SE425802B - Forfaringssett for framstellning av forslitningsbestendiga rels- och hjulmaterial - Google Patents

Description

7807561-6 2 Annaien" im (1977), sidorna 103-109).

Halten av legeringselementen kan inte ökas i obegränsad omfattning, efter- som då oönskade biverkningar kan uppträda, t.ex. bristande sprödbrottkänslighet och benägenhet för härdningssprickor (se "Glasers Annalen" 88 (l964), sidorna 98-l09 och 98 (l974), sidorna 93-l00).

Det är känt att minska förslitningen genom att använda smörjmedel, som appliceras genom rälssmörjanläggningar eller via hjulflänssmörjning vid hjul på beröringsytorna mellan hjul och räls. En sådan smörjning kan endast ske i be- gränsad omfattning, eftersom vidhäftningen mellan hjul och skenor måste upprätt- hållas. Eftersom smörjningen ständigt måste förnyas ökar de löpande kostnaderna för järnvägsdriften. Dessutom är det känt att minska den starka förslitningen genom att svetsa på ett förslitningsbeständigt material på räls och skenor.

Härigenom kan emellertid svetsfel leda till skador. 0 Föreliggande uppfinning har till ändamål att genom enkla åtgärder påtagligt förbättra förslitningsbeständigheten hos skenor och/eller hjulmaterial. 0 Denna uppgift löses enligt uppfinningen genom att stålet för rälsen, hjul- ringarna eller helhjulen legeras med 0,027- 0,35 % bly och/eller vismut. Lämp- ligen legeras åtminstone 0,07 % bly och/eller vismut in. Den föredragna övre gränsen ligger vid 0,20 % bly och/eller vismut. Om bly och vismut tillsätts i förening så bör de tillsatta procentandelarna Pb + Bi falla inom det procentom- råde, som gäller uteslutande för ett av ämnena, t.ex. bly. Av de påvisade alter- nativen är en tillsats uteslutande av bly speciellt fördelaktig.

Inlegeringen av bly i stål tillhör det tekniska område, som avser framställ- ning av automatstål med förbättrad spånbearbetningsförmâga, som sedan årtionden tillhört teknikens ståndpunkt (se exempelvis "Archiv für das Eisenhüttenwesen" (l943), sidorna 65-76 eller den tyska patentskriften 9l0.309). Enligt detta åstadkommer en blytillsats om 0,03 - 0,48 % utan inverkan på de övriga mekaniska egenskaperna en väsentlig förbättring av skärförmågan hos skärande verktyg. Den förbättrade spånbearbetningsförmågan beror på att de finfördelade blyinlagringarna å ena sidan underlättar en avskiljning och avbrytning av spån och minskar â andra sidan friktionsmotståndet beroende på en smörjande verkan mellan skärverktyget och det material som skall bearbetas. Beroende på den minskade friktionen minskas även temperaturstegringen vid spånskärningen.

Kännedomen om den positiva inverkan av en blytillsats på spånbearbetnings- förmågan har uppenbarligen inte påverkat de sedan många år pågående strävandena hos rälsfackfolk att förbättra förslitningsmotståndet, eftersom såsom redan pâ- pekats fackfolket inom området för räls och hjulmaterial har försökt att förbättra förslitningsmotståndet genom en ökning av hållfastheten. Det har hittills inte 3 _ 7807361-6 varit känt att man genom en blytillsats till rälsstålen och hjulmaterialen kan uppnå en ökning av livslängden, vilken vid kända rälsstål kan uppgå till 50 % eller till och med över 100 %. En väsentlig fördel är därvid att vidhäftningen mellan hjul och räls inte påverkas av blytillsatsen. Därför är det möjligt att utnyttja den förslitningsminskande verkan genom inlegeringen av bly utan att man får en minskad vidhäftningsförmåga. Det har dessutom visat sig, att blytillsat- sen till räls och/eller hjul leder till en minskning av det så kallade kurvknast- ret i skarpa kurvor.

De hittillsvarande försöken bevisar riktigheten av antagandet att man vid sidan av den förbättrade nötningsbeständigheten även får en förbättrad korrosions- beständighet, eftersom den mindre råa ytan bildar färre angreppspunkter för korro- sionsförlopp. Detta är en speciell fördel inom industritrakter, där man måste räkna med speciellt starka korrosionsangrepp.

Vid det patentsökta förfarandet måste endast endera av de båda delarna, nämligen räls eller hjulmaterial, legeras med bly för att man skall få en tydlig ökning av livslängden. Betraktar man först rälsstålet så visar sig den fördel- aktiga verkan för blyet vid alla idag vanliga rälsstål, vars kemiska sammansättning är känd från den tidigare nämnda litteraturen eller exempelvis från UIC-Merkblatt 860 V, 6:e utgåvan av den l januari l970 eller från "Technische Lieferbedingungen der Deutschen Bundesbahn" TL 918 254, utgiven i januari l972.

Såsom exempel visar nedanstående tabeller en översikt över de kemiska sam- mansättningarna hos kända naturhârda stål (halter i viktsprocent).

Tabell I C Si max. Mn Regelgods enligt UIC 860 V 0,40-0,60 0,35 0,80-l,20 Förslitningsfast gods enligt Ulß 860 V och DB:TL 918 254 A 0,60-0,80 0,50 0,80-l,30 B 0,50-0,70 0,50 1.30-l.7O C 0,45-0,65 0,40 1.70-2,10 Specialgods 0,40-0,80 l.50 0.70-2,00 med ytterligare tillsatser av upp till 2 % Cr; upp till 0,25 % av vardera Mo, V, Ti och upp till 0,5 % Nb. 7807361-6 Motsvarande goda resultat visar sig vid andra naturhârda normräls, t.ex. enligt den amerikanska normen ASTM-Standard A l-68 eller den ryska normen GDST 6944-63 och GDST 8l6D-63.

De nämnda rälsstâlen kan även förekomma i värmebehandlat tillstånd, t.ex. efter en accelererad avkylning från valsningsvärmen. Det är sålunda känt att ett finperlitiskt gods vid rälsstål medför en förbättring av egenskaperna, spe- ciellt slithållfastheten. Ett speciellt förfarande för framställning av sådana finperlitiska gods beskrivs i den tyska utläggningsskriften 2.439.338. Kombi- nationen av en sådan finperlitisk räls med den här patentsökta blytillsatsen är speciellt fördelaktig med avseende på slithållfastheten och livslängden.

Pâ så sätt framställd räls eller hjulmaterial har företrädesvis en minsta draghållfasthet om 700 N/mmz, och de kännetecknas av en hög utmattningshâllfast- het. De är speciellt lämpade för höga axellaster om mer än 22 ton.

Inom ramen för det patentsökta förfarandet bör speciellt framhävas använd- ningen av naturhårda låglegerade stål med en minsta draghållfasthet om mindre än 630 N/mmz och-mer än 350 N/mmz. Räls med denna hållfasthet kan efter den aktuella blytillsatsen användas där låga axellaster om mindre än l0 ton uppträder.

Detta gäller för lokaltrafik, t.ex. spårvagnar.

Förfarandet enligt uppfinningen öppnar i denna kombination möjligheten att såsom rälsstål utnyttja stål med kolhalter om mindre än 0,4 % (t.ex. St 52-3 eller C-35), vilka hittills inte kunnat användas såsom rälsstål beroende på bristande slithållfasthet.

Blytillsatsen ökar språngartat slitbeständigheten, så att dessa lågkolhal- tiga stål kan användas som räls, varvid man samtidigt kan utnyttja fördelen med den högre segheten hos dessa stål. Exempel inom omrâdet för de lâgkolhaltiga stålen med de låga minsta draghâllfastheterna framgår av nedanstående tabell: Tabell II . 2 x) C S1 Mn Draghållfasthet N/mm C 35 0,32-0,39 0,l5-0,35 D,5D-0,80 500 St 52 0,l4-0,20 0,20-0,60 l,2D-1,50 500 X) i valstillstånd eller normaliserat tillstånd.

En annan fördelaktig användning utgör de höghâllfasta rälsstâlen, vilka i naturhârt tillstånd uppvisar en bainitisk struktur och en minsta hållfasthet om S 7807361-6 1.100 N/mmz. Sådan höghä11fast rä1s är känd för fackmannen genom den tyska I patentskriften 2.302.865. En typisk sammansättning framgår av fö1jande tabe11: Tabe11 III (Kemisk sammansättning i viktsprocent) C Si Mn Cr Mn+Cr Mo V B 0,28-0,35 0,20-1,50' 0,50-3,50 1,25-4,00 2,75-4,50 0-0,40 0-0,40 0-0,010 Den förde1aktiga inverkan av b1yet vid hju1materia1 (hju1ringar e11er he1- hju1) visar sig även vid a11a van1iga sammansättningar. Motsvarande ana1yser framgår av UIC-Merkb1att 812-3 V/74 e11er "Stahï-Eisen-Liste". Såsom exempe1 kan nämnas fö1jande sammansättningar: Tabe11 IV (Kemisk sammansättning i viktsprocent) C Si Mn Cr Mo en1igt UIC 812-3 V/74 (Hju1 i norma1g1ödgat ti11stånd) R 1 0,40 0,30 0,60 - R 2 0,55 0,30 0,65 - R 3 0,65 0,30 0,65 - Specia1gods 0,40-0,80 0-0,40 0,50-0,90 0,20-0,50 Materia1 nr. 1.7215 0,25 0,90 1,0 1,1 0,25 1¿7228 0,50 0,25 0,65 1,1 0,20 1.9976 0,68 0,35 0,65 0,40 - 1.9978 0,70 0,35 0,75 0,50 - 1.0627 0,72 0,40 0,75 - - De ovan nämnda rä1smateria1en före1igger i naturhårt e11er norma1g1ödgat ti11stând.

A1ternativt härti11 har användningen av förfarandet en1igt uppfinningen visat sig medföra specie11a förde1ar för hju1materia1, vi1ka i seghärdat ti11stånd 7807361-6 (avkylning och anlöpning) uppvisar en av anlöpt martensit bestående struktur och har en minsta draghâllfasthet om 600 N/mmz. Detta gäller även för de i UIC- Merkblatt 8l2-3 V/74 upptagna stålen R6 till R9, vilka används för hjul med ythärdade löpytor (löpringshärdning).

Vid hjulmaterial finns det även möjlighet att sätta in nya stål beroende på de förbättrade slitförhållandena genom användningen av bly, speciellt stål med kolhalter under 0,25 %, vilka är kända såsom olegerade och legerade byggnads- stâl. Dessa stål har hittills inte kunnat användas såsom hjulmaterial beroende på sin bristande slithållfasthet.

I det följande skall det tekniska framsteget förklaras närmare i anslut- ning till de i bifogade figurer visade diagrammen.

Man har undersökt förslitningsförhållandena för rälsstål och hjulstâl utan och med blytillsats. Utgângspunkt var följande materialanalyser: Tabell V Beteckning Kemisk sammansättning Värmebehandlings- Draghåll ast- i viktsprocent tillstândi het N/mm C Si Mn Cr Pb Raisstai 0,42 0,20 0,70 0,01 vantmstånd 6s0t11112s0 tintm tm tm - 0,3 1,0 1,70 1,50 Éåulstâl 0,55 0,30 0,05 - - Narmfngiöagat 750 Enligt uppfinningen Rä1sstä1 0,37 0,20 0,70 - 0,12 vfnsrmstana 640f1119s0 :11111111 :m tm 0,8 0,50 1,30 i 0,18 gšuïstå] 0,5 0,25 0,70 - 0,15 Normaigrfsagat 730 Alla stål visade en struktur av perlit och ferrit. Vid stålen enligt upp- finningen var blyet avskilt från grundmaterialet. De avskilda delarna var sträck- ta i valsriktningen med längder upp till 400 pm och tjocklekar upp till omkring l0 pm. Dessa delar var likformigt och fint fördelade över materialet.

För kontroll av slitbeständigheten prövades rullar framställda av stål med 40 mm diameter i ett rull-glid-förslitningsförsök. Därvid rullar två stycken 7 7807361-6 cylindriska skivor i samma riktning men med obetydligt olika periferihastighet på varandra. Eftersläpningen var omkring 0,70 %, och presstrycket var 520 N/mm2.

Testresultaten framgår av figurerna l - 3.

De i figurerna visade diagrammen visar längs abskissan draghållfastheten hos de provade rälsstålen, vilken som bekant ökar med stigande halt av C och Mn liksom även av Cr. De låga draghållfastheterna motsvarar därför de i tabel- lerna angivna analysområdena med låga C- och Mnhalter, medan de höga draghåll- fastheterna motsvarar de höga C- och Mn-halterna. ' Utefter ordinatan anges i logaritmisk skala bortslitningen i g per kilo- meter glidväg. I var och en av de undre bildhalvorna visas separat avrivningen för skenorna och för hjulen, medan de övre bildhalvorna sammanlagt visar den totala avrivningen (hjul + räls).

Figur l visar det kända sammanhanget att avslitningen i området för ske- nan S avtar linjärt med stigande draghållfasthet hos skenstålet, medan avslit- ningen i omrâdet för hjulet R tilltar. Den sammanlagda avslitningen av hjul + skena (R + S) i den övre bildhalvan visar en lätt stigande tendens med stigande draghållfasthet. Kurvan enligt teknikens ståndpunkt (figur l) infördes för jäm- förelse i figurerna 2 och 3. Dessutom har i figurerna 2 och 3 streckat visats avslitningen för de enligt uppfinningen framställda blylegerade skenorna och bly- legerade skenhjulen.

Figur 2 visar att avslitningen vid de blylegerade skenorna S (Pb) i jäm- förelse med kända skenor S sjunker i mitten av halvan, varvid det linjära beroen- det kvarstår med stigande draghållfasthet.

Det understa skuggmarkerade kurvbandet R/S (Pb) visar avslitningen från hjulet R (utan bly), vilket löper mot den blylegerade rälsen S (Pb). I för- hållande till teknikens ståndpunkt (det övre kurvbandet) är hjulavslitningen inom det skuggade fältet (uppfinningen) reducerat till l/5 av det ursprungliga värdet. Den adderade avslitningen från hjul + blylegerad räls R + S (Pb) fram- går av den övre bildhalvan. Utgår man exempelvis från en draghållfasthet om 700 N/mmz så framstår avslitningen vid teknikens ståndpunkt ungefär i mitten (R + S) = 2,5 g/km glidväg, medan avslitningen vid uppfinningsföremålet (skug- gade framställningen) endast utgör omkring R + S (Pb) = 0,75 g/km, alltså att avslitningen ligger på mindre än l/3 i förhållande till teknikens ståndpunkt.

Ett motsvarande sammanhang framgår av figur 3, som visar glidförslitnings- förhållandet hos hjul och skena (R + S) vid användning av nylegerat hjulstål R (Pb) Utgår man exempelvis från förslitningen vid en draghållfasthet hos skenstålet om 900 N/mmz så minskar avslitningen från det kända hjulet R från omkring 2,3 g/km (övre kurvan är teknikens ståndpunkt) till R (Pb) = l,0 g/km för det blylegerade 7807361-6 8 hjulet (undre skuggade fältet). Avslitningen för rälsen minskar från S = 0,8 g/km (övre kurvan utgör teknikens ståndpunkt) till S/R (Pb) = 0,l4 g/km (understa kurvan). Den övre bildhalvan visar den adderade avslitningen från hjul och räls (R + S; skuggat R (Pb) + S). För den anförda draghâllfastheten om 900 N/mmz fâr man i genomsnitt vid teknikens ståndpunkt en adderad avslitning om 3,0, medan uppfinningsföremålet ger en adderad avslitning om endast l,2 g/km.

På grund av det förbättrade avslitningsförhâllandet förbättras tillstånds- tiden mer än l00 %. Detta öppnar möjligheten att man till skillnad mot den hittillsvarande utvecklingen påverkar förslitningshållfastheten utöver den starka stegringen av draghâllfastheten. Man kan såsom rälsstål även använda stål med lägre hållfasthetsegenskaper, vilka är betydligt segare, så att lågkoliga stål med kolhalter om under 0,40 % kan användas såsom rälsstål.

Speciellt lämpar sig de enligt uppfinningen framställda skenorna för kurvor, bergsträckor, växlar och liknande, där de starkaste förslitningarna uppträder.

Claims (3)

7807561-6 P a t e n t k r a v

1. Förfaríngssätt för framstä11ning av försïitningsbeständiga rä1s- och hju1materia1, k ä n n e t e c k n a t av att ståïet för räïsen e11er rä1s- hjuïen ïegeras med 0,02 ti11 0,35 % bïy och/e11er vísmut.

2. Förfaríngssätt enïigt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a t av att åtminstone 0,07 % bly och/e11er vismut Iegeras in.

3. Förfaringssätt en1ígt patentkravet 1 eïïer 2, k ä n n e t e c k - n a t av att maxima1t 0,20 % bïy och/e11er vismut 1egeras in.