耐磨性及延性优良的珠光体系钢轨的制造方法技术

本发明专利技术的耐磨性及延性优良的珠光体系钢轨的制造方法通过对钢坯至少进行粗轧及精轧来制造珠光体系钢轨，以质量％计，所述钢坯含有Ｃ：０．６５～１．２０％、Ｓｉ：０．０５～２．００％、Ｍｎ：０．０５～２．００％，剩余部分由Ｆｅ及不可避免的杂质构成；在所述精轧中，在钢轨头部表面为９００℃以下～Ａｒ↓［３］相变点或Ａｒ↓［ｃｍ］相变点以上的温度范围内，进行头部的累积截面收缩率为２０％以上、且反作用力比为１．２５以上的轧制，然后以２～３０℃／秒的冷却速度将精轧后的钢轨头部表面加速冷却或自然放冷到至少５５０℃为止；由此，可使钢轨头部的组织微细化，将硬度控制在规定的范围内，使得钢轨的耐磨性和延性提高。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及在重载铁路中使用的钢轨的制造方法，尤其涉及以同时提 高钢轨头部的耐磨性及延性为目的的珠光体系钢轨的制造方法。
技术介绍
含有高碳的珠光体钢通过利用其优良的耐磨性而被用作铁路用钢轨材 料。但是，因其碳含量非常高而存在延性和韧性低的问题。例如，在JISE1101-1990中所示的碳含量为0.6 0.7质量％的普通碳钢 钢轨中，在JIS3号U型缺口夏氏冲击试验中的常温的冲击值为12 18J/ cn^左右，当在寒冷地区等低温地区使用这样的钢轨时，存在从微小的初期 缺陷或疲劳龟裂引起脆性破坏的问题。此外，近年来，钢轨钢为了改善耐磨性而进一步进行高碳化，随之存 在延性和韧性进一步降低的问题。一般认为，对于提高珠光体钢的延性和韧性，珠光体组织(珠光体块 尺寸)的微细化、具体是珠光体相变前的奥氏体组织的细粒化及珠光体组 织的微细化是有效的。作为实现奥氏体组织的细粒化的方法，有在热轧时降低轧制温度的方 法和增加压下量的方法、以及在轧制成钢轨后进行低温再加热的热处理方 法。此外，作为谋求珠光体组织的微细化的方法，有利用相变核从奥氏体 晶粒内促进珠光体相变等的方法。可是，在钢轨的制造中，从确保热轧时的成形性的观点出发，轧制温 度的降低、压下量的增加有界限，不能实现奥氏体晶粒的充分的微细化。 此外，关于利用相变核的从奥氏体晶粒内开始的珠光体相变，存在难以控 制相变核的量和从晶粒内开始的珠光体相变不稳定等问题，不能实现珠光 体组织的充分的微细化。针对上述诸问题，为了从根本上改善珠光体组织的钢轨的延性和韧性，3采用了在钢轨轧制后进行低温再加热，然后通过加速冷却产生珠光体相变， 使珠光体组织微细化的方法。可是，近年来，为了改善耐磨性而进行钢轨的高碳化，如果对这样的 钢轨进行上述的低温再加热处理，则出现在奥氏体晶粒内溶解残留粗大的 碳化物，使加速冷却后的珠光体组织的延性和韧性下降的问题。此外，在 该方法中，由于是再加热，因此还存在制造成本高、生产效率也低的经济 上的问题。基于上述理由， 一直在谋求能够确保轧制时的成形性、即使不进行低 温再加热也能使轧制后的珠光体组织微细化的高碳钢钢轨的制造方法的开 发。因此，为了解决上述问题，开发了如下所示的高碳钢钢轨的制造方法。 这些制造方法的主要特征在于利用高碳钢的奥氏体晶粒即使在比较低的 温度且较小的压下量下也容易再结晶的性质，使珠光体组织微细化。因此 通过小压下的连续轧制得到调整了粒度的微细晶粒，从而提高珠光体钢的 延性和韧性。在日本特开平7-173530号公报中，公开了在含有高碳钢的钢轨的精轧中，通过在规定的道次间时间内进行连续3道次以上的轧制，得到高延性钢轨。在日本特开2001-234238号公报中，公开了在含有高碳钢的钢轨的精轧 中，通过在规定的道次间时间内进行连续2道次以上的轧制，再在进行了 连续轧制后，在轧制后进行加速冷却，得到高耐磨性及高韧性钢轨。另外，在日本特开2002-226915号公报中，公开了在含有高碳钢的钢轨 的精轧中，通过在道次间实施冷却，再在进行了连续轧制后，在轧制后进 行加速冷却，得到高耐磨性及高韧性钢轨。可是，在上述专利文献的公开技术中，存在不能通过钢的碳含量、连 续热轧时的温度、轧制道次数或道次间时间的组合来谋求奥氏体组织的微 细化，珠光体组织粗大化，不能提高延性和韧性的问题。此外，在日本特开昭62-127453号公报中，公开了通过在800°C以下对 含有0.90重量％以下的碳的钢轨钢进行低温轧制，制造延性及韧性优良的 钢轨的方法。4可是，在该专利文献的公开技术中，由于只有截面收缩率在10%以上的限定，因此有时压下不充分，在此种情况下，尤其在延性和韧性容易下降且轧制中容易产生晶粒成长的高碳钢(C>0.90%)的钢轨钢中，难以稳定地确保必要的韧性及延性。基于上述背景，希望提供一种稳定地实现珠光体组织的微细化、提高了延性且耐磨性优良的珠光体系钢轨。
技术实现思路
本专利技术是鉴于上述问题而完成的，其目的在于同时稳定地提高重载铁路钢轨所要求的头部的耐磨性和延性。本专利技术的珠光体系钢轨的制造方法的要旨是通过在精轧时控制头部表面的轧制温度、头部的累积压下率、及反作用力比，然后再通过实施适当的热处理，从而稳定地提高钢轨头部的延性和耐磨性。具体是，为了稳定地提高钢轨头部的延性，通过控制刚轧制后的头部表面的未再结晶奥氏体组织的残留量来实现珠光体组织的微细化，而且为确保耐磨性而进行加速冷却。如此的本专利技术的构成如下。(A) —种，其特征在于，该方法通过对钢轨轧制用钢坯至少进行粗轧及精轧来制造耐磨性及延性优良的珠光体系钢轨，以质量％计，所述钢轨轧制用钢坯含有C: 0.65 1.20%、Si: 0.05 2.00%、 Mn: 0.05 2.00%，剩余部分由Fe及不可避免的杂质构成；在所述精轧中，在钢轨头部表面为90(TC以下 Ar3相变点或Ai^相变点以上的温度范围内，进行头部的累积截面收縮率为20%以上且反作用力比为1.25以上的轧制，然后以2 30°C/秒的冷却速度将精轧后的钢轨头部表面加速冷却或自然放冷到至少55(TC为止；所述反作用力比为将轧机的反作用力值除以相同累积截面收缩率且轧制温度为95(TC时的反作用力值而得到的值。(B) 根据上述(A)所述的，其特征在于，在所述精轧结束后，在150秒以内开始所述加速冷却。附图说明图l是表示用于求出Ar3、Ai^的Fe-Fe3C系平衡状态图的一例的图("铁钢材料"，日本金属学会编)。图2是用反作用力比(将轧机的反作用力值除以相同累积截面收縮率的轧制温度为95(TC时的反作用力值而得到的值)与刚轧制后的未再结晶奥氏体组织的残留比率的关系来表示采用碳含量为0.65 1.20%的钢进行轧制实验后得到的结果的图。图3是表示在用本专利技术的钢轨制造方法制造的钢轨的头部截面表面位置中的名称的图。图4是表示表3、表5所示的拉伸试验中的试验片采取位置的图。图5是表示表3、表5所示的磨损试验中的试验片采取位置的图。图6是表示磨损试验的概要的图。图7是用碳含量与总延伸率的关系来表示通过表2、表3所示的本专利技术的钢轨制造方法制造的钢轨和通过表4、表5所示的比较用钢轨制造方法制造的钢轨的头部拉伸试验的结果的图。图8是用碳含量与磨损量的关系来表示通过表2、表3所示的本专利技术的钢轨制造方法制造的钢轨和通过表4、表5所示的比较用钢轨制造方法制造的钢轨的头部磨损试验的结果的图。具体实施例方式下面，作为实施本专利技术的方式，对进行详细地说明。下面的组成中的质量只记载为％。首先，本专利技术人采用碳含量不同的高碳钢(0.50 1.35%)来进行模拟钢轨轧制的热轧，研究了轧制时的温度和截面收縮率与奥氏体晶粒的行为的关系。其结果发现，在碳含量为0.65 1.20%的范围内，在轧制温度为90(TC以下且在Ar3相变点或Ar^相变点以上的范围内，除了初期的奥氏体晶粒进行再结晶得到的再结晶微细晶粒以外，还大量出现初期的奥氏体晶粒未进行再结晶而残留的未再结晶奥氏体晶粒(扁平的粗大晶粒)。接着，本专利技术人通过实验确认了该轧制后的未再结晶奥氏体晶粒的行为。其结果发现，如果轧制时的温度和截面收縮率超过某一定值，则在轧制后的自然放冷中未再结晶奥氏体组织进行再结晶，并成为微细的奥氏体晶粒本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种耐磨性及延性优良的珠光体系钢轨的制造方法，其特征在于，该方法通过对钢轨轧制用钢坯至少进行粗轧及精轧来制造耐磨性和延性优良的珠光体系钢轨，以质量％计，所述钢轨轧制用钢坯含有Ｃ：０．６５～１．２０％、Ｓｉ：０．０５～２．００％、Ｍｎ：０．０５～２．００％，剩余部分由Ｆｅ及不可避免的杂质构成；　在所述精轧中，在钢轨头部表面为９００℃以下～Ａｒ↓［３］相变点或Ａｒ↓［ｃｍ］相变点以上的温度范围内，进行头部的累积截面收缩率为２０％以上且反作用力比为１．２５以上的轧制，然后以２～３０℃／秒的冷却速度将精轧后的钢轨头部表面加速冷却或自然放冷到至少５５０℃为止；所述反作用力比为将轧机的反作用力值除以相同累积截面收缩率且轧制温度为９５０℃时的反作用力值而得到的值。

【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：上田正治，关和典，佐藤琢也，山本刚士，
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]