DE102012020844A1

DE102012020844A1 - Process for the thermomechanical treatment of hot-rolled profiles

Info

Publication number: DE102012020844A1
Application number: DE102012020844.8A
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: ThyssenKrupp GfT Gleistechnik GmbH
Current assignee: TRACK TEC GMBH, DE
Priority date: 2012-10-24
Filing date: 2012-10-24
Publication date: 2014-04-24
Also published as: WO2014063671A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine thermomechanischen Behandlung von warmgewalzten Profilen, insbesondere Schienenprofile, wobei der gesteuerte Abkühlvorgang unmittelbar aus der Walzhitze heraus synchron zum Walzvorgang erfolgt. Durch unterschiedliche Kühldauer und unterschiedliche Kühlintensität in den einzelnen Kühlphasen wird zeitnah zum Eintritt in das Perlitumwandlungsgebiet zwischen der Kopfoberfläche- und Kopfkerntemperatur ein bestimmter Temperaturgradient eingestellt, sodass zwischen Oberflächen- und Kernbereich des Schienenkopfes ein graduiertes feinperlitisches Gefüge entsteht. Die während der Intensivkühlung begonnene Gefügeumwandlung wird auf dem Kühlbett fortgesetzt. In der Intensivkühlphase werden die übrigen Profilteile der Schiene in Abhängigkeit vom Temperaturgradienten zwischen ihnen und dem Schienenkopf zur Verbeidung von Verzugserscheinungen differenziert gekühlt. Der gesamte Abkühlprozess wird auf der Grundlage von Echtzeit-Prozessdaten aus dem Walz- und Kühlvorgang durch ein Temperatur- und Gefügemodell geregelt.The invention relates to a thermomechanical treatment of hot-rolled profiles, in particular rail profiles, the controlled cooling process taking place directly from the rolling heat in synchronism with the rolling process. Due to different cooling times and different cooling intensities in the individual cooling phases, a certain temperature gradient is set between the head surface and head core temperature shortly after entering the pearlite conversion area, so that a graduated fine pearlitic structure is created between the surface and core area of the rail head. The structural transformation started during intensive cooling is continued on the cooling bed. In the intensive cooling phase, the other profile parts of the rail are cooled differently depending on the temperature gradient between them and the rail head in order to avoid distortion. The entire cooling process is controlled on the basis of real-time process data from the rolling and cooling process using a temperature and structure model.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur thermomechanischen Behandlung von warmgewalzten Profilen aus der Walzhitze, insbesondere von Profilen mit einer im Querschnitt unterschiedlichen Massenverteilung, wobei die Abkühlung der Profile synchron zum Walzvorgang erfolgt. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for the thermomechanical treatment of hot-rolled profiles from the rolling heat, in particular profiles with a different mass distribution in cross-section, wherein the cooling of the profiles takes place synchronously to the rolling process. The invention further relates to a device for carrying out the method.

Bei den thermomechanischen Verfahren (TMB) werden gezielt bestimmte Eigenschaftsmerkmale eines Werkstoffes, insbesondere die Festigkeit und Zähigkeit, durch die Kombination von plastischer Verformung und thermischer Behandlung verbessert. Durch die plastische Deformation des Austenits im Umformprozess und die nachfolgende gezielte Umwandlung des Austenits in der thermischen Behandlung werden Stahlprodukte hergestellt, die sich durch ein feines Korn und hohe Streckgrenzen auszeichnen. Bei der TMB wird das Temperatur-Zeit-Regime konventioneller Wärmebehandlungen durch eine zusätzliche technologische Einflussgröße, die Umformung, ergänzt. Dadurch werden die Kombinationsmöglichkeiten zur gezielten Beeinflussung von Gefügemechanismen, die für die Einstellung anwendungsspezifischer Eigenschaftsmerkmale maßgeblich sind, im Vergleich zu den Spielräumen einer konventionellen Wärmebehandlung wesentlich erweitert. Durch Anwendung der TMB wird das Spektrum zur Einstellung gewünschter Gefügestrukturen breiter, und es werden zudem neue Wege zur Realisierung sinnvoller Eigenschaftskombinationen erschlossen, die durch konventionelle Wärmebehandlung oder Umformung allein nicht erreichbar sind.In the case of the thermomechanical processes (TMB), specific properties of a material, in particular the strength and toughness, are specifically improved by the combination of plastic deformation and thermal treatment. Due to the plastic deformation of austenite in the forming process and the subsequent targeted transformation of austenite in the thermal treatment, steel products are produced which are characterized by a fine grain and high yield strengths. In the case of the TMB, the temperature-time regime of conventional heat treatments is supplemented by an additional technological factor, the transformation. As a result, the possible combinations for the targeted influencing of microstructural mechanisms, which are decisive for the setting of application-specific characteristics of properties, are significantly expanded in comparison to the margins of a conventional heat treatment. The use of TMB broadens the spectrum for setting desired microstructures, and it also opens up new ways to realize meaningful combinations of features that can not be achieved by conventional heat treatment or forming alone.

Um die Vorteile einer thermomechanischen Behandlung in Produktionsprozessen optimal nutzen zu können, müssen Werkstoffzusammensetzung und Umform-Temperatur-Zeit-Regime der TMB genauestens aneinander angepasst werden. Daraus ergeben sich für die praktische Umsetzung der TMB zahlreiche Anforderungen und Restriktionen hinsichtlich Verfahrensführung und Auslegung sowie Anordnung der erforderlichen Anlagentechnik.In order to make the most of the advantages of a thermomechanical treatment in production processes, the material composition and forming temperature-time regime of the TMB must be precisely adapted to each other. This results in numerous requirements and restrictions with regard to process management and design as well as arrangement of the required system technology for the practical implementation of the TMB.

Der Herstellungsprozess, beispielsweise von Eisenbahnschienen unterliegt aufgrund der außergewöhnlichen Produktabmessungen generell besonderen Anforderungen. Für moderne Schienenwalzwerke gehört es heutzutage fast zur Normalität, Schienen mit einer Länge von 120 m herzustellen. Abgesehen von den Besonderheiten im Walzprozess, ist allein die Übergabe der warmgewalzten Schienen solcher Länge nach dem Austritt aus dem Walzspalt an nachfolgende Bearbeitungsschritte, wie zum Beispiel Warmrichten, Zuschnitt oder Kühlbehandlung, mit einem Durchlauf der Walzprodukte durch sehr großräumig ausgelegte Transport- und Handhabeanlagen verbunden, der logischerweise mit beträchtlichem Zeitaufwand einhergeht.The manufacturing process, for example of railroad tracks, is subject to special requirements due to the exceptional product dimensions. For modern rail rolling mills, it is now almost normal to produce rails with a length of 120 m. Apart from the peculiarities in the rolling process, the transfer of the hot-rolled rails of such length after leaving the nip to subsequent processing steps, such as hot straightening, blanking or cooling treatment, is associated with a passage of the rolled products through very large-scale transport and handling equipment, which logically involves a considerable amount of time.

Bei der thermomechanischen Behandlung von Eisenbahnschienen großer Länge wird das für optimale Behandlungseffekte vorausgesetzte enge Zusammenspiel der Umform-Temperatur-Zeit-Regime durch die objektiv gegebenen Transport- und Handhabebedingungen erheblich erschwert. So besteht beispielsweise die Gefahr, dass die im Umformprozess eingestellten optimalen Austenitstrukturen zum Zeitpunkt der Umwandlung des Austenits zu Perlit im nachfolgenden beschleunigten Abkühlprozess nicht mehr vorhanden sind, weil sich im Verlauf einer zu großen Zeitspanne zwischen Austritt des Walzgutes aus dem Walzspalt und Beginn des gezielten Abkühlvorgangs die zeit- und temperaturabhängigen Eigenschaftsmerkmale des umgeformten Austenits bereits negativ verändert haben.In the thermo-mechanical treatment of railroad tracks of great length, the optimal interaction of the forming-temperature-time regime, which is required for optimum treatment effects, is made considerably more difficult by the objectively given transport and handling conditions. For example, there is the danger that the optimal austenite structures set in the forming process no longer exist at the time of the transformation of the austenite to pearlite in the subsequent accelerated cooling process, because in the course of too long a period between exit of the rolling stock from the roll gap and the beginning of the targeted cooling process have already negatively changed the time and temperature dependent property characteristics of the reshaped austenite.

Ein markantes Beispiel für derartige zeit- und temperaturabhängige Gefügevorgänge ist das Kornwachstum. Allgemein wird die Einstellung eines feinkörnigen Endgefüges angestrebt, weil damit wesentliche Voraussetzungen zur Ausbildung gewünschter Produkteigenschaften geschaffen werden.A striking example of such time- and temperature-dependent microstructural processes is grain growth. In general, the aim is the setting of a fine-grained final structure, because it creates essential conditions for the formation of desired product properties.

Im optimalen Ablauf einer thermomechanischen Behandlung wird durch beschleunigte Abkühlung aus der Walzhitze einerseits das Wachstum der bei der Rekristallisation entstehenden feinen Austenitkörner behindert und damit andererseits die Ausbildung eines feinstrukturierten Endgefüges bei der Umwandlung des Austenits zu Perlit begünstigt.In the optimal course of a thermomechanical treatment accelerated cooling from the rolling heat on the one hand hinders the growth of the fine Austenitkörner formed during recrystallization and thus on the other hand favors the formation of a finely structured final structure in the transformation of austenite to pearlite.

Werden jedoch die Umform-Temperatur-Zeit-Regime nicht präzise aufeinander abgestimmt und ist beispielsweise der Zeitraum zwischen dem letzten Walzstich und dem Beginn der beschleunigten Abkühlung aus technologischen und/oder anlagentechnischen Gründen unzulässig groß, setzt im umgeformten Austenit noch vor Beginn einer gezielten Abkühlung Kornwachstum ein. Die grobkörnige Austenitstruktur verschlechtert die Ausgangsbedingungen für die Perlitumwandlung im Rahmen der beschleunigten Abkühlung beträchtlich, und die ursprünglichen Zielstellungen der TMB werden unter diesen Umständen nicht oder nur bedingt erreicht.However, if the forming temperature-time regime is not precisely matched and, for example, the period between the last roll pass and the beginning of the accelerated cooling for technological and / or plant technical reasons impermissibly large, sets in the formed austenite before the start of a targeted cooling grain growth one. The coarse-grained austenite structure considerably deteriorates the initial conditions for the pearlite transformation during accelerated cooling, and the original objectives of the TMB are not or only partially achieved under these circumstances.

Es sind Verfahren zur Herstellung perlitischer Schienen mit sehr guten Eigenschaftsmerkmalen hinsichtlich Verschleißfestigkeit und Duktilität bekannt, in denen die komplexen Zusammenhänge zwischen Werkstoffzusammensetzung, Umform- und Wärmebehandlungsparameter ausführlich berücksichtigt werden, beispielsweise EP 2 045 341 A1 , EP 1 730 317 B1 , EP 2 071 044 A1 und EP 1 493 831 A1 . Die einzelnen Lösungsvarianten dieser Verfahren unterscheiden sich durch spezifische Einstellungen der Umformparameter, wie zum Beispiel Umformtemperatur, Gesamtumformgrad, Umformung pro Stich, Anzahl Stiche und Stichintervalle und durch unterschiedliche Abläufe im Abkühlprozess, wie Kühlrate, Kühldauer und Kühlmedien. In den Verfahrensbeschreibungen wird auch auf die Gefahr des Kornwachstums nach Austritt des Walzgutes aus dem letzten Walzgerüst eingegangen. Zur Begrenzung des Kornwachstums werden definierte Zeitspannen zwischen Austritt aus dem Walzgerüst und Eintritt in die Abkühlvorrichtungen empfohlen. Die Skala der in diesem Zusammenhang empfohlenen Zeitparameter reicht von der verbalen Aussage „möglichst kurze Zeitspannen” über 60 s und 100 s bis hin zu der Vorgabe, dass diese Zeitspanne nicht größer als 150 s sein sollte. Zudem wird darauf hingewiesen, dass Schienenstähle mit höheren C-Gehalten in einem Zeitfenster größer 100 s nachdem letzten Umformschritt zu eutektoiden Zementitausscheidungen neigen, die Schwingfestigkeit und Zähigkeit der Schienen herabsetzen. In den Verfahrensbeschreibungen sind jedoch keinerlei Angaben darüber enthalten, mit welchen technologischen und anlagentechnischen Mitteln diese kurzen Zeitspannen realisiert werden.Methods are known for producing pearlitic rails with very good characteristics of wear resistance and ductility, in which the complex relationships between material composition, forming and heat treatment parameters are considered in detail, for example EP 2 045 341 A1 . EP 1 730 317 B1 . EP 2 071 044 A1 and EP 1 493 831 A1 , The individual solution variants of these methods differ by specific settings of the forming parameters, such as for example, forming temperature, total forming degree, forming per stitch, number of stitches and stitch intervals, and different processes in the cooling process, such as cooling rate, cooling time and cooling media. The process descriptions also deal with the risk of grain growth after the outlet of the rolling stock from the last roll stand. To limit grain growth, defined time periods between exit from the rolling stand and entry into the cooling devices are recommended. The scale of the time parameters recommended in this context ranges from the verbal statement "shortest possible time periods" over 60 s and 100 s to the requirement that this time span should not exceed 150 s. In addition, it is pointed out that rail steels with higher C contents in a time window greater than 100 s after the last forming step tend to eutectoid cementite precipitations, which reduce the vibration resistance and toughness of the rails. However, the process descriptions do not contain any information as to which technological and plant engineering resources will be used to realize these short periods of time.

Ferner ist eine Vielzahl von Schienenherstellungsverfahren bekannt, bei denen durch beschleunigte Abkühlung des Walzgutes aus der Walzhitze heraus belastungsorientierte Eigenschaftsprofile hinsichtlich Verschleißfestigkeit und Widerstand gegen Rollkontaktermüdung an den Schienen eingestellt werden. Diese Verfahren lassen sich nach der Art des Abkühlvorgangs in Tauch- und Sprühkühlverfahren unterteilen. Beide Verfahrensvarianten weisen in der Regel die Gemeinsamkeit auf, dass die Schienen nach Verlassen des Walzspaltes nur mit relativ großem anlagentechnischen und logistischen Aufwand in die Behandlungsposition der jeweiligen Abkühlvorrichtung gebracht werden können. Bei den Tauchverfahren, wie aus der AT 505 930 B1 , AT 410 549 B , AT 409 268 B und WO 2010/089325 A1 bekannt, durchlaufen die Schienen beispielsweise Rollgänge, Quertransportmittel, Vorrichtungen zum axialen Drehen sowie Manipulatoren zum axialen Ausrichten und querschnittsfluchtenden Halten bis sie schließlich zu den Positioniermitteln mit Haltekomponenten gelangen, welche die Schienen während des Tauchvorgangs horizontal im Tauchbecken fixieren.Further, a variety of rail manufacturing method is known in which by accelerated cooling of the rolling stock from the rolling heat out load-oriented property profiles in terms of wear resistance and resistance to rolling contact fatigue are set to the rails. These methods can be subdivided according to the type of cooling process in immersion and spray cooling. Both variants of the method usually have the common feature that the rails can be brought into the treatment position of the respective cooling device after leaving the nip only with relatively large plant and logistical effort. In the dipping method, as from the AT 505 930 B1 . AT 410 549 B . AT 409 268 B and WO 2010/089325 A1 As is known, the rails pass through, for example, roller conveyors, transverse transport means, axial turning devices, axial alignment manipulators and cross-line holding until they finally reach the positioning means with holding components which fix the rails horizontally in the dip tank during the dipping process.

Ein ähnlich großer Transport- und Handhabeaufwand ist bei den Sprühkühlverfahren erforderlich, unabhängig davon, ob im Durchlauf oder Pendelbetrieb gearbeitet wird, um die Schienen nach dem Walzvorgang in den Sprühkühleinrichtungen zu positionieren, wie aus der EP 1 900 830 B1 , AT 407 057 B und US 7 217 329 B2 bekannt. Auch bei diesen Verfahren passieren die Schienen unterschiedliche Transporteinrichtungen, Schienenheber und Kippvorrichtungen zum Drehen der Schienen bevor sie eingespannt in Zentrier- und Klemmvorrichtungen in stehender oder hängender Position dem Abkühlprozess unterzogen werden.A similar large transport and handling effort is required in the spray cooling, regardless of whether it is operated in a continuous or shuttle operation to position the rails after the rolling process in the Sprühkühleinrichtungen, as shown in EP 1 900 830 B1 . AT 407 057 B and US Pat. No. 7,217,329 B2 known. Also in these methods, the rails pass through different transporting devices, rail lifters and tilting devices for rotating the rails before being clamped in centering and clamping devices in a standing or hanging position undergoes the cooling process.

Aus AT 504 706 A1 ist beispielsweise bekannt, dass der Temperaturverlust der Schienen zwischen Austritt aus dem Walzspalt und Einlauf in die Abkühleinrichtung aufgrund der Transport- und Handhabevorgänge und des damit einhergehenden Zeitverlaufs so groß ist, dass das verbliebene Temperaturniveau als Starttemperatur für eine beschleunigte Abkühlbehandlung nicht geeignet ist. In dem beschriebenen Verfahren wird deshalb zur Vermeidung einer zu kalten Einlauftemperatur oder zum Zwecke eines notwendigen Temperaturausgleichs über die Schienenlänge eine induktive Erwärmung der Schiene vor dem Einlauf in die Kühleinrichtung vorgenommen.Out AT 504 706 A1 For example, it is known that the temperature loss of the rails between exit from the nip and inlet into the cooling device due to the transport and handling operations and the associated time course is so great that the remaining temperature level is not suitable as the starting temperature for an accelerated cooling treatment. In the method described is therefore made to avoid too cold inlet temperature or for the purpose of a necessary temperature compensation over the rail length inductive heating of the rail before the inlet to the cooling device.

Die Effekte einer thermomechanischen Behandlung können nur dann optimal ausgeschöpft werden, wenn die Umform-Temperatur-Zeit-Regime der technologischen Kette Umformung und Abkühlung genauestens aufeinander abgestimmt werden. Gemäß Stand der Technik sind die bekannten Verfahren zur Abkühlung von Schienen aus der Walzhitze aufgrund des hohen anlagentechnischen sowie logistischen Aufwands und der damit einhergehenden notwendigen Handling-Zeiten an der Nahtstelle zwischen Umformung und beschleunigter Abkühlung nicht geeignet, um die Kombinationsmöglichkeiten aus plastischer Verformung und thermischer Behandlung zur gezielten Einstellung gewünschter Gefügestrukturen und Eigenschaftsmerkmale im Rahmen der TMB unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten umfassend zu nutzen.The effects of a thermomechanical treatment can only be optimally exploited if the forming-temperature-time regimes of the technological chain forming and cooling are precisely coordinated with each other. According to the prior art, the known methods for cooling rails from the rolling heat due to the high technical equipment and logistical effort and the associated necessary handling times at the interface between forming and accelerated cooling are not suitable for the combination of plastic deformation and thermal treatment for the targeted adjustment of desired microstructures and property characteristics in the context of the TMB from economical viewpoints extensively to use.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verbesserung der thermomechanischen Behandlung von Profilen bereitzustellen, bei dem die Vorzüge der TMB durch einen gezielten spezifischen Verfahrensablauf umfassend umgesetzt werden können.Based on this prior art, the present invention seeks to provide a method and apparatus for improving the thermomechanical treatment of profiles, in which the benefits of TMB can be implemented comprehensively by a specific specific process sequence.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass durch eine Vererbung der Korngrößen aus der Walzhitze und Einstellung eines Temperaturgradienten zwischen Profiloberfläche und Kernbereich der massereichen Profilabschnitte zeitnah beim Eintritt in das Perlitumwandlungsgebiet ein graduiertes feinperlitisches Gefüge im massereichen Profilabschnitt entsteht. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens werden in den Unteransprüchen erläutert.According to the invention, by inheriting the grain sizes from the rolling heat and setting a temperature gradient between the profile surface and the core region of the high-mass profile sections, a graduated fine-pearlitic microstructure in the high-mass profile section arises promptly upon entry into the pearlite transformation area. Further advantageous embodiments of the method are explained in the subclaims.

Mit der Erfindung werden die vorgenannten Schwierigkeiten umgangen, indem die warmgewalzten Profile unmittelbar nach dem Austritt aus dem letzten Walzgerüst zeitnah einem gezielten Abkühlvorgang unterzogen werden und dabei der umgeformte Austenit unter Beibehaltung seiner aus der plastischen Umformung herrührenden vorteilhaften Gefügestruktur mit geringer Korngröße zu einem feinperlitischen Gefüge umwandelt.With the invention, the above-mentioned difficulties are avoided by the hot-rolled profiles are subjected to a targeted cooling immediately after leaving the last rolling stand in a timely manner while the formed austenite while retaining its from the plastic deformation resulting advantageous microstructure with small grain size converts to a fine-pearlitic microstructure.

Hierzu wird ein Profilstahl auf Umformtemperatur erwärmt und in einem kontinuierlich arbeitenden Profilwalzwerk durch mehrere Stiche zu einem Profil, beispielsweise einer Eisenbahnschiene umgeformt. Unmittelbar nach Auslauf des vorderen Profilabschnitts aus dem Walzspalt wird das Profil synchron zum weiteren Walzvorgang über Führungsrollen in eine dem Walzgerüst nachgeordnete Kühleinrichtung eingefahren, um die Einstellung eines Temperaturgradienten zwischen Profiloberfläche und Kernbereich der massereichen Profilabschnitte zeitnah beim Eintritt in das Perlitumwandlungsgebiet vorzunehmen, sodass ein graduiertes feinperlitisches Gefüge im massereichen Profilabschnitt entsteht.For this purpose, a section steel is heated to forming temperature and formed in a continuously operating profile rolling mill by several stitches to form a profile, such as a railroad track. Immediately after the outlet of the front profile section from the roll gap, the profile is retracted synchronously to the further rolling process via guide rollers in a rolling mill downstream cooling device to make the setting of a temperature gradient between the profile surface and core portion of the massive profile sections promptly upon entry into the Perlitumwandlungsgebiet, so that a graduated feinperlitisches Microstructure arises in the massive profile section.

Durch die unmittelbar nach dem letzten Umformschritt einsetzende beschleunigte Abkühlung des Profils wird das Wachstum der bei der Rekristallisation entstehenden feinen Austenitkörner behindert. Aufgrund der kurzen Zeitspanne zwischen Austritt des Profils aus dem Walzspalt und Einlauf in die Kühleinrichtung bleibt die im Rahmen der plastischen Umformung eingestellte vorteilhafte Austenit-Gefügestruktur bis zum zeitnah einsetzenden Abkühlvorgang aufrechterhalten. Dadurch werden bei der im weiteren Abkühlverlauf einsetzenden Umwandlung des Austenits zu Perlit die vorteilhaften Gefügemerkmale des Austenits auf den sich bildenden Perlit vererbt und die Ausbildung eines feinkörnigen Endgefüges wird begünstigt.The accelerated cooling of the profile starting immediately after the last forming step hinders the growth of the fine austenite grains formed during the recrystallization. Due to the short time span between the exit of the profile from the roll gap and the inlet into the cooling device, the advantageous austenite microstructure set as part of the plastic deformation is maintained until the cooling process commences in a timely manner. As a result, when austenite to perlite is converted in the further course of cooling, the advantageous microstructural features of austenite are inherited on the forming perlite and the formation of a fine-grained final structure is favored.

In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Temperaturführung auf Grundlage hinterlegter Werkstoffdaten und online erfasster Walz- und Kühlprozessdaten zur Bestimmung der erforderlichen Kühldauer und Kühlintensität und Regelung der Abkühlprozesse erfolgt. Hierbei wird durch die Einstellung eines bestimmten Temperaturgradienten zwischen der Profiloberfläche und dem Kernbereich der massereichen Profilabschnitte in Abhängigkeit der online erfassten Walz- und Kühlprozessdaten sichergestellt, dass die Korngröße möglichst unverändert auf den Umwandlungsprozess vererbt wird.In an embodiment of the invention, it is provided that the temperature control based on stored material data and online recorded rolling and cooling process data for determining the required cooling time and cooling intensity and control of cooling processes takes place. In this case, the setting of a specific temperature gradient between the profile surface and the core region of the high-mass profile sections as a function of the online recorded rolling and cooling process data ensures that the grain size is passed on as unchanged as possible to the conversion process.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der gesamte Abkühlprozess auf der Grundlage von Echtzeit-Prozessdaten aus dem Walz- und Kühlvorgang durch ein Temperatur- und ein Gefügemodell, die wesentliche Bestandteile eines Steuerungssystems sind, geregelt wird. Durch die Berücksichtigung der Echtzeit-Prozessdaten aus dem Walz- und Kühlvorgang in Kombination mit einem Temperatur- und Gefügemodell können die erforderlichen Parameter für den eigentlichen Abkühlprozess ermittelt und die Kühlmenge berechnet werden, um eine gezielte Beeinflussung des Kornwachstums bis zum Eintritt in das Perlitumwandlungsgebiet vorzunehmen und darüber hinaus den erforderlichen Temperaturgradienten zwischen Profiloberfläche und Kernbereich einzustellen.In a further embodiment of the invention it is provided that the entire cooling process on the basis of real-time process data from the rolling and cooling process by a temperature and a structural model, which are essential components of a control system, is regulated. By taking into account the real-time process data from the rolling and cooling process in combination with a temperature and structural model, the required parameters for the actual cooling process can be determined and the cooling amount can be calculated to make a targeted influence on the grain growth until it enters the pearlite transformation area In addition, to set the required temperature gradient between the profile surface and core area.

In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kühlparameter in den einzelnen Kühlphasen so eingestellt werden, dass die Oberfläche anfänglich kontinuierlich abkühlt und die Bedingungen für eine Bainitumwandlung umgangen werden und anschließend die Temperaturkurve des Oberflächenbereiches isotherm in das Perlitumwandlungsgebiet geführt wird.In an embodiment of the invention, it is provided that the cooling parameters are set in the individual cooling phases so that the surface initially cools continuously and the conditions for a Bainitumwandlung be bypassed and then the temperature curve of the surface area is isothermally guided in the Perlitumwandlungsgebiet.

Durch unterschiedliche Kühldauer und unterschiedliche Kühlintensität in den einzelnen Kühlphasen kann der Temperaturverlauf, beispielsweise im Schienenkopf einer Eisenbahnschiene so gesteuert werden, dass zwischen Kopfoberflächen- und Kerntemperatur ein gezielter Temperaturgradient eingestellt wird und dadurch die Umwandlung von Austenit zu Perlit im Oberflächen- und Kernbereich des Schienenkopfes bei unterschiedlichen Starttemperaturen und Startzeiten erfolgt. Auf diese Weise wird beim gesteuerten Abkühlvorgang ein zwischen Oberflächen- und Kernbereich graduiertes feinperlitisches Gefüge eingestellt.Due to different cooling time and different cooling intensity in the individual cooling phases, the temperature profile, for example in the rail head of a railroad track can be controlled so that a targeted temperature gradient is set between Kopfoberflächen- and core temperature and thereby the conversion of austenite to pearlite in the surface and core of the rail head different starting temperatures and start times. In this way, a finely pearlitic microstructure graduated between the surface area and the core area is set during the controlled cooling process.

Die Durchlaufgeschwindigkeit des Profils durch die Kühlvorrichtung entspricht hierbei der Endwalzgeschwindigkeit, wobei die Zeitspanne zwischen Auslauf aus dem letzten Fertiggerüst und Einlauf in die Kühlvorrichtung so gering wie möglich gehalten wird, vorzugsweise unter 100 Sekunden liegt.The speed of passage of the profile through the cooling device in this case corresponds to the final rolling speed, wherein the time interval between the outlet from the last finishing stand and the inlet to the cooling device is kept as low as possible, preferably less than 100 seconds.

Mit Hilfe des beschriebenen Verfahrens können Profile, insbesondere Profile mit im Querschnitt unterschiedlichen Massenverteilungen nach erfolgter mechanischer Behandlung einer nachfolgenden Thermobehandlung unterzogen werden. Dieses Verfahren eignet sich hierbei besonders für Schienenprofile, die sich durch einen großen Schienenkopf auszeichnen. Soweit Schienenprofile nach diesem Verfahren behandelt werden, ist zur Eindämmung des Schienenverzugs vorgesehen, dass die einzelnen Profilteile der Schiene (Kopf, Steg, Fuß) während des gesamten Abkühlvorgangs in Abhängigkeit vom jeweils aktuellen Temperaturgradienten zwischen diesen Profilteilen differenziert gekühlt werden. Zur Optimierung der gefügespezifischen Zusammenhänge zwischen Umform- und Kühlbedingungen wird der gesamte Abkühlprozess auf der Grundlage online erfasster Echtzeit-Prozessdaten aus dem Walz- und Kühlvorgang durch ein komplexes Steuerungssystem geregelt. Kernstück dieses Steuerungssystems ist die Kopplung eines Online-Temperaturmodells mit einem Online-Gefügemodell.With the aid of the method described, profiles, in particular profiles with mass distributions differing in cross section, can be subjected to a subsequent thermal treatment after mechanical treatment has been carried out. This method is particularly suitable for rail profiles, which are characterized by a large rail head. As far as rail profiles are treated according to this method, is provided to contain the rail distortion that the individual profile parts of the rail (head, bar, foot) are differentiated during the entire cooling process depending on the current temperature gradient between these profile parts. To optimize the microstructure-specific relationships between forming and cooling conditions, the entire cooling process is controlled by a complex control system based on online real-time process data from the rolling and cooling process. At the heart of this control system is the coupling of an online temperature model with an online structural model.

Hierbei ist vorgesehen, dass die Umform-Temperatur-Zeit-Regime der jeweiligen thermomechanischen die über ein Online-Temperaturmodel und ein Online-Gefügemodell sowie online erfasster Echtzeit-Prozessdaten aus dem Walz- und Kühlvorgang zeitnah und unmittelbar an die relevanten Daten des aktuellen Profilwerkstoffs angepasst werden. Zur Erzielung der gewünschten Gefügestruktur erfolgt eine simultane Verknüpfung der beiden thermomechanischen Behandlungen Walzen und Abkühlung, wobei die Walz- und Kühlprozessdaten für die Profile, beispielsweise einem Schienenprofil, an die unterschiedlichen Querschnittsabschnitte angepasst und die einzelnen Querschnittsabschnitte getrennt erfasst werden. Somit können die einzelnen Querschnittsbereiche eines Schienenprofils, und zwar Kopf-, Steg- und Fußbereich in Abhängigkeit vom jeweils aktuellen Temperaturgradienten zwischen diesen Querschnittsbereichen differenziert gekühlt werden, um einen Verzug zu vermeiden. Ferner kann speziell der Temperaturverlauf im Schienenkopf so gesteuert werden, dass zwischen Kopfoberflächen- und Kerntemperatur ein gezielter Temperaturgradient eingestellt werden kann. Von besonderer Bedeutung ist hierbei, dass der Abkühlprozess so gesteuert wird, dass der Oberflächenbereich und der Kernbereich des Schienenkopfes unterschiedlichen Abkühlgeschwindigkeiten unterliegt, und dass die Kühlintensität in den einzelnen Kühlphasen über die gesamte Kühldauer zur Realisierung eines gezielten Verlaufs der Abkühlkurven des Oberflächen- und Kernbereiches des Schienenkopfes differenziert eingestellt wird. Unter Berücksichtigung eines retrograd dimensionierten Schienenkopfes wird der Kühlprozess hierbei so gesteuert, dass zunächst eine Beaufschlagung der Schienenoberfläche mit einem Kühlmittel größter Kühlintensität erfolgt, um einen möglichst hohen Temperaturgradient zwischen Kopfoberfläche und Kernbereich einzustellen. Danach erfolgt der differenzierte Abkühlprozess bis zum Erreichen des Perlitumwandlungsgebietes.It is provided that the forming temperature-time regime of the respective thermomechanical, the on-line temperature model and an online structural model as well as online recorded real-time process data from the rolling and cooling process are promptly and directly adapted to the relevant data of the current profile material. To achieve the desired microstructure, a simultaneous combination of the two thermomechanical treatments of rolls and cooling takes place, the rolling and cooling process data for the profiles, for example a rail profile, being adapted to the different cross-sectional sections and the individual cross-sectional sections being recorded separately. Thus, the individual cross-sectional areas of a rail profile, namely head, web and foot can be differentiated depending on the current temperature gradient between these cross-sectional areas in order to avoid distortion. Furthermore, especially the temperature profile in the rail head can be controlled in such a way that a specific temperature gradient can be set between head surface temperature and core temperature. Of particular importance here is that the cooling process is controlled so that the surface area and the core region of the rail head is subject to different cooling rates, and that the cooling intensity in the individual cooling phases over the entire cooling period to achieve a targeted course of the cooling curves of the surface and core region of the Rail head is set differentiated. Taking into account a retrograde dimensioned rail head, the cooling process is controlled in such a way that the rail surface is first subjected to a coolant of maximum cooling intensity in order to set the highest possible temperature gradient between the top surface and the core region. Thereafter, the differentiated cooling process takes place until reaching the pearlite conversion area.

Aufgrund der hohen Belastungen des Schienenprofils im späteren Einsatz ist es notwendig, bei der thermomechanischen Behandlung sicherzustellen, dass sich ein besonderes stabiles Gefüge im Schienenkopf ausbildet. Hierbei ist es wesentlich, das Gefüge des aus der Walzhitze austretenden Stahls während der Abkühlphase zu kennen oder zu bestimmen. Zu diesem Zweck stehen unterschiedliche Verfahren zur Verfügung. So ist beispielsweise eine Bestimmung der Temperatur während des Abkühlvorgangs dazu geeignet, Rückschlüsse auf die Gitterstruktur zu ziehen. Hierzu ist es weiterhin notwendig, eine Simulation des Abkühlverhaltens in Verbindung mit dem Ausbilden bestimmter Gitterstrukturen durchzuführen. Anhand von zumindest zwei Temperaturmesspunkten kann damit eine Vorhersage der sich ausbildenden Gitterstruktur vorgenommen werden. Dieses Verfahren zur Bestimmung der Gitterstruktur ist besonders einfach, da lediglich die Temperatur des Stahls nach dem Austritt aus der Walzhitze und während des Abkühlvorgangs bestimmt werden muss. Die Temperatur kann dabei einfach mit bekannten Messgeräten bestimmt werden, wie beispielsweise einen Laserinterferenzthermometer.Due to the high loads of the rail profile in later use, it is necessary to ensure during the thermomechanical treatment that forms a special stable structure in the rail head. It is essential to know or determine the structure of the emerging from the rolling heat steel during the cooling phase. Different methods are available for this purpose. For example, a determination of the temperature during the cooling process is suitable for drawing conclusions about the lattice structure. For this purpose, it is furthermore necessary to carry out a simulation of the cooling behavior in connection with the formation of specific lattice structures. On the basis of at least two temperature measuring points can thus be made a prediction of the forming grid structure. This method for determining the lattice structure is particularly simple, since only the temperature of the steel after the exit from the rolling heat and during the cooling process must be determined. The temperature can be easily determined with known measuring devices, such as a laser interference thermometer.

Zur genaueren Bestimmung und Kontrolle des sich ausbildenden Gefüges sind direkte Verfahren vorzuziehen. Beispielsweise können Wirbelstromsensoren verwendet werden, um Veränderungen in der Gitterstruktur festzustellen. Zur Unterstützung der experimentellen Gestaltung ist ein Modell zur numerischen Berechnung von Feldverteilungen im Werkstoff notwendig. Hierdurch werden die Wirkungszusammenhänge in Abhängigkeit der äußeren Bedingungen systematisch erfasst. Zur Induktion geeigneter Wirbelstromverteilungen sind Feldberechnungen für unterschiedlich aufgebaute Sensoren notwendig. Die numerischen Berechnungen werden durch Vorversuche bestätigt. Aufbauend auf den Erkenntnissen aus den Berechnungen ist somit ein Sensorsystem realisierbar, welches es erlaubt, mithilfe der Wirbelstrommessungen die Gitterstruktur zu bestimmen. Hierbei ist es notwendig, Wirbelstromindikationen von Störsignalen durch Oberflächeneinflüsse zu unterscheiden. Lokale ferromagnetische Werkstoffeigenschaften können Störsignale erzeugen, diese werden identifiziert und können durch die Anwendung einer Oberwellenanalyse während der Wirbelstrommessung berücksichtigt werden.For more precise determination and control of the forming structure, direct methods are preferable. For example, eddy current sensors can be used to detect changes in the lattice structure. To support the experimental design, a model for the numerical calculation of field distributions in the material is necessary. As a result, the effects are systematically recorded as a function of external conditions. In order to induce suitable eddy current distributions, field calculations for differently constructed sensors are necessary. The numerical calculations are confirmed by preliminary tests. Based on the findings from the calculations, a sensor system can thus be implemented which allows the lattice structure to be determined by means of eddy current measurements. It is necessary to distinguish eddy current indications from interfering signals by surface influences. Local ferromagnetic material properties can generate spurious signals, these are identified and can be taken into account by applying a harmonic analysis during eddy current measurement.

Grundlage der Wirbelstromprüfung ist die Bestimmung der elektrischen Eigenschaften eines Systems aus Spule und Werkstoff in Abhängigkeit induzierter magnetischer Wechselfelder. Dabei wird eine Spule mit einem sich zeitlich ändernden elektrischen Strom verwendet, wobei sich ein Primärfeld innerhalb der Spule ausbildet. Entsprechend dem Induktionsgesetz bildet sich eine Wirbelstromverteilung im elektrisch leitfähigen Werkstoff aus. Dieses Wirbelstromfeld im Werkstoff ist dabei von einem sekundären magnetischen Feld begleitet, welches dem erregenden Primärfeld entgegengesetzt wirkt. Aus der Überlagerung der primären und sekundären Felder ergibt sich ein resultierender magnetischer Fluss durch die Spulenwicklungen. Bei einer Messung wird der induktive Widerstand und der Spulenwiderstand in der Impedanzebene bestimmt. Wesentliche Einflussgrößen sind dabei die elektrische Leitfähigkeit und die magnetische Permeabilität. Diese verändert sich mit der Gitterstruktur des Werkstoffes. Damit kann unter Zuhilfenahme der numerischen Berechnungen aus der Induktivitätsänderung auf die Gitterstruktur des Werkstoffes zurückgeschlossen werden. Dieses Verfahren erlaubt damit eine genaue Bestimmung der Gefügestruktur während des Austritts an dem Walzspalt und während der Abkühlphase des Schienenprofils.The basis of the eddy current test is the determination of the electrical properties of a system of coil and material as a function of induced alternating magnetic fields. In this case, a coil is used with a time-varying electric current, forming a primary field within the coil. According to the law of induction, an eddy current distribution is formed in the electrically conductive material. This eddy current field in the material is accompanied by a secondary magnetic field, which acts opposite to the exciting primary field. The superposition of the primary and secondary fields results in a resulting magnetic flux through the coil windings. In one measurement, the inductive resistance and the coil resistance in the impedance plane is determined. The main influencing factors are the electrical conductivity and the magnetic permeability. This changes with the lattice structure of the material. This can be deduced with the aid of numerical calculations from the inductance change to the lattice structure of the material. This method thus allows an accurate determination of the microstructure during the exit at the nip and during the cooling phase of the rail profile.

Ein weiteres Verfahren zur Bestimmung der Gitterstruktur des Schienenprofils stellt die Röntgenstrukturanalyse dar. Dabei wird eine Röntgenstrahlquelle auf einer Seite des Schienenprofils und auf der gegenüberliegenden Seite ein entsprechendes bildgebendes System angeordnet. Das bildgebende System kann dabei beispielsweise ein Halbleiterdetektor sein. Zur Analyse der Gitterstruktur wird die von der Röntgenstrahlquelle ausgehende Röntgenstrahlung im Werkstoff gestreut und die gestreute Röntgenstrahlung in Abhängigkeit von einem Streuwinkel durch den Detektor sowie deren Intensität gemessen. Entsprechend dem Bragg'schen Streugesetz ergibt sich aus dem Streuwinkel die Gitterstruktur, insbesondere der Gitterabstand. Das von dem Detektor aufgenommene Signal wird mithilfe einer Rechnereinheit zu einem Beugungsmuster weiterverarbeitet: Daraus kann anschließend die Gitterstruktur berechnet werden. Diese ergibt sich aus der Geometrie einer Elementarzelle der Gitterstruktur. Die Elementarzelle kann dabei vollständig anhand der Winkel abgeleitet werden, unter denen Beugungsmaxima auftreten. Aus der Stärke der Beugungsmaxima kann mittels verschiedener mathematischer Methoden die Anordnung der Atome innerhalb der Elementarzelle berechnet werden. Damit erhält man die vollständigen Informationen über die Gitterstruktur des Schienenprofils durch Röntgenstrukturanalyse. Durch dieses Verfahren kann somit festgestellt werden, welche Gitterstruktur sich nach der Walzhitze in den Schienenprofilen ausbildet und durch mehrmaliges Wiederholen während des Abkühlprozesses kann sichergestellt werden, dass die gewünschte Gitterstruktur eingestellt wird.Another method for determining the lattice structure of the rail profile is the X-ray structure analysis. In this case, an X-ray source is arranged on one side of the rail profile and on the opposite side of a corresponding imaging system. The imaging system may be, for example, a semiconductor detector. To analyze the lattice structure, the X-ray radiation emanating from the X-ray source is scattered in the material and the scattered X-ray radiation is measured as a function of a scattering angle by the detector and its intensity. According to the Bragg scattering law, the lattice structure, in particular the lattice spacing, results from the scattering angle. The signal recorded by the detector is further processed by means of a computer unit to form a diffraction pattern. The lattice structure can then be calculated therefrom. This results from the geometry of an elementary cell of the lattice structure. The unit cell can be completely derived from the angles under which diffraction maxima occur. From the strength of the diffraction maxima, the arrangement of the atoms within the unit cell can be calculated by means of various mathematical methods. This gives the complete information about the lattice structure of the rail profile by X-ray structure analysis. By this method can thus be determined, which grid structure is formed after the rolling heat in the rail profiles and by repeated repeating during the cooling process can be ensured that the desired lattice structure is set.

Die Röntgenstrukturanalyse ist technisch aufwändiger als die zuvor genannten Verfahren, jedoch kann hierbei auf eine zuvor durchgeführte Modellrechnung verzichtet werden. Damit erlaubt die Röntgenstrukturanalyse einen direkten Zugang zur Gitterstruktur des Werkstoffes, wodurch diese eindeutig bestimmt wird. Somit liegt ein sicheres Verfahren zur Überwachung der Gitterstruktur während des Abkühlprozesses vor.The X-ray structure analysis is technically more complex than the aforementioned methods, but this can be dispensed with a previously performed model calculation. Thus, the X-ray structure analysis allows a direct access to the lattice structure of the material, whereby this is clearly determined. Thus, there is a safe method of monitoring the grid structure during the cooling process.

Durch die vorgenannten Verfahren zur Gitterstrukturanalyse wird eine konstant hohe Qualität der hergestellten Schienenprofile sichergestellt, um den späteren hohen Belastungen standzuhalten.By the aforementioned method for lattice structure analysis, a consistently high quality of the manufactured rail profiles is ensured to withstand the later high loads.

Das Wirbelstromverfahren eignet sich im Weiteren dazu das Abkühlverhalten des Schienenprofils auf dem Kühlbett zu überwachen. Hierbei kann nach der Intensivkühlung an der ruhenden Schiene der Perlitisierungsgrad des Kopfgefüges ermittelt werden. Die erzielten Ergebnisse können dazu verwendet werden, um als Korrekturwert für die Kühlparametereinstellung der nachfolgenden Schienenprofile verwendet zu werden.The eddy current method is also suitable for monitoring the cooling behavior of the rail profile on the cooling bed. In this case, the degree of perlitization of the head structure can be determined after the intensive cooling on the resting rail. The results obtained can be used to be used as a correction value for the cooling parameter setting of the following rail profiles.

Die Erfindung weist im Vergleich zu anderen aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur thermischen Behandlung von Profilen, beispielsweise Eisenbahnschienen, aus der Walzhitze heraus beträchtliche Vorteile auf.The invention has considerable advantages over rolling heat from other methods known in the art for thermally treating profiles, such as railroad tracks.

Der markanteste Vorteil besteht darin, dass beim erfindungsgemäßen Verfahren alle Umform-Temperatur-Zeit-Regime der jeweiligen thermomechanischen Behandlung über ein Online-Temperaturmodell und ein Online-Gefügemodell zeitnah und unmittelbar an die relevanten Daten des aktuellen Profilwerkstoffs angepasst werden. Dadurch können die vorteilhaften Möglichkeiten der TMB zur gezielten Einstellung bestimmter Eigenschaftsmerkmale durch Kombination von Gefügeeffekten aus plastischer Umformung und thermischer Behandlung umfassend ausgeschöpft werden. Da der gesamte Abkühlprozess auf der Grundlage von Echtzeit Prozessdaten aus dem Walz- und Kühlvorgang durch das Temperatur- und Gefügemodell geregelt wird, kann beispielsweise auf unvorhersehbare Schwankungen im Walzprozess, zum Beispiel veränderte Walztemperatur, aktuell reagiert werden.The most striking advantage is that in the method according to the invention all forming temperature-time regimes of the respective thermomechanical treatment via an online temperature model and an online structural model are promptly and directly adapted to the relevant data of the current profile material. As a result, the advantageous possibilities of the TMB for the targeted adjustment of specific property features by combining structural effects from plastic deformation and thermal treatment can be fully exploited. Since the entire cooling process is regulated on the basis of real-time process data from the rolling and cooling process by the temperature and microstructure model, it is possible, for example, to react to unpredictable fluctuations in the rolling process, for example changed rolling temperature.

Durch die sehr geringe Zeitdifferenz zwischen Austritt des Profils aus dem Walzspalt und Beginn der gesteuerten Abkühlung wird das zeit- und temperaturabhängige Austenit-Kornwachstum unterdrückt und die im Umformprozess eingestellten optimalen Austenitstrukturen bleiben als Startbedingungen für die Umwandlung des Austenit zu Perlit erhalten. Die unmittelbare Aufeinanderfolge von Walz- und Abkühlvorgang bietet zudem die optionale Möglichkeit, mit abgesenkten Endwalztemperaturen zu arbeiten.Due to the very small time difference between the exit of the profile from the nip and the beginning of controlled cooling, the time- and temperature-dependent austenite grain growth is suppressed and the optimal austenite structures set in the forming process remain as starting conditions for the transformation of austenite to pearlite. The direct succession of rolling and cooling also offers the optional option of working with lowered final rolling temperatures.

Besonders deutlich werden die erfindungsgemäßen Vorteile im Vergleich mit bekannten Verfahren zur Herstellung von Profilen, beispielsweise Schienen mit heute üblicher großer Länge von bis zu 120 Meter. So kann beispielsweise eine 120 Meter lange Schiene in Abhängigkeit von der Walzgeschwindigkeit und der Endwalztemperatur nach ihrem vollständigen Austritt aus dem Walzspalt an der Kopfoberfläche einen Temperaturkeil zwischen 50°C und 100°C über ihre Länge aufweisen. An der Steg- beziehungsweise Fußoberfläche kann dieser Temperaturgradient über die Schienenlänge sogar noch größer sein. Laufen diese Schienen mit ihrem axial ausgeprägten Temperaturkeil in die Kühlvorrichtung ein, liegen natürlich sehr ungleiche Ausgangsbedingungen für die folgenden Umwandlungsvorgänge vor.The advantages of the invention are particularly clear in comparison with known methods for the production of profiles, such as rails with today usual long length of up to 120 meters. For example, a 120 meter long rail may have a temperature ridge between 50 ° C and 100 ° C along its length depending on the rolling speed and finish rolling temperature after it has completely exited the nip at the head surface. At the web or foot surface, this temperature gradient over the rail length can be even greater. Of course, if these rails with their axially pronounced temperature wedge enter the cooling device, very unequal initial conditions exist for the following conversion processes.

In der Regel schließen sich bei den bekannten Verfahren nach Ablage der warmgewalzten Schiene auf dem Rollgang weitere Transport- und Handhabevorgänge an, so dass mit der gezielten thermischen Behandlung der Schiene etwa erst 150 s nach deren Austritt aus dem Walzspalt oder später begonnen werden kann. Da die natürliche Abkühlung der Schiene aber bereits unmittelbar nach Verlassen des letzten Walzspalts beginnt, wird der Handlungsspielraum einer erst 150 s später einsetzenden gezielten Einflussnahme auf den Verlauf des Abkühlvorgangs in Abhängigkeit vom zeit- und temperaturspezifischen Umwandlungsverhalten des aktuellen Schienenwerkstoffs erheblich eingeschränkt.As a rule, further transport and handling processes follow in the known processes after the hot-rolled rail has been deposited on the roller table, so that the targeted thermal treatment of the rail can not be started until 150 s after it leaves the rolling gap or later. As the natural cooling of the rail but already immediately after Leaving the last nip begins, the room for maneuver of a specific influence on the course of the cooling process, which starts only 150 s later, is considerably limited as a function of the time- and temperature-specific conversion behavior of the current rail material.

Zur Eindämmung der oben genannten Nachteile und zur Eliminierung des Temperaturkeils über die Schienenlänge wird deshalb in einigen bekannten Schienen-Herstellungsverfahren eine erneute austenitisierende Erwärmung unmittelbar vor dem Abkühlprozess vorgeschlagen. Neben den positiven Effekten dieser zusätzlichen Erwärmung ist jedoch zu berücksichtigen, dass dabei die durch plastische Deformation im Austenit eingestellten vorteilhaften Gefügemerkmale teilweise verloren gehen und somit nicht oder nur bedingt auf den Umwandlungsvorgang Austenit/Perlit übertragen werden können. Zudem belastet die zumeist mittels Induktionsanlagen vorgenommene Erwärmung die energetische Bilanz dieser Verfahren und verschlechtert dadurch ihre Wirtschaftlichkeit erheblich.In order to curb the above-mentioned disadvantages and to eliminate the temperature wedge over the rail length, a renewed austenitizing heating immediately before the cooling process is therefore proposed in some known rail manufacturing processes. In addition to the positive effects of this additional heating, however, it must be taken into account that the advantageous microstructural features set by austenite plastic deformation are partially lost and thus can not or only partially be transferred to the austenite / perlite transformation process. In addition, the warming, which is usually carried out by means of induction systems, puts a strain on the energy balance of these processes, thereby considerably impairing their economic efficiency.

Die insbesondere bei der Herstellung von Schienen großer Länge zu beobachtenden technologischen und energetischen Schwachstellen werden durch das erfindungsgemäße Verfahren in vorteilhafter Weise umgangen.The technological and energetic weak points to be observed, especially in the production of rails of great length, are advantageously avoided by the method according to the invention.

Durch die simultane Verknüpfung der beiden thermomechanischen Behandlungskomponenten Walzen und Abkühlung ergibt sich ein weiterer Vorteil. Bei der erfindungsgemäßen Technologie durchläuft die Schiene mit Endwalzgeschwindigkeit die Kühlvorrichtung, sodass der Kühlzyklus dem Walzzyklus entspricht und damit die Durchsatzleistung der Schienen-Fertigungskette gegenüber anderen Verfahren bedeutend erhöht wird.The simultaneous combination of the two thermo-mechanical treatment components rollers and cooling results in a further advantage. In the technology according to the invention, the final rolling speed rail traverses the cooling device, so that the cooling cycle corresponds to the rolling cycle and thus the throughput of the rail manufacturing chain is significantly increased over other processes.

Bei den bekannten Verfahren muss zur eigentlichen Abkühlzeit noch ein beträchtliches Zeitfenster für Transport- und Handhabungsvorgänge hinzuaddiert werden. Der Umfang des technologisch notwendigen Gesamt-Zeitrahmens übersteigt in der Regel die Taktfolgen des jeweiligen Schienenwalzwerkes, sodass der Kühlprozess mit seinen vorgelagerten Logistikschritten zum Nadelöhr bei der Schienenherstellung wird. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich zur praktischen Umsetzung der TMB durch einen relativ geringen, verfahrenstechnisch notwendigen Anlagenaufwand und Platzbedarf aus. In den bekannten Verfahren wird die warmgewalzte Schiene üblicherweise nach Austritt aus dem Walzspalt auf einem Rollgang, Querschlepper oder anderen Aufnahmemittel abgelegt. Darüber hinaus werden je nach Verfahrensart ferner Ausricht-, Kipp- und Hebevorrichtungen sowie Klemm- und Halteeinrichtungen benötigt, um die Schiene in die vorgesehene Abkühlposition zu bringen.In the known methods, a considerable time window for transport and handling operations still has to be added to the actual cooling time. The scope of the technologically necessary overall time frame usually exceeds the cycle sequences of the respective rail rolling mill, so that the cooling process with its upstream logistics steps becomes the bottleneck in rail production. The inventive method is characterized for the practical implementation of the TMB by a relatively small, procedurally necessary investment and space requirements. In the known methods, the hot-rolled rail is usually deposited after leaving the nip on a roller table, cross tug or other receiving means. In addition, depending on the type of method further alignment, tilting and lifting devices and clamping and holding devices needed to bring the rail in the intended cooling position.

Im vorliegenden Verfahren wird die Schiene nach Austritt aus dem Walzspalt in ihrer seitlichen Lage von einem Führungsrollensystem aufgenommen und von diesem durch die Kühleinrichtung mit Walzgeschwindigkeit hindurchgeführt. Der thermische Behandlungsprozess erfordert lediglich eine Kühlvorrichtung und ein nachgelagertes Kühlbett zur Aufnahme der wärmebehandelten Schiene.In the present method, the rail is taken after exiting the nip in its lateral position by a guide roller system and passed through the latter by the cooling device at rolling speed. The thermal treatment process requires only a cooling device and a downstream cooling bed for receiving the heat treated rail.

Zur Anwendung und Durchführung des Verfahrens ist eine Vorrichtung vorgesehen, bei der der gesamte Abkühlprozess auf der Grundlage von Echtzeit-Prozessdaten aus dem Walz- und Kühlvorgang durch ein Temperatur- und ein Gefügemodell regelbar ist. Weitere besondere Ausgestaltungen der Vorrichtung sind den Unteransprüchen entnehmbar.For the application and implementation of the method, a device is provided, in which the entire cooling process can be controlled on the basis of real-time process data from the rolling and cooling process by a temperature and a structural model. Further particular embodiments of the device are the dependent claims.

Die bereits herausgestellte Besonderheit des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass der gesamte Abkühlprozess auf der Grundlage von Echtzeit-Prozessdaten aus dem Walz- und Kühlvorgang durch ein Temperatur- und ein Gefügemodell geregelt wird. Aus diesem Grunde ist die Vorrichtung mit einem Steuerungssystem und einem Prozessrechner ausgestattet, der die aus dem Walz- und Kühlvorgang ermittelten Prozessdaten in Echtzeit verarbeitet. Hierbei wird ein Temperatur- sowie ein Gefügemodell zugrunde gelegt, welches die Bestimmung des jeweils aktuellen Gefüges ermöglicht. Mithilfe des Gefügemodells und des Temperaturmodells kann somit der Kühlvorgang in der Form gesteuert werden, dass das vorhandene Gefüge unter Beibehaltung seiner aus der plastischen Umformung herrührenden vorteilhaften Gefügestruktur zu einem feinperlitischen Gefüge umgewandelt werden kann. Nach dem letzten Umformschritt wird durch eine beschleunigte Abkühlung des Profils das Wachstum der bei der Rekristallisation entstehenden feinen Austenit-Körner behindert, wodurch aufgrund der kurzen Zeitspanne zwischen Austritt des Profils aus dem Walzspalt und Einlauf in die Kühleinrichtung die im Rahmen der plastischen Verformung eingestellte vorteilhafte Austenit-Gefügestruktur bis zum zeitnah einsetzenden Abkühlvorganges aufrecht erhalten. Danach werden bei der im weiteren Abkühlverlauf einsetzenden Umwandlung des Austenits zu Perlit die vorteilhaften Gefügemerkmale des Austenits auf den sich bildenden Perlit vererbt und die Ausbildung eines feinkörnigen Endgefüges erreicht.The already highlighted special feature of the method according to the invention is that the entire cooling process is regulated on the basis of real-time process data from the rolling and cooling process by a temperature and a structural model. For this reason, the device is equipped with a control system and a process computer, which processes the process data determined from the rolling and cooling process in real time. This is based on a temperature and a structural model, which allows the determination of the current structure. With the aid of the structural model and the temperature model, the cooling process can thus be controlled in the form that the existing microstructure can be converted to a fine-pearlitic microstructure while maintaining its advantageous microstructure resulting from the plastic deformation. After the last forming step, accelerated cooling of the profile impedes the growth of fine austenite grains formed upon recrystallization, resulting in the advantageous austenite set in the plastic deformation due to the short time between the exit of the profile from the roll gap and the inlet to the cooling device -Guided structure up to the timely start cooling process maintained. Thereafter, when the austenite to perlite is converted in the course of the further cooling process, the advantageous microstructural features of the austenite are inherited on the forming perlite and the formation of a fine-grained final structure is achieved.

Zu diesem Zweck ist in weiterer Ausgestaltung der Vorrichtung vorgesehen, dass für den thermischen Behandlungsprozess eine Kühlvorrichtung und ein nachgelagertes Kühlbett zur Aufnahme des wärmebehandelten Profils verwendet wird. Nach Austritt des Profils aus dem Walzspalt wird zunächst sichergestellt, dass die Oberfläche kontinuierlich abkühlt und die Bedingungen für eine Banitumwandlung umgangen werden, wobei anschließend die Temperaturkurve des Oberflächenbereiches isotherm in das Perlitumwandlungsgebiet geführt wird. Auf dem nachgelagerten Kühlbett erfolgt eine kontinuierliche Abkühlung des wärmebehandelten Profils bis zur Endtemperatur.For this purpose, the device is provided in a further embodiment, that for the thermal treatment process, a cooling device and a downstream cooling bed for receiving the heat treated profile is used. After the profile emerges from the nip, it is first ensured that the surface cools continuously and the conditions for a Banit conversion are bypassed, with the temperature curve of the surface area subsequently being bypassed isothermally guided into the perlite transformation area. On the downstream cooling bed is a continuous cooling of the heat treated profile to the final temperature.

Um die Profilschiene einer optimalen Wärmebehandlung zu unterziehen, insbesondere für den Fall, dass beispielsweise ein Schienenprofil gewalzt wird, welches Querschnittsbereiche mit unterschiedlichen Massenverteilungen aufweist, ist im Weiteren vorgesehen, dass die Profilschiene nach dem Austritt aus dem Walzspalt in kaliberbedingten Seitenlage von einem Führungsrollensystem aufgenommen und mittels dieser Einrichtung durch eine nachgeschaltete Intensivkühlstrecke hindurchgeführt wird. Die Durchlaufgeschwindigkeit des Profils durch die Kühlstrecke entspricht hierbei der Endwalzgeschwindigkeit. Das Führungsrollensystem ermöglicht hierbei eine sichere Lagerung der Profilschiene, ohne dass eine Beeinträchtigung der Walzgeschwindigkeit eintritt.In order to subject the rail of an optimal heat treatment, especially in the event that, for example, a rail profile is rolled, which has cross-sectional areas with different mass distributions, it is further provided that the rail after being discharged from the roll gap in caliber-related side position of a guide roller system and is passed through a downstream intensive cooling section by means of this device. The passage speed of the profile through the cooling section corresponds to the final rolling speed. The guide roller system allows this safe storage of the rail, without affecting the rolling speed occurs.

Nach der erforderlichen Intensivkühlung wird das Profil von dem Kühlbett aufgenommen, auf dem die weitere Abkühlung an ruhender Luft bis auf die Umgebungstemperatur erfolgt. Durch die Größe und Anordnung des Kühlbettes ist hierbei gleichzeitig sichergestellt, dass mehrere Profile, insbesondere Schienenprofile, nebeneinander in dem Kühlbett aufgenommen werden können, sodass die laufende Produktion mit einem synchronen Walz- und Kühlvorgang nicht unterbrochen zu werden braucht.After the required intensive cooling, the profile is taken up by the cooling bed, on which the further cooling takes place in still air to the ambient temperature. Due to the size and arrangement of the cooling bed, this ensures at the same time that several profiles, in particular rail profiles, can be accommodated next to one another in the cooling bed, so that ongoing production with a synchronous rolling and cooling process need not be interrupted.

Zur Erreichung der erforderlichen Temperaturgradienten ist die als Sprüh-Durchlaufkühlung ausgelegte Intensivkühlstrecke mit einer definierten Anzahl von aufeinanderfolgenden und einzeln ansteuerbaren Kühlsegmenten ausgestattet. Mithilfe der steuerbaren Kühlsegmente kann eine gezielte Abkühlung der einzelnen Bereiche des Profils, insbesondere des Schienenprofils, vorgenommen werden, wobei zwischen den Kühlsegmenten Führungsvorrichtungen zur Führung des Schienenprofils angeordnet sind. Durch die Führungsvorrichtungen wird einerseits ein kontrollierter Weitertransport des Schienenprofils ermöglicht und gleichzeitig der Abkühlprozess mithilfe der Intensivkühlstrecke in Gang gesetzt.In order to achieve the required temperature gradients, the intensive cooling section, designed as a spray throughflow cooling system, is equipped with a defined number of successive cooling segments which can be controlled individually. By means of the controllable cooling segments, a targeted cooling of the individual regions of the profile, in particular of the rail profile, can be undertaken, wherein guide devices for guiding the rail profile are arranged between the cooling segments. On the one hand, the guide devices enable a controlled further transport of the rail profile and at the same time initiate the cooling process with the aid of the intensive cooling section.

Das erfindungsgemäße Verfahren und eine komplexe Steuerungsvorrichtung zur Regelung des Abkühlprozesses werden anhand von Zeichnungen nachfolgend näher erläutert.The inventive method and a complex control device for controlling the cooling process will be explained in more detail with reference to drawings below.

Es zeigtIt shows

1 den Verlauf der Abkühlkurve und 1 the course of the cooling curve and

2 ein Steuerungssystem zur Regelung des Abkühlvorgangs. 2 a control system for controlling the cooling process.

1 zeigt den Verlauf der Abkühlkurven des Oberflächen- und Kernbereiches des Schienenkopfes während der Intensivkühlung und während der nachfolgenden Abkühlung auf dem Kühlbett an ruhender Luft. Die Abkühlkurven sind zum besseren Verständnis der Umwandlungsabläufe in das kontinuierliche und isotherme ZTU-Schaubild des erfindungsgemäß verwendeten mikrolegierten Schienenstahls mit 0,4% Chrom projiziert. 1 shows the course of the cooling curves of the surface and core region of the rail head during the intensive cooling and during the subsequent cooling on the cooling bed in still air. The cooling curves are projected for a better understanding of the conversion processes in the continuous and isothermal ZTU graph of the microalloyed rail steel used in the invention with 0.4% chromium.

Das aus einem mikrolegierten Schienenstahl mit 0,4% Cr bestehende Vormaterial wird auf Walztemperatur erwärmt und in einem kontinuierlich arbeitenden Schienenwalzwerk in mehreren Stichen zu Schienen ausgewalzt. Die warmgewalzte Schiene wird unmittelbar nach Austritt aus dem letzten Walzgerüst in kaliberbedingter Seitenlage von einem Führungsrollensystem erfasst und mittels dieser Einrichtung durch eine nachgeschaltete Intensivkühlstrecke hindurchgeführt. Die Durchlaufgeschwindigkeit der Schiene durch die Kühlstrecke entspricht der Endwalzgeschwindigkeit. Nach Verlassen der Intensivkühlstrecke wird die Schiene von einem Kühlbett aufgenommen, auf dem die weitere Abkühlung an ruhender Luft bis auf Umgebungstemperatur erfolgt.The primary material consisting of a 0.4% Cr microalloyed rail steel is heated to rolling temperature and rolled into rails in a continuous rail rolling mill in several passes. The hot-rolled rail is detected by a guide roller system immediately after exiting the last rolling stand in caliber-related side position and passed through this device through a downstream intensive cooling section. The passage speed of the rail through the cooling section corresponds to the final rolling speed. After leaving the intensive cooling section, the rail is taken up by a cooling bed, on which the further cooling takes place in still air to ambient temperature.

Die Intensivkühlstrecke kann wenige Meter nach dem letzten Gerüst der Kontistraße angeordnet werden. Das konkrete Anlagen-Layout hängt von den Platzverhältnissen des jeweiligen Schienenwalzwerkes ab.The intensive cooling section can be arranged a few meters after the last framework of the Kontistraße. The concrete plant layout depends on the space conditions of the respective rail rolling mill.

Die für Sprüh-Durchlaufkühlung ausgelegte Intensivkühlstrecke besteht aus einer definierten Anzahl aufeinander folgender, einzeln ansteuerbarer Kühlsegmente. Zwischen den Kühlsegmenten sind Führungsvorrichtungen zur Führung der Schiene angeordnet.The intensive cooling section designed for spray-through cooling consists of a defined number of consecutive, individually controllable cooling segments. Guiding devices for guiding the rail are arranged between the cooling segments.

Ihre Gesamtlänge hängt vom gewählten Kühlregime und von der Endwalzgeschwindigkeit ab. So muss beispielsweise die Länge der Kühlstrecke bei einer Durchlaufgeschwindigkeit der Schiene von 2 m/s und bei Gewährleistung einer gewählten Prozesslaufzeit der Intensivkühlung von 60 s (jeder in Längsrichtung gesehene Oberflächenpunkt der Schiene ist für 60 s dem Intensivkühlvorgang ausgesetzt) 120 Meter betragen.Their total length depends on the chosen cooling regime and on the final rolling speed. Thus, for example, the length of the cooling section must be 120 meters with a 2 m / s rail speed and with a selected 60s intensive cooling cycle time (each rail longitudinal surface point exposed to intensive cooling for 60 seconds).

Mit der Intensivkühlung der warmgewalzten Schiene ist eine gezielte Einstellung einer differenzierten Gefügezusammensetzung über den Schienenquerschnitt und eine nahezu verzugsfreie Abkühlung der gesamten Schiene bis auf Raumtemperatur möglich, sodass die Aufgabenstellung zufriedenstellend gelöst wird.With the intensive cooling of the hot-rolled rail, a targeted adjustment of a differentiated structure composition across the rail cross-section and a nearly distortion-free cooling of the entire rail up to room temperature is possible, so that the task is solved satisfactorily.

Da der Schienenkörper über den Querschnitt sehr unterschiedliche spezifische Volumen- und damit auch unterschiedliche Wärmemengenanteile aufweist, muss diese Spezifik der einzelnen Querschnittsbereiche bei der Intensivkühlung berücksichtigt werden. Die ein völlig unterschiedliches Abkühlverhalten aufweisenden Querschnittsbereiche Kopf, Steg und Fuß müssen deshalb sehr differenziert gekühlt werden, um den Temperaturgradienten zwischen ihnen möglichst gering zu halten.Since the rail body over the cross section very different specific volume and thus also different amounts of heat has to take into account this specificity of the individual cross-sectional areas in the intensive cooling. The cross-sectional areas head, bar and foot, which have a completely different cooling behavior, therefore have to be cooled in a very differentiated manner so as to minimize the temperature gradient between them as much as possible.

Geregelt wird der gesamte Abkühlprozess durch ein später noch näher erläutertes komplexes Steuerungssystem, das auf der Grundlage online erfasster Echtzeit-Prozessdaten arbeitet und die Realisierung differenzierter Abkühlvorgänge ermöglicht. Das komplexe System berechnet zeitnah in jeder Phase des Abkühlvorgangs für die einzelnen Profilteile den zur Durchsetzung einer bestimmten technologischen Zielstellung notwendigen Wärmeentzug und veranlasst die Beaufschlagung des jeweiligen Profilteils mit Kühlmedium in der dafür erforderlichen Intensität.The entire cooling process is regulated by a complex control system which will be explained in more detail later on, which works on the basis of online real-time process data and enables the realization of differentiated cooling processes. The complex system calculates promptly in each phase of the cooling process for the individual profile parts necessary for the enforcement of a specific technological objective heat extraction and causes the admission of the respective profile part with cooling medium in the required intensity.

Der Abkühlprozess wird so gesteuert, dass Oberflächenbereich und Kernbereich des Schienenkopfes unterschiedlichen Abkühlgeschwindigkeiten unterliegen. Daraus resultieren aber auch unterschiedliche Umwandlungsabläufe in diesen beiden Bereichen. Entsprechend dem Verlauf der Abkühlkurven 1 und 2 wird davon ausgegangen, dass der Kernbereich im Wesentlichen kontinuierlich abgekühlt wird. Der Oberflächenbereich wird zunächst kontinuierlich abgekühlt und daran schließt sich ein Zeitfenster des isothermen Haltens an, in dem bereits die Perlitumwandlung einsetzt. Um das Umwandlungsverhalten bei diesen beiden unterschiedlichen Abkühlregimen im Kern- und Kopfbereich folgerichtig abzubilden, wird in 1 sowohl das kontinuierliche als auch das isotherme ZTU-Schaubild des verwendeten Schienenstahls hinterlegt. Der markanteste Unterschied zwischen den beiden Schaubildern besteht beispielsweise darin, dass isotherme Zustände den Beginn der Perlitumwandlung 4 deutlich zu kürzeren Abkühlzeiten verschieben.The cooling process is controlled so that the surface area and core area of the rail head are subject to different cooling rates. However, this also results in different transformation processes in these two areas. According to the course of the cooling curves 1 and 2 It is assumed that the core area will essentially be cooled continuously. The surface area is first cooled continuously and this is followed by a time window of isothermal holding, in which the perlite transformation already begins. In order to logically represent the conversion behavior of these two different cooling regimes in the core and head region, in 1 stored both the continuous and the isothermal ZTU diagram of the rail steel used. For example, the most striking difference between the two graphs is that isothermal states are the beginning of perlite transformation 4 significantly shift to shorter cooling times.

Das Temperaturniveau der warmgewalzten Schiene entspricht beim Einlauf in die Intensivkühlstrecke etwa der Endwalztemperatur von 950°C. Unmittelbar nach Eintritt in die Kühlstrecke weist die Kopfoberfläche der Schiene unter dem Einfluss sehr hoher Kühlintensität nur noch eine Temperatur leicht unterhalb von 700°C auf. Die Kühlung mit hoher Intensität wird fortgesetzt, bis. die Oberflächentemperatur auf einen Wert leicht oberhalb 500°C abgesenkt worden ist. Bis zu diesem Zeitpunkt weist die Abkühlkurve der Kopfoberfläche einen kontinuierlichen Verlauf auf. Die Temperatur des Oberflächenbereiches wird ab diesem Zeitpunkt bis zum Austritt der Schiene aus der Intensivkühlstrecke in einem Temperaturkorridor isotherm gehalten, der unbedingt oberhalb der Bainitstarttemperatur geführt werden muss. Etwa 15 s nach Beginn der Intensivkühlung erreicht die Abkühlkurve der Kopfoberfläche 1 bei ca. 530°C den kritischen Punkt des Beginns der Perlitbildung bei isothermer Umwandlung 4 und im Oberflächenbereich des Schienenkopfes setzt die Umwandlung von Austenit zu Perlit ein. Dieser Umwandlungsprozess läuft bis zur vollständigen Perlitbildung im Wesentlichen im vorstehend genannten Temperaturkorridor ab.The temperature level of the hot-rolled rail corresponds to the final rolling temperature of 950 ° C when entering the intensive cooling section. Immediately after entering the cooling section, the head surface of the rail under the influence of very high cooling intensity only a temperature slightly below 700 ° C. The high-intensity cooling will continue until. the surface temperature has been lowered to a value slightly above 500 ° C. Until then, the cooling curve of the head surface has a continuous course. The temperature of the surface area is held isothermally from this point to the exit of the rail from the intensive cooling section in a temperature corridor, which must be performed necessarily above the Bainitstarttemperatur. About 15 seconds after the start of the intensive cooling, the cooling curve reaches the head surface 1 at 530 ° C the critical point of the onset of perlite formation in isothermal transformation 4 and in the surface area of the rail head, the transformation of austenite to pearlite starts. This conversion process proceeds to the complete perlite formation substantially in the above-mentioned temperature corridor.

Unmittelbar nach Eintritt in die Intensivkühlstrecke weist der Kernbereich des Schienenkopfes noch Endwalztemperatur in Höhe von 950°C auf. Durch die intensive Abkühlung der Kopfoberfläche wird dem Kernbereich jedoch im weiteren Kühlprozess kontinuierlich Wärme entzogen. Die aus dem Kern Richtung Oberflächenbereich abfließende Wärme würde dort normalerweise zu einem Temperaturanstieg führen. Da der Oberflächenbereich aber weiterhin dem Einfluss des Kühlmediums unterliegt, wird die kontinuierlich aus dem Kern nachfließende Wärme über das Kühlmedium abgeführt. Die Kühlintensität wird so eingestellt, dass die Abkühlkurve des Oberflächenbereiches in dem oben genannten Temperaturkorridor isotherm gehalten wird. Die Abkühlkurve des Kernbereiches 2 entspricht weitestgehend einer kontinuierlichen Abkühlung.Immediately after entering the intensive cooling section, the core region of the rail head still has a final rolling temperature of 950 ° C. Due to the intensive cooling of the head surface, however, heat is continuously withdrawn from the core area in the further cooling process. The heat flowing from the core to the surface area would normally cause a rise in temperature there. However, since the surface area is still subject to the influence of the cooling medium, the heat flowing continuously from the core is dissipated via the cooling medium. The cooling intensity is adjusted so that the cooling curve of the surface area in the above-mentioned temperature corridor is kept isothermal. The cooling curve of the core area 2 corresponds largely to a continuous cooling.

Der Kühlprozess wird so gesteuert, dass zunächst durch Beaufschlagung der Schienenoberfläche mit einem Kühlmedium größter Kühlintensität ein möglichst hoher Temperaturgradient zwischen Kopfoberfläche und Kernbereich eingestellt wird. Dabei darf zu keinem Zeitpunkt die Martensitstarttemperatur 6 unterschritten werden. Zudem muss die Oberflächentemperatur zum kritischen Zeitpunkt des Starts einer möglichen Bainitumwandlung oberhalb dieser Bainitstarttemperatur liegen. Im weiteren Verlauf der Intensivkühlung wird dem Schienenkopf eine beträchtliche Wärmemenge entzogen, so dass auf diese Weise permanent ein Temperaturausgleich zwischen dessen Oberflächen- und Kernbereich erfolgt.The cooling process is controlled so that the highest possible temperature gradient between the surface of the head and the core area is initially set by subjecting the rail surface to a cooling medium of greatest cooling intensity. At no time should the martensite start temperature be used 6 be fallen below. In addition, the surface temperature at the critical time of the start of a possible bainite transformation must be above this bainite start temperature. In the course of the intensive cooling, a considerable amount of heat is removed from the rail head, so that in this way permanent temperature compensation takes place between its surface and core area.

In der Intensivkühlphase wird ferner parallel zur gezielten Behandlung des Schienenkopfes auch die Temperaturführung im Steg und Fuß der Schiene gesteuert. In Abhängigkeit vom Temperaturgradienten zwischen Schienenkopf und den übrigen Profilteilen werden Steg und Fuß zur Verhinderung von Verzugserscheinungen differenziert gekühlt.In the intensive cooling phase, the temperature control in the web and foot of the rail is also controlled parallel to the targeted treatment of the rail head. Depending on the temperature gradient between the rail head and the other profile parts web and foot are cooled differentiated to prevent distortion.

Nachdem die Schiene die Intensivkühlstrecke verlassen hat, setzt sich der Wärmeausgleich zwischen Oberflächen- und Kernbereich des Schienenkopfes auf dem Kühlbett fort. Die Temperatur des Kernbereiches nimmt weiterhin ab und die Temperatur der nicht mehr gekühlten Oberfläche steigt aufgrund der abfließenden Wärme aus dem Kern wieder an.After the rail has left the intensive cooling section, the heat balance between surface and core area of the rail head continues on the cooling bed. The temperature of the core region continues to decrease and the temperature of the no longer cooled surface rises again due to the heat flowing out of the core.

Die während der Intensivkühlung begonnene Gefügeumwandlung wird auf dem Kühlbett fortgesetzt. Die Abkühlkurve des Oberflächenbereiches bewegt sich weiterhin in der für isotherme Umwandlung geltenden Perlitbildungszone. Mit Erreichen des Kurvenverlaufs 5, der den Abschluss der Perlitumwandlung abbildet, ist im Oberflächenbereich des Schienenkopfes der Austenit vollständig zu Perlit umgewandelt. Fast zeitgleich tritt die Abkühlungskurve des Kernbereiches in das für kontinuierliche Abkühlung geltende Perlitumwandlungsgebiet ein und damit entsteht auch im Kernbereich des Schienenkopfes ein perlitisches Gefüge. Die Perlitbildung in der Kernzone erfolgt etwa in einem Umwandlungs-Temperaturbereich zwischen 590°C und 550°C. The microstructural transformation begun during the intensive cooling is continued on the cooling bed. The cooling curve of the surface area continues to move in the perlite formation zone used for isothermal conversion. With reaching the curve 5 which images the completion of the pearlite transformation is completely converted into pearlite in the surface area of the rail head of the austenite. Almost at the same time, the cooling curve of the core region enters the perlite transformation region which is valid for continuous cooling, and thus also produces a pearlitic structure in the core region of the rail head. Perlite formation in the core zone occurs approximately in a conversion temperature range between 590 ° C and 550 ° C.

Da die Perlitbildung durch Diffusionsvorgänge beeinflusst wird, ist die Qualität des entstandenen Perlitgefüges von den jeweiligen Umwandlungstemperaturen abhängig. So bewirken sinkende Umwandlungstemperaturen abnehmende Diffusionswege, und sie führen somit in Verbindung mit vermehrter Keimbildung letztendlich zu einem Perlit mit kleineren Lamellenabständen.Since perlite formation is influenced by diffusion processes, the quality of the resulting pearlite structure depends on the respective transformation temperatures. Thus, decreasing transition temperatures cause decreasing diffusion paths, and thus, in conjunction with increased nucleation, ultimately lead to a perlite with smaller fin pitches.

Im erfindungsgemäßen Abkühlprozess findet die Umwandlung von Austenit zu Perlit im Oberflächen- beziehungsweise Kernbereich des Schienenkopfes bei unterschiedlichen Umwandlungstemperaturen statt. Der Umwandlungsvorgang im Oberflächenbereich erfolgt insgesamt in einem niedrigeren Temperaturband als die Umwandlung im Kernbereich. Durch die unterschiedlichen Umwandlungstemperaturen wird zwischen diesen beiden Bereichen ein graduiertes feinperlitisches Gefüge eingestellt. Aufgrund der vorteilhafteren Umwandlungsbedingungen weist der Oberflächenbereich des Schienenkopfes vorwiegend feinst lamellaren Perlit auf, der in Richtung Kernbereich in ein Gefüge mit größerem Lamellenabstand übergeht.In the cooling process according to the invention, the transformation of austenite into pearlite takes place in the surface or core region of the rail head at different transformation temperatures. Overall, the conversion process in the surface region occurs in a lower temperature band than the conversion in the core region. Due to the different transformation temperatures, a graduated fine-pearlitic microstructure is set between these two areas. Due to the more advantageous transformation conditions, the surface region of the rail head predominantly has the finest lamellar pearlite, which merges in the direction of the core region into a structure with a larger fin spacing.

Die äußerst komplexe Aufgabe, den gesamten Kühlprozess so zu steuern, dass die Schiene die Intensivkühlstrecke mit den in Kopf, Steg und Fuß eingestellten gewünschten Eigenschaftsmerkmalen möglichst verzugsfrei verlässt, wird durch das in 2 schematisch dargestellte Steuerungssystem gelöst. Die wesentlichen Bestandteile des erfindungsgemäßen Steuerungssystems sind ein Online-Temperaturmodell und ein Online-Gefügemodell.The extremely complex task of controlling the entire cooling process in such a way that the rail leaves the intensive cooling section with the desired characteristic features set in the head, web and foot as fast as possible is determined by the 2 solved schematically illustrated control system. The essential components of the control system according to the invention are an online temperature model and an online structural model.

Das FEM-basierte Online-Temperaturmodell berechnet die Schienentemperaturen für eine definierte Anzahl von Punkten über den Querschnitt sowie für eine festgelegte Anzahl an Querschnitten über die Schienenlänge während des gesamten Abkühlvorgangs.The FEM-based online temperature model calculates the rail temperatures for a defined number of points across the cross section and for a specified number of cross sections along the rail length throughout the cooling process.

Aufgrund der Verteilung der Berechnungspunkte über Querschnitt und Länge der Schiene können sowohl die Temperaturverläufe in den Profilteilen Kopf, Steg und Fuß separat betrachtet als auch auftretende Längentemperaturgradienten verfolgt werden.Due to the distribution of the calculation points over the cross-section and length of the rail, the temperature profiles in the profile parts head, web and foot can be considered separately as well as occurring long-term temperature gradients.

Das Online-Gefügemodell berechnet die Gefügeentwicklungen in den einzelnen Querschnittsbereichen der Schiene für alle Abkühlphasen. Dabei werden insbesondere Gefügemengenverläufe für festgelegte kritische Punkte im Schienenkopfbereich bestimmt sowie Umwandlungswärme und Korngrößen berechnet.The online structural model calculates the microstructural developments in the individual cross-sectional areas of the rail for all cooling phases. In particular, microstructure curves for defined critical points in the rail head area are determined and conversion heat and grain sizes are calculated.

Temperatur- und Gefügemodell arbeiten im ständigen Daten-Informationsaustausch. So erhält das Temperaturmodell kontinuierlich Informationen über die Gefügeentwicklung im Kopfbereich der Schiene. Dabei werden vom Online-Gefügemodell kritische Umwandlungsdaten, beispielsweise Startzeit und Starttemperatur einer nicht gewünschten Perlit/Bainit Umwandlung, übermittelt und Informationen zur Umwandlungswärme geliefert.Temperature and microstructure models work in constant data exchange. This gives the temperature model continuous information about the structure development in the head area of the rail. Critical conversion data, such as start time and start temperature of an unwanted perlite / bainite transformation, are transmitted by the online structural model and information about the heat of transformation is provided.

Die Arbeitsweise und das Leistungsvermögen des kompletten Modellsystems resultieren aus den drei funktionellen Ebenen des Systems.The operation and performance of the complete model system results from the three functional levels of the system.

Die erste Ebene wird durch eine Werkstoff-Parameterdatenbank verkörpert. Sie versorgt das Modellsystem mit den notwendigen Kennwerten für wärmephysikalische und werkstofftechnische Berechnungen. Zudem werden in dieser Datenbank die Parameter sämtlicher relevanter Schienenwerkstoffe hinterlegt. Diese Werkstoffparameter können in die drei nachfolgend genannten Gruppen unterteilt werden:

– Wärmephysikalische Kennwerte zur Temperatursimulation als Funktion der Temperatur (z. B. spezifische Wärme oder Dichte; Wärmeübergangszahlen als Funktion der Temperatur und des Kühlmediums).
– Kennwerte zur Berechnung von Ver- und Entfestigungszuständen und von Korngrößen (dynamische und statische Rekristallisation, Kornwachstum).
– Neuronale Netze zur Berechnung des Umwandlungsverhaltens und der Eigenschaften (Ferrit, Perlit, Bainit, Martensit, Härte).

The first level is represented by a material parameter database. It supplies the model system with the necessary parameters for thermal-physical and material-technical calculations. In addition, the parameters of all relevant rail materials are stored in this database. These material parameters can be divided into the following three groups:

- Heat physical parameters for temperature simulation as a function of temperature (eg specific heat or density, heat transfer coefficients as a function of temperature and cooling medium).
- Characteristic values for the calculation of hardening and softening conditions and of grain sizes (dynamic and static recrystallisation, grain growth).
- Neural networks for the calculation of the conversion behavior and properties (ferrite, pearlite, bainite, martensite, hardness).

In der zweiten Funktionsebene, auch Technologieebene genannt, werden die Zusammenhänge zwischen dem Walz- und Abkühlvorgang miteinander verknüpft. Hier werden die Walz- und Messdaten bereitgestellt und an das Temperaturmodell angekoppelt. Zudem stellt diese Funktionsebene alle Zeit-Temperatur-Umform-Beziehungen für die Gefügesimulation bereit. Ergebnisse aus der dritten Funktionsebene, der Gefügesimulation, werden hier aufbereitet und an den Prozessrechner für die Steuerung der einzelnen Kühlgruppen übergeben. Aus dieser Funktionsebene heraus erfolgt die Kommunikation mit dem Level II der Walzstraße und dem Level I der Intensivkühlstrecke.In the second functional level, also called technology level, the relationships between the rolling and cooling processes are linked together. Here, the rolling and measured data are provided and coupled to the temperature model. In addition, this functional level provides all time-temperature-transformation relationships for the microstructure simulation. Results from the third functional level, the microstructure simulation, are processed here and transferred to the process computer for the control of the individual cooling groups. Out In this function level, communication takes place with level II of the rolling train and level I of the intensive cooling section.

In der dritten Funktionsebene erfolgt die Gefügesimulation. In dieser Ebene wird das Umwandlungsverhalten während des gesamten Abkühlvorgangs simuliert. Darüber hinaus erfolgt hier die Berechnung der Umwandlungswärme und der Korngrößen. Aus dieser Ebene heraus werden Informationen über das Erreichen von Umwandlungszeitpunkten bzw. über -starttemperaturen an das Temperaturmodell übergeben.In the third functional level the microstructure simulation takes place. At this level, the conversion behavior is simulated throughout the cooling process. In addition, the calculation of the heat of transformation and the grain sizes takes place here. From this level, information about reaching conversion times or over-start temperatures is passed to the temperature model.

Beim Auslauf eines aktuell zu betrachtenden Schienenquerschnittes aus dem letzten Gerüst werden vom Walzprozess-Führungsrechner die jeweiligen Temperaturwerte für Kopf, Steg und Fuß der Schiene an die beiden Online-Modelle übergeben. Zusätzlich wird am Gerüstauslauf mittels Pyrometer eine Temperaturmessung an den drei Querschnittspositionen vorgenommen. Nach Abgleich und Verifikation der Temperaturdaten werden diese Werte als Starttemperaturen für Kopf, Steg und Fuß des jeweils aktuellen Schienenquerschnitts dem Temperaturmodell übergeben. Das Temperaturmodell besetzt mit diesen Startwerten eine interne Temperaturmatrix und startet die Temperaturberechnung für diesen Querschnitt über alle Phasen der Intensivkühlung.When a current rail cross-section from the last stand is being discharged, the rolling process control computer transfers the respective temperature values for the head, web and foot of the rail to the two online models. In addition, a temperature measurement at the three cross-sectional positions is carried out on the scaffolding outlet by means of a pyrometer. After adjustment and verification of the temperature data, these values are transferred to the temperature model as start temperatures for the head, web and foot of the current rail cross-section. The temperature model occupies an internal temperature matrix with these start values and starts the temperature calculation for this cross section over all phases of the intensive cooling.

Während des gesamten Intensivkühlvorgangs steht das Temperaturmodell im ständigen Daten-Dialog mit dem Gefügemodell.Throughout the intensive cooling process, the temperature model is in constant dialogue with the structural model.

Das Temperaturmodell überwacht beispielsweise die Einhaltung der Zielfunktion, die darin besteht, die Temperaturverläufe in den Querschnittsbereichen Kopf, Steg und Fuß möglichst dicht beieinander zu führen. Besonders in den Phasen der Umwandlungsvorgänge ist die Temperaturführung dieser drei Bereiche kritisch, weil es hier zu Volumenänderungen und in deren Folge zum Verzug der Schiene kommt. Zum Zeitpunkt der Gefügeumwandlung übermittelt das Gefügemodell Informationen über die entstandene Umwandlungswärme an das Temperaturmodell.The temperature model monitors, for example, compliance with the objective function, which consists in keeping the temperature profiles in the cross-sectional areas head, bar and foot as close as possible to one another. Especially in the phases of the conversion processes, the temperature control of these three areas is critical because it comes to volume changes and as a result to the distortion of the rail. At the time of structural transformation, the structural model transmits information about the resulting heat of transformation to the temperature model.

Im Schienenkopf entsteht infolge der Intensivkühlung ein großer Temperaturgradient zwischen Oberflächen- und Kernbereich, weil die Oberfläche zu Beginn des Kühlvorgangs einer besonders intensiven Abkühlung ausgesetzt ist. Das Temperaturmodell überwacht den Verlauf des Temperaturgradienten und es erhält vom Gefügemodell ständig Informationen über die Gefügeentwicklung im Kopfbereich.As a result of the intensive cooling, a large temperature gradient arises between the surface area and the core area in the rail head because the surface is subjected to particularly intensive cooling at the beginning of the cooling process. The temperature model monitors the course of the temperature gradient and constantly receives information about the microstructure development in the head area from the microstructure model.

Zudem bestimmt das Gefügemodell permanent die Gefügemengenverläufe für festgelegte kritische Punkte in diesem Bereich. Bei auftretenden Abweichungen gegenüber den Vorgaben, so z. B. bei einer zu niedrigen Oberflächentemperatur, die zu einem unerwünschten Bainitstart führen kann, werden über das Temperaturmodell Informationen zur Regelung der Kühlstrecke an den Prozessrechner übergeben. Mit dem erfindungsgemäßen Modellsystem können im Echtzeitbetrieb sowohl die Temperatur- als auch die Gefügeentwicklung überwacht und bei Bedarf korrigierend geregelt werden. Durch Kopplung der beiden Online-Modelle kann auf Änderungen der Randbedingungen während des vorausgegangenen Walzprozesses bzw. während der aktuellen Kühlbehandlung aktiv reagiert werden.In addition, the microstructure model permanently determines the microstructural gene profiles for defined critical points in this area. In case of deviations from the requirements, such. B. at too low surface temperature, which can lead to an undesirable bainite, information about the control of the cooling section are passed to the process computer via the temperature model. With the model system according to the invention, both the temperature and the microstructure development can be monitored in real-time operation and, if necessary, corrected in a corrective manner. By coupling the two online models, it is possible to react actively to changes in the boundary conditions during the previous rolling process or during the current cooling treatment.

Das vorgeschlagene Steuerungs- und Modellsystem gewährleistet, dass auch bei aktuellen technologischen Abweichungen im Walz- bzw. Abkühlprozess durch das Zusammenspiel von Temperatur- und Gefügemodell zeitnah Temperaturverläufe berechnet werden, die im Ergebnis der thermomechanischen Behandlung zur Einstellung eines vorgegebenen Zielgefüges und somit eines gewünschten Eigenschaftsprofils in der Schiene führen.The proposed control and model system ensures that even with current technological deviations in the rolling or cooling process by the interaction of temperature and structural model timely temperature curves are calculated, resulting in the thermomechanical treatment for setting a predetermined target structure and thus a desired property profile in lead the rail.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Abkühlkurve der KopfoberflächeCooling curve of the head surface
22: Abkühlkurve des Kernbereiches des KopfesCooling curve of the core area of the head
33: Perlitumwandlungsgebiet bei kontinuierlicher AbkühlungPerlite transformation area with continuous cooling
44: Beginn der Perlitumwandlung bei isothermer UmwandlungStart of perlite transformation in isothermal transformation
55: Abschluss der Perlitumwandlung bei isothermer UmwandlungCompletion of the perlite transformation in isothermal transformation
66: Starttemperatur für MartensitbildungStart temperature for martensite formation

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 2045341 A1 [0009] EP 2045341 A1 [0009]
EP 1730317 B1 [0009] EP 1730317 B1 [0009]
EP 2071044 A1 [0009] EP 2071044 A1 [0009]
EP 1493831 A1 [0009] EP 1493831 A1 [0009]
AT 505930 B1 [0010] AT 505930 B1 [0010]
AT 410549 B [0010] AT 410549 B [0010]
AT 409268 B [0010] AT 409268 B [0010]
WO 2010/089325 A1 [0010] WO 2010/089325 A1 [0010]
EP 1900830 B1 [0011] EP 1900830 B1 [0011]
AT 407057 B [0011] AT 407057 B [0011]
US 7217329 B2 [0011] US 7217329 B2 [0011]
AT 504706 A1 [0012] AT 504706 A1 [0012]

Claims

Verfahren zur thermomechanischen Behandlung von warmgewalzten Profilen aus der Walzhitze, insbesondere von Profilen mit einer im Querschnitt unterschiedlichen Massenverteilung, wobei die Abkühlung der Profile synchron zum Walzvorgang erfolgt, gekennzeichnet durch eine Vererbung der Korngrößen aus der Walzhitze und Einstellung eines Temperaturgradienten zwischen Profiloberfläche und Kernbereich der massereichen Profilabschnitte zeitnah beim Eintritt in das Perlitumwandlungsgebiet, sodass ein graduiertes feinperlitisches Gefüge im massereichen Profilabschnitt entsteht.Process for the thermomechanical treatment of hot-rolled profiles from the rolling heat, in particular profiles with a different mass distribution in cross-section, wherein the cooling of the profiles takes place synchronously to the rolling process, characterized by an inheritance of the grain sizes from the rolling heat and setting a temperature gradient between the profile surface and core region of the massive Profile sections timely when entering the pearlite transformation area, so that a graduated fine-pearlitic structure in the massive profile section is formed.

Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Temperaturführung auf Grundlage hinterlegter Werkstoffdaten und online erfasster Walz- und Kühlprozessdaten zur Bestimmung der erforderlichen Kühldauer und Kühlintensität und Regelung des Abkühlprozesses.A method according to claim 1, characterized by a temperature control based on stored material data and online recorded rolling and cooling process data for determining the required cooling time and cooling intensity and control of the cooling process.

Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die Einstellung eines bestimmten Temperaturgradienten zwischen der Profiloberfläche und dem Kernbereich der massereichen Profilabschnitte in Abhängigkeit der online erfassten Walz- und Kühlprozessdaten.A method according to claim 1 or 2, characterized by the setting of a certain temperature gradient between the profile surface and the core region of the massive profile sections depending on the online recorded rolling and cooling process data.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der gesamte Abkühlprozess auf der Grundlage von Echtzeit-Prozessdaten aus dem Walz- und Kühlvorgang durch ein Temperatur- und eine Gefügemodell, die wesentliche Bestandteile eines Steuerungssystems sind, geregelt wird.Method according to one of claims 1, 2 or 3, characterized in that the entire cooling process on the basis of real-time process data from the rolling and cooling process by a temperature and a structural model, which are essential components of a control system, is regulated.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchlaufgeschwindigkeit des Walzgutes in der Kühlvorrichtung durch die Endwalzgeschwindigkeit bestimmt wird und dass die Zeitspanne zwischen Auslauf aus dem letzten Fertiggerüst und Einlauf in die Kühlvorrichtung so gering wie möglich gehalten wird, vorzugsweise unter 100 Sekunden liegt.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the passage speed of the rolling stock in the cooling device is determined by the final rolling speed and that the time period between discharge from the last finishing stand and inlet to the cooling device is kept as low as possible, preferably below 100 Seconds.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlparameter in den einzelnen Kühlphasen so eingestellt werden, dass die Oberfläche anfänglich kontinuierlich abkühlt und die Bedingungen für eine Bainitumwandlung umgangen werden und anschließend die Temperaturkurve des Oberflächenbereiches isotherm in das Perlitumwandlungsgebiet geführt wird.Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the cooling parameters are set in the individual cooling phases so that the surface initially cooled continuously and the conditions for a Bainitumwandlung be bypassed and then the temperature curve of the surface area is isothermally fed into the Perlitumwandlungsgebiet.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Umform-Temperatur-Zeit-Regime der jeweiligen thermomechanischen Behandlung über das Online-Temperaturmodell und das Online-Gefügemodell sowie online erfasster Echtzeit-Prozessdaten aus dem Walz- und Kühlvorgang zeitnah und unmittelbar an die relevanten Daten des aktuellen Profilwerkstoffs angepasst werden.Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the forming temperature-time regime of the respective thermo-mechanical treatment via the online temperature model and the online structural model and online recorded real-time process data from the rolling and cooling process promptly and immediately adapted to the relevant data of the current profile material.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlprozessdaten für die Profile, beispielsweise einem Schienenprofil, an die unterschiedlichen Querschnittsabschnitte angepasst werden, wobei die einzelnen Querschnittsabschnitte getrennt erfasst und gekühlt werden und/oder dass speziell der Temperaturverlauf im massereichen Profilabschnitt, beispielsweise einem Schienenkopf, so gesteuert wird, dass zwischen Oberflächen- und Kerntemperatur ein gezielter Temperaturgradient eingestellt wird.Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that the cooling process data for the profiles, for example a rail profile, are adapted to the different cross-sectional sections, wherein the individual cross-sectional sections are detected and cooled separately and / or that specifically the temperature profile in the massive profile section, For example, a rail head is controlled so that a targeted temperature gradient is set between surface and core temperature.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Abkühlprozess so gesteuert wird, dass der Oberflächenbereich und der Kernbereich des Schienenkopfes unterschiedlichen Abkühlgeschwindigkeiten unterliegen.Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that the cooling process is controlled so that the surface region and the core region of the rail head are subject to different cooling rates.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Querschnittsbereiches eines Schienenprofils, und zwar Kopf-, Steg-, und Fußbereich in Abhängigkeit vom jeweils aktuellen Temperaturgradienten zwischen diesen Querschnittsbereichen während des gesamten Abkühlvorgangs differenziert gekühlt werden.Method according to one of claims 1 to 9, characterized in that the individual cross-sectional area of a rail profile, namely head, web, and foot are differentiated depending on the respective current temperature gradient between these cross-sectional areas during the entire cooling process.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlintensität in den einzelnen Kühlphasen über die gesamte Kühldauer zur Realisierung eines gezielten Verlaufs der Abkühlkurven des Oberflächen- und Kernbereiches des Schienenkopfes differenziert eingestellt wird.Method according to one of claims 1 to 10, characterized in that the cooling intensity is set differentiated in the individual cooling phases over the entire cooling period for the realization of a specific course of the cooling curves of the surface and core region of the rail head.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlprozess so gesteuert wird, dass zur Einstellung eines möglichst großen Temperaturgradienten zwischen dem Oberflächenbereich und Kernbereich zunächst eine Beaufschlagung der Oberfläche mit einem Kühlmittel größter Kühlintensität erfolgt.Method according to one of claims 1 to 11, characterized in that the cooling process is controlled so that to set the largest possible temperature gradient between the surface region and the core region, the surface is first exposed to a coolant of maximum cooling intensity.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass vom Walzprozess-Führungsrechner die jeweiligen Temperaturwerte für Kopf-, Steg- und Fußbereich des Schienenprofils an die beiden Online-Modelle übergeben werden.Method according to one of Claims 1 to 12, characterized in that the respective temperature values for head, bar and foot region of the rail profile are transferred by the rolling process management computer to the two online models.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass am Gerüstauslauf mittels Pyrometer zumindest eine Temperaturmessung an einem der drei Querschnittsbereiche vorgenommen wird, und/oder dass am Gerüstauslauf mittels Röntgenanalyse die Gefügeformation an zumindest einem der drei Querschnittsbereiche ermittelt wird, und/oder dass am Gerüstauslauf mittels Wirbelstrommessung die Gefügeformation in zumindest einem der drei Querschnittsbereiche ermittelt wird.Method according to one of claims 1 to 13, characterized in that at least one temperature measurement at one of the three cross-sectional areas is carried out at the scaffold outlet by means of a pyrometer, and / or that the structural formation is determined at least one of the three cross-sectional areas at the scaffold outlet by means of X-ray analysis, and / or that at the scaffolding outlet by means of Eddy current measurement, the microstructure formation is determined in at least one of the three cross-sectional areas.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Intensivkühlung an der ruhenden Schiene auf dem Kühlbett mittels Wirbelstromsensoren der Perlitisierungsgrad des Kopfgefüges ermittelt wird.Method according to one of claims 1 to 14, characterized in that after the intensive cooling on the stationary rail on the cooling bed by means of eddy current sensors, the degree of perlitization of the head structure is determined.

Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Ergebnisse der Wirbelstrommessung auf dem Kühlbett als Korrekturwert für die Kühlparametereinstellung der nachfolgenden Schienenprofile verwendet werden.A method according to claim 15, characterized in that the results of the eddy current measurement are used on the cooling bed as a correction value for the Kühlparametereinstellung the subsequent rail profiles.

Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, umfassend zumindest eine Kühlvorrichtung und ein Steuerungssystem, dadurch gekennzeichnet, dass der gesamte Abkühlprozess auf der Grundlage von Echtzeit-Prozessdaten aus dem Walz- und Kühlvorgang durch ein Temperatur- und ein Gefügemodell über das Steuerungssystem regelbar ist.Apparatus for carrying out the method according to one or more of the preceding claims, comprising at least one cooling device and a control system, characterized in that the entire cooling process on the basis of real-time process data from the rolling and cooling process by a temperature and a structural model on the Control system is adjustable.

Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil nach Verlassen der Intensivkühlstrecke von einem Kühlbett aufnehmbar ist, auf dem die weitere Abkühlung an ruhender Luft bis auf die Umgebungstemperatur erfolgt.Apparatus according to claim 17, characterized in that the profile after leaving the intensive cooling section of a cooling bed is receivable, on which the further cooling of static air takes place up to the ambient temperature.

Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass für den thermischen Behandlungsprozess eine Kühlvorrichtung und ein nachgelagertes Kühlbett zur Aufnahme des wärmebehandelten Profils vorgesehen ist.Apparatus according to claim 17 or 18, characterized in that for the thermal treatment process, a cooling device and a downstream cooling bed for receiving the heat-treated profile is provided.

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil, beispielsweise ein Schienenprofil, nach Austritt aus dem Walzspalt in kaliberbedingter Seitenlage von einem Führungsrollensystem aufgenommen und von diesem durch die Kühleinrichtung mit Walzgeschwindigkeit hindurchführbar ist.Device according to one of claims 17 to 19, characterized in that the profile, for example, a rail profile, taken after exiting the roll gap in caliber-related lateral position of a guide roller system and can be passed through the latter by the cooling device at rolling speed.

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die als Sprüh-Durchlaufkühlung ausgelegte Kühlstrecke aus einer definierten Anzahl aufeinander folgender und einzeln ansteuerbarer Kühlsegmente besteht.Device according to one of claims 17 to 20, characterized in that the designed as a spray-flow cooling section consists of a defined number of successive and individually controllable cooling segments.

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Kühlsegmenten Führungsvorrichtungen zur Führung des Profils, beispielsweise Schienenprofils, angeordnet sind.Device according to one of claims 17 to 21, characterized in that between the cooling segments guide devices for guiding the profile, for example rail profile, are arranged.