DE1205287B - Korrosionsbestaendige Stahlschiene mit hoher Zugfestigkeit - Google Patents

Description

• Korrosionsbeständige Stahlschiene mit hoher Zugfestigkeit Die Schienenstähle lassen sich zur Zeit in zwei Gruppen einteilen. Die eine Gruppe besitzt einen hohen Kohlenstoffgehalt, während die andere einen niederen Kohlenstoff- und mittleren Mangangehalt aufweist. Hinsichtlich ihres Kohlenstoffgehaltes liegen die japanischen Schienen zwischen beiden Gruppen. Ferner wurden bereits Stahlschienen hergestellt, denen zur Erhöhung der Ermüdungs- oder Zugfestigkeit sehr geringe Mengen Chrom und Vanadin oder Silicium und Mangan zulegiert worden waren. Diese Legierungszusätze bewirkten jedoch keine Erhöhung der Korrosionsbeständigkeit. Die verhältnismäßig hohe Anzahl von Schienenbrüchen ist sowohl auf Korrosion als auch auf Ermüdung und auf elektrolytische Korrosion zurückzuführen. Die Ermüdungsgrenze der gegenwärtig hergestellten kohlenstoffhaltigen Stahlschienen liegt bei 30 bis 35 kg/mm2. Diese Ermüdungsgrenze fällt jedoch bei seit längerer Zeit in Betrieb befindlichen Schienen infolge der auf sie einwirkenden Korrosion erheblich ab. Es besteht daher ein Bedarf an Schienen, die eine gegenüber den zur Zeit hergestellten Schienen verbesserte Korrosions- und Ermüdungsfestigkeit besitzen.
• Die der Erfindung zugrunde liegende - Aufgabe besteht darin, eine Schienenstahllegierung vorzuschlagen, die eine hohe Korrosionsbeständigkeit und hohe Ermüdungsfestigkeit besitzt und außerdem die Ausbildung von Flocken verhindert.
• Die erfindungsgemäß zu verwendende Stahllegierung als Werkstoff für korrosionsbeständige Schienen mit hoher Zugfestigkeit besteht aus 0,05 bis 0,25 0/0 Kohlenstoff, 2,0 bis 6,09/o Chrom, weniger als 1,0% Molybdän, weniger als 1,5 % Mangan, weniger als 1,0% Silicium, Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen. Je nach den Betriebsbedingungen kann der erfindungsgemäßen Stahlschiene zusätzlich noch eines oder mehrere der folgenden Elemente zulegiert werden: weniger als lOlo Nickel weniger als 0,5% Vanadium, -weniger als -1,0% Kupfer, weniger als 0,01 11/o Bor, weniger als 0,5 % Titan und weniger als 0,5% Niob.
• Die Kohlenstoffmenge . von 0;05 bis 0,25()/o wirkt sich dabei günstig auf die Selbsthärtung der Schiene sowie auf das Ausfallen von Karbid bei hohen Temperaturen aus. Der Chromgehalt von 2,0 bis 6,0% bewirkt eine optimale Korrosionsbeständigkeit und Festigkeit. Liegt der Chromgehalt unter 20/0, so sinkt die Korrosionsbeständigkeit ab, liegt dieser über 6 %, so wird die Korrosionsbeständigkeit nicht mehr verbessert, so daß ein höherer Chromgehalt unwirtschaftlich ist. Durch einen Gehalt von weniger als 1,0%, vorzugsweise von etwa 0,1 bis 0,4% an Molybdän wird sowohl die Zähigkeit als auch die Festigkeit der vorgeschlagenen Stahlschiene verbessert. Die ferner zugesetzten Elemente Nickel, Vanadin, Bor, Kupfer, Titan und Niob erhöhen ebenfalls die Zähigkeit und die Korrosionsbeständigkeit. Ihr Zusatz ist jedoch nicht unbedingt erforderlich.
• Für die Qualität der erfindungsgemäßen Stahlschiene ist das Verfahren zu ihrer Herstellung von Bedeutung. Wie im folgenden gezeigt wird, lassen sich die Zähigkeit und Korrosionsbeständigkeit durch Regelung der Abkühlgeschwindigkeit nach dem Walzen der Schiene oder durch Anlassen derselben nach ihrer Abkühlung auf Raumtemperatur günstig beeinflussen.
• Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Stahlschiene wird ein Stahlgußblock, der eine den obigen Angaben entsprechende Zusammensetzung besitzt, vorgewalzt, langsam abgekühlt, anschließend wieder erhitzt und dann zu einer Schiene gewalzt die danach entweder langsam abgekühlt oder nach nochmaligem Erhitzen langsam abgek'ü'hlt wird.
• Dabei wird nach dem Endwalzen die Schiene in einem Warmhalteofen oder in einer vorgeheizten Warmhaltegrube von etwa 500 bis 750° C langsam auf etwa 150 bis 200° C in Luft während einer Zeitdauer von länger als 7 Stunden abgekühlt oder in Luft auf Raumtemperatur abgekühlt, dann auf etwa 400 bis 800° C angelassen und erneut in Luft abgekühlt. Eine derartige Behandlung verleiht der Schiene hohe Festigkeit sowie hohe Korrosionsbeständigkeit und Ermüdungsfestigkeit.
• Das Vorwalzen oder Walzen der Schienen kann auch durch andere Verfahren, wie beispielsweise Pressen, Strangpressen oder Ausschmieden, durchgeführt werden. In diesen Fällen kann ebenfalls die vorstehend erwähnte Hitzebehandlung zur Anwendung kommen. Durch diese Herstellungsweise wird das Auftreten von durch die Luftabkühlung gehärtetem Gefüge und die Ausbildung von Flocken in der Stahlschiene verhindert,- was-einerseits die Bruchgefahr begünstigen und andererseits- das Abblättern bzw. Abplatzen von Schienenteilen verursachen würde.
• Die folgende Tabelle 1 zeigt Beispiele für die Legierungszusammensetzungen einer erfindungsgemäßen korrosionsfesten Stahlschiene mit hoher Zugfestigkeit im Vergleich zu den Zusammensetzungen einer bisher verwendeten Stahlschiene. Der Tabelle 2 sind vergleichende Prüfwerte zu entnehmen.

  Tabelle 1

  C Si Mn P S Cr ( Mo

  Erfindungsgemäße Stahlschiene ........... 0,09 0,21 0,67 0,013 0,020 4,90 0,42

  Bis jetzt verwendete kohlenstoffhaltige Stahl-

  schiene ...:.....:.................... 0,65 0,13 0,81 0,014 0,025 - -

  Tabelle 2 -

  Quer- Charpywert mit V-Kerbe .

  - Fließ- Zug- Deh- Schnitts- Härte (2 mkg/cm2)

  - grenze festigkeit nung vermin- in Normal-

  derung Brinell temperatur -20° C

  (kg/-m2) (kg/mm2) (%) (°/o) L * I C..

  L I C

  Erfindungsgemäße Stahlschiene ... 76,8 130,6 11,6

  20,9 374 8,12 3,89 6,52 3,51

  Bisher verwendete kohlenstoff- -

  haltige Stahlschiene ........... 43,3 87,5 13;8 23,5 249 1,30 0,65 - -

  Drehbiegeermüdungsgrenze Korrosionsfestigkeit

  (kg(mm2) (mm pro Halbjahr)

  glatte mit

  mit Oberfläche im Freien

  glatt Kerbe mit Wasser ausgesetzt Salzwasser korrodiert besprüht

  Erfindungsgemäße Stahlschiene .................. 55,0 28,0 31,0 0,022 0,55

  Bisher verwendete kohlenstoffhaltige Stahlschiene . . 32,0 15,0 20,0 0,078 0,95

  * In Walzrichtung.

  ** Quer zur Walzrichtung.

  Tabelle 3

  Abkühlung Abkühlung

  in Luft auf in Luft auf Langsames Abkühlen auf Raumtemperatur von jeder

  Raum- Raumtemperatur angegebenen Temperatur während der Luftkühlung nach

  temperatur nach dem dem Endwalzen

  nach dem Walzen und

  Walzen Wiedererhitzen 500° C [ 550° C 1 600° C J 650° C 1 700° C 1 750° C

  Zugfestigkeit, kg/mm2 .. 122,4 135,0 133,1 133,3 132,9 134,0 133,8 134,1

  Dehnung, % . . . . . . . . . . . . 2,3 5,8 6,7 7,6 9,9 12,0 11,8 11,9

  Querschnitts-

  verminderung, % ... 4,7 8,7 12,8 14,5 19,9 25,2 28,7 28,3

  Charpywert mit V-Kerbe,

  mkg/cm2 ............ 7,2 7,7 7,8 7,7 7,8 8,1 8,1 8,2

  Härte in Brinell ....... 385 382 376 375 373 372 363 367

  Die vorstehenden Ergebnisse zeigen, daß die Fließgrenze, Zug- und Ermüdungsfestigkeit der erfindungsgemäßen Stahlschienen im Vergleich zu den bisher verwendeten kohlenstoffhaltigen Stahlschienen um 1,5- bis 1,8mal größer ist. Ferner zeichnen sich die vorgeschlagenen Stahlschienen durch eine verbesserte Schlaghärte und erhöhte Tieftemperaturschlagfestigkeit aus. Ein Unterschied in den Werten für Dehnung und Querschnittsverminderung besteht praktisch nicht. Die Korrosionsbeständigkeit der erfindungsgemäßen Schienen erweist sich als dreimal so hoch.
• Im Gegensatz zu den erfindungsgemäßen Schienen werden die mechanischen Eigenschaften der bisher verwendeten kohlenstoffhaltigen Stahlschienen beim Wiedererhitzen und langsamen Abkühlen nicht beeinflußt. Diese Stahlschienen weisen auch nach dem Walzen die vorherigen Werte auf. Demgegenüber besitzt, wie aus den Tabellen 2 und 3 ersichtlich ist, die erfindungsgemäße Stahlschiene nach dem Walzen unter den gleichen Bedingungen nach der langsamen Abkühlung auf Raumtemperatur eine höhere Zugfestigkeit und Härte. Die auf diese Weise abgekühlte Stahlschiene weist jedoch eine geringere Dehnung und Querschnittsverminderung auf. Es wird also eine Schiene erhalten, die eine sehr hohe Zugfestigkeit besitzt, wobei gegenüber den bisher bekannten Schienen einander entsprechende oder verbesserte Härte-und Festigkeitswerte erreicht werden. Durch die Wiedererhitzung und langsame Abkühlung wird das gleiche Ausmaß der Dehnung und Querschnittsverminderung wie bei den gegenwärtigen kohlenstoffhaltigen Stahlschienen erzielt. Weiter ist der Tabelle 3 zu entnehmen, daß die Dehnung und die Querschnittsverminderung durch die Abkühlung der erfindungsgemäßen Stahlschiene nach dem Walzen und Wiedererhitzen in stärkerem Maße als durch Abkühlung nach dem Walzen ohne Wiedererhitzung verbessert werden. Ein allmähliches Abkühlen der Stahlschiene von 500 bis 750° C nach dem Endwalzen bringt eine weitere Verbesserung der technologischen Eigenschaften mit sich.

Claims (4)

1. Patentansprüche: 1. Korrosionsbeständige Stahlschiene mit hoher Zugfestigkeit, bestehend aus 0,05 bis 0,25% Kohlenstoff, 2,0 bis 6,0% Chrom, weniger als 1,0'% Molybdän, weniger als 1,5% Mangan, weniger als 1,0% Silicium, Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen, die durch Vorwalzen, langsames Abkühlen, anschließendes Wiedererhitzen und Endwalzen hergestellt ist und danach entweder langsam abgekühlt oder nach nochmaligem Erhitzen langsam abgekühlt ist.
2. 2. Korrosionsbeständige Stahlschiene nach Anspruch 1, die zusätzlich noch mit weniger als 1,00/0 Nickel, weniger als 0,5% Vanadin, weniger als 1,0 % Kupfer, weniger als 0,01% Bor, weniger als 0,5% Titan und weniger als 0,50/0 Niob einzeln oder zu mehreren legiert ist und gemäß Anspruch 1 hergestellt und wärmebehandelt ist.
3. 3. Verfahren zur Herstellung einer korrosionsbeständigen Stahlschiene nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahlschiene nach dem Endwalzen von 500 bis 750° C langsam auf 150 bis 200° C während einer Zeitdauer von länger als 7 Stunden in Luft abgekühlt wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahlschiene nach dem Endwalzen in Luft auf Raumtemperatur abgekühlt, dann auf 400 bis 800° C angelassen und erneut in Luft langsam abgekühlt wird.