DE102018119187B4

DE102018119187B4 - Wärmebehandlungsverfahren nach dem Schweißen für einen Bainitschienenschweißanschluss

Info

Publication number: DE102018119187B4
Application number: DE102018119187.1A
Authority: DE
Inventors: Wei Bai; Dadong Li; Ruoyu Wang; Jian Deng; Xin Lu; Feixiang Xu
Original assignee: Pangang Group Research Institute Co Ltd
Current assignee: Pangang Group Research Institute Co Ltd
Priority date: 2017-08-07
Filing date: 2018-08-07
Publication date: 2022-12-29
Anticipated expiration: 2038-08-08
Also published as: CN107385188B; AU2018214003B2; CN107385188A; AU2018214003A1; DE102018119187A1

Abstract

Wärmebehandlungsverfahren nach dem Schweißen für einen Bainitschienenschweißanschluss, dadurch gekennzeichnet, dass es folgende Schritte umfasst:A. Durchführen einer ersten Abkühlung des durch das Schweißen erhaltenen Schweißanschlusses von 1500-1600°C auf 150-250°C, wobei es sich bei dem Verfahren der ersten Abkühlung um eine natürliche Kühlung an der Luft handelt;B. Erwärmen des Schweißanschlusses mittels einer Mittelfrequenzinduktions-Profilelektroheizspule und/oder einer Sauerstoff-Acetylen-Flammenprofilheizung auf 880-960°C;C. Durchführen einer zweiten Abkühlung für den Schweißanschluss, Aufhören mit der zweiten Abkühlung beim Kühlen auf 180-250°C, anschließendes Durchführen einer dritten Abkühlung auf die Raumtemperatur von 5-40°C; wobei es sich bei dem Verfahren der zweiten Abkühlung um eine schnelle Kühlung mit gespritzter Luft als Kühlmedium handelt, während die Kühlstarttemperatur der zweiten Abkühlung mehr als 800°C beträgt; und wobei es sich bei dem Verfahren der dritten Abkühlung um eine natürliche Kühlung an der Luft handelt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der Eisenbahnschienenherstellung, insbesondere ein Wärmebehandlungsverfahren nach dem Schweißen für einen Bainitschienenschweißanschluss.
STAND DER TECHNIK
Seit den letzten Jahrzehnten ist die Bainitschiene zum Forschungsschwerpunkt der verschiedenen Länder auf der Welt geworden und hat aufgrund einer guten Festigkeit, Zähigkeit und Verschleißfestigkeit sowie einer langen Lebensdauer eine gute Aussicht, die herkömmliche perlitische Schiene zu ersetzen. Die Bainitschiene wird weit verbreitet in Eisenbahnweichenteilen und Kurvensegmenten der Schwerlastlinie mit kleinem Radius verwendet. Zurzeit ist die Nahtlosigkeit der Schienen zu einem unvermeidlichen Trend geworden. Als wichtiger Arbeitsschritt im nahtlosen Prozess der Schienen ist die Qualität des Schienenschweißens direkt mit der Lebensdauer der Eisenbahnlinien und sogar der Fahrsicherheit verbunden. Während des Betriebs der Schiene aufgrund der Schweißqualität und der Komplexität der tatsächlichen Betriebsbedingungen der Linie liegt der Bruch der geschweißten langen Schiene hauptsächlich an dem Schweißanschluss, so dass der Schweißanschluss zum schwachen Kettenglied der nahtlosen Linie geworden ist.
Unter Einfluss des Schmelzprozesses und der hohen Temperatur sind die Austenitkörner in der überhitzten Zone des Schienenschweißens grob, was dazu führt, dass die Härte dieser Zone wesentlich niedriger als die des Grundmaterials ist. Während des Betriebs ist der erweichte Schienenschweißanschluss anfällig dafür, an dem Schienenkopf-Laufflächenabschnitt des Anschlusses einen sattelförmigen Verschleiß auszubilden, dadurch wird der Rad-Schiene-Schlag erhöht, die Lebensdauer der Schiene beeinträchtigt und sogar die Verkehrssicherheit gefährdet. In den aktuellen inländischen Eisenbahnindustriennormen TB/T1632.2-2014 „Schienenschweißen Teil 2: Blitzschweißen“ und TB/T1632.4-2014 „Schienenschweißen Teil 4: Luftdruckschweißen“ wird es festgelegt, dass für die Wärmebehandlung von Schienen die durchschnittliche Härte der Schweißflächen nicht weniger als 90% der durchschnittlichen Härte des Schienengrundmaterials betragen darf und in Mikrogefügen der Schweißnaht und der Wärmeeinflusszone keine schädlichen Strukturen wie Martensit oder Bainit vorhanden sein dürfen. Die oben genannten zwei Schienenschweißnormen beziehen sich auf Perlitschienen, und es gibt keine Schweißnormen für Bainitschienen im In- und Ausland. Aufgrund dessen ist es nicht angemessen, in voller Übereinstimmung mit dem geltenden nationalen technischen Standard für Schienenschweißen die mechanischen Eigenschaften von Schweißanschlüsse der Bainitschienen zu beurteilen, während eine übermäßige Längshärte der Schienenkopf-Lauffläche der Schweißanschlüsse (mehr als 90% der durchschnittlichen Härte des Schienengrundmaterials) zu einer Verringerung der Ermüdungseigenschaften des Schweißanschlusses und zu einem frühen Bruch führen wird.
Die chemische Zusammensetzung der Bainitschiene ist in der Regel wie folgt: C-Gehalt von 0,20-0,30 Gew.-%, Si-Gehalt von 0,8-1,8 Gew.-%, Mn-Gehalt von 1,5-2,5 Gew.-%, Cr-Gehalt von 0,50-1,60 Gew.-%, Mo-Gehalt von 0,20-0,50 Gew.-%. Unter Wirkung der Schweißwärmezirkulation wird die gehärtete Schicht in der Schweißnahtzone bei der unter Verwendung von Wärmebehandlungsprozesstechnologie und auf dem Prinzip der feinkörnigen Verstärkung basierend hergestellten Bainitschiene verschwinden, während eine relativ breite Zone mit geringer Härte auftritt, was dazu führt, dass die Härte der Schweißnaht und der Wärmeeinflusszone viel niedriger als die des Schienengrundmaterials ist, aufgrund dessen ist die Wärmebehandlung nach dem Schweißen für den Bainitschienenschweißanschluss zu einer wirksamsten Maßnahme zum Wiederherstellen der Härte des Schienenschweißbereich geworden.
Nach dem Beenden des Schienenschweißens wird zurzeit in China in der Regel in Übereinstimmung mit den Normen TB/T1632.2-2014 „Schienenschweißen Teil 2: Blitzschweißen“ und TB/T1632.4-2014 „Schienenschweißen Teil 4: Luftdruckschweißen“ eine Normalisierungswärmebehandlung nach dem Schweißen durchgeführt, wobei mit der Mittelfrequenzinduktions-Elektroheizung oder Sauerstoff-Acetylen-Flamme als Heizquelle das Schienenschweißen/der Anschluss auf eine Temperatur höher als die Austenitisierungstemperatur erwärmt wird und danach mit der Luftkühlungs- oder Windkühlungstechnik die Härte der Lauffläche des Schienenschweißbereichs weiterhin erhöht wird.
Die Erfindung mit der Anmeldenummer CN 1 03 898 310 A und der Bezeichnung „Wärmebehandlungsverfahren nach dem Schweißen für einen Bainitschienenschweißanschluss“ offenbart ein Wärmebehandlungsverfahren nach dem Schweißen für einen Bainitschienenanschluss, wobei der durch das Anschweißen erhaltene, abzukühlende Bainitschienenschweißanschluss zum ersten Mal auf eine erste Temperatur von nicht höher als 450°C abgekühlt wird und dann der Schweißanschluss nach der ersten Abkühlung auf eine zweite Temperatur erwärmt wird, und wobei anschließend eine zweite Abkühlung durchgeführt wird, und wobei die Temperatur höher als die erste Temperatur ist und 510°C nicht überschreitet, und wobei die Kühlstarttemperatur der Bainitschiene 1300-1380°C beträgt, und wobei die Kühlabschlusstemperatur nach der zweiten Abkühlung die Raumtemperatur ist. Das Verfahren betrifft ein Wärmebehandlungsverfahren nach dem Schweißen für einen Bainitschienenschweißanschluss und kann den Martensitstrukturgehalt in dem Bainitschienenschweißanschluss erheblich reduzieren und die Schlagzähigkeit des Schweißanschlusses verbessern. Das Wärmebehandlungsverfahren nach dem Schweißen für einen Bainitschienenschweißanschluss gemäß der vorliegenden Erfindung dient dazu, die durch das Schweißen der Bainitschiene reduzierte Härte des Anschlusses wieder herzustellen. Obwohl die beiden ein Wärmebehandlungsverfahren nach dem Schweißen für eine Bainitschiene betreffen, sind die zu realisierenden Ziele unterschiedlich, während die Kontrollprozesse des Verfahrens ebenfalls anders sind.
Die Erfindung mit der Anmeldenummer CN 1 02 899 471 A und der Bezeichnung „Wärmebehandlungsverfahren für Bainitschienen“ offenbart ein Wärmebehandlungsverfahren für Bainitschienen, bei dem durch eine natürliche Kühlung der endgültig emulgierten Schiene die
Oberflächentemperatur der Schienenköpfe auf 460-490°C reduziert wird; wobei durch eine gezwungene Abkühlung der Schiene mit einer Abkühlgeschwindigkeit von 2,0-4,0°C/s die
Oberflächentemperatur der Schienenköpfe auf 250-290°C reduziert wird; und wobei durch eine natürliche Wiederherstellung der Schiene die Oberflächentemperatur der Schienenköpfe mehr als 300°C erreicht; und wobei die Schiene in einem Heizofen mit einer Ofentemperatur von 300-350°C platziert wird und eine Temperung für 2 bis 6 Stunden erlebt; und wobei die Schiene auf die Raumtemperatur luftgekühlt wird. Die Erfindung betrifft kein Wärmebehandlungsverfahren nach dem Schweißen für einen Bainitschienenschweißanschluss, sondern ein Wärmebehandlungsverfahren für die Produktion der Schiene, und dient dazu, eine Bainitschiene mit guten mechanischen Eigenschaften zu erhalten
Zusammenfassend besteht auf dem Gebiet der Bahntechnik ein Bedarf nach einem Wärmebehandlungsverfahren nach dem Schweißen, wobei die Härte der Lauffläche des Bainitschienenschweißanschlusses innerhalb eines angemessenen Bereichs kontrolliert wird, um die Lebensdauer des Schienenschweißanschlusses sicherzustellen und sowie die Betriebsleistung des Bainitschienenschweißanschlusses und die Eisenbahnbetriebssicherheit zu gewährleisten.
Weitere herkömmliche Wärmebehandlungsverfahren für Bainitschienen werden in EP 2 845 913 A1 und WO 2010/ 109 837 A1 offenbart.
INHALT DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
Hinsichtlich der oben geschilderten technischen Probleme stellt die vorliegende Erfindung ein Wärmebehandlungsverfahren nach dem Schweißen für einen Bainitschienenschweißanschluss zur Verfügung, mit dem die Längshärte der Lauffläche des Bainitschienenschweißanschlusses innerhalb eines angemessenen Bereichs kontrolliert werden kann.
Um die obigen technischen Probleme zu lösen, verwendet die vorliegende Erfindung die folgende technische Lösung: ein Wärmebehandlungsverfahren nach dem Schweißen für einen Bainitschienenschweißanschluss, umfassend folgende Schritte:

A. Durchführen einer ersten Abkühlung für den durch das Schweißen erhaltenen Schweißanschluss bei 1500-1600°C auf 150-250°C, wobei es sich bei dem Verfahren der ersten Abkühlung um eine natürliche Abkühlung in der Luft handelt;
B. Erwärmen des Schweißanschlusses mittels einer Mittelfrequenzinduktions-Profilelektroheizspule und/oder einer Sauerstoff-Acetylen-Flammenprofilheizung auf 880-960°C;
C. Durchführen einer zweiten Abkühlung für den Schweißanschluss, Aufhören mit der zweiten Abkühlung beim Kühlen auf 180-250°C, anschließendes Durchführen einer dritten Abkühlung auf die Raumtemperatur von 5-40°C; wobei bei dem Verfahren der zweiten Abkühlung es sich um eine schnelle Kühlung mit einem Kühlmedium, während die Kühlstarttemperatur der zweiten Abkühlung mehr als 800°C beträgt; und wobei bei dem Verfahren der dritten Abkühlung es sich um eine natürliche Kühlung in der Luft handelt.

Bevorzugt handelt es sich bei dem Verfahren der zweiten Abkühlung im Schritt C um eine schnelle Kühlung mit der gespritzten Druckluft als Kühlmedium.
Bevorzugt handelt es sich bei dem Verfahren der Erwärmung des Schweißanschlusses im Schritt B um eine Vollschnittheizung.
Bevorzugt handelt es sich bei dem Schweißanschluss um einen durch ein Anschweißen von zwei Bainitschienen über Blitzschweißen oder pneumatisches Schweißen erhaltenen Anschluss.
Die vorliegende Erfindung hat folgende Vorteile: bei dem mit dem Verfahren der vorliegende Erfindung wärmebehandelten Bainitschienenschweißanschluss wird die Längshärte der Lauffläche der Schienenköpfe innerhalb eines angemessenen Bereichs von 85-90% der durchschnittlichen Härte des Schienengrundmaterials kontrolliert. Mit einer angemessenen Härte der Lauffläche der Schienenköpfe ist der Schweißanschluss nicht anfällig für einen durch eine zu hohe Härte und eine relativ schlechte Zähigkeit und Formbarkeit bewirkten frühen Ermüdungsschaden, während der Schweißanschluss nicht anfällig für einen aufgrund einer relativ niedrigen Härte der Lauffläche der Schienenköpfe bewirkten sattelförmigen Verschleiß ist. Aufgrund dessen kann die vorliegende Erfindung die Betriebsleistung des Bainitschienenschweißanschlusses und die Eisenbahnbetriebssicherheit sicherstellen. Gemäß den experimentellen Ergebnissen beträgt die physikalische Ermüdungslebensdauer nicht weniger als 3 Millionen Male, was viel höher ist als die 2 Millionen Male, die in den Normen TB/T1632.2-2014 und TB/T1632.4-2014 spezifiziert sind.
Figurenliste

1 zeigt ein Längshärteffektdiagramm einer Position von 5 mm unterhalb der Lauffläche des Schienenkopfs des mit dem Verfahren in der ersten Ausführungsform erhaltenen Bainitschienenschweißanschlusses.
2 zeigt ein Längshärteffektdiagramm einer Position von 5 mm unterhalb der Lauffläche des Schienenkopfs des mit dem Verfahren in dem ersten Vergleichsbeispiel erhaltenen Bainitschienenschweißanschlusses.
3 zeigt ein Längshärteffektdiagramm einer Position von 5 mm unterhalb der Lauffläche des Schienenkopfs des mit dem Verfahren in dem dritten Vergleichsbeispiel erhaltenen Bainitschienenschweißanschlusses.
4 zeigt ein Längshärteffektdiagramm einer Position von 5 mm unterhalb der Lauffläche des Schienenkopfs des mit dem Verfahren in dem vierten Vergleichsbeispiel erhaltenen Bainitschienenschweißanschlusses.
5 zeigt ein Abtastdiagramm der durch die relevante Norm spezifizierten Längsschnittshärte.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Im Zusammenhang mit Figuren und ausführlichen Ausführungsformen wird die vorliegende Erfindung im Folgenden näher erläutert. 1 bis 4 offenbaren eine Kurve 11 der Längshärte der Schienenkopflauffläche der Schweißanschlüsse und eine Messlinie 12 des erweiterten Bereichs der Schweißanschlüsse.
In der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei dem „Schweißanschluss“ um einen Bereich mit einer Länge von 80-120 mm mit der Schweißnaht und der Wärmeeinflusszone, wobei die Mitte des Bereichs die Schienenschweißnaht ist. In der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei der „Raumtemperatur“ um eine Temperatur im Bereich 5-40°C.
Das Wärmebehandlungsverfahren nach dem Schweißen für einen Bainitschienenschweißanschluss, umfassend folgende Schritte:

In der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei dem „Schweißanschluss“ um einen Bereich mit einer Länge von 80-120 mm mit der Schweißnaht und der Wärmeeinflusszone, wobei die Mitte des Bereichs die Schienenschweißnaht ist. In der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei der „Raumtemperatur“ um eine Temperatur im Bereich 5-40°C.
In der vorliegenden Erfindung nähert sich die Heiztemperatur im Schritt B der herkömmlichen Normalisierungstemperatur an, während ein Unterschied besteht, der insbesondere wie folgt ist: bei der Normalisierungswärmebehandlung wird in der Regel ein Metallwerkstück mit einem herkömmlichen Verfahren auf 30-50°C oberhalb von Ac3 (Endtemperatur der Umwandlung von Ferrit in Austenit beim Erwärmen) erwärmt, nach der Wärmehaltung für eine Zeitdauer wird das Metallwerkstück aus dem Ofen herausgenommen und erlebt einen Wärmebehandlungsprozess: natürliche Kühlung in der Luft oder Kühlung mit Sprühen oder gespritzter Druckluft. Allerdings ist die Normalisierungswärmebehandlung des Schweißanschlusses anders als das für gewöhnliche Werkstücke kleiner Größe verwendete Wärmebehandlungsverfahren. Da die Länge der Probe nach dem Schienenschweißen bis zu mehreren hundert Metern erreichen kann, kann die Normalisierungswärmebehandlung des Schweißanschlusses nach dem Erreichen der Zieltemperatur keine langfristige Wärmehaltung beinhalten (Temperatur über der Austenitisierungstemperatur). Aufgrund dessen wird der Schweißanschluss bei einer etwas höheren Temperatur als die herkömmliche Normalisierungstemperatur auf die Zieltemperatur erwärmt, dann wird ein Wärmebehandlungsprozess der Luftkühlung oder Windkühlung durchgeführt, nämlich beträgt die Heiztemperatur im Schritt B 880-960°C.
Im Schritt C handelt es sich bei dem Verfahren der zweiten Abkühlung um eine schnelle Kühlung mit einem Kühlmedium, dabei sind verschiedene Arten von Kühlmedien verfügbar, in der vorliegenden Erfindung wird es empfohlen, dass für das Verfahren der zweiten Abkühlung eine schnelle Kühlung mit der gespritzten Druckluft als Kühlmedium durchgeführt wird. Außer dem im Schritt B erwärmten Heizbereich umfasst der Kühlbereich der zweiten Abkühlung weiterhin eine Lauffläche und eine Seitenfläche des Schienenkopfs im Bereich einer Länge von 80 mm auf beiden Seiten außerhalb des Heizbereichs.
Im Schritt B handelt es sich bei dem Verfahren der Erwärmung des Schweißanschlusses um eine Vollschnittheizung. Bei der Vollschnittheizung handelt es sich um ein Verfahren, dass der gesamte Schnitt des Schienenschweißanschlusses mit einer Länge im Bereich von 80-120 mm einschließlich der Schweißnaht erwärmt wird.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung kann für die durch Schweißen bei verschiedenen Temperaturen erhaltenen Bainitschienenschweißanschlüsse verwendet werden, bevorzugt beträgt die Starttemperatur des Bainitschienenschweißanschlusses 1500-1600°C. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung kann für die mit verschiedenen Anschweißverfahren erhaltenen Bainitschienenschweißanschlüsse mit einer Temperatur nach dem Schweißen von 1500-1600°C verwendet werden, bevorzugt für die durch mindestens ein Anschweißverfahren von Blitzschweißen und pneumatischem Schweißen erhaltenen Bainitschienenschweißanschlüsse mit einer relativ hohen Resttemperatur nach dem Schweißen.
Im Zusammenhang mit Ausführungsformen und Vergleichsbeispielen wird die vorliegende Erfindung näher erläutert. In den Ausführungsformen und Vergleichsbeispielen werden in Übereinstimmung mit den Normen TB/T 1632.2-2014 „Schienenschweißen Teil 2: Blitzschweißen“ und TB/T1632.4-2014 „Schienenschweißen Teil 4: Luftdruckschweißen“ eine Prüfung der Längshärtendaten und ein Dreipunkt-Biegeermüdungstest für den durch die vorliegende Erfindung erhaltenen Bainitschienenschweißanschluss durchgeführt, und das Testziel liegt darin, dass in einem zyklischen Belastung von 3 Millionen Malen der Schweißanschluss keinen Ermündungsbruch hat. 5 zeigt ein Abtastdiagramm der durch die obige Norm spezifizierten Längsschnittshärte, wobei 5 eine Linie A 51, eine Linie B 52, eine Verbindungslinie 53 zwischen der Wärmeeinflusszone und dem Grundmaterial, eine Schweißnaht 54, eine Linie C 55, eine Linie D 56 und eine Prüflinie 57 offenbart.
Erste Ausführungsform
Für den durch das Blitzschweißen erhaltenen Bainitschienenschweißanschluss bei 1500-1600°C wird eine Luftkühlung durchgeführt. Wenn der Schweißanschluss von 1550°C auf 200°C abgekühlt wird, wird eine Vollschnittheizung für den Bereich des Schweißanschlusses mittels einer Mittelfrequenzinduktions-Profilelektroheizspule durchgeführt. Wenn die Temperatur der Lauffläche der Schiene 950°C erreicht, wird es mit der Erwärmung aufgehört, dann wird für den erhaltenen Schienenschweißanschluss sofort eine Windkühlung auf 220°C durchgeführt, am Ende wird der Schweißanschluss auf die Raumtemperatur luftgekühlt (etwa 23°C), um den Bainitschienenschweißanschluss nach der Wärmebehandlung nach dem Schweißen gemäß der vorliegenden Erfindung zu erhalten.
Der in der vorliegenden Ausführungsform erhaltene Bainitschienenschweißanschluss wird maschinell zu einer Längshärtenprobe verarbeitet, während für den Schweißanschluss eine Rockwell-Härte-Prüfung der Längsrichtung an einer Position von 5 mm unterhalb der Lauffläche durchgeführt wird, wobei um die als Mittelpunkt dienende Schweißnaht die Prüfpunkte zur linken und rechten Seite symmetrisch angeordnet sind, und wobei die Messpunkte einen Abstand zueinander von 5 mm haben. Für das Rockwell-Härte-Prüfungsverfahren gelten die Bestimmungen von GB/T230.1-2009, wobei die HRC-Skala verwendet wird. Die Längshärtendaten einer Position von 5 mm unterhalb der Lauffläche des Schienenkopfs des Schweißanschlusses siehe Tabelle 1, der Verteilungseffekt der Längshärten ist wie in 1 dargestellt.
Wie aus Tabelle 1 und 1 ersichtlich ist, wenn mit dem Wärmebehandlungsverfahren nach dem Schweißen gemäß der vorliegenden Erfindung ein durch Blitzschweißen erhaltener Bainitschienenschweißanschluss bei 1500-1600°C behandelt wird, kann die Härte des Schweißbereichs des erhaltenen Bainitschienenanschlusses 87% der durchschnittlichen Härte des Schienengrundmaterials erreichen und sich innerhalb eines Bereichs von 85-90% der durchschnittlichen Härte des Schienengrundmaterials befindet. Die durch die vorliegende Ausführungsform erhaltene Bainitschienenschweißanschlussprobe kann den Ermüdungstest mit einer Zykluszahl von 3 Millionen Malen bestehen.
Zweite Ausführungsform
Für den durch das pneumatische Schweißen erhaltenen Bainitschienenschweißanschluss bei 1500-1600°C wird eine Luftkühlung durchgeführt. Wenn der Schweißanschluss von 1530°C auf 180°C abgekühlt wird, wird eine Vollschnittheizung für den Bereich des Schweißanschlusses mittels einer Sauerstoff-Acetylen-Flammenprofilheizung durchgeführt. Wenn die Temperatur der Lauffläche der Schiene 940°C erreicht, wird es mit der Erwärmung aufgehört, dann wird für den erhaltenen Schienenschweißanschluss sofort eine Windkühlung auf 210°C durchgeführt, am Ende wird der Schweißanschluss auf die Raumtemperatur luftgekühlt (23°C), um den Bainitschienenschweißanschluss nach der Wärmebehandlung nach dem Schweißen gemäß der vorliegenden Erfindung zu erhalten.
Von dem in der vorliegenden Ausführungsform erhaltenen Bainitschienenschweißanschluss wird eine Längshärtenprobe genommen, für die eine Rockwell-Härte-Prüfung der Längsrichtung an einer Position von 5 mm unterhalb der Lauffläche des Schienenkopfs durchgeführt wird, wobei um die als Mittelpunkt dienende Schweißnaht die Prüfpunkte zur linken und rechten Seite symmetrisch angeordnet sind, und wobei die Messpunkte einen Abstand zueinander von 5 mm haben. Für das Rockwell-Härte-Prüfungsverfahren gelten die Bestimmungen von GB/T230.1-2009, wobei die HRC-Skala verwendet wird, der Härtenverteilungseffekt ist ähnlich wie der Effekt gemäß 1, Die durch die Ausführungsform erhaltene Bainitschienenschweißanschlussprobe kann den physikalischen Ermüdungstest mit einer Zykluszahl von 3 Millionen Malen bestehen.
Vergleichsbeispiel 1:
Mit dem Verfahren der ersten Ausführungsform wird eine Wärmebehandlung nach dem Schweißen für den Bainitschienenschweißanschluss durchgeführt, mittels einer Mittelfrequenzinduktions-Profilelektroheizspule wird der Schienenschweißanschluss auf 950°C erwärmt, der Unterschied liegt darin, dass bei der zweiten Abkühlung auf 160°C es mit der Windkühlung aufgehört wird, dann wird der Schweißanschluss auf die Raumtemperatur (etwa 23°C) luftgekühlt.
Von dem in vorliegenden Vergleichsbeispiel erhaltenen Bainitschienenschweißanschluss wird eine Längshärtenprobe genommen, für die eine Rockwell-Härte-Prüfung der Längsrichtung an einer Position von 5 mm unterhalb der Lauffläche des Schienenkopfs durchgeführt wird, wobei um die als Mittelpunkt dienende Schweißnaht die Prüfpunkte zur linken und rechten Seite symmetrisch angeordnet sind, und wobei die Messpunkte einen Abstand zueinander von 5 mm haben. Für das Rockwell-Härte-Prüfungsverfahren gelten die Bestimmungen von GB/T230.1-2009, wobei die HRC-Skala verwendet wird. Die Längshärtendaten einer Position von 5 mm unterhalb der Lauffläche des Schienenkopfs des Schweißanschlusses siehe Tabelle 2, der Verteilungseffekt der Längshärte ist wie in 2 dargestellt.
Von dem in der vorliegenden Ausführungsform erhaltenen Bainitschienenschweißanschluss wird eine Längshärtenprobe genommen, für die eine Rockwell-Härte-Prüfung der Längsrichtung an einer Position von 5 mm unterhalb der Lauffläche des Schienenkopfs durchgeführt wird, wobei der Härtenverteilungseffekt wie in 2 dargestellt ist. Die durchschnittliche Härte des Schienenschweißanschlusses der vorliegenden Ausführungsform erreicht 93% der durchschnittlichen Härte des Schienengrundmaterials. Allerdings hat die durch die vorliegende Ausführungsform erhaltene Bainitschienenschweißanschlussprobe bei dem Ermüdungstest von 2,7 Millionen Malen einen Ermüdungsbruch.
Vergleichsbeispiel 2:
Mit dem Verfahren der ersten Ausführungsform wird eine Wärmebehandlung nach dem Schweißen für den Bainitschienenschweißanschluss durchgeführt, der Unterschied liegt darin, dass bei der ersten Abkühlung des durch das Blitzschweißen erhaltenen Bainitschienenschweißanschlusses bei 1550°C auf 100°C es mit der Luftkühlung aufgehört wird, dann wird die Lauffläche der Schiene mittels einer Mittelfrequenzinduktions-Profilelektroheizspule auf 950°C erwärmt, bei dieser Temperatur wird es mit der Erwärmung aufgehört, anschließend wird eine zweite Abkühlung für den erhaltenen Schienenschweißanschluss auf 220°C durchgeführt, am Ende wird der Schweißanschluss auf die Raumtemperatur (etwa 23°C) luftgekühlt.
Von dem in der vorliegenden Ausführungsform erhaltenen Bainitschienenschweißanschluss wird eine Längshärtenprobe genommen, für die eine Rockwell-Härte-Prüfung der Längsrichtung an einer Position von 5 mm unterhalb der Lauffläche des Schienenkopfs durchgeführt wird, wobei der Härtenverteilungseffekt ähnlich wie der Effekt gemäß 1 ist, allerdings erreicht die durchschnittliche Härte des Schweißbereichs 92% der durchschnittlichen Härte des Schienengrundmaterials, die durch die vorliegende Ausführungsform erhaltene Bainitschienenschweißanschlussprobe hat bei dem Ermüdungstest von 2,8 Millionen Malen einen Bruch.
Vergleichsbeispiel 3:
Der durch das Blitzschweißen erhaltene Bainitschienenschweißanschluss bei 1550°C wird unmittelbar auf die Raumtemperatur (etwa 23°C) luftgekühlt, dann wird ein Bainitschienenschweißanschluss in Bedingung der Luftkühlung (natürlichen Kühlung) erhalten.
Von dem in vorliegenden Vergleichsbeispiel erhaltenen Bainitschienenschweißanschluss wird eine Längshärtenprobe genommen, für die eine Rockwell-Härte-Prüfung der Längsrichtung an einer Position von 5 mm unterhalb der Lauffläche des Schienenkopfs durchgeführt wird, wobei um die als Mittelpunkt dienende Schweißnaht die Prüfpunkte zur linken und rechten Seite symmetrisch angeordnet sind, und wobei die Messpunkte einen Abstand zueinander von 5 mm haben. Für das Rockwell-Härte-Prüfungsverfahren gelten die Bestimmungen von GB/T230.1-2009, wobei die HRC-Skala verwendet wird. Die Längshärtendaten einer Position von 5 mm unterhalb der Lauffläche des Schienenkopfs des Schweißanschlusses siehe Tabelle 3, der Verteilungseffekt der Längshärten ist wie in 3 dargestellt.
Wie aus Tabelle 3 und 3 ersichtlich ist, wenn ein durch Schweißen erhaltener Bainitschienenschweißanschluss mit relativ hoher Resttemperatur nicht mit dem Wärmebehandlungsverfahren nach dem Schweißen gemäß der vorliegenden Erfindung behandelt wird, beträgt die Härte des Schweißbereichs des erhaltenen Bainitschienenanschlusses 82% der durchschnittlichen Härte des Schienengrundmaterials und ist niedriger als 85-90% der durchschnittlichen Härte des Schienengrundmaterials. Im Vergleich zur Härte des Schienengrundmaterials befindet sich der gesamte Schweißbereich im erweichten Zustand. Der durch das Vergleichsbeispiel erhaltene Schweißanschluss kann während des Betriebs der Linie leicht zu einer Vertiefung der Lauffläche des Schienenkopfs führen, dadurch werden die Glätte der Linie und die Fahrsicherheit beeinträchtigt.
Vergleichsbeispiel 4:
Für den durch das Blitzschweißen erhaltenen Bainitschienenschweißanschluss bei 1500-1600°C wird eine Luftkühlung durchgeführt. Wenn der Schweißanschluss von 1560°C auf 200°C abgekühlt wird, wird eine Vollschnittheizung für den Bereich des Schweißanschlusses mittels einer Mittelfrequenzinduktions-Profilelektroheizspule durchgeführt. Wenn die Temperatur der Lauffläche der Schiene 940°C erreicht, wird es mit der Erwärmung aufgehört, dann wird der Schweißanschluss auf die Raumtemperatur luftgekühlt (23°C), um den Bainitschienenschweißanschluss in normalisierten luftgekühlten Bedingungen nach dem Schweißen zu erhalten.
Von dem in vorliegenden Vergleichsbeispiel erhaltenen Bainitschienenschweißanschluss wird eine Längshärtenprobe genommen, für die eine Rockwell-Härte-Prüfung der Längsrichtung an einer Position von 5 mm unterhalb der Lauffläche des Schienenkopfs durchgeführt wird, wobei um die als Mittelpunkt dienende Schweißnaht die Prüfpunkte zur linken und rechten Seite symmetrisch angeordnet sind, und wobei die Messpunkte einen Abstand zueinander von 5 mm haben. Für das Rockwell-Härte-Prüfungsverfahren gelten die Bestimmungen von GB/T230.1-2009, wobei die HRC-Skala verwendet wird. Die Längshärtendaten einer Position von 5 mm unterhalb der Lauffläche des Schienenkopfs des Schweißanschlusses siehe Tabelle 4, der Verteilungseffekt der Längshärten ist wie in 4 dargestellt.
Wie aus Tabelle 4 und 4 ersichtlich ist, wenn ein durch Schweißen erhaltener Bainitschienenschweißanschluss mit relativ hoher Resttemperatur nicht mit dem Wärmebehandlungsverfahren nach dem Schweißen gemäß der vorliegenden Erfindung behandelt wird, beträgt die Härte des Schweißbereichs des erhaltenen Bainitschienenanschlusses 84% der durchschnittlichen Härte des Schienengrundmaterials. Im Vergleich zum Schienengrundmaterial befindet sich der gesamte Schweißbereich im erweichten Zustand. Der durch das Vergleichsbeispiel erhaltene Schweißanschluss kann während des Betriebs der Linie leicht zu einer Vertiefung der Lauffläche des Schienenkopfs führen, dadurch werden die Glätte der Linie und die Fahrsicherheit beeinträchtigt.
Durch einen Vergleich zwischen den Längshärtenverteilungen der Lauffläche des Schienenkopfs des Schweißanschlusses gemäß 1 bis 4 ist es ersichtlich, dass mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung die Längshärte der Lauffläche des Schienenkopfs des Bainitschienenschweißanschlusses innerhalb eines Bereichs von 85-90% der durchschnittlichen Härte des Schienengrundmaterials kontrolliert werden kann. Mit dem Wärmebehandlungsverfahren nach dem Schweißen gemäß der vorliegenden Erfindung kann gleichzeitig die Ermündungslebensdauer des Bainitschienenschweißanschlusses auf über 3 Millionen Male gehalten werden, was viel höher als die technische Anforderung an 2 Millionen Male in TB1632, dadurch wird das Ziel zum Sicherstellen der Betriebsdauer der Schiene erreicht.

Claims

Wärmebehandlungsverfahren nach dem Schweißen für einen Bainitschienenschweißanschluss, dadurch gekennzeichnet, dass es folgende Schritte umfasst: A. Durchführen einer ersten Abkühlung des durch das Schweißen erhaltenen Schweißanschlusses von 1500-1600°C auf 150-250°C, wobei es sich bei dem Verfahren der ersten Abkühlung um eine natürliche Kühlung an der Luft handelt; B. Erwärmen des Schweißanschlusses mittels einer Mittelfrequenzinduktions-Profilelektroheizspule und/oder einer Sauerstoff-Acetylen-Flammenprofilheizung auf 880-960°C; C. Durchführen einer zweiten Abkühlung für den Schweißanschluss, Aufhören mit der zweiten Abkühlung beim Kühlen auf 180-250°C, anschließendes Durchführen einer dritten Abkühlung auf die Raumtemperatur von 5-40°C; wobei es sich bei dem Verfahren der zweiten Abkühlung um eine schnelle Kühlung mit gespritzter Luft als Kühlmedium handelt, während die Kühlstarttemperatur der zweiten Abkühlung mehr als 800°C beträgt; und wobei es sich bei dem Verfahren der dritten Abkühlung um eine natürliche Kühlung an der Luft handelt.
Wärmebehandlungsverfahren nach dem Schweißen für einen Bainitschienenschweißanschluss nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Verfahren der Erwärmung des Schweißanschlusses im Schritt B um eine Vollschnittaufheizung handelt.
Wärmebehandlungsverfahren nach dem Schweißen für einen Bainitschienenschweißanschluss nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Schweißanschluss ein durch ein Anschweißen von zwei Bainitschienen über Blitzschweißen oder pneumatisches Schweißen erhaltener Anschluss verwendet wird.