HOCH BELASTBARE VOLLRÄDER UND RADREIFEN FÜR SCHIENEN-TRIEBFAHRZEUGE UND WAGEN |
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| 申请号 | EP93920794.0 | 申请日 | 1993-09-22 | 公开(公告)号 | EP0616647A1 | 公开(公告)日 | 1994-09-28 |
| 申请人 | MAN Gutehoffnungshütte Aktiengesellschaft; | 发明人 | CLAUSMEYER, Horst; WEBER, Wolfgang; HOFFMANN, Dieter; | ||||
| 摘要 | L'invention concerne des roues pleines et des bandages de roues à haute capacité de charge pour des véhicules à moteur sur rails et des wagons, en acier forgé, laminé et allié à l'état trempé. Les ruptures de roues signalées et les études de matériaux qui ont été entreprises pour déterminer l'origine de ces sinistres ont permis d'aboutir notamment à la conclusion qu'il y avait lieu de considérer qu'une ténacité insuffisante des qualités d'acier existantes étaient à l'origine des sinistres. On a donc mis au point une nouvelle qualité d'acier au Cr-Ni-Mo qui présente, après un traitement thermique spécial, un potentiel de ténacité nettement plus élevé pour les mêmes propriétés de résistance que celles de l'acier R7, par exemple, selon le code de l'UIC et qui diminue principalement les risques de rupture des roues après des freinages prolongés. | ||||||
| 权利要求 | Patentansprüche: Hoch belastbare Vollräder und Radreifen für Schienen-Triebfahrzeuge und Wagen aus geschmiedetem, gewalztem, legiertem Stahl in vollvergütetem Zustand, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahl der Vollräder und Radreifen nachfolgende chemische Zusammensetzung in Masse-% aufweist: Kohlenstoff (C) 0,38 bis 0,42 max. 0,25 0,40 bis 0,60 max. 0,012 max. 0,005 1,00 bis 1,50 0,30 bis 0,60 0,70 bis 1,20 0,015 bis 0,040 max. 0,008 . Vollräder und Radreifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichne , daß der Stahl der Vollräder und Radreifen einen Chrom-Gehalt (Cr) von 1,00 bis 1,30 Masse-%, einen Molybdän-Gehalt (Mo) von 0,30 bis 0,50 Masse-% und einen Nickel-Gehalt (Ni) von 0,70 bis 1,00 Masse-% aufweist. Verfahren zur Wärmebehandlung von Vollrädern und Radreifen aus dem Stahl nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung zur Vollvergütung folgende Behandlungsstufen durchläuft: ERSATZBLATT Härten im Temperaturbereich von 850 bis 900 ° C mit anschließendem Abschrecken in Wasser bzw. Öl bei Raumtemperatur (ca. 20 β C), Anlassen im Temperaturbereich von 600 bis 680 ° C mit anschließendem Abkühlen in Luft bei Raumtemperatur (ca. 20 β C). 10 15 20 25 30 35 ERSATZBLATT |
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| 说明书全文 | Hoch belastbare Vollräder und Radreifen für Schienen-Triebfahrzeuge und Wagen Die Erfindung betrifft hoch belastbare Vollräder und Radreifen für Schienen-Triebfahrzeuge und Wagen aus geschmiedetem, gewalztem, legiertem Stahl in vollver¬ gütetem Zustand. Vollräder und Radreifen für Schienenfahrzeuge werden bislang beispielsweise aus Stählen auf der Basis von Kohlenstoffgehalten von 0,48 % bis 0,52 % und Mangangehalten von 0,75 % bis 0,80 % gemäß Festlegungen des UIC-Kodex 812-3/V, 5. Ausgabe, 01.01.1984 herge¬ stellt und verwendet. Die Zugfestigkeit Rm für den hauptsächlich 2 gebräuchlichen Stahl R7 liegt zwischen 820 - 940 N/mm , die Bruchdehnung A 5 bei mindestens 14 % und die Kerb¬ schlagarbeit (KU) von ISO-U-Proben bei mindestens 15 Nrn. Alle Werte sind bei 20 °C (Raumtemperatur) be¬ stimmt. Der Stahl R7 wird vorzugsweise für klotzgebremste Vollräder von Eisenbahnwagen mit hohen Achslasten eingesetzt. Aus bekanntgewordenen Radbrüchen und den sich daran anschließenden Werkstoffuntersuchungen zur Ermittlung der Schadensursache bei diesen Stahlqualitäten wurde gefolgert, daß ua die ungenügenden Zähigkeitseigen¬ schaften der nach UIC-Kodex spezifizierten Stähle als Bruchursache in Betracht zu ziehen sind. Auch Schienenfahrzeuge für hohe Geschwindigkeiten werden mit Rädern aus dem Stahl R7 gemäß UIC-Kodex ERSATZBLATT 812-3/V ausgerüstet. Höhere Beanspruchunge-n aus angeho¬ benen Achslasten, größeren Geschwindigkeiten, erhöhten Bremsbelastungen, insbesondere bei Dauerbremsungen im Gebirge, können zu Radbrüchen führen. Aufgabe der Erfindung war es deshalb, eine Stahlquali¬ tät für den Einsatz bei hochbelastbaren Vollrädern und Radreifen für Schienen-Triebfahrzeuge und Wagen zu ent¬ wickeln, die ein deutlich höheres Zähigkeitspotential bei gleichen Festigkeitseigenschaften als die eingeführten Stähle, z. B. der Stahl R7, aufweist und die vor allem die Bruchgefährdung der Räder auch nach Dauerbremsungen herabsetzt. Die Lösung der Aufgabe erfolgt in der Weise, wie es in den Patentansprüchen angegeben ist. Durch die Auswahl einer chemischen Zusammensetzung, die in den Massen-Anteilen der Grund- und Legierungselemen- te sowie in den Begleitelementen spezifisch aufeinander abgestimmt ist, wird ein Stahl hoher Reinheit und großer Gleichmäßigkeit erreicht. Nach der erfindungsgemäßen Wärmebehandlung wird darüber hinaus ein Gefügezustand erreicht, der sich durch hervorragende Zähigkeitseigenschaften bei hoher Festig¬ keit, insbesondere aber auch durch hohe Dauerschwingfe¬ stigkeit, auszeichnet. Die Erfindung betrifft somit die Spezifikation eines neuartigen Werkstoffs für Vollräder und Radreifen, die bei Schienenfahrzeugen zum Einsatz kommen sollen und die Wärmebehandlung der aus diesem Werkstoff herge¬ stellten Vollräder und Radreifen. ERSATZBLATT 1 Die Sachmerkmale der Ansprüche 1 und 2 sind somit gekennzeichnet durch eine Analyse, die in ihrer besonderen Abstimmung des Kohlenstoff-, Chrom- und Nickelgehaltes unter Begrenzung des Silizium-Gehaltes, 5 Minimierung des Phosphor- und Schwefelgehaltes, nach dem Vergüten, bestehend aus Härten und Anlassen, ein Vollrad oder einen Radreifen in einen Werkstoffzustand versetzen, der die Festigkeitseigenschaften des heute überwiegend verwendeten Stahls R7 erreicht oder über¬ trifft, gegenüber dem Stahl R7 aber erheblich ver¬ besserte Zähigkeitseigenschaften, insbesondere die der Bruchzähigkeit, aufweist. Zum Erreichen hervorragender Zähigkeitseigenschaften 5 werden in Anpassung an die gesamte Analyse Temperatur- und Abkühlungsbedingungen für das Härten und das Anlassen nach den Verfahrensmerkmalen von Anspruch 3 beansprucht, die dies sicherstellen und zugleich den entsprechend behandelten Vollrädern und Radreifen Q Mindest-Festigkeiten verleihen, wie sie z. B. der UIC-Kodex für Räder aus Stahl R7 fordert. Die bislang eingeführten ferritisch-perlitischen Kohlenstoff-Mangan-Stähle gemäß UIC-Kodex lassen sich hinsichtlich ihrer Zähigkeitseigenschaften nicht nennenswert weiterentwickeln. Grundlegende Verbesserun¬ gen müssen deshalb bei der Stahlanalyse ansetzen, wobei selbstverständlich auf einen hohen Reinheitsgrad, auf Homogenität und auf möglichst isotrope Eigenschaften zu achten war. Angemessene Bruchzähigkeitseigenschaften erfordern daher unter Berücksichtigung der einzuhalten¬ den Mindestzugfestigkeiten in Abkehr von den ferritisch- perlitischen Stählen einen Stahl guter Durchvergütbar- keit mit einem feinkristallinen, homogenen ERSATZBLATT Vergütungsgefüge. Gewisse Anteile an stabilen Karbiden wirken sich positiv auf die Uberhitzungsunempfindlich¬ keit aus. Die angestrebte hohe Dauer-Wälzfestigkeit und eine geringe Empfindlichkeit gegenüber Ermüdungsver¬ schleiß sind durch eine Kombination von Gefügezustand, Festigkeit und Zähigkeit verwirklicht worden. Dies ist aus der erfindungsgemäßen chemischen Analyse und der darauf abgestimmten Wärmebehandlung herzuleiten. Cr-Gehalte bis 1,50 Masse-%, Mo-Gehalte bis 0,60 Masse-% und Ni-Gehalte bis 1,20 Masse-% in der Stahlle¬ gierung können toleriert werden. Die in Patentanspruch 2 angegebenen Cr-, Mo- und Ni-Gehalte sind jedoch nach Möglichkeit anzustreben. Die Methode des Härtens mit nachfolgendem Anlassen zum Zweck des Vergütens ist grundsätzlich bekannt. Sie dient vor allem der Verbesserung der Zähigkeitseigen¬ schaften bei bestimmten angestrebten Festigkeitseigen- Schäften. Die spezielle Wärmebehandlung der Räder und Radreifen trägt zusätzlich der positiven Beeinflussung der Wälzfestigkeit, der Ermüdungsverschleißbeständig¬ keit und der Uberhitzungsunempfindlichkeit des fertigen Rades und Radreifens Rechnung. Demgemäß ist auf ausrei- chend hohe Temperaturen im Temperaturbereich der Wasser, und auf ein nachfolgendes Erwärmen auf relativ hohe Anlaßtemperaturen zu achten. Als Anhaltswerte für die Wärmebehandlung haben folgende Angaben zu gelten:ERSATZBLATT Härten: 850 - 950 β C, mit anschließenden Abschrecken in Wasser bzw. öl bei Raumtemperatur (ca. 20 °C), Anlassen: 600 - 680 °C, mit anschließendem langsamen Abkühlen in Luft bei Raumtemperatur (ca. 20 °C). Die Festlegung der Wärmebehandlungs-Daten hat im Einzelfall auch den Bauteil-Abmessungen Rechnung zu tragen und kann daher im Einzelfall geringfügig abgeän¬ dert werden. Die mechanisch-technologischen Eigenschaften des erfindungsgemäßen Werkstoffes sollten nach durchge- führter Wärmebehandlung bei Raumtemperatur folgende Werte erreichen: Streckgrenze (0,2 Dehngrenze) 2 R p 2 mindestens 590 N/mm . 2 Zugfestigkeit R mindestens 850 N/mm , Bruchdehnung A 5 mindestens 16 %, Kerbschlagarbeit (ISO-V-Probe) A mindestens 34 Nm, Bruchzähigkeit K_ mindestens 100 MNm -3'/2. Die Kerbschlagarbeit in der Hochlage A v „ soll minde¬ stens 65 Nm bei einer noch zu bestimmenden Temperatur erreichen. |RSATZBLATT |
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