耐磨损性、耐疲劳损伤性及耐延迟断裂性优良的内部高硬度型珠光体钢轨及其制造方法技术

本发明专利技术提供耐磨损性、耐疲劳损伤性及耐延迟断裂性优良的内部高硬度型珠光体钢轨及其优选的制造方法。具体而言，具有如下组成：含有Ｃ：０．７３～０．８５质量％、Ｓｉ：０．５～０．７５质量％、Ｍｎ：０．３～１．０质量％、Ｐ：０．０３５质量％以下、Ｓ：０．０００５～０．０１２质量％、Ｃｒ：０．２～１．３质量％、Ｖ：０．００５～０．１２质量％、Ｎ：０．００１５～０．００６０质量％，余量由Ｆｅ及不可避免的杂质构成，将Ｍｎ含量记为［％Ｍｎ］、Ｃｒ含量记为［％Ｃｒ］时，［％Ｍｎ］／［％Ｃｒ］的值为０．３以上且小于１．０，并且将Ｖ含量记为［％Ｖ］、Ｎ含量记为［％Ｎ］时，［％Ｖ］／［％Ｎ］的值为８．０～３０．０，以从钢轨头部的表层到至少２５ｍｍ深的范围内的维氏硬度来定义的钢轨头部的内部硬度为Ｈｖ３８０以上且小干Ｈｖ４８０。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及耐磨损性(wear resistance)和耐疲劳损伤性(rollingcontact fatigue (RCF)resistance)优良的内部高硬度型珠光体钢轨(internal high hardness type pearlitic rail)及其制造方法，具体而言，涉及实现在如货车重量(weight of freight car)重并且急曲线(high curve line)多的海外的矿山铁路(mininig railway) 那样的、苛刻的高轴重条件(high-axle load condition)下使用的钢轨的长寿命化 (longer operating life)的耐磨损性、耐疲劳损伤性及耐延迟断裂性(delayed fracture property)优良的内部高硬度型珠光体钢轨及其制造方法。
技术介绍
在以矿石(mineral ore)的运输为主体的高轴重铁路(high-axle loadrailway) 上，施加在货车的车轴(axle)上的载重(load)远大于客车(passenger car)，钢轨的使 用环境(use environment)也变得苛刻。在这样的环境下使用的钢轨，以往，从重视耐磨 损性(significant concern of wearresistance)的观点出发，使用主要具有珠光体组织 (pearlitic structure)的钢。但是，近年来，为了有效地利用铁路进行运输，对货车的载重 量(carrying capacity)进一步增加，要求进一步提高耐磨损性和耐疲劳损伤性。而且，高 轴重铁路是指，列车或货车的载重量大(每辆货车的载重量为例如约150吨以上)的铁路。 近年来，以进一步提高耐磨损性为目标而进行了各种各样的研究。例如，在日本特 开平8-109439号公报及日本特开平8-144016号公报中，将C量增加至大于0. 85质量％且 在1. 20质量％以下，另外，在日本特开平8-246100号公报及日本特开平8-246101号公报 中，使C量为大于0. 85质量％且在1. 20质量％以下，并对钢轨头部实施热处理等，通过如 上增加C量、从而使渗碳体比率(cementite ratio)增加，来谋求耐磨损性的提高等。 另一方面，在高轴重铁路的曲线区间的钢轨上，由于施加了车轮产生的滚动应力 和离心力产生的滑动力，因此钢轨的磨损更加严重，并且产生由滑动引起的疲劳损伤。若如 上所述仅使C量为大于0. 85质量％且在1. 20质量％以下，则根据热处理条件生成先共析 渗碳体组织，并且脆的珠光体层状组织的渗碳体层的量增加，因此不能期待耐疲劳损伤性 的提高。因此，在日本特开2002-69585号公报中，提出了通过Al、 Si的添加来抑制先共析 渗碳体生成，从而使耐疲劳损伤性提高的技术。但是，Al的添加会生成成为疲劳损伤起点 的氧化物等，难以满足具有珠光体组织的钢轨的耐磨损性和耐疲劳损伤性两特性。 以提高钢轨的使用寿命为目标，在日本特开平10-195601号公报中，通过以钢轨 的头部拐角部及头顶部的表面为起点至少深20mm的范围在Hv370以上，来谋求钢轨使 用寿命的提高。另外，在日本特开2003-293086号公报中，通过控制珠光体块(pearlite block)，使以钢轨头部拐角部及头顶部的表面为起点至少深20mm的范围的硬度在Hv300 500的范围内，由此来谋求钢轨使用寿命的提高。 但是，由于谋求钢轨的高强度化，延迟断裂的危险性增高，日本特开平8-109439号公报、日本特开平8-144016号公报、日本特开平8-246100号公报、日本特开平 8-246101号公报、日本特开2002-69585号公报、日本特开平10-195601号公报、日本特开 2003-293086号公报中的防止延迟断裂的效果不充分。 作为防止由珠光体钢构成的钢轨(以下称为珠光体钢轨)的延迟断裂的技术，例 如日本专利第3648192号公报、日本特开平5-287450号公报中公开有通过强拉丝加工高强 度珠光体钢而使耐延迟断裂性提高的技术。但是，将该技术应用于钢轨时，产生了由强拉丝 加工导致钢轨的制造成本增大的问题。 并且，作为改善耐延迟断裂性的技术，已知如日本特开2000-328190号公报、日本 特开平6-279928号公报、日本专利第3323272号公报、日本特开平6-279929号公报中所公 开的那样，控制A类夹杂物(A type inclusion)的形态(figure)和量(volume)是有效的。 但是日本特开2000-328190号公报、日本特开平6-279928号公报、日本专利第3323272号 公报、日本特开平6-279929号公报为了改善钢轨的韧性(toughness)、延展性(ductility) 而控制A类夹杂物的形态和量。例如日本特开平6-279928号公报中，通过使A类夹杂物的 大小为0. 1 20iim，将A类夹杂物的个数控制在每lmm2 25 11000个，从而使钢轨的韧 性及延展性提高。因此，通过该技术未必能得到良好的耐延迟断裂性。 但是，珠光体钢轨的使用环境进一步苛刻化，为了提高珠光体钢轨的使用寿命，更 高硬度且硬化深度范围(range of hardening d印th)的扩大、以及耐延迟断裂性的提高 成为课题。本专利技术是为了解决该课题而完成的，提供与以往的亚共析型(hypoeutectoid type)、共析型(eutectoidtype)及过共析型(hypereutectoid type)珠光体钢轨相比，通 过进行Si、Mn、Cr、V、N添加的优化，将由Mn含量和Cr含量算出的/ 值及由V含量和N含量算出的/值保持在适当范围，并 进行萍透性指数(hardenability index)(以下，称为DI)禾口碳当量(carbon equivalent) (以下，称为(;,)的优化，从而使至少以钢轨头顶部表面为起点深25mm范围内的硬度提高， 耐磨损性、耐疲劳损伤性及耐延迟断裂性特性优良的内部高硬度型珠光体钢轨及其优选的 制造方法。
技术实现思路
本专利技术人为了解决上述问题，制造了使Si、 Mn、 Cr、 V、 N的含量变化了的珠光体钢 轨，并对其组织、硬度、耐磨损性、耐疲劳损伤性及耐延迟断裂性进行了深入研究。其结果发 现，通过使由Mn含量和Cr含量算出的/的值为0. 3以上且 小于1.0，并使/的值为8.0 30.0，珠光体层的片层(以下，简称为片层)间 距(lamellar spacing)微小化，以从钢轨头部的表层到至少25mm深的范围内的硬度定义 的钢轨头部的内部硬度为Hv380以上且小于Hv480，耐磨损性、耐疲劳损伤性及耐延迟断裂 性提高。并且可知，通过进一步使淬透性指数(hardenability index)(即DI值)在5. 6 8. 6的范围内，使碳当量(carbon equivalent)(即C叫值)在1. 04 1. 27的范围内，使由 Mn含量、Cr含量、Si含量算出的 + + 的值在 1. 55 2. 50的范围内，能够稳定地维持提高耐磨损性和耐疲劳损伤性的效果。 本专利技术基于上述见本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种内部高硬度型珠光体钢轨，其特征在于，具有如下组成：含有Ｃ：０．７３～０．８５质量％、Ｓｉ：０．５～０．７５质量％、Ｍｎ：０．３～１．０质量％、Ｐ：０．０３５质量％以下、Ｓ：０．０００５～０．０１２质量％、Ｃｒ：０．２～１．３质量％、Ｖ：０．００５～０．１２质量％、Ｎ：０．００１５～０．００６０质量％，余量由Ｆｅ及不可避免的杂质构成，将Ｍｎ含量记为［％Ｍｎ］、Ｃｒ含量记为［％Ｃｒ］时，［％Ｍｎ］／［％Ｃｒ］的值为０．３以上且小于１．０，并且将Ｖ含量记为［％Ｖ］、Ｎ含量记为［％Ｎ］时，［％Ｖ］／［％Ｎ］的值为８．０～３０．０，以从钢轨头部的表层到至少２５ｍｍ深的范围内的维氏硬度来定义的钢轨头部的内部硬度为Ｈｖ３８０以上且小于Ｈｖ４８０。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：本庄稔，木村达己，铃木伸一，西村公宏，鹿内伸夫，
申请(专利权)人：杰富意钢铁株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]