Tata Steels spannungsfreie Schienen
Besonderes Know-How macht´s möglich
Im Eisenbahngeschäft gehört die Zukunft spannungsfreien wärmebehandelten Schienen. Ausgehend von seiner dreißigjährigen Forschung und Erfahrung in der Fertigung wärmebehandelter Schienen hat Tata Steel ein einzigartiges Wärmebehandlungsverfahren zur Herstellung spannungsfreier Schienen entwickelt. Schienennetzbetreiber können sich nun darauf freuen, dass ihre Schienen künftig bis zu fünfmal so lange halten werden wie die üblichen, nicht wärmebehandelten Schienen.
Standardschienen werden in entsprechenden Vorrichtungen erhitzt und in rot glühendem Zustand gewalzt. Die Schienen durchlaufen mehrere Walzvorgänge, bevor sie schließlich gekühlt und gerichtet werden. Erst dann sind sie so genau, wie moderne Strecken es erfordern. Durch den Kühl- und Richtvorgang entstehen im Inneren der Schienen hohe Spannungen. Der Bereich der Schiene, in dem die größten Spannungen auftreten, ist der Schienenfuß. Sämtliche Betriebsbeanspruchungen wie Beschädigungen oder Korrosion stellen ein Risiko dar.
Durch die zusätzliche Betriebsbelastung bei Befahrung sowie die Eigenspannung der Schienen, die zur Verhinderung von Verformungen nötig ist, wird die Rissbildung begünstigt und damit ein Schienenausfall gefördert. Aufgrund der hohen Eigenspannungen in konventionellen Schienen können bereits verhältnismäßig kleine Schienenfehler zur Rissbildung führen. In den vergangenen Jahren wurde viel in die Erforschung der Entstehungsmechanismen und der Untersuchungsmethoden von Schienenfehlern investiert. Aber bislang konzentrierte man sich dabei überwiegend auf den Schienenkopf. Ermüdungsrisse im Schienenfuß können mit den üblichen Untersuchungsmethoden nicht erkannt werden.
Da aber durch Eigenspannungen induzierte Risse üblicherweise vom Schienenfuß ausgehen, können sie sich häufig unbemerkt fortsetzen. Diesem Problem wollte Tata Steel durch die Entwicklung eines Schienenfußes mit geringeren Eigenspannungen begegnen. Das von Tata Steel patentierte Wärmebehandlungsverfahren beruht darauf, dass die Schiene durch eine Reihe von Induktionsöfen bewegt wird. Durch das Magnetfeld wird der Stahl sehr schnell auf 950? Celsius erwärmt. Anschließend wird die Schiene durch den Einsatz von Druckluft abgeschreckt. Dadurch entsteht ein hochverschleißfestes feinperlitisches Mikrogefüge, das zu einer außerordentlich hohen Bruchsicherheit führt.
Durch das neue Verfahren lässt sich eine verbesserte Eigenspannungsverteilung mit sehr niedrigen Zug- oder Druckeigenspannungen im Schienenfuß erreichen. Im Vergleich zu anderen Wärmebehandlungsvorrichtungen kommt es folglich seltener zu Schienenfehlern im Schienenfuß und damit auch weniger häufig zu Schienenverformungen oder gar zu Schienenbrüchen. Bei den spannungsfreien Schienen von Tata Steel liegen die Zugeigenspannungen im Schienenfuß bei maximal 50 MPa. Meist handelt es sich sogar um Druckeigenspannungen, was insofern von Vorteil ist, als etwaige Anrisse dadurch geschlossen bzw. zusammengedrückt werden. So kann ein späteres Risswachstum verhindert werden.
Das neuartige Verfahren von Tata Steel wird mittlerweile auf eine ganze Reihe von wärmebehandelten Schienen angewandt. So werden die unterschiedlichsten, im weltweiten Schienennetz geltenden Anforderungen erfüllt. Produkte wie SF 350 (spannungsfrei, 350 HB-Härte) finden in Europa immer größere Verbreitung, da sie aufgrund ihrer verbesserten Verschleißfestigkeit im Vergleich zu nicht wärmebehandelten Schienen eine bis zu fünfmal längere Lebensdauer aufweisen. Da die spannungsfreien wärmbehandelten Schienen auch hohe Achslasten transportieren können, bietet sich ihr Einsatz auf Schwerlaststrecken an. Darüber hinaus kommen sie auf stark frequentierten Standardbahnstrecken sowie an anderen stark beanspruchten Streckenteilen wie engen Kurven zum Einsatz.
Aufgrund der höheren Verschleißfestigkeit der Schienen sinkt die Korrosionsgefahr ebenso wie die Wahrscheinlichkeit von Rollkontaktermüdungsschäden. Und davon profitieren letztendlich die Netzbetreiber. Es steht wohl außer Zweifel, dass diese neuartigen Schienen künftig von großem Interesse für Schienennetzbetreiber sein werden. Die jahrelange Forschung bei Tata Steel und die gezielte Investitionstätigkeit auf dem Gebiet neuer Technologien machen sich damit bezahlt.
So wurden erst unlängst 12 Mio. Euro in ein neues Werk für die Herstellung spannungsfreier wärmebehandelter Schienen in Hayange / Frankreich, nahe der Grenze zu Luxemburg, investiert. Das Werk wird mit Stahl aus dem Tata Steel-Werk Scunthorpe / Großbritannien versorgt. Nach der Wärmebehandlung ist der Stahl verschleißfester und widerstandsfähiger gegen Rollkontaktermüdungsschäden als Standardstahlsorten. Zu letzteren zählt der MHH-Stahl des Unternehmens, der in Bezug auf die Verschleißfestigkeit die bestmöglichen Werte aufweist.
Dank der Investition in das Werk in Hayange konnten die maximal herstellbare Schienenlänge auf 108m verdreifacht und die Fertigungskapazität mehr als verdoppelt werden. Das ist insofern wichtig, als immer mehr Kunden längere wärmebehandelte Schienen verlangen, um eine schrittweise Reduzierung der Instandhaltungs- und Wartungskosten zu erreichen.
