BR112016022007B1 - rail and manufacturing method - Google Patents

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Tatsumi Kimura
Yukio Takashima
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Jfe Steel Corporation
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Abstract

TRILHO E MÉTODO DE FABRICAÇÃO DO MESMO A presente invenção provê um trilho que exibe excelente resistência ao desgaste e variação reduzida de dureza no sentido do comprimento de um trilho. O trilho possui uma composição química que contém 0,60% a 1,0% de C, 0,1% a 1,5% de Si, 0,01% a 1,5% de Mn, 0,035% ou menos de P, 0,030% ou menos de S e 0,1% a 2,0% de Cr, sendo o restante o restante Fe e eventuais impurezas. A dureza superficial do trilho exibe variação igual ou inferior a (Mais ou menos) 15 pontos HB no sentido do comprimento do trilho.RAIL AND MANUFACTURING METHOD The present invention provides a rail that exhibits excellent wear resistance and reduced hardness variation along the length of a rail. The rail has a chemical composition that contains 0.60% to 1.0% C, 0.1% to 1.5% Si, 0.01% to 1.5% Mn, 0.035% or less P , 0.030% or less of S and 0.1% to 2.0% of Cr, with the remainder being Fe and any impurities. The surface hardness of the rail exhibits variation equal to or less than (More or less) 15 HB points along the length of the rail.

Description

CAMPO DA TÉCNICAFIELD OF TECHNIQUE

[001]A presente invenção refere-se a um trilho, especialmente um trilho ten-do alta dureza e pequena variação de dureza, e também a um método de fabricação do trilho.[001] The present invention relates to a rail, especially a rail having high hardness and small hardness variation, and also to a method of manufacturing the rail.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃOFUNDAMENTALS OF THE INVENTION

[002] Nos vagões de carga, utilizados em ferrovias para o transporte de car-gas e de minérios, o peso da carga tende a ser mais elevado do que nos vagões de passageiros, o que resulta em cargas pesadas atuando sobre os eixos dos vagões de carga e um ambiente de contato intenso entre as rodas do vagão de carga e os trilhos. Sob essas condições, espera-se que os trilhos exibam resistência ao desgas-te e estes são feitos convencionalmente de aço com estrutura de perlita.[002] In freight cars, used on railways to transport cargo and ore, the weight of the cargo tends to be higher than in passenger cars, which results in heavy loads acting on the axles of the cars and an environment of intense contact between the freight car wheels and the rails. Under these conditions, the rails are expected to exhibit wear resistance and these are conventionally made of perlite frame steel.

[003] Nos últimos anos, a tendência tem sido pesos de carga e de minerais ainda mais elevados, e assim por diante, a fim de melhorar a eficiência do transporte ferroviário, o que aumentou mais ainda o desgaste e diminuiu a vida útil dos trilhos. Dessa forma, procura-se melhorar a resistência ao desgaste dos trilhos a fim de pro-longar a sua vida útil, tendo sido propostos inúmeros trilhos de dureza elevada nos quais a dureza do trilho é reforçada.[003] In recent years, the trend has been even higher load and mineral weights, and so on, in order to improve the efficiency of rail transport, which further increased wear and shortened the life of the rails. . In this way, it seeks to improve the wear resistance of the rails in order to prolong their useful life, having been proposed numerous rails of high hardness in which the hardness of the rail is reinforced.

[004] Por exemplo, PTL 1, PTL 2, PTL 3 e PTL 4 revelam, cada um, um trilho hipereutetoide com teor aumentado de cementita e um método de fabricação desse trilho. Além disso, PTL 5, PTL 6 e PTL 7 descrevem, cada um, uma técnica na qual a dureza é aumentada refinando o espaçamento lamelar de uma estrutura de perlita no aço com teor de carbono no nível da composição eutetoide.[004] For example, PTL 1, PTL 2, PTL 3 and PTL 4 each reveal a hypereutectoid rail with increased cementite content and a method of fabrication of that rail. In addition, PTL 5, PTL 6 and PTL 7 each describe a technique in which hardness is increased by refining the lamellar spacing of a perlite structure in steel with carbon content at the level of the eutetoid composition.

[005] Em relação a um método de fabricação de trilho, PTL 8 propõe um mé-todo para fabricação um trilho de alta dureza dispondo de resistência à fadiga na região interna d parte superior do boleto (head). Na laminação de uma placa de aço para trilhos por esse método, a laminação de acabamento é realizada a uma tempe- ratura na superfície do boleto entre 850 °C e 1050 °C para finalizar o acabamento, e depois de um intervalo de tempo entre passes de no mínimo 3 segundos e no máxi-mo 1 minuto, realiza-se um passe ou uma pluralidade de passos para laminação do acabamento final a uma temperatura na superfície do boleto entre 800 °C e 950 °C e com uma redução na laminação de 10% ou menos por passo. Depois disso, inicia-se o resfriamento acelerado, a uma taxa de resfriamento de 2 °C/s a 4°C/s por 0,1 se-gundo até 10 segundos, a fim de arrefecer a temperatura em menos de 5 mm da superfície do boleto e canto do trilho para a temperatura de transformação Ar1 ou mais baixa, e o resfriamento prossegue a uma taxa máxima de resfriamento superfi-cial pelo menos de 4 °C/s e no máximo de 30 °C/s.[005] In relation to a rail manufacturing method, PTL 8 proposes a method for manufacturing a high hardness rail having fatigue resistance in the internal region of the upper part of the billet (head). When rolling a steel rail plate by this method, the finish rolling is carried out at a temperature on the billet surface between 850 °C and 1050 °C to finish the finish, and after a time interval between passes of at least 3 seconds and at most 1 minute, one pass or a plurality of steps is carried out for lamination of the final finish at a temperature on the billet surface between 800 °C and 950 °C and with a reduction in the lamination of 10% or less per step. After that, accelerated cooling begins, at a cooling rate of 2 °C/s to 4 °C/s for 0.1 second to 10 seconds, in order to cool the temperature in less than 5 mm from the surface from the billet and corner of the rail to the transformation temperature Ar1 or lower, and cooling proceeds at a maximum surface cooling rate of at least 4 °C/s and at maximum 30 °C/s.

[006] PTL 9 descreve um método para fabricar um trilho com alta tenacidade que exibe uma estrutura metálica de perlita. Nesse método, após a laminação áspera de uma placa de aço de baixa liga ou aço de carbono, contendo 0,60% a 1,00% de C, para forma de trilho, a laminação contínua de acabamento é realizada por três ou mais passos de laminação a uma temperatura na superfície do trilho de 850 °C a 1000 °C com redução pela laminação de uma área transversal de 5% a 30% por passo e 10 segundos ou menos entre os passos da laminação e, depois, o trilho é deixado resfriar ou é resfriado de 700 °C ou mais para uma temperatura em uma faixa de 500 °C a 700°C a uma taxa de 2 °C/s a 15 °C/s.[006] PTL 9 describes a method for fabricating a rail with high tenacity that exhibits a perlite metallic structure. In this method, after rough rolling of a plate of low alloy steel or carbon steel, containing 0.60% to 1.00% C, for rail form, the continuous finishing roll is performed by three or more steps. of lamination at a rail surface temperature of 850 °C to 1000 °C with rolling reduction of a cross-sectional area of 5% to 30% per step and 10 seconds or less between rolling steps and then the rail is allowed to cool or is cooled from 700 °C or more to a temperature in a range of 500 °C to 700 °C at a rate of 2 °C/s to 15 °C/s.

[007]Além disso, PTL 10 descreve um método para fabricar um trilho de per- lita dispondo de resistência superior ao desgaste e ductilidade, no qual pelo menos laminação áspera e laminação de acabamento são realizadas em uma placa de aço, para laminação de trilhos, que contém, em % em massa, 0,65% a 1,20% de C, 0,05% a 2,00% de Si e 0,05% a 2,00% de Mn, sendo o restante Fe e eventuais impurezas. Na laminação de acabamento, a laminação é realizada a uma temperatura superficial no boleto do trilho de no máximo 900 °C e no mínimo o ponto de trans-formação Ar3 ou o ponto de transformação Arcm, uma taxa de redução acumulada em área do boleto igual ou superior a 20% e com uma razão da força de reação igual ou superior a 1,25, que é um valor obtido dividindo um valor da força de reação do rolete por um valor da força de reação para a mesma taxa de redução acumulada em área e temperatura de laminação de 950 °C. Depois da laminação de acabamento, a superfície do boleto é resfriada para 550 °C ou menos a uma taxa de resfriamento de 2 °C/s a 30 °C/s por resfriamento acelerado ou resfriamento natural.[007] In addition, PTL 10 describes a method for fabricating a pearlite rail having superior wear resistance and ductility, in which at least rough lamination and finish lamination are performed on a steel plate, for rail lamination , which contains, in % by mass, 0.65% to 1.20% of C, 0.05% to 2.00% of Si and 0.05% to 2.00% of Mn, the remainder being Fe and any impurities. In finish lamination, lamination is carried out at a surface temperature in the rail billet of at most 900 °C and at least the Ar3 transformation point or the Arcm transformation point, an accumulated reduction rate in equal billet area or greater than 20% and with a reaction force ratio equal to or greater than 1.25, which is a value obtained by dividing a roller reaction force value by a reaction force value for the same accumulated reduction rate in rolling area and temperature of 950 °C. After finish lamination, the billet surface is cooled to 550 °C or less at a cooling rate of 2 °C/sec to 30 °C/sec by accelerated cooling or natural cooling.

[008] Espera-se que os trilhos utilizados em ferrovias de altas cargas por ei-xo, cujos principais exemplos são sistemas ferroviários para o transporte de carga e de minérios, disponham de resistência superior ao desgaste a fim de melhorar a du-rabilidade dos trilhos e, em resposta, têm sido apresentadas várias propostas para trilhos com enfoque em aumentar a dureza.[008] It is expected that the rails used in high axle load railways, whose main examples are rail systems for the transport of cargo and ore, are expected to have superior wear resistance in order to improve the durability of the rails and, in response, several rail proposals have been put forward with a focus on increasing hardness.

Lista de citaçõesList of quotes Literatura de patentepatent literature

[009] PTL 1: JP 4272385 B PTL 2: JP 3078461 B PTL 3: JP 3081116 B PTL 4: JP 3513427 B PTL 5: JP 4390004 B PTL 6: JP 2009-108396 A PTL 7: JP 2009-235515 A PTL 8: JP 3423811 B PTL 9: JP 3113137 B PTL 10: JP 2008-50687 A[009] PTL 1: JP 4272385 B PTL 2: JP 3078461 B PTL 3: JP 3081116 B PTL 4: JP 3513427 B PTL 5: JP 4390004 B PTL 6: JP 2009-108396 A PTL 7: JP 2009-235515 A PTL 8: JP 3423811 B PTL 9: JP 3113137 B PTL 10: JP 2008-50687 A

SUMÁRIO DA INVENÇÃOSUMMARY OF THE INVENTION Problema da TécnicaTechnique Problem

[010] Um trilho é fabricado laminando a quente uma matéria-prima de aço para que seu comprimento seja igual ou superior a 100 m, e a dureza do trilho, no sen- tido do comprimento do trilho, varia dependendo do método de fabricação. Conse-quentemente, o trilho, quando colocado, pode sofrer desgaste desigual e, assim, ser incapaz de demonstrar suficientemente seus efeitos. Embora seja extremamente importante, portanto, reduzir a variação de dureza no sentido longitudinal da lamina- ção, o documento PTL 1-10 não faz menção a essa variação de dureza.[010] A rail is manufactured by hot rolling a steel raw material so that its length is equal to or greater than 100 m, and the hardness of the rail, in the sense of the rail length, varies depending on the manufacturing method. Consequently, the rail, when placed, may suffer uneven wear and thus be unable to sufficiently demonstrate its effects. Although it is extremely important, therefore, to reduce the hardness variation in the longitudinal direction of the rolling, document PTL 1-10 makes no mention of this hardness variation.

[011] Em consideração ao precedente, a presente invenção tem por objetivo prover um trilho que exiba excelente resistência ao desgaste e variação reduzida de dureza no sentido do comprimento do trilho, e também um método de fabricação do trilho.[011] In consideration of the foregoing, the present invention aims to provide a rail that exhibits excellent wear resistance and reduced variation in hardness along the length of the rail, and also a method of manufacturing the rail.

Solução da TécnicaTechnique Solution

[012]Os inventores prepararam corpos de amostra como amostras de mate-riais de aço com estruturas de perlita correspondentes a trilhos de dureza diferente, e conduziram um ensaio de desgaste nos corpos de prova a fim de investigar uma relação entre dureza e desgaste. Os resultados da investigação são mostrados na Figura 1.[012] The inventors prepared sample bodies as samples of steel materials with pearlite structures corresponding to rails of different hardness, and conducted a wear test on the specimens in order to investigate a relationship between hardness and wear. The investigation results are shown in Figure 1.

[013]O ensaio de desgaste é um estudo comparativo no qual as reais condi-ções de contato entre um trilho de aço perlítico e uma roda foram simuladas utilizan-do um aparelho para ensaio de desgaste do tipo Nishihara que possibilita avaliar a resistência ao desgaste em curto período de tempo. O ensaio foi conduzido como ilustrado na Figura 2, girando um corpo de prova 1 de desgaste do tipo Nishihara, com 30 mm de diâmetro externo, retirado como amostra de um boleto, em contato com um corpo de prova 2 de pneu. As setas na Figura 2 indicam os sentidos de ro-tação do corpo de prova 1 do tipo Nishihara e o corpo de prova 2 de pneu, respecti-vamente. O corpo de prova de pneu foi obtido por amostragem em uma barra redon-da de 32 mm de diâmetro de um boleto normal estipulado pela norma JIS E1101, submetendo a barra redonda ao tratamento térmico de modo que tenha uma estrutu-ra de martensita temperada e dureza Brinell (carga Brinell de 29,4 kN) de 370 HB e, subsequentemente, processando a barra redonda para que assumisse a forma ilus-trada na Figura 2. Os corpos de prova 1 de desgaste do tipo Nishihara foram retirados de dois locais em um boleto 3 como ilustrado na Figura 3. Um corpo de prova retirado de uma camada superficial do boleto 3 é indicado como corpo de prova 1a de desgaste do tipo Nishihara, e um corpo de prova retirado de uma parte interna do boleto 3 é identificado como corpo de prova 1b de desgaste do tipo Nishihara. O centro, em sentido longitudinal, do corpo de prova 1b de desgaste do tipo Nishihara retirado da parte interna do boleto 3, está situado a uma profundidade de 24 mm a 26 mm (valor médio: 25 mm) desde uma superfície superior do boleto 3. O ensaio foi conduzido em condições de ambiente seco, e o desgaste foi medido após 1,8 x105 rotações sob condições de uma pressão de contato de 1,2 GPa, taxa de escorrega-mento ou derrapagem (slip ratio) de -10% e velocidade de rotação de 750 rpm (corpo de prova de pneu: 750 rpm). O desgaste foi calculado a partir da diferença na massa do corpo de prova, medida antes e depois do ensaio.[013] The wear test is a comparative study in which the actual contact conditions between a pearlitic steel rail and a wheel were simulated using a Nishihara-type wear test device that makes it possible to assess the wear resistance in a short period of time. The test was conducted as illustrated in Figure 2, rotating a Nishihara-type wear specimen 1, 30 mm in outer diameter, taken as a sample of a billet, in contact with a tire specimen 2 . The arrows in Figure 2 indicate the rotation directions of Nishihara type specimen 1 and tire specimen 2, respectively. The tire specimen was obtained by sampling on a round bar 32 mm in diameter from a normal billet stipulated by standard JIS E1101, subjecting the round bar to heat treatment so that it has a tempered martensite structure and Brinell hardness (Brinell load 29.4 kN) of 370 HB and subsequently processing the round bar to assume the shape illustrated in Figure 2. Nishihara-type wear specimens 1 were taken from two locations in a billet 3 as illustrated in Figure 3. A specimen taken from a surface layer of billet 3 is denoted as Nishihara wear specimen 1a, and a specimen taken from an inner part of billet 3 is denoted as Nishihara type wear specimen 1b. The center, in the longitudinal direction, of the Nishihara-type wear specimen 1b taken from the inside of the billet 3, is located at a depth of 24 mm to 26 mm (average value: 25 mm) from an upper surface of the billet 3 The test was conducted under dry environment conditions, and the wear was measured after 1.8 x 105 rotations under conditions of a contact pressure of 1.2 GPa, slip ratio of -10% and rotation speed of 750 rpm (tire test piece: 750 rpm). Wear was calculated from the difference in the mass of the specimen, measured before and after the test.

[014]Como ilustrado na Figura 1, a resistência ao desgaste aumenta à medi-da que a dureza cresce. Por exemplo, a resistência ao desgaste de um trilho com dureza igual ou superior a 400 HB pode ser melhorada em 15% quando comparado a um trilho submetido ao tratamento térmico comum (370 HB). Contudo, se a dureza exibir grande quantidade de variação no sentido do comprimento do trilho, surge uma diferença no comportamento de desgaste para parte duras e partes moles. Por exemplo, em uma situação na qual a dureza em pontos é de 415 HB e exibe variação igual ou inferior a ±15 (ou seja, a dureza varia dentro de uma faixa de no mínimo 400 HB a no máximo 430 HB), o desgaste muda de 0,37 g para 0,3 g e, dessa forma, exibe variação igual ou inferior a 20%. Por outro lado, em uma situação na qual a dureza em pontos é de 415 HB e exibe variação igual a ±30 (ou seja, a dureza varia em uma faixa de no mínimo 385 HB a no máximo 445 HB), o desgaste muda de 0,40 g para 0,27 g e, dessa forma, exibe variação de 33%. Levando em considera- ção o precedente, reduzir a variação da dureza no sentido longitudinal de um trilho em acompanhamento a aumentar a dureza do trilho possibilita que o trilho se des-gaste uniformemente e contribui para melhorar a sua vida útil. É preferível que o desgaste seja tão uniforme quanto possível, no sentido do comprimento, pois o des-gaste prossegue devido ao contato entre o trilho e as rodas durante o uso. Levando em conta os resultados do ensaio descrito acima, a variação da dureza no sentido do comprimento do trilho é de preferência de um nível tal que a variação do desgaste é igual ou inferior a 20%. Os inventores descobriram que a variação na dureza superficial igual ou inferior a ±15 HB assegura resistência superior ao desgaste ao longo do sentido do comprimento e contribui para melhorar a vida útil do trilho. Essa descoberta levou a presente invenção.[014]As illustrated in Figure 1, wear resistance increases as hardness increases. For example, the wear resistance of a rail with a hardness equal to or greater than 400 HB can be improved by 15% when compared to a rail subjected to common heat treatment (370 HB). However, if the hardness exhibits a large amount of variation along the length of the rail, a difference in wear behavior for hard and soft parts arises. For example, in a situation where the hardness in spots is 415 HB and exhibits a variation equal to or less than ±15 (that is, the hardness varies within a range from a minimum of 400 HB to a maximum of 430 HB), wear changes from 0.37 g to 0.3 g and thus exhibits a variation equal to or less than 20%. On the other hand, in a situation where the hardness in spots is 415 HB and exhibits a variation equal to ±30 (ie, the hardness varies in a range from a minimum of 385 HB to a maximum of 445 HB), the wear changes from 0.40 g to 0.27 g and thus exhibits a variation of 33%. Taking the foregoing into consideration, reducing the hardness variation in the longitudinal direction of an accompanying rail while increasing the hardness of the rail allows the rail to wear evenly and contributes to improving its service life. It is preferable for wear to be as even as possible along the length as wear continues due to contact between the rail and wheels during use. Taking into account the test results described above, the variation in hardness along the length of the track is preferably such that the variation in wear is equal to or less than 20%. The inventors have found that a variation in surface hardness of ±15 HB or less ensures superior wear resistance along the length direction and contributes to improved rail life. This discovery led to the present invention.

[015] Especificamente, os atributos primários da presente invenção são os seguintes:[015] Specifically, the primary attributes of the present invention are as follows:

[016] (1) Um trilho compreendendo uma composição química que contém (consiste), em % em massa: 0,60% a 1,0% de C; 0,1% a 1,5% de Si; 0,01% a 1,5% de Mn; 0,035% ou menos de P; 0,030% ou menos de S; e 0,1% a 2,0% de Cr, sendo o restante Fe e eventuais impurezas, em que a dureza superficial de um boleto do trilho exibe variação de ±15 HB entre os pontos ou menos em um sentido do comprimento do trilho.[016] (1) A rail comprising a chemical composition that contains (consists), in % by mass: 0.60% to 1.0% of C; 0.1% to 1.5% Si; 0.01% to 1.5% Mn; 0.035% or less P; 0.030% or less of S; and 0.1% to 2.0% Cr, with the remainder being Fe and eventual impurities, where the surface hardness of a rail billet exhibits ±15 HB variation between points or less in one direction of the rail length.

[017]Neste relatório descritivo, a variação da dureza superficial no sentido do comprimento do trilho refere-se à diferença entre um valor médio de dureza Brinell da região superior do boleto, calculado a partir de medidas feitas em intervalos de 5 m em um sentido do comprimento da laminação ao longo do comprimento inteiro do trilho (por exemplo, 25 m a 100 m), e o valor de dureza Brinell medido em cada um dos pontos de medição. Em outras palavras, a variação na dureza superficial é igual ou inferior a ±15 HB entre os pontos no sentido do comprimento do trilho significa que, quando um valor médio para dureza Brinell é calculado a partir de todos os va-lores de dureza medidos em intervalos de 5 m (ou seja, valores medidos em 6 pontos no caso de um comprimento total de 25 m, 11 pontos no caso de um comprimento total de 50 m e 21 pontos no caso de um comprimento total de 100 m), a diferença máxima em dureza Brinell entre o valor médio e os valores para os pontos de medi-ção é igual ou inferior a ±15 pontos. Notar que a dureza Brinell é medida após remo-ver-se 0,5 mm ou mais de uma camada descarbonetada utilizando um desfibrador (grinder) ou semelhantes.[017] In this descriptive report, the variation in surface hardness in the direction of the length of the rail refers to the difference between an average value of Brinell hardness of the upper region of the billet, calculated from measurements made at intervals of 5 m in one direction the length of the roll over the entire length of the rail (eg 25 m to 100 m), and the Brinell hardness value measured at each of the measuring points. In other words, the variation in surface hardness is equal to or less than ±15 HB between points along the length of the rail means that when an average value for Brinell hardness is calculated from all hardness values measured in 5 m intervals (ie measured values at 6 points in the case of a total length of 25 m, 11 points in the case of a total length of 50 m and 21 points in the case of a total length of 100 m), the maximum difference in Brinell hardness between the mean value and the values for the measurement points is equal to or less than ±15 points. Note that Brinell hardness is measured after removing 0.5 mm or more of a decarburized layer using a grinder or similar.

[018] (2) O trilho descrito em (1), em que a composição química contém ain-da, em % em massa, um ou mais entre: 1,0% ou menos de Cu; 0,5% ou menos de Ni; 0,5% ou menos de Mo; e 0,15% ou menos de V.[018] (2) The trail described in (1), in which the chemical composition still contains, in % by mass, one or more of: 1.0% or less of Cu; 0.5% or less Ni; 0.5% or less Mo; and 0.15% or less of V.

[019] (3) O trilho descrito em (1) ou (2), em que a dureza superficial do boleto do trilho é igual ou superior a 400 HB.[019] (3) The rail described in (1) or (2), where the surface hardness of the rail billet is equal to or greater than 400 HB.

[020] (4) O trilho descrito em qualquer um de (1) a (3), em que a variação da dureza superficial é igual ou inferior a ±10 HB entre os pontos.[020] (4) The rail described in any one of (1) to (3), where the variation in surface hardness is equal to or less than ±10 HB between points.

[021] (5) Um método de fabricação de trilhos que compreende: aquecer até 1200 °C ou mais uma matéria-prima de aço tendo uma compo-sição química que contém (consiste), em % em massa: 0,60% a 1,0% de C, 0,1% a 1,5% de Si, 0,01% a 1,5% de Mn, 0,035% ou menos de P, 0,030% ou menos de S e 0,1% a 2,0% de Cr, sendo o restante Fe e eventuais impurezas; laminar a quente a matéria-prima de aço após o aquecimento, sendo a lami- nação a quente realizada de tal modo que a laminação, no sentido do comprimento de um trilho, em uma região cuja temperatura não é superior a 1000 °C, é realizada ao longo de uma pluralidade de passos com intervalo de tempo entre os passos exi-bindo uma variação igual ou inferior a 15 segundos no sentido do comprimento do trilho, uma taxa de redução acumulada da área igual ou superior a 40% para uma parte que forma um boleto e uma temperatura de acabamento final igual ou superior a 900 °C; e resfriar o boleto do trilho após a laminação a quente, desde uma temperatura de início do resfriamento igual ou superior a 800°C até uma temperatura de final do resfriamento igual ou inferior a 600 °C a uma taxa de resfriamento de 1 °C/s a 10 °C/s.[021] (5) A rail manufacturing method comprising: heating to 1200 °C or more a steel raw material having a chemical composition containing (consists), in % by mass: 0.60% a 1.0% C, 0.1% to 1.5% Si, 0.01% to 1.5% Mn, 0.035% or less P, 0.030% or less S and 0.1% to 2.0% Cr, with the remainder being Fe and any impurities; hot rolling the raw steel material after heating, the hot rolling being carried out in such a way that the rolling, along the length of a rail, in a region whose temperature is not higher than 1000 °C, is performed over a plurality of steps with a time interval between steps showing a variation equal to or less than 15 seconds along the length of the rail, an accumulated area reduction rate equal to or greater than 40% for a part that forms a billet and a final finishing temperature equal to or greater than 900 °C; and cool the rail billet after hot rolling, from a cooling start temperature of 800°C or more to a cooling end temperature of 600°C or less at a cooling rate of 1°C/ at 10 °C/s.

[022](6) O método de fabricação de trilhos descrito em (5), em que a compo-sição química contém ainda, em % em massa, um ou mais entre: 1,0% ou menos de Cu; 0,5% ou menos de Ni; 0,5% ou menos de Mo; e 0,15% ou menos de V.[022](6) The rail manufacturing method described in (5), in which the chemical composition also contains, in % by mass, one or more between: 1.0% or less of Cu; 0.5% or less Ni; 0.5% or less Mo; and 0.15% or less of V.

[023] (7) O método de fabricação de trilhos descrito em (5) ou (6), em que a taxa de resfriamento no resfriamento exibe variação igual ou inferior a ±1 °C/s no sentido de comprimento do trilho.[023] (7) The rail fabrication method described in (5) or (6), where the rate of cooling in the cooling exhibits variation equal to or less than ±1 °C/s in the length direction of the rail.

Efeito vantajosoAdvantageous Effect

[024]A presente invenção permite minimizar a variação de dureza no sentido do comprimento de um trilho, e efetivamente melhora a durabilidade do trilho (pro-longa a vida útil do trilho), especialmente no caso de um trilho que é colocado em ambiente de alta carga no eixo como uma ferrovia de carga pesada ou uma ferrovia de mineração e demonstra, assim, um efeito significativo no uso industrial.[024] The present invention allows to minimize the variation of hardness along the length of a rail, and effectively improves the durability of the rail (prolongs the useful life of the rail), especially in the case of a rail that is placed in an environment of high axle load like a heavy-duty railroad or a mining railroad and thus demonstrates a significant effect on industrial use.

DESCRIÇÃO RESUMIDA DOS DESENHOSBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

[025] Nos desenhos anexos:[025] In the attached drawings:

[026]A Figura 1 é um gráfico ilustrando uma relação entre a dureza e o des-gaste do material do trilho;[026] Figure 1 is a graph illustrating a relationship between the hardness and wear of the rail material;

[027]A Figura 2 ilustra um corpo de prova de desgaste do tipo Nishihara cuja resistência ao desgaste é avaliada, em que (a) é uma vista plana e (b) é uma vista lateral; e[027] Figure 2 illustrates a Nishihara-type wear specimen whose wear resistance is evaluated, in which (a) is a plan view and (b) is a side view; and

[028]A Figura 3 é vista em corte transversal de um boleto ilustrando posições amostradas de corpos de prova de desgaste do tipo Nishihara.[028] Figure 3 is a cross-sectional view of a billet illustrating sampled positions of Nishihara wear specimens.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃODETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

[029] Primeiramente, serão explicadas as razões para as limitações sobre cada componente na composição química de um trilho. Quando os componentes são expressos em “%”, isso se refere a “% em massa” a menos que especificado de outra forma.[029] First, the reasons for the limitations on each component in the chemical composition of a rail will be explained. When components are expressed as “%”, this refers to “% by mass” unless otherwise specified.

[030]C: 0,60% a 1,0%[030]C: 0.60% to 1.0%

[031]C é um elemento importante em um trilho perlítico para formar cementi-te, aumentar a dureza e a resistência e melhorar a resistência ao desgaste. No en-tanto, esses efeitos são pequenos quando o teor de C é inferior a 0,60% e, portanto, o limite inferior para o teor de C é 0,60%. Por outro lado, embora se espere que um aumento no teor de C e, assim, um aumento no teor de cementite, eleve a dureza e a resistência, um aumento no teor de C também diminuiu a ductilidade. Além disso, um aumento no teor de C amplia a faixa de temperatura Y + θ e promove o amoleci- mento de uma zona afetada pelo calor. Levando em conta essas influências, o limite superior para o teor de C é 1,0%. O teor de C situa-se de preferência em uma faixa entre 0,73% e 0,85%.[031]C is an important element in a pearlitic rail to form cementi-ite, increase hardness and strength, and improve wear resistance. However, these effects are small when the C content is less than 0.60% and therefore the lower limit for the C content is 0.60%. On the other hand, although an increase in C content, and thus an increase in cementite content, is expected to increase hardness and strength, an increase in C content also decreases ductility. Furthermore, an increase in the C content widens the temperature range Y + θ and promotes the softening of a zone affected by heat. Taking these influences into account, the upper limit for the C content is 1.0%. The C content is preferably in a range between 0.73% and 0.85%.

[032]Si: 0,1% a 1,5%[032]Si: 0.1% to 1.5%

[033]Si é adicionado ao material do trilho como material desoxidante e a fim de elevar a temperatura de transformação no equilíbrio (TE) e reforçar a estrutura de perlita (aumenta a dureza ao refinar a estrutura lamelar). No entanto, esses efeitos são pequenos quando o teor de Si é inferior a 0,1%. Por outro lado, um aumento no teor de Si promove a descarbonização e a formação de defeitos na superfície do trilho. Portanto, o limite superior para o teor de Si é 1,5%. O teor de Si situa-se de preferência em uma faixa entre 0,5% e 1,3%.[033]Si is added to the rail material as a deoxidizing material and in order to raise the equilibrium transformation temperature (TE) and strengthen the perlite structure (increases the hardness by refining the lamellar structure). However, these effects are small when the Si content is less than 0.1%. On the other hand, an increase in Si content promotes decarbonization and the formation of defects on the rail surface. Therefore, the upper limit for the Si content is 1.5%. The Si content is preferably in a range between 0.5% and 1.3%.

[034]Mn: 0,01% a 1,5%[034]Mn: 0.01% to 1.5%

[035]Mn tem como efeito reduzir a temperatura real de transformação em perlita e estreitar o espaçamento lamelar da perlita, e constitui um elemento eficaz para alcançar alta dureza. No entanto, esses efeitos são pequenos quando o teor de Mn é inferior a 0,01%. Por outro lado, adicionar mais de 1,5% de Mn para melhorar a capacidade de endurecimento facilita a transformação para bainita ou martensita. Portanto, o limite superior para o teor de Mn é 1,5%. O teor de Mn situa-se de prefe-rência em uma faixa entre 0,3% e 1,2%.[035]Mn has the effect of reducing the actual temperature of transformation into perlite and narrowing the lamellar spacing of the perlite, and is an effective element to achieve high hardness. However, these effects are small when the Mn content is less than 0.01%. On the other hand, adding more than 1.5% Mn to improve hardenability facilitates transformation to bainite or martensite. Therefore, the upper limit for the Mn content is 1.5%. The Mn content is preferably in a range between 0.3% and 1.2%.

[036] P: 0,035% ou menos[036] P: 0.035% or less

[037]O teor de P superior a 0,035% diminui a tenacidade e ductilidade. Por-tanto, o limite superior para o teor de P é 0,035%. Uma faixa preferível para o teor de P possui limite superior de 0,0025%. Por outro lado, levando em consideração o maior custo de fabricação do aço quando se realizam refinamento especial ou pro-cedimentos semelhantes, o limite inferior para o teor de P é de preferência 0,001%.[037]P content greater than 0.035% decreases the toughness and ductility. Therefore, the upper limit for the P content is 0.035%. A preferable range for P content has an upper limit of 0.0025%. On the other hand, taking into account the higher cost of manufacturing steel when special refining or similar procedures are carried out, the lower limit for the P content is preferably 0.001%.

[038]S: 0,030% ou menos[038]S: 0.030% or less

[039]S forma MnS com granulação grosseira estendendo-se no sentido da laminação e diminui a ductilidade e a tenacidade. Portanto, o limite superior para o teor de S é 0,030%. Por outro lado, restringir o teor de S para menos de 0,0005% requer um aumento significativo no custo de fabricação do aço, o qual se deve, por exemplo, a um grande aumento no tempo do processo de fabricação do aço. Portanto, o limite inferior para o teor de S é de preferência 0,0005%. O teor de S é de preferência entre 0,001% e 0,015%.[039]S forms MnS with coarse grain extending towards the lamination and decreases ductility and toughness. Therefore, the upper limit for the S content is 0.030%. On the other hand, restricting the S content to less than 0.0005% requires a significant increase in the cost of steelmaking, which is due, for example, to a large increase in the time of the steelmaking process. Therefore, the lower limit for the S content is preferably 0.0005%. The S content is preferably between 0.001% and 0.015%.

[040]Cr: 0,1% a 2,0%[040]Cr: 0.1% to 2.0%

[041]Cr eleva a temperatura de transformação no equilíbrio (TE), contribui para o refinamento do espaçamento lamelar da perlita e aumenta a dureza e a resis-tência. Para que tais efeitos sejam obtidos, é necessário adicionar 0,2% ou mais de Cr. Por outro lado, adicionar mais de 2,0% de Cr aumenta a ocorrência de defeitos na soldagem enquanto também aumentando a capacidade de endurecimento e promovendo a formação de martensita. Portanto, o limite superior para o teor de Cr é 2,0%. O teor de Cr situa-se mais preferivelmente em uma faixa entre 0,26% e 1,00%.[041]Cr raises the equilibrium transformation temperature (TE), contributes to the refinement of pearlite lamellar spacing and increases hardness and strength. For such effects to be obtained, it is necessary to add 0.2% or more of Cr. On the other hand, adding more than 2.0% Cr increases the occurrence of defects in the weld while also increasing the hardenability and promoting the formation of martensite. Therefore, the upper limit for the Cr content is 2.0%. The Cr content is more preferably in a range between 0.26% and 1.00%.

[042]Além dos componentes químicos descritos acima, podem ser adiciona-dos um ou mais entre os seguintes: 1,0% ou menos de Cu, 0,5% ou menos de Ni, 0,5% ou menos de Mo e 0,15% ou menos de V.[042] In addition to the chemical components described above, one or more of the following may be added: 1.0% or less of Cu, 0.5% or less of Ni, 0.5% or less of Mo and 0 .15% or less of V.

[043]Cu: 1,0% ou menos[043]Cu: 1.0% or less

[044]Cu é um elemento que pode proporcionar dureza ainda mais alta por fortalecimento da solução sólida. Cu também tem como efeito suprimir a descarboni- zação. Para que esses efeitos sejam obtidos, de preferência, adiciona-se 0,01% ou mais de Cu. Por outro lado, adicionar mais de 1,0% de Cu torna mais provável a ocorrência de trincas na superfície durante a fundição ou laminação contínua. Por-tanto, o limite superior para o teor de Cu é de preferência 1,0%. Além do mais, o teor de Cu situa-se mais preferivelmente em uma faixa entre 0,05% e 0,6%.[044]Cu is an element that can provide even higher hardness by strengthening the solid solution. Cu also has the effect of suppressing decarbonization. For these effects to be obtained, preferably, 0.01% or more of Cu is added. On the other hand, adding more than 1.0% Cu makes it more likely for surface cracks to occur during casting or continuous rolling. Therefore, the upper limit for the Cu content is preferably 1.0%. Furthermore, the Cu content is more preferably in a range between 0.05% and 0.6%.

[045] Ni: 0,5% ou menos[045] Ni: 0.5% or less

[046] Ni é um elemento eficaz para melhorar a tenacidade e ductilidade. Ni é também um elemento eficaz para inibir trincas pelo Cu pela adição combinada com Cu. Portanto, em uma situação na qual Cu é adicionado, de preferência, também se acrescenta Ni. No entanto, esses efeitos não são visíveis quando o teor de Ni é infe-rior a 0,01%. Portanto, em uma situação na qual Ni é adicionado, o limite inferior pa-ra o teor de Ni é preferivelmente igual ou superior a 0,01%. Por outro lado, adicionar mais de 0,5% de Ni aumenta a capacidade de endurecimento e promove a formação de martensita. Por conseguinte, o limite superior para o teor de Ni é de preferência 0,5%. O teor de Ni situa-se mais preferivelmente em uma faixa entre 0,05% e 0,50%.[046] Ni is an effective element to improve toughness and ductility. Ni is also an effective element to inhibit Cu cracking by addition combined with Cu. Therefore, in a situation where Cu is added, preferably Ni is also added. However, these effects are not visible when the Ni content is less than 0.01%. Therefore, in a situation where Ni is added, the lower limit for the Ni content is preferably equal to or greater than 0.01%. On the other hand, adding more than 0.5% Ni increases the hardening capacity and promotes the formation of martensite. Therefore, the upper limit for the Ni content is preferably 0.5%. The Ni content is more preferably in a range between 0.05% and 0.50%.

[047] Mo: 0,5% ou menos[047] Mo: 0.5% or less

[048] Mo é um elemento eficaz para aumentar a resistência, mas esse efeito é pequeno quando o teor de Mo é inferior a 0,01%. Portanto, o limite inferior for o teor de Mo é de preferência 0,01%. Por outro lado, adicionar mais de 0,5% de Mo provoca a formação de martensita como resultado da capacidade aumentada de en-durecimento e diminui radicalmente a tenacidade e ductilidade. Por conseguinte, o limite superior para o teor de Mo é de preferência 0,5%. O teor de Mo situa-se mais preferivelmente em uma faixa entre 0,05% e 0,30%.[048] Mo is an effective element to increase strength, but this effect is small when the Mo content is less than 0.01%. Therefore, the lower limit for the Mo content is preferably 0.01%. On the other hand, adding more than 0.5% Mo causes the formation of martensite as a result of the increased hardening capacity and radically decreases toughness and ductility. Therefore, the upper limit for the Mo content is preferably 0.5%. The Mo content is more preferably in a range between 0.05% and 0.30%.

[049]V: 0,15% ou menos[049]V: 0.15% or less

[050]V forma VC, VN, ou semelhantes, como precipitado fino em ferrita e é um elemento que contribui para alcançar alta dureza através do fortalecimento por precipitação de ferrita. A temperatura de solvatação de VC ou VN é suficientemente mais baixa do que aquela de Ti ou Nb para que tenha pouca influência no compor-tamento de recristalização de austenita durante a laminação e, portanto, possui pou-ca influência sobre a variação de propriedades no sentido do comprimento do trilho. Além disso, V também atua como sítio de aprisionamento de hidrogênio, e se pode prever que exiba um efeito de inibição de fratura tardia. Portanto, 0,001% ou mais de V é preferivelmente adicionado. Por outro lado, quando mais de 0,15% de V é adici- onado, os efeitos descritos acima atingem saturação, e o custo para formação de liga aumente dramaticamente. Portanto, o limite superior para o teor de V é de prefe-rência 0,15%. O teor de V content situa-se mais preferivelmente em uma faixa entre 0,005% e 0,12%.[050]V forms VC, VN, or the like, as a fine precipitate in ferrite and is an element that contributes to achieving high hardness through precipitation strengthening of ferrite. The solvation temperature of VC or VN is sufficiently lower than that of Ti or Nb so that it has little influence on the recrystallization behavior of austenite during rolling and therefore has little influence on the variation of properties in the direction of the length of the rail. In addition, V also acts as a hydrogen entrapment site, and could be predicted to exhibit a late fracture-inhibiting effect. Therefore, 0.001% or more of V is preferably added. On the other hand, when more than 0.15% V is added, the effects described above reach saturation, and the cost of alloying increases dramatically. Therefore, the upper limit for the V content is preferably 0.15%. The content of V content is more preferably in a range between 0.005% and 0.12%.

[051]O saldo excluindo os componentes mencionados acima é formado por Fe e eventuais impurezas.[051]The balance excluding the components mentioned above is formed by Fe and any impurities.

[052] Por exemplo, pode-se permitir até 0,006% de N e 0,003% de O como eventuais impurezas. Além disso, embora Al seja eficaz como material desoxidante, Al forma AlN em forma de aglomerado, o que diminui significativamente as caracte-rísticas de fadiga em laminados. Portanto, o teor de Al é de preferência igual ou infe-rior a 0,003%. Nb e Ti estão também contidos como eventuais impurezas conforme descrito abaixo.[052] For example, one can allow up to 0.006% N and 0.003% O as eventual impurities. Furthermore, although Al is effective as a deoxidizing material, Al forms AlN in agglomerate form, which significantly decreases the fatigue characteristics of laminates. Therefore, the Al content is preferably equal to or less than 0.003%. Nb and Ti are also contained as possible impurities as described below.

[053]Nb: 0,003% ou menos[053]Nb: 0.003% or less

[054]Ti: 0,003% ou menos[054]Ti: 0.003% or less

[055]Nb e Ti são elementos eficazes para melhorar a dureza e a resistência ao desgaste pela formação de carbonetos ou carbonitretos que fortalecem a matriz. No entanto, Nb e Ti são elementos prejudiciais que promovem a variação na dureza do trilho no sentido longitudinal e, portanto, não são geralmente adicionados, embo-ra 0,003% de Nb e Ti acidentalmente misturados sejam admissíveis. Especificamen-te, a adição de Nb ou Ti provoca alterações na dureza em grande medida de acordo com as condições de aquecimento, laminação ou resfriamento do material, e, assim, faz com que as alterações em dureza no sentido do comprimento da laminação se associem mais sensivelmente à variação nessas condições. Em termos metalúrgicos, a inomogeneidade de partículas aquecidas de austenita é promovida e, ao mesmo tempo, a inibição da recristalização de austenita durante a laminação e uma alteração na temperatura de transformação em perlita associada às mesmas são bastante aumentadas em comparação ao aço no qual Nb e Ti não são adicionados, e isso pode promover a variação da dureza.[055]Nb and Ti are effective elements to improve hardness and wear resistance by forming carbides or carbonitrides that strengthen the matrix. However, Nb and Ti are detrimental elements that promote variation in the rail hardness in the longitudinal direction and therefore are not generally added, although 0.003% of accidentally mixed Nb and Ti are permissible. Specifically, the addition of Nb or Ti causes changes in hardness to a large extent according to the heating, rolling, or cooling conditions of the material, and thus causes changes in hardness along the length of the rolling to be associated. more sensitively to variation in these conditions. In metallurgical terms, the inhomogeneity of heated austenite particles is promoted and, at the same time, the inhibition of austenite recrystallization during rolling and a change in the temperature of transformation into perlite associated with them are greatly increased compared to steel in which Nb and Ti are not added, and this can promote hardness variation.

[056]Além da composição química descrita acima, é essencial que a dureza superficial exiba variação em pontos igual ou inferior a ± 15 HB no sentido do com-primento do trilho. A razão para tanto é que a mudança no desgaste do trilho atinge 20% ou mais se a variação na dureza em pontos for superior a ± 15 HB. Além do mais, prefere-se mais que a dureza superficial exiba variação em pontos igual ou inferior a ± 10 HB no sentido do comprimento do trilho, pois a variação na dureza em pontos igual ou inferior a ± 10 HB permitir restringir a alteração no desgaste do trilho para menos de 15%.[056] In addition to the chemical composition described above, it is essential that the surface hardness exhibits variation in points equal to or less than ± 15 HB in the direction of the length of the rail. The reason for this is that the change in rail wear reaches 20% or more if the variation in point hardness is greater than ± 15 HB. Furthermore, it is more preferred that the surface hardness exhibits variation in points equal to or less than ± 10 HB along the length of the rail, as the variation in hardness in points equal to or less than ± 10 HB allows to restrict the change in wear of the rail to less than 15%.

[057]A seguir, é fornecida uma descrição específica das condições de fabri-cação do trilho.[057] The following is a specific description of the manufacturing conditions of the rail.

[058] Primeiramente, a matéria-prima de aço utilizada é de preferência aço fundido contínuo, obtido através da fundição contínua de aço derretido que foi ajus-tada à composição química descrita acima por meio de processos de fabricação de aço, tais como um processo em alto forno, pré-tratamento de ferro derretido, um pro-cesso em um conversor e desgaseificação RH.[058] First, the steel raw material used is preferably continuous cast steel, obtained through the continuous casting of molten steel that has been adjusted to the chemical composition described above by means of steel fabrication processes, such as a process in blast furnace, molten iron pretreatment, a process in a converter and RH degassing.

[059]A matéria-prima de aço é laminada a quente para definir uma forma de trilho por laminação comum em calibre ou universal. A seguir, são explicados os mo-tivos para as limitações impostas sobre as condições durante o aquecimento e a la- minação descrita acima, além de sobre as condições durante o resfriamento subse-quente.[059]The raw steel material is hot rolled to define a rail shape by rolling common in gauge or universal. The reasons for the limitations imposed on conditions during heating and rolling described above are explained below, as well as on conditions during subsequent cooling.

[060]Temperatura de aquecimento antes da laminação a quente: 1200 °C ou mais alta[060]Heating temperature before hot rolling: 1200 °C or higher

[061]O aquecimento da matéria-prima produzida de aço requer 1200 °C ou mais. Isso é realizado com o objetivo principal de reduzir suficientemente a resistên-cia à deformação para possibilitar o uso de uma carga mais leve para laminação e também com o objetivo de homogeneização. A fim de obter suficientemente esses efeitos, é necessário que a temperatura de aquecimento seja igual ou superior a 1200 °C. Apesar de não ser necessário definir um limite superior específico, a tem-peratura de aquecimento é de preferência igual ou inferior a 1300 °C do ponto de vista de suprimir uma perda em escala e a descarbonização.[061]The heating of raw material produced from steel requires 1200 °C or more. This is done with the main objective of sufficiently reducing the deformation resistance to enable the use of a lighter load for lamination and also with the objective of homogenization. In order to sufficiently obtain these effects, the heating temperature must be equal to or greater than 1200 °C. Although it is not necessary to define a specific upper limit, the heating temperature is preferably equal to or less than 1300 °C from the point of view of suppressing a loss in scale and decarbonization.

[062]Laminação em um sentido do comprimento do trilho, em uma região cu-ja temperatura não é superior a 1000 °C, realizada ao longo de uma pluralidade de passos com intervalo de tempo entre os passos exibindo uma variação igual ou infe-rior a 15 segundos no sentido do comprimento do trilho[062]Lamination in one direction of the length of the rail, in a region whose temperature is not greater than 1000 °C, performed over a plurality of steps with a time interval between steps exhibiting an equal or lower variation at 15 seconds along the length of the rail

[063]A matéria-prima aquecida de aço, como descrita acima, é definida em forma de trilho por laminação a quente. Na laminação a quente, é importante que uma pluralidade de passos de laminação a temperaturas não superiores a 1000 °C seja realizada laminando repetidamente em um único sentido a fim de minimizar a variação em um intervalo de tempo entre os passos. Notar que o intervalo de tempo entre os passos refere-se ao intervalo entre um tempo quando uma determinada par-te no sentido longitudinal (sentido da laminação) de um material laminado como tri-lho é mordida por um cilindro e um tempo quando a determinada parte é mordida em seguida pelo cilindro. O intervalo de tempo entre os passos difere mais na parte su-perior (extremidade dianteira) do material laminado como trilho e a parte inferior (ex-tremidade traseira) do material laminado como trilho.[063]Heated steel raw material, as described above, is defined in rail form by hot rolling. In hot rolling, it is important that a plurality of rolling steps at temperatures not exceeding 1000 °C be carried out by rolling repeatedly in a single direction in order to minimize the variation in a time interval between steps. Note that the time interval between steps refers to the interval between a time when a given longitudinal part (rolling direction) of a laminated material such as a rail is bitten by a cylinder and a time when the given part is then bitten by the cylinder. The time interval between steps differs most at the top (front end) of the laminated material as a rail and the bottom (ex-rear end) of the laminated material as a rail.

[064] Na laminação inversa convencional, durante um intervalo entre a mor-dida de uma parte laminada superior (extremidade dianteira) pelo cilindro em um determinado passo e o começo da mordida em um passo seguinte, o passo seguinte é realizado em ordem, alimentando primeiramente uma parte laminada inferior (ex-tremidade traseira) ao cilindro, o que alonga o intervalo de tempo entre os passos para a parte laminada superior. Por outro lado, depois que a parte laminada inferior (extremidade traseira) passou através de um determinado passo, a parte inferior é mordida primeiramente pelo cilindro no passo seguinte, o que encurta o intervalo de tempo entre os passos. A diferença no intervalo de tempo entre os passos para a extremidade dianteira e a extremidade traseira descrita acima, que é uma caracterís-tica da laminação inversa, influencia o estado da estrutura de austenita e também influencia a variação na dureza após a transformação para perlita. Em contraste, quando a laminação contínua é realizada em um sentido único, a diferença no inter-valo de tempo entre os passos para uma extremidade dianteira de um material lami-nado é fundamentalmente pequena. Por conseguinte, a inomogeneidade da estrutu-ra de austenita surgida da diferença descrita acima no intervalo de tempo entre os passos pode ser solucionada. É, portanto, necessário que a diferença mencionada acima no intervalo de tempo entre os passos seja igual ou inferior a 15 segundos. Em outras palavras, uma diferença no intervalo de tempo entre os passos igual ou inferior a 15 segundo pode suprimir a variação da dureza no sentido do comprimento do trilho. A diferença no intervalo de tempo entre os passos é de preferência igual ou inferior a 12 segundos.[064] In conventional reverse lamination, during an interval between biting an upper laminated part (front end) by the cylinder in a given step and the beginning of the bite in a next step, the next step is performed in order, feeding first a lower laminated portion (ex-rear end) to the cylinder, which lengthens the time interval between steps for the upper laminated portion. On the other hand, after the lower laminated part (rear end) has passed through a certain step, the lower part is first bitten by the cylinder in the next step, which shortens the time interval between steps. The difference in the time interval between the steps for the leading edge and the trailing edge described above, which is a characteristic of reverse rolling, influences the state of the austenite structure and also influences the variation in hardness after transformation to pearlite. In contrast, when continuous lamination is carried out in one direction, the difference in the time interval between steps for a leading edge of a rolled material is fundamentally small. Therefore, the inhomogeneity of the austenite structure arising from the above-described difference in the time interval between steps can be resolved. It is therefore necessary that the difference mentioned above in the time interval between steps is equal to or less than 15 seconds. In other words, a difference in time interval between steps equal to or less than 15 seconds can suppress the hardness variation along the length of the rail. The difference in time interval between steps is preferably equal to or less than 12 seconds.

[065]As estipulações acima são condições a serem aplicadas à laminação realizada a 1000 °C ou menos na laminação a quente. A laminação inversa pode ser utilizada para a laminação realizada em uma região cuja temperatura não é superior a 1000 °C, da qual um exemplo representativo é a laminação áspera. Em outras pa-lavras, desde que a laminação a 1000 °C ou menos seja realizada continuamente em um único sentido, um estágio precedente de laminação em uma região cuja tem-peratura não é superior a 1000 °C pode ser realizado livremente. Na laminação a quente, dois a sete passos de laminação são realizados preferivelmente a 1000 °C ou menos. O motivo para isso é que a laminação em passo único requer uma carga grande de laminação e dificulta a moldagem, enquanto que mais de sete passos tende a causar um estado bastante inomogêneo de austenita e aumenta a variação na dureza.[065]The above stipulations are conditions to be applied to rolling performed at 1000 °C or less in hot rolling. Reverse lamination can be used for lamination carried out in a region whose temperature does not exceed 1000 °C, a representative example of which is rough lamination. In other words, as long as rolling at 1000 °C or less is carried out continuously in one direction, a preceding stage of rolling in a region whose temperature is not higher than 1000 °C can be carried out freely. In hot rolling, two to seven rolling steps are preferably carried out at 1000°C or less. The reason for this is that single-step lamination requires a large lamination load and makes molding difficult, while more than seven passes tends to cause a very inhomogeneous austenite state and increase hardness variation.

[066]Taxa de redução acumulada em área igual ou superior a 40% para uma parte que forma um boleto[066] Accumulated reduction rate in an area equal to or greater than 40% for a part that forms a billet

[067]A taxa requerida para redução acumulada em área da laminação reali-zada a 1000 °C ou menos é igual ou superior 40%. O motivo para isso é ser neces-sário realizar o processamento de 40% ou mais de redução em área a 1000 °C ou menos a fim de promover o refinamento da recristalização de austenita. Se a taxa de redução em área para a laminação a 1000 °C ou menos for inferior a 40%, o refina-mento da recristalização de austenita é insuficiente e austenita grosseira pode per-manecer parcialmente, o que resulta em variação aumentada da dureza no sentido do comprimento do trilho (sentido da laminação).[067] The required rate for cumulative reduction in area of the lamination carried out at 1000 °C or less is equal to or greater than 40%. The reason for this is that it is necessary to process 40% or more area reduction at 1000 °C or less in order to further refine the austenite recrystallization. If the area reduction rate for rolling at 1000 °C or less is less than 40%, the refinement of the austenite recrystallization is insufficient and coarse austenite may partially remain, which results in increased hardness variation in the rail length direction (rolling direction).

[068]Temperatura final de acabamento igual ou superior a 900 °C[068] Final finishing temperature equal to or greater than 900 °C

[069]Quando se realiza a laminação contínua em um único sentido a fim de reduzir a variação no intervalo de tempo entre os passos ao longo do comprimento inteiro do material laminado, uma temperatura final de acabamento igual ou superior a 900 °C é preferível. O motivo para isso é que se a temperatura final de acabamento for inferior a 900 °C, a dureza global diminui e a sua variação aumenta por motivos como uma diminuição na temperatura de início do resfriamento do tratamento térmico em linha, realizado consecutivamente após a laminação, e a promoção da transformação para perlita (transformação em temperatura mais elevada). Portanto, a temperatura final de acabamento é preferivelmente igual ou superior a 900 °C a fim de evitar uma diminuição na dureza tal como descrito acima.[069]When performing continuous lamination in a single direction in order to reduce the variation in the time interval between passes along the entire length of the laminated material, a final finishing temperature of 900 °C or greater is preferred. The reason for this is that if the final finishing temperature is less than 900 °C, the global hardness decreases and its variation increases for reasons such as a decrease in the start temperature of the in-line heat treatment cooling, carried out consecutively after the lamination , and the promotion of transformation to perlite (transformation at higher temperature). Therefore, the final finishing temperature is preferably equal to or greater than 900°C in order to avoid a decrease in hardness as described above.

[070]O resfriamento é realizado consecutivamente após a laminação a quen-te sob as condições a seguir.[070]Cooling is carried out consecutively after hot rolling under the following conditions.

[071] Resfriamento do boleto, de uma temperatura de início do resfriamento igual ou superior a 800 °C para uma temperatura de final do resfriamento igual ou inferior a 600 °C a uma taxa de resfriamento de 1 °C/s a 10 °C/s[071] Billet cooling, from a cooling start temperature of 800 °C or greater to a cooling end temperature of 600 °C or less at a cooling rate of 1 °C/s to 10 °C/ s

[072] Primeiramente, a temperatura de início do resfriamento é de preferência igual ou superior a 800 °C. Especificamente, uma temperatura de início do resfria- mento inferior a 800 °C pode não possibilitar super-resfriamento suficiente ou permi-tir que seja obtida dureza superficial suficiente. A temperatura requerida para o final do resfriamento é igual ou inferior 600 °C. A dureza suficiente não pode ser obtida se a temperatura de final do resfriamento for superior a 600 °C. Embora nenhum limite inferior específico seja fornecido, a saturação é atingida em termos de dureza quando o resfriamento é realizado a 400°C ou menos, e a produtividade é afetada desfavoravelmente pelo tempo aumentado de resfriamento. Portanto, o resfriamento é interrompido de preferência a 400 °C ou mais.[072] Firstly, the start temperature of cooling is preferably equal to or greater than 800 °C. Specifically, a cooling start temperature below 800 °C may not allow sufficient supercooling or allow sufficient surface hardness to be achieved. The temperature required for the end of cooling is equal to or less than 600 °C. Sufficient hardness cannot be obtained if the cool-down end temperature is above 600 °C. Although no specific lower limit is provided, saturation is reached in terms of hardness when cooling is performed to 400°C or less, and productivity is adversely affected by the increased cooling time. Therefore, the cooling is preferably stopped at 400 °C or more.

[073]A taxa de resfriamento situa-se em uma faixa de 1 °C/s a 10 °C/s. Uma taxa de resfriamento superior a 10 °C/s não permite tempo suficiente para a trans-formação em perlita, provoca a formação de bainita e martensita, e, assim, reduz a tenacidade, a ductilidade e a resistência à fadiga. Por outro lado, uma taxa de resfri-amento inferior a 1 °C/s não permite ser obtida dureza suficiente. A taxa de resfria-mento situa-se de preferência em uma faixa entre 2 °C/s e 8 °C/s.[073]The cooling rate is in a range of 1 °C/s to 10 °C/s. A cooling rate greater than 10 °C/s does not allow enough time for the transformation into pearlite, causes the formation of bainite and martensite, and thus reduces toughness, ductility and fatigue strength. On the other hand, a cooling rate of less than 1 °C/s does not allow sufficient hardness to be obtained. The cooling rate is preferably in a range between 2 °C/s and 8 °C/s.

[074]Além disso, a taxa de resfriamento preferivelmente exibe variação igual ou inferior a ±1°C/s no sentido longitudinal da laminação. Restringir a variação na taxa de resfriamento para ±1 °C/s ou menos reduz a variação no espaçamento lame-lar da perlita, possibilita alcançar uma variação na dureza igual ou inferior a ± 10 HB e reduz a variação na resistência ao desgaste e a variação na resistência à fadiga no sentido longitudinal do trilho.[074] In addition, the cooling rate preferably exhibits variation equal to or less than ±1°C/s in the longitudinal direction of the rolling mill. Restricting the variation in the cooling rate to ±1 °C/s or less reduces the variation in the lamellar spacing of the pearlite, makes it possible to achieve a variation in hardness equal to or less than ± 10 HB, and reduces the variation in wear resistance and variation in fatigue strength in the longitudinal direction of the rail.

[075]O resfriamento realizado consecutivamente depois da laminação a quente é realizado preferivelmente por resfriamento com ar forçado ou névoa. O res-friamento com ar forçado é um resfriamento acelerado no qual o ar é forçosamente soprado contra o boleto. O resfriamento por névoa envolve misturar ar e água e so-prar uma névoa de água contra o boleto.[075]Cooling carried out consecutively after hot rolling is preferably carried out by cooling with forced air or mist. Forced air cooling is an accelerated cooling in which air is forcibly blown against the billet. Mist cooling involves mixing air and water and blowing a mist of water against the billet.

[076]A fim de controlar e minimizar a variação na taxa de resfriamento no sentido longitudinal da laminação, no caso de resfriamento com ar forçado, por exemplo, e necessário controlar a pressão do ar em intervalos de 5 m ou menos (de preferência 3 m ou menos), ajustar a pressão do ar em linha de acordo com a varia-ção em temperatura do trilho no sentido longitudinal, medida antes do resfriamento, e realizar o controle tal que a taxa de resfriamento fique constante no sentido do comprimento. No caso de resfriamento por névoa, o resfriamento é realizado de pre-ferência controlando a quantidade de água e pressão no sentido longitudinal da mesma maneira que a descrita acima.[076] In order to control and minimize the variation in the cooling rate in the longitudinal direction of the rolling mill, in the case of forced air cooling, for example, it is necessary to control the air pressure at intervals of 5 m or less (preferably 3 m or less), adjust the in-line air pressure according to the variation in temperature of the rail in the longitudinal direction, measured before cooling, and carry out the control such that the cooling rate remains constant along the length. In the case of mist cooling, cooling is preferably carried out by controlling the amount of water and pressure in the longitudinal direction in the same way as described above.

[077] Por meio da composição química descrita acima e a execução da lami- nação e resfriamento descritos acima, pode-se obter um trilho de aço perlítico que possui uma dureza superficial de preferência igual ou superior a 400 HB 400 e que exibe uma variação na dureza superficial em pontos igual ou inferior a ± 15 HB no sentido do comprimento do trilho. Em outras palavras, pode ser obtido um trilho de aço perlítico homogêneo e de alta dureza que exibe pouca variação na dureza no sentido do comprimento da laminação.[077] Through the chemical composition described above and the execution of the rolling and cooling described above, it is possible to obtain a pearlitic steel rail that has a surface hardness preferably equal to or greater than 400 HB 400 and that exhibits a variation on surface hardness at points equal to or less than ± 15 HB along the length of the rail In other words, a homogeneous, high-hardness pearlitic steel rail can be obtained that exhibits little variation in hardness along the length of the rolling mill.

EXEMPLOSEXAMPLES

[078] Foram produzidos aços com as composições químicas mostradas na Tabela 1, e aços fundidos obtidos pela fundição contínua destes foram submetidos ao aquecimento, à laminação a quente e ao resfriamento para fabricar um trilho de 136 libras ou um trilho de 141 libras para cada aço. As condições de fabricação são mostradas junto com os resultados da investigação da dureza superficial e sua vari-ação na Tabela 2. Tabela 1

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*Os teores de Nb, Ti, sol Al, N e O são como eventuais impurezas.[078] Steels were produced with the chemical compositions shown in Table 1, and cast steels obtained by continuous casting of these were subjected to heating, hot rolling and cooling to make a 136-pound rail or a 141-pound rail for each steel. The manufacturing conditions are shown together with the results of the investigation of surface hardness and its variation in Table 2. Table 1
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*The contents of Nb, Ti, sol Al, N and O are possible impurities.

[079] Neste relatório descritivo, a variação no intervalo de tempo entre os passos nas condições de laminação indica a diferença entre o tempo decorrido des-de uma extremidade dianteira de um material laminado sendo laminada até a extre-midade dianteira sendo laminada a seguir e o tempo decorrido desde uma extremi-dade traseira do material laminado sendo laminada até a extremidade traseira sendo laminada a seguir. Como explicado mais detalhadamente acima, quando a lamina- ção é realizada por laminação inversa convencional, o intervalo de tempo entre os passos é prolongado para uma parte laminada superior e encurtado para uma parte laminada inferior. Assim, a diferença no intervalo de tempo entre os passos para a extremidade dianteira (parte superior) e a extremidade traseira (parte inferior) do ma-terial laminado é especialmente evidente na laminação inversa. Em contraste, a dife-rença no intervalo de tempo entre os passos associado com uma extremidade dian-teira e uma extremidade traseira de um material laminado é menor na laminação contínua em um único sentido e, portanto, a inomogeneidade uma estrutura produzida pode ser solucionada conforme mostrado na Tabela 2.[079] In this descriptive report, the variation in the time interval between steps in the rolling conditions indicates the difference between the time elapsed from a front end of a rolled material being rolled to the front end being rolled next and the time elapsed from a trailing edge of the rolled material being rolled to the trailing edge being rolled next. As explained in more detail above, when the lamination is carried out by conventional reverse lamination, the time interval between steps is extended for an upper laminated part and shortened for a lower laminated part. Thus, the difference in the time interval between steps to the front end (top) and rear end (bottom) of the laminated material is especially evident in reverse lamination. In contrast, the difference in the time interval between steps associated with a leading edge and a trailing edge of a laminated material is smaller in one-way continuous lamination and therefore the inhomogeneity of a produced structure can be remedied. as shown in Table 2.

[080] Notar que a temperatura de início do resfriamento e a temperatura de final do resfriamento são resultados para a temperatura de superfície de um canto do trilho medida por um termovisor. A taxa de resfriamento do trilho é um valor médio de taxas de resfriamento medidas a partir de temperaturas do início e do final do res-friamento e tempos de resfriamento medidos em intervalos de 5 m no sentido do comprimento. Em relação à variação da taxa de resfriamento no sentido do compri-mento, determinou-se se a diferença entre um valor maior e um valor menor em va-riação das taxas de resfriamento era superior a ±1 °C/s ou era inferior ou igual a ±1 °C/s.[080] Note that the cool-down start temperature and the cool-down end temperature are results for the surface temperature of a corner of the rail measured by a thermal imager. The rail's cooling rate is an average value of cooling rates measured from start and end coolant temperatures and cooldown times measured at intervals of 5 m lengthwise. Regarding the variation of the cooling rate in the length direction, it was determined whether the difference between a higher and a lower value in the variation of the cooling rates was greater than ±1 °C/s or was less than or equal to ±1 °C/s.

[081]Além disso, a dureza superficial do boleto e a microestrutura de cada um dos trilhos fabricados foram avaliadas. A dureza superficial do boleto foi avaliada removendo 0,5 mm ou mais de uma camada descarbonetada utilizando um desfi- brador e medindo a dureza Brinell de pontos em intervalos de 5 m no sentido do comprimento do trilho. Da mesma maneira, amostras microscópicas foram cortadas e as suas estruturas observadas.[081] In addition, the surface hardness of the billet and the microstructure of each of the manufactured rails were evaluated. The surface hardness of the billet was assessed by removing 0.5 mm or more of a decarburized layer using a shredder and measuring the Brinell hardness of points at 5 m intervals along the length of the rail. Likewise, microscopic samples were cut and their structures observed.

[082]Os resultados da avaliação são mostrados na Tabela 2. Tabela 2

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Controle do resfriamento no sentido do comprimento: Não ^ Variação > 1 °C/s Controle do resfriamento no sentido do comprimento: Sim ^ Variação < 1 °C/s Tabela 2 (continuação)
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Controle do resfriamento no sentido do comprimento: Não ^ Variação > 1 °C/s Controle do resfriamento no sentido do comprimento: Sim ^ Variação < 1 °C/s Tabela 2 (continuação)
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Controle do resfriamento no sentido do comprimento: Não ^ Variação > 1 °C/s Controle do resfriamento no sentido do comprimento: Sim ^ Variação < 1 °C/s[082]The evaluation results are shown in Table 2. Table 2
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Cooling control lengthwise: No ^ Variation > 1 °C/s Cooling control lengthwise: Yes ^ Variation < 1 °C/s Table 2 (continued)
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Cooling control lengthwise: No ^ Variation > 1 °C/s Cooling control lengthwise: Yes ^ Variation < 1 °C/s Table 2 (continued)
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Cooling control lengthwise: No ^ Variation > 1 °C/s Cooling control lengthwise: Yes ^ Variation < 1 °C/s

[083]A dureza de trilhos de acordo com a presente invenção exibiu uma va-riação extremamente pequena igual ou inferior a ± 15 HB no sentido do comprimento do trilho, enquanto que a dureza de trilhos que se afastaram do alcance da presente invenção em termos de qualquer um ou de ambos, a composição química e as condições da laminação, exibiram variação superior a ± 15 HB.[083] The hardness of rails according to the present invention exhibited an extremely small variation equal to or less than ± 15 HB in the direction of the rail length, while the hardness of rails that departed from the scope of the present invention in terms either or both, the chemical composition and the conditions of the lamination, exhibited a variation greater than ± 15 HB.

Claims (2)

1. Trilho, CARACTERIZADO pelo fato de compreender uma composição química que consiste, em % em massa: 0,60% a 1,0% de C; 0,1% a 1,5% de Si; 0,01% a 1,5% de Mn; 0,035% ou menos de P; 0,030% ou menos de S; e 0,1% a 2,0% de Cr, e opcionalmente um ou mais de: 0,006% ou menos de N; 0,003% ou menos de O; 0,003% ou menos de Al; 0,003% ou menos de Nb; 0,003% ou menos de Ti; 1,0% ou menos de Cu; 0,5% ou menos de Ni; 0,5% ou menos de Mo; e 0,15% ou menos de V; sendo o restante Fe e eventuais impurezas, em que a dureza superficial de um boleto do trilho é 400 HB ou maior e a dureza superficial do boleto do trilho exibe uma variação igual ou inferior a ± 10 pontos HB ou menos no sentido do comprimento do trilho.1. Rail, CHARACTERIZED by the fact that it comprises a chemical composition that consists, in % by mass: 0.60% to 1.0% of C; 0.1% to 1.5% Si; 0.01% to 1.5% Mn; 0.035% or less P; 0.030% or less of S; and 0.1% to 2.0% Cr, and optionally one or more of: 0.006% or less N; 0.003% or less of O; 0.003% or less of Al; 0.003% or less of Nb; 0.003% or less of Ti; 1.0% or less of Cu; 0.5% or less Ni; 0.5% or less Mo; and 0.15% or less of V; the remainder being Fe and any impurities, where the surface hardness of a rail billet is 400 HB or greater and the surface hardness of the rail billet exhibits a variation equal to or less than ± 10 HB points or less in the direction of the length of the rail . 2. Método de fabricação de trilho, CARACTERIZADO pelo fato que o méto-do compreende: aquecer, de 1200 °C a 1300 °C, uma matéria-prima de aço tendo uma com-posição química que consiste, em % em massa: 0,60% a 1,0% de C, 0,1% a 1,5% de Si, 0,01% a 1,5% de Mn, 0,035% ou menos de P, 0,030% ou menos de S, e 0,1% a 2,0% de Cr, e opcionalmente um ou mais de: 0,006% ou menos de N; 0,003% ou menos de O; 0,003% ou menos de Al; 0,003% ou menos de Nb; 0,003% ou menos de Ti; 1,0% ou menos de Cu; 0,5% ou menos de Ni; 0,5% ou menos de Mo; e 0,15% ou menos de V; sendo o restante Fe e eventuais impurezas; laminar a quente a matéria-prima de aço após o aquecimento, sendo a lami- nação a quente realizada de modo contínuo em um único sentido de tal modo que a laminação, no sentido do comprimento de um trilho, em uma região cuja temperatura não é superior a 1000 °C, é realizada ao longo de 2 a 7 passos com uma diferença no intervalo de tempo entre os passos de 15 segundos ou menos no sentido do comprimento do trilho, uma taxa de redução acumulada da área igual ou superior a 40% para uma parte que forma um boleto e uma temperatura de acabamento final igual ou superior a 900 °C; e resfriar o boleto do trilho após a laminação a quente, desde uma temperatura de início do resfriamento igual ou superior a 800 °C até uma temperatura de final do resfriamento de 400 °C a 600 °C a uma taxa de resfriamento de 1 °C/s a 10 °C/s, em que a taxa de resfriamento no resfriamento exibe variação de ± 1 °C/s ou menos no sentido do comprimento do trilho.2. Rail manufacturing method, CHARACTERIZED by the fact that the method comprises: heating, from 1200 °C to 1300 °C, a steel raw material having a chemical composition consisting, in % by mass: 0 .60% to 1.0% C, 0.1% to 1.5% Si, 0.01% to 1.5% Mn, 0.035% or less P, 0.030% or less S, and 0.1% to 2.0% Cr, and optionally one or more of: 0.006% or less N; 0.003% or less of O; 0.003% or less of Al; 0.003% or less of Nb; 0.003% or less of Ti; 1.0% or less of Cu; 0.5% or less Ni; 0.5% or less Mo; and 0.15% or less of V; the remainder being Fe and any impurities; hot rolling the steel raw material after heating, the hot rolling being carried out continuously in a single direction such that the rolling, along the length of a rail, in a region whose temperature is not greater than 1000 °C, is performed over 2 to 7 steps with a difference in time between steps of 15 seconds or less along the length of the rail, an accumulated area reduction rate equal to or greater than 40% for a part that forms a billet and a final finishing temperature equal to or greater than 900 °C; and cool the rail billet after hot rolling from a start-cooling temperature of 800 °C or greater to an end-cooling temperature of 400 °C to 600 °C at a cooling rate of 1 °C /s at 10 °C/s, where the rate of cooling on cooling varies by ± 1 °C/s or less along the length of the rail.
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