EP0422360A1 - Use of a nitrogen-bearing, fully austenitic steel for structural parts of railway vehicles - Google Patents
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- EP0422360A1 EP0422360A1 EP90115739A EP90115739A EP0422360A1 EP 0422360 A1 EP0422360 A1 EP 0422360A1 EP 90115739 A EP90115739 A EP 90115739A EP 90115739 A EP90115739 A EP 90115739A EP 0422360 A1 EP0422360 A1 EP 0422360A1
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- C22C38/38—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with more than 1.5% by weight of manganese
Definitions
- the invention relates to the use of a fully austenitic nitrogen-containing steel as a material for the production of parts on rail vehicles which are exposed to high loads during the movement of the vehicle.
- the tasks of a wheel set to carry and guide the vehicle on the track can drive and brake forces on the track to transfer and, if necessary, to use the wheel tread as a braking surface for brake pads, of the common wheel or tire materials (pearlitic or ferritic-pearlitic carbon steels with 0.4 to 0.7% by weight carbon, 0.2 to 0.6 %
- silicon 0.5 to 1.0% by weight manganese as a basic analysis, optionally up to 1% by weight chromium, up to 0.3% by weight molybdenum, up to 0.15% by weight vanadium, Yield strength values from 400 to 550 N / mm2, tensile strength values from 800 to 1100 N / mm2) can only be met to a limited extent.
- wheels made from these materials are subject to additional stresses which can lead to premature failure of the wheels, in addition to general wear, even more than in normal
- the block During block braking, the block generates changes in shape due to braking heat in the tire and especially in the full wheel, which leads to the tire loosening on the rim or to tension in the tire or full wheel. These tensions can cause the tire or wheel to burst. They can lead to permanent changes in shape and thus to changes in the track dimension.
- the shape changes also cause residual stress conditions, which have to be added to the basic stress due to the wheel load when the wheel is subjected to static and dynamic loads.
- cold deformation creates a compressive stress state and the braking heat creates a tensile stress state.
- the cyclical change between the two states means a quasi permanent vibration stress in heat and cold. It can lead to thermal cycling cracks on the tread of the wheels.
- the braking surfaces of separate brake disks attached to the wheel or on the axle of a wheel set also have above-average wear.
- the object of the invention is to provide a steel which, when used for solid wheels, wheel tires or wheelset brake disks of rail vehicles, does not tend to the undesirable formation of friction martensite.
- Remainder iron and usual smelting-related impurities which, after solution annealing at 1000 to 1150 o C and cooling to room temperature, have a minimum yield strength Rp o, 2 of 550 N / mm2 and a notched impact strength of at least 150 joules (Iso-V sample) as Use material for the production of solid wheels, wheel tires or wheelset brake discs of rail vehicles.
- Steels of the same or similar composition belong to the state of the art (AT-PS 266900, US-PS 3820980, US-PS 3912503), but nothing is known about the special composition within the known ranges with which the formation is subject to frictional wear of friction martensite avoided.
- the steel to be used according to the invention is fully austenitic and maintains this structural condition in all load conditions. Local transformations of the austenitic structure into a martensitic or martensitic / ferritic structure are also included excluded this steel.
- the low carbon content of the steel to be used according to the invention in connection with the intended high nitrogen contents is decisive for the non-occurrence of these conversion processes.
- the steel to be used according to the invention has the additional advantage that, despite the relatively low initial strength, it strongly solidifies when used on the surface. Nevertheless, the toughness, which ultimately also determines the lifespan of the components, remains the same. In contrast to conventional steels, the toughness values do not drop significantly when the steel is hardened.
- the steel to be used according to the invention can optionally contain up to 0.5% V, up to 0.5% Nb, up to 3% Mo, up to less than 3% Ni and up to 3% Si.
- Vanadium and niobium increase the fine grain and thus have a positive effect on the mechanical properties.
- Silicon in quantities of up to 3% inevitably gets into the steel in the usual melt metallurgical production and does not significantly impair the mechanical properties.
- Molybdenum in an amount up to 3% increases the strength, and nickel than usual Steel companions can also be present in amounts of less than 3% without adversely affecting the properties of the steel.
- the use of a fully austenitic steel is provided as the material for the production of wheel tires of various vehicle wheels, the wheel tires being hardened by a cold expansion after the hot forming.
- This cold expansion of the tire can increase its initial strength and prevent the tendency to flow sideways in the only hot-formed state.
- a variant of the use of the proposed steel according to the invention therefore consists in using the steel for producing wear layers to be applied to the treads of solid wheels and wheel tires or the braking surfaces of brake discs.
- Such a measure is particularly suitable for repairing damaged wheel tires.
- a defective wheel can be removed in the usual way by machining again to form a round tread, the steel to be used according to the invention being applied as a wear layer in a further working step.
- This can be done in a preferred manner by the process of known plasma spraying, in which a layer of a few millimeters in thickness is sprayed on.
- a powder of the basic composition mentioned in the claims can be used.
- the spraying process is also possible for the spraying process to be carried out with a mixture of an ionizing inert gas with nitrogen, which on the one hand prevents nitrogen losses during the spraying process and on the other hand even makes it possible to burn nitrogen, which brings about the desired composition of the wear alloy.
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft die Verwendung eines vollaustenitischen stickstoffhaltigen Stahls als Werkstoff zur Herstellung von Teilen an Schienenfahrzeugen, die bei der Fahrbewegung hohen Beanspruchungen ausgesetzt sind.The invention relates to the use of a fully austenitic nitrogen-containing steel as a material for the production of parts on rail vehicles which are exposed to high loads during the movement of the vehicle.
Bei den heutigen Bestrebungen, das System Rad / Schiene unter dem Zwang der Verkehrssituation bis an die Grenzen der technischen Möglichkeiten zu entwickeln und auszubauen, können die Aufgaben eines Radsatzes, das Fahrzeug im Gleis zu tragen und zu führen, Antriebs- und Bremskräfte auf das Gleis zu übertragen sowie gegebenenfalls die Radlauffläche als Bremsfläche für Bremsklötze zu nutzen, von den gebräuchlichen Rad- bzw. Radreifenwerkstoffen (perlitische bzw. ferritisch-perlitische Kohlenstoffstähle mit 0,4 bis 0,7 Gew.-% Kohlenstoff, 0,2 bis 0,6 Gew.-% Silizium, 0,5 bis 1,0 Gew.-% Mangan als Grundanalyse, gegebenfalls bis 1 Gew.-% Chrom, bis 0,3 Gew.-% Molybdän, bis 0,15 Gew.-% Vanadium, Streckgrenzenwerte von 400 bis 550 N/mm², Zugfestigkeitswerte von 800 bis 1100 N/mm²) nur noch bedingt erfüllt werden. Noch weit mehr als im normalen Fahrbetrieb unterliegen Räder aus diesen Werkstoffen bei gesteigerten Fahrgeschwindigkeiten und damit verbundenen gesteigerten Beschleunigungs- und Bremsmomenten neben dem allgemeinen Verschleiß Zusatzbeanspruchungen, die einzeln oder zusammen zu vorzeitigen Ausfällen der Räder führen können.In today's efforts to develop and expand the wheel / rail system under the constraint of the traffic situation to the limits of technical possibilities, the tasks of a wheel set to carry and guide the vehicle on the track can drive and brake forces on the track to transfer and, if necessary, to use the wheel tread as a braking surface for brake pads, of the common wheel or tire materials (pearlitic or ferritic-pearlitic carbon steels with 0.4 to 0.7% by weight carbon, 0.2 to 0.6 % By weight silicon, 0.5 to 1.0% by weight manganese as a basic analysis, optionally up to 1% by weight chromium, up to 0.3% by weight molybdenum, up to 0.15% by weight vanadium, Yield strength values from 400 to 550 N / mm², tensile strength values from 800 to 1100 N / mm²) can only be met to a limited extent. In addition to general wear and tear, wheels made from these materials are subject to additional stresses which can lead to premature failure of the wheels, in addition to general wear, even more than in normal driving, with increased driving speeds and the associated increased acceleration and braking torques.
Bei Klotzbremsung erzeugt der Klotz durch Bremswärme im Reifen und besonders im Vollrad Formänderungen, die zum Lösen des Reifens auf der Felge oder aber zu Spannungszuständen im Reifen oder Vollrad führen. Diese Spannungen können ein Zersprengen des Reifens oder des Rades auslösen. Sie können zu bleibenden Formänderungen und damit zu Änderungen des Spurmaßes führen. Die Formänderungen verursachen auch Eigenspannungszuztände, die bei statischer und dynamischer Beanspruchung des Rades der Grundspannung - bedingt durch die Radlast - zugeschlagen werden müssen.
Beim Lauf der Räder auf der Schiene wird durch Kaltverformung ein Druckspannungszustand und durch die Bremswärme ein Zugspannungszustand aufgebaut. Der zyklische Wechsel zwischen beiden Zuständen bedeutet eine quasi Dauerschwingbeanspruchung in Wärme und Kälte. Sie kann auf der Lauffläche der Räder zu Wärmewechselrissen führen. Da die gebräuchlichen Radwerkstoffe eine geringe Zähigkeit haben, können diese Risse unter ungünstigen Bedingungen zu Ausgangspunkten von Radreifen- oder Radbrüchen werden. Nutztman die Radlaufflächen nicht mehr als Bremsflächen für Bremsklötze, wendet man z. B. die Scheibenbremse an, so entfallen diese Erscheinungen. Es bleiben aber die Beanspruchungen durch Übertragung der Brems- und der Antriebskraft auf die Schiene. Dabei kommt es zum Schlupf und zum Gleiten in der Radaufstandfläche. Unter solchen Einflüssen wandelt sich der Stahlwerkstoff in Teilbereichen der Radlauffläche vom zähen perlitischen Zustand in einen harten Martensit, den sogenannten Reibmartensit um. Durch den Martensit kommt es zur Ausbildung von Rissen und schließlich zu großflächigen lokalen Ausbrüchen aus der Radlauffläche, welche schließlich die Überarbeitung oder den Ersatz des Rades nötig machen. Besonders markant tritt dieser Einfluß bei den Antriebsrädern von schweren Lokomotiven in Erscheinung.
Zusätzlich kann es durch das Zusammenwirken der Radreibung gegen die Schiene, der Beschleunigungs- und Verzögerungsmomente sowie der relativen Beweglichkeit der Fahrgestelle zu einer sogenannten Polygon-Bildung kommen. Dabei wird die ursprünglich als Kreis ausgebildete Lauffläche der Räder durch selektive Abtragung bzw. Verschleiß zu einem Vieleck umgewandelt, wodurch sich die weitere Verschleißwirkung noch verstärkt. Auch diese Erscheinung führt neben der Erzeugung eines unangenehmen Geräuschspegels zu Rissen und schließlich zum Ausfall des Rades.During block braking, the block generates changes in shape due to braking heat in the tire and especially in the full wheel, which leads to the tire loosening on the rim or to tension in the tire or full wheel. These tensions can cause the tire or wheel to burst. They can lead to permanent changes in shape and thus to changes in the track dimension. The shape changes also cause residual stress conditions, which have to be added to the basic stress due to the wheel load when the wheel is subjected to static and dynamic loads.
When the wheels run on the rails, cold deformation creates a compressive stress state and the braking heat creates a tensile stress state. The cyclical change between the two states means a quasi permanent vibration stress in heat and cold. It can lead to thermal cycling cracks on the tread of the wheels. Since the common wheel materials have a low toughness, these cracks can become the starting points for tire breaks or wheel breaks under unfavorable conditions. If you no longer use the wheel tread as braking surfaces for brake pads, you can use e.g. B. the disc brake, these phenomena are eliminated. However, the stresses remain due to the transmission of the braking and driving force to the rail. This leads to slippage and sliding in the wheel contact area. Under such influences, the steel material changes in some areas of the wheel tread from the tough pearlitic state to a hard martensite, the so-called friction martensite. The martensite leads to the formation of cracks and finally to large-scale local breakouts from the wheel tread, which ultimately make it necessary to rework or replace the wheel. This influence is particularly evident in the drive wheels of heavy locomotives.
In addition, it can be due to the interaction of the wheel friction against the rail, the acceleration and deceleration moments as well the relative mobility of the chassis leads to a so-called polygon formation. The tread of the wheels, which was originally designed as a circle, is converted into a polygon by selective removal or wear, which further increases the wear effect. In addition to the generation of an unpleasant noise level, this phenomenon also leads to cracks and ultimately to the failure of the wheel.
Bei hohen Fahrgeschwindigkeiten haben auch die Bremsflächen separater, am Rad oder auf der Achse eines Radsatzes befestigter Bremsscheiben einen überdurchschnittlich hohen Verschleiß.At high driving speeds, the braking surfaces of separate brake disks attached to the wheel or on the axle of a wheel set also have above-average wear.
Um den genannten hohen Zusatzbeanspruchungen an Rädern zu begegnen, ist bereits die Verwendung eines an sich bekannten aushärtenden austenitischen Mnganstahls mit über 500 N/mm² Streckgrenze zumindest für die Scheibe von bereiften Rädern oder von Rädern an Schienenfahrzeugen vorgeschlagen worden, bei denen die Radscheibe als Bremsscheibe ausgebildet ist und unmittelbar durch Reibung gebremst wird (DE-A 24 57 719). Ein solcher Stahl ist weniger gegen Spannungsrisse empfindlich, wodurch die Standzeit der Räder sich entsprechend erhöht. Eine bevorzugte Zusammensetzung eines solchen Manganstahls ist z. B.: 0,45 bis 0,55 Gew.-% Kohlenstoff, 0,30 bis 0,80 Gew.-% Silizium, 18 bis 19 Gew.-% Mangan, 3,5 bis 5,0 Gew.-% Chrom, 0,5 bis 0,65 Gew.-% Vanadium, 0,08 bis 0,12 Gew.-% Stickstoff, gegebenenfalls bis 0,5 Gew.-% Nickel und bis 0,3 Gew.-% Molybdän.
Stähle dieser Art werden bei 1000°C einer Lösungsglühung mit nachfolgender schneller Abkühlung unterworfen, anschließend wird mit einer weiteren Glühung im Temperaturbereich zwischen 500 und 700°C die Festigkeit und Zähigkeit eingestellt.
Ein Nachteil dieses aushärtenden austenitischen Manganstahls, welcher letztendlich seine Durchsetzung in der Bahntechnik verhindert hat, liegt in der Tatsache begründet, das es auch bei diesem Stahl auf der Lauffläche der Räder zur Bildung von Reib martensit kommt, der insbesondere bei Einsatz der Räder als Antriebsräder für schwere Zugmaschinen zu Ausbrüchen auf der Radlauffläche und zum Unbrauchbarwerden des Rades führt, unbeschadet der Tatsache, daß ein Rad aus einem solchen Werkstoff beim Bremsen die in der Radscheibe auftretende Spannungsbeanspruchung aufnehmen kann.In order to counter the high additional stresses on wheels, the use of a known hardening austenitic Mngan steel with over 500 N / mm² yield strength has already been proposed, at least for the disk of frosted wheels or of wheels on rail vehicles, in which the wheel disk is designed as a brake disk is and is braked directly by friction (DE-A 24 57 719). Such steel is less sensitive to stress cracks, which increases the service life of the wheels accordingly. A preferred composition of such a manganese steel is e.g. For example: 0.45 to 0.55 wt% carbon, 0.30 to 0.80 wt% silicon, 18 to 19 wt% manganese, 3.5 to 5.0 wt% chromium , 0.5 to 0.65% by weight of vanadium, 0.08 to 0.12% by weight of nitrogen, optionally up to 0.5% by weight of nickel and up to 0.3% by weight of molybdenum.
Steels of this type are subjected to solution annealing at 1000 ° C with subsequent rapid cooling, then the strength and toughness are adjusted with a further annealing in the temperature range between 500 and 700 ° C.
A disadvantage of this hardening austenitic manganese steel, which ultimately prevented it from being used in railway technology, lies in the fact that it also forms friction on this wheel on the tread of the wheels martensit comes, which in particular when using the wheels as drive wheels for heavy tractors leads to breakouts on the wheel tread and to the wheel becoming unusable, without prejudice to the fact that a wheel made of such a material can absorb the stresses occurring in the wheel disc when braking.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Stahls, der bei der Verwendung für Vollräder, Radreifen oder Radsatzbremsscheiben von Schienenfahrzeugen nicht zu der unerwünschten Bildung von Reibmartensit neigt.The object of the invention is to provide a steel which, when used for solid wheels, wheel tires or wheelset brake disks of rail vehicles, does not tend to the undesirable formation of friction martensite.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, einen vollaustenitischen Stahl mit (in Masse %)
bis 0,20 % C
16 bis 24 % Cr
17 bis 20 % Mn
0,5 bis 1,3 % NTo achieve this object, it is proposed according to the invention to use a fully austenitic steel with (in mass%)
up to 0.20% C
16 to 24% Cr
17 to 20% Mn
0.5 to 1.3% N
Rest Eisen und übliche, erschmelzungsbedingte Verunreinigungen, der nach einem Lösungsglühen bei 1000 bis 1150 oC und Abkühlung auf Raumtemperatur eine Mindeststreckgrenze Rpo,2 von 550 N/mm² und eine Kerbschlagzähigkeit von mindestens 150 Joule (Iso-V-Probe) aufweist, als Werkstoff zur Herstellung von Vollrädern, Radreifen oder Radsatzbremsscheiben von Schienenfahrzeugen zu verwenden.Remainder iron and usual smelting-related impurities which, after solution annealing at 1000 to 1150 o C and cooling to room temperature, have a minimum yield strength Rp o, 2 of 550 N / mm² and a notched impact strength of at least 150 joules (Iso-V sample) as Use material for the production of solid wheels, wheel tires or wheelset brake discs of rail vehicles.
Gleich bzw. ähnlich zusammengesetzte Stähle gehören zwar zum Stand der Technik (AT-PS 266900, US-PS 3820980, US-PS 3912503), jedoch ist nichts darüber bekannt, mit welcher speziellen Zusammensetzung innerhalb der bekannten Bereiche man bei Beanspruchung auf Reibverschleiß die Bildung von Reibmartensit vermeidet. Der erfindungsgemäß zu verwendende Stahl ist vollaustenitisch und behält diesen Gefügezustand bei allen Belastungszuständen bei. Auch örtliche Umwandlungen des austenitischen Gefügezustandes in ein martensitisches oder martensitisch/ferritisches Gefüge sind bei diesem Stahl ausgeschlossen. Für das Nichtauftreten dieser Umwandlungsvorgänge ist der niedrige Kohlenstoffgehalt des erfindungsgemäß zu verwendenden Stahls in Verbindung mit den vorgesehenen hohen Stickstoffgehalten maßgebend.
Der erfindungsgemäß zu verwendende Stahl weist den zusätzlichen Vorteil auf, daß er trotz relativ geringer Ausgangsfestigkeit beim Einsatz an der Oberfläche stark verfestigt. Trotzdem bleibt die Zähigkeit, die ja letztendlich auch die Lebensdauer der Bauteile mit entscheidet, im gewünschten Maß erhalten. Anders als bei herkömmlichen Stählen fallen die Zähigkeitswerte bei einer Verfestigung des Stahls nicht in starkem Maße ab.Steels of the same or similar composition belong to the state of the art (AT-PS 266900, US-PS 3820980, US-PS 3912503), but nothing is known about the special composition within the known ranges with which the formation is subject to frictional wear of friction martensite avoided. The steel to be used according to the invention is fully austenitic and maintains this structural condition in all load conditions. Local transformations of the austenitic structure into a martensitic or martensitic / ferritic structure are also included excluded this steel. The low carbon content of the steel to be used according to the invention in connection with the intended high nitrogen contents is decisive for the non-occurrence of these conversion processes.
The steel to be used according to the invention has the additional advantage that, despite the relatively low initial strength, it strongly solidifies when used on the surface. Nevertheless, the toughness, which ultimately also determines the lifespan of the components, remains the same. In contrast to conventional steels, the toughness values do not drop significantly when the steel is hardened.
Besonders vorteilhaft ist die Verwendung eines vollaustenitischen Stahls mit in Masse %
bis 0,10 % C
17 bis 19 % Cr
17 bis 19 % Mn
0,5 bis 0,65 % N
Rest Eisen und übliche erschmelzungsbedingte Verunreinigungen. Ein Rad aus einem solchen Stahl wurde im Dauereinsatz bei einer schweren Zugmaschine auf extremen Bergstrecken über längere Zeit getestet und hat ein den bisher verwendeten Stählen weit überlegenes Standverhalten gezeigt. Dabei war überraschend, daß auch das Traktionsverhalten, welches normalerweise gegen den Einsatz herkömmlicher austenitischer Stähle sprach, voll ausreichend war.It is particularly advantageous to use a fully austenitic steel with% by mass
up to 0.10% C
17 to 19% Cr
17 to 19% Mn
0.5 to 0.65% N
Remainder iron and usual impurities due to melting. A wheel made of such a steel has been tested in long-term use on a heavy tractor on extreme mountain routes over a long period of time and has shown that it is far superior to the steels previously used. It was surprising that the traction behavior, which normally spoke against the use of conventional austenitic steels, was fully sufficient.
Der erfindungsgemäß zu verwendende Stahl kann wahlweise noch bis zu 0,5 % V, bis 0,5 % Nb, bis 3 % Mo, bis weniger als 3 % Ni und bis 3 % Si enthalten. Vanadium und Niob erhöhen die Feinkörnigkeit und beeinflussen so die mechanischen Eigenschaften positiv. Silizium in Mengen bis 3 % gelangt bei der üblichen schmelzmetallurgischen Herstellung zwangsläufig in den Stahl und beeinträchtigt die mechanischen Eigenschaften nicht wesentlich. Molybdän in einer Menge bis 3 % steigert die Festigkeit, und Nickel als üblicher Stahlbegleiter kann ebenfalls in Mengen bis weniger als 3 % anwesend sein, ohne die Eigenschaften des Stahls nachteilig zu beeinflussen.The steel to be used according to the invention can optionally contain up to 0.5% V, up to 0.5% Nb, up to 3% Mo, up to less than 3% Ni and up to 3% Si. Vanadium and niobium increase the fine grain and thus have a positive effect on the mechanical properties. Silicon in quantities of up to 3% inevitably gets into the steel in the usual melt metallurgical production and does not significantly impair the mechanical properties. Molybdenum in an amount up to 3% increases the strength, and nickel than usual Steel companions can also be present in amounts of less than 3% without adversely affecting the properties of the steel.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Verwendung eines vollaustenitischen Stahls als Werkstoff zur Herstellung von Radreifen verschiedener Fahrzeugräder vorgesehen, wobei die Radreifen nach dem Warmumformen durch eine Kaltaufweitung verfestigt worden sind. Durch dieses Kaltaufweiten des Radreifens kann seine Ausgangsfestigkeit erhöht und die Neigung zu seitlichem Fließen im nur warmumgeformten Zustand verhindert werden.According to an advantageous embodiment of the invention, the use of a fully austenitic steel is provided as the material for the production of wheel tires of various vehicle wheels, the wheel tires being hardened by a cold expansion after the hot forming. This cold expansion of the tire can increase its initial strength and prevent the tendency to flow sideways in the only hot-formed state.
Anstatt die Bauteile voll aus dem erfindungsgemäßen Werkstoff herzustellen, kann es auch sinnvoll sein, nur die unmittelbar der Verschleißwirkung ausgesetzten Teile aus dem vorgeschlagenen Werkstoff herzustellen.Instead of producing the components entirely from the material according to the invention, it may also be sensible to produce only the parts which are directly exposed to the wear effect from the proposed material.
Eine erfindungsgemäße Variante der Verwendung des vorgeschlagenen Stahls besteht deshalb darin, den Stahl zur Herstellung von auf die Laufflächen von Vollrädern und Radreifen oder die Bremsflächen von Bremsscheiben aufzubringenden Verschleißschichten zu verwenden. Eine solche Maßnahme eignet sich insbesondere zur Reparatur von schadhaften Radreifen. Zu diesem Zweck kann ein schadhaftes Rad in üblicher Weise durch spanabhebende Bearbeitung wieder zu einer runden Lauffläche abgetragen werden, wobei in einem weiteren Arbeitsschritt der erfindungsgemäß zu verwendende Stahl als Verschleißschicht aufgetragen wird. Dies kann in bevorzugter Weise durch den Vorgang des bekannten Plasmaspritzens geschehen, bei dem eine Schicht von wenigen Millimetern Dicke aufgespritzt wird. Dabei kann ein Pulver der in den Ansprüchen genannten Grundzusammensetzung verwendet werden. Es ist jedoch auch möglich, daß der Spritzvorgang mit einem Gemisch eines ionisierenden Inertgases mit Stickstoff durchgeführt wird, wodurch einerseits Stickstoffverluste beim Spritzvorgang verhindert, andererseits sogar ein Stickstoffzubrand möglich wird, welcher die gewünschte Zusammensetzung der Verschleißlegierung herbeiführt.A variant of the use of the proposed steel according to the invention therefore consists in using the steel for producing wear layers to be applied to the treads of solid wheels and wheel tires or the braking surfaces of brake discs. Such a measure is particularly suitable for repairing damaged wheel tires. For this purpose, a defective wheel can be removed in the usual way by machining again to form a round tread, the steel to be used according to the invention being applied as a wear layer in a further working step. This can be done in a preferred manner by the process of known plasma spraying, in which a layer of a few millimeters in thickness is sprayed on. A powder of the basic composition mentioned in the claims can be used. However, it is also possible for the spraying process to be carried out with a mixture of an ionizing inert gas with nitrogen, which on the one hand prevents nitrogen losses during the spraying process and on the other hand even makes it possible to burn nitrogen, which brings about the desired composition of the wear alloy.
Härtemessungen an den Rädern, die aus dem Stahl mit den Legierungsbestandteilen gemäß Anspruch 2 hergestellt und im Einsatz auf Bergstrecken getestet wurden, führten aufgrund von Hochrechnungen zu Verfestigungswerten der Radlauffläche bis 2000 N/mm² Zugfestigkeit. Dies ist überraschend und beweist die hervorragende Eignung des erfindungsgemäß zu verwendenden Stahls insbesondere für schwere Lokomotiv-Antriebsräder.Hardness measurements on the wheels, which were produced from the steel with the alloy components according to claim 2 and tested in use on mountain routes, led to strengthening values of the wheel tread surface up to 2000 N / mm² tensile strength on the basis of extrapolations. This is surprising and proves the excellent suitability of the steel to be used according to the invention, in particular for heavy locomotive drive wheels.
In der folgenden Tabelle sind die chemischen Analysen und zugehörigen Eigenschaften von drei Vollrädern A, B und C im lösungsgeglühten Zustand und zweier kalt geweiteter Radreifen D und E mitgeteilt. Wie sich durch Vergleich der mechanischen Werte ergibt, liegen die Festigkeitswerte nach dem Kaltaufweiten um ein beträchtliches Maß höher als die der nur lösungsgeglühten Gegenstände.
Claims (6)
bis 0,20 % C
16 bis 24 % Cr
17 bis 20 % Mn
0,5 bis 1,3 % N
Rest Eisen und übliche, erschmelzungsbedingte Verunreinigungen, der nach einem Lösungsglühen bei 1000 bis 1150 oC und Abkühlung auf Raumtemperatur eine Mindeststreckgrenze Rp0,2 von 550 N/mm² und eine Kerbschlagzähigkeit von mindestens 150 Joule (Iso-V-Probe) aufweist, als Werkstoff zur Herstellung von Vollrädern, Radreifen oder Radsatzbremsscheiben von Schienenfahrzeugen.1. Use of a fully austenitic steel consisting of the alloying elements (in mass%)
up to 0.20% C
16 to 24% Cr
17 to 20% Mn
0.5 to 1.3% N
Remainder iron and usual smelting-related impurities, which after solution annealing at 1000 to 1150 o C and cooling to room temperature has a minimum yield strength Rp 0.2 of 550 N / mm² and a notched impact strength of at least 150 joules (Iso-V sample) as Material for the production of solid wheels, wheel tires or wheelset brake discs of rail vehicles.
bis 0,10 % C
17 bis 19 % Cr
17 bis 19 % Mn
0,5 bis 0,65 % N
Rest Eisen und übliche, erschmelzungsbedingte Verunreinigungen für den Zweck nach Anspruch 1.2. Use of a steel according to claim 1 with the alloying elements (in mass%)
up to 0.10% C
17 to 19% Cr
17 to 19% Mn
0.5 to 0.65% N
Balance iron and customary melting-related impurities for the purpose according to claim 1.
bis 0,5 % V
bis 0,5 % Nb
bis 3 % Mo
weniger als 3 % Ni
bis 3 % Si
enthält für den Zweck nach Anspruch 1.3. Use of a steel of the composition according to claim 1 or 2, which additionally (in% by mass)
up to 0.5% V
up to 0.5% Nb
up to 3% Mo
less than 3% Ni
up to 3% Si
contains for the purpose of claim 1.
Applications Claiming Priority (4)
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| DE3934038 | 1989-10-12 | ||
| DE3934038 | 1989-10-12 | ||
| DE19904023462 DE4023462C1 (en) | 1989-10-12 | 1990-07-24 | |
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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Family Applications (1)
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| EP90115739A Withdrawn EP0422360A1 (en) | 1989-10-12 | 1990-08-17 | Use of a nitrogen-bearing, fully austenitic steel for structural parts of railway vehicles |
Country Status (2)
| Country | Link |
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| EP (1) | EP0422360A1 (en) |
| DE (1) | DE4023462C1 (en) |
Cited By (8)
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