DYNAMO 57 0 6 19 DTU 05
DTU-forskere og Banedanmark har fundet
årsagen til, at der opstod revner i nye, hærdede
jernbaneskinner.
Anne K. Frederiksen
Banedanmark Over hele Europa har man
gennem de seneste 10-15
år oplevet revner på en
type jernbaneskinner,
som ellers skulle være
særlig hårde og dermed ekstra slidstærke.
Det er revner, der har medført
uforholdsmæssigt store udgifter til at
vedligeholde skinnerne. Nu har
Banedanmark sammen med metaleksperter
fra DTU fundet årsagen til
revnerne.
For godt 20 år siden gik Banedanmark
over til at anvende skinner af en
hårdere type stål – såkaldt hovedhærdet
stål – på særlig udsatte steder, så man
kunne forlænge skinnernes levetid.
Skinnerne blev brugt i kurver, hvor
sliddet er særlig stort. Men omkring
2010 opdagede Banedanmark ligesom
mange andre europæiske jernbaneoperatører,
at der opstod ualmindelig
mange fejl på de hovedhærdede skinner.
”Det undrede os, da det hårde stål jo
netop skulle sikre en større slidstyrke.
Selvom de hovedhærdede skinner kun
udgør seks pct. af det samlede antal
skinner i Danmark, tegnede de sig
alligevel for op mod 15-20 pct. af vores
vedligeholdelsesudgifter,” fortæller
Carsten Jørn Rasmussen, der er teknisk
systemansvarlig for skinnerne i
Banedanmark.
Mistanke ved en tilfældighed
Banedanmark holdt derfor op med
at bruge den type skinner efter et par
år og gik i stedet tilbage til en ældre
skinnetype, der er fremstillet af knap så
hårdt stål.
Et par år senere fik Carsten Jørn
Rasmussen ved et tilfælde mistanke til,
hvad årsagen til fejlene i de hovedhærdede
skinner kunne være. Det skete i
forbindelse med en undersøgelse af en
jernbaneskinne i en helt anden sammenhæng.
Skinnen blev skåret over og
analyseret. Det viste sig, at der var
dannet martensit i et område på
skinnen, hvor man ikke ville forvente
det.
Martensit er en mikrostruktur i stål,
der gør det meget sprødt og hårdt.
Martensit dannes ved opvarmning og
hurtig afkøling.
”Hidtil har den generelle forståelse
været, at martensit bliver dannet
der, hvor toghjulene har kontakt med
skinnen. Men på det undersøgte
område af et skinnehoved havde der
ikke været nogen kontakt mellem hjul
og skinne. Til gengæld var området af
skinnen blevet slebet som en del af vedligeholdelsen.
Derfor fik vi mistanke
om, at skaderne kunne hænge sammen
med slibningen,” fortæller Carsten Jørn
Rasmussen.
Jernbaneskinner bliver slebet præventivt
for at forlænge skinnens levetid.
Under slibningen bliver der slebet
ganske lidt, ca. en tiendedel mm, af
skinnen. På den måde fjerner man små
revner, inden de når at vokse sig større.
Slibningen foregår med et slibetog, som
har monteret runde slibesten under
sig. Når toget kører frem, sliber stenene
skinnerne. Slibningen medfører, at der
dannes høj varme og umiddelbart efter
bliver stålet meget hurtigt nedkølet.
Metaleksperter på sagen
Kunne slibningen være årsagen til det
øgede antal fejl på de hovedhærdede
skinner? For at få afklaret dette indgik
Banedanmark et samarbejde med
metalforskere på DTU om at gennemføre
en række analyser.
Banedanmark fandt nogle skinner
ved en station, der ikke var i brug. Et
slibetog blev sendt ud, og efterfølgende
blev de slebne skinner skåret ud og
sendt til undersøgelse på DTU. Her
begyndte bl.a. professor Dorte Juul
Jensen, DTU Mekanik, og seniorforsker
Hilmar Kjartansson
Danielsen, DTU Vindenergi, at undersøge
skinnerne. Sidstnævnte forsker
bl.a. i, hvordan stål opfører sig i f.eks.
lejer i vindmøllers gearkasser, hvor stål
ruller på andet stål.
”Vi analyserede skinnerne både
med 3D-skanning og mikroskopi, og
vi kunne konstatere, at der var mærker
på tværs af skinnerne, som blev gentaget
med regelmæssige mellemrum på
f.eks. 29 mm. Slibesten er fremstillet af
Mikroskopibillede af tværsnittet af en skinne,
hvor en revne er opstået i overfladen lige
foran det hvide martensitlag.
Skinne med martensitlag på overfladen med
ens form og regulære intervaller, som man ser
i slibesporene..