Sposób obróbki termicznej szyn stalowych Przedmiotem wynalazku jest sposób obróbki ter¬ micznej szyn stalowych.Aby otrzymac zadane wyniki dobierano odpowied¬ nio skladniki chemiczne stali uzytej do wyrobu szyn oraz poddawano szyny obróbce termicznej po wyjsciu jej z walcarki.W niektórych znanych sposobach obróbki ter¬ micznej, grzbiet szyny wychodzac w sposób ciagly z walcarki byl polewany woda, po tym polewaniu, warstwy powierzchniowe ogrzewaly sie cieplem wy¬ dzielonym przez gorace wnetrze. W ten sposób chciano otrzymac hartowanie sorbityczne i otrzy¬ mac lepsze wlasciwosci, lecz poniewaz anizotermia byla bardzo duza, powstawalo bardzo duze ryzyko pekniec, zas struktura nie byla scisle okreslona, dla¬ tego tez sposób ten zarzucono.Starano sie tez uzywac szyn twardszych na przy¬ klad zwiekszajac zawartosc wegla i manganu w sta¬ li. Tymczasem przy braku specjalnej ostroznosci przy studzeniu po walcowaniu, stal posiadala nieokreslo¬ na strukture mikrograficzna. W partiach o wiekszej zawartosci wegla i manganu szybkosc studzenia byla za duza i nie pozwalala na ukonczenie przemiany perlitycznej, która zachodzi przy nizszych tempera¬ turach dajac troche bainitu i troche martenzytu.Wynikaly wiec z tego dwie wady, bardzo duza wrazliwosc oraz obecnosc wewnetrznych pekniec i perlitu platkowego. Szyny przy wyjsciu z walcarki trzeba bylo wtedy bardzo wolno studzic. Wszystko to stanowilo powazne nedogodnosci. Biorac pod 15 20 30 uwage wysoka wydajnosc walcarek, doly do studze¬ nia musza miec bardzo duza pojemnosc, zajmuja duzo miejsca i sa kosztowne. Poza tym ukladanie szyn w dolach pociaga za soba pewne znieksztalce¬ nia szyn, co powoduje nierównomierne studzenie i potrzebne jest po tym ich prostowanie. Okazuje sie wreszcie, ze jakosc wnetrza stali jest bardzo nie¬ jednorodna, tak ze trzeba ograniczac zawartosc wegla i manganu, co nie pozwala na zwiekszenie trwalosci.Celem wynalazku jest wyeliminowanie wad wy¬ stepujacych w opisanych poprzednio technologiach.Sposób obróbki cieplnej szyn stalowych, zgodnie z wynalazkiem, polega na tym, ze przygotowuje sie zawiesine ogniotrwalego proszku w plynie utrzy¬ mujac ja w stalej temperaturze, po czym zanurza sie w niej goraca szyne opuszczajaca walcarke, w po¬ lozeniu glówka do dolu, a stopa do góry, tak aby podstawa stopy szyny przyjela polozenie poziome, przy czym plyn tworzacy zawiesine wprowadzany w kierunku do góry oplywa glówke szyny, a zawie¬ sina ogniotrwalego proszku pelni role osrodka chlo¬ dzacego, który powoduje przemiane izotermiczna stali z wytworzeniem jednorodnej mikrostruktury w calej objetosci poddanej obróbce stali.Warstwy z zawiesina proszku sa uzywane do har¬ towania czesci metalowych przez wykorzystanie bardzo duzej przewodnosci cieplnej tych warstw.Poza tym technologia ta zezwala na prace przy do¬ wolnie dobranej temperaturze, która rozklada sie 7255072550 w sposób bardzo równomierny w calej warstwie. W ten sposób czesc uprzednio nagrzana do wysokiej temperatury bardzo szybo stygnie w warstwie z za¬ wiesina proszku, która stanowi srodiowisLo hartuja¬ ce. Ponadto studzenie jest ograniczone do tempera- 5 tury osrodka tak, ze dana czesc bardzo szybko osia¬ ga w calosci te temperature i sie w niej utrzymuje.Wykorzystuje sie równoczesnie dwie sprzeczne wlasnosci osrodków sproszkowanych, dzieki ksztal¬ towi szyny i jej polozeniu w osrodku sproszkowa- 10 nym. W osrodkach sproszkowanych nieruchomych i nie plynnych cieplo rozchodzi sie bardzo zle i osrodki te zachowuja sie jak materialy termoizola¬ cyjne. A wiec czesc zanurzona goraca w osrodku sproszkowanym, z materialów ogniotrwalych stygnie 15 niezwykle powoli. Wlasciwosc ta jest przeciwna wlasciwosciom warstw z zawiesina proszku, chociaz utrzymujemy ja w tym samym osrodku.Powierzchnia podstawy szyny, która w eksploata¬ cji na torach bedzie stanowila powierzchnie dolna, 20 bedzie w czasie zabiegu powierzchnia górna, pozio¬ ma, wskutek obrotu o 180° w chwili zanurzenia go¬ racej szyny w warstwie z zawiesina proszku. W wy¬ niku tego warstwa sproszkowana w czesci pokrywa¬ jacej te powierzchnie staje sie nieruchoma. W na- 25 stepstwie osrodek sproszkowany w spoczynku, po¬ krywajacy teraz strone górna podstawy, stal sie termoizolacyjny, nie pozwalajac na stygniecie przez te powierzchnie. Wlasciwoscia przekroju szy¬ ny jest takze to, ze jezeli podstawa przedstawia 30 mniej wiecej te sama objetosc, co grzbiet, to jej powierzchnia jest podwójna. Poniewaz powierzch¬ nia, która sie stala górna pozioma nie podlega chlo¬ dzeniu, wiec powierzchnia, która stygnie jest podob¬ na do powierzchni grzbietu. Poniewaz objetosci sa 35 tego samego rzedu srednia szybkosc studzenia jest ta sama dla podstawy i grzbietu, odwrotnie niz by sie to dzialo przy studzeniu powietrzem lub ciecza, gdzie podstawa styglaby dwa razy szybciej niz grzbiet. W wyniku równosci tych szybkosci studze- 40 nia, dzieki wynalazkowi, szyna zostaje prosta w cza¬ sie studzenia i pózniej nie wykazuje wewnetrznych naprezen.W sumie, w sposobie wedlug wynalazku wyko¬ rzystuje sie miejscami dobra przewodnosc cieplna 45 osrodków z zawiesina proszku, a w innych miej¬ scach, dobra izolacje cieplna osrodków sproszkowa¬ nych, ta kombinacja skutków zwiazana jest z ksztal¬ tem przekroju szyny i kierunkiem jaki jej nadano.Jednostajnosc szybkosci studzenia jest zwiazana za- 50 równo ze stosunkiem mas jak i ze stosunkiem po¬ wierzchni plozy i grzbietu.Oczywiscie temperatura osrodka chlodzacego i czas pobytu szyn w tym osrodku zaleza od skladu stali i jej temperatury przy wychodzeniu z wal- 55 carki.W przypadku przemiany perlitycznej, izotermicz- nej, temperatura moze byc dobrana odnosnie do poprzednich stwierdzen w zakresie od 560° do 620°C, przy czym czas zanurzania odpowiadajacy zakresowi 60 temperatur wynosi od 200 do 800 sekund, przy twar¬ dosci wynoszacej, zaleznie od skladu i obróbki 23 do 43 stopni Rockwell'a.Korzystnie, w przypadku przemiany bainitycznej izomerycznej, temperatury mozna wybrac miedzy 65 380° a 460°C, a czas zanurzenia, odpowiadajacy za¬ kresowi temperatur, wynosi od 300 do 900 sekund przy twardosci, wynoszacej w zaleznosci od skladu i obróbki 34 do 44 stopni Rookweirk. Ta ostatnia przemiana izomeryczna, daje dodatkowe korzysci, gdyz pozwala na otrzymywanie wiekszych twardosci, wiekszej odpornosci na scieranie, wiekszej granicy wytrzymalosci przy zmiennych obciazeniach. Poza tym, nizsza temperatura warstwy plynnej i aparatu¬ ry zapewnia wieksza oszczednosc energii 1 wieksza wytrzymalosc urzadzen. Wreszcie struktura i cha¬ rakterystyki stali sa regularniejsze. Zmniejszone rozproszenie struktury i charakterystyk wynika z mniejszego wplywu zmian skladu, albo miedzy krancami wlewków, albo miedzy poszczególnymi odlewami.Charakterystyki otrzymywanych ta metoda szyn mozna rozpatrywac pod róznymi katami, mianowi¬ cie skladu chemicznego, struktury, wlasnosci me¬ chanicznych, wygladu zewnetrznego, wlasnosci uzytkowych. Faktycznie szyna wyprodukowana spo¬ sobem wedlug wynalazku, rozni sie od szyn wypro¬ dukowanych znanymi sposobami, co najmniej jedna wlasciwoscia wymieniona powyzej, a w wiekszosci przypadków kilkoma jednoczesnie.Przy wyrobie tradycyjnym, o chlodzeniu natural¬ nym, po wyjsciu z walcarki, na wolnym powietrzu, na ruszcie albo w dole, studzenie w wysokich tem¬ peraturach w wypadku stali nadeutektoidalnej, bylo¬ by wystarczajaco wolne aby umozliwic rozdzial ko¬ mórkowy cementytu, który jest przyczyna wrazli¬ wosci. Biorac pod uwage zwiekszona zawartosc wegla w srodkowej czesci wlewka, trzeba wybrac sklad ogólny silnie podeutektoidalny.Stosujac sposób wedlug wynalazku mozna uzywac stali, która posiada wieksza srednia zawartosc we¬ gla. Studzenie szybkie poczawszy od najwyzszych temperatur zapobiega oddzielaniu cementytu, który jest bardzo drobny i rozmieszczony wewnatrz struk¬ tury, co zwieksza wytrzymalosc na scieranie, bez zmniejszenia wytrzymalosci. Tym samym, sklad, struktura, charakterystyki mechaniczne i wlasnosci uzytkowe sa lepsze.W znanej technologii, zawartosc skladników do¬ datkowych Mn, Ni, Cr, Mo, jest niezwykle ograni¬ czona i skladniki te mozna dodawac tylko na dro¬ dze odpowiedniego zmniejszania ilosci zawartego wegla w stali eutektoidalnej, aby zapobiec wystapie¬ niu w czasie studzenia naturalnego, na ruszcie sklad¬ ników hartowania: mieszaniny bainitu i martenzytu.Martenzyt zwieksza wrazliwosc i zwieksza ryzyko tworzenia sie perlitu platkowego, jezeli studzenie odbywa sie powoli w dole, skladniki stopu nie wy¬ wieraja juz korzystnego wplywu.Natomiast jezeli chlodzenie szyn, po wyjsciu z walcarki przebiega zgodnie ze siposiobem wedlug wynalazku szyny wykazuja wszystkie korzystne wlasnosci, które wynikaja z dodatkowych skladni¬ ków. Szyny wedlug wynalazku moga zawierac 0,4 do 1%, 0,5 do 2,5% Mn, 0,02 do 1,8% Si i moga takze zawierac 0 do 1,5% Crr 0 do 0,5% Mo, 0 do 0,4% V, 0 do 0,25% Nb, wyciagajac z tych dodatków korzysci i unikajac niedogodnosci.Inna wlasciwoscia szyn, odpowiadajacych warun¬ kom wynalazku jest jednorodna struktura w calej72550 masie i wobec tego w calosci jakiegokolwiek prze¬ kroju, co sie nie zdarza w przypadku szyn studzo¬ nych w sposób naturalny. W tych ostatnich, wnetrze ^grzbietu studzone wolniej, posiada strukture z wy¬ dzielonym wyraznie cementytem i grubszym perli- 5 tern, gdyz stal jest mniej twarda wewnatrz niz na powierzchni. Ponadto, na warstwach powierzchnio¬ wych i w czesciach najcienszych, gdzie studzenie jest; najszybsze, jezeli stal posiada duzo skladników sto¬ powych, tworzy sie bainit i martenzyt, które sa bar- 10 dzo szkodliwe.Podobnie w szynach podlegajacych obróbce miej¬ scowej, struktura jest oczywiscie niejednorodna, a w szynach poddanych hartowaniu z odpuszczaniem, struktura jest sorbityczna, odmienna od bainitu i 15 otrzymana sposobem powstawania bardziej kosz¬ townym. Wyniki wiec te sa rózne od wyników otrzymanych sposobem wedlug wynalazku, gdzie nie tylko struktura i twardosc sa jednorodne, ale struk¬ tura sklada sie z czystego bainitu, który jest bardzo 20 dobra i twarda mieszanina ferrytu i weglików, bez sladów martenzytu.Inna wlasciwoscia jest to, ze w czasie studzenia kontrolowanego w warstwie z zawiesina proszku, szyna pozostaje prosta bez naprezen szczatkowych 25 lub wewnetrznych, podczas gdy przy hartowaniu z odpuszczaniem szyna sie odksztalca i po wyprosto¬ waniu posiada duze szkodliwe naprezenia we¬ wnetrzne.Inna cecha charakterystyczna materialu otrzymy- 3° wanego metoda bedaca przedmiotem wynalazku, jest odpornosc szyn na uderzenia wieksze, lub co najmniej równe szynom hartowanym z odpuszcze¬ niem przy tej samej zawartosci wegla i twardosci.W przypadku gdy plynna stal nie poddaje sie 35 dzialaniu prózni w celu wydzielenia wodoru, to przy duzej zawartosci skladników stopowych przy po¬ przedniej technologii powstaja platki perlitu, które daja pekniecia hartownicze po obróbce, albo przy prostowaniu. Na odwrót, przy jednakowym skladzie 40 chemicznym, stal obrabiana sposobem wedlug wy¬ nalazku nie posiada ani platków perlitu, ani pekniec hartowniczych, ani pekniec prostowania. Szczególnie przy badaniach ultradzwiekami nie wykryto wad ciaglosci. 45 Reasumujac, mozna strescic w nastepujacy sposób charakterystyczne wlasciwosci mechaniczne szyn, produkowanych sposobem wedlug wynalazku w sto¬ sunku do szyn produkowanych sposobem dotychcza¬ sowym: przy jednakowej zawartosci wegla, stal jest 50 bardziej wytrzymala na uderzenie, twardsza, bardziej wytrzymala na zmienne obciazenia i bardziej wy¬ trzymala na scieranie. Przy jednakowej twardosci, stal otrzymana jest bardziej wytrzymala na uderze¬ nia, bardziej wytrzymala na zmienne obciazenia i na scieranie. Przy jednakowej obróbce w stalowni, to znaczy przy jednakowej zawartosci wtracen i za¬ nieczyszczen, przy badaniu ultradzwiekami szyny zawieraja mniej wad oraz maja lepsza wytrzymalosc na uderzenia i zmienne obciazenia.Stosujac obróbke wedlug wynalazku mozna jedy¬ nie otrzymac szyny bez wad ze stali eutektoidalnej o strukturze perlitycznej, blaszkowatej, o obciaze¬ niu niszczacym na rozciaganie zawartym miedzy na przyklad 90 i 110 kG/cmB, lub szyny stalowe o struk¬ turze czysto bainitycznej majace obciazenie nisz¬ czace, na rozciaganie zawarte na przyklad miedzy 120 i 140 kG/cm*.Poza tymi zaletami stale obrabiane wedlug wy¬ nalazku sa ogólnie biorac lepsze w eksploatacji Wycofanie z eksploatacji ze wzgledu na plamy owalne, specznienie grzbietów, luszczenie, pekniecia itd. jest o wiele rzadsze co pozwala na dluzsza eks¬ ploatacje i w gorszych warunkach pracy. PL