W oparciu o ponad 30 lat badań nad produkcją szyn ulepszanych cieplnie Tata Steel stworzył nowe, pozbawione naprężeń szyny Stress-Free. Były one prezentowane m.in. na tegorocznych targach Innotrans w Berlinie.
Szyny wyprodukowane przy wykorzystaniu unikatowej technologii ulepszania cieplnego zapewniają operatorom kolejowym do pięciu razy dłuższą żywotność od tej osiąganej przez standardowe, nieulepszane cieplnie szyny.
Standardowe szyny są produkowane przez wygrzewanie w piecu i walcowanie na gorąco. Zanim zostaną one ostatecznie schłodzone i wyprostowane w celu zapewnienia precyzji wymaganej przez współczesne torowiska koniecznych jest kilka etapów walcowania. Rezultatem tych procesów jest szyna posiadająca wysokie naprężenia szczątkowe.
Częścią szyny wystawioną na największe naprężenia jest podstawa stopki. Każdy czynnik wywołujący spiętrzanie się naprężeń w materiale, taki jak uszkodzenie czy korozja, jest potęgowany przez dynamiczne obciążenie generowane przez przejeżdżające pociągi i naprężenie całego toru konieczne do zapobiegania wyboczeniom. W konsekwencji mogą tworzyć się i propagować pęknięcia, które prowadzą ostatecznie do uszkodzenia szyny. Ze względu na wysokie naprężenia resztkowe w konwencjonalnej szynie, potrzeba tylko relatywnie małej wady by rozwinęło się pęknięcie.
W ostatnich latach przeprowadzono wiele badań nad mechanizmami powstawania uszkodzeń szyn i technikami ich wykrywania, ale dotyczyło to głównie obszaru główek. Pęknięcia zmęczeniowe stopek szyn nie są możliwe do wykrycia przy użyciu obecnych metodologii, a ponieważ uszkodzenia spowodowane naprężeniami resztkowymi zwykle rozchodzą się od obszaru stopki szyny, często ich propagacja pozostawała niezauważona. Sytuacja ta skłoniła Tata Steel do znalezienia rozwiązania problemu poprzez opracowanie szyn o niższych naprężeniach w obszarze stopki.
Opatentowany proces obróbki cieplnej przeprowadza szynę poprzez zestaw pieców indukcyjnych, w których zmienne pole elektromagnetyczne bardzo szybko ogrzewa stal do około 950 oC. Przy użyciu sprężonego powietrza szyna jest następnie szybko chłodzona, co skutkuje wysoką twardością i wyjątkowo drobnoziarnistą mikrostrukturą zapewniająca bardzo wysoką wartość wydłużenia. Unikatową cechą tego procesu jest to, że wytwarza on korzystny rozkład naprężeń resztkowych z bardzo niskim poziomem naprężeń rozciągających i ściskających w obszarze stopki szyny. Technologia ta, w odróżnieniu od innych procesów obróbki cieplnej na linii walcowniczej, zapewnia ochronę przed ryzykiem uszkodzenia szyny spowodowanym defektami stopki, co zmniejsza tempo degradacji szyn.
Szyny Stress-Free firmy Tata Steel posiadają naprężenia resztkowe stopki mniejsze niż 50 MPa - w rzeczywistości często mają one charakter ściskający, co jest korzystne, ponieważ pomagają one zamykać ( lub zaciskać) każde potencjalne pęknięcie, zapobiegając przed ich propagacją. Ta innowacja procesowa została wdrożona do całej rodziny ulepszonych cieplnie szyn produkowanych przez Tata Stel w celu dopasowania ich do różnych specyfikacji użytkowania w globalnej sieci kolejowej.
