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(11) |
EP 0 693 562 B1 |
(12) |
EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT |
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Hinweis auf die Patenterteilung: |
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29.03.2000 Patentblatt 2000/13 |
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Anmeldetag: 13.07.1995 |
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Internationale Patentklassifikation (IPC)7: C21D 9/04 |
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Verfahren und Vorrichtung zur Wärmebehandlung von profiliertem Walzgut
Process and apparatus for heat-treating shaped rolled pieces
Procédé et appareil de traitement thermique de laminés profilés
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(84) |
Benannte Vertragsstaaten: |
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AT BE CH DE DK ES FR GB GR IE IT LI LU NL PT SE |
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Benannte Erstreckungsstaaten: |
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LT SI |
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Priorität: |
19.07.1994 AT 143194
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Veröffentlichungstag der Anmeldung: |
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24.01.1996 Patentblatt 1996/04 |
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Patentinhaber: VOEST-ALPINE SCHIENEN GmbH |
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A-8700 Leoben-Donawitz (AT) |
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Erfinder: |
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- Prskawetz, Georg, Dipl.-Ing.
A-8700 Leoben (AT)
- Pointner, Peter, Dipl.-Ing. Dr.
A-8700 Leoben (AT)
- Moser, Alfred, Dipl.-Ing. Dr.
A-8700 Leoben (AT)
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(74) |
Vertreter: Brauneiss, Leo, Dipl.Ing. et al |
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Patentanwälte Dipl.-Ing. Leo Brauneiss
Dipl.-Ing. Dr. Helmut Wildhack
Dipl.Ing. Dr. Gerhard Jellinek Landstrasser Hauptstrasse 50 1030 Wien 1030 Wien (AT) |
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Entgegenhaltungen: :
EP-B- 0 186 373 EP-B- 0 293 002 AT-B- 323 224 DE-A- 4 237 991 DE-C- 4 003 363
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EP-B- 0 187 904 WO-A-94/02652 DE-A- 2 820 784 DE-C- 3 006 695
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Anmerkung: Innerhalb von neun Monaten nach der Bekanntmachung des Hinweises auf die
Erteilung des europäischen Patents kann jedermann beim Europäischen Patentamt gegen
das erteilte europäischen Patent Einspruch einlegen. Der Einspruch ist schriftlich
einzureichen und zu begründen. Er gilt erst als eingelegt, wenn die Einspruchsgebühr
entrichtet worden ist. (Art. 99(1) Europäisches Patentübereinkommen). |
[0001] Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren zur Wärmebehandlung von profiliertem Walzgut,
insbesondere von Fahr- bzw. Eisenbahnschienen, mit erhöhter Wärmeabfuhr von Teilen
der Profiloberfläche bei einer Abkühlung aus dem Gamma-Gebiet des Eisenbasiswerkstoffes,
wobei im ( in den) gewünschten Querschnittsbereich(en), insbesondere im Kopfbereich
von Schienen, eine Umwandlung in ein feinperlitisches Gefüge mit erhöhter Festigkeit,
insbesondere erhöhter Abriebfestigkeit und erhöhter Wärte erfolgt und gegebenenfalls
eine Verformung bzw. Verbiegung durch thermisch bedingten Verzug des Walzgutes, insbesondere
der Schiene, senkrecht zur Längsachse bei einer Abkühlung auf Raumtemperatur, insbesondere
nach einer Gefügeumwandlung im (in den) verstärkt gekühlten Querschnittsbereich(en),
verringert, vorzugsweise im wesentlichen vermieden und erhöhte Steifigkeit und Biegewechselfestigkeit
des Walzgutes erreicht werden.
[0002] Weiters betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung von profiliertem
Walzgut, insbesondere Fahr- bzw. Eisenbahnschienen, bestehend im wesentlichen aus
mindestens einem Bereitstellungsbereich für das Walzgut am Rollgang, mit einer Walzgutpositioniereinrichtung,
einem Abkühlbehandlungsreich, mit Einrichtungen zur partiellen Wärmeabfuhr mit hoher
Intensität von der Oberfläche des Walzgutes und einem Endkühlbereich zur Kühlung des
Walzgutes auf Raumtemperatur sowie Ablage-, Quertransport-, Halte- und Manipulationsmittel.
[0003] Schließlich befaßt sich die Erfindung mit einem profiliertem Walzgut, insbesondere
einer Fahr-oder Eisenbahnschine, bestehend aus einem Schienenkopf mit zumindest teilweise
perlitischer Gefügestruktur, einem Schienenfuß und einem Steg zwischen Schienenkopf
und Schienenfuß.
[0004] Profiliertes Walzgut, insbesondere Fahr- bzw. Eisenbahnschienen, wird bzw. werden
zumeist aus Eisenbasislegierungen mit Gehalten an in Gew.-% C 0,4 bis 1,0, Si 0,1
bis 1,2, Mn 0,5 bis 3,5, gegebenenfalls an Cr bis 1,5 sowie weiteren Legierungselementen
mit Konzentrationen unter 1 %, Rest Eisen und herstellungsbedingte Verunreinigungen
hergestellt. Auf Grund der üblichen Dimensionen, z.B. mit einem Gewicht von 30 bis
100 kg/m, und dem daraus sich ergebenden Verhältnis von Querschnitt zu Umfang von
Schienen erfolgt bei einer Abkühlung des Walzgutes aus der Umformhitze an ruhender
Luft, z.B. auf Kühlbetten und dgl., der langsamen Abkühlung wegen eine Umwandlung
des Gefüges von einer austenitischen in eine, gegebenenfalls Ferritanteile aufweisende
grobperlitischen Struktur. Die eingangs genannten Werkstoffe mit obiger Struktur weisen
dabei eine Härte im Bereich von 250 HB bis 350 HB auf.
[0005] Ein Steigen des Verkehrsaufkommens und größere Achslasten sowie der Wunsch, bei Eisenbahnschienen
deren Haltbarkeit im praktischen Einsatz zu verbessern, führte zu einer Vielzahl von
Vorschlägen, die Festigkeit und die Verschleißbeständigkeit des Materials zu erhöhen.
Dabei können günstigere bzw. verbesserte Materialeigenschaften mit einer Härte von
400 HB und höher durch Wärmebehandlung und/oder durch legierungstechnische Maßnahmen
erzielt werden.
[0006] Schienen sollen jedoch am Feld, u.a. zur Bildung von stoßfreien Strecken- bzw. Mehrfachlängen,
gut schweißbar sein, so daß legierungstechnische Maßnahmen zur Erhöhung der Härte
bzw. Festigkeit und Zähigkeit des Materials der Schweißprobleme wegen meist nur im
geringen Umfang durchführbar und mit einer auf die Zusammensetzung des Stahles abgestimmten
Wärmebehandlung zielführend sind ( DE-C 3 446 794, EP-B- 0187904. EP-B-0186373). Auch
aus wirtschaftlichen Gründen haben sich derartige Verfahren nicht in größerem Maßstab
bewährt.
[0007] Um die Gebrauchseigenschaften von Schienen und Weichenteilen aus den eingangs genannten
Werkstoffen zu erhöhen, ist es, wie der Fachmann weiß, möglich, durch eine thermische
Vergütungsbehandlung eine feinperlitische Materialstruktur einzustellen. Dabei ist
es wichtig, bei der Abkühlung von der Austenitisierungstemperatur entsprechende Abkühlbedingungen
bzw. Abkühlraten einzustellen. In der EP-B-0293002 wird beispielsweise hiefür vorgeschlagen,
nach einer anfänglich hohen Kühlintensität eine praktisch isotherme Gefügeumwandlung
des Werkstoffes bei ca. 530 °C durchzuführen. Aus der DE-OS-2 820 784 ist weiters
bekannt geworden, eine Härtung von Schienen mit bestimmter Zusammensetzung in siedendem
Wasser durchzuführen und durch Zusätze sowie Bewegungsmaßnahmen eine gewünschte Kühlintensität
zur Einstellung eines feinperlitischen Gefügezustandes zu erreichen.
[0008] Es wurde gemäß AT-PS-323 224 schon angeregt, Schienen mit einer homogenen feinen
Perlitstruktur bei einer ausgewählten Legierung durch Anwendung bestimmter Kühlungsparameter,
z.B. einer Abkühlgeschwindigkeit zwischen 10 und 20 ° C/sec bis auf eine Temperatur
von höchstens 550°C, herzustellen. Obige Maßnahmen haben jedoch den Nachteil gemeinsam,
daß eine gleiche Kühlintensität der Oberfläche, je nach Massenkonzentration des Walzprofiles,
unterschiedliche Abkühlungsgeschwindigkeiten und Gefügeausbildungen in den oberflächennahen
Zonen bewirken kann und daß oft aufwendige Vorkehrungen getroffen werden müssen, um
ungewollte örtliche Gefügeausbildungen bzw. Materialeigenschaften, insbesondere eine
übermäßige Härte und Sprödigkeit, in vornehmlich auf Biegung beanspruchten Teilen
der Schiene zu vermeiden.
[0009] Vielfach wurde auch vorgeschlagen, gezielt eine heterogene Mikrostruktur im Querschnitt
einer Schiene und zwar den jeweiligen Beanspruchungen entsprechend einzustellen. Aus
der DE-C-3 006 695 ist beispielsweise ein Verfahren bekannt, nach welchem aus der
Walzhitze durch Abkühlung der Schiene eine Umwandlung im gesamten Querschnitt bewirkt
wird, wonach der Kopf der Schiene, insbesondere durch induktive Erwärmung, reaustenitisiert
und anschließend gehärtet wird. Weiters wurde gemäß WO 94/02652 vorgeschlagen, den
Schienenkopf bis zu einer Oberflächentemperatur zwischen 450 und 550 ° C in ein Kühlmittel
mit besonders eingestellter Kühlintensität abzukühlen und dadurch in diesem ein feinperlitisches
Gefüge zu bewirken. Für eine derartige Behandlung ist eine Vorrichtung zum hängenden
Härten von Schienen entsprechend der DE-C-4 003 363 geeignet.
[0010] Eine inhomogene Kühlung über den Querschnitt von profiliertem Walzgut kann aber zu
Krümmungen bzw. Abweichungen von der Geradheit bei Raumtemperatur führen. Zur Vermeidung
dieses Nachteiles wurde vorgeschlagen ( DE-A-4 237 991), Schienen hängend , vorzugweise
mit dem Kopf nach unten, auf einem Kühlbett zu transportieren bzw. abzukühlen, wobei
jedoch eine gezielte Ausbildung einer heterogenen Gefügestruktur über den Querschnitt
kaum möglich ist.
[0011] Allen bisher bekannten Verfahren und Vorrichtungen ist der Nachteil gemeinsam, daß
diese bei der Herstellung von profiliertem Walzgut zwar auf begrenzten Gebieten bzw.
betreffend einzelne Verfahrensschritte durchaus zielführende Lösungen angeben, daß
jedoch eine befriedigende Bewältigung der Gesamtproblematik bei einer wirtschaftlichen
Herstellung von qualitativ hochwertigen langen Schienen mit besonderen Güteeigenschaften
nicht aufgezeigt werden kann.
[0012] Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen und setzt sich zum Ziel, bei Beseitigung
der Nachteile der bekannten Herstellarten ein neues Verfahren anzugeben, mit welchem
profiliertes Walzgut mit besonders vorteilhaften Gebrauchseigenschaften herstellbar
ist. Weiters ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung insbesondere zur Durchführung
des Verfahrens bereitzustellen und ein Walzgut, insbesondere eine Schiene, für höchste
Beanspruchungen auszubilden.
[0013] Das Ziel wird bei einem gattungsgemäßen Verfahren dadurch erreicht, daß das Walzgut
mit einer durchschnittlichen Temperatur von höchstens 1100°C, mindestens jedoch von
750 °C, in deren Längsrichtung bei plastischer Formgebung gerade ausgerichtet, in
ausgerichtetem Zustand in Querrichtung verbracht und gehalten wird, und in einem ersten
Schritt der Abkühlung des Walzgutes dieses ausgleichend auf eine Temperatur von unter
860 °C, bis zu einer niedrigsten Temperatur von 5 bis 120 °C über der Ar
3-Temperatur der Legierung mit gleicher örtlicher Kühlintensität, im wesentlichen durch
Strahlung an ruhender Luft abkühlen gelassen wird, worauf in einem zweiten Schritt
der Abkühlung für eine Gefügeumwandlung in eine martensitfreie feinperlitische Struktur
dem Walzgut in Längsrichtung mit örtlich im wesentlicher gleicher, im Querschnitt
gesehen mit umfänglich unterschiedlicher, Intensität Wärme entzogen und die Kühlintensität
in mindestens einer Zone am Umfang des profilierten Walzgutes vergrößert ausgebildet
wird, wobei die größere(n) Kühlintensität(en) dem(den) Bereich(en) mit hohem Volumsanteil
bezogen auf die Oberfläche oder mit hoher Massenkonzentration und/oder jenen mit örtlich
hoher Temperatur des Walzgutes zugeordnet wird(werden) und der(die) Bereich(e) mit
derart erhöhter Abkühlungsgeschwindigkeit auf Umwandlungstempertur gebracht wird(werden),
bei welchen Kühlbedingungen ein martensitfreies feinperlitisches Gefüge gebildet wird,
wonach in einem Folgeschritt mit gleicher örtlicher Kühlintensität die Abkühlung bis
Raumtemperatur durchgeführt wird.
Es ist wichtig, daß eine gerade Ausrichtung des Walzgutes bei plastischer Formgebung
erfolgt und dies in einem Temperaturbereich zwischen 750 °C und 1100 °C durchgeführt
wird. Niedrigere Temperaturen als 750 °C können, wie gefunden wurde, zu einer teilelastischen
Biegung mit Abweichungen von einer geraden Ausrichtung und in der Folge zu inhomogener
Kühlintensität in Längsrichtung der Schiene führen. Walzguttemperaturen von über 1100
°C bewirken meist ein Wachstum der Austenitkörner bzw. eine Grobkornbildung, wodurch
letztlich die Materialeigenschaften nachteilig beeinflußt werden können. Ausgehend
von einem gerade ausgerichteten Walzgut hat es sich für eine Ausbildung eines in Längsrichtung
gleichmäßig eingestellten feinperlitischen Bereiches vom Querschnitt als wichtig erwiesen,
daß das Walzgut gehalten und in einem ersten Schritt der Abkühlung ausgleichend auf
eine Temperatur von unter 860 °C mit gleicher örtlicher Kühlintensität abkühlen gelassen
wird. Dabei kann einerseits eine örtliche Inhomogenität der Temperaturverteilung in
Längsrichtung, welche gegebenenfalls durch ein stellenweises Aufliegen an einer Quertransporteinrichtung
verursacht ist, ausgeglichen werden, andererseits wird eine achssymmetrische oder
zentrischsymmetrische Temperaturverteilung im Querschnitt des profilierten Walzgutes
eingestellt und dadurch dessen Geradheit stabilisiert. Diese ausgleichende Abkühlung
wird auf eine Temperatur von 5° C bis 120 ° C über die Ar
3-Temperatur der Legierung durchgeführt, um günstige Bedingungen für eine partielle
Umwandlung des Gefüges in eine feinperlitische Strukturform in Teilen des Querschnittes
zu schaffen. Dabei ist die Ar
3Temperatur jene Temperatur, bei welcher eine Umwandlung des Gamma-Gitters in das Alpha-Gitter
der Legierung bei einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 3°C/min. beginnt.
Ein Abkühlen des Walzgutes mit einer in Längsrichtung im wesentlichen gleicher, im
Querschnitt gesehen mit umfänglich unterschiedlicher, Intensität des Wärmeentzuges
ist an sich bekannt. Es ist jedoch wichtig, die Bereiche mit vergrößerter Kühlintensität
der Oberfläche der Massenkonzentration des Walzgutes entsprechend zuzuordnen. In Verbindung
mit einer geraden Ausrichtung, einer ausgleichenden Abkühlung und Einstellung einer
symmetrischen Temperaturverteilung und einer Zuordnung der Abkühlbereiche kann eine
über die Querschnittsbereiche unterschiedliche Abkühlgeschwindigkeit in Längsrichtung
des Walzgutes im wesentlichen gleich gehalten werden. Es ist dabei wichtig, die Größe
der Abkühlgeschwindigkeit, mit welcher der vorgesehene Bereich des Walzgutes auf Umwandlungstemperatur
gebracht wird, durch an sich bekannte Maßnahmen einzustellen. Wie in Bild 3, einem
dem Fachmann geläufigen Zeit-Temperatur-Umwandlungsschaubild einer Legierung mit bestimmter
Zusammensetzung ersichtlich ist, werden bei höheren Abkühlraten von der Ar
3-Temperatur, z.B. die Kurven c und d, im Gefüge Martensitanteile gebildet, wodurch
der Werkstoff zwar eine höhere Härte annimmt, jedoch wesentlich an Elastizität verliert
und höhere Bruchgefahr aufweist und eine vorgesehene Verwendung nicht mehr möglich
ist. Geringe Abkühlraten, z.B. der Kurve h bewirken eine grobperlitische, weiche Gefügestruktur.
Es ist somit wichtig, die örtlichen Abkühlraten derart hoch einzustellen, daß bei
einer Umwandlung eine Martensitbildung in jedem Fall vermieden wird, jedoch ein feinperlitisches
Gefüge im Bereich der erhöhten Kühlintensität entsteht. Nach einer vollständigen Gefügeumwandlung
wird , um eine Verbiegung des Walzgutes zu verringern bzw. im wesentlichen zu vermeiden,
dieses mit gleicher örtlicher Kühlintensität auf Raumtemperatur gebracht.
[0014] Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Wärmebehandlung nach einer Warmverformung
des Walzgutes mit einem Verformungsgrad von 1,8 bis 8% im letzten Stich bei einer
Temperatur von mindestens 750°C und höchstens 1050 °C aus der Warmumformhitze durchgeführt
wird. Eine Endverformung mit einem Verformungsgrad bzw. einer Querschnittsflächenverminderung
von 1,8 bis 8% bewirkt eine günstige Austenitkornfeinung, wenn die Umformung in einem
Temperaturbereich von 770 °C bis 1050 °C erfolgt. Geringere Umformgrade als 1,8 verursachen,
wie sich gezeigt hat, stellenweise ein besonders starkes Grobkorn bzw. Kornwachstum,
hingegen bewirken größere Umformungen als 8% eine starke Temperaturerhöhung in zentralen-bzw.
Innenbereichen offensichtlich auf Grund von freiwerdender Umformenergie, wodurch örtlich
Gefügeinhomogenitäten bewirkt und Qualitätsnachteile verursacht werden können.
Im Hinblick auf einen Erhalt von weitgehend gerade ausgerichtetem bzw. achsfluchtendem
Walzgut nach einer Abkühlung auf Raumtemperatur und insbesondere auf erhöhte Steifigkeit
und Biegewechselfestigkeit aufweisende Schienen ist es von großem Vorteil, wenn im
zweiten Schritt der Abkühlung die Kühlintensität in zwei oder mehreren Zonen am Umfang
des profilierten Walzgutes vergrößert ausgebildet wird.. Dadurch können in mehreren
oberflächennahen Bereichen einer Querschnittsfläche eine höhere Härte und eine höhere
Festigkeit des Werkstoffes durch eine feinere Perlitstruktur des Gefüges erreicht
werden. Bei einer Beanspruchung des Walzgutes auf Biegung, bei welcher die von der
neutralen Faser oder Nullinie am weitesten entfernt liegenden Querschnittszonen die
größten Spannungen aufweisen, ist es nun möglich, zumindest zwei dieser peripheren
Zonen mit höherer Festigkeit auszubilden. Bei einer Schiene kann dabei, wie gefunden
wurde, auch die Rißbruchzähigkeit des Materials im Fußbereich erhöht werden.
[0015] Bevorzugt wird der Teil des Walzgutes, der die höchste Massenkonzentration aufweist,
gegebenenfalls der Kopf der Schiene, im Tauchverfahren abgekühlt, wobei gleichzeitig
dem(den) weiters für eine verstärkte Kühlung vorgesehenen Walzgutteil(en), mit geringerer
Massenkonzentration durch Mittel mit geringerer Kühlintensität Wärme entzogen wird.
Mit einer derartigen Vorgangsweise können einer Bildung eines hohen inneren Spannungszustandes
und einem thermischen Verzug eines Walzgutes entgegengewirkt werden.
[0016] Um bei den eingangs genannten Eisenbasislegierungen eine nachteilige Martensitbildung
zu vermeiden und eine feine Perlitstruktur des Gefüges zu erreichen, ist es von Vorteil,
wenn die Größe der Kühlintensität, insbesondere die Zusammensetzung der Kühlflüssigkeit
für die Tauchabkühlung derart eingestellt wird, daß im Temperaturbereich von 800 °C
bis 450 °C eine Abkühlung der oberflächennahen Zone, des eingetauchten Teiles, im
wesentlichen mit 1,6 bis 2,4 °C/sec, erreicht wird. Diese Abkühlgeschwindigkeit ist
auch aus wirtschaftlichen Gründen bevorzugt, weil bei einem Erreichen einer gewünschten
Güte des Walzerzeugnisses eine kurze Abkühlzeit im zweiten Schritt erforderlich und
somit ein hoher Durchsatz erreichbar sind.
[0017] Für eine Minimierung der Krümmung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn bei
profiliertem Walzgut mit T-förmigem Querschnittsbereich, wie dies zum Beispiel am
Fuß einer Eisenbahnschiene gegeben ist, die dem Steg gegenüberliegende Zone mit erhöhter
Intensität gekühlt wird. Dabei hat es sich im Sinne einer Verbesserung der Langzeiteigenschaften
als besonders günstig herausgestellt, wenn die dem Steg gegenüberliegende Oberflächenzone
mit erhöhter Kühlintensität im wesentlichen symmetrisch zur Stegachse ausgebildet
und lateral begrenzt wird.
[0018] Wenn weiters eine erhöhte Kühlintensität der bezüglich einer Massenkonzentration
oder einer Stegeinmündung distalen Bereiche des Querschnittes des profilierten Walzgutes
vermieden und/oder diese Bereiche vor einem vermehrten Wärmeentzug geschützt oder
zumindest kurzzeitig gewärmt werden, ist es möglich, in den Walzgutkanten ein Gefüge
mit gleicher oder geringerer Materialfestigkeit einzustellen. Überraschenderweise
wird dadurch eine Bruchgefahr insbesondere bei stoßweise und/oder bei wechselnder
Dauerbelastung des Walzmateriales gesenkt.
[0019] Besondere Formstabilität kann erreicht werden, wenn die Kühlintensität an der Oberfläche
des profilierten Walzgutes, insbesondere der Schiene, derart eingestellt wird, daß
die Zonen, in denen die Umwandlung des Gamma-Gefüges bei der Abkühlung erfolgt, im
wesentlichen parallel symmetrisch und/oder parallel zur neutralen Ebene, und/oder
konzentrisch zur Schwerpunktslinie bzw. zum Schwerpunkt der Querschnittsfläche ausgebildet
werden.
Um in Längsrichtung eine im wesentlichen vollkommen gleiche örtliche Kühlintensität
zu erreichen und den Wärmeübergang in das Kühlmedium stabil zu halten, kann erfindungsgemäß
vorgesehen sein, daß das Walzgut, von welchem, bezogen auf den Querschnitt, ein Teil
in eine Kühlflüssigkeit in einem Tauchbecken eingetaucht wird, während der Abkühlung
in dieser in Längsrichtung relativ zum Kühlflüssigkeitsbehältnis bzw. Tauchbecken
bewegt wird und/oder daß zumindest in der Zeit, in welcher ein Teil des Walzgutes
in die Kühlflüssigkeit eingetaucht ist, diese mit einer Schwingung beaufschlagt wird.
Diese Maßnahmen, wie gefunden wurde, verbessern entscheidend die Homogenität der erreichten
Güte.
[0020] Eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zur integralen Lösung der Probleme bei
einer Herstellung von besondere Eigenschaften aufweisenden profiliertem Walzgut ist
erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß der Rollgang im Bereitstellungsbereich
eine an sich bekannte Walzgutpositionierung und Mittel zur achsfluchtenden Ausrichtung
des profilierten Walzgutes bei plastischer Formgebung desselben aufweist, eine Quertransporteinrichtung
für ein achsfluchtendes Verbringen des Walzgutes im wesentlichen senkrecht zu dessen
Achse vom Bereitstellungsbereich in den Abkühlungsbehandlungsbereich besitzt, bei
welchem Bereich eine an sich bekannte Vorrichtung zum Härten eines Walzgutes mittels
Kühlflüssigkeit in einem Tauchbecken mit Halte- und Manipulationseinrichtungen und
eine regelbare Zusatzkühleinrichtung für ein intensiviertes Abkühlen von mindestens
einem weiteren Bereich des Walzgutes angeordnet sind und der Endkühlbereich eine Ablage
für das Walzgut zur Kühlung desselben auf Raumtemperatur aufweist.
[0021] Es wurde erkannt, daß eine achsfluchtende Ausrichtung, insbesondere bei einer, den
Querschnitt betreffend, partiellen bzw. in Teilbereichen durchzuführenden Vergütung
eines profilierten Walzgutes wichtig ist. Durch eine Verhinderung einer über die gesamte
Länge oder in Teilbereichen dieser vorliegenden Krümmung können die vorbestimmten
Abkühlungsbedingungen oder die Abkühlintensitäten des Walzgutes, in Achsrichtung gesehen,
gleich gehalten werden, so daß Festigkeits- bzw. Härteunterschiede entlang einer Erzeugenden
des Profiles ausgeschaltet sind. Untersuchungen haben ergeben, daß unterschiedliche
Abstände zur Wand eines Kühlmittelbehältnisses und/oder zur Sprühkühlungsachse überproportionale
Abweichungen der Härte- und Festigkeitswerte bewirken können. Bei einer Ausrichtung
ist es weiters wichtig, daß das Walzgut durch entsprechende Einrichtungen einer plastischen
Formgebung unterworfen wird, um elastische Rückstellungen in eine gegebenenfalls teilgekrümmte
Form zu vermeiden. Eine achsfluchtende Verbringung des profilierten Walzgutes in einen
Abkühlungsbereich durch einen geradlinigen Quertransport ist zur Vermeidung einer
Nachrichtvorrichtung von großer Wichtigkeit. Zusätzlich dazu ist im Abkühlbereich
eine Manipulationsvorrichtung vorgesehen, mit welcher eine Übernahme und ein Halten,
ein Eintauchen in ein Kühlflüssigkeitsbecken bzw. Härten von Teilbereichen des Walzgutes
sowie ein Übergeben in einen Endkühlbereich durchführbar ist. Dabei kann für intensivierte
Kühlung von weiteren Querschnittsbereichen mindestens eine Zusatzkühleinrichtung vorgesehen
sein.
[0022] In Weiterbildung der Vorrichtung ist von Vorteil, wenn die Zusatzkühleinrichtung
an das Walzgut anstellbar und deren Kühlintensität regelbar ist und damit eine weitere
örtliche Wärmeabfuhr, dem Verfahren entsprechend, eingestellt werden kann.
[0023] Vorteilhaft ist auch eine Ausführungsform, bei welcher die Zusatzkühleinrichtung
Teile zur Ausbildung eines lokalen in Längs-bzw. Achsrichtung des Walzgutes im wesentlichen
ununterbrochenen in Querrichtung begrenzten Kühlmittelstromes besitzt und gegebenenfalls
Mittel zur Verhinderung eines verstärkten Wärmeentzuges der der gekühlten Fläche benachbarten
Fläche(n) aufweist. Dadurch ist es möglich, scharf begrenzt Kühlzonen auszubilden
und daneben liegende Bereiche von einem intensivierten Wärmeentzug auszuschließen
bzw. in diesen eine geringere Materialhärte auszubilden, wobei einer weiteren Ausführungsform
entsprechend die Zusatzkühleinrichtung als Drucklauf- oder Sprühkühlung ausgebildet
ist.
[0024] Die Homogenität der Härte und Festigkeitswerte in Längsrichtung des profilierten
Walzgutes kann weiter gesteigert werden, wenn das Walzgut in der Kühlflüssigkeit in
Längsachsrichtung relativ zum Tauchbecken und/oder relativ zur Zusatzkühleinrichtung
bewegbar ist und/oder, wenn am Tauchbecken und/oder in der Kühlflüssigkeit selbst
Einrichtungen angeordnet sind, durch welche die Kühlflüssigkeit turbulent bewegbar
und/oder in Schwingung versetzbar ist. Es wurde gefunden, daß Relativbewegungen und
auch Schwingungsbewegungen oder Druckwellen zwischen Kühlmedium und Werkstück die
örtliche Kühlintensität vergleichmäßigen und vorteilhafte Vergütungsbedingungen schaffen.
[0025] Eine Schiene, hergestellt nach einem vorher genannten Verfahren, gegebenenfalls hergestellt
in einer oben beschriebenen Vorrichtung weist im Querschnitt im oberen Bereich des
Kopfes hohe Materialfestigkeitswerte und- härte auf, welche Werte im unteren Kopfbereich
im Steg und in den peripheren Teilen des Fußes abgesenkt sind. Im zentrischen Bereich
an der Fußgrundfläche, verglichen mit den peripheren Teilen und dem Steg werden gegebenenfalls
erhöhte Härtewerte des Werkstoffes und besonders gleichmäßige Gütemerkmale erreicht,
wobei symmetrisch zur Hauptachse des Querschnittprofiles bzw. symmetrisch zur senkrechten
Achse des Schienenquerschnittes im wesentlichen gleiche Materialhärtewerte eingestellt
sind. Eine derartige Schiene weist auch bei erschwerten Beanspruchungen wie hohen
Achslasten und/oder hohe Benutzungsfrequenz und/oder geringe Kurvenradien der Strecke
verbesserte Gebrauchseigenschaften auf.
[0026] Im folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich einen Ausführungsweg darstellenden
Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen
Fig. 1 eine Ablaufdarstellung zur Wärmebehandlung von Schienen
Fig. 2 eine Schiene im Querschnitt
Fig. 3 ein Zeit-Temperatur-Umwandlungsschaubild eines Schienenwerkstoffes
[0027] Wie in Fig. 1 schematisch dargestellt, wird in einem Bereitstellungsbereich A am
Rollgang 21 ein profiliertes Walzgut wie eine Schiene durch zum Beispiel einfahrbare
Puffer oder dgl. (nicht dargestellt) positioniert. Durch Richtmittel 22 und 23 wird
darauf die Schiene 1 gerade fluchtend ausgerichtet, wobei eine zentrierende Form der
Richtmittel, welche auch eine vertikale Krümmung korrigiert, vorteilhaft ist. Nach
einer Ausrichtung des Walzgutes 1 erfolgt ein Quertransport über eine Ablage in einen
Abkühlungsbereich B und eine Aufnahme in einer Manipulationseinrichtung mit Haltemitteln
24, wobei eine Abstützung bei einer Verbringung derart vorzusehen ist, daß keine Verbiegung
quer zur Längsachse erfolgt. In an sich bekannter Weise wird das Walzgut bzw. die
Schiene 1 mittels Haltemitteln 24 in eine Kühlflüssigkeit 37, welche sich in einem
Tauchbecken 38 befindet, teilweise eingebracht. Dabei ist wichtig, daß der Abstand
der Oberfläche der Schiene 1 zur Wandung des Tauchbeckens über die Länge beidseitig
gleich groß ist, wobei auch zur Intensivierung und insbesondere zur Vergleichmäßigung
einer Kühlintensität einer Walzgutoberfläche in vorteilhafter Weise das Walzgut 1
im Tauchbecken 38 bzw. im Kühlmedium 37 in Längsrichtung in einem Ausmaß von zum Beispiel
0,5 bis 5 m bewegbar sein kann. Im Kühlmedium 37 oder am Tauchbecken angebracht können
auch Schwingungserzeuger (nicht dargestellt) eingesetzt sein, welche das Kühlmedium
in eine die Kühlintensität vorteilhaft beeinflussende Schwingung mit einer Frequenz
von zum Beispiel 100 bis 800/min versetzten.
[0028] Auf einen Flachteil eines Walzprofiles, gegebenenfalls auf den Fuß 13 einer Schiene
1 kann eine Zusatzkühlung 3 gesetzt oder eingebracht werden. Eine derartige Zusatzkühleinrichtung
kann eine Wasser-32 und eine Luft-33-Zuführung aufweisen und einen auf einen Oberflächenteil
eines Walzgutes bzw. den Fuß der Schiene gerichteten Sprühstrom 31 ausbilden. Um in
den peripheren Teilen 132 eine geringere Kühlintensität einzustellen und nur in einem
zentralen Bereich 131 einer Walzgut- oder Schienenfußfläche eine Zone mit erhöhter
Materialhärte auszubilden, kann es vorteilhaft sein, zum Beispiel mittels einer Absaugvorrichtung
einen Kühlmittelaustrag vorzusehen.
[0029] Nach einer Abkühlung eines in ein Kühlmittel 37 eingetauchten und eines insbesondere
diesem gegenüberliegenden von einem Sprühstrom 31 beaufschlagten Teiles eines Walzgutes,
insbesondere einer Schiene 1, unter die Umwandlungstemperatur des Werkstoffes mit
einer feinperlitisches Gefüge bewirkenden Intensität, zum Beispiel gemäß Fig. 3 auf
ca. 500 °C mit einer Abkühlrate entsprechend Kurve f, kann diese in einem Endkühlbereich
C auf eine Ablage 25 zur Kühlung auf Raumtemperatur gebracht werden.
[0030] Wie in Fig. 2 dargestellt ist, besitzt eine erfindungsgemäße Schiene 1 drei Bereiche
mit unterschiedlicher Gefügestruktur bzw. Härte, wobei die Übergänge kontinuierlich
ausgebildet sind. Im Schienenkopf 11 ist eine feinperlitische Zone 111 mit Härtewerten
zwischen 340 und 390 HB, gegebenenfalls bis 425 HB, gegeben, welche nach unten in
eine Zone 112 mit geringerer Härte, zum Beispiel von 300 bis 340 HB, übergeht. Im
anschließenden Steg 12, welcher im praktischen Einsatz hohe Zähigkeit aufweisen muß,
sind dementsprechend Härtewerte von 280 bis 320 HB eingestellt. Im Schienenfuß 13
ist in den peripheren Bereichen 132 wie im Steg 12 ein perlitisches Gefüge mit gröberer
Struktur bzw. Lamellenausbildung und einer Härte von 280 bis 320 HB gegeben. Durch
diese Gefügeausbildung und die Materialeigenschaften mit den geringen Härtewerten
wird eine Riß- oder Bruchinitiation weitgehend vermieden. Zentrisch bodenseitig am
Fuß 13 hingegen ist ein Bereich 131 mit erhöhter Materialfestigkeit und Härtewerten
von 300 bis 350 HB und höher gebildet. Eine derartige erfindungsgemäße Verteilung
der mechanischen Materialeigenschaften über den Querschnitt einer Schiene bewirkt,
wie gefunden wurde, eine hohe Stabilität und ein vorteilhaftes Langzeitverhalten insbesondere
bei erschwerten Bedingungen.
1. Verfahren zur Wärmebehandlung von profiliertem Walzgut, insbesondere von Fahr-bzw.
Eisenbahnschienen, mit erhöhter Wärmeabfuhr von Teilen der Profiloberfläche bei einer
Abkühlung aus dem Gamma-Gebiet des Eisenbasiswerkstoffes, wobei im ( in den) gewünschten
Querschnittsbereich(en), insbesondere im Kopfbereich von Schienen, eine Umwandlung
in ein feinperlitisches Gefüge mit erhöhter Festigkeit, insbesondere erhöhter Abriebfestigkeit,
und erhöhter Härte erfolgt und gegebenenfalls eine Verformung bzw. Verbiegung durch
thermisch bedingten Verzug des Walzgutes, insbesondere der Schiene senkrecht zur Längsachse
bei einer Abkühlung auf Raumtemperatur, insbesondere nach einer Gefügeumwandlung im
(in den) verstärkt gekühlten Querschnittsbereich(en), verringert, vorzugsweise im
wesentlichen vermieden und erhöhte Steifigkeit und Biegewechselfestigkeit des Walzgutes
erreicht werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Walzgut mit einer durchschnittlichen Temperatur von höchstens 1100°C ,mindestens
jedoch von 750°C, in deren Längsrichtung bei plastischer Formgebung gerade ausgerichtet,
in ausgerichtetem Zustand in Querrichtung verbracht und gehalten wird, und in einem
ersten Schritt der Abkühlung des Walzgutes dieses ausgleichend auf eine Temperatur
von unter 860°C bis zu einer niedrigsten Temperatur von 5 bis 120°C über der Ar3-Temperatur der Legierung mit gleicher örtlicher Kühlintensität, im wesentlichen durch
Strahlung an ruhender Luft, abkühlen gelassen wird, worauf in einem zweiten Schritt
der Abkühlung für eine Gefügeumwandlung in eine martensitfreie feinperlitische Struktur
dem Walzgut in Längsrichtung mit örtlich im wesentlichen gleicher, im Querschnitt
gesehen mit umfänglich unterschiedlicher, Intensität Wärme entzogen und die Kühlintensität
in mindestens einer Zone am Umfang des profilierten Walzgutes vergrößert ausgebildet
wird, wobei die größere(en) Kühlintensität(en) dem(den) Bereich(en) mit hohem Volumsanteil
bezogen auf die Oberfläche oder mit hoher Massenkonzentration und/oder jenen mit örtlich
hoher Temperatur des Walzgutes zugeordnet wird (werden) und der(die) Bereich(e) mit
derart erhöhter Abkühlungsgeschwindigkeit auf Umwandlungstemperatur gebracht wird(werden),
bei welchen Kühlbedingungen ein martensitfreies feinperlitisches Gefüge gebildet wird,
wonach in einem Folgeschritt mit gleicher örtlicher Kühlintensität die Abkühlung bis
auf Raumtemperatur durchgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung nach einer Warmverformung des Walzgutes mit einem Verformungsgrad
von 1,8 bis 8% im letzten Stich bei einer Temperatur von mindestens 770 °C und höchstens
1050 °C aus der Warmumformhitze durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im zweiten Schritt der Abkühlung die Kühlintensität in zwei oder in mehreren
Zonen am Umfang des profilierten Walzgutes vergrößert ausgebildet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil des profilierten Walzgutes, der die höchste Massenkonzentration aufweist,
im Tauchverfahren abgekühlt wird, wobei gleichzeitig dem(den) weiters für eine verstärkte
Kühlung vorgesehenen Walzgutteil(en), mit geringerer Massenkonzentration durch Mittel
mit geringerer Kühlintensität Wärme entzogen wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Kühlintensität, insbesondere die Zusammensetzung der Kühlflüssigkeit
für die Tauchabkühlung derart eingestellt wird, daß im Temperaturbereich von 800°C
bis 450°C eine Abkühlung der oberflächennahen Zone des eingetauchten Teiles im wesentlichen
mit 1,6 bis 2,4°C/sec erreicht wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei profiliertem Walzgut mit T-förmigem Querschnittsbereich, wie dies zum Beispiel
am Fuß einer Eisenbahnschiene gegeben ist, die dem Steg gegenüberliegende Zone mit
erhöhter Intensität gekühlt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Steg gegenüberliegende Oberflächenzone mit erhöhter Kühlintensität im
wesentlichen symmetrisch zur Stegachse ausgebildet und lateral begrenzt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine erhöhte Kühlintensität der bezüglich einer Massenkonzentration oder einer
Stegeinmündung distalen Bereiche des Querschnittes des profilierten Walzgutes vermieden
und/oder diese Bereiche vor einem vermehrten Wärmeentzug geschützt oder zumindest
kurzzeitig gewärmt werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlintensität an der Oberfläche des profilierten Walzgutes derart eingestellt
wird, daß die Zonen, in denen die Umwandlung des Gamma-Gefüges bei der Abkühlung erfolgt,
im wesentlichen parallel symmetrisch und/oder parallel zur neutralen Ebene und/oder
konzentrisch zur Schwerpunktslinie bzw. zum Schwerpunkt der Querschnittsfläche ausgebildet
werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Walzgut, von welchem , bezogen auf den Querschnitt, ein Teil in eine Kühlflüssigkeit
in einem Tauchbecken eingetaucht wird, während der Abkühlung in dieser in Längsrichtung
relativ zum Kühlflüssigkeitsbehältnis bzw. Tauchbecken bewegt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest in der Zeit, in welcher ein Teil des Walzgutes in die Kühlflüssigkeit
eingetaucht ist, diese mit einer Schwingung beaufschlagt wird.
12. Vorrichtung zur Wärmebehandlung von profiliertem Walzgut, insbesondere Fahr- bzw.
Eisenbahnschienen mit erhöhter Wärmeabfuhr von Teilen der Profiloberfläche bei einer
Abkühlung aus dem Gamma-Gebiet des Eisenbasiswerkstoffes, insbesondere zur Durchführung
des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bestehend im wesentlichen aus mindestens
einem Bereitstellungsbereich (A) für das Walzgut (1) am Rollgang (21), mit einer Walzgutpositioniereinrichtung,
einem Abkühlbehandlungsbereich (B), mit Einrichtungen zur partiellen Wärmeabfuhr mit
hoher Intensität von der Oberfläche des Walzgutes (1) und einem Endkühlbereich (C)
zur Kühlung des Walzgutes (1) auf Raumtemperatur sowie Quertransport-, Halte- und
Manipulationsmittel, dadurch gekennzeichnet daß der Rollgang (21) im Bereitstellungsbereich (A) eine an sich bekannte Walzgutpositioniereinrichtung
und Mittel ( 22, 23) zur achsfluchtenden Ausrichtung des profilierten Walzgutes (1)
bei plastischer Formgebung desselben aufweist, eine Quertransporteinrichtung für ein
achsfluchtendes Verbringen des Walzgutes (1) im wesentlichen senkrecht zu dessen Achse
vom Bereitstellungsbereich (A) in den Abkühlungsbehandlungsbereich (B) besitzt, in
welchem Bereich (B) eine an sich bekannte Vorrichtung zum Härten eines Walzgutes mittels
Kühlflüssigkeit (37) in einem Tauchbecken (38) mit Halte- und Manipulationseinrichtungen
(24) und eine regelbare Zusatzkühleinrichtung (3) für ein intensiviertes Abkühlen
von mindestens einem weiteren Bereich des Walzgutes angeordnet sind und der Endkühlbereich
(C) eine Ablage (25) für das Walzgut (1) zur Kühlung desselben auf Raumtemperatur
aufweist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzkühleinrichtung (3) an das Walzgut (1) anstellbar und deren Kühlintensität
regelbar ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzkühleinrichtung (3) Teile zur Ausbildung eines lokalen in Längs-bzw.
Achsrichtung des Walzgutes (1) im wesentlichen ununterbrochenen in Querrichtung begrenzten
Kühlmittelstromes (31) besitzt und gegebenenfalls Mittel (34) zur Verhinderung eines
verstärkten Wärmeentzuges der der gekühlten Fläche benachbarten Fläche(n) aufweist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzkühleinrichtung als Druckluft- oder Sprühkühlung ausgebildet ist.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Walzgut (1) in der Kühlflüssigkeit (37) in Längsachsrichtung relativ zum
Tauchbecken (38) und/oder relativ zur Zusatzkühleinrichtung (3) bewegbar ist.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß am Tauchbecken (38) und/oder in der Kühlflüssigkeit (37) selbst Einrichtungen
angeordnet sind, durch welche die Kühlflüssigkeit (37) turbulent bewegbar und/oder
in Schwingung versetzbar ist.
1. Process for the heat treatment of profiled rolled stock, in particular of roadway
or railway rails, with increased removal of heat from parts of the profile surface
during a cooling from the gamma region of the iron-based material, in which, in the
desired cross-sectional area(s), in particular in the head area of rails, a transformation
into a fine pearlitic structure with increased strength, in particular increased resistance
to abrasion, and increased hardness takes place and optionally there is reduction
and preferably substantial prevention of deformation or warping due to thermally induced
distortion of the rolled stock, in particular of the rail perpendicular to the longitudinal
axis during cooling to room temperature, in particular after a microstructural transformation
in (into) the increasingly cooled cross-sectional area(s), and achievement of increased
rigidity and bending fatigue strength of the rolled stock, characterised in that the
rolled stock while having an average temperature of not more than 1100 °C, but at
least of 750 °C, is straightened in its longitudinal direction during plastic forming,
is placed and held in its transverse direction in the straightened state, and in a
first step of the cooling of the rolled stock the latter, while equilibrating to a
temperature of less than 860 °C, is left to cool to a lowest temperature of 5 to 120
°C above the Ar3 temperature of the alloy with identical local cooling intensity, substantially by
radiation in stationary air, whereupon in a second step of the cooling for a microstructural
transformation into a martensite-free fine pearlitic structure, heat is withdrawn
from the rolled stock in the longitudinal with locally substantially identical intensity
direction, with peripherally varying intensity from the cross-section viewpoint and
with the provided cooling intensity being increased in at least one zone at the periphery
of the profiled rolled stock, with the greater cooling intensity(ies) being assigned
to the area(s) with a high proportion of the volume in relation to the surface or
with high mass concentration and/or to those areas of the roller stock with locally
high temperature and the area(s) with an increased cooling rate of this kind being
brought to transformation temperature, under which cooling conditions a martensite-free
fine pearlitic structure is formed, whereafter, in a following step, the cooling to
room temperature is carried out with identical local cooling intensity.
2. Process according to claim 1, characterised in that the heat treatment is carried
out after the hot forming of the rolled stock with a degree of deformation of 1.8
to 8% in the last pass at a temperature of at least 770 °C and at most 1050 °C.
3. Process according to claim 1 or 2, characterised in that in the second step of the
cooling, the cooling intensity which is provided is increased in two or in several
zones at the periphery of the profiled rolled stock.
4. Process according to one of claims 1 to 3,
characterised in that the part of the profiled rolled stock which exhibits the highest
mass concentration is cooled by the immersion method, with heat being withdrawn with
lesser cooling intensity simultaneously from the rolled stock part(s) with smaller
mass concentration, which are specified further for an increased cooling.
5. Process according to one of claims 1 to 4,
characterised in that the magnitude of the cooling intensity, in particular the composition
of the cooling liquid for the immersion cooling, is set in such a way that, in the
temperature range from 800 °C to 450 °C, a cooling of the surface-near zone of the
immersed part is achieved substantially at 1.6 to 2.4 °C/sec.
6. Process according to one of claims 1 to 5,
characterised in that, in the case of profiled rolled stock with T-shaped cross-sectional
area, such as is present for example at the foot of a railway rail, the zone lying
opposite the cross-piece is cooled with increased intensity.
7. Process according to claim 6, characterised in that the surface zone lying opposite
the cross-piece is provided with increased cooling intensity substantially symmetrically
to the web axis and is bounded laterally.
8. Process according to claim 7, characterised in that an increased cooling intensity
of the regions of the cross-section of the profiled rolled stock that are distal in
relation to a mass concentration or a junction of cross-piece is prevented and/or
these areas are protected against an increased withdrawal of heat or at least heated
for a short time.
9. Process according to one of claims 1 to 8,
characterised in that the cooling intensity at the surface of the profiled rolled
stock is set in such a way that the zones in which the transformation of the gamma
structure takes place during the cooling are provided substantially parallel symmetrically
and/or parallel to the central plane and/or concentric to the line of the centre of
gravity line or to the centre of gravity of the cross-sectional area.
10. Process according to one of claims 1 to 9,
characterised in that the rolled stock of which, referred to the cross-section, a
part is immersed in a cooling liquid in a dipping tank, is, during the cooling in
the latter, moved in a longitudinal direction relative to the cooling liquid container
or dipping tank.
11. Process according to one of claims 1 to 10,
characterised in that at least during the time in which a part of the rolled stock
is immersed in the cooling liquid, the latter is acted upon by a vibration.
12. Apparatus for the heat treatment of profiled rolled stock, in particular roadway or
railway rails, with increased removal of heat from parts of the profile surface during
a cooling from the gamma region of the iron-based material, in particular for carrying
out the process according to one of claims 1 to 11, consisting essentially of at least
one assembly area (A) for the rolled stock (1) on the roller table (21) and having
a rolled stock positioning device, a cooling treatment area (B) having devices for
the high intensity partial removal of heat from the surface of the rolled stock (1)
and an end cooling area (C) for cooling the rolled stock (1) to room temperature,
as well as transport across, holding and manipulation means, characterised in that
the roller table (21) comprises in the assembly area (A) a rolled stock positioning
device known per se and means (22, 23) for the axially true straightening of the profiled
rolled stock (21) during plastic forming of the latter and possesses a cross transverse
transport device for an axially aligned moving of the rolled stock (1) substantially
perpendicular to its axis from the assembly area (A) into the cooling treatment area
(B), in which area (B) an apparatus known per se for hardening a rolled stock by means
of cooling liquid (37) in a dipping tank (38) with holding and manipulation devices
(24) and a controllable additional cooling device (3) for an intensified cooling of
at least one further area of the rolled stock are disposed and the end cooling area
(C) comprises a depositing means (25) for the rolled stock (1) for cooling the latter
to room temperature.
13. Apparatus according to claim 12, characterised in that the additional cooling device
(3) is adjustable to the rolled stock (1) and its cooling intensity is controllable.
14. Apparatus according to claim 12 or 13,
characterised in that the additional cooling device (3) possesses parts for the provision
of a local coolant flow (31) substantially uninterrupted in the longitudinal or axial
direction of the rolled stock (1) and bounded in cross direction and comprises optionally
means (34) for preventing an increased withdrawal of heat from the surface(s) adjacent
to the cooled surface.
15. Apparatus according to one of claims 12 to 14,
characterised in that the additional cooling device is provided as a compressed air
or spray cooling unit.
16. Apparatus according to one of claims 12 to 15,
characterised in that the rolled stock (1) is displaceble in the cooling liquid (37)
in the longitudinal, axial direction relative to the dipping tank (38) and/or relative
to the additional cooling device (3).
17. Apparatus according to one of claims 12 to 16, characterised in that devices are disposed
on the dipping tank (38) and/or in the cooling liquid (37) itself by means of which
the cooling liquid (37) is movable turbulently and/or capable of being vibrationally
displaced.
1. Procédé de traitement thermique de laminés profilés, en particulier de rails de roulement
ou de chemin de fer, avec dissipation thermique accrue au niveau de parties de la
surface profilée lors d'un refroidissement depuis le domaine gamma du matériau de
base ferreux, dans lequel il se produit, dans la ou les zones de section souhaitées,
en particulier dans la région du champignon de rail, une transformation en une structure
perlitique fine de plus grande résistance, en particulier de plus grande résistance
à l'abrasion et de plus grande dureté, et dans lequel on réduit, de préférence on
évite sensiblement, une éventuelle déformation par gauchissement d'origine thermique
du laminé, en particulier du rail, perpendiculairement à l'axe longitudinal lors d'un
refroidissement à température ambiante, en particulier après un changement de structure
dans la ou les zones de section à refroidissement accru et on obtient une rigidité
accrue et une plus grande résistance à la flexion alternée du laminé, caractérisé en ce que le laminé à une température moyenne de 1100°C maxi, supérieure ou égale
cependant à 750°C, redressé dans sa direction longitudinale par déformation plastique,
est déplacé dans la direction transversale et maintenu à l'état redressé, et en ce
que, lors d'une première étape du refroidissement du laminé, celui-ci est refroidi
par équilibrage à une température inférieure à 860 °C jusqu'à une température minimale
de 5 à 120 °C supérieure à la température de Ar3 de l'alliage avec une intensité de refroidissement locale homogène, essentiellement
par rayonnement à l'air au repos, à la suite de quoi, lors d'une seconde étape du
refroidissement visant à une transformation de la structure en une structure perlitique
fine exempte de martensite, on dissipe de la chaleur avec une intensité localement
sensiblement homogène et périphériquement différente, vue en coupe transversale, et
en ce que l'intensité de refroidissement dans au moins une zone à la périphérie du
laminé profilé est augmentée, la ou les intensités de refroidissement supérieures
étant associées à la (aux) zone(s) à forte proportion de volume par rapport à la surface
ou à forte concentration massique et/ou à la (aux) zone(s) du laminé à température
localement élevée, et la ou les zones à vitesse de refroidissement ainsi augmentée
étant portée(s) à la température de transformation, conditions de refroidissement
dans lesquelles se forme une structure perlitique fine exempte de martensite, puis,
lors d'une étape suivante, le refroidissement jusqu'à la température ambiante est
conduit avec une intensité de refroidissement localement homogène.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le traitement thermique est
effectué, à partir de la température de déformation à chaud, après une déformation
à chaud du laminé avec un taux de déformation de 1,8 à 8% dans la dernière passe à
une température supérieure ou égale à 770°C et inférieure ou égale à 1050°C.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que lors de la deuxième étape
du refroidissement, l'intensité de refroidissement est accrue dans au moins deux zones
situées à la périphérie du laminé profilé.
4. Procédé selon la revendication 1 à 3, caractérisé en ce que la partie du laminé profilé,
qui présente la plus forte concentration massique, est refroidie par trempe et en
ce que simultanément de la chaleur est dissipée au niveau de la ou des parties restantes,
de concentration massique plus faible, également destinées à un refroidissement accru,
au moyen d'un dispositif à faible intensité de refroidissement.
5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la valeur de l'intensité
de refroidissement, en particulier la composition du fluide de refroidissement pour
le refroidissement par trempe, est réglée de telle sorte que l'on obtient, dans la
plage de températures comprise entre 800 °C et 450 °C, un refroidissement de la zone
proche de la surface de la pièce trempée d'environ 1,6 à 2,4°C/s.
6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que dans le cas de
laminés profilés à zones de section en forme de T, comme par exemple le patin d'un
rail de chemin de fer, la zone en regard de l'âme est refroidie avec une intensité
accrue.
7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la zone superficielle en regard
de l'âme et à intensité de refroidissement accrue est sensiblement symétrique par
rapport à l'axe de l'âme et est délimitée latéralement.
8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'une intensité de refroidissement
accrue des zones de la section du laminé profilé distales par rapport à une concentration
massique ou un raccordement à l'âme est évitée et/ou en ce que ces zones sont protégées
d'une dissipation de chaleur accrue ou au moins sont chauffées brièvement.
9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'intensité de
refroidissement à la surface du laminé profilé est réglée de telle sorte que les zones,
dans lesquelles la transformation de la structure gamma se produit lors du refroidissement,
sont sensiblement parallèles et symétriques et/ou parallèles au plan neutre et/ou
concentriques à l'axe du centre de gravité ou au centre de gravité de la surface transversale.
10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le laminé profilé,
dont une partie, rapportée à la section, est plongée dans un fluide de trempe contenu
dans un bassin de trempe, est déplacé pendant le refroidissement dans ledit fluide
de trempe dans la direction longitudinale par rapport au récipient contenant le fluide
de trempe, ou bassin de trempe.
11. Procédé selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'au moins pendant
le temps où une partie du laminé est immergée dans le fluide de trempe, ledit fluide
est soumis à une vibration.
12. Appareil de traitement thermique de laminé profilé, en particulier de rails de roulement
ou de chemin de fer, avec dissipation thermique accrue au niveau de parties de la
surface profilée lors d'un refroidissement depuis le domaine gamma du matériau de
base ferreux, en particulier par mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications
1 à 11, composé essentiellement d'au moins une zone de préparation (A) du laminé (1)
sur la table à rouleaux (21) avec un dispositif de positionnement du laminé, une zone
de traitement de refroidissement (B) avec des dispositifs pour assurer une dissipation
thermique partielle de haute intensité au niveau de la surface du laminé (1), et une
zone de refroidissement final (C) pour le refroidissement du laminé (1) à température
ambiante, ainsi que des moyens de transport transversal, de maintien et de manipulation,
caractérisé en ce que la table à rouleaux (21) dans la zone de préparation (A) présente
un dispositif de positionnement des laminés connu en soi et des moyens (22, 23) pour
redresser le laminé profilé (1) par déformation plastique de ce dernier, possède un
dispositif de transport transversal pour un déplacement du laminé (1) redressé, sensiblement
perpendiculairement à l'axe de celui-ci depuis la zone de préparation (A) dans la
zone de traitement de refroidissement (B), dans laquelle sont agencés un dispositif
connu en soi pour durcir un laminé au moyen d'un fluide de trempe (37) contenu dans
un bassin de trempe (38), avec des dispositifs de maintien et de manipulation (24)
et un dispositif de refroidissement supplémentaire (3) réglable pour un refroidissement
intensifié d'au moins une autre zone du laminé, et en ce que la zone de refroidissement
final (C) présente une surface de réception (25) pour le laminé (1) en vue du refroidissement
de ce dernier à température ambiante.
13. Appareil selon la revendication 12, caractérisé en ce que le dispositif de refroidissement
supplémentaire (3) peut être approché du laminé (1) et en ce que son intensité de
refroidissement est réglable.
14. Appareil selon la revendication 12 ou 13, caractérisé en ce que le dispositif de refroidissement
supplémentaire (3) possède des éléments générateurs d'un courant de fluide de refroidissement
(31) local sensiblement continu dans la direction longitudinale ou axiale du laminé
(1) et délimité transversalement et, éventuellement, des moyens (34) pour empêcher
une dissipation de chaleur accrue au niveau de la ou des surfaces voisines de la surface
refroidie.
15. Dispositif selon l'une des revendications 12 à 14, caractérisé en ce que le dispositif
de refroidissement supplémentaire consiste en un dispositif de refroidissement par
air comprimé ou par arrosage.
16. Dispositif selon l'une des revendications 12 à 15, caractérisé en ce que le laminé
(1) peut être déplacé dans le fluide de refroidissement (37) dans la direction de
l'axe longitudinal par rapport au bassin de trempe (38) et/ou par rapport au dispositif
de refroidissement supplémentaire (3).
17. Dispositif selon l'une des revendications 12 à 16, caractérisé en ce que des dispositifs
sont agencés dans le bassin de trempe (38) et/ou dans le fluide de trempe-même (37),
lesdits dispositifs permettant d'agiter le fluide de trempe (37) selon un mouvement
turbulent et/ou de faire vibrer ledit fluide de trempe.