PL189758B1

PL189758B1 - Sposób obróbki cieplnej stali przeznaczonej do wytwarzania elementu toru kolejowego o dużej wytrzymałości

Info

Publication number: PL189758B1
Application number: PL98338544A
Authority: PL
Inventors: Gerhard Ratz; Walter Kunitz
Original assignee: Butzbacher Weichenbau Gmbh
Priority date: 1997-08-14
Filing date: 1998-08-06
Publication date: 2005-09-30
Also published as: AU9159598A; DE59802362D1; DE19735285A1; NO20000707L; PT1003920E; DK1003920T3; WO1999009222A1; US6315844B1; PL338544A1; ES2169547T3; EP1003920B1; AU736649B2; EP1003920A1; ATE210197T1; NO20000707D0; DE19735285C2

Abstract

1. Sposób obróbki cieplnej stali przeznaczonej do wytwarzania elementu toru kole- jowego o duzej wytrzymalosci, a szczególnie elementów rozjazdu, takich jak kszyzowni- ca, szyna skrzydlowa, lub szyna iglicowa, czyli stali o nastepujacym wagowym skladzie chemicznym: 0,3 do 0,6% C, 0,8 do 1,5% Si, 0,7 do 1,0% Mn, 0,9 do 1,4% Cr, 0,6 do 1,0% Mo, reszte stanowi zelazo i zwykle zanieczyszczenia zwiazane z procesem wytopu, znamienny tym, ze stal po ochlodzeniu po procesie walcowania i uksztaltowaniu sie struktury bainitycznej, posiadajaca wytrzymalosc na rozciaganie wynoszaca okolo 1100 N/mm , poddaje sie najpierw obróbce wstepnej podczas której stal o bainitycznej strukturze podstawowej ogrzewa sie do temperatury T4 wynoszacej 400°C < T4 < 550°C, a nastepnie chlodzi sie ja sterujac procesem chlodzenia w ten sposób, ze stal po obróbce wstepnej posiada wytrzyma- losc na rozciaganie wynoszaca 1200 N/mm2 , a nastepnie podgrzewa sie stal do temperatury T 1 wynoszacej 750°C < T 1 < 920°C, po czym chlodzi sie do temperatury T2, przy czym 450°C < T2 < 250°C, w mieszaninie polimerowo - wodnej, roztopionej soli, lub w sposób przyspieszony w proszku, a potem ponownie podgrzewa sie do temperatury T3 T2, przy czym 400°C < T3 < 560°C i przy temperaturze T3 w czasie T 1 wynoszacym 60 min < T 1 < 150 min utrzymuje sie obrabiana stal, a nastepnie chlodzi do temperatury otoczenia. PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób obróbki cieplnej stali przeznaczonej do wytwarzania elementu toru kolejowego o dużej wytrzymałości, a szczególnie elementów rozjazdu, takich jak krzyżownica, szyna skrzydłowa, lub szyna iglicowa. Ze względu na zwiększenie prędkości pociągów, wzrastają wymagania dotyczące budowy torów kolejowych. Przy tym szczególnie szyny i rozjazdy powinny mieć dużą odporność na zużycie, zgniatanie i zmęczenie materiału. Taki element powinien mieć również odporność na pęknięcia i odpowiednie właściwości wymagane przy spawaniu. Takie wymagania spełnia zestaw szyn o nnniniainej wytrzymałości na rozciąganie wynoszącej 11000 N/mm2.

Z opisu patentowego EP 0 620 865 B 1 znany jest sposób obróbki cieplnej stali przeznaczonej do wytwarzania elementu toru kolejowego, w którym stosuje się stal obrabianą próżniowo zawierającą: 0,53 do 0,62% C, 0,1 do 0,25% Si, 0,65 do 1,1% Mn, 0,8 do 1,3% Cr, 0,05 do 0,11% Mo, 0,05 do 0,11% V, < 0,02% P, a poza tym do wyboru do 0,025% Al lub 0,5% Nb, resztę stanowi żelazo i zwykłe zanieczyszczenia związane z procesem wytopu, przy czym stosunek Mn : Cr wynosi około 0,80 < Mn : Cr < 0,85, a stosunek Mo : V wynosi około 1.

189 758

W rozwiązaniu tym, materiałem wyjściowym jest element toru kolejowego w postaci odcinka rozjazdu stanowiącego walcowany odcinek szyny. Element ten poddaje się procesowi ulepszania, co powoduje, że uzyskuje on odpowiednią strukturę materiałową, przynajmniej w obszarze główki szyny. Dzięki temu, w obszarze główki szyny uzyskuje się wytrzymałość materiału powyżej 1500 N/mm².

Z niemieckiego czasopisma Stahl und Eisen 115 (1995) nr 2, strony 93-98, znany jest sposób obróbki cieplnej stali przeznaczonej do wytwarzania szyny o strukturze bainitycznej, posiadającej wysoką wytrzymałość na rozciąganie, którą hartuje się w warunkach naturalnych. Przy czym tak hartowaną stal poddaje się obróbce cieplnej, przy czym najpierw ogrzewa się ją do temperatury powyżej 750°C, aby następnie, poprzez chłodzenie na powietrzu przy temperaturze poniżej 450°C uzyskać pożądaną strukturę bainityczną. Po czym może nastąpić proces odpuszczania zachodzący w części centralnej, przy temperaturze około 450°C, aby na koniec ochłodzić szynę do temperatury otoczenia. Według tego sposobu elementy szyn mogą osiągnąć wytrzymałość na rozciąganie wynoszącą ponad 1400 N/mm2.

Przedmiotem wynalazku jest sposób obróbki cieplnej stali przeznaczonej do wytwarzania elementu toru kolejowego o dużej wytrzymałości, a szczególnie elementów rozjazdu, takich jak krzyżownica, szyna skrzydłowa, lub szyna iglicowa. Stosuje się tu stal o następującym składzie chemicznym: 0,3 do 0,6% C, 0,8 do 1,5% Si, 0,7 do 1,0% Mn, 0,9 do 1,4% Cr, 0,6 do 1,0% Mo, resztę stanowi żelazo i zwykłe zanieczyszczenia związane z procesem wytopu.

Istota wynalazku polega na tym, że stal o określonym wyżej składzie chemicznym, po ochłodzeniu, po procesie walcowania i ukształtowaniu się struktury bainitycznej, posiadającą wytrzymałość na rozciąganie wynoszącą około 1100 N/mm , poddaje się najpierw obróbce wstępnej podczas której stal o bainitycznej strukturze podstawowej ogrzewa się do temperatury T4 wynoszącej 400°C < T4 < 550°C, a następnie chłodzi się ją sterując procesem chłodzenia w ten sposób, że stal po obróbce wstępnej posiada wytrzymałość na rozciąganie wynoszącą 1200 N/mm2. Następnie podgrzewa się stal do temperatury T1 wynoszącej 750°C < T1 < 920°C, po czym chłodzi się do temperatury T2, przy czym 450°C < T2 < 250°C, w mieszaninie polimerowo - wodnej, roztopionej soli, lub w sposób przyspieszony w proszku, a potem ponownie podgrzewa się do temperatury T3 > T2, przy czym 400°C < T3 < 560°C i przy temperaturze T3 w czasie T1 wynoszącym 60 min < T1 <150 min utrzymuje się obrabianą stal, a następnie chłodzi do temperatury otoczenia.

Korzystnie, stal posiadającą bainityczną strukturę podstawową od temperatury T1 do temperatury T2 chłodzi się w proszku takim jak szlam aluminiowy.

Szczególnie dobre wyniki osiąga się gdy stal, utrzymuje się w czasie T2 wynoszącym 10 min < T2 < 30 przy temperaturze T1 jej rdzenia, a korzystnie gdy czas T2 wynosi 20 min.

Szczególnie przewidziano, że stal po ochłodzeniu po procesie walcowania, i ukształtowaniu się podstawowej struktury bainitycznej, posiadającą wytrzymałość na rozciąganie wynoszącą około 1100 N/mm2, ogrzewa się do temperatury T1 wynoszącej około 860°C aby wreszcie przyspieszyć chłodzenie stali do temperatury T2 w medium chłodzącym tak że stal w jej rdzeniu ochłodzona jest do temperatury T2.

W korzystnym rozwiązaniu według wynalazku, stal, przed procesem ogrzewania do temperatury T1 poddaje się obróbce wstępnej, chłodzi się sterując procesem chłodzenia w ten sposób, że stal po obróbce wstępnej posiada wytrzymałość na rozciąganie wynoszącą 1200 N/mm2, a szczególnie zawarta jest ona między 1300 N/mm2 i 1400 N/mm2.

Dzięki zastosowaniu rozwiązania według wynalazku, uzyskuje się szczególnie wysoką odporność na rozciąganie, względnie wysoką granicę plastyczności.

Według wynalazku nastennię ulepszanie objętościowe stali posiadającej podstawową strukturę bainityczną, przy czym dzięki zastosowanej specjalnie obróbce cieplnej uzyskuje się z łatwością wytrzymałość na rozciąganie równą 1700 N/mm2, granicę plastyczności (techniczna granica plastyczności z 0,2% pozostającego wydłużenia względnego) do 1400 N/mm ¹wydłużenie materiału A5 (%) więcej niż 10 i przewężenie więcej niż 25%.

Przedmiotowy wynalazek został bliżej wyjaśniony na podstawie przykładu wykonania.

Stal o następującym składzie chemicznym: 0,455% C, 1% Si, 0,8% Mn, 1% Cr, 8% Mo, resztę stanowi żelazo i zwykłe zanieczyszczenia związane z procesem wytopu, poddaje się walcowaniu aż do uzyskania elementu toru kolejowego, aby poprzez specjalnie zastosowane

189 758 chłodzenie po walcowaniu uzyskać podstawową strukturę bainityczną i wytrzymałość stali około 1100 N/mm². Następnie, ochłodzony do temperatury otoczenia stalowy element zwrotnicy podgrzewa się w piecu do ulepszania cieplnego do temperatury około 500°C aby, dzięki zastosowaniu po nim ponownego, regulowanego chłodzenia, uzyskać wytrzymałość od 1300 do 1400 N/mm². Po czym element ten podgrzewa się do temperatury około 860°C. Po osiągnięciu tej temperatury w rdzeniu elementu zwrotnicy następuje przyspieszone ochładzanie w mieszaninie polimerowo - wodnej do temperatury około 350°C, a następnie rdzeń elementu ponownie podgrzewa się do temperatury około 450°C, przy czym element zwrotnicy utrzymuje się w tej temperaturze przez określony okres czasu, wynoszący około 2 godzin. Dzięki tak przeprowadzonej obróbce cieplnej, uzyskuje się drobnoigiełkową podstawową strukturę bainityczną, posiadającą następujące właściwości:

- wytrzymałość na rozciąganie ok. 1680 n/mm²

- techniczna granica plastyczności ok . 1350 N/mnr

- wydłużenie materiału > 10%

- przewężenie > 25%o.

Odpowiedni element zwrotnicy następnie łączy się poprzez zgrzewanie iskrowe z szyną 0 jakości UIC 900A względnie UIC S 1100 i montuje w torze kolejowym. Wymagane normami badania wykazały wysoką odporność na zużycie, która w porównaniu ze zwykłymi elementami zwrotnic wykazywała o około 50% większą stabilność wymiarową.

Należy podkreślić, że w przypadku ponownego ogrzewania do temperatury około 860°C i później opisanych etapów sposobu, chodzi o korzystne środki techniczne, zastosowane w tym wynalazku.

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz.

Cena 2,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób obróbki cieplnej stali przeznaczonej do wytwarzania elementu toru kolejowego o dużej wytrzymałości, a szczególnie elementów rozjazdu, takich jak kszyżownica, szyna skrzydłowa, lub szyna iglicowa, czyli stali o następującym wagowym składzie chemicznym: 0,3 do 0,6% C, 0,8 do 1,5% Si, 0,7 do 1,0% Mn, 0,9 do 1,4% Cr, 0,6 do 1,0% Mo, resztę stanowi żelazo i zwykłe zanieczyszczenia związane z procesem wytopu, znamienny tym, że stal po ochłodzeniu po procesie walcowania i ukształtowaniu się struktury bainitycznej, posiadającą wytrzymałość na rozciąganie wynoszącą około 1100 N/mm², poddaje się najpierw obróbce wstępnej podczas której stal o bainitycznej strukturze podstawowej ogrzewa się do temperatury T4 wynoszącej 400°C < T4 < 550°C, a następnie chłodzi się ją sterując procesem chłodzenia w ten sposób, że stal po obróbce wstępnej posiada wytrzymałość na rozciąganie wynoszącą 1200 N/mm , a następnie podgrzewa się stal do temperatury T1 wynoszącej 750°C < T1 < 920°C, po czym chłodzi się do temperatury T2, przy czym 450°C < T2 < 250°C, w mieszaninie polimerowo - wodnej, roztopionej soli, lub w sposób przyspieszony w proszku, a potem ponownie podgrzewa, się do temperatury T3 > T2, przy czym 400°C < T3 < 560°C i przy temperaturze T3 w czasie T1 wynoszącym 60 min < T1 < 150 min utrzymuje się obrabianą stal, a następnie chłodzi do temperatury otoczenia.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stal posiadająca bainityczną strukturę podstawową od temperatury T1 do temperatury T2 chłodzi się korzystnie w proszku takim jak szlam aluminiowy.
3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że po osiągnięciu temperatury T1 rdzenia, stal utrzymuje się w tej temperaturze w czasie T2 wynoszącym 10 min < T2 < 30 min, a korzystnie gdy czas T2 wynosi 20 min.
4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stal ogrzewa się do temperatury T1 wynoszącej około 860°C, a następnie chłodzi się stal w przyspieszony sposób do temperatury T2 w medium chłodzącym, tak że stal w jej rdzeniu ochłodzona jest do temperatury T2.
5. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że stal, w procesie obróbki wstępnej chłodzi się sterując procesem chłodzenia w ten sposób, że stal po obróbce wstępnej posiada wytrzymałość na rozciąganie wynoszącą co najmniej 1200 N/mm2, a szczególnie zawartą między 1300 N/mm2 i 1400 N/mm².