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Dokumentenidentifikation DE102006030816A1 03.01.2008
Titel Verfahren zur Herstellung einer hochfesten Herzstückspitze sowie Herzstückspitze
Anmelder Deutsche Bahn AG, 10785 Berlin, DE
Erfinder Zoll, Andreas, 14774 Brandenburg, DE
DE-Anmeldedatum 30.06.2006
DE-Aktenzeichen 102006030816
Offenlegungstag 03.01.2008
Veröffentlichungstag im Patentblatt 03.01.2008
IPC-Hauptklasse C22C 38/38(2006.01)A, F, I, 20060630, B, H, DE
IPC-Nebenklasse C21D 9/04(2006.01)A, L, I, 20060630, B, H, DE   
Zusammenfassung Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines hochfesten Gleisteils aus Stahl, insbesondere einer Herzstückspitze. Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine Herzstückspitze, die aus Stahl hergestellt ist.
Ein erfindungsgemäßes Weichenbauteil aus Stahl zeichnet sich dadurch aus, dass das Gleisteil aus Stahl einer chemischen Richtanalyse mit 0,3 bis 0,4% C, 0,7 bis 0,9% Si, 0,6 bis 0,8% Mn, 2,2 bis 3,0% Cr, Rest Eisen sowie üblichen verschmelzungsbedingten Verunreinigungen hergestellt ist. Nach einer Abkühlung aus der Walzwärme/Schmiedewärme und Ausbildung eines bainitischen Grundgefüges wird es bei ruhender Luft abgekühlt. Als Abkühlung in ruhender Luft wird hierbei eine Abkühlung ohne Einsatz von technischen Belüftungsmitteln verstanden. Insbesondere wird das langsam abkühlende Weichenbauteil nicht mit Düsen angeblasen.
Das Weichenbauteil weist nun eine Zugfestigkeit von 1300 bis 1550 N/mm2 und eine Bruchdehnung > 10% auf.
Derartig hergestellter bainitischer Schienenstahl ist naturhart, d. h. ohne zusätzliche Wärmebehandlung nach dem Austenitisieren verwendbar.

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines hochfesten Gleisteils aus Stahl, insbesondere einer Herzstückspitze. Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine Herzstückspitze, die aus Stahl hergestellt ist.

Aufgrund der Geschwindigkeitszunahme von Zügen nehmen die Anforderungen an den Gleisoberbau zu. Dabei wird gefordert, dass insbesondere Schienen und Weichen einen hohen Widerstand gegen Verschleiß, Verquetschungen und Ermüdungsschäden aufweisen. Des Weiteren sollen eine Bruchsicherheit und eine Eignung zum Schweißen gegeben sein. Diese Forderungen begründen den Einsatz von Schienen mit Zugfestigkeiten von mindestens 1100 N/mm2.

Aus EP 1 003 920 B1 ist ein Gleisteil bzw. ein Verfahren zur Herstellung eines solchen bekannt, bei dem Stahl einer chemischen Richtanalyse mit 0,3 bis 0,6 % C, 0,8 bis 1,5 % Si, 0,7 bis 1,0 % Mn, 0,9 bis 1,4 % Cr, 0,6 bis 1,0 % Mo, Rest Eisen sowie üblichen verschmelzungsbedingten Verunreinigungen nach einer Abkühlung aus der Walzwärme und Ausbildung eines bainitischen Grundgefüges einer Zugfestigkeit von ungefähr 1100 N/mm2 zunächst einer Vorbehandlungsstufe unterzogen wird. Hierbei wird der Stahl mit der bainitischen Grundstruktur auf eine Temperatur T4 mit 400°C < T4 < 550°C erwärmt und sodann gesteuert derart abgekühlt, dass der Stahl nach der Vorbehandlung eine Zugfestigkeit von zumindest 1200 N/mm2 aufweist. Im Anschluss daran wird er auf eine Temperatur T1 mit 750°C < T1 < 920°C angewärmt, anschließend auf eine Temperatur T2 mit 450°C < T2 < 250°C in einem Polymer-Wassergemisch, in einer Salzschmelze oder in einem Pulver beschleunigt abgekühlt, erneut auf eine Temperatur T3 > T2 mit 400°C < T3 < 560°C erwärmt und bei der Temperatur T3 über eine Zeit t1 mit 60 min < t1 < 150 mm gehalten und anschließend auf Raumtemperatur abgekühlt.

Nachteil von Herzstückspitzen des Standes der Technik sind hohe Kraftspitzen bei der Befahrung, die plastische Deformationen und Rollkontaktermüdungsschäden und somit häufige Instandsetzungsarbeiten (Schleifen/Auftragschweißen) an den Herzstückspitzen nach sich ziehen. Hierdurch wird insbesondere maßgeblich die Liegedauer der Bauteile negativ beeinflusst.

Insbesondere die derzeitig verwendeten perlitischen Standardmaterialien (R350HT) genügen diesen enormen Belastungen nicht und zeigen die o.g. Schädigungen auf. Dieser perlitische Werkstoff mit einer Zugfestigkeit von ≥ 1180 N/mm2 erhält durch eine Wärmebehandlung zwar eine erhöhte Verschleißfestigkeit, neigt jedoch auch in seiner feinperlitischen Ausführung unter den derzeitigen Belastungen zur Oberflächenrissbildung, den so genannten Rollkontaktermüdungsschäden.

Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Gleisteils der eingangs genannten Art bzw. ein Weichenbauteil selbst derart weiterzubilden, dass sich mit einem vereinfachten Herstellungsverfahren eine hohe Festigkeit und Verschleißresistenz bei Erhöhung der Lebensdauer ergibt, so dass insbesondere ein Einsatz in hochbeanspruchten Weichen erfolgen kann.

Ein erfindungsgemäßes Weichenbauteil aus Stahl zeichnet sich dadurch aus, dass das Gleisteil aus Stahl einer chemischen Richtanalyse mit 0,3 bis 0,4 % C, 0,7 bis 0,9 % Si, 0,6 bis 0,8 % Mn, 2,2 bis 3,0 % Cr, Rest Eisen sowie üblichen verschmelzungsbedingten Verunreinigungen hergestellt ist. Nach einer Abkühlung aus der Walzwärme/Schmiedewärme und Ausbildung eines bainitischen Grundgefüges wird es bei ruhender Luft abgekühlt. Als Abkühlung in ruhender Luft wird hierbei eine Abkühlung ohne Einsatz von technischen Belüftungsmitteln verstanden. Insbesondere wird das langsam abkühlende Weichenbauteil nicht mit Düsen angeblasen.

Das Weichenbauteil weist nun eine Zugfestigkeit von 1300 bis 1550 N/mm2 und eine Bruchdehnung > 10 % auf.

Derartig hergestellter bainitischer Schienenstahl ist naturhart, d.h. ohne zusätzliche Wärmebehandlung nach dem Austenitisieren verwendbar.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen – für sich und/oder in Kombination –, sondern auch anhand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen.

Besondere Vorteile der Erfindung sind:

  • – Keine aufwändige Nachbehandlung des bainitischen Stahls in unterschiedlichen Temperaturbereichen mit unterschiedlichen Haltedauern,
  • – Minderung der Rollkontaktermüdungsschäden an der Bauteiloberfläche,
  • – Reduzierung der Aufwendungen für die Instandhaltung,
  • – Senkung der Lebenszyklus-Kosten (LCC) für Bauteil und Anlage,
  • – Reduktion der Lärmbelastung der Umgebung durch längere Formstabilität des Bauteils.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Beispiels näher erläutert.

Ein Stahl mit einer chemischen Richtanalyse von 0,3 bis 0,4 % C, 0,7 bis 0,9 % Si, 0,6 bis 0,8 % Mn, 2,2 bis 3,0 % Cr, Rest Eisen sowie üblichen verschmelzungsbedingten Verunreinigungen wird durch Walzen/Schmieden zu einem Gleisteil geformt, um durch Abkühlen aus der Walzwärme ein Gefüge mit bainitischer Grundstruktur und einer Festigkeit von 1300 bis 1550 N/mm2 zu erzielen.

Daraufhin wird das Weichenbauteil auf Raumtemperatur bei ruhender Luft insbesondere in einer Halle abgekühlt. Hierbei wird das Weichenbauteil weder mittels Düsen angeblasen. Ein geringfügiger Luftstrom z.B. infolge geöffneter Hallentore ist unschädlich.

Durch diese Wärmebehandlung ergibt sich ein bainitisches Gefüge mit den Eigenschaften Zugfestigkeit 1300 bis 1550 N/mm2, Bruchdehnung > 10 %.

Ein entsprechendes Weichenbauteil/Gleisbauteil wird daraufhin mit einer Schiene insbesondere der Güte R260 bzw. R350HT durch eine Verbindungsschweißung verbunden und in das Gleis eingebaut


Anspruch[de]
Verfahren zur Herstellung eines hochfesten Gleisteils aus Stahl, insbesondere einer Herzstückspitze, dadurch gekennzeichnet, dass Stahl einer chemischen Richtanalyse mit 0,3 bis 0,4 % C, 0,7 bis 0,9 % Si, 0,6 bis 0,8 % Mn, 2,2 bis 3,0 % Cr, Rest Eisen sowie üblichen verschmelzungsbedingten Verunreinigungen nach einer Abkühlung aus der Walzwärme und Ausbildung eines bainitischen Grundgefüges einer Zugfestigkeit von 1300 bis 1550 N/mm2 bei ruhender Luft abgekühlt wird. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stahl mit bainitischem Grundgefüge mit üblichen Schienenstählen wie R260 bzw. R350HT durch eine Verbindungsschweißung verbunden und in das Gleis eingebaut wird. Weichenbauteil aus Stahl hergestellt nach einem Verfahren nach zumindest einem der beiden vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleisteil aus Stahl einer chemischen Richtanalyse mit 0,3 bis 0,4 % C, 0,7 bis 0,9 % Si, 0,6 bis 0,8 % Mn, 2,2 bis 3,0 % Cr, Rest Eisen sowie üblichen verschmelzungsbedingten Verunreinigungen hergestellt ist, ein bainitisches Grundgefüge, eine Zugfestigkeit von 1300 bis 1550 N/mm2 und eine Bruchdehnung > 10 % aufweist.






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