[发明专利]耐磨性及韧性优良的珠光体系钢轨

说明书

技术领域

本发明涉及海外货运铁路使用的钢轨中以同时提高头部的耐磨性和韧性为目的的珠光体系钢轨。

本申请基于2008年10月31日在日本提出申请的特愿2008-281847号并主张其优先权，这里引用其内容。

背景技术

随着经济的发展一直在进行煤炭等天然资源的新的开发。具体而言，对以前未开发的自然环境严酷的地区的开采一直在进行。随之，在运送资源的海外货运铁路中，轨道环境非常严酷。对于钢轨，以前除了以上的耐磨性，还要求在寒冷地区的韧性等。从这样的背景出发，要求开发具有现用的高强度钢轨以上的耐磨性和高韧性的钢轨。

一般认为对于提高珠光体钢的韧性，珠光体组织的微细化，具体而言珠光体相变前的奥氏体组织的细粒化、或珠光体块尺寸的微细化是有效的。为实现奥氏体组织的细粒化，在热轧时减低轧制温度、增加压下量、以及在钢轨轧制后利用低温再加热进行热处理。此外，为了谋求珠光体组织的微细化，进行了利用相变核从奥氏体晶粒内促进珠光体相变等。

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、压下量的增加具有界限，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的珠光体相变，存在相变核的量难以控制及从晶粒内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。

从上述诸问题出发，为了从根本上改善珠光体组织的钢轨的韧性，采用在钢轨轧制后进行低温再加热，然后通过加速冷却使珠光体相变，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，在上述低温再加热热处理时，在奥氏体晶粒内熔化残留粗大的碳化物，存在加速冷却后的珠光体组织的延展性及韧性降低的问题。此外，由于进行再加热，因此还存在制造成本高、生产率也低等经济性的问题。

因而，要求开发可确保轧制时的成形性、使轧制后的珠光体组织微细化的高碳钢钢轨的制造方法。为了解决此问题，开发出如下述所示的高碳钢钢轨的制造方法。这些钢轨的主要特征是，为了使珠光体组织微细化，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。由此，通过小压下的连续轧制得到经整粒的微细粒，从而提高珠光体钢的延展性及韧性(例如参照专利文献1、2、3)。

在专利文献1中，公开了在含有高碳的钢轨的精轧中，通过在规定的轧制道次间时间内进行连续3道次以上的轧制，能够提供高延展性的钢轨。

此外在专利文献2中，公开了在含有高碳的钢轨的精轧中，通过在规定的道次间时间内进行连续2道次以上的轧制，并且在进行了连续轧制后，在轧制后进行加速冷却，能够提供高耐磨性、高韧性的钢轨。

另外在专利文献3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，在进行了连续轧制后，在轧制后进行加速冷却，能够提供高耐磨性、高韧性的钢轨。

可是，在专利文献1～3中的公开技术中，通过连续热轧时的温度、轧制道次数及道次间时间的组合，谋求某一水平的奥氏体组织的微细化，虽然发现韧性有少许提高，但是对于以存在于钢中的夹杂物为起点的破坏没有发现其效果，存在不能根本上提高韧性的问题。

另外，在高碳钢中奥氏体组织的晶粒生长快。因此，通过轧制而微细化的奥氏体组织在轧制后晶粒生长，存在即使进行加速冷却，也不能提高热处理后的钢轨的韧性的问题。

因而，为了抑制钢轨的代表性的夹杂物即MnS及Al₂O₃的生成，研究了添加Ca、降低氧及降低Al。这些制造方法的特征在于，在铁水的预处理中，通过添加Ca使MnS成为CaS而无害化，进而应用添加脱氧元素及真空处理，使氧尽量降低，从而减少钢水中的夹杂物，对这些技术进行了研究(例如参照专利文献4、5、6)。

在专利文献4的技术中，提出了通过使Ca添加量适当化、以CaS固定S的方法，从而降低MnS系伸长夹杂物的高碳硅镇静高净化钢水的制造方法。该技术是将凝固过程中偏析浓化的S与同样偏析浓化的Ca或钢水中生成的硅酸钙反应，逐次将S作为CaS固定，因此抑制MnS伸长夹杂物的生成。

在专利文献5的技术中，提出了降低MnO夹杂物，从而降低由MnO析出的MnS伸长夹杂物的高碳高净化钢水的制造方法。在该技术中，在用大气精炼炉熔炼后，在以未脱氧或弱脱氧状态出钢后，通过真空度为1Torr以下的真空处理使溶解氧在30ppm以下。接着，添加Al、Si，然后添加Mn。通过以上工序使成为在最终凝固部结晶析出的MnS的晶核的2次脱氧生成物的数量减少，且使氧化物中的MnO浓度降低。由此，抑制MnS的结晶析出。