DYNAMO
57
06
19
DT U
05
DTU-forskere og Banedanmark har fundet årsagen til, at der opstod revner i nye, hærdede jernbaneskinner.
Anne K. Frederiksen
O Banedanmark
ver 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 Banedan mark 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.
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..
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 senior forsker 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