热处理轨道的硬度预测方法、热处理方法、硬度预测装置、热处理装置、制造方法、制造设备、以及硬度预测模型的生成方法制造方法及图纸

本发明专利技术能够进行具有稳定的硬度分布的轨道的热处理。对利用冷却设备(7)将奥氏体范围温度以上的轨道进行强制冷却后的轨道的硬度进行预测。使用模型取得多组学习用数据，上述模型是以至少具有冷却开始前的轨道的表面温度和冷却设备(7)的操作条件的冷却条件数据集作为输入数据、并以强制冷却后的轨道的内部的硬度作为输出数据进行运算的模型。通过使用了所取得的多组学习用数据的机器学习，预先生成至少以冷却条件数据集作为输入数据、并以与强制冷却后的轨道内部的硬度相关的信息作为输出数据的硬度预测模型。使用硬度预测模型，基于针对作为强制冷却的冷却条件而设定的一组冷却条件数据集的轨道内部的硬度，对轨道的硬度进行预测。度进行预测。度进行预测。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】热处理轨道的硬度预测方法、热处理方法、硬度预测装置、热处理装置、制造方法、制造设备、以及硬度预测模型的生成方法


[0001]本专利技术涉及与具有对奥氏体范围温度以上的高温的轨道实施强制冷却的热处理工序的热处理轨道的制造相关的技术。本专利技术是特别适于将加热至奥氏体范围温度以上的轨道强制冷却而制成至少轨道头部的硬度的均匀性优异的轨道的运输用铁路用的热处理轨道的制造的技术。

技术介绍

[0002]出于提高硬度、韧性等品质的目的，有时在热处理轨道的制造中对通过热轧制造的轨道实施强制冷却(热处理工序)。该强制冷却(热处理工序)对于如下轨道实施，例如：刚刚以奥氏体范围温度以上结束了轧制后的轨道、或在轧制/自然冷却后进行再加热而达到奥氏体范围温度以上的温度的轨道执行。即，强制冷却对达到奥氏体范围温度以上的轨道实施。在本说明书中，也将经过热处理工序制造的轨道记载为热处理轨道。
[0003]特别是与普通的客运铁路相比，自然资源开采现场所使用的运输用铁路的货车的装载量更大。因此，对于运输用铁路而言，轨道的磨损严重，需要频繁地更换轨道。然而，轨道的更换不仅会增加操作成本、更换品的成本，而且也会导致路线的利用率的降低。因此，存在想要抑制更换轨道的频率的要求。也就是说，对于运输用铁路而言，要求使用耐磨损性更高的轨道。
[0004]为了得到高耐磨损性的轨道，要求从轨道表面至给定深度的截面内部的区域(以下也简单记载为“内部”)的硬度分布高于给定的硬度值。另外，优选该区域的结晶组织为珠光体组织。其原因在于，对于贝氏体组织而言，即使是与珠光体组织相同的硬度，耐磨损性也低，另外，对于马氏体组织而言，韧性降低。
[0005]为了将珠光体组织高硬度化，使构成组织的铁素体与渗碳体的层(lamellar)的间隔变得微细是有效的。而且，为了得到微细的层，必须使奥氏体范围温度以上的轨道在以高的冷却速度(cold rate)冷却至充分低于平衡相变温度的温度的过冷却状态下进行相变。然而，在冷却速度过大的情况下，存在相变为贝氏体组织、马氏体组织而特性变差的隐患。另外，一般而言，以品质上最重要的轨道头部表面作为中心而对轨道实施冷却处理。此时，轨道头部是质量最集中的部分，因此，在轨道头部，存在冷却中在表面与内部产生很大的温度差的倾向。因此，在轨道头部，相变开始时刻也会在表面与内部产生差异，因此，需要通过与该时间差相应的冷却能力的控制来进行轨道内部的组织控制。
[0006]作为用于热处理轨道的冷却控制的技术，例如有专利文献1中记载的技术。专利文献1中公开了如下方法：进行以4～15℃/秒的冷却速度从750℃以上的温度范围强制冷却至600～450℃的第1强制冷却，然后暂时停止强制冷却，使珠光体相变结束后，再次进行强制冷却。
[0007]另外，专利文献2中公开了如下方法：一边从开始冷却起基于轨道表面的温度测定
结果判定相变放热的开始时刻、结束时刻，一边变更强制冷却的条件。
[0008]此外，在专利文献3中公开了如下方法：使用预先设定的轨道内部的代表点的硬度与碳当量、冷却介质的喷射流量、喷射压力及喷射距离的关系式，基于成为轨道原材料的钢片的碳当量对冷却喷嘴与轨道头部间的喷射距离进行设定，并且根据在冷却设备进入侧测得的轨道头顶部的表面温度(冷却开始前的表面温度)而设定冷却时间。
[0009]另一方面，在专利文献4中公开了如下方法：作为控制装置内的工艺模型，具有数值、机械、冶金的嵌入型模型，对轨道内部的温度过程和微观组织变化、及机械性质进行预测，基于该预测结果来设定各冷却区域的冷却条件。
[0010]现有技术文献
[0011]专利文献
[0012]专利文献1：日本专利第4938158号公报
[0013]专利文献2：日本专利第5686231号公报
[0014]专利文献3：日本特开昭61
‑
149436号公报
[0015]专利文献4：日本专利第6261570号公报
[0016]非专利文献
[0017]非专利文献1：传热工学资料[修订第5版]日本机械学会(2009)

技术实现思路

[0018]专利技术所要解决的问题
[0019]专利文献1中记载的方法限定第1强制冷却的开始和结束、以及第2强制冷却的开始和结束的各条件作为经加热的轨道的强制冷却条件。然而，在通过如专利文献1中所记载的方法预先设定冷却条件的情况下，存在如果轨道原材料的钢片的成分偏差、或冷却开始温度等产生偏差时，则热处理后的轨道的内部硬度会产生偏差的问题。
[0020]另一方面，对于专利文献2中记载的方法而言，从基于强制冷却中的轨道表面的温度测定结果来变更冷却条件的方面考虑，是能够考虑到原材料的偏差、冷却开始温度等主要变动因素的影响的方法。然而，在专利文献2所记载的方法中，冷却条件的变更仅仅基于轨道头部的表面温度进行，存在未必反映了轨道内部的温度变化、组织变化的冷却条件的变更的问题。例如，在轨道内部，由热传导引起的温度变化和由相变引起的温度变化同时，随着时间的经过，各位置的温度、发生相变的位置也发生变化。因此，仅根据表面温度的测定结果难以推定出内部的组织分布。
[0021]另外，专利文献3中记载的方法通过基于物理模型的简易式预测从轨道头部的表面进入10mm内部的位置的硬度，因此，能够将轨道内部的硬度与冷却条件相关联。然而，轨道内部的组织形成受到由冷却介质引起的轨道头部表面的热传导行为、轨道内部的热传导行为、由相变引起的组织变化、相变放热的复杂影响。因此，难以通过简易式而正确地进行轨道内部的硬度预测。另外，轨道内部的硬度根据截面而不同，因此，从仅通过控制特定位置的硬度来确保品质的观点考虑也是不足的。
[0022]专利文献4的技术记载了将轨道钢的化学组成、轧制条件、冷却前的奥氏体粒径、预想相变行为、轨道截面的几何形状、温度分布、及目标机械特性作为输入，以在线方式进行包含相变预测的热传导分析，预想最终的机械特性，并根据需要进行冷却条件的重新评
估。
[0023]然而，由于轨道的截面形状复杂，因此，使用了物理模型的热传导分析、成为边界条件的导热系数的确定需要二维或三维的热传导分析、冷却介质的流动分析。因此，对于在线方式而言，计算负担非常大。此外，包含相变的热传导分析是非线性的现象。因此，如果不使用于分析的空间及时间刻度非常小，则无法得到稳定的解。因此，对于目前的计算机的能力而言，在在从热轧结束至搬入冷却设备的期间完成热传导分析的计算，确定适当的冷却条件，进而在冷却过程中也与温度过程相应地进行再计算，并且适当地修正冷却条件是困难的。
[0024]如上所述，在现有技术中存在如下问题：控制轨道内部的硬度分布时，在现实中难以实现与轨道原材料的钢片的成分偏差、冷却开始温度等主要变动因素相应的精度良好的控制。
[0025]特别是冷却设备的进入侧的原材料的条件根据各钢片而变动。因此，对于使用了在线方式的热传导分析(基于物理模型的数值计算)的处理而言，难以从表面至内部稳定地控制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种热处理轨道的硬度预测方法，其是对于利用冷却设备将达到奥氏体范围温度以上的温度的轨道进行强制冷却的热处理工序后的上述轨道的硬度进行预测的轨道的硬度预测方法，该方法包括：使用内部硬度运算模型，预先取得多组学习用数据，所述内部硬度运算模型是用于以至少具有冷却开始前的轨道的表面温度和用于强制冷却的所述冷却设备的操作条件的冷却条件数据集作为输入数据、并以所述强制冷却后的轨道的至少轨道头部的内部的硬度作为输出数据进行运算的物理模型，所述学习用数据包含所述冷却条件数据集和所述硬度的输出数据，通过使用了所取得的多组学习用数据的机器学习，预先生成至少以所述冷却条件数据集作为输入数据、并以与所述强制冷却后的轨道内部的硬度相关的信息作为输出数据的硬度预测模型，基于使用所述硬度预测模型求出的信息对所述热处理工序后的轨道的硬度进行预测，所述信息为针对作为所述热处理工序的冷却条件而设定的一组冷却条件数据集的轨道内部的硬度的相关信息。2.根据权利要求1所述的热处理轨道的硬度预测方法，其中，使用所述内部硬度运算模型运算的输出数据至少是从轨道表面至预先设定的深度的区域中的硬度分布。3.根据权利要求1或2所述的热处理轨道的硬度预测方法，其中，所述内部硬度运算模型具备：导热系数计算部，其计算使用了所述冷却设备的热处理时的轨道表面的导热系数；热传导计算部，其以所述导热系数计算部所计算出的导热系数作为边界条件，进行基于所述热处理的所述轨道内部的温度过程计算；组织计算部，其根据基于所述热传导计算部所计算出的温度过程计算的轨道内部的温度分布，进行考虑了相变的轨道内部的组织预测；以及硬度计算部，其根据基于所述组织计算部所计算出的轨道内部的组织预测的轨道内部的组织分布，对轨道内部的硬度进行计算。4.一种热处理轨道的热处理方法，其具有利用冷却设备对达到奥氏体范围温度以上的温度的轨道进行强制冷却的热处理工序，该方法包括：对冷却开始前的轨道的表面温度进行测定，在利用所述冷却设备的轨道的冷却开始前，使用所测定的轨道的表面温度，通过权利要求1～3中任一项所述的热处理轨道的硬度预测方法对轨道内部的硬度进行预测，在所预测的轨道内部的硬度为目标硬度的范围以外的情况下，对所述冷却设备的操作条件进行再设定，使得所预测的轨道内部的硬度进入目标硬度的范围内。5.根据权利要求4所述的热处理轨道的热处理方法，其中，进行所述再设定的冷却设备的操作条件包含用所述冷却设备向轨道喷射的冷却介质的喷射压力、喷射距离、喷射位置、及喷射时间中的至少一个操作条件。6.根据权利要求4或5所述的热处理轨道的热处理方法，其中，所述冷却设备具有沿着冷却对象的轨道的长度方向配置的多个冷却区域，所述冷却设备的操作条件的再设定在该各冷却区域分别地执行操作条件的再设定。
7.一种硬度预测模型的生成方法，其用于根据冷却条件数据集求出利用冷却设备对达到奥氏体范围温度以上的温度的轨道进行强制冷却后的所述轨道的硬度，所述冷却条件数据集至少具有利用冷却设备的冷却开始前的轨道的表面温度和用于强制冷却的所述冷却设备的操作条件，该方法包括：使用内部硬度运算模型，取得多组学习用数据，所述内部硬度运算模型是用于以所述冷却条件数据集作为输入数据、并以所述强制冷却后的轨道的至少轨道头部的内部的硬度作为输出数据进行运算的物理模型，所述学习用数据包含所述冷却条件数据集和所述硬度的输出数据，通过使用了所取得的多组学习用数据的机...

【专利技术属性】
技术研发人员：大须贺显一，福田启之，上冈悟史，
申请(专利权)人：杰富意钢铁株式会社，
类型：发明
国别省市：