BR112020010509B1

BR112020010509B1 - METHOD FOR MANUFACTURING A STEEL RAIL AND RAIL

Info

Publication number: BR112020010509B1
Application number: BR112020010509-0A
Authority: BR
Inventors: José ARANCON ALVAREZ; David ALVAREZ DIEZ; José Manuel Artimez Encina; Francisca GARCIA CABALLERO; Benjamin POHU
Original assignee: Arcelormittal
Priority date: 2017-11-27
Filing date: 2018-11-27
Publication date: 2023-09-19

Abstract

Método para fabricar um trilho, compreendendo: - fundir um aço para obter um semi- produto, em que o aço possui uma composição compreendendo 0,20% = C = 0,60%, 1,0% = Si = 2,0%, 0,60% = Mn = 1,60% e 0,5 = Cr = 2,2%, opcionalmente, 0,01 % = Mo = 0,3%, 0,01% = V = 0,30%; o restante sendo Fe e impurezas; - laminar a quente o semi-produto em um semi-produto laminado a quente possuindo a forma do trilho e compreendendo uma cabeça, com uma temperatura final de laminação TFRT superior a Ar3; - resfriar a cabeça até uma temperatura de parada de resfriamento TCS entre 200 °C e 520 °C, em que a temperatura da cabeça ao longo do tempo está compreendida entre um limite superior possuindo as coordenadas definidas por A1 (0 segundo, 780 °C), B1 (50 segundos, 600 °C) e C1 (110 segundos, 520 °C) e um limite inferior possuindo as coordenadas definidas por A2 (0 segundo, 675 °C), B2 (50 segundos, 510 °C) e C2 (110 segundos, 300 °C); - manter a cabeça em uma faixa de temperatura compreendida entre 300 °C e 520 °C durante um tempo de retenção tretenção de pelo menos 12 minutos; e - resfriar o semi-produto laminado a quente até a temperatura ambiente para obter o trilho.Method for manufacturing a rail, comprising: - melting a steel to obtain a semi-product, wherein the steel has a composition comprising 0.20% = C = 0.60%, 1.0% = Si = 2.0% , 0.60% = Mn = 1.60% and 0.5 = Cr = 2.2%, optionally, 0.01% = Mo = 0.3%, 0.01% = V = 0.30%; the remainder being Fe and impurities; - hot rolling the semi-product into a hot rolled semi-product having the shape of the rail and comprising a head, with a final rolling temperature TFRT greater than Ar3; - cool the head to a TCS cooling stop temperature between 200 °C and 520 °C, where the head temperature over time is between an upper limit having the coordinates defined by A1 (0 seconds, 780 °C ), B1 (50 seconds, 600 °C) and C1 (110 seconds, 520 °C) and a lower limit having the coordinates defined by A2 (0 seconds, 675 °C), B2 (50 seconds, 510 °C) and C2 (110 seconds, 300 °C); - keep the head in a temperature range between 300 °C and 520 °C for a retention time of at least 12 minutes; and - cool the hot-rolled semi-product to room temperature to obtain the rail.

Description

FIELD OF INVENTION

[001] A presente invenção se refere a um método para produzir um trilho de aço possuindo excelentes propriedades mecânicas e resistências à fadiga de contato de rolamento e ao desgaste, bem como um trilho de aço correspondente.[001] The present invention relates to a method for producing a steel rail having excellent mechanical properties and resistance to rolling contact fatigue and wear, as well as a corresponding steel rail.

BACKGROUND OF THE INVENTION

[002] Nos últimos anos, a velocidade e a carga do trem aumentaram para melhorar o transporte ferroviário e as tensões de contato podem exceder 2000 MPa. Essas condições de serviço mais severas exigem novos trilhos com maior resistência à fadiga de contatoik de rolamento e ao desgaste, especialmente para tráfego ferroviário industrial pesado.[002] In recent years, train speed and load have increased to improve rail transportation, and contact stresses can exceed 2000 MPa. These more severe service conditions require new rails with greater resistance to rolling contact fatigue and wear, especially for heavy industrial rail traffic.

[003] O desgaste e a fadiga de contato de rolamento (RCF) são dois fatores importantes que podem causar uma falha tardia na via férrea. Enquanto os mecanismos de desgaste foram completamente estudados e são bem compreendidos, e atualmente o desgaste é gerenciado no sistema ferroviário, a RCF ainda não é suficientemente compreendida para ter soluções eficientes para evitar a formação de defeitos de RCF, o que pode causar deterioração progressiva e uma manutenção prematura do trilho.[003] Wear and rolling contact fatigue (RCF) are two important factors that can cause late railway failure. While wear mechanisms have been thoroughly studied and are well understood, and wear is currently managed in the rail system, RCF is not yet sufficiently understood to have efficient solutions to prevent the formation of RCF defects, which can cause progressive deterioration and premature maintenance of the trail.

[004] A abordagem tradicional para o desenvolvimento de novos aços para trilhos para lidar com o desgaste e a RCF tem sido aumentar a dureza e a resistência do aço. No caso de classes perlíticas convencionais para ferrovias, esse aumento foi alcançado nos últimos 40 anos, diminuindo o espaçamento interlamelar, adicionando elementos de liga caros ou através do endurecimento da cabeça. No entanto, esse aumento na resistência ao desgaste geralmente é acompanhado por uma diminuição na tenacidade. Os desafios acima mencionados mostram que, apesar de toda a pesquisa realizada para desenvolver novas microestruturas com propriedades mecânicas aprimoradas, as classes de aço perlítico já atingiram seus limites em termos de desempenho de desgaste e fadiga de contato de rolamento, o que significa que os tipos ferroviários existentes não podem competir com as condições em serviço mais exigentes.[004] The traditional approach to developing new rail steels to address wear and RCF has been to increase the hardness and strength of the steel. In the case of conventional pearlitic grades for railways, this increase has been achieved over the last 40 years by decreasing interlayer spacing, adding expensive alloying elements or through head hardening. However, this increase in wear resistance is often accompanied by a decrease in toughness. The aforementioned challenges show that despite all the research carried out to develop new microstructures with improved mechanical properties, pearlitic steel grades have already reached their limits in terms of wear performance and rolling contact fatigue, which means that grades Existing railways cannot compete with the most demanding in-service conditions.

[005] Os aços bainíticos, compreendendo, por exemplo, uma microestrutura de bainita inferior, foram considerados como a próxima geração de aços avançados de alta resistência e materiais candidatos para trilhos para serviços pesados e cruzamentos ferroviários devido a uma boa combinação de dureza, resistência e tenacidade.[005] Bainitic steels, comprising, for example, a lower bainite microstructure, have been considered as the next generation of advanced high-strength steels and candidate materials for heavy-duty rails and railway crossings due to a good combination of hardness, strength and tenacity.

[006] Os aços bainíticos que compreendem uma microestrutura de bainita inferior fornecem boa resistência ao desgaste, mas não atingem uma resistência suficiente à RCF.[006] Bainitic steels comprising a lower bainite microstructure provide good wear resistance, but do not achieve sufficient RCF resistance.

[007] Especialmente, o documento WO 1996/022396 A1 revela um método para a produção de um trilho de alta resistência resistente ao desgaste e à fadiga de contato de rolamento. O trilho é produzido a partir de um aço com uma composição compreendendo 0,05% a 0,5% de C, 1,00% a 3,00% de Si e/ou Al, 0,50% a 2,50% de Mn e 0,25% a 2,50% de Cr. O trilho é produzido por resfriamento a ar do aço a partir da temperatura final de laminação a quente.[007] In particular, document WO 1996/022396 A1 discloses a method for producing a high-strength rail resistant to wear and rolling contact fatigue. The rail is produced from a steel with a composition comprising 0.05% to 0.5% C, 1.00% to 3.00% Si and/or Al, 0.50% to 2.50% of Mn and 0.25% to 2.50% of Cr. The rail is produced by air cooling the steel from the final hot rolling temperature.

[008] O documento EP 1 873 262 revela um método para fabricar trilhos de guia de alta resistência, a partir de um aço compreendendo 0,3% a 0,4% de C, 0,7% a 0,9% de Si, 0,6% a 0,8% de Mn e 2,2% a 3,0% de Cr. O método de fabricação compreende o resfriamento a ar do aço após a formação de uma estrutura bainítica. No entanto, o documento EP 1 873 262 não ensina nenhuma taxa de resfriamento específica.[008] Document EP 1 873 262 discloses a method for manufacturing high strength guide rails from a steel comprising 0.3% to 0.4% C, 0.7% to 0.9% Si , 0.6% to 0.8% Mn and 2.2% to 3.0% Cr. The manufacturing method involves air cooling the steel after forming a bainitic structure. However, EP 1 873 262 does not teach any specific cooling rate.

[009] Os documentos EP 0 612 852, US 2015218759 e US 201514702188 revelam métodos para a produção de trilhos bainíticos por arrefecimento acelerado. No entanto, esses trilhos não apresentam resistência suficiente à fadiga de contato de rolamento.[009] Documents EP 0 612 852, US 2015218759 and US 201514702188 disclose methods for producing bainite rails by accelerated cooling. However, these rails do not have sufficient resistance to rolling contact fatigue.

[010] Portanto, continua a ser desejável produzir trilhos de aço.[010] Therefore, it remains desirable to produce steel rails.

DESCRIPTION OF THE INVENTION

[011] Um objetivo desta invenção é fornecer um método de fabricação de trilhos de alto desempenho com excelente resistência à fadiga de contato de rolamento e resistência ao desgaste.[011] An object of this invention is to provide a method of manufacturing high-performance rails with excellent resistance to rolling contact fatigue and wear resistance.

[012] Especialmente, é desejável produzir um trilho de aço em que a cabeça do trilho possui uma resistência à tração de pelo menos 1300 MPa, um limite de escoamento de pelo menos 1000 MPa, um alongamento total de pelo menos 13% e uma dureza de pelo menos 420 HB e, de preferência, de pelo menos 430 HB, juntamente com excelente resistência à fadiga de contato de rolamento e resistência ao desgaste.[012] Especially, it is desirable to produce a steel rail in which the rail head has a tensile strength of at least 1300 MPa, a yield strength of at least 1000 MPa, a total elongation of at least 13% and a hardness of at least 420 HB and preferably of at least 430 HB, together with excellent rolling contact fatigue resistance and wear resistance.

[013] Para esta finalidade, a invenção se refere a um método para fabricar um trilho compreendendo uma cabeça, em que o método compreende as seguintes etapas sucessivas: - fundir um aço de modo a obter um semi-produto, em que o referido aço possui uma composição química compreendendo, em porcentagem em peso: 0,20% < C < 0,60%, 1,0% < Si < 2,0%, 0,60% < Mn < 1,60%, e 0,5 < Cr < 2,2%, e, opcionalmente, um ou mais elementos escolhidos dentre 0,01% < Mo < 0,3%, 0,01% < V < 0,30%; - restante sendo Fe e impurezas inevitáveis resultantes da fusão; - laminar a quente o semi-produto em um semi-produto laminado a quente possuindo a forma do trilho e compreendendo uma cabeça, com uma temperatura final de laminação TFRT superior a Ar3; - resfriar a cabeça do semi-produto laminado a quente a partir da temperatura final de laminação TFRT até uma temperatura de parada de resfriamento TCS compreendida entre 200 °C e 520 °C, de modo que a temperatura da cabeça do semi-produto laminado a quente ao longo do tempo esteja compreendida entre um limite superior e um limite inferior, o limite superior possuindo as coordenadas de tempo e temperatura definidas por A1 (0 segundo, 780 °C), B1 (50 segundos, 600 °C) e C1 (110 segundos, 520 °C), o limite inferior possuindo as coordenadas de tempo e temperatura definidas por A2 (0 segundo, 675 °C), B2 (50 segundos, 510 °C) e C2 (110 segundos, 300 °C); - manter a cabeça do semi-produto laminado a quente em uma faixa de temperatura compreendida entre 300 °C e 520 °C durante um tempo de retenção tretenção de pelo menos 12 minutos; e - resfriar o semi-produto laminado a quente até a temperatura ambiente para obter o trilho.[013] For this purpose, the invention relates to a method for manufacturing a rail comprising a head, wherein the method comprises the following successive steps: - melting a steel in order to obtain a semi-product, wherein said steel has a chemical composition comprising, in percentage by weight: 0.20% < C < 0.60%, 1.0% < Si < 2.0%, 0.60% < Mn < 1.60%, and 0. 5 < Cr < 2.2%, and, optionally, one or more elements chosen from 0.01% < Mo < 0.3%, 0.01% < V < 0.30%; - remainder being Fe and unavoidable impurities resulting from fusion; - hot rolling the semi-product into a hot rolled semi-product having the shape of the rail and comprising a head, with a final rolling temperature TFRT greater than Ar3; - cool the head of the hot-rolled semi-product from the final rolling temperature TFRT to a cooling stop temperature TCS between 200 °C and 520 °C, so that the temperature of the head of the hot-rolled semi-product at temperature over time is between an upper limit and a lower limit, the upper limit having the time and temperature coordinates defined by A1 (0 seconds, 780 °C), B1 (50 seconds, 600 °C) and C1 ( 110 seconds, 520 °C), the lower limit having the time and temperature coordinates defined by A2 (0 seconds, 675 °C), B2 (50 seconds, 510 °C) and C2 (110 seconds, 300 °C); - keep the head of the hot-rolled semi-product in a temperature range between 300 °C and 520 °C for a retention time of at least 12 minutes; and - cool the hot-rolled semi-product to room temperature to obtain the rail.

[014] O método para fabricar um trilho pode ainda compreender uma ou mais das seguintes características, tomadas junto ou de acordo com qualquer combinação tecnicamente possível: - A microestrutura da cabeça do trilho consiste em, em fração superficial: - 49% a 67% de bainita; - 14% a 25% de austenita retida, em que a austenita retida possui um teor médio de carbono compreendido entre 0,80% e 1,44%; - 13% a 34% de martensita temperada; - A fração superficial de bainita na microestrutura da cabeça é maior ou igual a 56%; - A fração superficial de austenita retida na microestrutura da cabeça está compreendida entre 18% e 23%; - A fração superficial de martensita temperada na microestrutura da cabeça está compreendida entre 14,5% e 22,5%; - O teor médio de carbono na austenita retida é superior a 1,3%; - A temperatura de parada de resfriamento TCS está compreendida entre 300 °C e 520 °C; - A temperatura de parada de resfriamento TCS está compreendida entre 200 °C e 300 °C, e o método compreende ainda, após a etapa de resfriar a cabeça do semi-produto laminado a quente até a temperatura de parada de resfriamento TCS e antes da etapa de manter a cabeça na faixa de temperatura, uma etapa de aquecimento da cabeça do semi-produto laminado a quente até uma temperatura compreendida entre 300 °C e 520 °C; - A etapa de resfriar a cabeça do semi-produto laminado a quente é realizada através de jatos de água; - Durante a etapa de resfriar a cabeça do semi-produto laminado a quente, todo o semi-produto laminado a quente é resfriado de modo que a temperatura do semi-produto laminado a quente ao longo do tempo está compreendida entre o limite superior e o limite inferior; - Durante a etapa de laminar a quente o semi-produto, o semi- produto é laminado a quente a partir de uma temperatura inicial de laminação a quente superior a 1080 °C, de preferência superior a 1180 °C; - A composição química do aço compreende, sendo o teor expresso em porcentagem em peso: 0,30% < C < 0,60%; - A composição química do aço compreende, sendo o teor expresso em porcentagem em peso: 1,25% < Si < 1,6%; e - A composição química do aço compreende, sendo o teor expresso em percentagem em peso: 1,09% < Mn < 1,5%.[014] The method for manufacturing a rail may further comprise one or more of the following characteristics, taken together or in accordance with any technically possible combination: - The microstructure of the rail head consists of, in surface fraction: - 49% to 67% of bainite; - 14% to 25% retained austenite, where the retained austenite has an average carbon content between 0.80% and 1.44%; - 13% to 34% tempered martensite; - The surface fraction of bainite in the head microstructure is greater than or equal to 56%; - The surface fraction of austenite retained in the head microstructure is between 18% and 23%; - The surface fraction of tempered martensite in the head microstructure is between 14.5% and 22.5%; - The average carbon content in retained austenite is greater than 1.3%; - The TCS cooling stop temperature is between 300 °C and 520 °C; - The TCS cooling stop temperature is between 200 °C and 300 °C, and the method further comprises, after the step of cooling the head of the hot-rolled semi-product to the TCS cooling stop temperature and before step of maintaining the head in the temperature range, a step of heating the head of the hot-rolled semi-product to a temperature between 300 °C and 520 °C; - The stage of cooling the head of the hot-rolled semi-product is carried out using water jets; - During the step of cooling the head of the hot-rolled semi-product, the entire hot-rolled semi-product is cooled so that the temperature of the hot-rolled semi-product over time is between the upper limit and the inferior limit; - During the step of hot rolling the semi-product, the semi-product is hot rolled from an initial hot rolling temperature higher than 1080 °C, preferably higher than 1180 °C; - The chemical composition of the steel comprises, with the content expressed as a percentage by weight: 0.30% < C < 0.60%; - The chemical composition of the steel comprises, with the content expressed as a percentage by weight: 1.25% < Si < 1.6%; and - The chemical composition of the steel comprises, with the content expressed as a percentage by weight: 1.09% < Mn < 1.5%.

[015] A invenção também se refere a uma peça de aço laminada a quente com uma composição química que compreende, em porcentagem em peso: 0,20% < C < 0,60%, 1,0% < Si < 2,0%, 0,60% < Mn < 1,60%, e 0,5 < Cr < 2,2%, e, opcionalmente, um ou mais elementos escolhidos dentre 0,01% < Mo < 0,3%, 0,01% < V < 0,30%; o restante sendo Fe e impurezas inevitáveis resultantes da fusão; em que o trilho de aço compreende uma cabeça possuindo uma microestrutura que consiste em, em fração superficial: 49% a 67% de bainita, 14% a 25% de austenita retida, em que a austenita retida possui um teor médio de carbono compreendido entre 0,80% e 1,44%, e 13% a 34% de martensita temperada.[015] The invention also relates to a hot-rolled steel part with a chemical composition comprising, in percentage by weight: 0.20% < C < 0.60%, 1.0% < Si < 2.0 %, 0.60% < Mn < 1.60%, and 0.5 < Cr < 2.2%, and, optionally, one or more elements chosen from 0.01% < Mo < 0.3%, 0, 01% < V < 0.30%; the remainder being Fe and unavoidable impurities resulting from fusion; wherein the steel rail comprises a head having a microstructure consisting of, in surface fraction: 49% to 67% bainite, 14% to 25% retained austenite, wherein the retained austenite has an average carbon content comprised between 0.80% and 1.44%, and 13% to 34% tempered martensite.

[016] A peça de aço laminada a quente pode ainda compreender uma ou mais das seguintes características, tomadas junto ou de acordo com qualquer combinação tecnicamente possível: - A fração superficial de bainita na microestrutura da cabeça do trilho é superior a 56%; - A fração superficial de austenita retida na microestrutura da cabeça do trilho está compreendida entre 18% e 23%; - A fração superficial de martensita temperada na microestrutura da cabeça do trilho está compreendida entre 14,5% e 22,5%; - O teor médio de carbono na austenita retida é superior a 1,3%; - A composição química do aço compreende, sendo o teor expresso em porcentagem em peso: 0,30% < C < 0,6%; - A composição química do aço compreende, sendo o teor expresso em porcentagem em peso: 1,25% < Si < 1,6%; - A composição química do aço compreende, sendo o teor expresso em porcentagem em peso: 0,9% < Mn < 1,5%; - A cabeça do trilho possui uma dureza compreendida entre 420 HB e 470 HB, de preferência superior a 450 HB; - A cabeça do trilho possui uma resistência à tração compreendida entre 1300 MPa e 1450 MPa; - A cabeça do trilho possui um limite de escoamento compreendido entre 1000 MPa e 1150 MPa; e - A cabeça do trilho possui um alongamento total compreendido entre 13% e 18%.[016] The hot-rolled steel part may also comprise one or more of the following characteristics, taken together or in accordance with any technically possible combination: - The surface fraction of bainite in the microstructure of the rail head is greater than 56%; - The surface fraction of austenite retained in the rail head microstructure is between 18% and 23%; - The surface fraction of tempered martensite in the rail head microstructure is between 14.5% and 22.5%; - The average carbon content in retained austenite is greater than 1.3%; - The chemical composition of the steel comprises, with the content expressed as a percentage by weight: 0.30% < C < 0.6%; - The chemical composition of the steel comprises, with the content expressed as a percentage by weight: 1.25% < Si < 1.6%; - The chemical composition of the steel comprises, with the content expressed as a percentage by weight: 0.9% < Mn < 1.5%; - The rail head has a hardness between 420 HB and 470 HB, preferably greater than 450 HB; - The rail head has a tensile strength between 1300 MPa and 1450 MPa; - The rail head has a yield strength between 1000 MPa and 1150 MPa; and - The rail head has a total elongation between 13% and 18%.

BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

[017] Outros aspectos e vantagens da invenção aparecerão após a leitura da descrição a seguir, dada a título de exemplo e feita com referência aos desenhos anexos, em que: - A Figura 1 é uma vista em corte do trilho e; - A Figura 2 é um gráfico que mostra o limite superior e o limite inferior da temperatura ao longo do tempo durante a etapa de resfriamento da cabeça; - A Figura 3 é um gráfico dos coeficientes de expansão térmica linear de três amostras de coeficiente de função de expansão térmica da temperatura.[017] Other aspects and advantages of the invention will appear after reading the following description, given by way of example and made with reference to the attached drawings, in which: - Figure 1 is a sectional view of the rail and; - Figure 2 is a graph that shows the upper limit and lower limit of temperature over time during the head cooling stage; - Figure 3 is a graph of the linear thermal expansion coefficients of three samples of temperature thermal expansion function coefficient.

DESCRIPTION OF EMBODIMENTS OF THE INVENTION

[018] Uma forma de realização de um trilho (10) de acordo com a invenção é representada na Figura 1.[018] An embodiment of a rail (10) according to the invention is represented in Figure 1.

[019] O trilho (10) compreende uma cabeça (12) e uma base (14), em que a base (14) e a cabeça (12) são conectadas uma à outra através de um suporte (16).[019] The rail (10) comprises a head (12) and a base (14), wherein the base (14) and the head (12) are connected to each other through a support (16).

[020] Como representado na Figura 1, o suporte (16) tem uma largura máxima estritamente inferior à largura máxima da cabeça (12), particularmente pelo menos inferior a 50% da largura máxima da cabeça (12).[020] As depicted in Figure 1, the support (16) has a maximum width strictly less than the maximum width of the head (12), particularly at least less than 50% of the maximum width of the head (12).

[021] Da mesma forma, o suporte tem uma largura máxima estritamente inferior à largura máxima da base, particularmente pelo menos inferior a 50% da largura máxima da base.[021] Likewise, the support has a maximum width strictly less than the maximum width of the base, particularly at least less than 50% of the maximum width of the base.

[022] A cabeça (12), a base (14) e o suporte (16) são integrados.[022] The head (12), the base (14) and the support (16) are integrated.

[023] O trilho (10), em particular a cabeça (12) do trilho (10), é fabricado a partir de um aço com uma composição química que compreende, em porcentagem em peso: 0,20% < C < 0,60% e, mais particularmente, 0,30% < C < 0,60%, 1,0% < Si < 2,0% e, de preferência, 1,25% < Si < 1,6%. 0,60% < Mn < 1,60% e, de preferência, 1,09% < Mn < 1,5%, e 0,5 < Cr < 2,2%, e, opcionalmente, um ou mais elementos escolhidos dentre 0,01% < Mo < 0,3%, 0,01% < V < 0,30%; o restante sendo Fe e impurezas inevitáveis resultantes da fusão.[023] The rail (10), in particular the head (12) of the rail (10), is manufactured from a steel with a chemical composition comprising, in percentage by weight: 0.20% < C < 0, 60% and, more particularly, 0.30% < C < 0.60%, 1.0% < Si < 2.0% and, preferably, 1.25% < Si < 1.6%. 0.60% < Mn < 1.60% and, preferably, 1.09% < Mn < 1.5%, and 0.5 < Cr < 2.2%, and, optionally, one or more elements chosen from among 0.01% < Mo < 0.3%, 0.01% < V < 0.30%; the remainder being Fe and unavoidable impurities resulting from fusion.

[024] Nesta liga, o carbono é o elemento de liga que tem o principal efeito de controlar e ajustar a microestrutura e as propriedades desejadas do aço. O carbono estabiliza a austenita e, portanto, leva à sua retenção mesmo em temperatura ambiente. Além disso, o carbono permite obter uma boa resistência mecânica e a dureza desejada, combinadas com uma boa ductilidade e resistência ao impacto.[024] In this alloy, carbon is the alloying element that has the main effect of controlling and adjusting the microstructure and desired properties of the steel. Carbon stabilizes austenite and therefore leads to its retention even at room temperature. Furthermore, carbon allows to obtain good mechanical resistance and the desired hardness, combined with good ductility and impact resistance.

[025] Um teor de carbono abaixo de 0,20% em peso leva à formação de uma austenita retida não suficientemente estável, dureza e resistência à tração insuficientes e resistências ao desgaste e à fadiga de contato de rolamento insuficientes. Em teores de carbono acima de 0,60%, a ductilidade e a resistência ao impacto do aço são deterioradas pelo aparecimento da segregação central. Portanto, o teor de carbono está compreendido entre 0,20% e 0,60% em peso.[025] A carbon content below 0.20% by weight leads to the formation of a retained austenite that is not sufficiently stable, insufficient hardness and tensile strength, and insufficient resistance to wear and bearing contact fatigue. At carbon contents above 0.60%, the ductility and impact resistance of the steel are deteriorated by the appearance of central segregation. Therefore, the carbon content is between 0.20% and 0.60% by weight.

[026] O teor de carbono está, de preferência, compreendido entre 0,30% e 0,60% em porcentagem em peso.[026] The carbon content is preferably between 0.30% and 0.60% in percentage by weight.

[027] O teor de silício está compreendido entre 1,0% e 2,0% em peso. O Si, que é um elemento que não é solúvel na cementita, impede ou pelo menos atrasa a precipitação de carboneto, em particular durante a formação de bainita, e permite a difusão de carbono na austenita retida, favorecendo assim a estabilização da austenita retida. O Si aumenta ainda mais a resistência do aço pelo endurecimento por solução sólida. Abaixo de 1,0% em peso de silício, esses efeitos não são suficientemente marcados. Com um teor de silício acima de 2,0% em peso, a resistência ao impacto pode ser negativamente afetada pela formação de óxidos de grande tamanho. Além disso, um teor de Si superior a 2,0% em peso pode levar a uma baixa qualidade da superfície do aço.[027] The silicon content is between 1.0% and 2.0% by weight. Si, which is an element that is not soluble in cementite, prevents or at least delays the precipitation of carbide, in particular during the formation of bainite, and allows the diffusion of carbon into the retained austenite, thus favoring the stabilization of the retained austenite. Si further increases the strength of steel by solid solution hardening. Below 1.0 wt% silicon, these effects are not sufficiently marked. With a silicon content above 2.0% by weight, impact resistance can be negatively affected by the formation of large oxides. Furthermore, a Si content greater than 2.0% by weight can lead to poor surface quality of the steel.

[028] De preferência, o teor de Si está compreendido entre 1,25% e 1,6% em peso.[028] Preferably, the Si content is between 1.25% and 1.6% by weight.

[029] O teor de manganês está compreendido entre 0,60% e 1,60% em peso e, de preferência, entre 1,09% e 1,5%. O Mn tem um papel importante no controle da microestrutura e na estabilização da austenita. Como um elemento gamagênico, o Mn reduz a temperatura de transformação da austenita, aumenta a possibilidade de enriquecimento de carbono aumentando a solubilidade do carbono na austenita e estende a faixa aplicável de taxas de resfriamento, pois atrasa a formação de perlita. O Mn aumenta ainda mais a resistência do material por endurecimento por solução sólida e refina a estrutura. Abaixo de 0,6% em peso, esses efeitos não são suficientemente marcados. Em teores acima de 1,6%, o Mn favorece a formação de uma fração muito grande de martensita, o que é prejudicial para a ductilidade do produto.[029] The manganese content is between 0.60% and 1.60% by weight and, preferably, between 1.09% and 1.5%. Mn plays an important role in controlling the microstructure and stabilizing austenite. As a gammagenic element, Mn reduces the transformation temperature of austenite, increases the possibility of carbon enrichment by increasing the solubility of carbon in austenite, and extends the applicable range of cooling rates by delaying pearlite formation. Mn further increases the strength of the material by solid solution hardening and refines the structure. Below 0.6% by weight, these effects are not sufficiently marked. At levels above 1.6%, Mn favors the formation of a very large fraction of martensite, which is detrimental to the ductility of the product.

[030] O teor de cromo está compreendido entre 0,5% e 2,2% em peso. O Cr é eficaz na estabilização da austenita retida, garantindo uma quantidade predeterminada da mesma. Também é útil para reforçar o aço. No entanto, o Cr é adicionado principalmente pelo seu efeito endurecedor. O Cr promove o crescimento das fases transformadas a baixa temperatura e permite obter a microestrutura alvo em uma ampla faixa de taxas de resfriamento. Em teores abaixo de 0,5%, esses efeitos não são suficientemente marcados. Em teores acima de 2,2%, o Cr favorece a formação de uma fração muito grande de martensita, o que é prejudicial para a ductilidade do produto. Além disso, em teores acima de 2,2%, a adição de Cr se torna desnecessariamente cara.[030] The chromium content is between 0.5% and 2.2% by weight. Cr is effective in stabilizing retained austenite, ensuring a predetermined amount of it. It is also useful for reinforcing steel. However, Cr is added mainly for its hardening effect. Cr promotes the growth of transformed phases at low temperature and allows obtaining the target microstructure over a wide range of cooling rates. At levels below 0.5%, these effects are not sufficiently marked. At levels above 2.2%, Cr favors the formation of a very large fraction of martensite, which is detrimental to the ductility of the product. Furthermore, at levels above 2.2%, the addition of Cr becomes unnecessarily expensive.

[031] Quando presente, o teor de molibdênio está compreendido entre 0,01% e 0,3% em peso. No aço da invenção, o Mo pode estar presente como uma impureza, em um teor que é geralmente de pelo menos 0,01%, ou adicionado como uma adição voluntária. Quando adicionado, o teor de Mo é, de preferência, de pelo menos 0,10%. Quando adicionado, o Mo melhora a temperabilidade do aço e facilita ainda mais a formação de bainita inferior, diminuindo a temperatura na qual essa estrutura aparece, a bainita inferior resultando em uma boa resistência ao impacto do aço. Em teores superiores a 0,3% em peso, o Mo pode ter um efeito negativo sobre essa mesma resistência ao impacto. Além disso, acima de 0,3%, a adição de Mo se torna desnecessariamente cara.[031] When present, the molybdenum content is between 0.01% and 0.3% by weight. In the steel of the invention, Mo may be present as an impurity, in a content that is generally at least 0.01%, or added as a voluntary addition. When added, the Mo content is preferably at least 0.10%. When added, Mo improves the hardenability of the steel and further facilitates the formation of lower bainite, lowering the temperature at which this structure appears, the lower bainite resulting in good impact resistance of the steel. At levels greater than 0.3% by weight, Mo can have a negative effect on this same impact resistance. Furthermore, above 0.3%, adding Mo becomes unnecessarily expensive.

[032] Quando presente, o teor de vanádio está compreendido entre 0,01% e 0,30%. O vanádio é, opcionalmente, adicionado como um elemento de reforço e refino. Quando adicionado, o teor de V é, de preferência, de pelo menos 0,10%. Abaixo de 0,10%, nenhum efeito significativo nas propriedades mecânicas é observado. Acima de 0,30%, nas condições de fabricação de acordo com a invenção, é observada uma saturação do efeito nas propriedades mecânicas. Quando V não é adicionado, V geralmente está presente como uma impureza em um teor de pelo menos 0,01%.[032] When present, the vanadium content is between 0.01% and 0.30%. Vanadium is optionally added as a strengthening and refining element. When added, the V content is preferably at least 0.10%. Below 0.10%, no significant effect on mechanical properties is observed. Above 0.30%, under the manufacturing conditions according to the invention, a saturation of the effect on mechanical properties is observed. When V is not added, V is usually present as an impurity at a content of at least 0.01%.

[033] O restante da composição é ferro e impurezas inevitáveis. Neste contexto, níquel, fósforo, enxofre, nitrogênio, oxigênio e hidrogênio são considerados como elementos residuais que são impurezas inevitáveis. Portanto, seu teor é no máximo 0,05% de Ni, no máximo 0,025% de P, no máximo 0,020% de S, no máximo 0,009% de N, no máximo 0,003% de O e no máximo 0,0003% de H.[033] The rest of the composition is iron and inevitable impurities. In this context, nickel, phosphorus, sulfur, nitrogen, oxygen and hydrogen are considered as trace elements that are inevitable impurities. Therefore, its content is a maximum of 0.05% Ni, a maximum of 0.025% P, a maximum of 0.020% S, a maximum of 0.009% N, a maximum of 0.003% O and a maximum of 0.0003% H .

[034] O trilho (10), em particular a cabeça (12) do trilho (10), possui uma microestrutura consistindo em, em frações superficiais: - 49% a 67% de bainita, - 14% a 25% de austenita retida, e - 13% a 34% de martensita temperada.[034] The rail (10), in particular the head (12) of the rail (10), has a microstructure consisting of, in surface fractions: - 49% to 67% bainite, - 14% to 25% retained austenite , and - 13% to 34% tempered martensite.

[035] A bainita pode incluir bainita granular e bainita livre de carboneto semelhante a ripas. Na estrutura da invenção, bainita livre de carboneto designará bainita contendo menos de 100 carbonetos por unidade de superfície de 100 micrômetros quadrados.[035] Bainite may include granular bainite and lath-like carbide-free bainite. In the framework of the invention, carbide-free bainite will mean bainite containing less than 100 carbides per surface unit of 100 square micrometers.

[036] De preferência, a fração superficial de bainita na microestrutura da cabeça (12) é maior ou igual a 56%.[036] Preferably, the surface fraction of bainite in the microstructure of the head (12) is greater than or equal to 56%.

[037] A austenita retida e a martensita temperada geralmente estão presentes como constituintes de M/A, localizadas entre as ripas ou placas de bainita.[037] Retained austenite and tempered martensite are generally present as constituents of M/A, located between bainite laths or plates.

[038] A austenita também está contida na bainita entre as ripas ou placas de bainita.[038] Austenite is also contained in bainite between bainite laths or plates.

[039] A austenita retida possui um teor médio de carbono compreendido entre 0,83% e 1,44%, de preferência superior a 1,3%.[039] The retained austenite has an average carbon content of between 0.83% and 1.44%, preferably greater than 1.3%.

[040] De preferência, a fração superficial de austenita retida na microestrutura da cabeça (12) está compreendida entre 18% e 23%.[040] Preferably, the surface fraction of austenite retained in the microstructure of the head (12) is between 18% and 23%.

[041] A martensita temperada está contida na bainita entre as ripas ou placas de bainita e nos componentes de M/A.[041] Tempered martensite is contained in the bainite between the bainite laths or plates and in the M/A components.

[042] A martensita é martensita temperada e, de preferência, martensita auto-temperada. Geralmente, a martensita temperada tem um baixo teor de carbono, isto é, um teor médio de C estritamente menor que o teor médio de C no aço.[042] Martensite is tempered martensite and, preferably, self-tempered martensite. Generally, tempered martensite has a low carbon content, that is, an average C content strictly lower than the average C content in steel.

[043] De preferência, a fração superficial de martensita temperada na microestrutura da cabeça (12) está compreendida entre 14,5% e 22,5%.[043] Preferably, the surface fraction of tempered martensite in the microstructure of the head (12) is between 14.5% and 22.5%.

[044] A cabeça (12) do trilho (10) possui uma dureza de pelo menos 420 HB, geralmente compreendida entre 430 HB e 470 HB, uma resistência à tração de pelo menos 1300 MPa, geralmente compreendida entre 1300 MPa e 1450 MPa, um limite de escoamento de pelo menos 1000 MPa, geralmente compreendido entre 1000 MPa e 1150 MPa, e um alongamento total de pelo menos 13%, geralmente compreendendo entre 13% e 18%.[044] The head (12) of the rail (10) has a hardness of at least 420 HB, generally comprised between 430 HB and 470 HB, a tensile strength of at least 1300 MPa, generally comprised between 1300 MPa and 1450 MPa, a yield strength of at least 1000 MPa, generally comprising between 1000 MPa and 1150 MPa, and a total elongation of at least 13%, generally comprising between 13% and 18%.

[045] A fabricação do trilho (10) de acordo com a invenção pode ser feita por qualquer método adequado.[045] The manufacture of the rail (10) according to the invention can be done by any suitable method.

[046] Um método preferido para produzir esse trilho compreende uma etapa de fundir um aço de modo a obter um semi-produto, em que o referido aço possui a composição química acima.[046] A preferred method for producing such a rail comprises a step of melting a steel in order to obtain a semi-product, wherein said steel has the above chemical composition.

[047] O método compreende ainda uma etapa de laminação a quente do semi-produto em um semi-produto laminado a quente possuindo a forma do trilho (10) e compreendendo uma cabeça (12), com uma temperatura final de laminação TFRT maior que Ar3.[047] The method further comprises a step of hot rolling the semi-product into a hot rolled semi-product having the shape of the rail (10) and comprising a head (12), with a final rolling temperature TFRT greater than Ar3.

[048] De preferência, durante a etapa de laminação a quente do semi-produto, o semi-produto é laminado a quente a partir de uma temperatura inicial de laminação a quente superior a 1080 °C, de preferência superior a 1180 °C.[048] Preferably, during the hot rolling step of the semi-product, the semi-product is hot rolled from an initial hot rolling temperature greater than 1080 °C, preferably greater than 1180 °C.

[049] Por exemplo, antes da laminação a quente, o semi-produto é reaquecido a uma temperatura compreendida entre 1150 °C e 1270 °C e, então, laminado a quente.[049] For example, before hot rolling, the semi-product is reheated to a temperature between 1150 °C and 1270 °C and then hot rolled.

[050] Depois de terminar a laminação a quente, o trilho (10) é passado de preferência através de um forno de indução. Isso permite evitar a decomposição da austenita.[050] After finishing hot rolling, the rail (10) is preferably passed through an induction furnace. This prevents the decomposition of austenite.

[051] O método para fabricar um trilho (10) compreende, então, o resfriamento da cabeça (12) do semi-produto laminado a quente, a partir da temperatura final de laminação TFRT até uma temperatura de parada de resfriamento TCS compreendida entre 200 °C e 520 °C, de modo que a temperatura da cabeça (12) do semi-produto laminado a quente ao longo do tempo esteja compreendida entre um limite superior e um limite inferior, representado na Figura 2, o limite superior possuindo as coordenadas de tempo e temperatura definidas por A1 (0 segundo, 780 °C), B1 (50 segundos, 600 °C) e C1 (110 segundos, 520 °C), o limite inferior possuindo as coordenadas de tempo e temperatura definidas por A2 (0 segundo, 675 °C), B2 (50 segundos, 510 °C) e C2 (110 segundos, 300 °C).[051] The method for manufacturing a rail (10) then comprises cooling the head (12) of the hot-rolled semi-product, from the final rolling temperature TFRT to a cooling stop temperature TCS comprised between 200 °C and 520 °C, so that the temperature of the head (12) of the hot-rolled semi-product over time is between an upper limit and a lower limit, represented in Figure 2, the upper limit having the coordinates of time and temperature defined by A1 (0 seconds, 780 °C), B1 (50 seconds, 600 °C) and C1 (110 seconds, 520 °C), the lower limit having the time and temperature coordinates defined by A2 ( 0 second, 675 °C), B2 (50 seconds, 510 °C) and C2 (110 seconds, 300 °C).

[052] A temperatura de parada de resfriamento TCS é a temperatura na qual o resfriamento é interrompido.[052] The TCS cooling stop temperature is the temperature at which cooling stops.

[053] Em uma primeira forma de realização, a temperatura de parada de resfriamento TCS está compreendida entre 300 °C e 520 °C.[053] In a first embodiment, the TCS cooling stop temperature is between 300 °C and 520 °C.

[054] Nesta forma de realização, a cabeça pode atingir a temperatura de parada de resfriamento TCS antes ou depois de atingir um ponto compreendido entre os pontos C1 e C2 definidos acima.[054] In this embodiment, the head can reach the TCS cooling stop temperature before or after reaching a point between the points C1 and C2 defined above.

[055] Em uma segunda forma de realização, a temperatura de parada de resfriamento TCS está compreendida entre 200 °C e 300 °C. Nesta forma de realização, durante o resfriamento, após atingir um ponto compreendido entre os pontos C1 e C2, a cabeça (12) é ainda resfriada até a temperatura de parada de resfriamento TCS. Durante o resfriamento até a temperatura de parada de resfriamento TCS, ocorre uma transformação parcial da austenita em bainita e martensita.[055] In a second embodiment, the TCS cooling stop temperature is between 200 °C and 300 °C. In this embodiment, during cooling, after reaching a point between points C1 and C2, the head (12) is further cooled to the TCS cooling stop temperature. During cooling to the cooling stop temperature TCS, a partial transformation of austenite into bainite and martensite occurs.

[056] Se a cabeça (12) do semi-produto laminado a quente for resfriada de modo que sua temperatura ao longo do tempo seja superior ao limite superior, ferrita e perlita se formarão e carbonetos precipitarão após o resfriamento, de modo que a estrutura desejada não será obtida.[056] If the head (12) of the hot-rolled semi-product is cooled so that its temperature over time is higher than the upper limit, ferrite and pearlite will form and carbides will precipitate after cooling, so that the structure desired will not be obtained.

[057] Se a cabeça (12) do semi-produto laminado a quente for resfriada de modo que sua temperatura ao longo do tempo seja inferior ao limite inferior, será obtida uma fração de martensita muito alta e uma fração insuficiente de bainita.[057] If the head (12) of the hot-rolled semi-product is cooled so that its temperature over time is lower than the lower limit, a very high martensite fraction and an insufficient bainite fraction will be obtained.

[058] Mais especificamente, durante esta etapa de resfriamento da cabeça (12) do semi-produto laminado a quente, todo o semi-produto laminado a quente é resfriado de modo que a temperatura do semi-produto laminado a quente ao longo do tempo esteja compreendida entre o limite superior e o limite inferior.[058] More specifically, during this step of cooling the head (12) of the hot-rolled semi-product, the entire hot-rolled semi-product is cooled so that the temperature of the hot-rolled semi-product over time is between the upper limit and the lower limit.

[059] A etapa de resfriamento da cabeça (12) do semi-produto laminado a quente é, de preferência, realizada através de jatos de água. Esses jatos de água permitem atingir taxas de resfriamento rápidas e temperaturas controladas de liberação e recuperação de calor.[059] The stage of cooling the head (12) of the hot-rolled semi-product is preferably carried out using water jets. These water jets allow you to achieve fast cooling rates and controlled heat release and recovery temperatures.

[060] Após esta etapa de resfriamento, o método compreende uma etapa de manutenção da cabeça (12) do semi-produto laminado a quente em uma faixa de temperatura compreendida entre 300 °C e 520 °C durante um tempo de retenção tretenção de pelo menos 12 minutos, o tempo de retenção tretenção estando vantajosamente compreendido entre 15 minutos e 23 minutos.[060] After this cooling step, the method comprises a step of maintaining the head (12) of the hot-rolled semi-product in a temperature range between 300 °C and 520 °C for a hair retention time. least 12 minutes, the retention time being advantageously between 15 minutes and 23 minutes.

[061] De preferência, todo o semi-produto laminado a quente é mantido em uma faixa de temperatura compreendida entre 300 °C e 520 °C durante o referido tempo de retenção tretenção.[061] Preferably, the entire hot-rolled semi-product is maintained in a temperature range between 300 °C and 520 °C during said retention time.

[062] Durante esta etapa de manutenção, a transformação da austenita em bainita é concluída.[062] During this maintenance stage, the transformation of austenite into bainite is completed.

[063] Além disso, partições de carbono da martensita à austenita, estabilizando assim a austenita e temperando a martensita.[063] Additionally, carbon partitions from martensite to austenite, thus stabilizing the austenite and tempering the martensite.

[064] Se o tempo de retenção tretenção na faixa de temperatura compreendida entre 300 °C e 520 °C for menor que 12 minutos, uma fração insuficiente de bainita é formada, de modo que uma transformação muito importante da austenita em martensita ocorrerá durante o resfriamento subsequente à temperatura ambiente.[064] If the retention time in the temperature range between 300 °C and 520 °C is less than 12 minutes, an insufficient fraction of bainite is formed, so that a very important transformation of austenite into martensite will occur during the subsequent cooling to room temperature.

[065] Por exemplo, a cabeça (12) é mantida a uma temperatura de retenção Tretenção compreendida entre 300 °C e 520 °C.[065] For example, the head (12) is maintained at a retention temperature between 300 °C and 520 °C.

[066] Se a temperatura de parada de resfriamento estiver compreendida entre 300 °C e 520 °C, a etapa de manter a cabeça (12) na faixa de temperatura compreendida entre 300 °C e 520 °C para o tempo de retenção tretenção é, por exemplo, realizada imediatamente após o resfriamento para a temperatura de parada de resfriamento TCS. Além disso, a temperatura de retenção Tretenção é maior ou igual à temperatura de parada de resfriamento TCS.[066] If the cooling stop temperature is between 300 °C and 520 °C, the step of keeping the head (12) in the temperature range between 300 °C and 520 °C for the retention time is , for example, performed immediately after cooling to the TCS cooling stop temperature. Additionally, the TCS holding temperature is greater than or equal to the TCS cooling stop temperature.

[067] Se a temperatura de parada de resfriamento estiver compreendida entre 200 °C e 300 °C, o método compreende ainda, após o resfriamento da cabeça até a temperatura de parada de resfriamento TCS e antes da etapa de manter a cabeça na faixa de temperatura, uma etapa de aquecimento da cabeça do semi-produto laminado a quente até uma temperatura compreendida entre 300 °C e 520 °C. Nesse caso, a temperatura de retenção Tretenção é maior que a temperatura de parada de resfriamento TCS.[067] If the cooling stop temperature is between 200 °C and 300 °C, the method further comprises, after cooling the head to the TCS cooling stop temperature and before the step of keeping the head in the range of temperature, a step of heating the head of the hot-rolled semi-product to a temperature between 300 °C and 520 °C. In this case, the TCS retention temperature is greater than the TCS cooling stop temperature.

[068] Após a manutenção da cabeça (12) na faixa de temperatura compreendida entre 300 °C e 520 °C, o semi-produto laminado a quente é resfriado à temperatura ambiente para obter o trilho (10). O semi- produto laminado a quente é resfriado à temperatura ambiente, de preferência através de refrigeração a ar e, em particular, através de refrigeração a ar natural.[068] After maintaining the head (12) in the temperature range between 300 °C and 520 °C, the hot-rolled semi-product is cooled to room temperature to obtain the rail (10). The hot-rolled semi-product is cooled to room temperature, preferably by air cooling and in particular by natural air cooling.

[069] Vantajosamente, após o resfriamento, o trilho (10) tem uma microestrutura que consiste em, em frações superficiais: - 49% a 67% de bainita, - 14% a 25% de austenita retida, e - 13% a 34% de martensita temperada.[069] Advantageously, after cooling, the rail (10) has a microstructure consisting of, in surface fractions: - 49% to 67% bainite, - 14% to 25% retained austenite, and - 13% to 34 % tempered martensite.

[070] A bainita pode incluir bainita granular e bainita livre de carboneto. De preferência, a fração superficial de bainita na microestrutura da cabeça (12) é maior ou igual a 56%.[070] Bainite can include granular bainite and carbide-free bainite. Preferably, the surface fraction of bainite in the microstructure of the head (12) is greater than or equal to 56%.

[071] A austenita retida e a martensita temperada geralmente estão presentes como constituintes de M/A, localizadas entre as ripas ou placas de bainita.[071] Retained austenite and tempered martensite are generally present as M/A constituents, located between bainite laths or plates.

[072] A austenita também está contida na bainita entre as ripas ou placas de bainita.[072] Austenite is also contained in bainite between bainite laths or plates.

[073] A austenita retida tem um teor médio de carbono compreendido entre 0,80% e 1,44%, de preferência superior a 1,3%.[073] The retained austenite has an average carbon content of between 0.80% and 1.44%, preferably greater than 1.3%.

[074] De preferência, a fração superficial de austenita retida na microestrutura da cabeça (12) está compreendida entre 18% e 23%.[074] Preferably, the surface fraction of austenite retained in the microstructure of the head (12) is between 18% and 23%.

[075] A martensita temperada está contida na bainita entre as ripas ou placas de bainita e nos componentes de M/A.[075] Tempered martensite is contained in the bainite between the bainite laths or plates and in the M/A components.

[076] A martensita é martensita temperada e, de preferência, martensita auto-temperada. Geralmente, a martensita tem um baixo teor de carbono, isto é, um teor médio de C estritamente menor que o teor médio de C no aço.[076] Martensite is tempered martensite and, preferably, self-tempered martensite. Generally, martensite has a low carbon content, that is, an average C content strictly lower than the average C content in steel.

[077] De preferência, a fração superficial de martensita temperada na microestrutura da cabeça (12) está compreendida entre 14,5% e 22,5%.[077] Preferably, the surface fraction of tempered martensite in the microstructure of the head (12) is between 14.5% and 22.5%.

[078] A cabeça (12) do trilho (10) possui uma dureza compreendida entre 430 HB e 470 HB, uma resistência à tração compreendida entre 1300 MPa e 1450 MPa, um limite de escoamento compreendido entre 1000 MPa e 1150 MPa e um alongamento total compreendido entre 13% e 18%.[078] The head (12) of the rail (10) has a hardness between 430 HB and 470 HB, a tensile strength between 1300 MPa and 1450 MPa, a yield strength between 1000 MPa and 1150 MPa and an elongation total between 13% and 18%.

[079] Opcionalmente, o método pode ainda compreender etapas de acabamento e, em particular, etapas de usinagem ou tratamento de superfície, executadas, por exemplo, após o resfriamento do semi-produto laminado a quente até a temperatura ambiente. As etapas de tratamento de superfície podem ser, em particular, um tratamento de jateamento com granalhas (shot peening).[079] Optionally, the method may further comprise finishing steps and, in particular, machining or surface treatment steps, carried out, for example, after cooling the hot-rolled semi-product to room temperature. The surface treatment steps may be, in particular, a shot peening treatment.

EXAMPLES

[080] Os inventores da presente invenção realizaram os seguintes experimentos.[080] The inventors of the present invention carried out the following experiments.

[081] Aços com uma composição de acordo com a Tabela 1, expressa em peso, foram fornecidos sob a forma de semi-produto. TABELA 1 [081] Steels with a composition according to Table 1, expressed by weight, were supplied in the form of a semi-product. TABLE 1

[082] Os semi-produtos foram laminados a quente em semi produtos laminados a quente com a forma do trilho, com uma temperatura final de laminação TFRT maior que Ar3, e depois resfriados a partir da temperatura final de laminação TFRT até uma temperatura de parada de resfriamento TCS, com um taxa de resfriamento tal que, a partir de uma temperatura T0 em um tempo inicial de resfriamento t0 = 0 s, os semi-produtos laminados a quente atingiram uma temperatura T50 após 50 segundos de resfriamento e, em seguida, uma temperatura T110 após 110 segundos de resfriamento.[082] The semi-products were hot-rolled into rail-shaped hot-rolled semi-products, with a final rolling temperature TFRT greater than Ar3, and then cooled from the final rolling temperature TFRT to a stopping temperature TCS cooling system, with a cooling rate such that, from a temperature T0 at an initial cooling time t0 = 0 s, the hot-rolled semi-products reach a temperature T50 after 50 seconds of cooling and then a temperature T110 after 110 seconds of cooling.

[083] As cabeças dos trilhos foram então mantidas em uma faixa de temperatura compreendida entre 300 °C e 520 °C, a uma temperatura Tretenção igual à temperatura de parada de resfriamento TCS durante um tempo de retenção tretenção.[083] The rail heads were then maintained in a temperature range between 300 ° C and 520 ° C, at a Tretention temperature equal to the TCS cooling stop temperature during a Tretention retention time.

[084] Os trilhos foram finalmente resfriados até a temperatura ambiente.[084] The rails were finally cooled to room temperature.

[085] As condições de fabricação dos trilhos estão resumidas na Tabela 2 abaixo. TABELA 2 [085] The rail manufacturing conditions are summarized in Table 2 below. TABLE 2

CHEMICAL COMPOSITION:

[086] As amostras para análise química foram obtidas a partir do local da amostra de ensaio de tração, conforme declarado em 9.1.3 da EN 13674-1:2011, e depois polidas e analisadas por espectroscopia de emissão de faísca para determinar a porcentagem média em peso (% em peso). Além disso, vários pinos de 1 g foram extraídos, desengordurados e submetidos a uma análise elementar de traços de combustão para descobrir a porcentagem de N, O, S e C em um analisador LECO C/S & LECO N/O. O hidrogênio também foi analisado por absorção de IR. A composição química dos aços é mostrada abaixo na Tabela 3. TABELA 3 [086] Samples for chemical analysis were obtained from the tensile test sample location as stated in 9.1.3 of EN 13674-1:2011, and then polished and analyzed by spark emission spectroscopy to determine the percentage average by weight (% by weight). Additionally, several 1 g pins were extracted, degreased and subjected to combustion trace elemental analysis to find out the percentage of N, O, S and C on a LECO C/S & LECO N/O analyzer. Hydrogen was also analyzed by IR absorption. The chemical composition of steels is shown below in Table 3. TABLE 3

FATIGUE TEST:

[087] As amostras de fadiga foram extraídas da cabeça do trilho e usinadas de acordo com a norma ASTM E606-12.[087] Fatigue samples were extracted from the rail head and machined in accordance with ASTM E606-12.

[088] Os testes de fadiga foram realizados à temperatura ambiente em uma máquina hidráulica universal de teste INSTRON 8801, em controle de deformação com amplitude “pico a pico” de 0,00135 μm. A forma de onda utilizada foi uma onda senoidal, com uma deformação simétrica de +0,000675 μm em tensão e uma deformação de -0,000675 μm em compressão. A excentricidade (run-out) foi de 5 milhões de ciclos, interrompendo o teste neste valor.[088] Fatigue tests were carried out at room temperature on an INSTRON 8801 universal hydraulic test machine, in deformation control with a “peak to peak” amplitude of 0.00135 μm. The waveform used was a sine wave, with a symmetric deformation of +0.000675 μm in tension and a deformation of -0.000675 μm in compression. The run-out was 5 million cycles, stopping the test at this value.

[089] Três réplicas foram testadas em cada amostra.[089] Three replicates were tested on each sample.

[090] A excentricidade foi de 5 milhões de ciclos, interrompendo o teste nesse valor. TABELA 4 [090] The eccentricity was 5 million cycles, stopping the test at this value. TABLE 4

MICROSTRUCTURE - OPTICAL MICROSCOPY:

[091] Amostras metalográficas foram obtidas a partir da cabeça do trilho, de acordo com a Cláusula 9.1.4 da EN 13674-1:2011.[091] Metallographic samples were obtained from the rail head in accordance with Clause 9.1.4 of EN 13674-1:2011.

[092] As amostras metalográficas foram trituradas, polidas e gravadas com Nital a 2% para revelar a microestrutura das amostras de trilho. A observação microscópica foi realizada usando um microscópio Leica DMi4000.[092] The metallographic samples were ground, polished and etched with 2% Nital to reveal the microstructure of the rail samples. Microscopic observation was performed using a Leica DMi4000 microscope.

[093] A aparência geral da microestrutura em toda a cabeça do trilho é totalmente bainítica, isto é, consiste em ripas ou placas de bainita, e martensita e austenita dispersas entre as ripas ou placas de bainita, para todas as amostras. A natureza da microestrutura foi analisada em mais detalhes por microscopia eletrônica de varredura de alta resolução e difração de raios X.[093] The general appearance of the microstructure throughout the rail head is entirely bainitic, that is, it consists of bainite laths or plates, and martensite and austenite dispersed among the bainite laths or plates, for all samples. The nature of the microstructure was analyzed in more detail by high-resolution scanning electron microscopy and X-ray diffraction.

CHARACTERIZATION OF THE MICROSTRUCTURE BY X-RAY DIFFRACTION AND HIGH-RESOLUTION SCANNING ELECTRON MICROSCOPY:

[094] Uma análise detalhada foi realizada na amostra 523513Y208. A análise por microscopia eletrônica foi realizada por meio de um microscópio eletrônico de alta resolução com canhão de emissão de campo (FEG-SEM) Zeiss Ultra Plus. Os testes de difração foram realizados no difratômetro de raios X Bruker D8 Advance usando radiação CuKα.[094] A detailed analysis was carried out on sample 523513Y208. Electron microscopy analysis was performed using a high-resolution electron microscope with field emission gun (FEG-SEM) Zeiss Ultra Plus. Diffraction tests were performed on the Bruker D8 Advance X-ray diffractometer using CuKα radiation.

[095] O teor de austenita e seu teor de carbono foram medidos por DRX seguindo as recomendações da norma ASTM E975.[095] The austenite content and its carbon content were measured by XRD following the recommendations of the ASTM E975 standard.

[096] O teor do constituinte de M/A foi obtido pelo método de contagem manual de pontos em imagens SEM de acordo com a norma ASTM E562. O teor de martensita é então determinado subtraindo do teor de constituinte de M/A o teor de austenita retida medido por DRX. O saldo de 100% consiste em bainita.[096] The content of the M/A constituent was obtained by the manual point counting method in SEM images in accordance with the ASTM E562 standard. The martensite content is then determined by subtracting the retained austenite content measured by XRD from the M/A constituent content. The balance of 100% consists of bainite.

[097] A microestrutura compreende 61,3% de bainita, 20,20% de austenita retida com um teor de carbono de 1,38% e 18,5% de martensita.[097] The microstructure comprises 61.3% bainite, 20.20% retained austenite with a carbon content of 1.38% and 18.5% martensite.

TOUGHNESS:

[098] Por um lado, a dureza Brinell foi avaliada na superfície de rolamento da cabeça do trilho, em conformidade com a Cláusula 9.1.8 na EN 13674-1:2011 (valor médio de três medições).[098] On the one hand, Brinell hardness was evaluated on the bearing surface of the rail head in accordance with Clause 9.1.8 in EN 13674-1:2011 (average value of three measurements).

[099] Por outro lado, a dureza Brinell foi avaliada na seção transversal do trilho e usando um durômetro automático Leco LV700AT.[099] On the other hand, Brinell hardness was evaluated on the rail cross section and using a Leco LV700AT automatic hardness tester.

[0100] A Tabela 5 mostra os valores médios do teste de dureza na superfície de rolamento (RS) e em diferentes pontos da seção transversal. TABELA 5 [0100] Table 5 shows the average hardness test values on the rolling surface (RS) and at different points of the cross section. TABLE 5

TENSILE TEST:

[0101] De acordo com a Cláusula 9.1.9 da EN 13674-1:2011, o ensaio de tração foi realizado de acordo com a ISO 6892-1, utilizando peças de prova circulares proporcionais de 10 mm de diâmetro. As amostras de teste (D0 = 10 mm, L0 = 50 mm) foram extraídas e testadas usando uma máquina de teste mecânico universal Instron 600DX.[0101] In accordance with Clause 9.1.9 of EN 13674-1:2011, the tensile test was carried out in accordance with ISO 6892-1, using proportional circular test pieces of 10 mm in diameter. Test samples (D0 = 10 mm, L0 = 50 mm) were extracted and tested using an Instron 600DX universal mechanical testing machine.

[0102] Três réplicas foram testadas para cada amostra.[0102] Three replicates were tested for each sample.

[0103] A Tabela 6 mostra os resultados para limite de escoamento (YS), resistência à tração (TS) e alongamento (A50). TABELA 6 [0103] Table 6 shows the results for yield strength (YS), tensile strength (TS) and elongation (A50). TABLE 6

LINEAR THERMAL EXPANSION COEFFICIENT (LTEC):

[0104] O LTEC foi medido na direção de rolamento do trilho. As amostras de teste (4 mm de diâmetro e 10 mm de comprimento) foram extraídas do local do centro da amostra de tração e o coeficiente de expansão térmica foi avaliado de -70 °C a 70 °C a 2 °C/min por dilatometria de alta resolução (BAHR 805A/D).[0104] LTEC was measured in the rolling direction of the rail. The test samples (4 mm in diameter and 10 mm in length) were extracted from the center location of the tensile sample and the coefficient of thermal expansion was evaluated from -70 °C to 70 °C at 2 °C/min by dilatometry high resolution (BAHR 805A/D).

[0105] A mudança relativa de comprimento (dL/L0) e o coeficiente de expansão térmica (CTE) para um dos três ciclos de aquecimento realizados são mostrados na Figura 3.[0105] The relative change in length (dL/L0) and the coefficient of thermal expansion (CTE) for one of the three heating cycles performed are shown in Figure 3.

[0106] A seguir, o LTEC técnico, usando 25 °C como temperatura de referência, é mostrado na Tabela 7. TABELA 7 [0106] Next, the technical LTEC, using 25 °C as a reference temperature, is shown in Table 7. TABLE 7

Claims

1. METHOD FOR MANUFACTURING A RAIL comprising a head, characterized by the method comprising the following successive steps: - melting a steel in order to obtain a semi-product, in which the steel has a chemical composition comprising, in percentage by weight: 0, 20% < C < 0.60%, 1.0% < Si < 2.0%, 0.60% < Mn < 1.60%, and 0.5 < Cr < 2.2%, and, optionally, one or more elements chosen from 0.01% < Mo < 0.3%, 0.01% < V < 0.30%; - remainder being Fe and unavoidable impurities resulting from fusion; - hot rolling the semi-product into a hot rolled semi-product having the shape of the rail and comprising a head, with a final rolling temperature TFRT greater than Ar3; - cool the head of the hot-rolled semi-product from the final rolling temperature TFRT to a cooling stop temperature TCS between 200 °C and 520 °C, so that the temperature of the head of the hot-rolled semi-product at temperature over time is between an upper limit and a lower limit, the upper limit having the time and temperature coordinates defined by A1 (0 seconds, 780 °C), B1 (50 seconds, 600 °C) and C1 ( 110 seconds, 520 °C), the lower limit having the time and temperature coordinates defined by A2 (0 seconds, 675 °C), B2 (50 seconds, 510 °C) and C2 (110 seconds, 300 °C); - keep the head of the hot-rolled semi-product in a temperature range between 300 °C and 520 °C for a retention time of at least 12 minutes; and - cool the hot-rolled semi-product to room temperature to obtain the rail.

2. METHOD, according to claim 1, characterized in that the microstructure of the rail head consists of, in surface fraction: - 49% to 67% bainite; - 14% to 25% retained austenite, where the retained austenite has an average carbon content between 0.80% and 1.44%; - 13% to 34% tempered martensite.

3. METHOD, according to claim 2, characterized in that the surface fraction of bainite in the microstructure of the head is greater than or equal to 56%.

4. METHOD, according to any one of claims 2 to 3, characterized in that the surface fraction of austenite retained in the microstructure of the head is between 18% and 23%.

5. METHOD, according to any one of claims 2 to 4, characterized in that the surface fraction of tempered martensite in the microstructure of the head is between 14.5% and 22.5%.

6. METHOD, according to any one of claims 2 to 5, characterized in that the average carbon content in the retained austenite is greater than 1.3%.

7. METHOD, according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the TCS cooling stop temperature is between 300 °C and 520 °C.

8. METHOD, according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the TCS cooling stop temperature is comprised between 200 °C and 300 °C, and the method further comprises, after the step of cooling the head of the semi- hot-rolled product to the TCS cooling stop temperature and before the step of keeping the head in the temperature range, a step of heating the head of the hot-rolled semi-product to a temperature comprised between 300 °C and 520 °C .

9. METHOD, according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the step of cooling the head of the hot-rolled semi-product is carried out using water jets.

10. METHOD, according to any one of claims 1 to 9, characterized in that, during the step of cooling the head of the hot-rolled semi-product, the entire hot-rolled semi-product is cooled so that the temperature of the semi-product is -hot rolled product over time is between the upper limit and the lower limit.

11. METHOD according to any one of claims 1 to 10, characterized in that, during the step of hot rolling the semi-product, the semi-product is hot rolled from an initial hot rolling temperature greater than 1080 °C, preferably greater than 1180 °C.

12. METHOD, according to any one of claims 1 to 11, characterized by the chemical composition of the steel comprising, the content being expressed as a percentage by weight: 0.30% < C < 0.60%.

13. METHOD, according to any one of claims 1 to 12, characterized by the chemical composition of the steel comprising, the content being expressed as a percentage by weight: 1.25% < Si < 1.6%.

14. METHOD, according to any one of claims 1 to 13, characterized by the chemical composition of the steel comprising, the content being expressed in percentage by weight: 1.09% < Mn < 1.5%.

15. STEEL RAIL, characterized by being made of steel having a chemical composition that comprises, in percentage by weight: 0.20% < C < 0.60%, 1.0% < Si < 2.0%, 0, 60% < Mn < 1.60%, and 0.5 < Cr < 2.2%, and, optionally, one or more elements chosen from 0.01% < Mo < 0.3%, 0.01% < V < 0.30%; the remainder being Fe and unavoidable impurities resulting from fusion; wherein the steel rail comprises a head having a microstructure consisting of, in surface fraction: 49% to 67% bainite, 14% to 25% retained austenite, wherein the retained austenite has an average carbon content comprised between 0.80% and 1.44%, 13% to 34% tempered martensite.

16. STEEL RAIL, according to claim 15, characterized in that the surface fraction of bainite in the microstructure of the rail head is greater than 56%.

17. STEEL RAIL, according to any one of claims 15 to 16, characterized in that the surface fraction of austenite retained in the microstructure of the rail head is between 18% and 23%.

18. STEEL RAIL, according to any one of claims 15 to 17, characterized in that the surface fraction of tempered martensite in the microstructure of the rail head is between 14.5% and 22.5%.

19. STEEL RAIL, according to any one of claims 15 to 18, characterized in that the average carbon content in the retained austenite is greater than 1.3%.

20. STEEL RAIL, according to any one of claims 15 to 19, characterized by the chemical composition of the steel comprising, the content being expressed as a percentage by weight: 0.30% < C < 0.6%.

21. STEEL RAIL, according to any one of claims 15 to 20, characterized by the chemical composition of the steel comprising, the content being expressed as a percentage by weight: 1.25% < Si < 1.6%.

22. STEEL RAIL, according to any one of claims 15 to 21, characterized by the chemical composition of the steel comprising, the content being expressed as a percentage by weight: 0.9% < Mn < 1.5%.

23. STEEL RAIL, according to any one of claims 15 to 22, characterized in that the head of the rail has a hardness between 420 HB and 470 HB, preferably greater than 450 HB.

24. STEEL RAIL, according to any one of claims 15 to 23, characterized in that the rail head has a tensile strength comprised between 1300 MPa and 1450 MPa.

25. STEEL RAIL, according to any one of claims 15 to 24, characterized in that the rail head has a yield limit between 1000 MPa and 1150 MPa.

26. STEEL RAIL, according to any one of claims 15 to 25, characterized in that the rail head has a total elongation of between 13% and 18%.