EP1003920B1 - Verfahren zur herstellung eines hochfesten gleisteils sowie gleisteil - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines hochfesten gleisteils sowie gleisteil Download PDF

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EP1003920B1 EP98943853A EP98943853A EP1003920B1 EP 1003920 B1 EP1003920 B1 EP 1003920B1 EP 98943853 A EP98943853 A EP 98943853A EP 98943853 A EP98943853 A EP 98943853A EP 1003920 B1 EP1003920 B1 EP 1003920B1
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    • C21D2211/00—Microstructure comprising significant phases
    • C21D2211/002—Bainite

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a high-strength track part made of steel, in particular soft parts such as the centerpiece, tongue or wing rail.
  • the invention further relates to a switch component which is made of steel.
  • Rails and switches in particular should have a high resistance to wear, crushing and fatigue damage. Break resistance and suitability for welding should also be provided. These requirements have given rise to the use of rails with a minimum tensile strength of 1100 N / mm 2 .
  • a track part or a method for producing such is known in which a vacuum-treated steel with 0.53 to 0.52% C, 0.1 to 0.25 Si, 0.65 to 1 , 1% Mn, 0.8 to 1.3% Cr, 0.05 to 0.11% Mo, 0.05% to 0.11% V, ⁇ 0.02% P, optionally up to 0.025% Al, optionally up to 0.5% Nb, remainder iron and usual melting-related impurities, the ratio of Mn: Cr being about 0.80 ⁇ Mn: Cr ⁇ 0.85 and the ratio of Mo: V being about 1, and wherein Track part in the form of a switch section is a rolled rail section as the starting material, which has a martensitic structure, at least in the rail head, through tempering. This results in strengths of over 1500 N / mm 2 in the rail head.
  • the present invention is based on the problem of further developing a method for producing a track part of the type mentioned at the outset or a switch component itself in such a way that high strength and yield strength are obtained with an increase in the service life, so that it can be used in particular in high-stress switches.
  • the problem is solved in that steel undergoes a chemical directional analysis with 0.3 to 0.6% C, 0.8 to 1.5% Si, 0.7 to 1.0% Mn, 0.9 to 1.4 % Cr, 0.6 to 1.0% Mo, remainder iron and usual fusion-related combinations after cooling from the rolling heat and formation of a bainitic basic structure with a tensile strength of approximately 1100 N / mm 2 is first subjected to a pretreatment step by the steel with the bainitic basic structure is heated to a temperature T 4 with 400 ° C. ⁇ T 4 ⁇ 550 ° C.
  • the steel has a tensile strength of at least 1200 N / mm 2 after the pretreatment, and then to a temperature T 1 750 ° C ⁇ T 1 ⁇ 920 ° C heated, then accelerated to a temperature T 2 with 450 ° C ⁇ T 2 ⁇ 250 ° C in a polymer-water mixture, in a molten salt or in a powder, again to a temperature T. 3 > T 2 with 400 ° C ⁇ T 3 ⁇ 560 ° C t and kept at temperature T 3 for a time t 1 with 60 min ⁇ t 1 ⁇ 150 min and then cooled to room temperature.
  • the steel is heated to a temperature T 1 of in particular approximately 860 ° C. after a specific cooling from the rolling heat and formation of the basic bainitic structure with a tensile strength of approximately 1100 N / mm 2 , in order to subsequently accelerate the steel to the Cool the temperature T 2 and expose it to a cooling medium so that the core of the steel has cooled to the temperature T 2 .
  • the steel with a bainitic basic structure with usual Rail steels such as 900 A and S 1100 connected by flash butt welding can be, the connected, track parts following a common Can be subjected to heat treatment.
  • the volume of a steel bainitic basic structure is tempered, with targeted heat treatment allowing tensile strengths of up to 1700 N / mm 2 , yield strengths (technical yield strengths with 0.2% permanent elongation) to 1400 N / mm 2 , elongation at break A 5 (%) result in more than 10 and constrictions of more than 25%.
  • a switch component made of steel, manufactured according to the previously described method, is characterized in that the track part made of steel is subjected to a chemical directional analysis with 0.3 to 0.6% C, 0.8 to 1.5% Si, 0.7 to 1 , 0% Mn, 0.9 to 1.4 % Cr, 0.6 to 1.0% Mo, remainder iron as well as usual fusion-related impurities, a bainitic basic structure, a tensile strength of more than 1600 N / mm 2 and one technical yield strength of more than 1250 N / mm 2 has an elongation at break> 10% and a constriction> 25%.
  • the steel has a chemical directional analysis of 0.4 to 0.5% C, approximately 1% Si, approximately 0.8% Mn, approximately 1.0% Cr and 0.6 to 1.0% Mo , where the strength is up to 1700 N / mm 2 and the yield strength is up to 1400 N / mm 2 .
  • the steel is heat-treated in such a way that the elongation at break is> 10% and the constriction is> 25%.
  • a steel with a chemical directional analysis of 0.45% C, 1% Si, 0.8% Mn, 1% Cr, 0.8% Mo, remainder iron as well as usual fusion-related impurities is formed into a track part by rolling in order to be controlled Cooling from the rolling heat to achieve a structure with a bainitic basic structure and a strength of approximately 1100 N / mm 2 .
  • the switch component cooled to room temperature is then heated in a heat treatment furnace to a temperature of approximately 500 ° C. in order to achieve a strength of 1300 to 1400 N / mm 2 by subsequent controlled cooling.
  • the switch component is then heated to approx. 860 ° C. After reaching this temperature in the core of the switch component, the polymer-water mixture cools down to about 350 ° C.
  • a corresponding switch component is sodarm with a UIC 900 A rail or UIC S 1100 connected by flash butt welding and in a track been installed. Regular checks showed a high wear resistance, which, compared to conventional switch components, increase the stability of showed in about 50%.

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines hochfesten Gleisteils aus Stahl, insbesondere Weichenteils wie Herzstück, Zungen- oder Flügelschiene. Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Weichenbauteil, das aus Stahl hergestellt ist.
Durch die Geschwindigkeitszunahme von Zügen bedingt nehmen die Anforderungen an den Gleisoberbau zu. Dabei sollen insbesondere Schienen und Weichen einen hohen Widerstand gegen Verschleiß, Verquetschungen und Ermüdungsschäden aufweisen. Auch soll eine Bruchsicherheit und eine Eignung zum Schweißen gegeben sein. Diese Forderungen haben den Einsatz von Schienen mit Mindestzugfestigkeiten von 1100 N/mm2 begründet.
Aus der EP 0 620 865 B1 ist ein Gleisteil bzw. ein Verfahren zur Herstellung eines solchen bekannt, bei dem ein vakuumbehandelter Stahl mit 0,53 bis 0,52 % C, 0,1 bis 0,25 Si, 0,65 bis 1,1 % Mn, 0,8 bis 1,3 % Cr, 0,05 bis 0,11 % Mo, 0,05% bis 0,11 % V, ≤ 0,02 % P, wahlweise bis 0,025 % Al, wahlweise bis 0,5 % Nb, Rest Eisen sowie üblichen erschmelzungsbedingten Verunreinigungen verwendet wird, wobei das Verhältnis von Mn : Cr in etwa 0,80 < Mn : Cr < 0,85 und das Verhältnis von Mo : V in etwa 1 beträgt und wobei das Gleisteil in Form eines Weichenabschnitts ein gewalzter Schienenabschnitt als Ausgangsmaterial ist, der durch Vergütung ein martensitisches Gefüge zumindest im Schienenkopf aufweist. Hierdurch ergeben sich im Schienenkopf Festigkeiten über 1500 N/mm2.
Aus der Literaturstelle DE-Z: "Stahl und Eisen 115 (1995), No. 2", Seiten 93 - 98, wird ein Verfahren zur Herstellung einer naturharten bainitischen Schiene mit hoher Zugfestigkeit beschrieben. Dabei wird ein naturharter Stahl einer Wärmebehandlung derart unterzogen, dass zunächst eine Erwärmung auf über 750 °C erfolgt, um anschließend durch eine Luftabkühlung bis unterhalb von ca. 450°C ein gewünschtes bainitisches Gefüge auszubilden. Sodann kann ein Anlassen über einen Zeitraum von einer Stunde bei etwa 550 °C erfolgen, um schließlich die Schiene auf Raumtemperatur abzukühlen. Mit dem entsprechenden Verfahren können Schienenstellen einer Zugfestigkeit über 1400 N/mm2 erzielt werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Gleisteils der eingangs genannten Art bzw. ein Weichenbauteil selbst derart weiterzubilden, dass sich eine hohe Festigkeit und Streckgrenze bei Erhöhung der Lebensdauer ergibt, so dass insbesondere ein Einsatz in hochbeanspruchten Weichen erfolgen kann. Verfahrensmäßig wird das Problem dadurch gelöst, dass Stahl einer chemischen Richtanalyse mit 0,3 bis 0,6 % C, 0,8 bis 1,5 % Si, 0,7 bis 1,0 % Mn, 0,9 bis 1,4 % Cr, 0,6 bis 1,0 % Mo, Rest Eisen sowie üblichen verschmelzungsbedingten Verumeinigungen nach einer Abkühlung aus der Walzwärme und Ausbildung eines bainitischen Grundgefüges einer Zugfestigkeit von ungefähr 1100 N/mm2 zunächst einer Vorbehandlungsstufe unterzogen wird, indem der Stahl mit der bainitischen Grundstruktur auf eine Temperatur T4 mit 400 °C < T4 < 550 °C erwärmt und sodann gesteuert derart abgekühlt wird, dass der Stahl nach der Vorbehandlung eine Zugfestigkeit von zumindest 1200 N/mm2 aufweist, sodann auf eine Temperatur T1 mit 750 °C < T1 < 920 °C angewärmt, anschließend auf eine Temperatur T2 mit 450 °C < T2 < 250 °C in einem Polymer-Wassergemisch, in einer Salzschmelze oder in einem Pulver beschleunigt abgekühlt, erneut auf eine Temperatur T3 > T2 mit 400 °C < T3 < 560 °C erwärmt und bei der Temperatur T3 über eine Zeit t1 mit 60 min < t1 < 150 min gehalten und anschließend auf Raumtemperatur abgekühlt wird.
Besonders gute Ergebnisse lassen sich dann erzielen, wenn der Stahl nach Erreichen der Temperatur T1 in seinem Kern über einen Zeitraum t2 mit 10 min < t2 < 30 min, insbesondere t2 in etwa 20 min gehalten wird.
Insbesondere ist vorgesehen, dass der StahI nach einer gezielten Abkühlung aus der Walzwärme und Ausbildung des bainitischen Grundgefüges einer Zugfestigkeit von ungefähr 1100 N/mm2 auf eine Temperatur T1 von insbesondere in etwa 860 °C angewärmt wird, um anschließend den Stahl beschleunigt auf die Temperatur T2 abzukühlen und einem Kühlmedium auszusetzen, so dass der Stahl in seinem Kern auf die Temperatur T2 abgekühlt ist.
Des Weiteren ist vorgesehen, dass der Stahl mit bainitischem Grundgefüge mit üblichen Schienenstählen wie 900 A und S 1100 durch Abbrennstumpfschweißen verbunden werden kann, wobei die verbundenen, Gleisteile nachfolgend einer gemeinsamen Wärmebehandlung unterzogen werden können.
Erfindungsgemäß erfolgt eine Volumenvergütung eines Stahl bainitischer Grundstruktur, wobei sich durch gezielte Wärmebehandlung Zugfestigkeiten bis ohne Weiteres 1700 N/mm2, Streckgrenzen (technische Streckgrenzen mit 0,2 % bleibender Dehnung) bis 1400 N/mm2, Bruchdehnung A5 (%) von mehr als 10 und Einschnürungen von mehr als 25 % ergeben.
Ein Weichenbauteil aus Stahl, hergestellt nach zuvor geschildertem Verfahren, zeichnet sich dadurch aus, dass das Gleisteil aus Stahl einer chemischen Richtanalyse mit 0,3 bis 0,6 % C, 0,8 bis 1,5 % Si, 0,7 bis 1,0 % Mn, 0,9 bis 1,4 % Cr, 0,6 bis 1,0 % Mo, Rest Eisen sowie üblichen verschmelzungsbedingten Verunreinigungen hergestellt ist, ein bainitisches Grundgefüge, eine Zugfestigkeit von mehr als 1600 N/mm2 und einer technische Streckgrenze von mehr als 1250 N/mm2 eine Bruchdehnung > 10 % und eine Einschnürung > 25 % aufweist.
Insbesondere weist der Stahl eine chemische Richtanalyse von 0,4 bis 0,5 % C, in etwa 1 % Si, in etwa 0,8 % Mn, in etwa 1,0 % Cr und 0,6 bis 1,0 % Mo auf, wobei die Festigkeit bis 1700 N/mm2 und die Streckgrenze bis 1400 N/mm2 beträgt. Dabei ist der Stahl derart wärmebehandelt, dass die Bruchdehnung > 10 % und die Einschnürung> 25 % beträgt.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergehen sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen - für sich und/oder in Kombination -, sondern auch ans der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Beispiels näher erläutert.
Ein Stahl mit einer chemischen Richtanalyse von 0,45 % C, 1 % Si, 0,8 % Mn, 1 % Cr, 0,8 % Mo, Rest Eisen sowie üblichen verschmelzungsbedingten Verunreinigungen wird durch Walzen zu einem Gleisteil geformt, um durch gezieltes Abkühlen aus der Walzwärme ein Gefüge mit bainitischer Grundstruktur und einer Festigkeit von in etwa 1100 N/mm2 zu erzielen. Sodann wird das auf Raumtemperatur abgekühlte Weichenbauteil in einem Wärmebehandlungsofen auf eine Temperatur von in etwa 500 °C erwärmt, um durch anschließendes erneutes gesteuertes Abkühlen eine Festigkeit von 1300 bis 1400 N/mm2 zu erreichen. Sodann wird das Weichenbauteil auf ca. 860 °C angewärmt. Nach Erreichen dieser Temperatur im Kern des Weichenbauteils erfolgt eine beschleunigte Abkühlung in einem Polymer-Wassergemisch auf in etwa 350 °C. Nach Erreichen dieser Temperatur im Kern des Weichenbauteils erfolgt wiederum ein. Erwärmen auf in etwa 450 °C, wobei das Weichenbauteil bei dieser Temperatur über einen Zeitraum von in etwa 2 h gehalten wird. Durch diese Wärmebehandlung ergibt sich ein feinnadliges bainitisches Gefüge mit nachfolgenden Eigenschaften:
Zugfestigkeit ca. 1680 N/mm2,
technische Streckgrenze ca. 1350 N/mm2,
Bruchdehnung > 10 %,
Einschnürung > 25 %.
Ein entsprechendes Weichenbauteil ist sodarm mit einer Schiene der Güte UIC 900 A bzw. UIC S 1100 durch Abbrennstumpfschweißen verbunden und in einem Gleis eingebaut worden. Regelmäßige Überprüfungen ergaben eine hohe Verschleißfestigkeit, die im Vergleich zu üblichen Weichenbauteilen eine Erhöhung der Standfestigkeit von in etwa 50 % zeigten.
Zu erwähnen ist, dass es sich bei dem erneuten Anwärmen auf ca. 860 °C und der sodann beschriebenen Verfahrensschritte um bevorzugte Maßnahmen handelt.

Claims (8)

  1. Verfahren zur Herstellung eines hochfesten Gleisteils aus Stahl, insbesondere eines Weichenbauteils wie Herzstück, Zungen- oder Flügelschiene,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass Stahl einer chemischen Richtanalyse mit 0,3 bis 0,6 % C, 0,8 bis 1,5 % Si, 0,7 bis 1,0 % Mn, 0,9 bis 1,4 % Cr, 0,6 bis 1,0 % Mo, Rest Eisen sowie üblichen verschmelzungsbedingten Verunreinigungen nach einer Abkühlung aus der Walzwärme und Ausbildung eines bainitischen Grundgefüges einer Zugfestigkeit von ungefähr 1100 N/mm2 zunächst einer Vorbehandlungsstufe unterzogen wird, indem der Stahl mit der bainitischen Grundstruktur auf eine Temperatur T4 mit 400 °C < T4 < 550 °C erwärmt und sodann gesteuert derart abgekühlt wird, dass der Stahl nach der Vorbehandlung eine Zugfestigkeit von zumindest 1200 N/mm2 aufweist, sodarn auf eine Temperatur T1 mit 750 °C < T1 < 920 °C angewärmt, anschließend auf eine Temperatur T2 mit 450 °C < T2 < 250°C in einem Polymer-Wassergemisch, in einer Salzschmelze oder in einem Pulver beschleunigt abgekühlt, erneut auf eine Temperatur T3 > T2 mit 400 °C < T3 < 560 °C erwärmt und bei der Temperatur T3 über eine Zeit t1 mit 60 min < t1 < 150 min gehalten und anschließend auf Raumtemperatur abgekühlt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Stahl mit bainitischer Grundstruktur von der Temperatur T1 auf die Temperatur T2 vorzugsweise in einem Aluminium-Sumpf abgekühlt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Stahl nach Erreichen der Temperatur T1 in seinem Kern über einem Zeitraum t2 mit 10 min < t2 < 30 min, insbesondere t2 in etwa 20 min gehalten wird.
  4. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Stahl auf eine Temperatur T1 von insbesondere in etwa 860 °C angewärmt wird, dass anschließend der Stahl beschleunigt auf die Temperatur T2 abgekühlt und einem Kühlmedium derart ausgesetzt wird, dass der Stahl in seinem Kern auf die Temperatur T2 abgekühlt ist.
  5. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Stahl in der Vorbehandlungssnife gesteuert derart abgekühlt wird, dass der Stahl nach der Vorbehandlung eine Zugfestigkeit zwischen 1300 N/mm2 und 1400 N/mm2 aufweist.
  6. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Stahl mit bainitischem Grundgefüge mit üblichen Schienenstählen wie 900 A und S 1100 durch Abbrennstumpfschweißen verbunden wird, wobei die verbundenen Gleisteile nachfolgend einer gemeinsamen Wärmebehandlung unterzogen werden.
  7. Weichenbauteil aus Stahl hergestellt nach einem Verfahren nach zumindest Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Gleisteil aus Stahl einer chemischen Richtanalyse mit 0,3 bis 0,6 % C, 0,8 bis 1,5 % Si, 0,7 bis 1,0 % Mn, 0,9 bis 1,4 % Cr, 0,6 bis 1,0 % Mo, Rest Eisen sowie üblichen verschmelzungsbedingten Verunreinigungen hergestellt ist, ein bainitisches Grundgefüge, eine Zugfestigkeit von mehr als 1600 N/mm2 und einer technische Streckgrenze von mehr als 1250 N/mm2 eine Bruchdehnung > 10 % und eine Einschnürung > 25 % aufweist.
  8. Weichenbauteil nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Gleisteil aus Stahl einer chemischen Richtanalyse von 0,4 bis 0,5 % C, in in etwa 1 % Si, in etwa 0,8 % Mn, in etwa 1,0 % Cr und 0,6 bis 1,0 % Mo, Rest Eisen sowie üblichen verschmelzungsbedingten Verunreinigungen hergestellt ist sowie eine Zugfestigkeit bis 1700 N/mm2 und eine technische Streckgrenze bis 1400 N/mm2 aufweist.
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