SK90195A3 - Method of heat treatment of profile rolled material and device for its realization - Google Patents

Description

Pri opisovanom spôsobe sa vývalok pri teplote najviac 1100°C, avšak najmenej 750° C a pri plastickom tvárnení vyrovná do priameho tvaru a v prvej fáze chladenia je ochladzovaný miestne rovnakou intenzitou chladenia na teplotu o 5°C až 120°C nad Ar-teplotu zliatiny, v ďalšej fáze chladenia je odoberané z vývalku teplo intenzitou, ktorá je v pozdĺžnom smere miestne rovnaká, ale v obvodovom smere prierezu vývalku rozdielna. Zvýšená intenzita chladenia je uplatňovaná v oblastiach s väčšou koncentráciou hmoty, v ktorých sa vytvára jemne perlitická štruktúra bez obsahu martenzitu, potom sa uskutočňuje dochladzovanie na teplotu prostredia. Zariadenie obsahuje pohotovostnú oblasť (A), ochladzovaciu oblasť (B) a dochladzovaciu oblasť (C) na konečné ochladzovanie profilovaného vývalku.

Spôsob a zariadenie na tepelné spracovanie profilovaného valcovaného materiálu

Oblasť techniky

Vynález sa týka spôsobu tepelného spracovania profilovaného valcovaného materiálu, najmä koľajníc pre železnice a pouličné dráhy, so zvýšeným odvádzaním tepla z častí povrchových plôch pri ochladzovaní z gama oblasti základného materiálu na báze železa, pričom v najmenej jednej požadovanej prierezovej oblasti profilu, najmä v hlavovej oblasti koľajnice, dochádza k premene materiálu na jemne perlitickú štruktúru so zvýšenou pevnosťou, najmä so zvýšenou odolnosťou proti oderu, a zvýšenou tvrdosťou a prípadne sa obmedzujú deformácie, prípadne priehyby vyvolané tepelne podmieneným predĺžením valcovaného materiálu, najmä koľajnice, v smere kolmom na pozdĺžnu os pri ochladzovaní na teplotu okolia, najmä po premene štruktúry materiálu v najmenej jednej intenzívnejšie chladenej oblasti prierezu valcovaného materiálu, najmä sa tieto deformácie v podstate vylučujú na dosiahnutie zvýšenej pevnosti a medze únavy pri striedavom napätí v ohybe.

Vynález sa tiež týka zariadenia na uskutočňovanie spôsobu tepelného spracovania profilovaného tyčového valcovaného materiálu, najmä koľajníc pre železnice a pouličné dráhy, ktoré pozostáva v podstate z najmenej jednej pohotovostnej polohy pre koľajnice alebo iný valcovaný materiál, uložený na valčekovom dopravníku, opatrenej polohovacím ústrojenstvom na nastavenie polohy valcovaného materiálu, z ochladzovacej oblasti pre spracovanie materiálu ochladzovaním, opatrenej ústrojenstvami pre čiastočný odvod tepla s vyššou intenzitou z povrchovej plochy valcovaného materiálu, a z dochladzovacej oblasti pre ochladzovanie valcovaného materiálu na teplotu okolia a tiež ústrojenstvami pre priečne presúvanie, pridržovanie a manipuláciu s valcovaným materiálom.

Vynález sa tiež týka konkrétneho profilovaného vývalku, najmä koľajnice pre železnice a pouličné dráhy, ktorý pozostáva z hlavy koľajnice s aspoň čiastočne perlitickou štruktúrou, z pätky koľajnice a zo stojiny, nachádzajúcej sa medzi hlavou a pätkou koľajnice.

Doterajší stav techniky

Profilovaný valcovaný tyčový materiál, najmä koľajnice pre železnice a pouličné dráhy, sa vyrábajú prevažne zo zliatin na báze železa s obsahom v hmotnostných množstvách 0,4 až 1,0 % uhlíka C, 0,1 až 1,2 % kremíka Si, 0,5 až 3,5 % mangánu Mn, prípadne do 1,5 % chrómu Cr, pričom ďalšie zložky zliatiny majú hmotnostný obsah nižší ako 1 % a zvyšok tvorí železo a nečistoty, ktoré nie je možné počas výroby odstrániť. Na základe obvyklých dimenzií, napríklad pri hmotnosti od 30 do 100 kg/m a z toho vyplývajúceho pomeru plochy prierezu k obvodu koľajnice dochádza pri ochladzovaní vývalkov z valcovacej teploty v nepohybujúcom sa vzduchu napríklad na chladiacom lôžku alebo podobne k pomalému ochladzovaniu, pri ktorom dochádza k premene z austenitickej štruktúry na hrubo perlitickú štruktúru, obsahujúcu prípadne častice železa. Tieto materiály s hrubou perlitickou štruktúrou majú pritom tvrdosť v rozsahu od 250 HB do 350 HB.

So zvyšovaním premávky na železniciach a zvyšovaním osových tlakov vagónov a tiež s požiadavkou na zvýšenie životnosti železničných koľajníc pri ich praktickom použití sa začal objavovať rad riešení, ktoré majú za úlohu zvýšenie pevnosti materiálu a tiež jeho odolnosti proti opotrebeniu. Zistilo sa pritom, že priaznivejšie, prípadne zlepšené vlastnosti používaných materiálov a tvrdosti okolo 400 HB a vyššie možno dosiahnuť tepelným spracovaním a/alebo legovacími technickými opatreniami.

Koľajnice si však majú zachovať napríklad pre vytváranie bezstykových tratí, prípadne viacnásobných dĺžok koľajníc, dobrú zvárateľnosť, takže legovacie technické opatrenia na zvýšenie tvrdosti, prípadne pevnosti a húževnatosti materiálu sú uskutočniteľné len v menšom rozsahu. Rozhodujúcou cestou je preto tepelné spracovanie prispôsobené materiálovému zloženiu ecele (DE-C 34 46 794, EP-B-0 187 904 a EP-B-0 186 373). Tieto postupy sa však z ekonomických dôvodov v širšom meradle neuplatnili .

Aby sa zvýšili úžitkové vlastnosti koľajníc a výhybkových prvkov vyrobených z uvedených materiálov, je možné, ako je to odborníkom dobre známe, dosiahnuť tepelným zušľachťovaním jemne perlitickú štruktúru materiálu. Pritom je dôležité, aby pri ochladzovaní z austenitizačnej teploty boli zaistené zodpovedajúce chladiace podmienky, prípadne rýchlosti chladenia. V EP-B-0 293 002 je napríklad pre tento účel navrhnuté uskutočňovať po počiatočnej veľkej intenzite ochladzovania prakticky izotermickú premenu štruktúry materiálu pri teplote okolo 530 °C. Z DE-OS—28 20 784 je ďalej známe uskutočňovanie vytvrdzovania koľajníc s určitým materiálovým zložením vo vriacej vode, pričom pridaním prísad· a tiež opatreniami na zaistenie pohybov spracúvaného predmetu sa mala dosiahnuť požadovaná intenzita chladenia na dosiahnutie jemne perlitickej štruktúry materiálu.

Podľa AT-PS 323 224 bola navrhnutá výroba koľajníc s homogénnou jemnou perlitickou štruktúrou materiálu vybranej zliatiny použitím určitých chladiacich parametrov, napríklad rýchlosťou chladenia medzi 10 a 20 °C za sekundu až na teplotu najviac 550 °C. Tieto opatrenia však majú nevýhodu v tom, že rovnaká intenzita chladenia povrchovej plochy sa prejavuje v závislosti od koncentrácie materiálu v jednotlivých častiach profilu valcovaného materiálu rôznymi rýchlosťami ochladzovania materiálu a rôznou premenou materiálu v oblastiach prierezu priľahlých k obvodovým plochám, takže sú často nevyhnutné nákladné opatrenia na zamedzenie nežiadúcich miestnych zmien štruktúry materiálu alebo materiálových vlastností, najmä nadmernej tvrdosti a krehkosti materiálu, čo je najmä v častiach koľajnice, namáhaných ohybom, porebné vylúčiť.

Často sa navrhovalo vytvorenie heterogénnej mikroštruktúry v priereze koľajnice, pričom v každej oblasti prierezu by mala byť mikroštruktúra prispôsobená konkrétnemu druhu namáhania tejto oblasti. Z DE-C-30 06 695 je napríklad známy spôsob, pri ktorom sa z valcovacej teploty ovplyvní ochladzovaním koľajnice premena materiálu v celom priereze, a na to sa hlava koľajnice reaustenitizuje najmä indukčným zahrievaním a potom sa vytvrdí. Podľa WO 94/02652 sa navrhuje, aby sa hlava koľajnice ochladzovala v chladiacej látke zvlášť nastavenou intenzitou chladenia až na povrchovú teplotu medzi 450 °C až 550 °C a tým sa v nej vytvorila jemne perlitická štruktúra materiálu. Pre tento spôsob sa tiež navrhlo zariadenie na uskutočňovanie spôsobu spracovania a závesného -vytvrdzovania koľajníc, ktoré je popísané v DE-C-40 03 363.

Nehomogénne chladenie v rozsahu prierezu valcovaných profilových vývalkov však môže viesť k vzniku zakrivení a k odchýlkam od priameho tvaru. Na odstránenie tejto nevýhody sa v DE-A-4 237 991 navrhlo dopravovať koľajnice v zavesenom stave, najmä hlavou dole na chladiace lôžko, na ktorom sa potom koľajnica ochladzovala, avšak v tomto prípade nebolo možné dosiahnuť rôzneho cieleného vytvárania heterogénnej štruktúrnej stavby materiálu v priereze profilového vývalku.

Spoločnou nevýhodou všetkých týchto známych spôsobov a zariadení je skutočnosť, že tieto riešenia pri výrobe profilovaného valcovaného materiálu síce môžu tieto postupy zaistiť vo vybraných oblastiach pomocou jednotlivých spracovávacích postupov potrebné riešenia, ale nie sú schopné zvládnuť celkovú problematiku pri hospodárnej výrobe dlhých koľajníc s vysokou kvalitou a so zvláštnymi kvalitatívnymi vlastnosťami.

Úlohou vynálezu je preto vyriešiť tieto problémy a odstrániť nedostatky známych výrobných postupov novým spôsobom tepelného spracovania, ktorým by bolo možné vyrábať vývalky s najmä výhodnými úžitkovými vlastnosťami. Úlohou vynálezu je tiež vyriešiť vhodné zariadenie na uskutočnenie tohto spôsobu a vhodný druh valcovaného výrobku, najmä koľajnice, určeného pre najťažšie namáhanie premávkou.

Podstata -vynálezu

Tieto úlohy sú vyriešené spôsobom tepelného spracovania valcovaného materiálu, najmä koľajnice, podľa vynálezu, ktorého podstata spočíva v tom, že valcovaný materiál, najmä koľajnice, s priemernou teplotou najviac 1100 °C, najmä najviac 900 °C, najmenej však 750 °C, ktorá bola v svojom pozdĺžnom smere pri plastickom tvarovaní a valcovaní vytvorená v priamom tvare, sa premiestni v svojom priamom tvare priečnym smerom a udržuje sa v koncovej polohe tohoto posunu, pričom v prvej chladiacej operácii chladenia valcovaného materiálu, najmä koľajnice, sa tento materiál nechá schladiť vyvážene na teplotu nižšiu ako 860 °C, najmä nižšiu ako 820 °C, predovšetkým vyššiu o 5 až 120 °C ako je Ar₃~teplota zliatiny, rovnakou miestnou chladiacou intenzitou, najmä vyžarovaním do okolitého nepohybujúceho sa vzduchu, potom sa v druhej fáze chladiaceho procesu z valcovaného materiálu odoberá teplo intenzitou, ktorá je v pozdĺžnom smere rovnaká, ale v priereze rôzna v obvodovom smere, pričom intenzita chladenia sa aspoň v jednej oblasti na obvode profilovaného valcovaného materiálu zvýši a najmenej raz vyššou intenzitou chladenia sa pôsobí v najmenej jednej oblasti s väčším pomerom plochy priečneho prierezu k jeho obvodu, prípadne s väčším podielom objemu na povrchovej ploche, prípadne s väčšou koncentráciou hmoty a/alebo v každej oblasti s vyššou miestnou teplotou vývalku, najmä koľajnice, a každá oblasť s takto zvýšenou rýchlosťou ochladzovania sa privedie na teplotu premeny štruktúry, pri ktorej sa vytvoria chladiace podmienky pre jemne perlitickú štruktúru bez obsahu martenzitu, potom sa v ďalšej operácii vývalok ochladí na teplotu okolitého prostredia rovnakou miestnou chladiacou intenzitou, napríklad uložením na vzduchu udržovanom bez pohybu. Pri uskutočňovaní tohoto spôsobu je dôležité, aby sa vyrovnávanie vývalku do. priameho tvaru uskutočnilo pri plastickom tvárnení, ktoré prebieha spravidla v teplotnom rozsahu medzi 750 °C a 1100 °C. Nižšie teploty ako 750 °C môžu viesť, ako sa zistilo, k čiastočne elastickému ohnutiu s odchýlkami od priameho tvaru, čo by malo za následok nehomogénnu intenzitu ochladzovania v pozdĺžnom smere koľajnice. Teploty valcovaného materiálu vyššie ako 1100 °C spôsobujú často rast austenitických zŕn, prípadne tvorbu hrubších zŕn, pričom najmä tieto hrubšie zrná môžu nepriaznivo ovplyvniť materiálové vlastnosti vývalku. Ak sa vychádza z vyrovnaného vývalku do priameho tvaru, na dosiahnutie rovnomerne rozloženej jemne perlitickej štruktúry v rôznych oblastiach prierezu sa ukázalo ako dôležité, že vývalok sa pridržiava a v prvej fáze sa nechá rovnomerne chladnúť na teplotu nižšiu ako 860 °C rovnakou miestnou ochladzovacou intenzitou. Pritom sa môže jednak vyrovnávať miestna nehomogenita rozdelenia teplôt v pozdĺžnom smere, ktorá je spôsobená uložením vývalku na priečne presúvacie ústrojenstvo v niekoľkých bodoch, a jednak sa dosiahne osovo súmerného alebo stredovo súmerného rozdelenia teplôt v priereze profilovaného vývalku a tým sa stabilizuje jeho priamy tvar. Je zvlášť výhodné, že vyrovnávacie ochladzovanie prebieha až na teplotu, ktorá je o 5 °C až 120 °C vyššia ako Ar_a-teplota zliatiny, aby sa zaistili priaznivé podmienky pre čiastočnú premenu štruktúry na jemne perlitickú formu v častiach prierezu koľajnice, pri ktorej začína premena mriežky gama v zliati-, %

ne na mriežku alfa pri rýchlosti ochladzovania približne 3 °C/min.

Ochladzovanie vývalkov s intenzitou odoberania tepla, ktorá je v pozdĺžnom smere v podstate stála, zatiaľ čo v priereze v obvodovom smere je rozdielna, je v podstate známe. Pri tomto postupe je však dôležité, aby oblasti so zvýšenou intenzitou ochladzovania povrchovej plochy zodpovedali koncentrácii hmoty valcovaných výrobkov. V spojení s vyrovnaním vývalku do priameho tvaru s rovnomerným ochladzovaním a s nastavením súmerného rozdelenia teplôt a usporiadaním chladiacich oblastí možno ochladzovanie vývalku, rozdielne v priečnom smere prierezu, udržiavať v pozdĺžnom smere v podstate rovnomerné. Pri tomto postupe je tiež dôležité, aby rýchlosť ochladzovania, ktorou sa spracovaná oblasť vývalku privádza na okolitú teplotu, bola známymi opatreniami správne nastavená. Ako je odbor nikom zrejmé z obr. 3, na ktorom je zobrazený graf priebehu teplôt pri štruktúrnych premenách v závislosti od času, vytvárajú sa pri vyšších rýchlostiach ochladzovania z Ar_a-teploty, napríklad pri krivkách c,__d, v materiálovej štruktúre podiely martenzitu, takže materiál má síce vysokú tvrdost, ale v podstate stráca pružnosť a vzniká väčšie nebezpečenstvo lomu, takže výsledný materiál sa už nemôže použiť pre pôvodne zamýšľaný účel. Nižšie rýchlosti ochladzovania, vyjadrené napríklad krivkou h, spôsobujú vznik hrubo perlitickej mäkkej štruktúry materiálu. Je preto veľmi dôležité nastaviť rýchlosti chladenia vývalku v jednotlivých oblastiach tak, aby sa pri premene štruktúry materiálu zamedzilo v každom prípade tvorbe martenzitu, avšak aby v oblastiach so zvýšenou intenzitou ochladzovania vznikala jemne perlitická štruktúra. Po úplnej premene materiálovej štruktúry sa vývalok privedie s rovnakou miestnou intenzitou ochladzovania na teplotu svojho okolitého prostredia, aby sa zmenšilo, prípadne úplne zamedzilo jeho prehnutie.

Vo výhodnom uskutočnení spôsobu podľa vynálezu sa tepelné spracovanie uskutočňuje po tvárnení valcovaného materiálu za tepla so stupňom pretvorenia od 1,8 do 8 %, najmä od 2 do % pri poslednom priechode valcovacím zariadením pri teplote najmenej 770 °C a najviac 1050 °C z teploty tvárnenia valcovaného materiálu za tepla. Záverečné tvárnenie so stupňom pretvorenia od 1,8 % do 8 % spôsobuje priaznivé zjemnenie austenitických zŕn, ak toto tvárnenie prebieha v teplotnom rozsahu od 770 °C do 1050 °C. Nižšie stupne pretvorenia ako 1,8 % podľa doterajších skúseností spôsobujú v niektorých miestach zvlášť veľký nárast hrubších zŕn, zatiaľ čo stupeň pretvorenia väčší ako 8 % vyvoláva značné zvýšenie teploty v stredných, prípadne vnútorných oblastiach na základe uvoľňovanej tvárnej energie, ktorým sa v niektorých miestach narušuje homogenita štruktúry a môžu vzniknúť nevýhody z hľadiska kvality tvárneného vývalku.

Z hľadiska získania dokonale priameho a nedeformovaného vývalku, najmä koľajnice, ktorej všetky prierezy ležia na spoločnej osi i po ochladení na teplotu okolitého prostredia, a dosiahnutia zvýšenej tuhosti a medze únavy pri striedavom namáhaní v ohybe je výhodné, ak sa v druhej fáze ochladzovania zvýši intenzita chladenia v najmenej dvoch oblastiach na obvode profilovaného valcovaného materiálu. Tým sa môžu vo viacerých oblastiach priečneho prierezu vývalku, nachádzajúcich sa v blízkosti povrchových plôch, vytvoriť miesta so zvýšenou tvrdosťou a zvýšenou pevnosťou materiálu v dôsledku jemnejšej perlitickej štruktúry materiálu v týchto zónach. Pri zaťažení koľajnice alebo iného vývalku ohybom, pri ktorom dochádza k najväčšiemu namáhaniu ťahom za ohybu v tých oblastiach prierezu, ktoré sú najviac vzdialené od neutrálnej osi alebo neutrálneho vlákna prierezu, je teraz možné vytvorenie aspoň dvoch takýchto periférnych oblastí so zvýšenou pevnosťou v ťahu. V prípade koľajnice sa zistilo, že sa týmto postupom môže zvýšiť v jej päťkovej oblasti odolnosť proti vzniku trhliniek.

V ešte inom uskutočnení vynálezu je výhodné ochladzovať časť profilovaného valcovaného materiálu, ktorá má najväčšiu koncentráciu hmoty, najmä hlavu koľajnice, pomocou ponárania, prípadne chladením pomocou ponorenia do chladiacej kvapaliny, pričom sa súčasne ďalej z najmenej jednej časti valcovaného materiálu, upravenej pre intenzívnejšie chladenie a s menšou koncentráciou hmoty, napríklad pätky koľajnice, odoberá teplo prostriedkom zaisťujúcim nižšiu intenzitu chladenia, napríklad tlakovým vzduchom alebo postrekom zmesou vzduchu a vody. Týmto postupom sa môže zamedziť vznik’ značného vnútorného napätia v materiáli a tepelné predĺženie vývalku.

Aby sa už pri spomínaných zliatinách na báze železa odstránilo nevýhodné tvorenie martenzitu a dosiahla sa jemná perlitická štruktúra materiálu, je výhodné, ak sa intenzita chladenia a najmä zloženie chladiacej tekutiny pre chladenie ponáraním nastaví tak, aby sa v rozsahu teplôt od 800 °C do 450 °C dosiahlo ochladzovanie oblastí materiálu priľahlých k povrchovým plochám najmä ponorenej časti rýchlosťou 1,6 až

2,4 °C za sekundu, predovšetkým rýchlosťou 2,0 °C za sekundu. Táto rýchlosť ochladzovania je výhodná tiež z ekonomických dôvodov, pretože pri zachovaní požadovanej kvality valcovaného materiálu je v druhej fáze chladenia postačujúca krátka doba chladenia a tým sa tiež dosiahne väčší výkon zariadenia.

Na obmedzenie výsledného zakrivenia koľajnice alebo iného vývalku sa ukázalo ako vhodné, ak pri valcovanom tyčovom materiále s časťou prierezu v tvare T, napríklad pri pätke železničnej koľajnice, sa zóna alebo plocha protiľahlá k stojine profilu ochladzuje väčšou intenzitou, najmä tlakovým vzduchom alebo zmesou vzduchu a vody. Pritom sa súčasne ukazuje ako výhodné z hľadiska životnosti koľajnice alebo iného vývalku, ak sa oblasť povrchovej plochy valcovanej profilovej tyče, protiľahlá k jej stojine a ochladzovaná s väčšou intenzitou, vytvorí v podstate súmerne vzhľadom na stojinu a zo strán je ohraničená .

Ak sa ďalej zamedzí zvýšeniu intenzity chladenia v závislosti od koncentrácie hmoty profilu alebo v oblastiach profilu profilovaného vývalku, . vzdialených od zaústenia stojiny a/alebo sú tieto oblasti chránené pred nadmerným odberom tepla alebo sa aspoň krátkodobo zahrievajú, je možné v oblasti valcovaného profilového tyčového materiálu nastaviť štruktúru s rovnakou alebo mierne zníženou pevnosťou materiálu. Týmto opatrením sa prekvapujúco dosiahlo zníženie nebezpečenstva lomu najmä pri rázovom a/alebo striedavom trvalom zaťažení vývalku.

Zvlášť veľkú tvarovú stabilitu možno dosiahnuť, ak sa intenzita chladenia na povrchovej ploche valcovaného materiálu, najmä koľajnice, nastaví tak, že oblasti, v ktorých pri chladení dochádza k premene gama štruktúry, sú vytvorené paralelne súmerne a/alebo paralelne s neutrálnou rovinou, najmä sústredene s ťažiskovou osou, prípadne s ťažiskom prierezovej plochy.

Aby sa dosiahla v pozdĺžnom smere v podstate dokonale rovnomerná miestna chladiaca intenzita a aby sa udržoval stabilný prenos tepla do chladiacej látky, môže sa v ďalšom výhodnom uskutočnení spôsobu podľa vynálezu tyčový valcovaný materiál , z ktorého je časť jeho priečneho prierezu ponorená do chladiacej tekutiny vnútri ponáracej nádrže, v priebehu chla denia posúvať v pozdĺžnom smere relatívne vzhľadom na nádrž s chladiacou látkou, prípadne vzhľadom na ponáraciu nádrž, pričom aspoň v dobe, kedy je časť prierezu tyčového valcovaného materiálu ponorená do chladiacej látky, sa na tyčový valcovaný materiál pôsobí vibráciami alebo sa tento materiál uvedie do vibrácie. Ako sa zistilo, tieto opatrenia zlepšujú rozhodujúcou mierou homogenitu vyrábaných výrobkov.

Podstata vynálezu zariadenia uvedeného druhu pre integrálne riešenie problémov spojených s výrobou profilovaného valcovaného materiálu so špeciálnymi vlastnosťami spočíva v tom, že valčekový dopravník je v pohotovostnej polohe opatrený polohovacím ústrojenstvom pre valcovaný materiál a -vyrovnávacími prvkami pre napriamovanie a súosové vyrovnávanie profilovaného valcovaného materiálu pri ich plastickom tvárnení, priečnym dopravným ústrojenstvom pre premiestňovanie valcovaného materiálu v podstate kolmo na jeho pozdĺžnu os z pohotovostnej polohy do ochladzovacej oblasti, v ktorej prebieha spracovanie chladením, pričom v ochladzovacej oblasti je umiestnené ústrojenstvo pre vytvrdzovanie valcovaného materiálu, najmä hlavy koľajnice, chladiacou látkou v ponáracej nádrži s pridŕžacími prvkami a manipulačnými ústrojenstvami a regulovateľným prídavným chladiacim ústrojenstvom na intenzívne chladenie najmenej jednej ďalšej oblasti valcovaného materiálu, najmä pätky koľajnice, a dochladzovacia oblasť obsahuje odkladaciu plochu valcovaného materiálu pre jeho ochladzovanie na teplotu okolitého prostredia.

Zistilo sa, že vyrovnávanie profilovaného valcovaného materiálu do priamky alebo do osi profilu je dôležitým predpokladom pre čiastkové alebo miestne zlepšenie kvality vývalkov. Zamedzením zakrivenia profilovej tyče v celej jej dĺžke alebo len v čiastkových úsekoch možno pre valcovaný materiál zaistiť vopred stanovené chladiace podmienky alebo intenzity ochladzovania vývalku udržovať v pozdĺžnom osovom smere rovnaké, takže je vylúčená možnosť, že by sa pevnostné hodnoty alebo tvrdosť valcovanej profilovej tyče po jej dĺžke mohli zmeniť. Skúšky preukázali, že rôzne odstupy profilovej tyče od stien nádrže na chladiacu tekutinu a/alebo od osi postrekovacieho ústrojenstva môžu spôsobiť neúmerne veľké rozdiely v hodnotách tvrdosti a pevnosti materiálu.

Pri vyrovnávaní profilovaného tyčového valcovaného materiálu je ďalej dôležité, aby valcovaný materiál bol vystavený pôsobeniu zodpovedajúcich vyrovnávacích ústrojenstiev v priebehu plastického tvárnenia, aby sa zamedzilo možnosti pružného vrátenia profilovej tyče do pôvodného aspoň čiastočne zakriveného tvaru. Narovnávanie profilového valcovaného materiálu do pozdĺžnej osi, vykonávané v ochladzovacej oblasti pomocou priečnych vyrovnávacích a presúvacích ústrojenstiev, má veľkú dôležitosť pre odstránenie pomocných vyrovnávacích prostriedkov. Prídavné k tomu je ochladzovacia oblasť opatrená manipulačným ústrojenstvom, pomocou ktorého možno vykonávať preberanie tyčového valcovaného materiálu, jeho pridržiavanie, ponáranie do nádrže s chladiacou kvapalinou, prípadne vytvrdzovanie vybraných oblastí profilového tyčového materiálu a nakoniec aj jeho odovzdávanie do ochladzovacej oblasti na konečné ochladenie. Súčasťou tohoto zariadenia môže byť tiež ústrojenstvo na intenzívnejšie ochladzovanie vybraných oblastí prierezu profilovej tyče.

V ďalšom konkrétnom uskutočnení zariadenia podľa vynálezu je výhodné, ak je prídavné chladiace ústrojenstvo pristaviteľné k valcovanému materiálu a jeho chladiaca intenzita je regulovateľná .

Výhodné je tiež také konkrétne uskutočnenie zariadenia podľa vynálezu, ktorého prídavné chladiace ústrojenstvo obsahuje prvky na vytváranie lokálneho postrekovačieho prúdu chladiaceho prostriedku,, ktorý je v pozdĺžnom alebo osovom smere valcovaného materiálu v podstate neprerušený a v priečnom smere je obmedzený a prípadne prostriedky na zamedzenie zosilneného odvodu tepla z plôch susediacich s najmenej jednou chladenou plochou. Týmto riešením možno vytvoriť ostro ohraničené chladiace oblasti a chrániť susedné oblasti pred intenzívnym odvodom tepla a vytvoriť v týchto oblastiach pásma materiálu s nižšou tvrdosťou, pričom podľa ďalšieho výhodného uskutočnenia zariadenia je prídavné chladiace ústrojenstvo vytvorené ako vzduchové alebo postrekovacie chladiace ústrojenstvo.

Homogenita tvrdosti a pevnostných parametrov v pozdĺžnom smere profilovaného tyčového valcovaného materiálu sa môže ďalej zvýšiť, ak je valcovaný materiál uložený v chladiacej látke pohyblivo v pozdĺžnom smere relatívne k ponáracej nádrži alebo relatívne k prídavnému chladiacemu zariadeniu a/alebo ak sú na ponáracej nádrži a/alebo v chladiacej kvapaline usporiadané ústrojenstvá na uvádzanie chladiacej látky do vírivého pohybu a/alebo vyvolávajúceho vibrácie. Zistilo sa, že relatívne pohyby a tiež vibračné pohyby, prípadne tiež pôsobenie tlakových vín medzi chladiacou látkou a spracúvaným výrobkom zrovnomerňuje intenzitu miestne obmedzeného ochladzovania a zaisťuje podmienky pre rovnomernejšie zlepšenie kvality materiálu.

Koľajnica podľa vynálezu, vyrobená najmä spôsobom a prípadne v zariadení popísanom v predchádzajúcich odstavcoch, má podstatu vynálezu v tom, že má v priereze v svojej hornej časti v oblasti hlavy vysokú tvrdosť materiálu a táto hodnota tvrdosti je v spodnej oblasti hlavy, v stojine a v okrajových častiach pätky koľajnice znížená a v strednej oblasti základňovej plochy pätky je tvrdosť materiálu zvýšená, pričom zvlášť rovnomerné znaky materiálu profilovej tyče sa dosiahnu, ak sú hodnoty tvrdosti materiálu upravené súmerne k hlavnej osi prierezu vývalku, prípadne súmerne k zvislej osi prierezu koľajnice. Táto koľajnica má i v sťažených premávkových podmienkach, ako sú vysoké osové tlaky prechádzajúcich vozidiel a/alebo vysoká frekvencia dopravy a/alebo malé polomery zatáčok trati podstatne zlepšené úžitkové vlastnosti.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Vynález bude bližšie objasnený pomocou príkladov uskutočnení zobrazených na výkresoch, kde znázorňujú obr. 1 schéma priebehu tepelného spracovania koľajníc spôsobom podľa vynálezu, obr. 2 priečny rez spracúvanou koľajnicou a obr. 3 graf znázorňujúci premenu materiálu koľajnice v závislosti od teploty a času.

Príklady uskutočnenia vynálezu , Ako je schematicky zobrazené, na obr. 1, spracúvaný valcovaný profilový prvok, predstavovaný v tomto príklade koľajnicou 1, sa najprv dopraví do pohotovostnej polohy A na valčekovom dopravníku 21, v ktorej sa zachytí napríklad pomocou neznázorneného nárazníka. Potom sa koľajnica 1 vyrovná do priameho tvaru pomocou vyrovnávacích prvkov 22, 23, pričom výhodné je použitie strediacich vyrovnávacích prostriedkov, ktoré korigujú tiež zvislé zakrivenie. Po vyrovnaní koľajnice 1 do požadovanej priamej polohy nasleduje priečny presun po úložnej ploche 2 do ochladzovacej oblasti B a zachytenie koľajnice 2 v manipulačnom ústrojenstve pomocou pridŕžacích prvkov 24, pričom koľajnica 1 má byť pri pobyte v tomto ústrojenstve podoprená tak, aby nedochádzalo k jej prehnutiu v smere kolmom na jej pozdĺžnu os. Pomocou týchto pridŕžacích prvkov 24 sa valcovaný profilový materiál, najmä koľajniceí 1, ponorí časťou svojho prierezu do chladiacej látky. 37, ktorá sa nachádza v ponáracej nádrži 38,. Pritom je dôležité, aby odstup hornej plochy koľajnice 1 od stien ponáracej nádrže 38 bol po celej dĺžke koľajnice 1 po oboch jej stranách rovnaký a aby na zvýšenie intenzity chladenia povrchových plôch valcovaného materiálu a najmä na zrovnomernenie ochladzovania sa mohol tento valcovaný materiál, najmä koľajnica 1 v ponáracej nádrži 38. prípadne v chladiacej látke 37 pohybovať v pozdĺžnom smere v rozsahu napríklad od 0,5 do 5,0 m. V chladiacej látke 37 alebo na ponáracej nádrži 38 môže byť upravený aj neznázornený vibrátor, ktorý uvádza chladiacu látku 37 do kmitov, ktoré priaznivo ovplyvňujú chladenie a majú frekvenciu najmä od 100 do 800 Hz/min.

Na rovinnej časti valcovaného profilu, prípadne na pätke 13 koľajnice 1, môže byť osadené alebo uložené prídavné chladiace ústrojenstvo 2. Toto prídavné chladiace ústrojenstvo 2 je v tomto príkladnom uskutočnení opatrené prívodom 32 vody a prívodom 33 vzduchu a vytvára postrekovači prúd 21, smerovaný na rovinnú plochu valcovaného profilu alebo na pätku 13 koľajnice 1. Aby sa na okrajových oblastiach 132 nastavila nižšia intenzita chladenia a zóna so zvýšenou tvrdosťou materiálu sa vytvorila len v strednej oblasti 131 valcovaného profilu alebo pätky 13 koľajnice 1, je výhodné zaistiť napríklad pomocou odsávacieho ústrojenstva odoberanie chladiacej látky.

Po ochladení časti valcovaného profilu, ponoreného do chladiacej látky 37, a najmä protiľahlej časti valcovaného profilu, najmä koľajnice 1, ochladzovanej postrekovacím prúdom 31, prebiehajúcim intenzitou potrebnou pre pokles teploty pod teplotu premeny materiálu s jemne perlitickou . štruktúrou a zobrazenou napríklad na obr. 3 príslušnou krivkou f, kedy sa materiál ochladí na približne 500 °C, sa môže valcovaný materiál premiestniť do dochladzovacej oblasti C na odkladacej ploche 25., v ktorej prebieha ochladzovanie na teplotu prostredia .

Ako je zobrazené na obr. 2, má koľajnica 1 podľa vynálezu tri oblasti s rozdielnou štruktúrou svojho materiálu, prípadne tvrdosťou, pričom prechody medzi jednotlivými oblasťami sú plynulé. Na hlave 11 koľajnice 1 je jemne perlitická oblasť

111 s tvrdosťou podľa Brinella medzi 340 a 390 HB, prípadne do 425 HB, ktorá prechádza smerom dole do druhej spodnej oblasti

112 s nižšou tvrdosťou, ktorá sa pohybuje medzi 300 a 340 HB. V nadväzujúcej stojine 12 koľajnice i, ktorá musí mať pre praktické použitie vysokú húževnatosť, je zodpovedajúca hodnota tvrdosti upravená až na 320 HB. V pätke 13 koľajnice 1 je v okrajových oblastiach 132, rovnako ako v stojine 12, vytvorená hrubšia perlitická štruktúra, prípadne lamelová štruktúra a tvrdosť materiálu môže kolísať medzi 280 až 320 HB. Vytvorením týchto materiálových štruktúr a úpravou materiálových vlastností, ktoré vedú v niektorých oblastiach k nižšej tvr dosti materiálu, sa do značnej miery odstráni nebezpečenstvo vzniku trhliniek alebo lomov materiálu. V strednej oblasti 131 pätky 13 je naproti tomu vytvorené pásmo so zvýšenou pevnosťou materiálu a so zvýšenou tvrdosťou, ktorá dosahuje hodnoty medzi 300 až 350 HB alebo i vyššie. Toto rozdelenie mechanických vlastností materiálu v priereze valcovaného profilu, najmä koľajnice 1, zaisťuje podľa doteraz uskutočnených skúšok vysokú stabilitu a výhodnú dlhú životnosť, najmä pri zhoršených prevádzkových podmienkach.

Claims (19)

1. Spôsob tepelného spracovania profilovaného valcovaného materiálu, najmä koľajníc pre železnice a pouličné dráhy, so zvýšeným odvádzaním tepla z častí povrchových plôch pri ochladzovaní z gama oblasti základného materiálu na báze železa, pričom v najmenej jednej požadovanej prierezovej oblasti profilu, najmä v hlavovej oblasti koľajnice, dochádza k premene materiálu na jemne perlitickú štruktúru so zvýšenou pevnosťou, najmä so zvýšenou odolnosťou proti oderu, a zvýšenou tvrdosťou a prípadne sa obmedzujú, najmä sa v podstate odstraňujú deformácie a priehyby, vyvolané tepelne podmieneným predĺžením valcovaného materiálu, najmä koľajnice, v smere kolmom na pozdĺžnu os pri ochladzovaní na teplotu okolia, najmä po premene štruktúry materiálu v najmenej jednej intenzívnejšie chladenej oblasti prierezu valcovaného materiálu, na dosiahnutie zvýšenej pevnosti a medze únavy pri striedavom napätí v ohybe, v yznačený tým, že valcovaný materiál, najmä koľajnica, s priemernou teplotou najviac 1100 °C, najmä najviac 900 °C, najmenej však 750 °C, ktorá bola v svojom pozdĺžnom smere pri plastickom tvárnení a valcovaní vytvorená v priamom tvare, sa premiestni v svojom priamom tvare priečnym smerom a udržuje sa v koncovej polohe tohoto presunu, pričom v prvej chladiacej operácii pre chladenie valcovaného materiálu, najmä koľajnice, sa tento materiál nechá schladiť vyvážene na teplotu nižšiu ako 860 °C, najmä nižšiu ako 820 °C, predovšetkým vyššiu o 5 až 120 °C ako je Ar^-teplota zliatiny, rovnakou miestnou chladiacou intenzitou, najmä vyžarovaním do okolitého nepohybujúceho sa vzduchu, potom sa v druhej fáze chladiaceho procesu z valcovaného materiálu odoberá teplo intenzitou, ktorá je v pozdĺžnom smere miestne rovnaká, ale v priereze rôzna v obvodovom smere, a intenzita chladenia sa v aspoň jednej oblasti na obvode profilovaného valcovaného materiálu zvýši a najmenej jedenkrát vyššou intenzitou chladenia sa pôsobí v najmenej jednej oblasti s väčším pomerom plochy priečneho prierezu k jeho obvodu, prípadne s väčším podielom objemu na povrchovej ploche, prípadne s väčšou koncentráciou hmoty a/alebo v každej oblasti s vyššou miestnou teplotou vývalku, najmä koľajnice, a každá oblasť s takto zvýšenou rýchlosťou ochladzovania sa privedie na teplotu premeny štruktúry, pri ktorej sa vytvoria chladiace podmienky pre jemne perlitickú štruktúru bez obsahu martenzitu, potom sa v ďalšej chladiacej operácii vývalok ochladí na teplotu okolitého prostredia rovnakou miestnou chladiacou intenzitou, napríklad uložením na vzduchu udržovanom bez pohybu.

2. Spôsob podľa nároku 1, vyznačený tým, že tepelné spracovanie sa uskutočňuje po tvárnení valcovaného materiálu za tepla so stupňom pretvorenia od 1,8 do 8 %, najmä od 2 do 5 % pri poslednom prechode valcovacím zariadením pri teplote najmenej 770 °C a najviac 1050 °C z teploty tvárnenia valcovaného materiálu za tepla.

3. Spôsob podľa nároku 1 alebo 2, vyznačený tým, že v druhej fáze ochladzovania sa zvýši intenzita chladenia v najmenej dvoch oblastiach na obvode profilovaného valcovaného materiálu.

4. Spôsob podľa najmenej jedného z nárokov 1 až 3, vyznačený tým, že časť profilovaného valcovaného materiálu, ktorá má najväčšiu koncentráciu hmoty, najmä hlava koľajnice, sa ochladzuje ponáracím postupom, prípadne chladením uskutočňovaným ponorením do chladiacej kvapaliny, pričom súčasne sa ďalej z lu, upravenej pre najmenej jednej, časti valcovaného materiáintenzívnejšie chladenie, ktorá má menšiu koncentráciu hmoty, napríklad pätky koľajnice, odoberá teplo prostriedkom zaisťujúcim nižšiu intenzitu chladenia, napríklad tlakovým vzduchom alebo postrekom zmesou vzduchu a vody.

5. Spôsob podľa najmenej jedného z nárokov 1 až 4, vyznačený tým, že intenzita chladenia, najmä zloženie chladiacej tekutiny pre chladenie ponáraním sa nastaví tak, aby sa v rozsahu teplôt od 800 °C do 450 °C dosiahlo ochladzo vanie oblastí materiálu priľahlých k povrchovým plochám najmä ponorenej časti rýchlosťou 1,6 až 2,4 °C za sekundu, predovšetkým rýchlosťou 2,0 °C za sekundu.

6. Spôsob podľa najmenej jedného z nárokov 1 až 5, vyznačený tým, že v prípade valcovaného tyčového materiálu s časťou prierezu v tvare T, napríklad v prípade pätky železničnej koľajnice, sa zóna alebo plocha protiľahlá stojine profilu ochladzuje väčšou intenzitou, najmä tlakovým vzduchom alebo zmesou vzduchu a vody.

7. Spôsob podľa najmenej jedného z nárokov 1 až 6, vyznačený tým, že oblasť povrchovej plochy valcovanej profilovej tyče, protiľahlá jej stojine a ochladzovaná väčšou intenzitou, sa vytvorí v podstate súmerne vzhľadom k stojine a zo strán sa ohraničí.

8. Spôsob podľa najmenej jedného z nárokov 1 až 7, najmä podľa nároku 7, vyznačený tým, že sa zamedzí zvýšeniu intenzity chladenia v závislosti od koncentrácie hmoty profilu alebo v oblastiach profilu profilovaného vývalku, vzdialených od zaústenia stojiny a/alebo sú tieto oblasti, chránené pred nadmerným odberom tepla alebo sa aspoň krátkodobo zahrievajú.

9. Spôsob podľa najmenej jedného z nárokov 1 až 8, vyznačený tým, že intenzita chladenia sa na povrchovej ploche valcovaného materiálu, najmä koľajnice, nastaví tak, že oblasti, v ktorých pri chladení dochádza k premene gama štruktúry, sú vytvorené paralelne súmerne a/alebo paralelne s neutrálnou rovinou, najmä sústredne s ťažiskovou osou, prípadne s ťažiskom prierezovej plochy.

10. Spôsob podľa najmenej jedného z nárokov 1 až 9, vyznačený tým, že tyčový valcovaný materiál, z ktorého je časť jeho priečneho prierezu ponorená do chladiacej tekutiny vnútri ponáracej nádrže, sa v priebehu chladenia posúva v svojom pozdĺžnom smere, relatívne vzhľadom k nádrži s chla diacou látkou, prípadne relatívne k ponáracej nádrži.

11. Spôsob podľa najmenej jedného z nárokov 1 až 10, v yznačený tým, že aspoň v dobe, kedy je časť prierezu tyčového valcovaného materiálu ponorená do chladiacej látky, sa na tyčový valcovaný materiál pôsobí vibráciami alebo sa tento materiál uvedie do vibrácií.

12. Zariadenie na uskutočnenie spôsobu tepelného spracovania profilovaných vývalkov, najmä koľajníc pre železnice a pouličné dráhy, so zvýšeným odvodom tepla z častí povrchovej plochy pri ochladzovaní z gama oblasti základného materiálu na báze železa, najmä na uskutočňovanie spôsobu podľa najmenej jedného z nárokov 1 až 11, pozostávajúce v podstate z najmenej jednej pohotovostnej polohy (A) pre koľajnice (1) alebo iné * vývalky, upravené na valčekovom dopravníku (21) a opatrené polohovacím ústrojenstvom na nastavenie polohy valcovaného materiálu, z ochladzovacej oblasti (B) na spracovanie materiálu ochladzovaním, opatrenej ústrojenstvami pre čiastočný odvod tepla s vyššou intenzitou z povrchovej plochy valcovaného materiálu (1), a z dochladzovacej oblasti (C) na ochladzovanie valcovaného materiálu (1) na teplotu okolia a tiež ústrojenstvami na priečne presúvanie, pridržovanie a manipuláciu, vyznačené tým, že valčekový dopravník (21) je v po- . hotovostnej polohe (A) opatrený polohovacím ústrojenstvom pre valcovaný materiál (1) a vyrovnávacími prvkami (22, 23) pre • napriamovanie a súosové vyrovnávanie profilovaného valcovaného materiálu (1) pri ich plastickom tvárnení, priečnym dopravným ústrojenstvom na premiestňovanie valcovaného materiálu (1) v podstate kolmo na jeho pozdĺžnu os z pohotovostnej polohy (A) do ochladzovacej oblasti (B), v ktorej prebieha spracovanie chladením, pričom v ochladzovacej oblasti (B) je umiestnené ústrojenstvo na vytvrdzovanie valcovaného materiálu, najmä hlavy koľajnice (1), chladiacou látkou (37) v ponáracej nádrži (38) s pridržiavacími prvkami (24) a manipulačnými ústrojenstvami a regulovateľným prídavným chladiacim ústrojenstvom (3) pre intenzívne chladenie najmenej jednej ďalšej oblasti valcovaného materiálu, najmä pätky (13) koľajnice (1), a dochladzo vacia oblasť (C) obsahuje odkladaciu plochu (25) valcovaného materiálu (1) pre jeho ochladzovanie na teplotu okolitého prostredia.

13. Zariadenie podľa nároku 12, vyznačené tým, že prídavné chladiace ústrojenstvo (3) je pristavíteľné k valcovanému materiálu (1) a jeho chladiaca intenzita je regulovateľná .

14. Zariadenie podľa nároku 12 alebo 13, vyznačené tým, že prídavné chladiace ústrojenstvo (3) obsahuje prvky na vytváranie lokálneho postrekovacieho prúdu (31) chladiaceho prostriedku, ktorý je v pozdĺžnom alebo osovom smere valcovaného materiálu (1) v podstate neprerušený a v priečnom smere je obmedzený a prípadne prostriedky (34) na zamedzenie zosilneného odvodu tepla z plôch susediacich s najmenej jednou chladenou plochou.

15. Zariadenie podľa najmenej jedného z nárokov 12 až 14, vyznačené tým, že prídavné chladiace ústrojenstvo (3) je vytvorené ako vzduchové alebo postrekovacie chladiace ústro j enstvo.

16. Zariadenie podľa najmenej jedného z nárokov 12 až 15, vyznačené tým, že valcovaný materiál (1) je uložený v chladiacej látke (37) pohyblivo v pozdĺžnom smere relatívne k ponáracej nádrži (38) alebo relatívne k prídavnému chladiacemu ústrojenstvu (3).

17. Zariadenie podľa najmenej jedného z nárokov 12 až 16, vyznačené tým, že na ponáracej nádrži (38) a/alebo v chladiacej kvapaline (37) sú usporiadané ústrojenstvá na uvádzanie chladiacej látky (37) do vírivého pohybu a/alebo vyvolávajúce vibrácie.

18. Profilovaný vývalok, najmä koľajnica (1) pre železnice alebo pouličné dráhy, pozostávajúci z hlavy (11) s aspoň čiastočne jemne perlitickou štruktúrou (111), z koľajnicovej pätky (13) a stojiny (12) medzi koľajnicovou hlavou (11) a pätkou (13), vyrobený spôsobom podľa najmenej jedného z nárokov 1 až 11 najmä v zariadení podľa najmenej jedného z nárokov 12 až 17, vyznačený tým, že koľajnica (1) má v priereze v svojej hornej časti (111) v oblasti hlavy (11) vysokú tvrdosť materiálu a táto hodnota tvrdosti je v spodnej oblasti (112) hlavy (13), v stojine (12) a v okrajových častiach (132) pätky (13) koľajnice (1) znížená a v strednej oblasti (131) základňovej plochy pätky (13) je tvrdosť materiálu zvýšená.

19. Profilovaný vývalok podľa nároku 18, vyznačený t ý m , že hodnoty tvrdosti materiálu sú upravené súmerne k hlavnej osi prierezu vývalku, prípadne súmerne k zvislej osi prierezu koľajnice (1).