DE3006695C2 - Process for heat treatment of rails - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Warmebehandeln von Schienen.The invention relates to a method for heat treatment of rails.

Es ist bekannt (technische rwiiteüür.gen Krupp-Werksberichte, 37, (1979), Heft 3, Seiten 105 bis 108), eine Wärmebehandlung von Schienen in der Weise durchzuführen, daß zunächst in einem ersten Verfahrensschritt die Umwandlung zum grobförmigen Perlit erfolgt, anschließend zur Vermeidung von Spannungen ein langsames Abkühlen (etwa 2 bis 3 Stunden) durchgeführt wird, um anschließend in einem zweiten Verfahrensschritt das Sorbitisieren durchzuführen. Es liegt auf der Hand, daß ein derartiges Verfahren nicht in so die Schienenwalzung eingegliedert werden kann.It is known (technical rwiiteüür.gen Krupp-Werksberichte, 37, (1979), volume 3, pages 105 to 108) to carry out a heat treatment of rails in such a way that the conversion to coarse perlite takes place first in a first process step, then Slow cooling (about 2 to 3 hours) is carried out to avoid tension, and then sorbitizing in a second process step. It is obvious that such a method can not be incorporated in the so Schienenwalzung.

Dies gilt auch dann, wenn nach einem anderen bekannten Verfahren (DE-AS 12 55 689) die der Wärmebehandlung zu unterziehende Schiene im kalten Zustand konvex durchgebogen, der Schienenkopf über die Austenitisierungstemperatur erwärmt, mild abgeschreckt und nach Verstreichen einer vorgegebenen Zeit, um ein Selbstanlassen zu ermöglichen, auf Umgebungstemperatur abgekühlt und die gebogene Schiene freigegeben wird. -toThis also applies if according to another known method (DE-AS 12 55 689) the The rail to be subjected to heat treatment is convexly bent in the cold state, the rail head above the austenitizing temperature is heated, mildly quenched and after a specified Time to allow self-starting, cooled to ambient temperature and bent Rail is released. -to

Es ist auch darauf hinzuweisen, daß das Betriebsverhalten der Schiene wesentlich von ihrem Widerstand gegen abtragenden und verquetschenden Verschleiß abhängig ist. Diese Eigenschaft erhalten die hochverschleißfesten Schienen durch ihren feinstperlitischen, im allgemeinen Sprachgebrauch auch »sorbitisch« genannten Gefügeaufbau, der keinen freien Ferrit enthalten sollte. Perlitlamellenabstand und -dicke sind neben der Korngröße bestimmend für die Festigkeits- und Zähigkeitseigenschaften erlitischer Stähle. Aber auch hierbei ist ein Anstieg der Festigkeit mit einem Abbau der Zähigkeitswerte verbunden.It should also be noted that the performance of the rail depends largely on its resistance is dependent on abrasive and crushing wear. The highly wear-resistant ones get this property Rails due to their finest pearlitic, also called "sorbitic" in common parlance Structure that should not contain any free ferrite. Pearlite lamella spacing and thickness are next to that Grain size determines the strength and toughness properties of Erlitic steels. But also an increase in strength is associated with a reduction in toughness values.

Da hohe Festigkeitswerte bei Schienen nur im Verschleißbereich des Kopfes erforderlich sind, der Steg- und Fußbereich jedoch zäh und karbunempfindlieh sein sollte, muß das Ziel aller Verbesserungsmaßnahmen diesen Forderungen möglichst nahe kommen.Since high strength values are only required for rails in the wear area of the head, the The bridge and foot area, however, tough and insensitive to carbide should be, the goal of all improvement measures must come as close as possible to these requirements.

Darüber hinaus wird das Betriebsverhalten von Schienen nach neueren Erkenntnissen ganz wesentlich auch von ihrem Eigenspannzustand mitbestimmt= Hohe «> Eigenspannungen können durch Überlagerung mit Betriebs- und Wärmespannungen im Gleis — insbesondere im geschweißten Gleis — zu örtlichen Überschreiten der Dauerfestigkeit und damit zu bleibenden Schädigungen bzw. Brüchen im Schienenstahl führen. b5 Ein Zusammenhang des Eigenspannungszustandes mit der bis heute ungeklärten Ursache der Riffelbildung wird auch vermutet.In addition, the operating behavior of rails is becoming very important according to more recent findings also determined by their internal stress state = high «> Residual stresses can be caused by superimposition with operating and thermal stresses in the track - in particular in the welded track - to local exceeding of the fatigue strength and thus to permanent Lead to damage or breaks in the rail steel. b5 A connection between the state of internal stress and the cause of the corrugation that has not yet been clarified is also suspected.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Wärmebehandeln von Schienen zu schaffen, das in die Schienenwaizung eingegliedert werden kann.The invention is based on the object of a method for heat treatment of rails create, integrated into the rail maintenance can be.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß unmittelbar nach der abgeschlossenen y/a-Umwandlung das Abkühlen der Schiene aus der Walzhitze unterbrochen wird, der Schienenkopf induktiv in das y-Gebiet erwärmt wird und dieser zur Einstellung eines Sorbitgefüges beschleunigt abgekühlt wird.According to the invention, this object is achieved in that immediately after the completed y / a conversion the cooling of the rail from the rolling heat is interrupted, the rail head inductively into the y area is heated and this is cooled accelerated to set a sorbitol structure.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird während der Erwärmung des Schienenkopfes in das y-Gebiet der Fuß- und Stegbereich durch eine Wärmequelle auf ca. 600° C eingestellt.In a further embodiment of the invention, during the heating of the rail head in the y-area of the foot and bridge area set to approx. 600 ° C by a heat source.

Durch diese Maßnahmen wird erreicht, Schienen herzustellen, die hohe Verschleiß- und Dauerfestigkeit im Schienenkopf mit guten Zähigkeitswep m bei großer Kerbunempfindlichkeit im Schienensteg und Schienenfuß verbinden und darüber hinaus weitgehende Freiheit von Eigenspannungen aufweisen. Die gute Schweißeigüüiig genormter versehieiSfesier Kohienstoffstahischienen wird nicht beeinträchtigtThrough these measures it is achieved to produce rails that high wear and fatigue resistance in the rail head with good Zähigkeitswep m at large notch insensitivity in the rail web and rail connect and further have considerable freedom of residual stresses. The good weldability of standardized, different carbon steel rails is not impaired

Das erfindungsgemäße Verfahren kann z. B. in der Weise durchgeführt werden, daß die Abkühlung der in an sich bekannter Weise gewalzten Kohlenstoffstahlschienen in einem Temperaturbereich zwischen 650° C und 450°C, d.h. zu dem Zeitpunkt, in dem die y/oc-Umwandlung vollständig abgeschlossen ist, unterbrochen und der Randbereich des Schienenkopfes bis zu einer Tiefe von mehr als 15 mm erneut austenitisiert und anschließend beschleunigt abgekühlt wird. Die Wiedererwärmung der Schienenkopfrandzone erfolgt z. B. induktiv mit herkömmlichen Anlagen, die erfindungsgemäß mit einer zusätzlichen Einrichtung für die Beheizung des Steg-Fußteils der Schiene ausgeiüstet sind. Die Abkühlung der Schienen nach dem Walzen wird somit erfindungsgemäß zu dem Zeitpunkt unterbrochen, in dem die unterschiedliche Wärmeschrumpfung im Schienenprofil noch nicht zum Verwerfen der Schienen geführt hat.The inventive method can, for. B. be carried out in such a way that the cooling of the in carbon steel rails rolled in a known manner in a temperature range between 650 ° C and 450 ° C, i.e. at the point in time at which the y / oc conversion is completely completed and the edge area of the rail head is austenitized again to a depth of more than 15 mm and is then cooled at an accelerated rate. The re-heating of the rail head edge zone takes place z. B. inductively with conventional systems, according to the invention with an additional device for the Heating of the web foot part of the rail are equipped. The cooling of the rails after rolling is thus interrupted according to the invention at the point in time when the different heat shrinkage has not yet led to the rejection of the rails in the rail profile.

Beim beschleunigten Abkühlen des wiedererwärmten Schienenkopfes, das in Abhängigkeit von der gewählten Stahlzusammensetzung mit Hilfe von beschleunigter Luft oder einem Luft-Wasser-Gemisch durchgeführt werden kann, stellt sich im Schienenkopf das gewünschte feinstlamellare feinkörnige Perlitgefüge hoher Festigkeit ein. Durch die parallel dazu ablaufende Volumenverminderung wird die Schiene gerade gehalten, wobei die noch vorhandene Anlaßtemperatur im Schienenfuß den Aufbau von Zugspannungen verhindert. Die Schiene verläßt somit gerade und eigenspannungsfrei die Behandlungsanlage, d. h. die Vorrichtung für die Wärmebehandlung.During the accelerated cooling of the reheated rail head, depending on the selected Steel composition carried out with the help of accelerated air or an air-water mixture can be, the desired finely lamellar, fine-grained pearlite structure is higher in the rail head Firmness one. By reducing the volume in parallel, the splint is kept straight, the still existing tempering temperature in the rail foot prevents the build-up of tensile stress. The rail thus leaves the treatment plant straight and free of residual stress, i. H. the device for heat treatment.

Um geringste Toleranzen für die Geradheit und Welligkeit von Schienen, die besonders geeignet sind zum Verlegen in Strecken mit Schwerlast- und/oder Schnellstverkehr, einzustellen, kann ein zusätzliches Richten im kalten Zustand erfolgen. Die hierbei erforderliche Richtarbeit ist dann aber so gering, daß so gefertigte Schienen noch immer eigenspannungsarm und im Vergleich zu Schienen bisheriger Fertigung wesentlich betriebssicherer sind.To the smallest tolerances for the straightness and waviness of rails, which are particularly suitable for laying in routes with heavy goods and / or express traffic, an additional Straightening to be done in the cold state. The straightening work required here is so small that so Manufactured rails are still low in residual stress and compared to rails of previous manufacture are much more reliable.

Das erfindungsgemäße Verfahren weist folgende wesentliche Vorteile auf:The method according to the invention has the following essential advantages:

Die induktive Wiedererwärmung eines Teils des Schienenkopfes überbrückt nur noch eine Temperaturdifferenz von ca. 300°C, wobei die Nähe des Curie-Punktes die Umwandlung der elektrischen Ener-The inductive reheating of part of the rail head only bridges a temperature difference of approx. 300 ° C, with the proximity of the Curie point the conversion of the electrical energy

gie in Wärme noch wesentlich begünstigt Das Temperaturgefälle zum nicht wiedererwärmten Teil des Schienenkopfes ist gering und vermeidet darum Energieverluste. Die elektrische Kapazität der Induktionsanlage könnte verringert werden, wenn es nicht vorteilhafter wäre, die Durchsatzleistung einer derartigen Anlage um ein Mehrfaches zu steigern. Hierdurch ist es möglich, die Durchlaufgeschwindigkeit der Anlage dem Walztakt anzugleichen.The temperature gradient to the non-rewarmed part of the Rail head is small and therefore avoids energy losses. The electrical capacity of the induction system could be reduced if it were not more advantageous to increase the throughput of such a System to be increased many times over. This makes it possible to reduce the throughput speed of the system to match the rolling cycle.

Die Erfinder hatten erkannt, daß ein wesentlicher Vorteil des durch Wärmebehandlung erzielten feinstperlitischen Gefüges auf seiner Feinkörnigkeit beruht Sie wird durch den Umkörnungseffekt erzielt, für den es jedoch gleichgültig ist, ob der Stahl der ersten Gefügeumwandlung völlig abgekühlt war oder ob er unmittelbar nach Abschluß der Gefügeumwandlung nach dem Walzen wieder reaustenitisiert wurde.The inventors had recognized that an essential advantage of the finest pearlitic obtained by heat treatment The structure is based on its fine-grainedness. It is achieved by the graining effect for which it is However, it is irrelevant whether the steel of the first structural transformation was completely cooled or whether it was was reaustenitized again immediately after the end of the structural transformation after rolling.

Durch die iii der Behandlungsanlage erfolgte Anlaßbehandlung des Steg- und Fußteils der SchieneDone by the iii of the treatment facility Tempering of the bar and foot part of the splint

-, wird die Walzhärte in diesem Teil der Schiene abgebaut und ihre Zähigkeit und Kerbunempfindlichkeit wesentlich erhöht Die Betriebssicherheit so behandelter Schienen ist verbessert, ihre Gefährdung z.B. durch fehlerhafte Behandlung bei Schweiß- und Verlegearbei--, the rolling hardness is reduced in this part of the rail and their toughness and notch insensitivity are essential increased The operational safety of rails treated in this way is improved, their endangerment e.g. by incorrect treatment during welding and laying work

Ii ten ist reduziertIi ten is reduced

Durch Unterbrechung der Abkühlung nach dem Walzen wird die aus dem Wärmeungleichgewicht herrührende Verwerfung der Schienen und die bisher rwangsläufig daraus folgende Richtarbeit an der kaltenBy interrupting the cooling after rolling, the heat imbalance becomes the result resulting warping of the rails and the straightening work on the cold one, which has so far inevitably resulted from it

-, Schiene vermieden.- Avoided rail.

Claims (2)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Verfahren zum Wärmebehandeln von Schienen, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar* nach der abgeschlossenen y/a-Umwandlung das ~> Abkühlen der Schiene aus der Walzhitze unterbrochen wird, der Schienenkopf induktiv in das y-Gebiet erwärmt wird und dieser zur Einstellung eines Sorbitgefüges beschleunigt abgekühlt wird.1. A method for heat treatment of rails, characterized in that immediately * after the completed y / a conversion the ~> cooling of the rail from the rolling heat is interrupted, the rail head is inductively heated in the y area and this is used to set a sorbitol structure accelerated cooling. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- i<> zeichnet, daß während der Erwärmung des Schienenkopfes in das y-Gebiet der Fuß- und Stegbereich durch eine Wärmequelle auf ca. 600° C eingestellt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that i <> shows that during the heating of the rail head in the y-area of the foot and web area is adjusted to approx. 600 ° C by a heat source. 1515th