[发明专利]钢轨的制造方法和制造装置

说明书

技术领域

本发明涉及对奥氏体区温度以上的高温钢轨的至少头部进行强制冷却的钢轨的制造方法和制造装置。

背景技术

通常，在铁路用等钢轨的制造过程中，将钢材料加热，在奥氏体区温度以上热轧成规定的形状后，或者再加热至奥氏体区温度以上后，为了确保钢轨头部所要求的硬度等所期望的品质，要进行强制冷却。强制冷却通过一边控制温度历程一边对钢轨喷射冷却介质(空气、水、喷雾等)以使钢轨头部的温度达到350℃～450℃左右为止来进行，使钢轨头部为微细的珠光体组织，能够得到耐磨耗性和韧性提高的高硬度的钢轨。例如，如煤炭等天然资源开采场等中的铁路输送那样，在载重量比客车等更重的苛刻的钢轨使用环境下，钢轨的磨耗剧烈，钢轨的使用寿命短，因而特别要求其耐磨耗性和韧性的提高。

此处，贝氏体的耐磨耗性低，马氏体的韧性低。因此，为了同时实现高耐磨耗性和高韧性，需要防止上述强制冷却时发生的钢轨头部的贝氏体相变和马氏体相变，使钢轨头部整体稳定地形成珠光体组织。此外，对珠光体来说，片层间距越微细则耐磨耗性和韧性越高，因而片层间距的微细化也很重要。

另外，强制冷却中的冷却速度会对强制冷却时向贝氏体或马氏体的相变产生影响。特别是，若在强制冷却中的全部时间使冷却速度为3℃/秒以上，则向贝氏体或马氏体相变的可能性高。作为用于解决这种问题的技术，例如专利文献1中公开了下述技术：在开始珠光体相变之前使头表面的冷却速度为1℃/秒～10℃/秒，使至表面下20mm以上的区域的珠光体相变结束为止的头表面的冷却速度为2℃/秒～20℃/秒。另外，专利文献2中公开了下述技术：以4℃/秒～15℃/秒的冷却速度从750℃以上的温度区域至600℃～450℃为止实施第1强制冷却，之后暂时停止强制冷却而进行升温，从而结束珠光体相变，之后以0.5℃/秒～2.0℃/秒的冷却速度实施第2强制冷却至400℃，由此抑制珠光体的回火。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第3731934号公报

专利文献2：日本专利第4938158号公报

发明内容

发明要解决的课题

上述专利文献1的技术中，使钢轨头部表层的相变开始后的冷却速度为2℃/秒以上。但是，根据本发明发明人的研究，在冷却速度为2℃/秒以上的情况下，表层的珠光体相变未完成，一部分相变为贝氏体，存在耐磨耗性降低的问题。

另外，专利文献2的技术中，由于暂时停止强制冷却，因而冷却至目标冷却停止温度所需要的时间增加。此外，通过停止强制冷却，钢轨头部的表面温度大幅上升，结果会引起钢轨头部的中心部的冷却速度降低，还具有在中心部无法得到充分的硬度的问题。

此外，专利文献2的技术中，以4℃/秒～15℃/秒的冷却速度实施了第1强制冷却至600℃～450℃为止，但根据本发明发明人的研究，冷却速度为4℃/秒～15℃/秒的情况下，根据钢轨成分的不同，表层的一部分有时会发生马氏体相变或贝氏体相变。在表层的一部分发生马氏体相变的情况下，硬度上升，但延展性丧失。另外，表层的一部分发生贝氏体相变的情况下，硬度和耐磨耗性降低。

另外，上述专利文献2的技术中，以0.5℃/秒～2.0℃/秒的冷却速度实施了第2强制冷却。但是，根据本发明发明人的研究，冷却速度为0.5℃/秒～2.0℃/秒的情况下，根据钢轨成分的不同，有时会发生珠光体的回火，硬度降低。

本发明是为了解决上述课题而进行的，其目的在于提供一种钢轨的制造方法和制造装置，其中，不增加冷却时间，表层为高硬度的珠光体组织，从钢轨的头部表面至中心部的整个头部能够得到高硬度。

用于解决课题的方案

为了解决上述课题、达到目的，本发明的钢轨的制造方法是对高温钢轨的至少头部进行强制冷却的钢轨的制造方法，上述高温钢轨以奥氏体区温度以上进行了热轧或者被加热至奥氏体区温度以上，其特征在于，上述强制冷却开始后的10秒内，按照上述头部表面的冷却速度为1℃/秒以上20℃/秒以下的方式进行上述强制冷却，上述强制冷却开始后经过10秒后至上述头部表面开始发生相变放热为止的期间，按照上述头部表面的冷却速度为1℃/秒以上5℃/秒以下的方式进行上述强制冷却，将上述相变放热开始至相变放热结束为止的期间作为相变中，该相变中，按照上述头部表面的冷却速度小于1℃/秒或升温速度为5℃/秒以下的方式进行上述强制冷却，上述相变放热结束后至上述头部表面的温度达到450℃以下为止的期间，按照上述头部表面的冷却速度为1℃/秒以上20℃/秒以下的方式进行上述强制冷却。