钢轨制造技术

本发明专利技术涉及一种钢轨，其具有规定的化学成分，在以钢轨底部外廓表面为起点的5mm深度范围的金属组织的90％以上为珠光体组织；足底中央部的表面硬度HC在Hv360～500的范围，脚趾部的表面硬度HE在Hv260～315的范围，所述HC、所述HE、以及位于所述足底中央部和所述脚趾部之间的中间部的表面硬度HM满足HC≥HM≥HE。

rail

The invention relates to a steel rail, its chemical composition prescribed above, metal to the rail bottom surface profile as the starting point of the 5mm depth range of 90% pearlite; central part of the plantar surface hardness of HC in Hv360 to 500, toe surface hardness of HE in Hv260 to 315, the the HC, the HE, and the surface hardness of HM intermediate portion located between the central and the plantar toe meets HC = HM = HE.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】钢轨
本专利技术涉及一种钢轨，其是货运铁道所使用的高强度钢轨，而且是耐断裂性(breakageresistance)以及耐疲劳性优良的钢轨。本申请基于2015年1月23日提出的日本专利申请特愿2015-011007号并主张其优先权，这里引用其内容。
技术介绍
伴随着经济的发展，正在进行煤炭等天然资源的新的开发。具体地说，正在迄今为止未开发的自然环境严酷的地域进行开采。与之相伴随，在输送资源的货运铁道中，轨道环境变得明显苛刻。因此，对于钢轨，也逐渐要求在迄今为止以上的耐磨性了。从这样的背景出发，逐渐要求对提高耐磨性的钢轨进行开发了。另外，近年来，正在进行铁道运输的进一步过密化，指出从钢轨底部有发生断裂和疲劳损伤的可能性。因此，为了钢轨使用寿命的进一步提高，钢轨除耐磨性以外，还逐渐要求耐断裂性以及耐疲劳性的提高。为了改善钢轨钢的耐磨性，例如开发出了专利文献1～5所示的高强度钢轨。这些钢轨的主要特征在于：为了提高耐磨性，通过热处理而使珠光体片晶间隔微细化，从而增加钢的硬度；或者增加钢的碳含量，从而增加珠光体片晶中的渗碳体相的体积比率。专利文献1公开了如下内容：通过从奥氏体区域温度至850～500℃间以1～4℃/秒的冷却速度对轧制结束后或者再加热过的钢轨头部进行加速冷却，从而可以得到耐磨性优良的钢轨。另外，专利文献2公开了如下内容：通过使用过共析钢(C：超过0.85％～1.20％)，增加珠光体组织中的片晶中的渗碳体体积比率，从而可以得到一种耐磨性优良的钢轨。在专利文献1、2的公开技术中，通过由珠光体组织中的片晶间隔的微细化带来的高硬度化、珠光体组织片晶中的渗碳体相的体积比率的增加，可以谋求钢轨头部的耐磨性的提高，从而可以谋求一定的使用寿命的提高。然而，在专利文献1、2所公开的钢轨中，对于钢轨底部的耐断裂性以及耐疲劳性没有进行任何研究。另外，例如在专利文献3～5中，为了控制钢轨底部的材质，防止以钢轨底部为起点的断裂而公开了对钢轨底部的热处理方法。根据在专利文献3～5中公开的技术，暗示可以飞跃性地改善钢轨的使用寿命。具体地说，专利文献3公开了一种热处理方法：从钢轨轧制后的奥氏体区域温度开始对钢轨头部进行加速冷却，同时在800～450℃的温度范围以1～5℃/秒的冷却速度对钢轨底面进行加速冷却。另外，根据该热处理方法，还公开了通过将钢轨底部珠光体平均硬度设定为HB320以上，可以提供一种耐落重(dropweight)特性得以提高度、耐断裂性优良的钢轨。专利文献4公开了如下内容：将轧制以及热处理结束后的钢轨的底部(钢轨底部)再加热至600～750℃，使珠光体组织球状化，然后进行快速冷却，从而提供一种落重特性得以提高、耐断裂性优良的钢轨。专利文献5公开了一种如下的方法：将钢轨的脚趾部再加热至Ar3相变点或者Arcm相变点～950℃的温度范围，以0.5～20℃/秒的冷却速度进行加速冷却，在400℃以上使加速冷却停止，然后放冷或者加速冷却至常温，进而再加热至500～650℃的温度范围，放冷或者加速冷却至常温，从而将脚趾部的硬度设定为Hv320以上。另外，还公开了如下的内容：根据该方法，由于可以抑制在钢轨底部的断裂中的在脚趾部的疲劳损伤的发生或以疲劳损伤为起因的断裂的发生、起因于由过大的冲击载荷产生的脆性破坏的断裂的发生，因而可以提供一种耐断裂性优良的钢轨。根据专利文献3的公开技术，由于通过在钢轨底部实施加速冷却而使珠光体组织的硬度得以提高，因而可以谋求主要是强度所需要的耐落重特性和耐疲劳性的提高。然而，韧性因高硬度化而降低，因而难以提高耐断裂性。另外，在为碳含量高的钢轨钢的情况下，由于以上述的加速冷却速度容易生成对韧性有害的初析渗碳体组织，因而从该点出发，也难以提高耐断裂性。另外，根据专利文献4的公开技术，对整个钢轨底部实施再加热，然后进行快速冷却，因而通过珠光体组织的回火而可以谋求韧性的提高。然而，通过回火而使组织软质化，因而难以提高耐疲劳性。再者，根据专利文献5的公开技术，对钢轨的脚趾部实施再加热，然后进行控制冷却，因而可以谋求珠光体组织的高硬度化和微细化。再者，通过其后的回火可以得到某种程度的韧性。然而，由于组织的高硬度化，难以充分提高韧性，从而难以得到优良的耐断裂性。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特公昭63-023244号公报专利文献2：日本特开平8-144016号公报专利文献3：日本特开平01-139724号公报专利文献4：日本特开平04-202626号公报专利文献5：日本特开2008-266675号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的课题本专利技术是鉴于上述的课题而完成的。本专利技术的课题在于：提供一种货运铁道的钢轨所要求的、可以抑制从底部的断裂的发生的、从而耐断裂性以及耐疲劳性优良的钢轨。用于解决课题的手段本专利技术的要旨如下所述。(1)本专利技术的一方式涉及一种钢轨，其具有以质量％计，含有C：0.75～1.20％、Si：0.10～2.00％、Mn：0.10～2.00％、Cr：0～2.00％、Mo：0～0.50％、Co：0～1.00％、B：0～0.0050％、Cu：0～1.00％、Ni：0～1.00％、V：0～0.50％、Nb：0～0.050％、Ti：0～0.0500％、Mg：0～0.0200％、Ca：0～0.0200％、REM：0～0.0500％、Zr：0～0.0200％、N：0～0.0200％、Al：0～1.00％、P：0.0250％以下、S：0.0250％以下，剩余部分包括Fe和杂质的钢成分；以钢轨底部外廓表面为起点的5mm深度范围的金属组织的90％以上为珠光体组织；足底中央部的表面硬度HC在Hv360～500的范围，脚趾部的表面硬度HE在Hv260～315的范围，所述HC、所述HE、以及位于所述足底中央部和所述脚趾部之间的中间部的表面硬度HM满足式a；HC≥HM≥HE(式a)(2)根据上述(1)所述的钢轨，其中，所述HM和所述HC也可以进一步满足式b；HM/HC≥0.900(式b)。(3)根据上述(1)或(2)所述的钢轨，其中，所述钢成分以质量％计，也可以含有选自Cr：0.01～2.00％、Mo：0.01～0.50％、Co：0.01～1.00％、B：0.0001～0.0050％、Cu：0.01～1.00％、Ni：0.01～1.00％、V：0.005～0.50％、Nb：0.0010～0.050％、Ti：0.0030～0.0500％、Mg：0.0005～0.0200％、Ca：0.0005～0.0200％、REM：0.0005～0.0500％、Zr：0.0001～0.0200％、N：0.0060～0.0200％、Al：0.0100～1.00％之中的1种或2种以上。专利技术的效果根据本专利技术的上述方式，对成为钢轨的原材料的钢轨钢的成分加以控制，同时对钢轨底部的金属组织、钢轨底部的足底中央部以及脚趾部的表面硬度进行控制，进而对足底中央部、脚趾部以及中间部的表面硬度的平衡加以控制，并对中间部附近的应变的集中进行抑制，由此可以提供一种货运铁道的钢轨的底部所要求的耐断裂性和耐疲劳性优良的钢轨。附图说明图1是表示钢轨底部的表面应力的测定结果的图。图2是表示钢轨的足底中央部的表面硬度和疲劳极限应力范围之间的关系的图。图3是表示钢轨的脚本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钢轨，其特征在于：具有以质量％计，含有C：0.75～1.20％、Si：0.10～2.00％、Mn：0.10～2.00％、Cr：0～2.00％、Mo：0～0.50％、Co：0～1.00％、B：0～0.0050％、Cu：0～1.00％、Ni：0～1.00％、V：0～0.50％、Nb：0～0.050％、Ti：0～0.0500％、Mg：0～0.0200％、Ca：0～0.0200％、REM：0～0.0500％、Zr：0～0.0200％、N：0～0.0200％、Al：0～1.00％、P：0.0250％以下、S：0.0250％以下，剩余部分包括Fe和杂质的钢成分；以钢轨底部外廓表面为起点的5mm深度范围的金属组织的90％以上为珠光体组织；足底中央部的表面硬度HC在Hv360～500的范围，脚趾部的表面硬度HE在Hv260～315的范围，所述HC、所述HE、以及位于所述足底中央部和所述脚趾部之间的中间部的表面硬度HM满足式1；HC≥HM≥HE  (式1)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.01.23 JP 2015-0110071.一种钢轨，其特征在于：具有以质量％计，含有C：0.75～1.20％、Si：0.10～2.00％、Mn：0.10～2.00％、Cr：0～2.00％、Mo：0～0.50％、Co：0～1.00％、B：0～0.0050％、Cu：0～1.00％、Ni：0～1.00％、V：0～0.50％、Nb：0～0.050％、Ti：0～0.0500％、Mg：0～0.0200％、Ca：0～0.0200％、REM：0～0.0500％、Zr：0～0.0200％、N：0～0.0200％、Al：0～1.00％、P：0.0250％以下、S：0.0250％以下，剩余部分包括Fe和杂质的钢成分；以钢轨底部外廓表面为起点的5mm深度范围的金属组织的90％以上为珠光体组织；足底中央部的表面硬度HC在Hv360～500的范围，脚趾部的表面硬度HE在Hv26...

【专利技术属性】
技术研发人员：上田正治，山本刚士，宫崎照久，
申请(专利权)人：新日铁住金株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP