel rails.
  • Rails produced by hot rolling rail steels in appropriately calibrated rolls cool in air to room temperature after rolling on cooling beds.
  • the rails bend when they cool down. Because of the straightness requirements, they must therefore be aimed at roller straightening machines and, if necessary, also straightened with stamp presses (DE specialist book “Die Eisenbahnschiene”, by Fritz Fastenrath, Verlag Wilhelm Ernst & Sohn, 1977, pages 113/114).
  • stamp presses DE specialist book “Die Eisenbahnschiene”, by Fritz Fastenrath, Verlag Wilhelm Ernst & Sohn, 1977, pages 113/114.
  • the entire rail cross-section is plastically formed during roll straightening. However, since the shape changes vary across the cross-section, residual stresses develop in the directional rails.
  • the residual stresses in the longitudinal direction are positive on the driving surface and on the underside of the foot, the places that are most heavily loaded during driving, ie there are residual tensile stresses (p. 37 of the above-mentioned DE specialist book).
  • the residual stresses can reach 50% and more of the yield strength of the rail steel.
  • This object is achieved in that the rails continuously over a roller table on a heating device at a speed between 0.2 m / min and 1 m / s and that only the web of the rails is heated to the annealing temperature during the corresponding throughput time of 1 to 300 s / m of rails and cools to room temperature after this temperature has been reached.
  • the web heating can be carried out with burners or inductively. The speed at which the rail moves past the heater depends on the performance of the heater selected.
  • the method according to the invention in which, in contrast to the known stress relieving annealing, the rails are not heated over the entire cross-section, but only in the web, enables a very short and therefore inexpensive treatment time for the rails.
  • the heating device has sufficient power, a 30 m rail e.g. can be heat treated in just 30 seconds, whereas the time required for stress relief annealing is several hours.
  • the rail which has been heat-treated according to the invention thus endures a substantially larger crack than the roller-oriented comparator rail with the same load.
  • the splint which has been heat-treated in accordance with the invention therefore has a considerably higher break resistance.
  • the fracture resistance of a material is characteristic of its resistance to brittle fracture.
  • Crack toughness is a material size that specifies the conditions for unstable crack growth (brittle fracture) depending on the stress and the crack size. As described in the literature reference given above, it is permissible to apply the laws of linear-elastic fracture mechanics to rails and to derive the conditions for brittle fracture quantitatively from them. However, the residual stresses must be taken into account in the calculation.
  • the connection is: 6 is the stress (N / mm2), R Ic is the fracture toughness N / mm3 / 2, M is a geometry factor and t is the crack depth (mm).
  • Figure 2 shows the rail UIC ug strength 60 1230 N / mm2 Z, for explaining the influence of residual stresses, the relationship between the voltage and the crack depth with the R ißzähmaschine as a parameter.
  • R ißzähmaschine 1000 N / mm3 / 2
  • an internal stress exposed rail under an external load of 200 N / mm 2 can bear a crack of about 10 mm depth;
  • a rail with an internal stress of 200 N / mm 2 with the same external stress is already at a crack depth of approx. Break 2 mm.
  • the low-stress rail has a much higher break resistance, since small cracks or notches do not lead to failure.
  • larger cracks can be detected in good time by a non-destructive inspection, so that failure of the rail can be avoided.
  • the fracture toughness of the rail K I component is plotted against the fracture toughness of the rail steel K Ic .
  • the critical K I value represents a measure of the break resistance of the rail. In the case of the rail free of internal stress, which is treated according to the method according to the invention, the values are grouped around the 45 ° straight line. On the other hand, the critical K I value for rails with residual stresses is significantly below this straight line.
  • the method according to the invention can also advantageously be used to relieve residual stresses in rolled and subsequently straightened steel profiles which have a web and head and / or foot parts adjoining this web, such as e.g. T or double T beams.
  • the object of the present invention to provide an effective and inexpensive method for reducing the internal stresses of roller-oriented steel rails, which can be integrated into the usual production flow in rail production, is alternatively also achieved in that the rails cooled after hot rolling at 100 ° C continuously Before entering the roller leveler in the rail web, be heated to 100 - 500 ° C, preferably around 150 - 350 * C, and after air straightening, cool to room temperature.
  • the web is preferably heated inductively by means of induction coils adapted to the rail cross sections to be heated, but it can also be carried out using a burner.
  • the temperature difference between the web on the one hand and head and foot on the other hand can be obtained in one step or in several steps when entering the straightening machine, depending on the performance of the respective heating device and the throughput speed of the rails, and also during straightening.
  • the residual stresses can be more or less reduced or converted into compressive stresses. Compressive stresses occur when the lower area of the rail head and the upper area of the rail foot are also heated beyond the web.
  • the effectiveness of the alternative method according to the invention can be illustrated using the example of a high-strength, naturally hard UIC 60 rail in quality S 1200 with a tensile strength of 1250 N / mm 2 .
  • the splint had the following chemical composition (% by weight): 0.75% C, 0.72% Si, 1.1% Mn, 0.95% Cr, 0.11% V, 0.018% S, 0.017% P, 0.025% Al.
  • longitudinal tensile stresses 250 to 260 N / mm 2 occur on the driving surface and on the underside of the foot.
  • the longitudinal tensile stresses are reduced to values below 50 N / mm 2 .
  • the alternative method according to the invention can also be used to relieve the internal stresses of rolled steel profiles with a web and head and / or foot parts such as T or double T beams and the like, which are connected perpendicular to this web.
  • FIG. 4 shows a scale representation of the profile of a UIC 60 rail with a head 1, a web 2 and a foot 3.
  • the fracture toughness of the rail K I component is plotted over the fracture toughness of the rail steel K Ic , in accordance with the explanations relating to FIG. 3.
  • the critical K I value represents a measure of the safety against breakage of the rail.
  • the values are also grouped around the 45 ° straight line for the rail free of internal stress, which is treated according to the alternative method according to the invention.
  • the critical K r value for rails with residual stresses is significantly below this straight line.
  • the fracture resistance of the rail directed according to the invention is consequently significantly higher than that of normally directed rails.
  • the fatigue strength of the rail component as a carrier is also reduced the structural strength, which is a measure of the durability of a component under vibration, is improved.
  • the increase in the structural strength is of the order of 10 to 20%.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verminderung der Eigenspannungen rollengerichteter Schienen. Nach dem Richten wird der Steg (2) der Schienen kurzzeitig auf Temperaturen von 200 - 700° C, vorzugsweise 350 - 500° C, erwärmt und kühlt nach Erreichen der gewünschten Temperaturen an Luft auf Raumtemperatur ab. Zur Erwärmung wird die Schiene kontinuierlich an der Erwärmungseinrichtung vorbeigeführt. Durch die erfindungsgemäße Maßnahme werden die Zugeigenspannung im Schienenkopf (1) und -fub (3) auf unter 50 N/mm² abgebaut, wodurch sich eine erhöhte Bruchsicherheit der Schiene ergibt.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verminderung der Eigenspannungen rollengerichteter Stahlschienen.
  • Durch Warmwalzen von Schienenstählen in entsprechend kalibrierten Walzen hergestellte Schienen kühlen nach dem Walzen auf Kühlbetten an Luft bis auf Raumtemperatur ab. Wegen der unterschiedlichen Verhältnisse von Masse zu Oberfläche bei Schienenkopf und -fuß verbiegen sich die Schienen jedoch beim Abkühlen. Sie müssen deshalb wegen der Geradheitsanforderungen auf Rollenrichtmaschinen gerichtet und, sofern erforderlich, noch mit Stempelpressen nachgerichtet werden (DE-Fachbuch "Die Eisenbahnschiene", von Fritz Fastenrath, Verlag Wilhelm Ernst & Sohn, 1977, Seiten 113/114).
    Beim Rollenrichten wird der gesamte Schienenquerschnitt plastisch umgeformt. Da die Formänderungen jedoch über den Querschnitt unterschiedlich hoch sind, entstehen in den gerichteten Schienen Eigenspannungen. An der Fahrfläche und an der Fußunterseite, den im Fahrbetrieb am höchsten belasteten Stellen, sind die Eigenspannungen in Längsrichtung positiv, d.h., es liegen Zugeigenspannungen vor (S. 37 des obengenannten DE-Fachbuches). Die Eigenspannungen können 50 % und mehr der Streckgrenze des Schienenstahles erreichen.
  • Diesen Spannungen überlagern sich im Betrieb Biegezugspannungen durch die Einwirkung der Räder und Längszugspannungen durch Abkühlung und Kontraktion der Schienen bei tiefen Temperaturen. Die in den Schienen vorhandenen Zugeigenspannungen setzen daher die Bruchsicherheit der Schienen bei Vorhandensein von Oberflächenfehlern, wie z.B. Ermüdungsanrissen, bei statischer oder schlagartiger Beanspruchung herab (Technische Mitteilungen Krupp, Werksberichte 39 (1981) Seiten 33 bis 44).
  • Zur Absenkung der Zugeigenspannungen im Schienenkopf und im Schienenfuß kann man die Schienen reckrichten (DE-OS 32 23 346) oder gesteuert abkühlen und seitlich richten (DE-PS 19 42 929). Bei diesem Verfahren ergeben sich jedoch verfahrenstechnische Schwierigkeiten (Reckrichten) und z. T. sind die für einen Personenverkehr mit hohen Geschwindigkeiten geforderten Geradheiten nicht sicher einstellbar (Reckrichten, gesteuerte Abkühlung in Verbindung mit seitlichem Richten), so daß sich diese Verfahren aus Gründen der Wirtschaftlichkeit oder der Praktikabilität nicht durchgesetzt haben.
  • Ein weiteres Verfahren zur Absenkung der Zugeigenspannungen im Schienenkopf und im Schienenfuß ist das Spannungsarmglühen.
    Das Spannungsarmglühen zur Verminderung der Zugeigenspannungen in Kopf und Fuß gerichteter Schienen ist in sinngemäßer Anwendung der von Houdremont im Fachbuch "Handbuch der Sonderstahlkunde", Springer-Verlag 1956, S. 238 - 240 beschriebenen Maßnahmen zum Abbau von Eigenspannungen durch Spannungsfreiglühen bei höheren Temperaturen ein Wärmebehandlungsverfahren, bestehend aus einem Glühen der Schienen im Temperaturbereich von 200 - 700* C und einem nachfolgenden langsamen Abkühlen. Da der Abbau der Eigenspannungen durch bei höheren Temperaturen einsetzende und den Schienenwerkstoff entlastende Fließvorgänge erfolgt, ist ein Vermindern der Zugeigenspannungen bis auf geringe Restwerte von 20 - 60 N/mm2 nur bei einer für den Ablauf der Fließvorgänge ausreichenden Zeit gegeben. Aus diesem Grunde dauert in der Praxis eine derartige Glühbehandlung von Schienen mehrere Stunden. In der Literaturstelle "Technische Mitteilungen Krupp", Werksberichte 39 (1981), S. 33, ist eine Behandlungszeit von sechs Stunden bei 550° C angegeben.
    Das Verfahren ist somit sehr kostenaufwendig. Es kann insbesondere nicht wegen der langen Glühdauer in kontinuierlich arbeitenden Durchlauföfen, die sich in die Produktionslinie von Schienen einordnen lassen, durchgeführt werden, da diese sich hemmend auf den Produktionsfluß auswirken. Aber auch die außerhalb der Produktionslinie vorgesehenen öfen, in denen die Schienen satzweise geglüht werden, lassen eine optimale Ausnutzung eines Schienenwalzwerkes nicht zu.
  • Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein wirksames und kostengünstiges Wärmebehandlungsverfahren zum Abbau der Zugeigenspannungen in Kopf und Fuß rollengerichteter Stahlschienen zu schaffen, das in den üblichen Produktionsfluß bei der Schienenherstellung integriert werden kann.
  • Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß die Schienen über einen Rollgang kontinuierlich an einer Erwärmungseinrichtung mit einer Geschwindigkeit zwischen 0,2 m/min und 1 m/s vorbeigeführt werden und daß während der entsprechenden Durchlaufzeit von 1 bis 300 s/m Schienen nur der Steg der Schienen auf die Glühtemperatur erwärmt wird und nach Erreichen dieser Temperatur auf Raumtemperatur abkühlt.
    Die Stegerwärmung kann mit Brennern oder induktiv vorgenommen werden.
    Die Geschwindigkeit, mit der die Schiene sich an der Erwärmungsvorrichtung vorbeibewegt, ist von der Leistung der gewählten Erwärmungsvorrichtung abhängig.
  • 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.
  • 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 UIC 60 mit einer Zugfestigkeit von 1230 N/mm' (0,72 % C, 0,70 % Si, 1,1 % Mn, 0,94 % Cr, 0,12 % V, 0,025 % Al) im rollengerichteten Zustand sowie nach zusätzlicher Stegerwärmung auf 300, 400, 500 bzw. 680° C aufgeführt. Figur 1 zeigt in maßstäblicher Darstellung das Profil dieser Schiene mit Kopf 1, zu erwärmenden Steg 2 und Fuß 3.
    Figure imgb0001
    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 an der Fahrfläche noch unvollständig.
  • 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 und somit weitgehend eigenspannungsfreie Schiene brach bei einer äußeren Beanspruchung 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.
    Kennzeichnend für die Sprödbruchsicherheit eines Werkstoffs ist seine Rißzähigkeit.
  • 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. Der Zusammenhang lautet:
    Figure imgb0002
    Darin ist 6 die Spannung (N/mm2), RIc die Rißzähigkeit N/mm3/2, M ein Geometriefaktor und t die Rißtiefe (mm).
  • Figur 2 zeigt für die Schiene UIC 60 mit 1230 N/mm2 Zug- festigkeit, 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.
  • 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 Figur 3 gezeigte Darstellung. Aufgetragen ist die Rißzähigkeit des Bauteils Schiene KI über der Rißzähigkeit des Schienenstahls KIc. Der kritische KI-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 KI-Wert dagegen deutlich unterhalb dieser Geraden.
  • 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.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein wirksames und kostengünstiges Verfahren zum Abbau der Eigenspannungen rollengerichteter Stahlschienen zu schaffen, das in den üblichen Produktionsfluß bei der Schienenherstellung integriert werden kann, wird alternativ auch dadurch gelöst, daß die nach dem Warmwalzen unter 100° C abgekühlten Schienen kontinuierlich vor dem Einlauf in die Rollenrichtmaschine im Schienensteg auf 100 - 500° C, vorzugsweise um 150 - 350* C, erwärmt werden und nach dem Richten an Luft auf Raumtemperatur abkühlen.
  • Durch diese Maßnahme ergeben sich im Steg Druckvorspannungen in Höhe der Streckgrenze. Das Rollenrichten kann mit geringeren Kräften erfolgen und führt zu gleichmäßigeren Verformungen über den Schienenquerschnitt. Nach dem Richten gleicht sich die Temperatur des Steges der von Schienenkopf und -fuß an. Die Längszugspannungen in Kopf und Fuß werden abgebaut und können sogar in Druckspannungen umgewandelt werden.
  • Die Erwärmung des Steges wird bevorzugt induktiv mittels den zu erwärmenden Schienenquerschnitten angepaßter Induktionsspulen vorgenommen, sie kann jedoch auch über Brenner erfolgen. Die Temperaturdifferenz zwischen dem Steg einerseits und Kopf und Fuß andererseits kann in Abhängigkeit von der Leistung der jeweiligen Erwärmungseinrichtung und der Durchlaufgeschwindigkeit der Schienen in der Rollenrichtmaschine in einem Schritt oder in mehreren Schritten bei Einlauf in die Richtmaschine, und auch noch während des Richtens erhalten werden. Durch Veränderung des erwärmten Schienenquerschnittes können die Eigenspannungen mehr oder weniger stark abgebaut oder in Druckspannungen umgewandelt werden. Druckspannungen ergeben sich, wenn über den Steg hinaus der untere Bereich des Schienenkopfes und der obere Bereich des Schienenfußes miterwärmt werden.
  • Die Wirksamkeit des alternativen erfindungsgemäßen Verfahrens kann am Beispiel einer hochfesten naturharten Schiene UIC 60 in Güte S 1200 mit 1250 N/mm2 Zugfestigkeit verdeutlicht werden. Die Schiene hatte folgende chemische Zusammensetzung (Gewichts-%): 0,75 % C, 0,72 % Si, 1,1 % Mn, 0,95 % Cr, 0,11 % V, 0,018 % S, 0,017 % P, 0,025 % Al. Bei normalem Richten stellen sich auf der Fahrfläche und auf der Fußunterseite Längszugspannungen von 250 bis 260 N/mm2 ein. Beim Richten mit einem um 300' C erwärmten Steg werden die Längszugspannungen auf Werte unter 50 N/mm2 abgesenkt.
  • Das alternative erfindungsgemäße Verfahren kann ebenfalls zum Abbau von Eigenspannungen gewalzter Stahlprofile mit einem Steg und sich senkrecht zu diesem Steg anschließenden Kopf- und/oder Fußteilen, wie T- bzw. Doppel-T-Träger und dergleichen, angewendet werden.
  • Im folgenden wird der alternative Lösungsvorschlag anhand von Zeichnungen näher erläutert.
  • Figur 4 zeigt in maßstäblicher Darstellung das Profil einer Schiene UIC 60 mit einem Kopf 1, einem Steg 2 und einem Fuß 3. Bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens empfiehlt es sich, nicht nur den Steg 2, sondern weitere Querschnitte zu erwärmen, so den unteren Bereich 1' des Schienenkopfes 1 im Übergang zum Steg 2 und den oberen Bereich 3' des Schienenfußes 3 im Übergang zum Steg 2.
  • Die Verbesserung des Eigenspannungszustandes im Schienenquerschnitt verdeutlicht Fig. 5. Bei normalem Richten ergab sich an der untersuchten naturharten Schiene mit 1250 N/mm2 Zugfestigkeit der Verlauf a mit hohen Zugspannungen in Kopf und Fuß. Beim Richten mit Stegerwärmung auf 300° C stellte sich der wesentlich günstigere Verlauf b ein.
  • Die Verbesserung des Gebrauchsverhaltens dieser Schiene läßt sich am Beispiel von Dauerschwingversuchen mit Ermüdungsanrissen im Schienenfuß 3 belegen. Bei einer Oberspannung von 200 N/mm2 brach die normal gerichtete Schiene mit einem Ermüdungsanriß von c = 1,7 mm Tiefe
  • (Fig. 6). Bei der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gerichteten spannungsarmen Schiene erhöht sich die ertragene Rißtiefe auf d = 7 mm (Fig. 7). Figur 6 und Figur 7 sind maßstäblich gezeichnet.
  • Da Oberflächenfehler dieser Tiefe an Schienen nicht oder nur äußerst selten vorkommen, tritt somit auch bei Schienen, die nach dem alternativen erfindungsgemäßen Verfahren spannungsarm gerichtet werden, eine wesentliche Verbesserung der Bruchsicherheit ein.
  • In Figur 8 ist - entsprechend den Ausführungen zu Figur 3 - die Rißzähigkeit des Bauteils Schiene KI über der Rißzähigkeit des Schienenstahls KIc aufgetragen. Der kritische KI-Wert stellt dabei ein Maß für die Bruchsicherheit der Schiene dar. Auch für die eigenspannungsfreie Schiene, die nach dem alternativen erfindungsgemäßen Verfahren behandelt ist, gruppieren sich die Werte um die 45°-Gerade. Für Schienen mit Eigenspannungen liegt der kritische Kr-Wert dagegen deutlich unterhalb dieser Geraden. Die Bruchsicherheit der erfindungsgemäß gerichteten Schiene ist folglich deutlich höher als diejenigen von normal gerichteten Schienen.
  • Durch den Abbau der Eigenspannungen wird auch die Dauerschwingfestigkeit des Bauteils Schiene als Träger, also die Gestaltfestigkeit, die ein Maß für die Haltbarkeit eines Bauteils unter Schwingbeanspruchung ist, verbessert. Die Erhöhung der Gestaltfestigkeit liegt in der Größenordnung von 10 bis 20 %.
  • Erfindungsgemäß behandelte eigenspannungsarme Schienen können in folgender Weise vorteilhaft eingesetzt werden:
    • - Ohne Veränderung der gegebenen Betriebsbedingungen (gleiche Schienenfestigkeit, gleiches Schienen-Profil, gleiche Achslasten) ergibt sich eine verbesserte Bruchsicherheit und Dauerhaltbarkeit (Gestaltfestigkeit) der Schiene.
    • - Unter Beibehaltung der Bruchsicherheit kann bei gleichem Schienen-Profil und gleicher Schienenfestigkeit die Beanspruchung, d.h., die Achslast, erhöht werden.

Claims (5)

1. Wärmebehandlungsverfahren zur Verminderung der Zugeigenspannungen in Kopf und Fuß rollengerichteter Schienen bestehend aus einem Glühen der Schienen im Temperaturbereich von 200 - 700° C und einem nachfolgenden langsamen Abkühlen, dadurch gekennzeichnet , daß die Schienen über einen Rollgang kontinuierlich an einer Erwärmungseinrichtung mit einer auf die Leistung der Erwärmungseinrichtung abgestimmten Geschwindigkeit zwischen 0,2 m/min und 1 m/s vorbeigeführt werden und daß während der entsprechenden Durchlaufzeit nur der Steg der Schienen auf die Glühtemperatur erwärmt und nach Erreichen dieser Temperatur auf Raumtemperatur abkühlen gelassen wird.
2. Verfahren zur Herstellung eigenspannungsarmer rollengerichteter Stahlschienen, dadurch gekennzeichnet , daß die nach dem Warmwalzen unter 100° C abgekühlten Schienen kontinuierlich vor dem Einlauf in die Rollenrichtmaschine im Schienensteg auf 100 - 500° C erwärmt werden und nach dem Richten an Luft auf Raumtemperatur abkühlen.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Schienensteg um 150 - 350° C erwärmt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet , daß über den Schienensteg hinaus der untere Bereich des Schienenkopfes und der obere Bereich des Schienenfußes miterwärmt werden.
5. Anwendung der Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4 auf gewalzte Stahl-Profile mit einem Steg und sich senkrecht zu diesem Steg anschließenden Kopf- und/oder Fußteilen, wie T- bzw. Doppel-T-Träger.
EP85115961A 1985-01-18 1985-12-13 Verfahren zur Verminderung der Eigenspannungen rollengerichteter Stahlschienen Withdrawn EP0190448A1 (de)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
DE3501523 1985-01-18
DE19853501522 DE3501522C1 (de) 1985-01-18 1985-01-18 Verfahren zur Herstellung eigenspannungsarmer Stahlschienen mittels Rollenrichten
DE19853501523 DE3501523C1 (de) 1985-01-18 1985-01-18 Verfahren zur Verminderung der Eigenspannungen rollengerichteter Stahlschienen
DE3501522 1985-01-18

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Application Number Title Priority Date Filing Date
EP85115961A Withdrawn EP0190448A1 (de) 1985-01-18 1985-12-13 Verfahren zur Verminderung der Eigenspannungen rollengerichteter Stahlschienen

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Country Link
US (1) US4659398A (de)
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