ES2243768T3 - Procedimiento para tratamiento termico de rieles. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para el tratamiento térmico de rieles (1), especialmente de rieles para calzadas o ferrocarriles laminados en caliente con piezas perfiladas de diferente masa, de modo que los rieles (1) adquieren una textura deseada con alta resistencia a partir del calor de laminación mediante un tratamiento térmico y un enfriamiento encauzados de las piezas perfiladas en la zona perfilada, especialmente en la cabeza (2) de riel, caracterizado por las etapas de procedimiento dispuestas sucesivamente: a) enfriamiento previo encauzado del riel (1) a partir del calor de laminación a una temperatura interna de la cabeza (2) de riel de 750º C a 850º C, de tal manera que se impide un sobreenfriamiento provisional de la zona (5) exterior de la cabeza (2) de riel y allí una transformación prematura, b) calentamiento de la zona (5) exterior de la cabeza (2) de riel a una temperatura interna mínima, c) enfriamiento final del riel (1) con una densidad de flujo de calor tan alta que se alcanza el tiempo t8/5 más corto posible (tiempo de enfriamiento de 800 a 500º C en el diagrama tiempo-temperatura-transformación) para la zona (6) interna de la cabeza (2) de riel.

Description

Procedimiento para tratamiento térmico de rieles.

La invención se refiere a un procedimiento para el tratamiento térmico de rieles, especialmente de rieles para calzadas o ferrocarriles laminados en caliente con piezas perfiladas de masa diferente, de modo que los rieles adquieren una textura deseada con alta resistencia a partir del calor de laminación mediante un tratamiento térmico y un enfriamiento encauzado de las piezas perfiladas en la zona perfilada, especialmente en la cabeza de riel.

Se conoce el enfriar rieles a partir del calor de laminación en enfriaderos a temperaturas por debajo de 80º. Debido a la disposición asimétrica de las masas a causa de las distintas piezas perfiladas de los rieles se produce un comportamiento de enfriamiento diferente entre la cabeza y el patín del riel. El patín se enfría más rápido que la cabeza, de lo que resulta que el riel se curva al enfriarse. Gracias al doblado previo del riel todavía caliente o gracias a un proceso de enfriamiento distinto para la cabeza y el patín puede prevenirse esta curvatura. Sin embargo, debido al doblado previo o al proceso de enfriamiento diferenciado se originan tensiones propias en los rieles que ejercen una influencia en sus propiedades mecánicas y con ello en la vida útil.

Mediante el documento US-A-4.933 024 se ha dado a conocer el enfriar un riel a partir del calor de laminación a temperatura A_{r3} o más baja, después calentarlo a un intervalo de temperatura desde una temperatura de transformación A_{c3} hasta 950º y a continuación enfriarlo de nuevo.

Para garantizar un enfriamiento homogéneo del patín y de la cabeza de riel, se propone en el documento DE 42 37 991 A1 el transportar el riel con la cabeza colgando hacia abajo sobre el enfriadero y en general, en el documento US-PS 468 788 el sumergir total o parcialmente las cabezas de rieles que cuelgan hacia abajo en un depósito lleno de agua, de modo que se presionan a la vez mediante tornillos de presión contra un estribo fijo.

Las transformaciones de textura que tienen lugar durante el enfriamiento se describen en el documento EP 0 693 562 B1, de modo que se propone que el producto laminado se realice justamente con una temperatura media de 1100ºC como máximo, pero de 750ºC como mínimo, entonces se lleve en dirección transversal y se enfríe en un primer trayecto de enfriamiento con igual intensidad local de enfriado a una temperatura entre 860ºC hasta 5 a 120ºC por encima de la temperatura Ar, después en un segundo trayecto de enfriamiento, con la misma, vista en sección transversal con diferente intensidad de enfriamiento respecto al volumen, según la proporción de volumen en relación con la superficie se extrae el calor del producto laminado en dirección longitudinal y por esto se crea una transformación de textura en una estructura perlítica fina sin martensita y tras lo cual en una etapa sucesiva se continúa de nuevo el enfriamiento con la misma intensidad de enfriamiento local hasta la temperatura ambiente.

A partir del documento DE-C-30 06 695 se conoce un procedimiento en el que el enfriamiento se interrumpe mediante una etapa intermedia con recalentamiento, y en el que se provoca una transformación primeramente mediante enfriamiento de los rieles a partir del calor de laminación en toda la sección transversal tras lo cual la cabeza de riel, especialmente a través del calentamiento por inducción, se reaustenitiza y a continuación se vuelve a enfriar. Como resultado se obtiene una textura perlítica de láminas finas, sin embargo existe el peligro de la formación de partes no deseadas de bainita y martensita en la textura.

Para evitar esto, en el documento EP 0 187 904 B1 se propone, junto al suplemento de diferentes materiales de aleación según el procedimiento, el calentar la cabeza de riel primeramente de pasada en una profundidad suficiente hasta 50 mm mediante un soplete o de manera inductiva a una temperatura de austenitización de 950ºC a 1050ºC, a continuación enfriar la cabeza de riel con aire comprimido en una primera etapa de enfriamiento durante un intervalo de 10 a 20 segundos a 650 hasta 600ºC antes de la zona de la transformación de perlita, y enfriar en una segunda etapa de enfriamiento con un volumen de aire estrangulado con respecto a la primera etapa en un intervalo de 2 a 4 minutos a 400ºC aproximadamente hasta terminar la transformación de perlita formando una textura perlítica de láminas finas. A continuación la cabeza de riel se calienta de nuevo a 600 hasta 650ºC durante un espacio de tiempo de 4 a 6 minutos y por tanto rápidamente se enfría bruscamente por debajo de 100ºC.

Partiendo de este estado de la técnica, el objetivo de la invención es indicar un procedimiento mediante el cual se posibilite un tratamiento térmico encauzado especialmente durante el enfriamiento de la cabeza de riel y se forme una textura con medios sencillos que presente una perlita de láminas finas que se caracterice por un nivel de dureza determinado y unido a esto por una resistencia alta al desgaste y de modo que durante el proceso de enfriamiento, especialmente en las zonas exteriores de la cabeza de riel no se origine bainita.

Este objetivo se soluciona en rieles del tipo mencionado anteriormente mediante las medidas de la reivindicación 1 que se caracterizan por las etapas de procedimiento dispuestas en sucesión:

a) enfriamiento previo encauzado del riel a partir del calor de laminación a una temperatura interna de la cabeza de riel de 750ºC a 850ºC, de tal manera que se impide un sobreenfriamiento provisional de la zona exterior de la cabeza de riel y una transformación prematura de allí,

b) calentamiento de la zona exterior de la cabeza de riel a temperatura interna mínima,

c) enfriamiento final del riel con una densidad de flujo de calor tan alta que se consigue un tiempo t_{8/5} lo más corto posible (tiempo de enfriamiento de 800 a 500ºC en un diagrama tiempo-temperatura-transformación) para la zona interna de la cabeza de riel.

Gracias a estas etapas de procedimiento realizadas según la invención con primeramente un enfriamiento encauzado y a continuación un recalentamiento mediante el cual las zonas exteriores enfriadas se calientan como mínimo otra vez a la temperatura interna, se posibilita ajustar una alta densidad de flujo de calor para los rieles en el trayecto de enfriamiento directamente subsiguiente sin enfriar las zonas exteriores por debajo de la temperatura inicial de bainita. En este caso, puede garantizarse al mismo tiempo que se consiga un tiempo t_{8/5} lo más corto posible para la zona interna. Esto significa especialmente que toda la cabeza de riel se enfría en la zona de transformación precisamente tan rápido que se genere la textura de perlita deseada de láminas finas.

Por tanto, se impide un sobreenfriamiento provisional de la zona exterior y una transformación prematura de allí y se evita la formación de bainita. Al mismo tiempo, el perfil de temperatura de la cabeza de riel se homogeneiza antes de entrar en el trayecto de enfriamiento final, de modo que la zona interna de la cabeza de riel también se transforma en una textura perlítica de láminas finas similar a la de la zona exterior.

Sin la forma de procedimiento según la invención, el trayecto de enfriamiento debería accionarse con una densidad de flujo de calor claramente menor o el coeficiente de transferencia de calor a ajustarse podría fijarse aproximadamente 30 a 40% más bajo para evitar la formación de bainita en las zonas exteriores de la cabeza de riel. Con esto se producirían entonces para la zona interna un tiempo t_{8/5} considerablemente más largo, una separación mayor entre láminas y unido a esto números de dureza menores en la textura de perlita.

El enfriamiento previo encauzado a una temperatura interna de la cabeza de riel de 750 a 850ºC puede tener lugar, según la invención, mediante el enfriamiento en el aire con convección natural o forzado con ayuda de ventiladores. Sin embargo, también es posible enfriar con ayuda de toberas con una mezcla de aire-agua (enfriamiento por aerosol), de modo que este enfriamiento se realiza de manera preferida en un ripador con un número correspondiente de
plazas.

Durante el proceso de enfriamiento se mide la temperatura de la superficie, por ejemplo en el centro de la cabeza de riel sin contacto con ayuda de un pirómetro. La temperatura de la zona exterior determinada aquí es, según el tipo de enfriamiento y la intensidad, de aproximadamente 30 a 60ºC por debajo de la temperatura central todavía existente.

Según una configuración ventajosa de la invención, se mide la temperatura de la cabeza de los rieles durante todo el tratamiento térmico, partiendo de la entrada en el dispositivo de enfriamiento previo hasta el abandono del dispositivo del enfriamiento final. Los valores medios se aplican en un dispositivo de medida y de regulación y sirven para controlar las etapas de procedimiento que van a realizarse individualmente, incluyendo el calentamiento conectado previamente del enfriamiento final.

A continuación se muestra en figuras esquemáticas una instalación esquematizada para el tratamiento térmico después del proceso de laminación de un riel a modo de ejemplo.

Muestran:

la figura 1, un riel en sección transversal,

la figura 2, una instalación de tratamiento térmico como organigrama.

En la figura 1 se muestra la sección transversal de un riel 1. El riel 1 se compone de piezas perfiladas de masa diferente, de la cabeza 2 de riel con zona 5 exterior y zona 6 interna, de una parte 3 central y del patín 4 del riel. La zona 5 exterior de la cabeza 2 de riel se muestra con rayas en la figura 1; es la zona que primeramente ha de transformarse en una textura perlítica de láminas finas mediante el tratamiento térmico encauzado sin que se origine en esta zona exterior o en esta zona 5 bainita durante el tratamiento térmico.

En la figura 2 se muestra una instalación 10 esquemática para realizar el tratamiento térmico según la invención. La instalación 10 se compone, dispuesta en sucesión en la línea de laminación x-x detrás de la última caja 11 de laminado, de un dispositivo 12 de enfriamiento previo, de un dispositivo 13 de calentamiento preferiblemente por inducción y de un dispositivo 14 de enfriamiento final que son recorridos sucesivamente por el riel 1 tras su salida de la caja 11 de laminado. El control del tratamiento térmico, que comprende la intensidad del enfriamiento o del calentamiento, así como la velocidad de recorrido por las partes 12, 13, 14 individuales de la instalación tiene lugar en función de la temperatura medida en cada caso por un dispositivo 15 de medición y de regulación que mediante conductos 16, 17, 18 correspondientes para los valores de medición de temperatura y las señales de control están conectados con las partes 12, 13, 14 de la instalación respectivas.

El ejemplo de realización mostrado de una instalación de tratamiento térmico puede naturalmente variar lo más posible según el tipo y el tamaño de los rieles así como el tipo del enfriamiento previo y final elegido, así como el volumen del dispositivo de medición y de regulación si se cumple totalmente el contenido de las etapas de procedimiento según la invención dispuestas sucesivamente.

Lista de números de referencia

1

riel

2

cabeza de riel

3

parte central

4

patín de riel

5

zona exterior

6

zona interna

10

instalación de tratamiento térmico

11

caja de laminado

12

dispositivo de enfriamiento previo

13

dispositivo de calentamiento

14

dispositivo de enfriamiento final

15

dispositivo de regulación

16

conducto

17

conducto

18

conducto

Claims (6)

1. Procedimiento para el tratamiento térmico de rieles (1), especialmente de rieles para calzadas o ferrocarriles laminados en caliente con piezas perfiladas de diferente masa, de modo que los rieles (1) adquieren una textura deseada con alta resistencia a partir del calor de laminación mediante un tratamiento térmico y un enfriamiento encauzados de las piezas perfiladas en la zona perfilada, especialmente en la cabeza (2) de riel, caracterizado por las etapas de procedimiento dispuestas sucesivamente:

a) enfriamiento previo encauzado del riel (1) a partir del calor de laminación a una temperatura interna de la cabeza (2) de riel de 750ºC a 850ºC, de tal manera que se impide un sobreenfriamiento provisional de la zona (5) exterior de la cabeza (2) de riel y allí una transformación prematura,

b) calentamiento de la zona (5) exterior de la cabeza (2) de riel a una temperatura interna mínima,

c) enfriamiento final del riel (1) con una densidad de flujo de calor tan alta que se alcanza el tiempo t_{8/5} más corto posible(tiempo de enfriamiento de 800 a 500ºC en el diagrama tiempo-temperatura-transformación) para la zona (6) interna de la cabeza (2) de riel.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque durante el enfriamiento final toda la cabeza (2) de riel se enfría a través de la zona de transformación precisamente tan rápido que se crea una textura perlítica deseada de láminas finas sin enfriar en este caso la zona (5) exterior por debajo de la temperatura inicial de bainita.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque el enfriamiento previo del riel (1) según el tamaño de la sección transversal del riel se realiza con aire mediante un enfriamiento de convección natural o forzado con ayuda de ventiladores o también mediante toberas con una mezcla de agua y aire (enfriamiento por aerosol).

4. Procedimiento según la reivindicación 3, caracterizado porque durante el proceso de enfriamiento del enfriamiento previo, la temperatura de superficie se mide, preferiblemente en el centro de la cabeza de riel, sin contacto, por ejemplo con un pirómetro.

5. Procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado porque adicionalmente a la medición de temperatura durante el enfriamiento previo, se mide también la temperatura de superficie, preferiblemente en el centro de la cabeza de riel, durante el calentamiento y el enfriamiento final.

6. Procedimiento según la reivindicación 4 o 5, caracterizado porque los valores de temperatura medidos se utilizan con ayuda de un dispositivo (15) de medida y de regulación para controlar el transcurso temporal y la intensidad de todo el tratamiento térmico del riel (1) en las etapas de procedimiento individuales.