呈珠光体金相组织的高耐磨性和高韧性钢轨及其制造方法技术

一种呈珠光体金相组织的高耐磨性、高韧性的道轨，其特征是，它是由按重量％计、含有Ｃ：０．６０～１．２０％、Ｓｉ：０．１０～１．２０％、Ｍｎ：０．４０～１．５０％，剩余部分为Ｆｅ和不可避免的不纯物构成的钢，有珠光体金相组织；在道轨断面内的珠光体块平均粒经如下，即在从道轨的顶表面开始、以道轨顶表面为起点的至少２０ｍｍ的范围、和从道轨的底面开始、以道轨顶底面为起点的至少１５ｍｍ范围内是２０～５０μｍ；在这范围以外的部位是３５～１００μｍ；在上述道轨的珠光体块平均粒径是２０～５０μｍ的部位、延伸率是１０％以上，“Ｕ”型凹口摆锤式冲击试验值是１５Ｊ／ｃｍ↑［２］以上。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及使铁道及其他产业机械用的有优良的强度和耐磨性的高碳的呈珠光体金相组织的钢具有高韧性的高韧性道轨及其制造方法。
技术介绍
高碳的呈珠光体金相组织的钢由于强度高而且耐磨性优良，因而被用作结构材料，尤其是它能适应随着铁道车辆的重量增加而引起的高轴向载荷和高速输送，被普遍用作道轨。已知的为制成高性能道轨的能制造上述那样钢材的方法有如日本专利公开报告特开昭55-2768号所记载的＂把容易呈珠光体金相组织的特定成分的钢从Ac3点以上的加热温度开始冷却，并在450～600℃的温度下使其恒温相变，使其生成细微的珠光体金相组织的硬质道轨制造方法＂和特开昭58-221229号提出的＂把含有C0.65～0.85％、Mn0.5～2.5％而且保留有高温热量的道轨急骤地冷却，把道轨或道轨顶部的金相组织变成珠光体来改善耐磨性的道轨热处理方法＂、以及特开昭59-133322号公开的＂把经过稳定处理的具有珠光体金相组织的特定成分的压轧道轨、从Ar3点以上的温度开始、在特定温度的熔融盐浴槽中浸渍，使其从道轨顶部表面开始到表面以下约10mm范围内具有硬度Hv＞350的呈细微珠光体金相组织的道轨热处理方法＂。但是，虽然金相组织呈珠光体的钢的强度和耐磨性容易通过添加合金元素而达到所要求的规格并制成产品，而它的韧性与以铁素体金相组织为主的钢相比则显著地较低，例如，共析碳钢的呈珠光体金相组织的道轨用JIS3号规定的＂U＂型凹口摆锤式冲击试验、常温试验值可达到10～20J/cm2左右，而含有共析点以上的碳的道轨的试验值是10J/cm2；用JIS4号规定的拉伸试验、延伸率却不满10％。把这种韧性低的钢用在受重复载荷或振动作用领域里作为结构材料时，会有因微小的初始缺陷或疲劳裂缝引起低应力脆性破坏的问题。一般，使钢的韧性提高的措施是把金相组织细粒化，即通过使奥氏体金相组织细粒化或粒内相变来完成。而且，奥氏体金相组织细粒化是利用例如在压轧时的低温加热或者如日本专利公开报告特开昭63-277721号所公开的把控制压轧和加热处理组合、并在压轧后加以低温处理等。在道轨的制造方法中，由于难用在压轧时的低温加热和控制压轧中的低温压轧和大压下压轧来确保成形性，因而至今仍企图通过低温加热处理方法来提高韧性。但这种方法在近年来关于各种钢制品的省力和提高生产性能的技术开发进程中，有制造成本高、生产性能差等问题，因此迫切需要把这些问题尽早解决。专利技术的目的本专利技术是为了解决上述的问题而作出的，其目的是提供一种在道轨成形方面能克服由低温或大压下形成的控制压轧的问题，是适合于共析碳钢或含有共析点以上的碳钢成分的、进行调整珠光体结晶颗粒的控制压轧的、不仅能提高耐磨性、而且能使延展性和韧性提高的方法。专利技术的公开为了制造具有细粒珠光体金相组织而使韧性提高的钢，本专利技术人从钢的成分及其制造方法着手做了许多实验，结果得出如下所述的发现。即，在对道轨的顶部主要追求耐磨性、对底部主要追求弯曲疲劳性和延展性的情况下，通过把这部分取成共析或过共析C成分，而且控制细粒珠光体块尺寸，能得到耐磨性或者还在延展性、韧性等方面都是优良的道轨；高碳钢在其奥氏体状态下的加工中，用较低温度和较小的压下量进行压轧后即进行再结晶，通过小压力和缩短压轧轧道间的时间的连续压轧，使其成为整粒的细微奥氏体颗粒，结果能得到细粒的珠光体金相组织。这里，所谓珠光体块是指如附图说明图1所示的结晶方位相同的珠光体集合，结晶方位和叠层方向相同的珠光体的群体集合。所谓叠层是指把构成珠光体的铁素体和渗碳体叠积形成条纹状的组织。而且，珠光体块成为珠光体颗粒破坏时的破坏单元。本专利技术是根据这样的发现，把下述的结构作为主题。即，本专利技术的呈珠光体金相组织的高耐磨性、高韧性的道轨是由按重量％计、含有C0.60～1.20％、Si0.10～1.20％、Mn0.40～1.50％、根据需要还含有Cr0.05～2.00％、Mo0.01～0.30％、V0.02～0.10％、Nb0.002～0.01％、Co0.1～2.0％中的一种或两种以上，剩余部分是Fe和不可避免的不纯物构成的碳钢或低合金钢道轨，有珠光体金相组织；在道轨断面内的珠光体块平均粒经如下即在从道轨的顶表面开始、以道轨顶表面为起点的至少20mm的范围、和从道轨的底面开始、以道轨的底面为起点的至少15mm范围内是20～50μm；在这范围以外的部位是35～100μm；在上述道轨的珠光体块平均粒径是20～50μm的部位、延伸率是10％以上，＂U＂型凹口摆锤式冲击试验值是15J/cm2以上。另外，本专利技术的呈珠光体金相组织的高韧性道轨的制造方法是把含有上述成分的碳钢或低合金风的钢片粗轧成道轨形状之后；把这道轨的表面温度加热到850～1000℃之间，用每轧道的断面减缩的压下率为5～30％的压轧、取3个轧道以上、而且把压轧的轧道间的时间取为10秒以下等条件、对其进行连续精轧；然后放置冷却或从700℃以上的温度开始，以2～15℃/秒的冷却速度对700～500℃温度范围进行冷却。由此就能调整珠光体块的尺寸，从而能提高机械性质、尤其是延展性和韧性。能把上述道轨的成分中、C的含量为0.60～0.85重量％的碳钢或低合金钢，形成上述珠光体块平均粒径为20～50μm的部位上具有延伸率12％以上、＂U＂型凹口摆锤式冲击试验值为25J/cm2以上的高韧性；使C的含量为＞0.85～1.2重量％的碳钢或低合金钢能具有高的耐磨性。附图的简要说明图1是表示珠光体结晶的模式图。实施本专利技术的最好方式的说明下面，详细地说明本专利技术。先说明本专利技术中，如上所述地对钢的成分进行限定的理由C是使其生成珠光体金相组织来确保耐磨性的有效成分，通常、作为轨条钢的都取用0.60～0.85％，把C量取成这范围能得到高韧性。这时会有在珠光体金相组织中的γ晶粒界面上生成初析铁素体的情况，从提高耐磨性和抑制道轨内部疲劳损伤的起因的观点出发，最好使C的含量在0.85％以上。另一方面，随着碳的增加，奥氏体晶粒界面上的初析渗碳体的量也增加，当C量超过1.2％时，即使进行下述的珠光体金相组织的细粒化处理也不得不注意延展性和韧性的下降和恶化。因此，把C量取为0.60～1.20％。Si从作为强化珠光体金相组织中的铁素体的有效成分考虑，应使其含量在0.1％以上。但由于含量超过1.20％会生成马氏体金相组织，从而有使钢脆化的问题，因此，Si的含量取为0.10～1.20％。Mn是强化珠光体金相组织、降低珠光体相变温度、抑制初析渗碳体生成的元素。使用量少于0.40％、其效果就差；相反当超过1.50％时就使其生成马氏体组织而使钢脆化。因此，把Mn的含量取为0.40～1.50％。Cr是使珠光体的平衡相变点上升、结果使珠光体金相组织细微、而且是有效地抑制初析渗碳体生成的元素，可根据需要、有选择地添加。含量不满0.05％的、其效果较小；超过2.0％的过剩添加会使其生成马氏体金相组织，从而使钢脆化。因此，把Cr的含量取为0.05～2.00％。Mo、NbMo和Nb是珠光体强化的有效元素，可根据需要、有选择地添加。分别不满0.01％、0.002％时其效果较小。另一方面，若分别超过0.03％、0.01％地添加、则如下所述地、在有金属组织细粒化效果的压延中会抑制奥氏体颗粒的再结晶，使其本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：内野耕一，黑木俊哉，上田正治，
申请(专利权)人：新日本制铁株式会社，
类型：发明
国别省市：