Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines hochfesten Gleisteils aus Stahl, insbesondere Weichenteils wie Herzstück, Zungen- oder Flügelschiene. Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Weichenbauteil, das aus Stahl hergestellt ist.
Durch die Geschwindigkeitszunahme von Zügen bedingt nehmen die Anforderungen an den Gleisoberbau zu. Dabei sollen insbesondere Schienen und Weichen einen hohen Widerstand gegen Verschleiß, Verquetschungen und Ermüdungsschäden aufweisen. Auch soll eine Bruchsicherheit und eine Eignung zum Schweißen gegeben sein. Diese Forderungen haben den Einsatz von Schienen mit Mindestzugfestigkeiten von 1100 N/mm2 begründet.
Aus der EP 0 620 865 B1 ist ein Gleisteil bzw. ein Verfahren zur Herstellung eines solchen bekannt, bei dem ein vakuumbehandelter Stahl mit 0,53 bis 0,52 % C, 0,1 bis 0,25 Si, 0,65 bis 1,1 % Mn, 0,8 bis 1,3 % Cr, 0,05 bis 0,11 % Mo, 0,05% bis 0,11 % V, ≤ 0,02 % P, wahlweise bis 0,025 % Al, wahlweise bis 0,5 % Nb, Rest Eisen sowie üblichen erschmelzungsbedingten Verunreinigungen verwendet wird, wobei das Verhältnis von Mn : Cr in etwa 0,80 < Mn : Cr < 0,85 und das Verhältnis von Mo : V in etwa 1 beträgt und wobei das Gleisteil in Form eines Weichenabschnitts ein gewalzter Schienenabschnitt als Ausgangsmaterial ist, der durch Vergütung ein martensitisches Gefüge zumindest im Schienenkopf aufweist. Hierdurch ergeben sich im Schienenkopf Festigkeiten über 1500 N/mm2.
Aus der Literaturstelle DE-Z: "Stahl und Eisen 115 (1995), No. 2", Seiten 93 - 98, wird ein Verfahren zur Herstellung einer naturharten bainitischen Schiene mit hoher Zugfestigkeit beschrieben. Dabei wird ein naturharter Stahl einer Wärmebehandlung derart unterzogen, dass zunächst eine Erwärmung auf über 750 °C erfolgt, um anschließend durch eine Luftabkühlung bis unterhalb von ca. 450°C ein gewünschtes bainitisches Gefüge auszubilden. Sodann kann ein Anlassen über einen Zeitraum von einer Stunde bei etwa 550 °C erfolgen, um schließlich die Schiene auf Raumtemperatur abzukühlen. Mit dem entsprechenden Verfahren können Schienenstellen einer Zugfestigkeit über 1400 N/mm2 erzielt werden.
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 eine hohe Festigkeit und Streckgrenze bei Erhöhung der Lebensdauer ergibt, so dass insbesondere ein Einsatz in hochbeanspruchten Weichen erfolgen kann. Verfahrensmäßig wird das Problem dadurch gelöst, dass 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 Verumeinigungen nach einer Abkühlung aus der Walzwärme und Ausbildung eines bainitischen Grundgefüges einer Zugfestigkeit von ungefähr 1100 N/mm2 zunächst einer Vorbehandlungsstufe unterzogen wird, indem der Stahl mit der bainitischen Grundstruktur auf eine Temperatur T4 mit 400 °C < T4 < 550 °C erwärmt und sodann gesteuert derart abgekühlt wird, dass der Stahl nach der Vorbehandlung eine Zugfestigkeit von zumindest 1200 N/mm2 aufweist, sodann 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 min gehalten und anschließend auf Raumtemperatur abgekühlt wird.
Besonders gute Ergebnisse lassen sich dann erzielen, wenn der Stahl nach Erreichen der Temperatur T1 in seinem Kern über einen Zeitraum t2 mit 10 min < t2 < 30 min, insbesondere t2 in etwa 20 min gehalten wird.
Insbesondere ist vorgesehen, dass der StahI nach einer gezielten Abkühlung aus der Walzwärme und Ausbildung des bainitischen Grundgefüges einer Zugfestigkeit von ungefähr 1100 N/mm2 auf eine Temperatur T1 von insbesondere in etwa 860 °C angewärmt wird, um anschließend den Stahl beschleunigt auf die Temperatur T2 abzukühlen und einem Kühlmedium auszusetzen, so dass der Stahl in seinem Kern auf die Temperatur T2 abgekühlt ist.
Des Weiteren ist vorgesehen, dass der Stahl mit bainitischem Grundgefüge mit üblichen Schienenstählen wie 900 A und S 1100 durch Abbrennstumpfschweißen verbunden werden kann, wobei die verbundenen, Gleisteile nachfolgend einer gemeinsamen Wärmebehandlung unterzogen werden können.
Erfindungsgemäß erfolgt eine Volumenvergütung eines Stahl bainitischer Grundstruktur, wobei sich durch gezielte Wärmebehandlung Zugfestigkeiten bis ohne Weiteres 1700 N/mm2, Streckgrenzen (technische Streckgrenzen mit 0,2 % bleibender Dehnung) bis 1400 N/mm2, Bruchdehnung A5 (%) von mehr als 10 und Einschnürungen von mehr als 25 % ergeben.
Ein Weichenbauteil aus Stahl, hergestellt nach zuvor geschildertem Verfahren, zeichnet sich dadurch aus, dass das Gleisteil aus 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 hergestellt ist, ein bainitisches Grundgefüge, eine Zugfestigkeit von mehr als 1600 N/mm2 und einer technische Streckgrenze von mehr als 1250 N/mm2 eine Bruchdehnung > 10 % und eine Einschnürung > 25 % aufweist.
Insbesondere weist der Stahl eine chemische Richtanalyse von 0,4 bis 0,5 % C, in etwa 1 % Si, in etwa 0,8 % Mn, in etwa 1,0 % Cr und 0,6 bis 1,0 % Mo auf, wobei die Festigkeit bis 1700 N/mm2 und die Streckgrenze bis 1400 N/mm2 beträgt. Dabei ist der Stahl derart wärmebehandelt, dass die Bruchdehnung > 10 % und die Einschnürung> 25 % beträgt.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergehen sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen - für sich und/oder in Kombination -, sondern auch ans der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Beispiels näher erläutert.
Ein Stahl mit einer chemischen Richtanalyse von 0,45 % C, 1 % Si, 0,8 % Mn, 1 % Cr, 0,8 % Mo, Rest Eisen sowie üblichen verschmelzungsbedingten Verunreinigungen wird durch Walzen zu einem Gleisteil geformt, um durch gezieltes Abkühlen aus der Walzwärme ein Gefüge mit bainitischer Grundstruktur und einer Festigkeit von in etwa 1100 N/mm2 zu erzielen. Sodann wird das auf Raumtemperatur abgekühlte Weichenbauteil in einem Wärmebehandlungsofen auf eine Temperatur von in etwa 500 °C erwärmt, um durch anschließendes erneutes gesteuertes Abkühlen eine Festigkeit von 1300 bis 1400 N/mm2 zu erreichen. Sodann wird das Weichenbauteil auf ca. 860 °C angewärmt. Nach Erreichen dieser Temperatur im Kern des Weichenbauteils erfolgt eine beschleunigte Abkühlung in einem Polymer-Wassergemisch auf in etwa 350 °C. Nach Erreichen dieser Temperatur im Kern des Weichenbauteils erfolgt wiederum ein. Erwärmen auf in etwa 450 °C, wobei das Weichenbauteil bei dieser Temperatur über einen Zeitraum von in etwa 2 h gehalten wird. Durch diese Wärmebehandlung ergibt sich ein feinnadliges bainitisches Gefüge mit nachfolgenden Eigenschaften:
Ein entsprechendes Weichenbauteil ist sodarm mit einer Schiene der Güte UIC 900 A bzw. UIC S 1100 durch Abbrennstumpfschweißen verbunden und in einem Gleis eingebaut worden. Regelmäßige Überprüfungen ergaben eine hohe Verschleißfestigkeit, die im Vergleich zu üblichen Weichenbauteilen eine Erhöhung der Standfestigkeit von in etwa 50 % zeigten.
Zu erwähnen ist, dass es sich bei dem erneuten Anwärmen auf ca. 860 °C und der sodann beschriebenen Verfahrensschritte um bevorzugte Maßnahmen handelt.