PL190411B1

PL190411B1 - Method of thermally strengthening rail and bulb bar heads

Info

Publication number: PL190411B1
Application number: PL99337632A
Authority: PL
Inventors: Roman Kuziak; Ryszard Molenda; Adam Musiał; Tadeusz Szynalski; Arkadiusz Potwora; Jerzy Pietryka; Stanisław Brall; Tomasz Zygmunt
Original assignee: Inst Metallurgii Zeleza Imeni
Priority date: 1999-12-30
Filing date: 1999-12-30
Publication date: 2005-12-30
Also published as: PL337632A1

Abstract

A method of thermal strengthening of rail heads and needle sections made of pearlitic steel by means of rolling heat. It is characterised in that after the process of rolling, a rail or section is first cooled down in calm air to the temperature of about 830 degrees Celsius. Then, the rail or section head itself is cooled down in an accelerated manner in 1-4 percent water solution of polyhartenol or other polymer with similar physical and chemical properties to the temperature of about 550 degrees Celsius. Then, it is cooled down again in calm air for 10-40 s, and again in the above mentioned solution to the temperature of 500 degrees Celsius. Finally, the process ends by cooling in calm or compressed air to the environment temperature.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób umacniania cieplnego główki szyn i kształtowników iglicowych na rozjazdy kolejowe ze stali perhtycznych z wykorzystaniem ciepła walcowaniaThe subject of the invention is a method of thermal strengthening of the head of rails and needle sections for railway turnouts made of perhtic steel with the use of rolling heat

Znane i stosowane na skalę pizemysłową metody umacniania cieplnego główki szyny obejmują.Methods of heat strengthening the rail head known and used on an industrial scale include.

- wpiowadzenie do stali perlitycznych dodatków stopowych, które obniżają temperaturę początku przemiany perlitycznej, połączone ze zintensyfikowanym chłodzeniem szyn nadmuchem powietrznym- introduction of pearlitic alloying additives to steel, which lower the temperature of the onset of pearlitic transformation, combined with intensified cooling of rails with air blowing

- objętościową obróbkę cieplną, której zastosowanie wymaga ponownego nagi ze wania szyn, a następnie ich chłodzenia woleju w sposób kontrolowany,- volumetric heat treatment, the application of which requires the rails to be naked again and then cooled in a controlled manner,

- umacnianie z ciepła walcowania polegające na przyspieszonym - regulowanym chłodzeniu za pomocą natrysku wodnego,- strengthening from rolling heat consisting in accelerated - controlled cooling by means of water spray,

- umacnianie z ciepła walcowania polegające na przyspieszonym chłodzeniu w wodnym roztworze mieszanin polimerowych.- rolling heat strengthening based on accelerated cooling in an aqueous solution of polymer mixtures.

Przykładem ostatniej wymienionej powyżej metody, jest opatentowany przez firmę Voest-Alpme sposób umacniania cieplnego główki szyny w 20% wodnym roztworze poliglikoliAn example of the last method mentioned above is the method of thermal strengthening of the rail head in a 20% aqueous polyglycol solution, patented by Voest-Alpme.

Cykl chłodzenia warstwy przypowierzchniowej podczas umacniania cieplnego metodą firmy Voest-Alpine przedstawiono na fig. 1 rysunkuThe cooling cycle of the subsurface layer during heat strengthening by Voest-Alpine method is shown in Fig. 1 of the figure.

Niekorzystnymi cechami tej metody, które mogą spowodować drastyczne obniżenie własności użytkowych szyn są'The disadvantageous features of this method, which may cause a drastic reduction in the operational properties of rails, are:

- łatwa możliwość przechłodzenia warstwy przypowierzchniowej poniżej temperatury około 550°C, co powoduje powstanie w niej kruchych struktur bamitycznych a w konsekwencji istotne pogorszenie własności użytkowych szyny,- easy possibility of supercooling of the subsurface layer below the temperature of about 550 ° C, which causes the formation of brittle bamitic structures in it and, consequently, a significant deterioration of the functional properties of the rail,

- wzrost temperatury warstwy powierzchniowej bezpośrednio po wyjęciu główki szyny z mieszaniny polimerowej, co powoduje obniżenie twardości tej warstwy o grubości około 5 mm, w stosunku do obszaru główki na głębokości od 5 do około 30 mm pod powierzchnią.- an increase in the temperature of the surface layer immediately after removing the rail head from the polymer mixture, which causes a reduction in the hardness of this layer about 5 mm thick, compared to the area of the head at a depth of 5 to about 30 mm below the surface.

Sposób umacniania cieplnego główki szyn i kształtowników iglicowych ze stali perhtycznych z wykorzystaniem ciepła walcowania według wynalazku, charakteryzuje się tym, ze szynę lub kształtownik po procesie walcowania pierwotnie chłodzi się w spokojnym powietrzu do temperatury około 830°C, po czym samą główkę szyny lub kształtownika chłodzi się w sposób przyspieszony w 1-4% wodnym roztworze polihartenolu lub innego polimeru o podobnych własnościach fizykochemicznych do temperatury około 550°C, a następme kolejno w spokojnym powietrzu przez okres 10-40 s, ponownie w wyżej wymienionym roztworze do temperatuiy 500°C, i na koniec piocesu w spokojnym powietizu lub sprężonym powietizem do temperatury otoczeniaThe method of thermal strengthening of the head of rails and needle sections made of perhtic steels using the heat of rolling according to the invention, is characterized in that after the rolling process, the rail or section is initially cooled in still air to a temperature of about 830 ° C, and then the head of the rail or section itself is cooled is accelerated in 1-4% aqueous solution of polyhartenol or another polymer with similar physicochemical properties to a temperature of about 550 ° C, and then successively in still air for a period of 10-40 s, again in the above-mentioned solution to a temperature of 500 ° C, and at the end of the piocess in still air or compressed air to ambient temperature

Sposób ten pozwala na uzyskanie mikiostruktury „drobnego” perlitu w warstwie tocznej główki szyny o grubości 25 mm, zapewnia uzyskanie wytrzymałości na lozciągame min 1200 MPa, twardości powierzchni tocznej mm 360 HB i korzystnego profilu twardości na głębokościThis method allows to obtain a mycostructure of "fine" perlite in the rolling layer of the rail head with a thickness of 25 mm, provides a tensile strength of at least 1200 MPa, a running surface hardness of mm 360 HB and a favorable hardness profile at depth

190 411 szyny, wydłużenia całkowitego A 5 min 9% oraz wysokiej odporności ściernej, zmęczeniowej 1 odporności na rozprzestrzenienie się kruchego pęknięcia190 411 rails, total elongation A 5 min 9% and high abrasion resistance, fatigue resistance 1 resistance to brittle fracture propagation

Zastosowanie przyspieszonego-regulowanego chłodzenia w wodnym roztworze polimeru według wynalazku, zapobiega tworzeniu się kruchych mikrostruktur bamitycznych oraz ogranicza stopień mięknięcia warstwy przypowierzchniowej podczas końcowego chłodzenia na powietrzuThe use of accelerated-controlled cooling in the aqueous polymer solution according to the invention prevents the formation of brittle bamitic microstructures and reduces the degree of softening of the subsurface layer during final air cooling

Przedmiot wynalazku przedstawiono w przykładzie wykonaniaThe subject of the invention is presented in an exemplary embodiment

Szynę ze stali perlitycznej o składzie chemicznym 0,78% C, 1,1% Mn, 0,25% Si, 0,012% P, 0,016% S, 0,05% Cr, 0,07% NI, 0,01% MO i 0,003% Al poddano procesowi umacniania cieplnego stosując metodę chłodzenia składający się z czterech etapów:Pearlitic steel rail with chemical composition 0.78% C, 1.1% Mn, 0.25% Si, 0.012% P, 0.016% S, 0.05% Cr, 0.07% NI, 0.01% MO and 0.003% Al was subjected to the process of thermal strengthening using the cooling method consisting of four stages:

1. Chłodzenia szyny bezpośrednio po walcowaniu w spokojnym powietrzu do momentu, gdy temperatura powierzchni główki osiąga wartość około 830°C.1. Cooling the rail immediately after rolling in calm air until the surface temperature of the head reaches a value of about 830 ° C.

2. Przyspieszonego-kontrolowanego chłodzenia główki szyny w czasie zapewniającym obniżenie się temperatury powierzchni do około 550°C w 1-4% wodnym roztworze polihartenolu, który doprowadzany jest od spodu zbiornika za pomocą wzdłuznej rury z naniesionymi szczelinami, najkorzystniej w sposób przerywany, powodujący oscylacyjny charakter zmian temperatury główki szyny w funkcji czasu2. Accelerated-controlled cooling of the rail head over a period of time ensuring that the surface temperature drops to about 550 ° C in a 1-4% aqueous polyhartenol solution that is supplied from the bottom of the tank by a slotted longitudinal pipe, most preferably intermittently, causing an oscillating nature of railhead temperature changes as a function of time

3. Chłodzenia w powietrzu przez okres 10-40 s w zalezności od profilu szyny, podczas którego następuje zmniejszenie gradientu temperatury między powierzchnią a środkiem główki, który utworzył się podczas przyspieszonego chłodzenia w roztworze mieszanin polimerowych3. Cooling in air for a period of 10-40 s depending on the rail profile, during which the temperature gradient between the surface and the center of the head is reduced, which was formed during accelerated cooling in a solution of polymer mixtures

Ponownego chłodzenia w wodnym roztworze pohhartenolu w czasie zapewniającym uzyskanie temperatury powierzchni główki około 500°CRe-cooling in the aqueous solution of pohartenol for a time ensuring that the surface temperature of the head is approximately 500 ° C

Swobodnego chłodzenia szyny do temperatury otoczenia w spokojnym powietrzu lub w sposób przyspieszony za pomocą sprężonego powietrza dla grubych profiliFree cooling of the rail to the ambient temperature in calm air or accelerated by compressed air for thick profiles

Przykładowy cykl chłodzenia warstwy powierzchniowej główki szyny według wynalazku przedstawiono na fig. 2 rysunku Oscylacyjny charakter zmian współczynnika wnikania ciepła uzyskuje się doprowadzając cyklicznie roztwór chłodzący za pomocą rury z wyciętą wzdłuzme szczeliną, znajdującą się w wannie z roztworem chłodzącym, w którym przeprowadzone jest przyspieszone regulowane chłodzenie główkiAn exemplary cooling cycle of the surface layer of the rail head according to the invention is shown in Fig. 2 of the drawing. The oscillatory character of the changes in the heat transfer coefficient is obtained by cyclically feeding the cooling solution through a pipe with a longitudinal slot cut in the bath with the cooling solution, in which accelerated controlled cooling is carried out. heads

Przerwę w stosowaniu przyspieszonego chłodzenia po osiągnięciu przez powierzchnię główki szyny temperatury równej 550°C uzyskuje się obniżając poziom roztworu wodnego pohhartenoluA break in the application of accelerated cooling after the temperature of the rail head reaches 550 ° C is achieved by lowering the level of the aqueous solution of polyhartenol

Uzyskano następujące własności mechaniczneThe following mechanical properties were obtained

- granicę plastyczności Re: 930 MPa- yield strength Re: 930 MPa

- wytrzymałość na rozciąganie R_m 1250 MPa- tensile strength R _m 1250 MPa

- wydłużenie A5. 10%- elongation A5. 10%

- twardość powierzchni tocznej 370HB- hardness of the running surface 370 HB

- korzystny profil twardości charakteryzuje się tym, ze twardość w funkcji odległości od powierzchni tocznej zmieniła się łagodnie od wartości 380 HB w odległości 5 mm od powierzchni do wartości 360 HB w odległości 30 mm od powierzchni- the favorable hardness profile is characterized by the fact that the hardness as a function of the distance from the running surface slightly changed from 380 HB at a distance of 5 mm from the surface to 360 HB at a distance of 30 mm from the surface

190 411190 411

OABOUT

O 'ΦO 'Φ

O oO

co owhat about

oabout

CMCM

O oO

oabout

CzasTime

CDCD

OABOUT

LOLO

900900

o about O ABOUT o about o about o about o about O ABOUT o about o about o about co What to- this- co What LC LC

O_o ‘BjnłBjediueiAbout _o 'BjnłBjediuei

190 411190 411

Fig Λ Zmiany temperatury powierzchni główki szyny podczas umacniania cieplnego metodą firmy Voest-AlpineFig Λ Changes of rail head surface temperature during heat hardening by Voest-Alpine method

□_o ‘BjnłBjadujsł czas, sek□ _o 'BjnłBjadujsl time, sec

Departament Wydawnictw UP RP Nakład 50 egzPublishing Department of the Polish Patent Office. Circulation 50 copies

Cena 2,00 zlPrice PLN 2.00

Claims

Patent claim

A method of thermal strengthening of the head of rails and needle sections made of pearlitic steels with the use of rolling heat, characterized in that the rail or section after the rolling process is initially cooled in calm air to a temperature of about 830 ° C, and then the head of the rail or section itself is cooled in a manner accelerated in 1-4% aqueous solution of polyhartenol or another polymer with similar physicochemical properties to a temperature of about 550 ° C, then successively in still air for a period of 10-40 s, again in the above-mentioned solution to a temperature of 500 ° C, and finally process in still air or with compressed air to ambient temperature.