EP1873262A1 - Verfahren zur Herstellung hochfester Zungenvorrichtungen, Zungenschienen und/oder Backenschienen sowie Zungenvorrichtung, Zungenschiene und/oder Backenschiene - Google Patents

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EP1873262A1
EP1873262A1 EP07009779A EP07009779A EP1873262A1 EP 1873262 A1 EP1873262 A1 EP 1873262A1 EP 07009779 A EP07009779 A EP 07009779A EP 07009779 A EP07009779 A EP 07009779A EP 1873262 A1 EP1873262 A1 EP 1873262A1
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steel
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bainitic
rails
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Andreas Zoll
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Deutsche Bahn AG
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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 rail part made of steel, in particular a tongue device, tongue rail and / or stock rail. Furthermore, the invention relates to a tongue device, tongue rail and / or stock rail, which is made of steel and rail extensions and insulating joints.
  • Out EP 1 003 920 B1 is a rail part or a method for producing such a known in the steel of a chemical direct 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 of iron and conventional fouling impurities after cooling from the rolling heat and formation of a bainitic ground structure of a tensile strength of about 1100 N / mm 2 initially subjected to a pretreatment step becomes.
  • the steel with the bainitic basic structure is heated to a temperature T 4 at 400 ° C.
  • ⁇ T 4 ⁇ 550 ° C and then controlled cooled so that the steel after the pretreatment has a tensile strength of at least 1200 N / mm 2 . Thereafter, it is warmed to a temperature T 1 with 750 ° C ⁇ T 1 ⁇ 920 ° C, then to a temperature T 2 at 450 ° C ⁇ T 2 ⁇ 250 ° C in a polymer-water mixture, in a molten salt or cooled in a powder accelerated, heated again to a temperature T 3> T 2 with 400 ° C ⁇ T 3 ⁇ 560 ° C and maintained at the temperature T 3 for a time t1 with 60 min ⁇ t1 ⁇ 150 min and then to room temperature cooled.
  • the present invention is based on the problem, a method for producing a rail part of the type mentioned or a switch component itself such that with a simplified manufacturing process high strength and wear resistance increases life, so that in particular a use in highly stressed Switches and other track components can be done.
  • An inventive highly loaded track components made of steel is characterized in that the track part made of steel a chemical directional analysis with 0.3 to 0.4% C, 0.7 to 0.9% Si, 0.6 to 0.8% Mn , 2.2 to 3.0% Cr, remainder of iron and common fouling impurities is made. After cooling from the rolling heat and formation of a bainitic ground structure, it is cooled in still air. Cooling in still air is understood to mean cooling without the use of technical ventilation means. In particular, the slowly cooling switch component is not blown with nozzles.
  • the points component now has a tensile strength of 1300 to 1550 N / mm 2 and an elongation at break> 10%.
  • Such produced bainitic rail steel is naturally hard, i. usable without additional heat treatment after austenitizing.
  • the track part can additionally be stress relief annealed in order to reduce stresses that arise from the manufacturing process.
  • the usual melt-caused impurities are formed into a splined part by rolling in order to achieve a microstructure of bainitic structure and a strength of 1300 to 1550 N / mm 2 by cooling from the rolling heat.
  • the switch component is cooled to room temperature in still air, especially in a hall.
  • the points component is not blown by means of nozzles.
  • a slight airflow, e.g. due to open hall gates is harmless.
  • This heat treatment results in a bainitic structure with the properties tensile strength 1300 to 1550 N / mm 2 and elongation at break> 10%.
  • a corresponding switch component / track component is then connected to a rail in particular of the quality R260 or R350HT by a joint weld and installed in the track

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines hochfesten Gleisteils aus Stahl, insbesondere einer Zungenvorrichtung, Zungenschiene und/oder Backenschiene. Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine Zungenvorrichtung, Zungenschiene und/oder Backenschiene, die aus Stahl hergestellt ist sowie Schienenauszüge und Isolierstöße. Ein erfindungsgemäßes Weichenbauteil aus Stahl zeichnet sich dadurch aus, dass das Gleisteil aus Stahl einer chemischen Richtanalyse mit 0,3 bis 0,4 % C, 0,7 bis 0,9 % Si, 0,6 bis 0,8 % Mn, 2,2 bis 3,0 % Cr, Rest Eisen sowie üblichen verschmelzungsbedingten Verunreinigungen hergestellt ist. Nach einer Abkühlung aus der Walzwärme und Ausbildung eines bainitischen Grundgefüges wird es bei ruhender Luft abgekühlt. Als Abkühlung in ruhender Luft wird hierbei eine Abkühlung ohne Einsatz von technischen Belüftungsmitteln verstanden. Insbesondere wird das langsam abkühlende Weichenbauteil nicht mit Düsen angeblasen. Das Weichenbauteil weist nun eine Zugfestigkeit von 1300 bis 1550 N/mm 2 und eine Bruchdehnung > 10 % auf. Derartig hergestellter bainitischer Schienenstahl ist naturhart, d.h. ohne zusätzliche Wärmebehandlung nach dem Austenitisieren verwendbar.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines hochfesten Gleisteils aus Stahl, insbesondere einer Zungenvorrichtung, Zungenschiene und/oder Backenschiene. Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine Zungenvorrichtung, Zungenschiene und/oder Backenschiene, die aus Stahl hergestellt ist sowie Schienenauszüge und Isolierstöße.
  • Aufgrund der Geschwindigkeitszunahme von Zügen nehmen die Anforderungen an den Gleisoberbau zu. Dabei wird gefordert, dass insbesondere Schienen und Weichen einen hohen Widerstand gegen Verschleiß, Verquetschungen und Ermüdungsschäden aufweisen. Des Weiteren sollen eine Bruchsicherheit und eine Eignung zum Schweißen gegeben sein. Diese Forderungen begründen den Einsatz von Schienen mit Zugfestigkeiten von mindestens 1100 N/mm2.
  • Aus EP 1 003 920 B1 ist ein Gleisteil bzw. ein Verfahren zur Herstellung eines solchen bekannt, bei dem 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. Hierbei wird der Stahl mit der bainitischen Grundstruktur auf eine Temperatur T 4 mit 400°C < T 4 < 550°C erwärmt und sodann gesteuert derart abgekühlt, dass der Stahl nach der Vorbehandlung eine Zugfestigkeit von zumindest 1200 N/mm2 aufweist. Im Anschluss daran wird er auf eine Temperatur T 1 mit 750°C < T 1 < 920°C angewärmt, anschließend auf eine Temperatur T 2 mit 450°C < T 2 < 250°C in einem Polymer-Wassergemisch, in einer Salzschmelze oder in einem Pulver beschleunigt abgekühlt, erneut auf eine Temperatur T 3 > T 2 mit 400°C < T 3 < 560°C erwärmt und bei der Temperatur T 3 über eine Zeit t1 mit 60 min < t1 < 150 min gehalten und anschließend auf Raumtemperatur abgekühlt.
  • Nachteil von einer Zungenvorrichtung, Zungenschiene und/oder Backenschiene ,eines Schienauszuges oder Isolierstoßes des Standes der Technik sind hoher Verschleiß, Rollkontaktermüdungsschäden und plastische Deformationen der Belasteten Bereiche, wie des Zungenanfanges bis hin zu Ausbrüchen der Zungen- und der Backenschienen die somit häufige Instandsetzungsarbeiten, insbesondere Schleifen, nach sich ziehen. Hierdurch wird insbesondere maßgeblich die Liegedauer der Bauteile negativ beeinflusst.
  • Insbesondere die derzeitig verwendeten perlitischen Standardmaterialien (R 350 HT) genügen diesen enormen Belastungen nicht und zeigen die o.g. Schädigungen auf. Dieser perlitische Werkstoff mit einer Zugfestigkeit von ≥ 1180 N/mm2 erhält durch eine Wärmebehandlung zwar eine erhöhte Verschleißfestigkeit, neigt jedoch auch in seiner feinperlitischen Ausführung unter den derzeitigen Belastungen zur Oberflächenrissbildung, den so genannten Rollkontaktermüdungsschäden.
  • 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 mit einem vereinfachten Herstellungsverfahren eine hohe Festigkeit und Verschleißresistenz bei Erhöhung der Lebensdauer ergibt, so dass insbesondere ein Einsatz in hochbeanspruchten Weichen und anderen Gleisbauteilen erfolgen kann.
  • Ein erfindungsgemäßes hoch belastetes Gleisbauteile aus Stahl zeichnet sich dadurch aus, dass das Gleisteil aus Stahl einer chemischen Richtanalyse mit 0,3 bis 0,4 % C, 0,7 bis 0,9 % Si, 0,6 bis 0,8 % Mn, 2,2 bis 3,0 % Cr, Rest Eisen sowie üblichen verschmelzungsbedingten Verunreinigungen hergestellt ist. Nach einer Abkühlung aus der Walzwärme und Ausbildung eines bainitischen Grundgefüges wird es bei ruhender Luft abgekühlt. Als Abkühlung in ruhender Luft wird hierbei eine Abkühlung ohne Einsatz von technischen Belüftungsmitteln verstanden. Insbesondere wird das langsam abkühlende Weichenbauteil nicht mit Düsen angeblasen.
  • Das Weichenbauteil weist nun eine Zugfestigkeit von 1300 bis 1550 N/mm2 und eine Bruchdehnung > 10 % auf.
  • Derartig hergestellter bainitischer Schienenstahl ist naturhart, d.h. ohne zusätzliche Wärmebehandlung nach dem Austenitisieren verwendbar.
  • Vorteilhaft kann das Gleisteil zusätzlich spannungsarmgeglüht werden, um Spannungen die aus dem Herstellungsprozess entstehen abzubauen.
  • Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen - für sich und/oder in Kombination -, sondern auch anhand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen.
  • Besondere Vorteile der Erfindung sind:
    • Keine aufwändige Nachbehandlung des bainitischen Stahls in unterschiedlichen Temperaturbereichen mit jeweils unterschiedlichen Haltedauern,
    • Minderung der Rollkontaktermüdungsschäden an der Bauteiloberfläche,
    • Reduzierung der Aufwendungen für die Instandhaltung,
    • Senkung der Lebenszyklus-Kosten (LCC) für Bauteil und Anlage,
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Beispiels näher erläutert.
  • Ein Stahl mit einer chemischen Richtanalyse von 0,3 bis 0,4 % C, 0,7 bis 0,9 % Si, 0,6 bis 0,8 % Mn, 2,2 bis 3,0 % Cr, Rest Eisen sowie üblichen verschmelzungsbedingten Verunreinigungen wird durch Walzen zu einem Gleisteil geformt, um durch Abkühlen aus der Walzwärme ein Gefüge mit bainitischer Grundstruktur und einer Festigkeit von 1300 bis 1550 N/mm2 zu erzielen.
  • Daraufhin wird das Weichenbauteil auf Raumtemperatur bei ruhender Luft insbesondere in einer Halle abgekühlt. Hierbei wird das Weichenbauteil weder mittels Düsen angeblasen. Ein geringfügiger Luftstrom z.B. infolge geöffneter Hallentore ist unschädlich.
  • Durch diese Wärmebehandlung ergibt sich ein bainitisches Gefüge mit den Eigenschaften Zugfestigkeit 1300 bis 1550 N/mm2 und Bruchdehnung > 10 %.
  • Ein entsprechendes Weichenbauteil/Gleisbauteil wird daraufhin mit einer Schiene insbesondere der Güte R260 bzw. R350HT durch eine Verbindungsschweißung verbunden und in das Gleis eingebaut

Claims (4)

  1. Verfahren zur Herstellung eines hochfesten Schienenstahls, insbesondere einer Zungenvorrichtung, Zungenschiene und/oder Backenschiene, Schienenauszüge und Isolierstöße und anderen hoch belasteten Gleisbauteilen, dadurch gekennzeichnet, dass Stahl einer chemischen Richtanalyse mit 0,3 bis 0,4 % C, 0,7 bis 0,9 % Si, 0,6 bis 0,8 % Mn, 2,2 bis 3,0 % Cr, Rest Eisen sowie üblichen verschmelzungsbedingten Verunreinigungen nach einer Abkühlung aus der Walzwärme und Ausbildung eines bainitischen Grundgefüges einer Zugfestigkeit von 1300 bis 1550 N/mm2 bei ruhender Luft abgekühlt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenn notwendig das Gleisteil spannungsarmgeglüht wird um Spannungen die aus dem Herstellungsprozess entstehen abzubauen.
  3. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stahl mit bainitischem Grundgefüge mit einer Schiene insbesondere der Güte R260 bzw. R350HT durch eine Verbindungsschweißung verbunden und in das Gleis eingebaut wird.
  4. Weichenbauteil aus Stahl hergestellt nach einem Verfahren nach mindestens einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleisteil aus Stahl einer chemischen Richtanalyse mit 0,3 bis 0,4 % C, 0,7 bis 0,9 % Si, 0,6 bis 0,8 % Mn, 2,2 bis 3,0 % Cr, Rest Eisen sowie üblichen verschmelzungsbedingten Verunreinigungen hergestellt ist, ein bainitisches Grundgefüge, eine Zugfestigkeit von 1300 bis 1550 N/mm2 und eine Bruchdehnung > 10 % aufweist.
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