DE963781C

DE963781C - Process to increase the wear resistance of rails

Info

Publication number: DE963781C
Application number: DEH3547D
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Fritz J Hofmann
Original assignee: FRITZ J HOFMANN DIPL ING
Current assignee: FRITZ J HOFMANN DIPL ING
Priority date: 1939-08-08
Filing date: 1939-08-08
Publication date: 1957-05-16

Description

Verfahren zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit von Schienen Die Steigerung der Verkehrsdichte, Fahrgeschwindigkeit sowie der Achsdrücke bei den meisten Eisenbahnen und Straßenbahnen, welche insbesondere in den letzten 20 Jahren angewendet werden mußten, um diese Verkehrsmittel konkurrenzfähig zu erhalten; brachten das immer stärker werdende Bedürfnis nach einer hochwertigen und hochverschleißfesten Schiene mit sich. Nach vielen Fehlschlägen wurden die verschiedensten OOualitäten an verschleißfesten Schienen entwickelt.Method for increasing the wear resistance of rails The increase the traffic density, driving speed and axle pressures on most railways and trams, which have been used particularly in the last 20 years had to keep these modes of transport competitive; always brought that increasing need for a high-quality and highly wear-resistant rail with himself. After many failures, the most varied of qualities became more wear-resistant Rails developed.

Bezüglich der Verschleißfestigkeit stehen die Martensitschienen und die Verbundstahlschienen weitaus an erster Stelle. Den bisherigen verschleißfesten Schienen haftet als Nachteil das große Erzeugnisrisiko und damit der hohe Preis oder sogar nicht genügende Verschleißfestigkeit an. Wieweit das Bedürfnis nach einer preiswerten verschleißfesten Schiene geht, ist aus den vielen Debatten, welche insbesondere auf den internationalen Schienentagungen geführt wurden, zu ersehen, ohne daß bisher das bestehende Bedürfnis nach einer verschleißfesten Schiene befriedigt werden konnte, welche sowohl im Stahlwerks- als auch im Walzwerksbetrieb mit einfachen Mitteln laufend ohne besondere Vorbereitungen bei niedrigen Erzeugungskosten herges.teillt werden kann.With regard to wear resistance, the martensite rails and the composite steel rails far in the first place. The previous wear-resistant The disadvantage of rails is the high product risk and thus the high price or even insufficient wear resistance. How far the need for one Inexpensive wear-resistant rail is all about is out of the many debates about which one in particular have been held at the international rail conferences, without being seen so far the existing need for a wear-resistant rail could be satisfied, which both in steelworks and in rolling mills with simple means continuously produced without special preparations at low generation costs can be.

Zusammenfassend ist zu sagen, daß an eine verschleißfeste Schiene folgende Anforderungen zu stellen sind: r. Normale Erzeugung im Stahlwerk, a. normale Verwalzbarkeit im Walzwerk wie bei Kohlenstoffstahlschienen, 3. hohe Bruchsicherheit, auch bei Frost, 4. mindestens eine im Verhältnis zum Preis genügend hohe Verschleißfestigkeit gegenüber der normalen Kohlenstoffstahlschiene mit etwa o,500/0 Kohlenstoff und i 0/a Mangan, 5. nicht wesentlich höhere Erzeugungskosten als bei normalen Kohlenstoffstahlschienen.In summary, it can be said that a wear-resistant rail the following requirements must be met: r. Normal production in the steel mill, a. normal Rollability in the rolling mill as with carbon steel rails, 3. high break resistance, even in frost, 4. at least one in relation to the price sufficiently high wear resistance compared to the normal carbon steel rail with about 0.500 / 0 carbon and 10 / a manganese, 5. not significantly higher production costs than normal carbon steel rails.

Von diesen IJborlegungon ausgehend, betrifft die vorliegende Erfindung eine hochverschleißfeste Schiene, welche den vorgenannten Anforderungen voll entspricht.Based on these considerations, the present invention relates a highly wear-resistant rail that fully meets the aforementioned requirements.

Die Erfindung besteht darin, daß die aus einem an sich bekannten, als Schienenbaustoff bisher aber nicht verwundeten Stahl mit 0,35 bis i 0/0 Kohlenstoff, 1,3 bis 2 % Mangan und 0,5 bis 1,5 0/0 Silizium hergestellte fertige, walzwarme Schiene nach dem Walzprozeß bis zu einer Temperatur von etwa 62o° C an der Luft abgekühlt wird, worauf die weitere Abkühlung zum Zwecke des Anlassens und einer weitestgehenden Beseitigung von inneren Spannungen, beispielsweise durch Einlegen in Sand, verlangsamt wird. The invention consists in that the steel with 0.35 to 10/0 carbon, 1.3 to 2% manganese and 0.5 to 1.5% silicon, which is known per se but has not been used as a rail building material so far The finished, hot-rolled rail produced after the rolling process is cooled to a temperature of about 62o ° C in the air, whereupon the further cooling for the purpose of tempering and the greatest possible elimination of internal stresses, for example by laying in sand, is slowed down.

Durch die aus dem walzwarmen Zustand bis auf 62o° C erfolgende normale Abkühlung, wie sie durch die Bauart gewöhnlicher Warmbetten gegeben ist, erhält die Schiene ein aus Martensit bis Sorbit bestehendes Härtungsgefüge, da es sich bei dem in seiner Zusammensetzung angegebenen Stahl um einen Lufthärter handelt, dessen Arl wesentlich unter dem mit etwa 62o° C angegebenen Auffangpunkt für die Abkühlung liegt. Dieser Arl liegt bei etwa 585° C, so daß es daher schon genügt, die Schiene auf dem Warmbett liegenzulassen, bis ihre Oberfläche auf etwa 62o° C abgekühlt ist. Durch die unterhalb von 62o° C vorzunehmende verlangsamte Abkühlung erfolgt eine Umwandlung des Martensits in Sorbit bzw. des Sorbits in Ferrit und Perlit sowie Zementvt.Due to the normal temperature from the hot rolling condition up to 62o ° C Cooling, as it is given by the design of ordinary warm beds, is maintained the rail has a hardening structure consisting of martensite to sorbite, since it is the steel specified in its composition is an air hardener, its Arl significantly below the specified collection point of about 62o ° C for the Cooling lies. This Arl is around 585 ° C, so it is enough to Let the splint lie on the warm bed until its surface is about 62o ° C has cooled down. Due to the slower cooling to be carried out below 62o ° C there is a conversion of the martensite into sorbitol or the sorbitol into ferrite and Perlite and cement vt.

Die Erzielung einer solchen Art von Gefüge in Schienen ist zwar an sich bekannt; die hierzu erforderlichen Vorrichtungen für die Wasser- bzw. Nebelhärtung werden aber nach der Erfindung überflüssig, so daß die durch die Einrichtung solcher zusätzlicher Vorrichtungen entstehenden Kosten erspart werden und die Schiene wie jede normale Kohlenstoffstahlschiene gewalzt werden kann.Achieving such a type of structure in rails is on known oneself; the necessary devices for water or mist hardening but are superfluous according to the invention, so that by the establishment of such additional devices incurred costs can be saved and the rail like any normal carbon steel rail can be rolled.

Schließlich ist auch ein Verfahren bekanntgeworden, um die Innenrisse in aus nicht lufthärtenden Stählen hergestellten Schienen durch eine Verzögerung der Abkühlung im Temperaturbereich zwischen 500 und 300° C zu vermeiden. Dieses Verfahren, das vielleicht einen gewissen Ei n:fluß auf die Korngröße oder die Art der Kürngrenzenablagerungen haben mag, ist aber ohne Einfluß auf das Gefüge der Schiene. Es soll vielmehr dasjenige Gefüge beibehalten werden, das durch die Art der Abkühlung im kritischen Bereich hervorgerufen wurde. Demgegenüber wird beim erfindungsgemäßen Verfahren die Abkühlung noch im kritischen Bereich aufgefangen, wodurch auch die Ergebnisse andere sind. So wurden zum Zwecke der praktischen Erprobung von gemäß der Erfindung behandelten Schienen verschiedene Schienensorten in einem stark befahrenen Versuchsbogen mit i5o m Radius bei i2%o Steigung eingebaut. Verwendet wurden Kohlenstoffstahlschienen entsprechend den normalen Vorschriften der Deutschen Reichsbahn, dann weiter auf Martensit durch Wasser gehärtete Schienen, Schienen mit höherem Mangangehalt und schließlich gemäß der Erfindung hergestellte Schienen. Die durch die Räder verursachte Abnutzung des Schienenkopfes wurde im Abstand von je 2 m gemessen; die Messung erfolgte alle 3 Monate. Während bei allen Vergleichsschienen der Verschleiß sich in den Grenzen von 11,3 mm2 bei der bestem, bis 34,1 mm2 bei der normalen C-Stahlschiene bewegt, konnte eine meßbare Abnutzung bei gemäß der Erfindung hergestellten Schienen bisher überhaupt nicht festgestellt werden.Finally, a method has also become known to avoid internal cracks in rails made of non-air-hardening steels by delaying cooling in the temperature range between 500 and 300 ° C. This process, which may have a certain influence on the grain size or the type of surface deposits, has no influence on the structure of the rail. Rather, the structure should be retained that was caused by the type of cooling in the critical area. In contrast, in the method according to the invention, the cooling is still absorbed in the critical area, which means that the results are also different. Thus, for the purpose of practical testing of rails treated according to the invention, various types of rails were installed in a heavily trafficked test arch with a radius of 150 m and a gradient of 12%. Carbon steel rails were used in accordance with the normal regulations of the Deutsche Reichsbahn, then rails hardened to martensite by water, rails with a higher manganese content and finally rails manufactured according to the invention. The wear on the rail head caused by the wheels was measured every 2 m; the measurement took place every 3 months. While the wear in all comparison rails is within the limits of 11.3 mm2 for the best, up to 34.1 mm2 for the normal carbon steel rail, measurable wear has not yet been found in rails manufactured according to the invention.

Ergänzend sei noch hinzugefügt, daß es sich keineswegs um Versuche gehandelt hat, die mit Rücksicht auf die vorliegende Anmeldung angestellt worden sind. Es sind nebenher noch weitere Versuche gelaufen, bei denen man andere Auffangpunkte verwendet hat, und zwar unter anderem auch. Auffangpunkte von wenig über 5oo° C. Diese Schienen entsprechen aber nicht einmal den üblichen Abnahmebedingungen, so daß von einem Einbau in die Versuchsstrecke von vornherein Abstand genommen werden mußte.It should also be added that these are by no means experiments has acted, which has been employed with regard to the present application are. At the same time, other experiments were carried out in which other catchment points were to be found used, among other things. Collection points of a little over 5oo ° C. However, these rails do not even meet the usual acceptance conditions, so that the installation in the test track is refrained from from the outset had to.

Die gemäß der Erfindung hergestellten Schienen wurden ferner, nachdem sie eine ganze Nacht lang bei Frost im Schnee gelegen hatten, kalt auf einen Radius von 32,5 m gebogen und wie bei Flügelschienen geknickt, ohne daß ein Bruch eintrat.The splints made according to the invention have also been used after they had lain in the snow for a whole night in frost, cold to a radius bent from 32.5 m and kinked like with wing rails without breaking.

Claims

PATENT CLAIM: Process for increasing the wear resistance of Rails, characterized in that the steel mixes 0.35 to i% carbon, 1.3 to 2% manganese, 0.5 to 1.5% silicon produced finished, hot-rolled rail cooled in air to a temperature of about 62o ° C after the rolling process is, whereupon the further cooling for the purpose of tempering and a Weitestbeh ends elimination of internal tensions, for example by laying in sand, is slowed down.

Considered publications: German Patent No. 673,465; "Steel and Iron", 1939, p. 431; U.S. Patent No. 1,595,123 Materials Handbook Stahl and Eisen, 1937, Ti-io and Ti-i i, Ti, TO-I; "Metal Progress", July 1936, P.43; German standard sheet, DIN 17014 (February 1952); Report 2nd Int.

Rail conference, March 1933 p. 59; report

4th Int. Rail Conference, 1939, p. 151.