Mange europæiske lande har forsøgt at finde en løsning på problemet, men det blev tilsyneladende Danmark, der fandt årsagen til det store antal fejl i hovedhærdede jernbaneskinner.
Mange europæiske lande har forsøgt at finde en løsning på problemet, men det blev tilsyneladende Danmark, der fandt årsagen til det store antal fejl i hovedhærdede jernbaneskinner.

Foto : Eagle/Bigstock

DTU-forskning har sat en stopper for revner i jernbaneskinner af hårdt stål

I samarbejde med forskere fra DTU er Banedanmark blevet klogere på, hvordan en bestemt type jernbaneskinner, såkaldt hovedhærdede skinner, skal vedligeholdes for at undgå revner.

Det er blevet kaldt lidt af en gåde, at europæiske jernbaneskinner de seneste 10-15 år har slået revner i hobetal. Men nu mener Banedanmark at have fundet årsagen.

Carsten Jørn Rasmussen, der er teknisk systemansvarlig for skinnerne i Banedanmark, siger til DTU’s magasin Dynamo, at løsningen på problemet blev fundet ved et tilfælde.

En undersøgelse af en jernbaneskinne, der fandt sted i en anden sammenhæng, og hvor skinnen blev skåret over og analyseret, viste nemlig, at der var dannet såkaldt martensit i et område på skinnen, hvor det ikke var normalt at støde på den slags.

Martensit er en mikrostruktur i stålet, der er meget sprød og hård, og som dannes ved opvarmning og hurtig afkøling. Og netop revner opstår typisk i forbindelse med martensit.

»Hidtil har den generelle forståelse været, at martensit bliver dannet, der hvor toghjulene rører og 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, og derfor fik vi mistanke om, at skaderne kunne hænge sammen med den slibning af skinnerne, der sker som en del af vedligeholdelsen,« siger Carsten Jørn Rasmussen til magasinet.

Banedanmark begyndte for knap 20 år siden at anvende skinner af en hårdere type stål, såkaldt hovedhærdet stål, på særligt udsatte steder, for eksempel i kurver, hvor sliddet er stort.

Men da vi nåede til omkring 2010, opdagede Banedanmark ligesom andre europæiske jernbaneoperatører, at der opstod ualmindeligt mange fejl på de hovedhærdede skinner.

Fejlen skabte undren, da det hårde stål netop skulle sikre en større slidstyrke. Selvom de hovedhærdede skinner blot udgør seks procent af det samlede antal skinner i Danmark, tegnede de sig alligevel for op mod 15 til 20 procent af Banedanmarks udgifter til vedligeholdelse.

Derfor holdt man efter nogle år op med at benytte denne type skinner og gik i stedet tilbage til en ældre skinnetype, der er fremstillet af knap så hårdt stål.

Scanninger bekræftede mistanke

At problemet, der voldte problemer på tværs af Europa, skulle løses i Danmark, skyldes et samarbejde med DTU, som blev bedt om at gennemføre analyser. Banedanmark fandt til formålet nogle skinner ved en station, der ikke var i brug.

Her blev et slibetog sendt forbi, og efterfølgende kunne skinnerne skæres ud og sendes til undersøgelser. Seniorforsker Hilmar Kjartansson Danielsen forsker i stål, bl.a. i lejer i vindmøllers gearkasser, hvor stål ruller på andet stål. Han og professor Dorte Juul Jensen er blandt de forskere på DTU, der har arbejdet sammen med Banedanmark om at forstå årsagen til problemet.

Forskerne har analyseret skinnerne både med 3D-scanning og mikroskopi. På den måde kunne de konstatere, at der var mærker på tværs af skinnerne, som blev gentaget med jævne mellemrum, for eksempel præcis 29 mm.

»Slibesten er fremstillet af hårde keramiske materialer, der består af mange slibekorn. Når et slibekorn er større end de andre, dannede det et mærke i skinnen, som vi kunne konstatere en regelmæssig gentagelse af,« siger Hilmar Kjartansson Danielsen til Dynamo.

Med scanninger blev det altså slået fast, at der ved slibemærkerne blev dannet sprød martensit på overfladen af skinnen, hvilket sætter gang i små revner i skinneoverfalden.

Hovedhærdede skinner bliver nu fræset

Den slibning, der hidtil havde været anset for at være en fordel og øge skinnens levetid ved at fjerne eventuelle små revner, viste sig altså at være for aggressiv og i stedet bidrage til at skabe revner.

Banedanmark lægger ikke længere hovedhærdede skinner, og de eksisterende hovedhærdede skinner bliver ikke slebet, men fræset. Den viden er efterspurgt, og Banedanmark arbejder således sammen med en af de virksomheder, der sliber jernbaneskinner, om at udvikle en anden og mindre aggressiv metode til brug i vedligeholdelsen.

Carsten Jørn Rasmussen oplyser, at der allerede nu er udviklet mindre aggressive slibesten til vedligeholdelse.

Fakta om slibning af skinner:

- Slibning af jernbaneskinner sker præventivt for at forlænge skinnens levetid. Ved slibningen bliver ganske lidt, ca. 1/10 mm, af skinnen slebet af og fjerner dermed eventuelle små revner, før de når at vokse sig større.

- Det sker med et slibetog, som har monteret runde slibesten under sig. Når toget kører frem, sliber stenene skinnerne. Slibningen medfører en høj varmedannelse på over 700 grader. Umiddelbart efter bliver stålet meget hurtigt nedkølet, da resten af skinnen og omgivelserne jo ikke er opvarmet.

Kilde: DTU, Dynamo