PL175451B1 - Sposób obróbki cieplnej szyn - Google Patents

Abstract

1. Sposób obróbki cieplnej szyn, zwlasz- cza glówki szyny, w którym szyne wygrzewa sie zwlaszcza poprzez wykorzystanie nagrze- wu walcowania, do temperatury austenityzacji i potem chlodzi sie ja w srodku chlodzacym zawierajacym syntetyczna domieszke, wy- chodzac od temperatury powyzej 720°C, zna- mienny tym, ze po ogrzaniu szyny prowadzi sie jej intensywne chlodzenie poprzez zanu- rzenie w srodku chlodzacym zawierajacym syntetyczna domieszke az do momentu, gdy po wyciagnieciu zanurzonego obszaru tem- peratura na powierzchni wynosi od 450°C do 550°C bez wyrównania temperatury w calym przekroju, a nastepnie ochladza sie wolno szyne, korzystnie w nieruchomym powie- trzu, do temperatury pokojowej. FIG 2 PL PL PL PL PL PL PL

Description

Wynalazek dotyczy sposobu obróbki cieplnej szyn, zwłaszcza główki szyny, w którym szynę ogrzewa się, zwłaszcza poprzez wykorzystanie nagrzewu walcowania, do temperatury austenityzacji i potem chłodzi się ją w środku chłodzącym zawierającym syntetyczną domieszkę, wychodząc od temperatury powyżej 720°C.

Znanyjest sposób obróbki cieplnej tego typu na przykład z europejskiego opisu patentowego nr EP-88 746. W sposobie tym dodaje się do środka chłodzącego domieszki syntetyczne w ilości od 20 do 50% wag., korzystnie w postaci poliglikoli, przy czym syntetyczna domieszka zapewnia przede wszystkim wyrównanie warunków chłodzenia przy zachowaniu zmniejszonej prędkości chłodzenia. Syntetyczne środki schładzające sązwykle w technice używane tam, gdzie jest wymagane zachowanie minimalnej prędkości schładzania do stworzenia struktury martenzytycznej. Celem hartowania tego typu jest zahartowanie maksymalnego przekroju poprzecznego, a przy przedmiotach mających zróżnicowany przekrój poprzeczny jest naturalne, że obszary o mniejszym przekroju zostaną całkowicie zahartowane na wskroś. W tego typu zastosowaniach przedmiot obrabiany może być pozostawiony w kąpieli ewentualnie kąpieli hartującej aż do wyrównania temperatur.

Przy zastosowaniach syntetycznych środków schładzających do obróbki cieplnej szyn występuje niepożądane zahartowywanie szyjki szyny. Poza tym dąży się do struktury drobnego perlitu, a przy tym wymagane jest zachowanie maksymalnej prędkości schładzania. Jeśli jednak, jak w znanym sposobie, optymalna prędkość schładzania ustawiona jest dla główki szyny, która to prędkość schładzania umożliwi strukturę drobnego perlitu bez martenzytu i perlitu, to oznacza to, że prędkość schładzania dla znacznie cieńszej szyjki szyny już o wiele za duża.

Celem wynalazku jest zatem opracowanie takiego sposobu obróbki cieplnej szyn, w którym można będzie utrzymać optymalne prędkości schładzania, a jednocześnie zapobiegnie się niepożądanemu zahartowywaniu szyjki szyny o znacznie mniejszej grubości.

175 451

Sposób obróbki cieplnej szyn, zwłaszcza główki szyny, w którym szynę wygrzewa się, zwłaszcza poprzez wykorzystanie nagrzewu walcowania, do temperatury austenityzacji i potem chłodzi się jąw środku chłodzącym zawierającym syntetyczną domieszkę, wychodząc od temperatury powyżej 720°C, polega według wynalazku na tym, że po ogrzaniu szyny prowadzi się jej intensywne chłodzenie poprzez zanurzenie w środku chłodzącym .zawierającym syntetyczną domieszkę aż do momentu, gdy po wyciągnięciu zanurzonego obszaru temperatura na powierzchni wynosi od 450°C do 550°C bez wyrównania temperatury w całym przekroju, a następnie ochładza się wolno szynę, korzystnie w nieruchomym powietrzu, do temperatury pokojowej.

Korzystnie syntetyczną domieszkę środka chłodzącego, w którym prowadzi się chłodzenie stanowią glikole lub poliglikole w ilości, przy której przy temperturze kąpieli między 35°C a 55°C występuje przejście od wrzenia błonkowego do fazy wrzenia przy temperaturze na powierzchni wynoszącej od 450°C do 550°C, wskazujące pożądany moment dla wyciągnięcia szyny. Korzystnie stopę szyny chłodzi się za pomocą sprężonego powietrza i/lub mieszaniną wody i powietrza.

Korzystnie obróbce cieplnej poddaje się stal o zawartości 0,65-0,85% C, 0,01 -1,2% Si, 0,5-3,5% Mn, 0,01-1,0% Cr, reszta Fe i zwykłe zanieczyszczenia.

Dzięki temu, że wyciągnięcie przeprowadza się w chwili, gdy zanurzony obszar ma temperaturę na powierzchni między 450°C a 550°C bez wyrównania temperatur w całym przekroju poprzecznym zapewnia się to, że wyciągnięcie jest na tyle wczesne, aby wykluczyć tworzenie się struktury zahartowanej w szyjce szyny. Gdyby doczekało się do wyrównania temperatur, doszłoby z pewnością do niepożądanego zwiększenia twardości w szyjce, przy czym zgodny z wynalazkiem zabieg będący kryterium odpowiedniego w czasie wyciągnięcia, ustalający osiągnięcie temperatury na powierzchni między 450°C a 550°C, razem z warunkiem, że doda się syntetycznego środka schładzającego, prowadzi do tego, że prędkość schładzania w główce jest dostatecznie mała, aby z całą pewnością wyeliminować zahartowanie w szyjce szyny. Jednocześnie zapewnia się wprawdzie, poprzez zastosowanie syntetycznego środka schładzającego, obniżenie prędkości schładzania, ale też zapewnia się dostatecznie dużą prędkość schładzania, która zapewni wytworzenie trwałej, drobnoperlitycznej struktury w główce szyny. Korzystnie sposób według wynalazku przeprowadza się tak, że środek schładzający uzupełnia się syntetyczną domieszką, na przykład glikoli lub poliglikoli w ilości, przy której przy temperaturze kąpieli między 35°C a 55°C występuje przejście od wrzenia błonkowego do fazy wrzenia przy temperaturze na powierzchni wynoszącej około 500°C, wskazujące pożądany moment dla wyciągnięcia szyny. Szczególnie dodanie syntetycznych domieszek, korzystnie glikoli i poliglikoli w ilości, która zapewnia możliwość określenia prawidłowego momentu wyciągnięcia szyny poprzez wrzenie kąpieli, zapewnia to, że osiągnięte zostanąjednocześnie optymalne wyniki zarówno dla główki jak i dla szyjki szyny. Jeśli mianowicie wyznaczony zostanie na powierzchni szyny punkt wrzenia przez odpowiedni dobór ilości syntetycznej domieszki, wówczas z pewnością głębiej leżące obszaryjeszcze nie zamieniają się w perlit. Aż do osiągnięcia punktu wrzenia następuje stosunkowo wolniejsze schładzanie niż schładzanie w kąpieli bez syntetycznych domieszek środka schładzającego. Dopiero po osiągnięciu punktu wrzenia wzrasta gwałtownie prędkość schładzania, tak że punkt wrzenia sygnalizuje stosunkowo charakterystyczną granicę przejścia od stosunkowo wolniejszego do stosunkowo gwałtownego schładzania w kąpieli. Przy osiągnięciu lub w chwilę po osiągnięciu punktu wrzenia przedmiot musi zostać wyciągnięty, jeśli chce się uniknąć zbyt gwałtownego schładzania, a ustalenie wrzenia błonkowego w ten sposób, że pozwala na wytworzenie perlitu w obszarze główki szyny na głębokość około 20 do 25 mm, prowadzi po wyciągnięciu do tego, że obszary usytuowane głębiej jeszcze przemienią się w konsekwencji w perlit, przy czym gdyby, w przeciwieństwie do tego, pozostawiło się wówczas przedmiot w kąpieli po osiągnięciu wrzenia błonkowego, doszłoby do wytworzenia się struktury martenzytycznej ze względu na szybsze od tej chwili schładzanie. Po osiągnięciu punktu wrzenia można prowadzić dalsze schładzanie poza kąpielą odpowiednio powoli, tak aby zapewnić całkowitą przemianę w perlit, co, jak wcześniej podano, po osiągnięciu wrzenia nie może być realizowane w kąpieli ze względu na szybsze schładzanie. Taka większa prędkość schładzania w kąpieli poza

175 451 tym prowadziłaby do tego, że przede wszystkim mniejszy przekrój szyjki szybciej zahartowałby się i doprowadziłoby to do niepożądanego wytworzenia się struktury martenzytycznej, co naturalnie zwiększa zagrożenie pękaniem.

Istotnym dla sposobu według wynalazku jest przy tym prowadzenie procesu poprzez dobór odpowiedniej ilości syntetycznego środka schładzającego w środku schładzającym i dokładne określenie momentu, w którym nastąpić musi wyjęcie zanurzonych obszarów, aby uniknąć niepożądanego zahartowania innych obszarów. Udział syntetycznych domieszek w środku schładzającym określa moment przejścia od wrzenia błonkowego do fazy wrzenia, przy czym ustawienie tego układu musi być takie, że faza wrzenia zostanie osiągnięta dopiero w ostatniej fazie schładzania przed wyciągnięciem, aby zapewnić równomierne ochłodzenie. Określone stężenie musi być na bieżąco, poprzez odpowiedni układ regulujący, utrzymywane stałe, co nie jest potrzebne przy zwykłym użyciu środków zgodnie ze stanem techniki, tak aby zapewnić, że także w czasie procesu obróbki stężenie to nie będzie podlegało wahaniom, co jest istotne dla oznaczenia prawidłowego momentu wyciągnięcia. Analogicznie odnosi się to do temperatury kąpieli.

Cyrkulacja kąpieli musi być, w przeciwieństwie do znanego stanu techniki, stała. Odnośnie do prędkości napływu czynnika na przedmiot walcowany poddany chłodzeniu względnie szynę, należy stwierdzić, że w tym przypadku musi być ona możliwie stała na całej długości poddawanego chłodzeniu przedmiotu walcowanego względnie szyny i przez cały czas trwania obróbki cieplnej. Przy znanych sposobach hartowania, gdzie całkowicie zanurza się wychodząc ze stanu struktury austenicznej, wystarczy dla osiągnięcia efektu hartowania, gdy tylko zapewni się dolną granicę tych parametrów. Sposób według wynalazku dotyczy zatem optymalnej dla częściowego zanurzania kombinacji temperatury i czasu zanurzenia, a szyna na koniec schładzania ma temperaturę na powierzchni między 450°C a 550°C, przy czym nie dochodzi do wyrównania temperatur w całym przekroju poprzecznym.

Podczas częściowego zanurzenia szyny i podczas zanurzania główki szyny można tak postępować, że stopa szyny jest chłodzona za pomocą sprężonego powietrza i/lub mieszaniną wody i powietrza. Najlepsze efekty uzyskuje się, gdy sposób według wynalazku stosuje się do stali o zawartości 0,65-0,85% C, 0,01-1,2% Si 0,5-3,5% Mn, 0,01-1,0% Cr, a resztę stanowią Fe i zwykłe zanieczyszczenia.

Dobór właściwych stężeń domieszek syntetycznego środka schładzającego i operacji wyciągnięcia w określonym momencie, a mianowicie w chwili przejścia od wrzenia błonkowego do fazy wrzenia, zapewnia optymalne wyniki, jeśli chodzi o tworzenie się struktury po obróbce cieplnej, także przy różnych profilach szyn.

Sposób według wynalazku został poniżej objaśniony za pomocą przykładów realizacji na podstawie rysunku ukazującego bliżej możliwe do uzyskania sposobem obróbki cieplnej według wynalazku wartości twardości, na którym fig. 1 przedstawia przekrój przez szynę poddaną obróbce sposobem według wynalazku, przy czym pokazany jest rozkład twardości HB w różnych strefach, a fig.2 wykres rozkładu twardości w zależności od odległości od środka powierzchni jezdnej w kierunku szyjki szyny.

Sposób obróbki cieplnej szyn, zwłaszcza główki szyny, realizuje się przykładowo utrzymując następujące parametry. Szynę względnie główkę szyny ogrzanąuprzednio do temperatury 820°C zanurza się w środku schładzającym zawierającym domieszkę syntetycznego środka schładzającego, przy czym głębokość zanurzenia główki szyny wynosi około 37 mm.

Przy temperaturze kąpieli wynoszącej 50°C i wybranym stężeniu kąpieli wynoszącym 35% otrzymuje się po 150 s trwania zanurzenia temperaturę na powierzchni względnie temperaturę ciepła wtórnego wynoszącą 505°C, przy czym ta temperatura na powierzchni jest utrzymywana, względnie wyciągnięcie zanurzonych obszarów w danej chwili jest realizowane, bez wyrównania temperatur na całym przekroju szyny lub główki szyny. Otrzymany tym sposobem korzystny rozkład twardości jest przedstawiony na fig. 1 dla szyny o profilu UIC 60, przy czym dla różnych obszarów zaznaczono rozkład twardości HB. Wynika z tego wyraźnie, że główka szyny ma odpowiednio wyższą twardość niż szyjka szyny i stopa szyny.

175 451

Przedstawiony na fig. 2 wykres ukazuje zależność możliwego do osiągnięcia sposobem obróbki cieplnej szyn rozkładu twardości HB 30 od odstępu od środka powierzchni jezdnej, wyrażonego w mm.

Tak więc dzięki temu, że wyciągnięcie zanurzonego przedmiotu względnie główki szyny następuje przed momentem całkowitego wyrównania temperatur w przekroju poprzecznym zapewnia się uniknięcie niepożądanego hartowania szyjki, podczas gdy główka szyny ma żądaną twardość lub rozkład twardości.

Claims (4)

1. Sposób obróbki cieplnej szyn, zwłaszcza główki szyny, w którym szynę wygrzewa się zwłaszcza poprzez wykorzystanie nagrzewu walcowania, do temperatury austenityzacji i potem chłodzi sięjąw środku chłodzącym zawierającym syntetyczną domieszkę, wychodząc od temperatury powyżej 720°C, znamienny tym, że po ogrzaniu szyny prowadzi się jej intensywne chłodzenie poprzez zanurzenie w środku chłodzącym zawierającym syntetyczną domieszkę aż do momentu, gdy po wyciągnięciu zanurzonego obszaru temperatura na powierzchni wynosi od 450°C do 550°C bez wyrównania temperatury w całym przekroju, a następnie ochładza się wolno szynę, korzystnie w nieruchomym powietrzu, do temperatury pokojowej.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że syntetyczną domieszkę środka chłodzącego, w którym prowadzi się chłodzenie stanowią glikole lub poliglikole w ilości, przy której przy temperaturze kąpieli między 35°C a 55° występuje przejście od wrzenia błonkowego do fazy wrzenia przy temperaturze na powierzchni wynoszącej od 450°C do 550°C wskazujące pożądany moment dla wyciągnięcia szyny.

3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że stopę chłodzi się za pomocą sprężonego powietrza i/lub mieszaniną wody i powietrza.

4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że obróbce cieplnej poddaje się stal o zawartości 0,65-0,85% C, 0,01-1,2% Si, 0,5-3,5% Mn, 0,01-1,0% Cr, reszta Fe i zwykłe zanieczyszczenia.