AT407057B - Profiliertes walzgut und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

Description

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   Die Erfindung betrifft ein profiliertes Walzgut, insbesondere Fahr- oder Eisenbahnschiene, aus einer Eisenbasislegierung enthaltend Kohlenstoff, Silizium, Mangan, gegebenenfalls Chrom, sonderkarbidbildende sowie das Umwandlungsverhalten des Werkstoffes beeinflussende Elemente und/oder Mikrolegierungszusätze, Rest Eisen und herstellungsbedingte sowie ubliche Verunreinigungen, mit uber den Querschnitt zumindest teilweise durch beschleunigte Abkühlung aus dem Austenitgebiet der Legierung gebildeter Gefügestruktur 
Weiters umfasst die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von profiliertem Walzgut, insbesondere von Fahr- oder Eisenbahnschienen, aus einer Eisenbasislegierung mit über den Querschnitt zumindest teilweise durch beschleunigte Abkühlung aus dem Austenitgebiet der Legierung gebildeter Gefugestruktur,

   wobei zumindest Teile der Oberfläche des Walzgutes mit Kühlmittel beaufschlagt oder in dieses eingebracht werden. 



   Walzgut kann als Bauteil entsprechend der jeweiligen Verwendung verschiedenartig belastet sein, wobei auf Grund der allgemeinen Materialeigenschaften im wesentlichen die höchste Einzelbeanspruchung die Dimensionierung des Teiles fordert und/oder dessen Haltbarkeit bestimmt Technisch und auch wirtschaftlich kann es dafür von Vorteil sein, wenn das Eigenschaftsprofil des Bauteiles an die Anforderungen an diesen angepasst ist bzw , wenn entsprechend den ausgeprägten Einzelbelastungen an den Teil dieser spezifisch besonders hohe Werkstoffkennwerte aufweist 
Am Beispiel von Fahr- oder Eisenbahnschienen kann eine vielschichtige Materialbelastung deutlich erkannt werden.

   Für den schienengebundenen Verkehr sollen die Schienen einerseits einen hohen Verschleisswiderstand im Kopfbereich bzw an der die Rader tragenden Oberfläche haben und andererseits, der Biegebeanspruchung im Gleis wegen, hohe Zähigkeit, Festigkeit und Bruchsicherheit im übrigen Querschnittsbereich aufweisen. 



   Um die Gebrauchseigenschaften der Schienen bei steigendem Verkehrsaufkommen und immer grösseren Achslasten zu verbessern, wurden eine Vielzahl von Vorschlagen gemacht, deren Kopfhärte zu erhöhen. 



   Aus der AT- 399346-B ist zur Erfüllung dieser Erfordernisse ein Verfahren bekannt, bei welchem der Schienenkopf aus dem Austenitgebiet der Legierung in einem, einen synthetischen Kühlmittelzusatz aufweisenden Kühlmittel bis zu einer Oberflächentemperatur zwichen 450 C und 550  C eingetaucht und anschliessend ausgebracht wird, wodurch im Kopfbereich ein fein-   perlitisches   Gefuge mit erhöhter Materialhärte gebildet wird.

   Zur Durchführung des Verfahrens ist gemäss EP 441166-A2 eine Vorrichtung offenbart, die auf einfache Weise ein Abtauchen des Schienenkopfes in ein Tauchbecken ermöglicht 
Ein weiteres Verfahren zur Ausbildung einer stabilen   Perlitstruktur   in Schienen ist aus der EP-186373 -B1 bekannt geworden, bei welchem Verfahren im wesentlichen eine Dusenanordnung zur beschleunigten Abkuhlung der Schiene verwendet und der Abstand zwischen Düsenanordnung und Schienenkopf in Abhängigkeit von dem für den Schienenkopf zu erzielenden Härtewert und dem Kohlenstoffäquivalent des Stahles eingestellt wird 
Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Wärmebehandlung von profiliertem Walzgut, insbesondere von Schienen, ist der EP-693562-A1 zu entnehmen,

   wobei insbesondere im Schienenkopf ein feinperlitisches Gefüge mit erhöhter Härte und Abriebfertigkeit gebildet wird Ein weiteres Verfahren zur Erstellung einer feinperlitischen Gefügeausbildung im Kopfbereich der Schiene ist in der EP-293002-A1 offenbart Dabei wird der Schienenkopf durch Heisswasserstrahlen bis 420  C abgekühlt und anschliessend mittels eines Luftstromes behandelt. 



   Aus der EP -358362-A1 ist ein Verfahren bekannt geworden, bei welchem der Schienenkopf aus dem Austenitgebiet der Legierung mit hoher Intensität und der Massgabe abgekühlt wird, dass die Oberflachentemperatur uber dem Martensitpunkt verbleibt Nach einem Erreichen einer gewählten Temperatur erfolgt eine Begrenzung der Kühlwirkung, so dass eine vollständige isotherme Umwandlung- Austenit- feiner Perlit abläuft 
Entsprechend der chemischen Zusammensetzung des Stahles soll diese Gefügeänderung ohne BAinitbildung erfolgen 
Eine Schiene mit hoher Verschleissfestigkeit am Kopf und hoher Bruchsicherheit im Fuss wird gemäss EP-136613-A2 bzw DE- 33 36 006-A1 durch ein Verfahren erreicht, bei welchem die Schiene nach dem Walzen und Abkühlen an Luft bei 810 bis 890  C austenitisiert und anschliessend beschleunigt abgekühlt wird Dabei erfolgt die Abkühlung derart,

   dass im Bereich des 

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 Kopfes ein feinperlitisches Gefuge und im Bereich des Fusses ein martensitisches Gefüge entsteht, das anschliessend angelassen wird. 



   Um nun ein Walzgut mit vorteilhaften mechanischen Eigenschaften, vorzugsweise eine Fahr- oder Eisenbahnschiene mit hoher Abriebfestigkeit, insbesondere des Kopfes, und hoher Zähigkeit der ubrigen Bereiche zu erreichen, ist gemäss dem Stand der Technik im Werkstoff eine   feinperlitische   Gefügestruktur einzustellen und ein Zwischenstufengefüge bzw Bainitgefüge zu vermeiden. 



   Vorgesagtes ist auch wissenschaftlich begründbar, weil bei der Perlitumwandlung, bei welcher eine Diffusion der Atome erfolgt, mit sinkender Temperatur die Keimbildungsgeschwindigkeit für die lamellaren Phasen Karbid und Ferrit zunimmt, wodurch das Gefüge zunehmend feiner und dadurch bei hoher Zähigkeit härter sowie abriebfester wird Die Perlitbildung erfolgt also uber Keimbildung und Wachstum, die durch das Ausmass der Unterkuhlung und die Diffusions- geschwindigkeit, insbesondere der Kohlenstoff- und Eisenatome, bestimmt werden 
Wird die Abkühlungsgeschwindigkeit weiter erhöht bzw die Umwandlungstemperatur weiter gesenkt, erfolgt eine Umwandlung in das Zwischenstufengefüge Bei einer Zwischenstufen- oder Bainitumwandlung sind die Grundgitteratome eingefroren, die Gefügestrukturänderung erfolgt durch ein Umklappen,

   wobei die Kohlenstoffatome noch diffundieren können und in der Folge Karbide bilden Die unmittelbar unter der Umwandlung zu feinem lamellaren Perlit bei der Zwischenstufenumwandlung entstandenen Karbide sind wesentliche grober ausgebildet, zwischen den   Ferritlamellen   angeordnet, verschlechtern wesentlich die Materialzähigkeit und erhohen die Materialermüdung sowie Bruchgefahr des Teiles insbesondere bei stossartigen Belastungen Aus diesem Grund sollen Schienen keine Bainitanteile im Gefüge aufweisen 
Ein Steigen des Verkehrsaufkommens auf den Bahnstrecken sowie höhere Achslasten und Zugsgeschwindigkeiten fordern allgemein höhere   Materialgüten   und sollten auch durch bessere Gebrauchseigenschaften von Schienen erreicht werden 
Dem bisher bekannten Walzgut aus niedrig legierten Eisenbasiswerkstoffen sowie den Ver- fahren,

   insbesondere Wärmebehandlungsverfahren, zur Herstellung desselben mit verbesserten Gebrauchseigenschaften liegt allgemein der Nachteil zugrunde, dass dem Stand der Technik gemäss eine weitere Erhöhung der Abriebfestigkeit und Zähigkeit des Werkstoffes nur durch teure legierungstechnische Massnahmen erreicht werden kann. 



   Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen und setzt sich zum Ziel, ein profiliertes Walzgut, insbesondere eine Schiene, mit einer optimalen Kombination von hoher Abriebfestigkeit bzw. hohem Verschleisswiderstand bei erhöhter Zähigkeit und Materialhärte sowie Beständigkeit gegen Kontaktermüdung anzugeben. 



   Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, ein neues Verfahren zu schaffen, mit welchem die Gebrauchseigenschaften von profiliertem Walzgut bei wirtschaftlichem Legierungseinsatz verbessert werden 
Dieses Ziel wird bei einem gattungsgemässen Gegenstand der eingangs genannten Art dadurch erreicht, dass zumindest in Teilbereichen des Walzgutquerschnittes über dessen Längs- erstreckung zumindest teilweise eine Gefügeausbildung mit einer Struktur, die bei der im wesentlichen isothermen Gefugeumwandlung vom Austenit im Bereich der unteren Zwischenstufe oder der unteren Baintstufe gebildet wird, vorliegt. 



   Die mit der Erfindung erreichten Vorteile liegen insbesondere darin, dass, wie gefunden wurde, ein Walzgut mit einer Gefügeausbildung entsprechend einer Umwandlung in der unteren Zwischenstufe wesentlich verbesserte mechanische Eigenschaften aufweist. Diese überraschend grosse Verbesserung der Matenaleigenschaften zwischen oberer und unterer Zwischenstufen- gefügestruktur kann wissenschaftlich damit begründet werden, dass im oberen Temperaturbereich der Zwischenstufenumwandlung, in welcher zwar eine Selbstdiffusion der Gitteratome eingefroren ist, der Kohlenstoff noch leicht diffundieren kann Dies fuhrt zu groben,

   lichtmikroskopisch sichtbaren Karbidausscheidungen zwischen den Ferritnadeln und in der Folge zu einer nachteiligen Beeinflussung der Werkstoffeigenschaften Im Temperaturbereich der unteren Zwischenstufenumwandlung ist hingegen die Kohlenstoffdiffusion weitgehend verringert bzw ebenfalls weitgegend eingefroren, wodurch die Karbide in den Nadeln des   Zwischenstufenferrits   gebildet und so fein verteilt vorliegen, dass sie nur übermikroskopisch zu erkennen sind Diese vorteilhafte Karbidausbildung und Karbidverteilung im Gefüge der unteren Zwischenstufe führt 

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 offensichtlich zu einer wesentlichen Verbesserung der Härte und Festigkeit, der Zähigkeit, der Bruchsicherheit,

   der Abriebfestigkeit und des Verschleisswiderstandes sowie zu einer hohen Kontaktermudungsbeständigkeit des Walzgutes 
Besonders vorteilhafte Walzguteigenschaften weden erreicht, wenn die Eisenbasislegierung im wesentlichen die Elemente in Gew   -%   
Kohlenstoff 0,41 bis 1,3, vorzugsweise 0,49 bis 0,98 
Silizium 0,21 bis 1,68, vorzugsweise 0,37 bis 0,98 
Mangan 0,31 bis 2,55, vorzugsweise 0,91 bis 1,95 
Eisen als Rest, aufweist. 



   Die mechanischen Eigenschaftswerte des Walzgutes können weiter gesteigert bzw verbessert werden, wenn die Eisenbasislegierung weiters die Elemente in Gew -% 
Chrom 0,21 bis 2,45, vorzugsweise 0,38 bis 1,95 gegebenenfalls 
Molybdän bis 0,88, vorzugsweise 0,49 
Wolfram bis 1,69, vorzugsweise bis 0,95 
Vanadin bis 0,39, vorzugsweise bis 0,19, weiters 
Niob und/oder Tantal und/oder Zirkon und/oder Hafnium und/oder Titan einzeln oder in Summe bis 0,28, vorzugsweise bis 0,19, sowie 
Nickel bis 2,4, vorzugsweise bis 0,95 
Bor bis 0,006, vorzugsweise 0,004 aufweist. 



   Wenn ein profiliertes Walzgut, insbesondere Eisenbahnschiene, bestehend aus einem Schienenkopf, einem Schienenfuss und einem diese Bereiche verbindenden Steg, bei welchem zumindest in einem Bereich des Querschnittes, insbesondere im Kopf der Schiene, die in der unteren Zwischenstufe bzw im unteren Bainitbereich gebildete Gefügestruktur eine Tiefe von mindestens 10 mm, vorzugsweise von mindestens 15 mm, von der Oberfläche aufweist, können auch besonders hoch belastete Oberflächenbereiche überragende Standfestigkeiten erbringen. 



   Ein profiliertes Walzgut, insbesondere Eisenbahnschiene, bei welchem die Querschnitts- bereiche mit einer unteren Zwischenstufen- oder unteren bainitischen Gefugestruktur axsym- metrisch oder zentrisch-symmetrisch angeordnet sind, besitzt zusätzlich die Vorteile einer hohen Formstabilität in Längsrichtung und geringerer innerer Spannungen 
Besonders vorteilhaft betreffend die Gebrauchseigenschaften ist, wenn das profilierte Walzgut    im bzw.

   in den Bereich (en) unterer Zwischenstufen- oder unterer Bainitstruktur eine Härte von   mindestens 350 HB, vorzugsweise von mindestens 400 HB, insbesondere von 450 bis 600 HB, aufweist 
Die weitere Aufgabe der Erfindung wird bei einem Verfahren der vorhin genannten Art dadurch gelost, dass entsprechend des geforderten Eigenschaftsprofiles des Walzgutes eine Legierung mit einer chemischen Zusammensetzung innerhalb der Konzentrationsbereiche der Elemente in Gew % 
C = 0,41 bis 1,3 
Si = 0,21 bis 0,93 
Mn = 0,31 bis 2,55 
Cr = bis 2,45 
Mo = bis 0,88 
Ni = bis 2,4 
V = bis 0,39 
W = bis 1,69 
AI = MAX 0,06 
Si + Al = MAX 0,

  98 ausgewählt und von dieser Legierung durch Versuche und/oder Berechnungen oder dergleichen das Umwandlungsverhalten bei einer Abkühlung aus dem Gebiet der kubisch-flächenzentrierten Atomstruktur bzw aus dem Austenitgebiet mit dem Martensitpunkt ermittelt und ein derartig zusammengesetztes Walzgut hergestellt wird, welches Walzgut, zumindest in Teilbereichen des Querschnittes in Langsrichtung aus dem Austenitgebiet auf eine Temperatur zwischen dem vorher 

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 ermittelten Martensitpunkt der Legierung und einem diesen um höchstens 250 C, vorzugsweise um höchstens 190 C überschreitenden Wert, insbesondere auf eine Temperatur im Bereich von 5 C bis   110 C   uber dem Martensitpunkt abgekuhlt werden und das Gefüge im wesentlichen isotherm umwandeln gelassen wird. 



   Die mit dem erfindungsgemässen Verfahren erzielten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, dass eine genaue Herstell- und Qualitätsplanung für das profilierte Walzgut erstellt werden kann, wobei dessen mechanische Eigenschaften wesentliche verbessert sind Einerseits kann dabei eine kostengünstige chemische Legierungszusammensetzung, die allenfalls das erforderliche Eigenschaftsprofil des Erzeugnisses sicherstellt, ausgewählt werden, andererseits ist es möglich, eine genaue umfassende Erzeugungs- und Warmebehandlungstechnologie vorzuschreiben bzw anzuwenden.

   Dies ist wichtig, weil die Umwandlungsvorgänge beim Abkühlen aus dem Austenitgebiet der Legierung nicht nur von der Zusammensetzung derselben sondern auch von der Höhe der Endwalz- und/oder Austenitisierungstemperatur, vom Keimzustand sowie der Keimbildungsgeschwindigkeit für Phasen bzw. dem Umklappmechanismus abhängen.

   Unter Zugrundelegung des jeweiligen Umwandlungsverhaltens bzw der Martensittemperatur des Werkstoffes für einen in der praktischen Erzeugung gegebenen oder einstellbaren Zustand, ist dabei die erfindungsgemässe Umwandlungstemperaturführung festlegbar 
Besonders vorteilhafte Materialeigenschaften werden erreicht, wenn die Umwandlung des Gefüges im wesentlichen isotherm in einem Temperaturbereich von höchstens PLUS-MINUS 110  C vorzugsweise von höchstens PLUS-MINUS 60  C, erfolgt Daraus ergibt sich für die meisten Stähle, die für hochbelastbare Walzprodukte, insbesondere für Eisenbahnschienen, verwendet werden, eine Umwandlungstemperatur von höchstens 450 C, vorzugsweise von höchstens 400 C, insbesondere von 300 bis   380 C,   um ein erfindungsgemässes Gefüge der unteren Zwischenstufe einzustellen 
Wenn, wie vorteilhaft vorgesehen sein kann,

   zumindest ein Teil des Querschnittes des profilierten Walzgutesmit erhöhter Massekonzentration einer erhöhten Abkühlung unterworfen wird, ist eine günstige gleichmässige Abkühlung bezogen auf die Längsaxe des Walzgutes erreichbar. 



   Die Gleichmässigkeit der Abkühlung über den Querschnitt kann weiter, insbesondere bei   Schienenprofilen,   verbessert werden, wenn das Walzgut in einem ersten Schritt in eine Kühlflussigkeit   vollumfangsmässig   getaucht, nach einem Erreichen einer Temperatur eines Oberflächenbereiches von mindestens 2 C, insbesondere jedoch etwa 160 C über dem Martensitpunkt der Legierung aus dem Kühlmittel ausgebracht und in einem zweiten Schritt ausschliesslich der Bereich mit hoher Massekonzentration gegebenenfalls zeitweise im Tauchbad belassen oder in dieses zeitweise eingebracht wird 
Wird die Abkühlung des Walzgutes durch eine auf die Massekonzentration des Profils abgestimmte Kühlmittelbeaufschlagung der Oberflache durchgeführt, so kann die Wärmebehandlungstechnologie für die üblichen legierten Schienenstähle derart festgelegt werden,

   dass eine Gefugeumwandlung im Bereich der unteren Zwischenstufe über im wesentlichen den gesamten Querschnitt erfolgt 
Insbesondere im Hinblick auf eine gleichmässige Kühlmittelbeaufschlagung sowie eine Verschiebung des Umwandlungsbeginnes der Legierung zu langeren Zeiten ist es bevorzugt, wenn das Walzgut unmittelbar nach der Verformung unter Ausnutzung der Walzhitze achsfluchtend gerichtet und einem durch Umwandlung in der unteren Zwischenstufe des Werkstoffes besondere Materialeigenschaften über den Querschnitt erstellenden Abkühlverfahren zugeführt wird. 



   Besonders vorteilhaft ist das erfindungsgemässe Verfahren anwendbar, wenn Eisenbahn- schienen, insbesondere für Hochgeschwindigkeit- und Hochleistungsstrecken mit hoher Abrieb- festigkeit bzw. hoher Verschleissfestigkeit, hoher Zähigkeit und geringer Kontaktermüdung bei grosser spezifischer Belastung hergestellt werden, wobei nach dem Walzen und zumindest teilweisem thermischem Einstellen eines Gefuges der unteren Zwischenstufe ein anschliessendes Richtverfahren, insbesondere Biegerichtverfahren bei Raumtemperatur oder geringfügig erhöhter Temperatur, zur Erhaltung der besonderen Materialeigenschaften bei stabiler Ausrichtung der Schiene durchgeführt wird. 



   Im folgenden wird die Erfindung anhand von Untersuchungsergebnissen der Entwicklung und Ausführungsbeispielen näher dargelegt. 



   Ein Walzgut mit im wesentlichen H-förmigem Profil sollte mit einer Härte zwischen 550 und 

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 600 HV und höchstmöglicher Zähigkeit hergestellt werden Dafür erfolgte die Auswahl einer Eisenbasislegierung, die mit folgender Zusammensetzung in Gew -% untersucht und hergestellt wurde 
C = 1,05, Si = 0,28, Mn = 0,35, Cr = 1,55, Rest Eisen und Verunreinigungen Mittels Dilatometererprobung erfolgte die Erstellung von einerseits kontinuierlichen Zeit-Temperatur- Umwandlungs-Schaubildem ( kont   ZTU-Schaubildern)   bei Austenitisierungstemperaturen von 860 C ( Fig   1),   950 C, und 1050 C ( Fig 2) sowie andererseits von isothermischen ZTU-   Schaubildem   bei einer Austenitisierung von wiederum 860 C ( Fig 3), 950 C, und 1050  C (Fig 4) der Legierung 
An Proben,

   die von einer Austenitisierungstemperatur von 860 C ( Fig. 1) beschleunigt abgekühlt wurden, war ein Erreichen der geforderten Materialhärte (Zahlenwert im Kreis) von 530 - 600 HV durch entsprechendes Abkühlen nur schwer möglich, wobei das Gefüge als Misch- gefuge mit im wesentlichen oberer Zwischenstufe, unterer Zwischenstufe und Martensit vorlag und der Werkstoff schlechte Zähigkeitswerte besass 
Durch eine Erhöhung der Austenitisierungstemperatur letztlich auf 1050 C ( Fig. 2) wurde die Zwischenstufenumwandlung zu längerer Zeit verschoben, so dass das Gefüge bei kontinuierlicher Abkühlung im gewünschten Härtebereich aus Perlit und Martensit gebildet war und ebenfalls nicht die erwarteten hohen Zahigkeitswerte des Werkstoffes erbrachte. 



   Proben der vorher genannten Legierung, die von einer Temperatur von 860 C ( Fig. 3) beschleunigt abgekühlt und erfindungsgemäss zwischen 350  C und 300 C ( siehe Pfeil), also 155 C bzw 105 C oberhalb des Martensitpunktes, umwandeln gelassen wurden, erbrachten reproduzierbar eine Materialhärte von 550 bis 600 HV, ein homogenes Gefüge der unteren Zwischenstufe sowie wesentlich erhöhte Werkstoffzähigkeitswerte 
Es wurde weiters festgestellt, dass mit steigender Austenitisierungstemperatur die Bereiche der   Perlitumwandlung   und insbesondere jene der   Zwischenstufenumwandlung   zu längeren Zeiten verschoben werden, so dass eine erfindungsgemässe kontinuierliche Umwandlung im unteren   Zwischenstufenbereich,   die eine Materialhärte von 550 bis 600 HV erbringt, zwischen 330  C und 280 C (siehe Pfeil)

   20 bis 340 Minuten erfordert und ausserordentlich hohe Materialzahigkeitswerte bewirkt 
Aus obigen Untersuchungen ist deutlich entnehmbar, dass eine erfindungsgemässe isotherme Umwandlung von Walzgut, vorzugsweise von Schienen, im Bereich der unteren Zwischenstufe der Legierung einerseits hohe Materialhärte bei grosser Zähigkeit erbnngt und dass andererseits durch eine entsprechende Wärmeführung bzw Temperaturwahl die Herstellbedingungen bzw. die erforderlichen Zeitspannen beim   Matenalfluss   für ein sicheres Erreichen besonderer Gütewerte des Erzeugnisses berucksichtigt werden können. 



   Weiters wurden aus einem Stahl mit der Zusammensetzung in   Gew-%   C=0,98, Si=0,92, Mn=1,47, Cr=1,45, Mo= 0,09, Rest Eisen und Begleitelemente Eisenbahnschienen hergestellt, wobei eine Walzendtemperatur von im Mittel 985 C vorlag Nach dem Walzen erfolgte ein genaues längsaxfluchtendes Richten des Walzgutes und ein Verbringen der Schiene zu einer Kuhleinrichtung In dieser Kuhleinrichtung wurde in einer ersten Stufe eine vollumfängliche Kuhlung der Schiene mit hoher Intensität so lange vorgenommen, bis Teile- dies waren die penpheren Bereiche am Schienenfuss- eine Oberflächentemperatur von 200 C aufwiesen.

   Danach erfolgte in diesen Bereichen ein Absetzen der hohen Kuhlintensität bzw. eine Abschaltung der Kühlmittelbeaufschlagung Darauf wurde in einer zweiten Stufe des Verfahrens nur in den Bereichen hoher Volumskonzentration und vergleichsweise höherer Temperatur, dies ist insbesondere der Schienenkopf, die intensive Kühlung bzw eine beschleunigte Abkuhlung so lange weitergeführt, bis deren Oberflächentemperatur ebenfalls 200 C aufwies.

   Diese Abkühlungs- art erfordert gegebenenfalls eine   intermittierende   Kuhlung bzw eine   Intervallkuhlung   oder eine   Intensitätsregelung   der Kühlmittelbeaufschlagung zumindest für Bereiche der Querschnitts- oberfläche In einer dritten Stufe wurde dann die so abgekühlte Schiene in einen Ofen bzw eine Warmhaltekammer mit einer Temperatur von 240 C verbracht, umwandeln gelassen und in der Folge auf Raumtemperatur abgekuhlt 
An dieser Stelle sei vermerkt, dass mittels Voruntersuchungen isotherme ZTU-Schaubilder jeweils in Abhängigkeit von der Austenitisierungstemperatur und jeweils der Martensitpunkt obiger Legierung, der 120 C betrug,

   ermittelt wurden Zufolge dieser Ergebnisse war die Kühltechnologie 

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 und die Umwandlungstemperatur mit 240 C festgelegt worden 
Nachfolgende Materialuntersuchungen erbrachten folgende Ergebnisse. 



   Über den gesamten Querschnitt lag ein Gefuge mit einer Struktur der unteren Zwischenstufe bzw Bainitstufe vor 
Die Harte am Schienenkopf betrug 505 HB und war über den gesamten Schienen- querschnitt nur geringfügig unterschiedlich. 



   Die Kontaktermudung gemessen mit Schwellbelastung eines Druckkörpers mit einem Durchmesser von 100 mm am Kopf der Schiene quer zur Längsrichtung war im Vergleich mit feinperlitischer Gefügestruktur zu wesentlich hoheren Grenzwerten verschoben. 



   Die Werkstoffzähigkeit, gemessen an Kerbschlagproben, war ebenfalls wesentlich verbessert.

Claims (1)

1. Die Rissbruchzähigkeitsuntersuchung erbrachte Werte K10 von über 3300 N/mm3/2 PATENTANSPRÜCHE: 1. Profiliertes Walzgut, insbesondere Fahr- oder Eisenbahnschiene, aus einer Eisenbasislegierung enthaltend Kohlenstoff, Silizium, Mangan, gegebenenfalls Chrom, sonderkarbidbildende sowie das Umwandlungsverhalten des Werkstoffes beinflussende Elemente und/oder Mikrolegierungszusätze, Rest Eisen und herstellungsbedingte sowie übliche Verunreinigungen, mit über dem Querschnitt zumindest teilweise durch beschleunigte Abkühlung aus dem Austenitgebiet der Legierung gebildeter Gefügestruktur, dadurch gekennzeichnet, dass die Eisenbasislegierung eine Konzentration der Elemente in Gew -% Silizium MAX 0,93, vorzugsweise 0,21 bis 0,69 Aluminium MAX 0,06, vorzugsweise unter 0,03 und Silizium plus Aluminium unter 0,

   99 aufweist und dass zumindest in Teilbereichen des Walzgutquerschnittes über dessen Längserstreckung eine Gefügeausbildung mit einer Struktur, die bei der im wesentlichen isothermer Gefugeum- wandlung vom Austenit im Bereich der unteren Zwischenstufe oder der unteren Bainitstufe gebildet wird, vorliegt 2 Profiliertes Walzgut nach Anspruch 1, bei welchem die Eisenbasislegierung im wesentlichen die Elemente in Gew.-% Kohlenstoff 0,41 bis 1,3, vorzugsweise 0,51 bis 0,98 Mangan 0,31 bis 2,55, vorzugsweise 0,91 bis 1,95 Eisen als Rest, aufweist 3.

   Profiliertes Walzgut nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem die Eisenbasislegierung weiter die Elemente in Gew.-% Chrom 0,21 bis 2,45, vorzugsweise 0,38 bis 1,95 gegebenenfalls Molybdän bis 0,88, vorzugsweise bis 0,49 Wolfram bis 1,69, vorzugsweise bis 0,95 Vanadin bis 0,39, vorzugsweise bis 0,19, weiters Niob und/oder Tantal und/oder Zirkon und/oder Hafnium und/oder Titan einzeln oder in Summe bis 0,28, vorzugsweise bis 0,19,sowie Nickel bis 2,4, vorzugsweise bis 0,95 Bor bis 0,006, vorzugsweise 0,004 aufweist.

   4 Profiliertes Walzgut nach Anspruch 1 bis 3, bei welchem die Eisenbasislegierung die Elemente Silizium, Aluminium und Kohlenstoff in derartigen Konzentrationen aufweist, dass der Wert gebildet aus 2,75x% Si und/oder AI minus %Kohlenstoff gleich oder kleiner ist als 2,2.

   5 Profiliertes Walzgut nach Anspruch 1 bis 4, insbesondere Eisenbahnschiene bestehend aus einem Schienenkopf, einem Schienenfuss und einem diese Bereiche verbindenden <Desc/Clms Page number 7> Steg, bei welchem zumindest in einem Bereich des Querschnittes, insbesondere im Kopf der Schiene, die in der unteren Zwischenstufe bzw, im unteren Bainitbereich gebildete Gefügestruktur eine Tiefe von mindestens 10 mm, vorzugsweise von mindestens 15 mm, von der Oberfläche aufweist 6 Profiliertes Walzgut nach Anspruch 1 bis 5, insbesondere Eisenbahnschiene, bei welchem die Querschnittsbereiche mit einer unteren Zwischenstufen- oder unteren bainitschen Gefugestruktur axsymmetrisch oder zentnsch-symmetnsch angeordnet sind 7.

   Profiliertes Walzgut nach einem der Ansprüche 1 bis 6, welches in bzw. in den Bereich(en) mit unterer Zwischenstufen- oder unterer Bainitstruktur eine Härte von mindesten 350 HB, vorzugsweise von mindestens 400 HB, insbesondere von 420 bis 600 HB aufweist 8 Verfahren zur Herstellung von profiliertem Walzgut, insbesondere von Fahr- oder Eisenbahnschienen, aus einer Eisenbasislegierung enthaltend Kohlenstoff, Silizium, Mangan, gegebenenfalls Chrom, sonderkarbidbildende sowie das Umwandlungsverhalten des Werkstoffes beeinflussende Elemente und/oder Mikrolegierungszusätze, Rest Eisen und herstellungsbedingte sowie übliche Verunreinigungen, mit über den Querschnitt zumindest teilweise durch beschleunigte Abkuhlung aus dem Austenitgebiet der Legierung gebildeter Gefügestruktur,

   wobei zumindest Teile der Oberfläche der im Austenitgebiet bereitgestellten Schiene mit Kühlmittel beaufschlagt oder in dieses eingebracht werden, dadurch gekennzeichnet, dass entsprechend des geforderten Eigenschaftsprofiles des Walzgutes eine Legierung mit einer chemischen Zusammensetzung innerhalb der Konzentrationsbereich der Elemente in Gew -% C = 0,41 bis 1,3 Si = 0,21 bis 0,93 Mn = 0,31 bis 2,55 Cr = bis 2,45 Mo = bis 0,88 Ni = bis 2,4 V = bis 0,39 W = bis 1,69 AI = MAX 0,06 Si + AI = MAX 0,98 ausgewählt und von dieser Legierung durch Versuche und/oder Berechnungen oder dergleichen das Umwandlungsverhalten bei einer Abkühlung aus dem Gebiet der kubisch- flachenzentrierten Atomstruktur bzw aus dem Austenitgebiet mit dem Martensitpunkt ermittelt und ein derartig zusammengesetztes Walzgut hergestellt wird,

   welches Walzgut, zumindest in Teilbereichen des Querschnittes in Längsrichtung aus dem Austenitgebiet auf eine Temperatur zwischen dem vorher ermittelten Martensitpunkt der Legierung und einem diesen um höchstens 250 C, vorzugsweise um höchstens 190 C überschreitenden Wert, insbesondere auf eine Temperatur im Bereich von 5 C bis 110 C über dem Martensitpunkt abgekuhlt werden und das Gefüge im wesentlichen isotherm umwandeln gelassen wird 9 Verfahren nach Anspruch 8, bei welchem die Umwandlung des Gefüges im wesentlichen isotherm in einem Temperaturbereich von höchstens PLUS-MINUS 110 C, vorzugsweise von höchstens PLUS-MINUS 60 C, erfolgt 10 Verfahren nach Anspruch 7 oder 9, bei welchem eine Umwandlungstemperatur von höchstens 450 C, vorzugsweise von höchstens 400 C, insbesondere von 300 bis 380 C, verwendet wird.

   11. Verfahren nach Anspruch 8 bis 10, bei welchem zumindest ein Teil des Querschnittes des profilierten Walzgutes mit erhöhter Massekonzentration einer beschleunigten Abkühlung unterworfen wird.

   12 Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, bei welchem das Walzgut in einem ersten Schritt in eine Kühlflüssigkeit vollumfangsmassig getaucht, nach einem Erreichen einer Temperatur eines Oberflächenbereiches von mindestens 2 C, insbesondere jedoch etwa 160 C über dem Martensitpunkt der Legierung aus dem Kühlmittel zumindest teilweise ausgebracht und in einem zweiten Schritt ausschliesslich der Bereich mit hoher Massekonzentration gegebenenfalls zeitweise im Tauchbad belassen oder in dieses <Desc/Clms Page number 8> zeitweise eingebracht wird 13 Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, bei welchem das Walzgut unmittelbar nach der Verformung unter Ausnutzung der Walzhitze achsfluchtend gerichtet und dem Abkühlverfahren zugeführt wird.

   14. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 13, mit weichem Eisenbahnschienen, insbesondere für Hochleistungsstrecken, mit hoher Abnebfestigkeit bzw. hoher Verschleiss- festigkeit, hoher Zähigkeit und geringer Kontaktermüdung bei grosser spezifischer Belastung hergestellt werden, wobei nach dem Walzen und zumindest teilweisen thermischen Einstellen eines Gefüges der unteren Zwischenstufe ein anschliessendes Richtverfahren, insbesondere Biegerichtverfahren bei Raumtemperatur oder geringfügig erhöhter Temperatur, zur Erhaltung der besonderen Materialeigenschaften bei stabiler Ausrichtung der Schiene durchgeführt wird