耐磨性和延性优良的珠光体系钢轨及其制造方法技术

本发明专利技术提供了在以质量％计，具有含Ｃ：０．６５～１．４０％的珠光体组织的钢轨中，以头部的拐角部、头顶部的表面作为起点至深度为１０ｍｍ的范围的至少一部分，每０．２ｍｍ↑［２］被检面积中粒径１～１５μｍ的珠光体片有２００个或２００个以上的耐磨性和延性优良的珠光体系钢轨。另外，本发明专利技术提供了一种耐磨性和延性优良的珠光体系钢轨的制造方法，即，在上述钢轨的热轧中，使精轧在该钢轨的表面温度为８５０～１０００℃的范围内进行，并实施最终道次的断面缩小率为６％或６％以上的精轧，然后，使该钢轨的轨头以１～３０℃／秒的范围的冷却速度从奥氏体区的温度至少加速冷却至５５０℃。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及以提高重载荷铁路的轨头所要求的耐磨性，并通过控制轨头的微细的珠光体片的粒数谋求延性的提高，提高钢轨折损的抵抗性，同时降低轨腰和轨底的先共析渗碳体组织的生成量，防止轨腰和轨底的韧性的降低为目的的珠光体系钢轨，以及涉及谋求上述钢轨用钢坯(板坯)加热条件的最佳化，防止热轧时的裂纹、断裂，抑制钢坯(板坯)外表面部的脱碳，高效率而且高质量的珠光体系钢轨的制造方法。
技术介绍
国外的重载荷铁路，作为铁路运输高效率化手段，谋求列车速度的提高和列车装载重量的增加。这样的铁路运输效率化意味着钢轨使用环境的过苛化，必须进一步改善钢轨材质。具体地说，在弯曲区间敷设的钢轨，轨距角(G.C.Gauge Corner)部和头侧部的磨损急剧增加，从钢轨的使用寿命出发是必须重视的问题。由这样的背景，主要进行了下述的以提高耐磨性作为目标的钢轨的开发。1)使轧制终了后或使再加热的轨头以1～4℃/秒从奥氏体温度区加速冷却到850～500℃区间的130kg/mm2(1274Mpa)或以上的高强度钢轨的制造方法(特开昭57-198216号公报)。2)用过共析钢(C超过0.85～1.20％)以增加珠光体组织中的薄片中的渗碳体密度的耐磨性优良的钢轨(特开平8-144016号公报)。在上述1)中，由含共析碳的钢(C0.7～0.8％)生成微细的珠光体组织而试图实现高强度，但在重载荷铁路中使用时，由于耐磨性不充分，延性低，所以存在容易发生钢轨折损的问题。另外，在上述2)中，由过共析碳的钢(C超过0.85～1.20％)生成微细的珠光体组织，以增加珠光体组织中的薄片中的渗碳体密度而提高耐磨性。但是，由于比现行的共析钢有更高的含碳量，所以延性容易降低，对于钢轨折损的抵抗也就低。另外，在钢液的铸造阶段，在铸坯中心部容易形成碳、合金元素富集的偏析带，特别是在如图1的符号5所示的轧制后的轨腰处，沿偏析带多量生成先共析渗碳体，存在成为疲劳龟裂和脆性断裂的起点的问题。另外，在用轧制用钢坯(板坯)进行热轧的再加热工序中，因不适当的加热温度，钢坯(板坯)的一部分成为熔融状态，在轧制中发生裂纹、断裂，或者使终轧后的钢轨残留裂纹，导致制品合格率的降低。另外，因加热时的保持时间，促进了钢坯(板坯)的外表面部的脱碳，由于终轧后钢轨外表面的珠光体组织的含碳量降低，导致硬度降低，存在轨头的耐磨性降低的问题。于是，为解决上述的问题进行了如以下的钢轨的开发。3)用共析钢(C0.60～0.85％)通过轧制使珠光体组织中的平均的片的粒径微细化、延性和韧性得以提高的钢轨(特开平8-109440号公报)。4)用过共析钢(C超过0.85～1.20％)增加珠光体组织中的片中的渗碳体密度、同时控制硬度的耐磨性优良的钢轨(特开平8-246100号公报)。5)用过共析钢(C超过0.85～1.20％)增加珠光体组织中的片中的渗碳体密度、同时通过热处理头部和腰部以控制硬度的耐磨性优良的钢轨(特开平9-1372228号公报)。6)用过共析钢(C超过0.85～1.20％)通过轧制使珠光体组织的平均的片的粒径微细化、延性和韧性得以提高的钢轨(特开平8-109439号公报)。在上述3)、4)所示的钢轨中，通过使珠光体组织的平均的片的粒径微细化，珠光体组织的耐磨性和延性、韧性得以提高，另外，钢的含碳量增加，使珠光体组织中的片中的渗碳体密度增加，硬度就增加，进一步提高了珠光体组织的耐磨性。但是，尽管根据这样的提案，在气温降到零度以下的寒冷地区钢轨的延性、韧性也不足。另外，即使是使上述的珠光体组织的平均的片的粒径更进一步微细化，以谋求钢轨的延性、韧性的改善，但是完全抑制寒冷地区的钢轨折损的发生也是困难的。另外，在上述4)、5)所示的钢轨中，除了存在不能确保因钢轨的轧制长度和终轧温度在钢轨长度方向上的材质的均一性、轨头的延性的问题以外，虽然通过加速冷却钢轨的头部和腰部，可以确保头部的珠光体组织的硬度和抑制腰部的先共析渗碳体组织的生成，但是在钢轨的底部和底端部中，即使使用公开的热处理方法，抑制成为疲劳龟裂和脆性龟裂的起点的先共析渗碳体组织的生成也是困难的。特别是底端部比头部、腰部的断面积小，因而轧制终了时的温度也比其它部位低，在热处理前渗碳体组织已经生成。另外，即使在腰部，除了轧制终了时的温度低以外，还有残存各种合金元素的偏析带、容易生成先共析渗碳体组织的问题，因而有不能完全防止底端部和腰部的疲劳龟裂和脆性龟裂的问题。另外，在上述6)所示的钢轨中，公开了在过共析钢中使珠光体组织的平均的片的粒径微细化、谋求钢轨延性和韧性的改善的技术，但完全抑制寒冷地区钢轨折损的发生也是困难的。
技术实现思路
由上述背景可知，要求有如下的在含高碳的珠光体组织的钢轨中，通过提高轨头的耐磨性、延性以对钢轨折损有高的抵抗性，另外，通过冷却的最佳化以防止先共析渗碳体组织的生成，此外，在钢轨的长度方向上要有均一的材质特性，要抑制在钢轨外表面脱碳。本专利技术提供了在重载荷铁路用的钢轨中，通过提高头部要求的耐磨性和延性，特别是提高对钢轨折损的抵抗性，进一步防止先共析渗碳体组织的生成，提高钢轨的腰部、底部、底端部的抗破坏性的。另外，本专利技术通过实现含高碳的钢轨轧制用钢坯(板坯)热轧时的再加热工序中的最高加热温度、保持时间的最佳化，防止轧制时的裂纹、断裂，进一步抑制钢轨外表面的脱碳，来抑制耐磨性和疲劳强度降低、高效率地提供高质量的珠光体系钢轨。另外，本专利技术提供了如下的耐磨性和延性优良的珠光体系钢轨的制造方法在含高碳的钢轨中，热轧终了后或一定时间内对钢轨的头部、腰部、底部进行加速冷却，并且谋求头部的加速冷却速度、轧制时的钢轨长度、终轧温度的选择的最佳化，通过抑制先共析渗碳体组织的生成，防止疲劳龟裂、脆性龟裂和韧性龟裂的发生，同时确保轨头的耐磨性、钢轨长度方向的材质的均一性和轨头的延性。为达到上述目的，本专利技术的要旨如下(1)耐磨性和延性优良的珠光体系钢轨，其特征在于，以质量％计，在具有含C0.65～1.40％的珠光体组织的钢轨中，以头部的拐角部、头顶部的表面作为起点至深度为10mm的范围的至少一部分中，每0.2mm2被检面积中粒径1～15μm的珠光体片存在200个或以上。(2)耐磨性和延性优良的珠光体系钢轨，其特征在于，以质量％计，在具有含C0.65～1.40％、Si0.05～2.00％、Mn0.05～2.00％的珠光体组织的钢轨中，以头部的拐角部、头顶部的表面作为起点至深度为10mm的范围的至少一部分中，每0.2mm2被检面积中粒径1～15μm的珠光体片存在200个或以上。(3)耐磨性和延性优良的珠光体系钢轨，其特征在于，以质量％计，在具有含C0.65～1.40％、Si0.05～2.00％、Mn0.05～2.00％、Cr0.05～2.00％的珠光体组织的钢轨中，以头部的拐角部、头顶部的表面作为起点至深度为10mm的范围的至少一部分中，每0.2mm2被检面积中粒径1～15μm的珠光体片存在200个或以上。(4)耐磨性和延性优良的珠光体系钢轨，其特征在于，在(1)～(3)的任一项所述的珠光体系钢轨中，含碳量大于0.85％至1.40％。(5)耐磨性和延性优良的珠光体系钢轨，其特征在于，在(1)～(4)的任一项所述的珠光体系钢轨中，热轧后的钢轨长度是100本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种耐磨性和延性优良的珠光体系钢轨，其特征在于，以质量％计，在具有含Ｃ：０．６５～１．４０％的珠光体组织的钢轨中，以头部的拐角部、头顶部的表面作为起点至深度为１０ｍｍ的范围的至少一部分中，每０．２ｍｍ↑［２］被检面积中粒径１～１５μｍ的珠光体片存在２００个或２００个以上。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：上田正治，松下公一郎，藤田和夫，岩野克也，内野耕一，诸星隆，小林玲，
申请(专利权)人：新日本制铁株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]