ES2216123T3 - Rail y proceso de fabricacion. - Google Patents

Abstract

LA INVENCION SE REFIERE A UN MATERIAL LAMINADO PERFILADO, ESPECIALMENTE UN CARRIL DE DESPLAZAMIENTO O FERROVIARIO, DE UNA ALEACION A BASE DE HIERRO CON UNA MICROESTRUCTURA FORMADA ENCIMA DE LA SECCION TRANSVERSAL, AL MENOS PARCIALMENTE, MEDIANTE ENFRIAMIENTO BRUSCO, Y PROCEDIMIENTO DE FABRICACION DEL MATERIAL LAMINADO. CONFORME A LA INVENCION ESTA PREVISTO QUE LA ALEACION A BASE DE HIERRO TENGA UN CONTENIDO DE SILICIO Y ALUMINIO INFERIOR AL 0,99 % EN PESO, Y QUE AL MENOS PARCIALMENTE SE FORME EN EL MATERIAL LAMINADO UNA MICROESTRUCTURA EQUIVALENTE A LA QUE SE PRODUCE EN EL PROCESO DE TRANSFORMACION ESTRUCTURAL ESENCIALMENTE ISOTERMICA DE AUSTENITA EN LA ZONA DE LA ETAPA INTERMEDIA INFERIOR O DE LA ETAPA DE BAINITA INFERIOR. ESTA MICROESTRUCTURA SE OBTIENE CON UN PROCEDIMIENTO EN EL QUE SE COMPRUEBA EL COMPORTAMIENTO DE TRANSFORMACION DE LA ALEACION Y SEGUIDAMENTE SE PROCEDE A LA TRANSFORMACION DEL MATERIAL LAMINADO AL MENOS PARCIALMENTE A UNA TEMPERATURA SITUADA ENTRE EL PUNTO DE MARTENSITAY UN VALOR QUE LO SUPERA COMO MAXIMO A RAZON DE 250 (GRADOS) C.

Description

Raíl y proceso de fabricación.

La invención hace referencia a un raíl que consta de una cabeza, una base o pie y un alma que une estas dos partes, fabricado a partir de una aleación básica de hierro que contiene carbono, silicio, manganeso, en su caso cromo, elementos formadores de carburos especiales así como elementos que influyen sobre el comportamiento de transformación del material y/o aditivos micro-aleados, con el resto de hierro e impurezas usuales así como impurezas condicionadas por el proceso de fabricación, con una estructura a través de la sección que se ha formado, al menos parcialmente, mediante un enfriamiento acelerado a partir de la fase austenítica.

La invención comprende, además, un procedimiento para la fabricación de raíles de este tipo, fabricados a partir de una aleación básica de hierro que contiene carbono, silicio, manganeso, en su caso cromo, elementos formadores de carburos especiales así como elementos que influyen sobre el comportamiento de transformación del material y/o aditivos micro-aleados, con el resto de hierro e impurezas usuales así como impurezas condicionadas por el proceso de fabricación, con una estructura a través de la sección que se ha formado, al menos parcialmente, mediante un enfriamiento acelerado a partir de la estructura austenítica, siendo así que al menos partes de la superficie de los raíles preparados dentro de la fase austenítica se tratan con un agente refrigerante o se introducen en el mismo. Puede resultar ventajoso desde un punto de vista técnica y también económico el adaptar el perfil de características del componente a los requisitos exigidos al mismo o bien que la pieza presente unos valores específicos característicos del material especialmente elevados de acuerdo con las cargas o esfuerzos característicos que ha de soportar la misma.

Tomando como ejemplo los raíles de traslación o de circulación de ferrocarriles se puede apreciar claramente un cuadro complejo de cargas o esfuerzos del material. Para el tráfico de vehículos que circulan guiados sobre raíles han de presentar estos por un lado una elevada resistencia al desgaste en la zona de la cabeza o en las superficies que soportan las ruedas y, por otro lado, debido a los esfuerzos de flexión sobre la vía, una elevada tenacidad, resistencia y seguridad contra roturas en todo el resto de la sección.

Para mejorar las características de utilización de los raíles ante un tráfico cada vez mayor y unas cargas sobre los ejes en constante aumento se ha presentado toda una serie de propuestas para aumentar la dureza en la cabeza de los mismos.

En la AT-399346-B se describe un procedimiento para cumplir estas exigencias en el que la cabeza del raíl, partiendo de la estructura austenítica de la aleación, se introduce en un agente refrigerante con un aditivo de refrigeración sintético hasta alcanzar una temperatura en la superficie entre los 450ºC y los 550ºC, extrayéndola a continuación, consiguiéndose de este modo la formación en la zona de la cabeza de una estructura perlítica fina con una dureza elevada del material. Para la realización del procedimiento se describe en la EP-441166 un dispositivo que permite introducir de forma sencilla la cabeza del raíl en un tanque de inmersión que contiene un líquido refrigerante.

A través de la EP-186373-B1 se conoce otro procedimiento para la configuración de una estructura perlítica estable en los raíles, utilizándose fundamentalmente en este procedimiento una disposición de boquillas para proyectar un líquido refrigerante con el fin de conseguir un enfriamiento acelerado de los raíles, ajustándose la distancia o separación entre el grupo de boquillas y la cabeza del raíl en función del valor de dureza que se desea conseguir en la cabeza del carril y el equivalente de carbono del acero.

En la EP-693562-A puede verse un procedimiento y un dispositivo para la realización del procedimiento destinado al tratamiento térmico de material laminado perfilado, especialmente de raíles, formándose especialmente en la cabeza del raíl una estructura perlítica fina con una dureza elevada y resistente a la abrasión. En la EP-293002 se describe otro procedimiento para la formación de una estructura perlítica fina en la zona de la cabeza de los raíles. En este caso se realiza el enfriamiento de la cabeza del raíl hasta los 420ºC con chorros de agua caliente, aplicándose finalmente una corriente de aire.

A través de la EP-358362-A conocemos un procedimiento en el que la cabeza del raíl se somete, partiendo de la configuración austenítica de la aleación, a un enfriamiento de gran intensidad y de forma tal que la temperatura de la superficie se mantenga por encima del punto de transformación de la martensita. Una vez alcanzada la temperatura elegida se limita el efecto de refrigeración de forma que se desarrolle una transformación isotérmica en la etapa o fase perlítica inferior, concretamente de austenita - perlita fina. Esta transformación de la estructura ha de realizarse, según la composición química del acero, sin formación de bainita.

Según la EP-136613-A o bien DE-3336006 se consigue obtener un raíl con una elevada resistencia al desgaste en la cabeza y con una elevada seguridad contra roturas en la base o pie, utilizando un procedimiento en el que el raíl se austenitiza tras la laminación y enfriamiento al aire a 810ºC hasta 890ºC, realizándose a continuación un enfriamiento acelerado. En este caso se realiza el enfriamiento de forma tal que se forma en la zona de la cabeza una estructura perlítica fina y en la zona de la base o pie una estructura martensítica, que se somete finalmente a un proceso de revenido.

Para poder obtener un material laminado con unas características mecánicas ventajosas, preferentemente un raíl de traslación o para ferrocarriles con una elevada resistencia al desgaste o abrasión, sobre todo en la cabeza, y una elevada tenacidad en las restantes zonas, resulta necesario ajustar, según el estado actual de la técnica, una estructura perlítica fina en el material y evitar una estructura intermedia o bainítica que presente, en caso dado, partes de martensita.

Lo expuesto anteriormente se justifica desde un punto de vista científico por el hecho de que, en la transformación de perlita en la que se produce una difusión de los átomos, aumenta la velocidad de germinación para las fases laminares de carburo y perlita conforme se va reduciendo la temperatura, dando lugar a que la estructura sea cada vez más fina y, consiguientemente, más dura y más resistente a la abrasión con una tenacidad mayor. La formación de perlita se realiza, por tanto, a través de la germinación y el crecimiento que se ven determinados por la magnitud del subenfriamiento y la velocidad de difusión, sobre todo de los átomos de carbono y hierro.

Si se sigue incrementando la velocidad de enfriamiento o se sigue reduciendo la temperatura de transformación, se producirá una transformación de los materiales básicos de hierro de baja aleación y que contienen carbono a la estructura intermedia o bainítica. Aun cuando no contamos todavía con una aclaración estrictamente científica al respecto, se presume frecuentemente que, tratándose de una transformación intermedia o bainítica, se produce una congelación de los átomos de la red, efectuándose la modificación de la estructura como resultado de una transformación de la red, aun cuando los átomos de carbono siguen teniendo la posibilidad de difundirse y de formar, por tanto, carburos. Una estructura formada directamente por debajo de la temperatura de la transformación en perlita laminar fina, es decir tratándose de la transformación bainítica, muestra una forma sustancialmente más basta o gruesa. También los carburos que se forman presentan una configuración de mayores dimensiones, quedando entre las láminas de ferrita, contribuyendo a un empeoramiento sustancial de la tenacidad del material y favoreciendo la fatiga del mismo, a sí como incrementando el riesgo de rotura de la pieza en caso de cargas o esfuerzos que se apliquen en forma de sacudidas o impactos bruscos. Esta es la razón por la que los raíles no deben presentar ninguna parte de bainita dentro de la estructura.

En la WO-96/22396 se describe un acero bainítico exento de carburos con una elevada resistencia al desgaste o abrasión y una resistencia a la fatiga por contacto mejorada. Mediante unos contenidos elevados de silicio y/o aluminio del 1,0 hasta el 3,0% del peso en un acero de baja aleación que presenta desde un 0,05 hasta un 0,5% del peso de carbono así como desde un 0,5 hasta un 2,5% del peso de manganeso y desde un 0,25 hasta un 0,5% del peso de cromo, se intenta ajustar en el material laminado, mediante un enfriamiento continuo desde la temperatura de laminación, una microestructura fundamentalmente exenta de carburos, del tipo denominado de "bainita superior", es decir una estructura mixta de ferrita bainítica, austenita retenida o residual y martensita con alto contenido de carbono. Sin embargo, con unas temperaturas bajas y/o solicitaciones mecánicas pueden transformarse al menos partes de la austenita residual existente en la estructura formando martensita y/o la denominada martensita de deformación, lo que aumenta el riesgo de iniciación de fisuras o grietas en los límites entre fases.

En la DE-AS-1533982 se describe un procedimiento y un dispositivo en el que se puede someter a tratamiento térmico también a un raíl con una configuración de la estructura correspondiente a la fase bainítica inferior. En este caso se introducen los raíles que presentan el calor de laminación en un lecho fluidizado, enfriándose a la temperatura del lecho fluidizado, extrayéndose posteriormente del lecho fluidizado para someterlos a un enfriamiento posterior. Ello permite fabricar raíles con estructura perlítica o bainítica y con unas características del material por toda la sección determinadas por la estructura.

Una mayor incidencia del tráfico sobre los tramos de raíles así como unas cargas superiores de los ejes y unas velocidades mayores de los trenes exigen por norma general unas calidades mayores de los materiales y deberían conseguirse también gracias a unas características mejores de utilización de los raíles.

A través de la EP-0612852-A1 se conoce un raíl con un contenido de carbono de menos del 0,45% del peso y una concentración de cromo del 0,5 - 3,0% del peso, consiguiéndose a través de esta medida técnica de aleación y con un enfriamiento forzado hasta un campo de temperaturas entre los 300ºC y los 500ºC, con un enfriamiento posterior más lento, una estructura bainítica en la cabeza del raíl.

El material de laminación conocido hasta ahora de materiales básicos de hierro poco aleados así como el procedimiento, especialmente el procedimiento de tratamiento térmico, para la preparación del mismo con unas propiedades de utilización mejoradas presentan en general el inconveniente de que, de acuerdo con el estado actual de la técnica, solamente se puede conseguir un aumento mayor de la resistencia al roce y de la tenacidad del material aplicando medidas técnicas de aleación económicamente caras.

La invención se ha propuesto contribuir a solucionar este problema, habiéndose planteado como objetivo el ofrecer un raíl de traslación o de ferrocarriles con una combinación óptima de resistencia elevada a la abrasión o al desgaste de la cabeza junto con una elevada tenacidad y dureza del material así como una elevada resistencia a la fatiga por contacto.

La invención se ha planteado, además, como objetivo, el crear un nuevo procedimiento con el que puedan mejorarse las características de utilización o explotación de los raíles de ferrocarriles con la aplicación de una aleación rentable.

Este objetivo se consigue con un objeto de la clase anteriormente indicada en el que la aleación básica del hierro presente la siguiente concentración en % de peso de los elementos:

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Carbono	0,51 hasta 1,3
Manganeso	0,31 hasta 2,55
Silicio	máx. 0,93
Aluminio	máx. 0,66
Silicio más aluminio	menos de 0,99
en su caso
Cromo	0,21 hasta 2,45
Molibdeno	hasta 0,88
Wolframio	hasta 1,69
Vanadio	hasta 0,39

Niobio y/o tántalo y/o zirconio y/o hafnio y/o titanio aislados o

acumulados	hasta 0,28
Níquel	hasta 2,4
Boro	hasta 0,006
Resto hierro

y porque a través del alargamiento de los raíles solamente se da en la cabeza una estructura conformada dentro de zona bainítica inferior, penetrando dicha estructura hasta una profundidad de 10 mm por debajo de la superficie como mínimo y preferentemente hasta una profundidad de 15 mm como mínimo.

Las ventajas que se consiguen con la invención consisten sobre todo en que, tal y como se ha podido comprobar, presenta unas características mecánicas sustancialmente mejoradas una cabeza de raíl con una conformación de la estructura acorde con una transformación dentro de la zona bainítica inferior. La condición necesaria para ello la constituyen unas concentraciones de silicio y/o aluminio en el material estrictamente limitadas hacia arriba. Unas concentraciones elevadas de silicio y/o aluminio influyen en materiales básicos de hierro poco aleados reduciendo la zona gama en el estado del sistema material, por lo que será posible una transformación prácticamente completa de la estructura de austenita en la zona de la fase intermedia o bainítica inferior cuando se den unas concentraciones máximas en % del peso de silicio de 0,93 y unas concentraciones máximas de aluminio de 0,06 así como unas concentraciones máximas de silicio más aluminio por debajo de 0,99. La mejora asombrosamente superior de las características del material entre la estructura intermedia o bainítica superior e inferior no se ha podido aclarar suficientemente a día de hoy, encontrando una parte del mundo científico una explicación científica de ello en el hecho de que en la zona superior de temperatura de la transformación bainítica, y aunque es cierto que queda congelada una autodifusión de los átomos de la red, puede darse todavía una difusión ligera del carbono. Esto genera unas precipitaciones o segregaciones bastas de carburos, visibles a través del microscopio óptico, que se encuentran entre las agujas de ferrita, lo que conduce ulteriormente a un influjo desfavorable sobre las características del material. En el campo de temperatura de la transformación bainítica inferior aparece, por el contrario, la difusión del carbono como reducida en gran medida o también como congelada en gran medida, por lo que se forman los carburos en las agujas de la ferrita de la fase intermedia y se presentan de una forma tan finamente distribuida que no se pueden detectar ya con el microscopio óptico, sino únicamente con el microscopio electrónico. Esta formación y distribución favorables de carburos dentro de la configuración de la estructura bainítica inferior da lugar claramente a una mejora sustancial de la dureza y resistencia, de la tenacidad, de la seguridad frente a roturas, de la resistencia a la abrasión y al desgaste así como a una mayor resistencia a la fatiga por contacto del material laminado de la cabeza del raíl.

Se consiguen unas características especialmente ventajosas de la cabeza del raíl cuando la aleación básica de hierro contiene fundamentalmente los % de peso de los elementos siguientes:

Carbono	hasta 0,98
Manganeso	0,91 hasta 1,95
Silicio	0,21 hasta 0,69
Aluminio	menos de un 0,03
Hierro	el resto.

Los valores mecánicos de las características del material se pueden incrementar o mejorar todavía más en la cabeza del raíl si la aleación básica de hierra presenta además las siguientes concentraciones, en % de peso, de los elementos:

Cromo	0,38 hasta 1,95
en su caso
Molibdeno	hasta 0,49
Wolframio	hasta 0,95
Vanadio	hasta 0,19

además niobio y/o tántalo y/o zirconio y/o hafnio y/o titanio

aislada o acumuladamente	hasta 0,19
así como
Níquel	hasta 2,4, preferentemente hasta 0,95
Boro	hasta 0,0006, preferentemente 0,004.

Para conseguir una transformación prácticamente completa en la fase bainítica inferior de la aleación, evitando estructuras mixtas, podrá preverse de forma favorable que la aleación básica de hierro presente tales concentraciones de los elementos silicio, aluminio y carbono que el valor obtenido a partir de multiplicar 2,75 por el % de silicio y/o aluminio menos el % de carbono sea igual a o menor que 2,2. Con esta limitación o relación se conjugarán o coordinarán de forma ventajosa y cinéticamente transformadora los elementos silicio y aluminio que contribuyen enormemente a la formación de ferrita y el elemento carbono que contribuye de manera efectiva a la formación de austenita.

Si un raíl que consta de una cabeza, de una base o pie del raíl y de un alma que une las dos zonas anteriores, presenta la estructura formada en la fase bainítica inferior una profundidad de 15 mm como mínimo desde la superficie en la cabeza del raíl, pueden aportar también extraordinarias características de estabilidad zonas de la superficie sometidas a esfuerzos o cargas especialmente elevados.

Con respecto a las características de utilización o explotación resulta especialmente ventajoso que el raíl presente en la zona de la cabeza con una estructura bainítica inferior una dureza de 400 HB como mínimo, y especialmente de 420 HB hasta 600 HB.

El otro objetivo que se ha planteado la invención y que hace referencia a un procedimiento o método de la clase anteriormente indicada, se consigue gracias a que se elige la composición de la aleación, tal y como se indica en la reivindicación 1, se determina su comportamiento de transformación durante el enfriamiento a partir de la estructura austenítica y se fabrica el material a laminar a partir de la aleación elegida, procediéndose a continuación a efectuar el enfriamiento en sentido longitudinal solamente de la cabeza del raíl con ayuda de un líquido refrigerante, partiendo de la estructura austenítica, a una temperatura entre el punto de transformación de la martensita de la aleación y un valor que sobrepase al valor indicado en 250ºC como máximo, preferentemente en 190ºC como máximo, enfriándose especialmente a una temperatura entre 5ºC y 110ºC por encima del punto de transformación de la martensita, dejando que la estructura se transforme isotérmicamente en la zona bainítica inferior.

Las ventajas que se consiguen con el procedimiento al que hace referencia la invención han de verse fundamentalmente en el hecho que puede establecerse una planificación exacta de fabricación y de calidad para el raíl, mejorándose sustancialmente sus características mecánicas. Por un lado se puede elegir una composición química de la aleación que resulte económicamente favorable, que garantice por lo demás el perfil de características requerido para el producto y, por otro lado se tiene la posibilidad de prescribir y aplicar una tecnología completa exacta de fabricación y tratamiento térmico. Esto es importante dado que los procesos de transformación al realizar el enfriamiento a partir de la estructura austenítica de la aleación no solo dependen de la composición de la misma sino también de los valores de la temperatura de laminación final y/o de austenitización, del estado de germinación así como de la velocidad de germinación para las fases o del mecanismo de transformación. Tomando como base de partida el correspondiente comportamiento de transformación o la temperatura de arranque de la martensita del material para un estado dado o ajustable en el proceso de fabricación práctica, podrá establecerse o fijarse el mando o control de la temperatura de transformación según la invención.

Se conseguirán unas características del material especialmente ventajosas para la cabeza del raíl, si se realiza la transformación de la estructura isotérmicamente dentro de una gama de oscilaciones de la temperatura de, como máximo, MÁS - MENOS 60ºC. De ello se deduce, para la mayoría de los aceros que se utilizan para raíles que pueden someterse a elevadas cargas o esfuerzos, una temperatura de transformación de 450ºC como máximo, preferentemente de 400ºC como máximo, especialmente de 300ºC hasta 380ºC para ajustar una estructura en la zona bainítica inferior según la invención.

La uniformidad del enfriamiento a través de la sección se podrá mejorar todavía más en la cabeza, cuando se trata de raíles, si en un primer paso se introduce en su totalidad el raíl en un líquido de refrigeración, extrayéndose, al menos parcialmente, del líquido refrigerante tras alcanzar una temperatura de la zona superficial de, como mínimo, 2ºC, y especialmente sin embargo 160ºC por encima del punto de formación de la martensita en la aleación, procediéndose en un paso posterior a dejar en caso necesario, temporalmente, exclusivamente la zona de la cabeza del raíl con una elevada concentración de masa dentro del baño de inmersión, o a introducirla temporalmente en el mismo.

Si se realiza el enfriamiento de la cabeza del raíl sometiendo a la superficie a un agente refrigerante ajustado a la masa del perfil, se podrá establecer de tal forma la tecnología de tratamiento térmico para los aceros usuales aleados para raíles de forma tal que se realice una transformación de la estructura en la zona bainítica inferior fundamentalmente por toda la sección.

Con vistas especialmente a una aplicación uniforme del agente refrigerante así como a un desplazamiento del inicio de la transformación de la aleación a unos períodos de tiempo más prolongados, resultará ventajoso que se proceda, inmediatamente después de la conformación, aprovechando el calor de la laminación, a alinear axialmente el raíl, y a conducirlo a un procedimiento de enfriamiento con el que se consiguen, mediante transformación dentro de la zona bainítica inferior del material, unas características especiales del material en toda la sección del mismo.

El procedimiento o método al que se hace referencia en la invención se podrá utilizar de una manera especialmente ventajosa cuando hayan de fabricarse raíles de ferrocarriles, especialmente para tramos de alto rendimiento, con una elevada resistencia a la abrasión o una elevada resistencia al desgaste, una tenacidad elevada y poca fatiga por contacto con una carga específica elevada, aplicándose, tras el laminado y el ajuste térmico de una estructura bainítica inferior en la cabeza del raíl, un método o procedimiento de enderezado, especialmente de enderezado de curvado a temperatura ambiente o a una temperatura un poco superior, con el fin de mantener las características del material al realizar una alineación estable de los raíles.

A continuación se describe de forma más detallada la invención con ayuda de resultados de investigaciones de desarrollo y de ejemplos de ejecución:

Se trataba de fabricar un material de laminación, fundamentalmente con forma de H, con una dureza entre 550 HV y 600 HV y con la mayor tenacidad posible. Para ello se eligió o seleccionó una aleación básica de hierro, que se preparó y examinó con la siguiente composición en % de peso:

Carbono	= 1,05
Silicio	= 0,28
Manganeso	= 0,35
Cromo	= 1,55
Resto	hierro e impurezas.

Mediante la realización de pruebas con un dilatómetro se prepararon, por un lado, diagramas continuos de transformación en función del tiempo y la temperatura (T.T.T.) (diagramas ZTU continuos) con unas temperaturas de austenitización de 860º (Figura 3), 950ºC y 1050ºC (Figura 2), así como, por otro lado, diagramas isotérmicos ZTU con una austenitización de nuevo de 860º (Figura 3), 950ºC y 1050ºC (Figura 4) de la aleación. Los diagramas concuerdan con los ya conocidos para este tipo de acero a través de la bibliografía técnica especializada.

En muestras que se enfriaron de forma acelerada, partiendo de una temperatura de austenitización de 860ºC (Figura 1), resultó difícil conseguir la dureza del material exigida (valor numérico dentro de un círculo) de 530 HV hasta 600 HV a través del correspondiente enfriamiento, presentándose la estructura como estructura mixta con, fundamentalmente, una fase bainítica superior, una fase bainítica inferior y martensita y mostrando el material unos valores de tenacidad malos.

Al aumentar finalmente la temperatura de austenitización hasta los 1050ºC (Figura 2) se eliminó en gran medida la transformación bainítica de forma tal que la estructura quedó configurada, con un enfriamiento continuado, dentro del campo deseado de dureza por perlita y martensita, no alcanzándose tampoco los elevados valores de tenacidad que se esperaban en el material.

Muestras de la aleación anteriormente mencionada, que se sometieron a un proceso de enfriamiento acelerado desde una temperatura de 860ºC (Figura 3) y se dejaron sometidas a un proceso de transformación según la invención entre 350ºC y 300ºC (ver flecha), es decir 155ºC o bien 105ºC por encima del punto de formación de la martensita, presentaron una dureza del material reproducible de 550 HV hasta 600 HV, una estructura homogénea de la zona bainítica inferior así como unos valores de tenacidad del material sustancialmente elevado.

Se comprobó, además, que, con una temperatura de austenitización creciente, se desplazaban las zonas de transformación perlítica y especialmente las de transformación bainítica a unos períodos de tiempo más prolongados, por lo que una transformación isotérmica dentro de la zona o fase bainítica inferior según la invención, que da lugar a una dureza del material de 550 HV hasta 600 HV, entre los 330ºC y los 280ºC (ver Figura 4, flecha) exige de 20 hasta 340 minutos y genera unos valores de tenacidad del material extraordinariamente elevados.

A la vista de las investigaciones anteriores resulta fácil deducir cómo una transformación isotérmica según la invención en la zona de la cabeza de los raíles próxima a la superficie, dentro de la fase bainítica inferior de la aleación, da lugar por un lado a una elevada dureza del material acompañada de una gran tenacidad y, por otro lado, permite tener en cuenta, a través de una dirección o control adecuado del calor o a través de una selección adecuada de la temperatura, las condiciones de fabricación o los períodos de tiempo necesarios en el flujo del material para conseguir de manera segura unos valores de calidad del producto especialmente buenos.

Claims (10)

1. Raíl que consta de una cabeza, una base o pie y un alma que une estas dos partes, fabricado a partir de una aleación básica de hierro que contiene carbono, silicio, manganeso, en su caso cromo, elementos formadores de carburos especiales así como elementos que influyen sobre el comportamiento de transformación del material y/o aditivos micro-aleados, con el resto de hierro e impurezas usuales así como impurezas condicionadas por el proceso de fabricación, con una estructura a través de la sección que se ha formado, al menos parcialmente, mediante un enfriamiento acelerado a partir de la fase austenítica, que se caracteriza porque la aleación básica de hierro presenta la siguiente concentración en % de peso de los siguientes elementos:

Carbono 0,51 hasta 1,3 Manganeso 0,31 hasta 2,55 Silicio máx. 0,93 Aluminio máx. 0,66 Silicio más aluminio menos de 0,99 en su caso Cromo 0,21 hasta 2,45 Molibdeno hasta 0,88 Wolframio hasta 1,69 Vanadio hasta 0,39

Niobio y/o tántalo y/o zirconio y/o hafnio y/o titanio aislados o

acumulados hasta 0,28 Níquel hasta 2,4 Boro hasta 0,006 Resto hierro

y porque a través del alargamiento de los raíles solamente se da en la cabeza una estructura conformada dentro de la zona bainítica inferior, penetrando dicha estructura hasta una profundidad de 10 mm por debajo de la superficie como mínimo y preferentemente hasta una profundidad de 15 mm como mínimo.

2. Raíl según la reivindicación 1, en la que la aleación básica de hierro presenta fundamentalmente los siguientes elementos con los siguientes % de peso:

Carbono hasta 0,98 Manganeso 0,91 hasta 1,95 Silicio 0,21 hasta 0,69 Aluminio menos de 0,03 Resto hierro.

3. Raíl según la reivindicación 1 ó 2, en la que la aleación básica de hierro presenta además los siguientes elementos con los siguientes % de peso:

Cromo 0,38 hasta 1,95 en su caso Molibdeno hasta 0,49 Wolframio hasta 0,95 Vanadio hasta 0,19, además

Niobio y/o tántalo y/o zirconio y/o hafnio y/o titanio de forma aislada

o acumuladamente hasta 0,19, así como Níquel hasta 2,4, preferentemente hasta 0,95 Boro hasta 0,0006, preferentemente 0,004.

4. Raíl según las reivindicaciones 1 hasta 3, en la que la aleación básica de hierro presenta los elementos silicio, aluminio y carbono en tales concentraciones que el valor formado a partir de 2,75 x % de silicio y/o aluminio, menos el % de carbono, es igual o menor de 2,2.

5. Raíl según las reivindicaciones 1 hasta 4, en el que en la cabeza del carril penetra la estructura de la fase bainítica inferior hasta una profundidad de 15 mm como mínimo.

6. Raíl según las reivindicaciones 1 hasta 5, que presenta en la zona con estructura bainítica inferior una dureza mínima de 400 HB, y especialmente de 420 hasta 600 HB.

7. Procedimiento para la fabricación de raíles, a partir de una aleación básica de hierro de acuerdo con las reivindicaciones anteriores, con una estructura configurada a través de la sección de los mismos, al menos parcialmente, gracias a un enfriamiento acelerado a partir de la formación austenítica de la aleación, sometiéndose al menos partes de la superficie del raíl preparado con la configuración austenítica a la acción de un líquido refrigerante o introduciéndose dentro del mismo, que se caracteriza porque se elige la composición de la aleación, se determina su comportamiento de transformación con un enfriamiento a partir de la estructura austenítica y se fabrica el material a laminar a partir de la aleación elegida, procediéndose a continuación a efectuar el enfriamiento en sentido longitudinal solamente de la cabeza del raíl con ayuda de un líquido refrigerante, partiendo de la estructura austenítica, a una temperatura entre el punto de transformación de la martensita de la aleación y un valor que sobrepase a éste en 250ºC como máximo, preferentemente en 190ºC como máximo, enfriándose especialmente a una temperatura que se encuentre entre 5ºC y 110ºC por encima del punto de transformación de la martensita, dejando que la estructura se transforme isotérmicamente en la zona bainítica inferior.

8. Procedimiento según la reivindicación 7, en el que la transformación de la estructura se realiza isotérmicamente dentro de un campo de fluctuación de la temperatura de MÁS -MENOS 60ºC como máximo.

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones 7 u 8, en el que en un primer paso se introduce en su totalidad el raíl en un líquido de refrigeración, extrayéndose, al menos parcialmente, del líquido refrigerante tras alcanzar una temperatura de la zona superficial de, como mínimo, 2ºC, y especialmente sin embargo 160ºC por encima del punto de formación de la martensita de la aleación, procediéndose en un paso posterior a dejar en caso necesario, temporalmente, exclusivamente la zona de la cabeza del raíl con una elevada concentración de masa dentro del baño de inmersión, o a introducirla temporalmente en el mismo.

10. Procedimiento según alguna de las reivindicaciones 7 hasta 9, con el que se fabrican raíles de ferrocarriles, especialmente para tramos de alto rendimiento, con una elevada resistencia a la abrasión o una elevada resistencia al desgaste, una tenacidad elevada y poca fatiga por contacto con una carga específica elevada, aplicándose, tras el laminado y el ajuste térmico de una estructura bainítica inferior en la cabeza del raíl, un método o procedimiento de enderezado final, especialmente de enderezado de curvado a temperatura ambiente o a una temperatura algo más alta, con el fin de mantener las características del material, realizando una alineación estable de los raíles.