BR112021015414A2 - Trilho - Google Patents
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Abstract
trilho. a presente invenção refere-se a um trilho incluindo uma composição química predeterminada, em que 90% de área ou mais de uma estrutura metalográfica em uma seção transversal de uma parte de alma do trilho é uma estrutura de perlita, um valor mínimo de uma dureza na seção transversal da parte de alma do trilho é hv 300 ou mais, e uma diferença entre um valor máximo e o valor mínimo da dureza na seção transversal da parte de alma do trilho é hv 40 ou menos.
Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para “TRILHO”.
[0001] A presente invenção refere-se a um trilho que é usado em ferrovias de carga e tem excelente resistência a danos.
[0002] A prioridade é reivindicada no Pedido de Patente Japonesa No. 2019-048809, depositado em 15 de março de 2019, cujo conteúdo é no presente documento incorporado por referência.
[0003] Com o desenvolvimento econômico, recursos naturais como o carvão foram recém-desenvolvidos. Especificamente, a mineração de recursos naturais tem sido promovida em regiões subdesenvolvidas com ambientes naturais severos. Junto com isso, o ambiente ao redor de uma linha férrea para ferrovias de carga usadas para transportar os recursos tornou-se significativamente severo. Por esse motivo, os trilhos precisam ter mais resistência ao desgaste do que nunca. A partir deste contexto, tem havido uma demanda para o desenvolvimento de trilhos com resistência ao desgaste aprimorada.
[0004] Além disso, nos últimos anos, o transporte ferroviário tornou- se ainda mais superlotado, e podem ocorrer danos por fadiga em uma parte da rede ferroviária. Por esta razão, a fim de melhorar ainda mais a vida útil do trilho, no trilho, tem havido uma demanda por uma melhoria na resistência a danos por fadiga de uma parte de alma, além de uma melhoria na resistência ao desgaste de uma parte de boleto. Essa demanda é particularmente significativa em um trilho usado em uma via curva. Em uma via curva, é claro a partir de investigação recente que, uma vez que a tensão para o lado de fora da curva é aplicada a uma parte de boleto do trilho, causando tensão de flexão a ser aplicada à parte de alma do trilho, é provável que ocorram danos por fadiga a partir da parte de alma como um ponto de partida.
[0005] A fim de melhorar a resistência ao desgaste do aço para trilhos, por exemplo, trilhos de alta resistência mostrados nos Documentos Patentários 1 e 2 foram desenvolvidos. As principais características desses trilhos incluem, para melhorar a resistência ao desgaste, aumentar a dureza do aço por meio do refinamento do espaçamento lamelar da perlita de uma parte de boleto do trilho usando um tratamento térmico, ou aumentando a fração volumétrica de cementita em uma lamela de perlita da parte de boleto do trilho, aumentando a quantidade de carbono no aço.
[0006] O Documento Patentário 1 descreve que um trilho com excelente resistência ao desgaste pode ser obtido através da realização de resfriamento acelerado em uma parte de boleto do trilho que é laminada ou reaquecida a uma taxa de resfriamento de 1 a 4° C / s a partir da faixa de temperatura de austenita a uma faixa de 850 a 500°C.
[0007] Além disso, o Documento Patentário 2 descreve que um trilho com excelente resistência ao desgaste pode ser obtido aumentando a fração em volume de cementita em uma lamela em uma estrutura de perlita de uma parte de boleto do trilho usando aço hipereutetoide (C: maior que 0,85% e 1,20% ou menos)
[0008] Na técnica descrita nos Documentos Patentários 1 ou 2, devido a um aumento na dureza por refinamento do espaçamento lamelar na estrutura de perlita da parte de boleto do trilho ou um aumento na fração em volume de cementita na lamela na estrutura de perlita, a resistência ao desgaste da parte de boleto do trilho é melhorada, e a vida útil é melhorada até certo ponto. No entanto, nos trilhos descritos nos Documentos Patentários 1 e 2, nenhuma pesquisa foi feita sobre a resistência a danos por fadiga que evita danos por fadiga a uma parte de alma do trilho.
[0009] Além disso, por exemplo, o Documento Patentário 3 descreve que um trilho com tenacidade aprimorada de uma parte de alma do trilho pode ser obtido controlando-se a quantidade de formação de uma estrutura de cementita proeutetoide na parte de alma do trilho.
[0010] Na técnica descrita no Documento Patentário 3, a quantidade de formação de uma estrutura de cementita em uma estrutura de perlita é controlada para melhorar a tenacidade da parte de alma do trilho, suprimir a quebra do trilho, e melhorar a vida útil até certo ponto. No entanto, no trilho descrito no Documento Patentário 3, nenhuma pesquisa foi feita sobre a resistência a danos por fadiga que evita danos por fadiga à parte de alma do trilho.
[0011] Além disso, por exemplo, o Documento Patentário 4 descreve que um trilho com propriedades de fadiga melhoradas de uma parte de alma de trilho pode ser obtido reduzindo-se a tensão residual por resfriamento de uma parte de junta soldada de trilho imediatamente após a soldagem.
[0012] Na técnica descrita no Documento Patentário 4, a tensão residual da parte de junta soldada do trilho é controlada para melhorar as propriedades de fadiga da parte de alma do trilho, suprimir a quebra do trilho, e melhorar a vida útil até certo ponto. No entanto, no trilho descrito no Documento Patentário 4, a junta soldada do trilho é um alvo, e nenhuma pesquisa foi feita sobre a prevenção de danos por fadiga em um material de base do trilho. Além disso, na técnica descrita no Documento Patentário 4, a tensão residual é controlada, e nenhuma pesquisa foi feita sobre uma relação entre o material e a dureza e as propriedades de fadiga da parte de alma do trilho no Documento Patentário 4.
[0013] Além disso, em uma técnica descrita no Documento Patentário 5, em um método de tratamento térmico de um trilho, a dureza de uma parte de alma do trilho necessária para garantir a tenacidade é definida. No entanto, no trilho descrito no Documento Patentário 5, nenhuma pesquisa foi feita sobre a prevenção de danos por fadiga a uma parte de alma do trilho. Além disso, no Documento Patentário 5, apenas a faixa do valor médio da dureza da parte de alma é ilustrada, e nenhuma pesquisa foi feita sobre uma distribuição de dureza que afeta a supressão de danos por fadiga na parte de alma do trilho.
[0014] Documentos da Técnica Precedente
[0015] [Documentos Patentários]
[0016] [Documento Patentário 1] Pedido de Patente Japonesa Examinada, Segunda Publicação No. S63-023244
[0017] [Documento Patentário 2] Pedido de Patente Japonesa Não Examinada, Primeira Publicação No. H8-144016
[0018] [Documento Patentário 3] Pedido de Patente Japonesa Não Examinada, Primeira Publicação No. 2004-43863
[0019] [Documento Patentário 4] Patente Japonesa No. 4819183
[0020] [Documento Patentário 5] Pedido de Patente Japonesa Não Examinada, Primeira Publicação No. H8-170120
[0021] [Documento Patentário 6] Pedido de Patente Japonesa Não Examinada, Primeira Publicação No. 2002-226915
[0022] [Documento Patentário 7] Pedido de Patente Japonesa Não Examinada, Primeira Publicação No. H8-246100
[0023] Problemas a Serem Resolvidos Pela Invenção
[0024] A presente invenção foi feita tendo em vista os problemas precedentes. Um objetivo da presente invenção é fornecer um trilho que possa suprimir a ocorrência de danos por fadiga de uma parte de alma e que tenha excelente resistência à quebra por fadiga, que é necessária para um trilho de uma ferrovia de carga. Particularmente, um objetivo da presente invenção é fornecer um trilho que possa suprimir a ocorrência de danos por fadiga, mesmo quando o trilho é aplicado a uma via curva no qual é provável que ocorra a quebra por fadiga.
[0025] Meios para Resolver o Problema
[0026] O conceito da presente invenção é como segue.
[0027] (1) Um trilho de acordo com um aspecto da presente invenção tem uma composição de aço incluindo, em % em massa: C:
0,75 a 1,20%; Si: 0,10 a 2,00%; Mn: 0,10 a 2,00%; Cr: 0 a 2,00%; Mo: 0 a 0,50%; Co: 0 a 1,00%; B: 0 a 0,0050%; Cu: 0 a 1,00%; Ni: 0 a 1,00%; V: 0 a 0,50%; Nb: 0 a 0,050%; Ti: 0 a 0,0500%; Mg: 0 a 0,0200%; Ca: 0 a 0,0200%; REM: 0 a 0,0500%; Zr: 0 a 0,0200%; N: 0 a 0,0200%; Al: 0 a 1,00%; P: 0,0250% ou menos; S: 0,0250% ou menos; e um restante consistindo de Fe e impurezas, em que 90% da área ou mais de uma estrutura metalográfica em uma seção transversal de uma parte de alma do trilho é uma estrutura de perlita, um valor mínimo de dureza na seção transversal da parte de alma do trilho é Hv 300 ou superior, e uma diferença entre um valor máximo e o valor mínimo da dureza na seção transversal da parte de alma do trilho é Hv 40 ou menos.
[0028] (2) No trilho descrito em (1), a diferença entre o valor máximo e o valor mínimo da dureza na seção transversal da parte de alma do trilho pode ser Hv 20 ou menos.
[0029] (3) No trilho descrito em (1) ou (2), a composição do aço pode incluir, em % em massa, um ou dois ou mais selecionados a partir do grupo que consiste de: Cr: 0,01 a 2,00%; Mo: 0,01 a 0,50%; Co: 0,01 a 1,00%; B: 0,0001 a 0,0050%; Cu: 0,01 a 1,00%; Ni: 0,01 a 1,00%; V: 0,005 a 0,50%; Nb: 0,0010 a 0,050%; Ti: 0,0030 a 0,0500%; Mg: 0,0005 a 0,0200%; Ca: 0,0005 a 0,0200%; REM: 0,0005 a 0,0500%; Zr: 0,0001 a 0,0200%; N: 0,0060 a 0,0200%; e Al: 0,0100 a 1,00%.
[0030] De acordo com o aspecto da presente invenção, pode ser fornecido um trilho que tenha excelente resistência a danos por fadiga necessária para uma parte de alma de um trilho aplicado a uma via curva de uma ferrovia de carga.
[0031] A Figura 1 é uma vista que mostra a posição de medição da dureza em uma seção transversal de uma parte de alma do trilho.
[0032] A Figura 2 é uma vista que mostra o perfil de um teste de fadiga de um trilho.
[0033] A Figura 3 é um gráfico que mostra a relação entre a diferença entre o valor máximo e o valor mínimo da dureza na seção transversal da parte de alma do trilho e o número de repetições no momento do início de uma trinca no teste de fadiga do trilho.
[0034] A Figura 4 é uma vista esquemática de uma seção transversal do trilho de acordo com a presente modalidade.
[0035] Figura 5 é uma faixa da parte de alma, que requer uma estrutura de perlita.
[0036] Daqui em diante, um trilho com excelente resistência a danos por fadiga em uma parte de alma de acordo com uma modalidade da presente invenção (também descrito como um trilho de acordo com a presente modalidade) será descrito em detalhes. Daqui em diante, % na composição é % em massa.
[0037] Em primeiro lugar, os presentes inventores investigaram mais detalhadamente a causa dos danos por fadiga que ocorrem a partir de uma parte de alma de trilho nas atuais ferrovias de carga. Como um resultado da investigação detalhada do trilho, incluindo uma estrutura de perlita na qual ocorreram danos por fadiga, verificou-se que havia uma correlação entre a dureza da seção transversal da parte de alma e os danos por fadiga do trilho. No trilho em que estava presente uma região onde a dureza em uma seção transversal da parte de alma do trilho era inferior a Hv 300, foi confirmado que ocorreram danos por fadiga da parte de alma do trilho.
[0038] Além disso, os presentes inventores investigaram mais detalhadamente o trilho em que ocorreu o dano por fadiga. Como um resultado, foi confirmado um caso em que em uma via curva exposta a um ambiente de uso severo, mesmo em um trilho no qual uma região onde a dureza em uma seção transversal de uma parte de alma do trilho era inferior a Hv 300 não estava presente, danos por fadiga ocorreram na parte de alma.
[0039] Portanto, os presentes inventores realizaram uma avaliação de protótipo no trilho real para investigar mais detalhadamente a causa do dano por fadiga que ocorre a partir da parte de alma, mesmo no trilho em que a região onde a dureza na seção transversal da parte de alma do trilho era menor do que Hv 300 não estava presente.
[0040] No presente documento, os presentes inventores realizaram um teste de danos por fadiga para simular uma via curva na avaliação de protótipo. A razão é que existem circunstâncias únicas em que é provável que a tensão de flexão seja aplicada à parte de alma na via curva. Como mostrado na Figura 4, o trilho inclui uma parte de alma do trilho 1, uma parte de boleto do trilho 2 e uma parte de patim do trilho 3. Uma vez que a parte de alma do trilho 1 não estava em contato com as rodas, a parte de alma do trilho 1 não foi necessariamente considerada como sendo importante na técnica relacionada. No entanto, na via curva, durante a passagem de um trem, a tensão para o lado de fora da via curva é aplicada à parte de boleto do trilho 2, de modo que a tensão de flexão é aplicada à parte de alma do trilho 1. Os presentes inventores presumiram que era provável que ocorressem danos por fadiga na parte de alma do trilho 1 na via curva devido à geração repetida de tal tensão de flexão, e pensava-se que o teste de danos por fadiga também deveria ser realizado para reproduzir a tensão de flexão descrita acima. Os detalhes de uma técnica de avaliação de protótipo serão mostrados abaixo.
[0041] Laminação a quente do trilho e um tratamento térmico foram realizados em aço (aço hipereutetoide) incluindo a seguinte composição de aço sob várias condições para produzir trilhos de protótipo com várias durezas de seção transversal em partes de alma de trilho, e os trilhos de protótipo foram avaliados quanto à resistência a danos por fadiga. Em seguida, a relação entre a dureza da seção transversal da parte de alma do trilho e a resistência a danos por fadiga foi investigada. As condições de laminação a quente dos trilhos, as condições de tratamento térmico e as condições de teste de fadiga são mostradas abaixo. A propósito, a fim de alterar a dureza da seção transversal da parte de alma do trilho, o resfriamento controlado foi realizado na parte de alma.
[0042] Condições reais de laminação a quente e tratamento térmico de trilhos
[0043] ● Componente de Aço
[0044] 0,90% C - 0,50% Si - 0,70% Mn - 0,0150% P - 0,0120% S (o restante consiste de Fe e impurezas)
[0045] ● Forma do Trilho
[0046] 141 libras (peso: 70 kg / m).
[0047] ● Condições de laminação a quente e tratamento térmico
[0048] Temperatura final de laminação (superfície externa da parte de alma): 900° C.
[0049] Condições de tratamento térmico: laminação a quente → resfriamento acelerado
[0050] Condições de resfriamento controlado (superfície externa da parte de alma): resfriamento acelerado na faixa de temperatura de 800° C para 500° C foi realizado a uma taxa de resfriamento média de 0,5 a 5° C / s, ou resfriamento acelerado de 800° C para 580 a 680° C. Posteriormente, após o aumento da temperatura pela geração do reaquecimento e a retenção da temperatura ocorrida, o resfriamento acelerado foi realizado novamente.
[0051] A propósito, o resfriamento acelerado foi realizado injetando- se um meio de resfriamento, tal como ar ou água de resfriamento, em qualquer uma da superfície da parte de boleto do trilho e da superfície da parte de alma ou em ambas as superfícies. Além disso, o aumento de temperatura pela geração de reaquecimento e a retenção de temperatura foram controlados repetindo-se o resfriamento leve e acelerado dependendo da quantidade de aumento de temperatura.
[0052] [Método para medir a dureza transversal da parte de alma do trilho, condições de medição, e método para organizar a dureza]
[0053] ● Dispositivo e método de medição
[0054] Dispositivo: medidor de dureza Vickers (carga de 98 N)
[0055] Coleta de peça de teste para medição: uma amostra foi cortada de uma seção transversal da parte de alma do trilho
[0056] Pré-processamento: a seção transversal foi polida com um pó de diamante com um tamanho médio de grão de 1 µm
[0057] Método de medição: a dureza foi medida de acordo com JIS Z 2244: 2009
[0058] ● Posição de medição
[0059] A posição de medição estava em uma seção transversal em uma faixa de ± 15 mm em uma direção para cima e para baixo do trilho a partir de uma linha média entre uma parte inferior do trilho e uma parte superior do trilho (consultar a Figura 1).
[0060] Endentações foram feitas continuamente na direção da espessura da parte de alma em uma fileira com um passo de 1,0 mm em que o ponto inicial da endentação contínua é a posição de uma profundidade de 1,0 mm a partir da superfície externa da parte de alma, e a distribuição de dureza foi medida. A medição da dureza foi realizada em pelo menos cinco linhas.
[0061] A propósito, a fim de eliminar as influências mútuas das endentações, um intervalo de 1,0 mm ou mais foi fornecido entre as linhas de medição.
[0062] ● Método para organizar a dureza
[0063] O valor mínimo e o valor máximo da dureza medida foram definidos como o valor mínimo e o valor máximo da dureza da seção transversal de cada uma das partes de alma do trilho.
[0064] Características de dureza do trilho de teste
[0065] ● Faixa de valor mínimo de dureza da seção transversal da parte de alma do trilho: Hv 300 a 500
[0066] ● Diferença entre o valor mínimo e o valor máximo da dureza da seção transversal da parte de alma do trilho: Hv 10 a 80
[0067] [Método de teste de fadiga e condições de teste para a parte de alma do trilho]
[0068] ● Teste de fadiga do trilho
[0069] Método de teste: flexão do trilho real em três pontos (comprimento do vão: 650 mm e consultar a Figura 2)
[0070] Condições de carga: flutuação na faixa de 2 a 20 toneladas.
[0071] Frequência de flutuação na carga aplicada: 5 Hz
[0072] Postura de teste: uma carga excêntrica foi aplicada à parte de boleto do trilho. A posição de aplicação da carga foi ajustada para uma posição deslocada em um terço da largura da parte de boleto do trilho a partir do centro da parte de boleto do trilho na direção da largura do trilho (consultar a Figura 2).
[0073] Medição de tensão: a tensão foi medida com um medidor de tensão conectado à parte de alma do trilho.
[0074] Número de repetições de flutuação de carga: até 3 milhões de repetições no máximo (sem início de trinca) ou até o início de uma trinca.
[0075] Determinação de trinca: o teste foi interrompido periodicamente, e uma inspeção de partícula magnética foi realizada na superfície da parte de alma do trilho para confirmar se uma trinca estava ou não presente na superfície da parte de alma do trilho.
[0076] Determinação de passagem: o trilho em que o número de repetições de flutuação de carga até o início de uma trinca era de 2 milhões ou mais ou uma trinca não iniciou até o final do teste (carga flutuou 3 milhões de repetições) foi determinado como um trilho tendo excelente resistência à quebra por fadiga.
[0077] Como mostrado na Figura 2, quando uma carga excêntrica flutuando em intervalos regulares foi aplicada ao trilho, a tensão de flexão foi aplicada à parte de alma do trilho em intervalos regulares. Consequentemente, foi possível simular a tensão de flexão (tensão de tração nas direções para cima e para baixo aplicada a um lado da parte de alma do trilho, o lado correspondendo a um lado externo da curva) aplicada à parte de alma do trilho devido à força centrífuga do trem passando pela via curva.
[0078] Como um resultado da investigação detalhada da parte de alma do trilho em que uma trinca se iniciou antes do número de repetições de flutuação de carga atingir 2 milhões, foi confirmado que uma trinca se iniciou no trilho em que a dureza na seção transversal foi significativamente não uniforme (ou seja, a diferença entre o valor máximo e o valor mínimo da dureza da seção transversal foi grande). Os presentes inventores descobriram a partir do resultado que o início de uma trinca resultou da deformação sendo concentrada na seção transversal da parte de alma devido à dureza da seção transversal ser significativamente não uniforme.
[0079] A Figura 3 mostra os resultados dos testes de fadiga dos trilhos. A Figura 3 mostra a relação entre a diferença entre o valor máximo e o valor mínimo da dureza da seção transversal da parte de alma do trilho e o número de repetições da flutuação de carga até o início de uma trinca no teste de fadiga. Como pode ser visto a partir dos resultados da Figura 3, existe uma correlação entre a diferença entre o valor máximo e o valor mínimo da dureza transversal e o número de repetições da flutuação de carga até o início de uma trinca no teste de fadiga, e quando a diferença entre o valor máximo e o valor mínimo da dureza da seção transversal diminui, o número de repetições da flutuação de carga até o início de uma trinca tende a aumentar. Particularmente, os presentes inventores confirmaram que quando a diferença entre o valor máximo e o valor mínimo da dureza da seção transversal foi Hv 40 ou menos, uma trinca não se iniciou até que o número de repetições de flutuação de carga atingisse 2 milhões, e a resistência a danos da parte de alma foi significativamente melhorada.
[0080] Além disso, os presentes inventores confirmaram que quando a diferença entre o valor máximo e o valor mínimo da dureza da seção transversal da parte de alma foi Hv 20 ou menos, o número de repetições de flutuação de carga até o início de uma trinca aumentou ainda mais, e uma trinca não se iniciou até 3 milhões de repetições, e a resistência a danos da parte de alma foi melhorada ainda mais.
[0081] Diz-se que um aumento na dureza (endurecimento total) de um material é eficaz na prevenção da fratura por fadiga do material. No entanto, os presentes inventores descobriram recentemente que, a fim de suprimir o início de danos por fadiga na parte de alma do trilho, além de um aumento na dureza da parte de alma do trilho, era necessário suprimir a diferença entre o valor máximo e o mínimo valor da dureza na seção transversal da parte de alma do trilho, e suprimir a concentração de deformação na seção transversal da parte de alma do trilho.
[0082] A Figura 4 é uma vista esquemática de uma seção transversal do trilho de acordo com a presente modalidade. A parte de alma do trilho (parte de alma do trilho 1) de acordo com a presente modalidade será descrita novamente com referência à Figura 4.
[0083] Quando uma seção transversal vertical em uma direção de comprimento do trilho é vista, uma parte do trilho que é restrita em largura está presente no centro da direção da altura do trilho. A parte restrita é descrita como a parte de alma do trilho 1. Uma parte que tem uma largura maior do que a largura da parte restrita e está localizada abaixo da parte restrita é descrita como a parte de patim do trilho 3, e uma parte localizada acima da parte restrita é descrita como a parte de boleto do trilho 2. A parte de alma do trilho 1 é uma região interposta entre a parte de boleto do trilho 2 e a parte de patim do trilho 3.
[0084] (1) Razão para limitar a composição química (componente de aço) do aço para trilhos
[0085] A razão para limitar a composição química (composição do aço) do aço no trilho de acordo com a presente modalidade será descrita em detalhes.
[0086] C: 0,75 a 1,20%
[0087] C é um elemento que promove a transformação perlítica e contribui para a melhoria da resistência à fadiga. No entanto, quando o teor de C é inferior a 0,75%, o limite inferior da resistência ou da resistência a danos por fadiga necessária para o trilho não pode ser garantido. Além disso, quando o teor de C é inferior a 0,75%, é provável que uma estrutura de ferrita proeutetoide macia seja formada na parte de alma do trilho, a diferença de dureza na seção transversal da parte de alma do trilho aumenta, e a resistência a danos por fadiga se deteriora. Por outro lado, quando o teor de C excede 1,20%, uma estrutura de cementita proeutetoide dura é provavelmente formada na parte de alma do trilho, a diferença de dureza na seção transversal da parte de alma do trilho aumenta, e a resistência a danos por fadiga se deteriora. Portanto, a fim de promover a formação de uma estrutura de perlita e garantir a resistência a danos por fadiga, o teor de C é fixado em 0,75 a 1,20%. A fim de estabilizar ainda mais a formação da estrutura de perlita e melhorar ainda mais a resistência a danos por fadiga, é desejável que o teor de C seja definido em 0,80% ou mais, 0,85% ou mais, ou 0,90% ou mais. Além disso, pela mesma razão, é desejável que o teor de C seja definido em 1,15% ou menos, 1,10% ou menos, ou 1,05% ou menos.
[0088] Si: 0,10 a 2,00%
[0089] O Si é um elemento solubilizado sólido em ferrita da estrutura de perlita, aumenta a dureza da seção transversal (resistência) da parte de alma do trilho, e melhora a resistência a danos por fadiga. Além disso, o Si é também um elemento que suprime a formação da estrutura de cementita proeutetoide, suprime a diferença de dureza na seção transversal da parte de alma do trilho, e melhora a resistência a danos por fadiga. No entanto, quando o teor de Si é inferior a 0,10%, os efeitos podem não ser obtidos de forma suficiente. Por outro lado, quando o teor de Si excede 2,00%, muitos defeitos de superfície se iniciam durante a laminação a quente. Além disso, quando o teor de Si excede 2,00%, a dureza aumenta significativamente, é provável que seja formada uma estrutura de martensita dura na parte de alma do trilho, a diferença de dureza na seção transversal da parte de alma do trilho aumenta, e a resistência a danos por fadiga se deteriora. Portanto, a fim de promover a formação da estrutura de perlita e garantir a resistência a danos por fadiga ou tenacidade, o teor de Si é definido em 0,10 a 2,00%. A fim de estabilizar ainda mais a formação da estrutura de perlita e melhorar ainda mais a resistência a danos por fadiga ou tenacidade, é desejável que o teor de Si seja definido em 0,15% ou mais, 0,20% ou mais, ou 0,40% ou mais. Pela mesma razão, é desejável que o teor de Si seja definido em 1,80% ou menos, 1,50% ou menos, ou 1,30% ou menos.
[0090] Mn: 0,10 a 2,00%
[0091] Mn é um elemento que aumenta a dureza, suprime a formação da estrutura de ferrita proeutetoide macia, e estabiliza a transformação perlítica e, ao mesmo tempo, refina o espaçamento lamelar da estrutura de perlita e garante a dureza da estrutura de perlita, e assim, melhora a resistência a danos por fadiga. No entanto, quando o teor de Mn é inferior a 0,10%, o efeito diminui, a estrutura de ferrita proeutetoide macia é provavelmente formada na parte de alma do trilho, a diferença de dureza na seção transversal da parte de alma do trilho aumenta, e o a resistência a danos por fadiga se deteriora. Por outro lado, quando o teor de Mn excede 2,00%, a dureza aumenta significativamente, a estrutura de martensita dura provavelmente será formada na parte de alma do trilho, a diferença de dureza na seção transversal da parte de alma do trilho aumenta, e a resistência a danos por fadiga se deteriora. Portanto, a fim de promover a formação da estrutura perlítica e garantir a resistência ao dano por fadiga ou a tenacidade, o teor de Mn é definido em 0,10 a 2,00%. A fim de estabilizar a formação da estrutura de perlita e melhorar ainda mais a resistência a danos por fadiga ou a tenacidade, é desejável que o teor de Mn seja definido em 0,20% ou mais, 0,30% ou mais, ou 0,40% ou mais. Pela mesma razão, é desejável que o teor de Mn seja definido em 1,80% ou menos, 1,50% ou menos, ou 1,20% ou menos.
[0092] P: 0,0250% ou menos
[0093] P é um elemento de impureza incluído no aço. O teor pode ser controlado realizando o refinamento em um conversor. É preferível que o teor de P seja pequeno, mas particularmente quando o teor de P excede 0,0250%, a concentração de P em uma zona de segregação da parte de alma do trilho é promovida, a dureza de uma parte de segregação aumenta, a diferença de dureza na seção transversal da parte de alma do trilho aumenta, e a resistência a danos por fadiga se deteriora. Por esse motivo, o teor de P é limitado a 0,0250% ou menos. A propósito, a fim de assegurar de forma estável a resistência a danos por fadiga da parte de alma do trilho, é desejável que o teor de P seja definido em 0,0200% ou menos, 0,0180% ou menos ou 0,0150% ou menos. Uma vez que P não contribui para resolver o problema da invenção, não é necessário limitar o limite inferior do teor de P, e o limite inferior pode ser definido em, por exemplo, 0%. No entanto, levando em consideração a capacidade de desfosforação no processo de refinamento, é economicamente vantajoso definir o limite inferior do teor de P em aproximadamente 0,0050%.
[0094] S: 0,0250% ou menos
[0095] S é um elemento de impureza incluído no aço. O teor pode ser controlado realizando a dessulfuração em um forno de fusão. É preferível que o teor de S seja pequeno, mas particularmente quando o teor de S excede 0,0250%, a formação de um sulfeto à base de MnS é promovida, e a concentração de Mn no aço diminui. Como um resultado, uma parte de segregação negativa é formada, a dureza da parte de segregação negativa diminui, a diferença de dureza na seção transversal da parte de alma do trilho aumenta, e a resistência a danos por fadiga se deteriora. Por esse motivo, o teor de S é limitado a 0,0250% ou menos. A propósito, a fim de garantir de forma mais estável a resistência a danos por fadiga da parte de alma do trilho, é desejável que o teor de S seja definido em 0,0200% ou menos, 0,0180% ou menos ou 0,0150% ou menos. Uma vez que S não contribui para resolver o problema da invenção, não é necessário limitar o limite inferior do teor de S, e o limite inferior pode ser definido para, por exemplo, 0%. No entanto, levando em consideração à capacidade de dessulfuração no processo de refinamento, é economicamente vantajoso definir o limite inferior do teor de S em aproximadamente 0,0030%.
[0096] Basicamente, o trilho de acordo com a presente modalidade inclui a composição química acima e um restante incluindo Fe e impurezas. No entanto, em vez de uma parte de Fe do restante, se necessário, a fim de melhorar ainda mais a resistência a danos por fadiga aumentando a dureza (resistência) da estrutura de perlita, particularmente, controlar a distribuição de dureza na seção transversal da parte de alma do trilho, um ou dois ou mais selecionados a partir do grupo que consiste de Cr, Mo, Co, B, Cu, Ni, V, Nb, Ti, Mg, Ca, REM, Zr, N e Al podem ser incluídos nas faixas a serem descritas posteriormente. Especificamente, Cr e Mo refinam o espaçamento lamelar para melhorar a dureza da estrutura da perlita. Co refina uma estrutura lamelar para aumentar a dureza da estrutura de perlita. B reduz a dependência da taxa de resfriamento de uma temperatura de transformação perlítica para uniformizar a distribuição de dureza na seção transversal da parte de alma do trilho. O Cu é solubilizado sólido em ferrita da estrutura da perlita para aumentar a dureza da estrutura de perlita. O Ni é solubilizado sólido em ferrita da estrutura de perlita para melhorar a dureza da estrutura da perlita. V, Nb e Ti melhoram a dureza da estrutura de perlita por endurecimento por precipitação de um carboneto ou nitreto formado durante a laminação a quente ou no processo de resfriamento após a laminação a quente. Mg, Ca e REM dispersam finamente o sulfeto à base de MnS para promover a transformação perlítica. Zr aumenta a razão de cristal equiaxial de uma estrutura de solidificação para suprimir a formação de uma zona de segregação em uma parte central de bloco ou placa, suprimir a formação da estrutura de ferrita proeutetoide ou uma estrutura de cementita proeutetoide, e promover a transformação perlítica. N segrega um contorno de grão de austenita para promover a transformação perlítica. Al muda uma temperatura de transformação eutetoide para um lado de alta temperatura para melhorar a dureza da estrutura de perlita. Por este motivo, de modo a obter os efeitos precedentes, estes elementos podem ser incluídos nas faixas descritas a seguir. A propósito, mesmo quando esses elementos estão incluídos nas faixas a serem descritas posteriormente, esses elementos não prejudicam as características do trilho de acordo com a presente modalidade. Além disso, como esses elementos não devem ser necessariamente incluídos, seu limite inferior é definido em 0%.
[0097] Cr: 0 a 2,00%
[0098] Cr aumenta uma temperatura de transformação de equilíbrio, e aumenta o grau de super-resfriamento e, assim, refina o espaçamento lamelar da estrutura de perlita, e melhora a dureza (resistência) da estrutura de perlita. Além disso, o Cr é um elemento que aumenta a dureza, suprime a formação da estrutura de ferrita proeutetoide macia, estabiliza a transformação perlítica, e melhora a resistência a danos por fadiga. Para obter os efeitos, é preferível que o teor de Cr seja definido em 0,01% ou mais, 0,02% ou mais, ou 0,10% ou mais. Por outro lado, quando o teor de Cr excede 2,00%, a dureza pode aumentar significativamente, a estrutura de martensita dura pode provavelmente ser formada na parte de alma do trilho, a diferença de dureza na seção transversal da parte de alma do trilho pode aumentar, e a resistência a danos por fadiga pode se deteriorar. Por esta razão, é preferível que o teor de Cr seja definido em 2,00% ou menos, 1,80% ou menos, ou 1,50% ou menos quando o Cr é incluído.
[0099] Mo: 0 a 0,50%
[0100] Similar ao Cr, o Mo aumenta a temperatura de transformação de equilíbrio e aumenta o grau de super-resfriamento e, portanto, refina o espaçamento lamelar da estrutura de perlita, e melhora a dureza (resistência) da estrutura de perlita. Particularmente, Mo é um elemento que aumenta a dureza da estrutura de perlita macia da parte de alma do trilho, reduz a diferença de dureza na estrutura de perlita, e melhora a resistência a danos por fadiga da parte de alma do trilho. Para obter os efeitos, é preferível que o teor de Mo seja definido em 0,01% ou mais, 0,02% ou mais, ou 0,10% ou mais. Por outro lado, quando o teor de Mo excede 0,50%, a taxa de transformação diminui significativamente, a estrutura de martensita dura pode provavelmente ser formada na parte de alma do trilho, a diferença de dureza na seção transversal da parte de alma do trilho pode aumentar, e a resistência a danos por fadiga pode se deteriorar. Por esta razão, é preferível que o teor de Mo seja definido em 0,50% ou menos, 0,40% ou menos ou 0,30% ou menos quando o Mo está incluído.
[0101] Co: 0 a 1,00%
[0102] Co refina a estrutura lamelar na estrutura de perlita para melhorar a dureza (resistência) da estrutura de perlita. Particularmente, Co é um elemento que aumenta a dureza da estrutura de perlita macia da parte de alma do trilho, reduz a diferença de dureza na estrutura de perlita, e melhora a resistência a danos por fadiga da parte de alma do trilho. Para obter os efeitos, é preferível que o teor de Co seja definido em 0,01% ou mais, 0,02% ou mais, ou 0,10% ou mais. Por outro lado, quando o teor de Co ultrapassa 1,00%, o efeito acima é saturado, e a eficiência econômica pode se deteriorar devido ao aumento no custo de adição de ligas. Por esta razão, é preferível que o teor de Co seja definido em 1,00% ou menos, 0,80% ou menos ou 0,50% ou menos quando o Co está incluído.
[0103] B: 0 a 0,0050%
[0104] B é um elemento que faz com que um carboneto de ferro- boro (Fe23(CB)6) seja formado em uma fronteira de grão de austenita, e promove a transformação perlítica, reduzindo assim a dependência da taxa de resfriamento da temperatura de transformação perlítica. Quando a dependência da taxa de resfriamento da temperatura de transformação perlítica é reduzida, a distribuição da dureza na seção transversal da parte de alma do trilho é uniformizada, e a resistência a danos por fadiga é melhorada. Para obter os efeitos, é preferível que o teor de B seja definido em 0,0001% ou mais, 0,0005% ou mais, ou 0,0010% ou mais. Por outro lado, quando o teor de B excede 0,0050%, um carboneto de boro-ferro grosso pode ser formado e pode ocorrer danos por fadiga na parte de alma do trilho devido à concentração de tensão. Por esta razão, é preferível que o teor de B seja definido em 0,0050% ou menos, 0,0040% ou menos ou 0,0030% ou menos quando B está incluído.
[0105] Cu: 0 a 1,00%
[0106] Cu é solubilizado sólido em ferrita da estrutura de perlita para melhorar a dureza (resistência) pelo fortalecimento da solução sólida. Particularmente, Cu é um elemento que aumenta a dureza da estrutura de perlita macia da parte de alma do trilho, reduz a diferença de dureza na estrutura de perlita, e melhora a resistência a danos por fadiga da parte de alma do trilho. Para obter os efeitos, é preferível que o teor de Cu seja definido em 0,01% ou mais, 0,02% ou mais, ou 0,10% ou mais. Por outro lado, quando o teor de Cu excede 1,00%, devido a uma melhoria significativa na dureza, a estrutura de martensita dura pode provavelmente ser formada na parte de alma do trilho, a diferença de dureza na seção transversal da parte de alma do trilho pode aumentar, e a resistência a danos por fadiga pode se deteriorar. Por esta razão, é preferível que o teor de Cu seja definido em 1,00% ou menos, 0,80% ou menos, ou 0,50% ou menos quando Cu é incluído.
[0107] Ni: 0 a 1,00%
[0108] Ni melhora a tenacidade da estrutura de perlita e, ao mesmo tempo, melhora a dureza (resistência) pelo fortalecimento da solução sólida. Particularmente, o Ni é um elemento que aumenta a dureza da estrutura de perlita macia da parte de alma do trilho, reduz a diferença de dureza na estrutura de perlita, e melhora a resistência a danos por fadiga da parte de alma do trilho. De modo a obter os efeitos, é preferível que o teor de Ni seja definido em 0,01% ou mais, 0,02% ou mais, ou 0,10% ou mais. Por outro lado, quando o teor de Ni excede 1,00%, devido a uma melhoria significativa na dureza, a estrutura de martensita dura pode provavelmente ser formada na parte de alma do trilho, a diferença de dureza na seção transversal da parte de alma do trilho pode aumentar, e a resistência a danos por fadiga pode se deteriorar. Por esse motivo, é preferível que o teor de Ni seja definido em 1,00% ou menos, 0,80% ou menos ou 0,50% ou menos quando o Ni é incluído.
[0109] V: 0 a 0,50%
[0110] V aumenta a dureza (resistência) da estrutura de perlita por endurecimento por precipitação causado por um carboneto de V e um nitreto de V formado no processo de resfriamento após a laminação a quente. Particularmente, V é um elemento que aumenta a dureza da estrutura de perlita macia da parte de alma do trilho, reduz a diferença de dureza na estrutura de perlita, e melhora a resistência a danos por fadiga da parte de alma do trilho. Para obter os efeitos, é preferível que o teor de V seja definido em 0,005% ou mais, 0,010% ou mais ou 0,050% ou mais. Por outro lado, quando o teor de V excede 0,50%, o endurecimento por precipitação pelo carboneto ou nitreto de V pode ser excessivo, a estrutura de perlita pode ser fragilizada, e a resistência a danos por fadiga da parte de alma do trilho pode se deteriorar. Por esta razão, é preferível que o teor de V seja definido como 0,50% ou menos, 0,40% ou menos ou 0,30% ou menos quando V está incluído.
[0111] Nb: 0 a 0,050%
[0112] Semelhante ao V, o Nb aumenta a dureza (resistência) da estrutura de perlita pelo endurecimento por precipitação causado por um carboneto de Nb e um nitreto de Nb formado no processo de resfriamento após a laminação a quente. Particularmente, Nb é um elemento que aumenta a dureza da estrutura de perlita macia da parte de alma do trilho, reduz a diferença de dureza na estrutura de perlita, e melhora a resistência a danos por fadiga da parte de alma do trilho. A fim de obter os efeitos, é preferível que o teor de Nb seja definido em 0,0010% ou mais, 0,0050% ou mais, ou 0,010% ou mais. Por outro lado, quando o teor de Nb excede 0,050%, o endurecimento por precipitação pelo carboneto ou nitreto de Nb pode ser excessivo, a estrutura de perlita pode ser fragilizada, e a resistência a danos por fadiga da parte de alma do trilho pode se deteriorar. Por esta razão, é preferível que o teor de Nb seja definido em 0,050% ou menos, 0,040% ou menos ou 0,030% ou menos quando o Nb é incluído.
[0113] Ti: 0 a 0,0500%
[0114] O Ti precipita como um carboneto de Ti e um nitreto de Ti formado no processo de resfriamento após laminação a quente e aumenta a dureza (resistência) da estrutura de perlita por endurecimento por precipitação. Particularmente, Ti é um elemento que aumenta a dureza da estrutura de perlita macia da parte de alma do trilho, reduz a diferença de dureza na estrutura de perlita, e melhora a resistência a danos por fadiga da parte de alma do trilho. A fim de obter os efeitos, é preferível que o teor de Ti seja definido em 0,0030% ou mais, 0,0100% ou mais, ou 0,0150% ou mais. Por outro lado, quando o teor de Ti excede 0,0500%, um carboneto de Ti grosso e um nitreto de Ti grosso podem ser formados, e é provável que ocorram danos por fadiga na parte de alma do trilho devido à concentração de tensão. Por esta razão, é preferível que o teor de Ti seja definido em 0,0500% ou menos, 0,0400% ou menos ou 0,0300% ou menos quando Ti é incluído.
[0115] Mg: 0 a 0,0200%
[0116] O Mg é um elemento que está ligado ao S para formar um sulfeto fino (MgS). O MgS dispersa finamente o MnS. Além disso, o MnS finamente disperso serve como um núcleo da transformação perlítica para promover a transformação perlítica, suprime a formação da estrutura de ferrita proeutetoide ou cementita proeutetoide a ser formada na parte de alma do trilho, reduz a diferença de dureza na estrutura de perlita, e melhora a resistência a danos por fadiga da parte da rede do trilho. Para obter os efeitos, é preferível que o teor de Mg seja definido em 0,0005% ou mais, 0,0010% ou mais, ou 0,0050% ou mais. Por outro lado, quando o teor de Mg excede 0,0200%, um óxido de Mg grosso pode ser formado e pode ocorrer danos por fadiga na parte de alma do trilho devido à concentração de tensão. Por esta razão, é preferível que o teor de Mg seja definido em 0,0200% ou menos, 0,0150% ou menos, ou 0,0100% ou menos quando o Mg é incluído.
[0117] Ca: 0 a 0,0200%
[0118] Ca é um elemento que tem uma forte força de ligação a S e forma um sulfeto (CaS). O CaS dispersa finamente o MnS. O MnS fino serve como um núcleo de transformação perlítica para promover a transformação perlítica, suprime a formação da estrutura de ferrita proeutetoide ou cementita proeutetoide a ser formada na parte de alma do trilho, reduz a diferença de dureza na estrutura perlítica, e melhora a resistência a danos por fadiga da parte de alma do trilho. De modo a obter os efeitos, é preferível que o teor de Ca seja definido em 0,0005% ou mais, 0,0010% ou mais, ou 0,0050% ou mais. Por outro lado, quando o teor de Ca excede 0,0200%, um óxido de Ca grosso pode ser formado e pode ocorrer danos por fadiga devido à concentração de tensão. Por esta razão, é preferível que o teor de Ca seja definido em 0,0200% ou menos, 0,0150% ou menos ou 0,0100% ou menos quando o Ca está incluído.
[0119] REM: 0 a 0,0500%
[0120] REM é um elemento desoxidante e dessulfurizante, e forma um oxissulfeto de REM (REM2O2S) que serve como um núcleo para formar uma inclusão à base de sulfeto de Mn quando incluído. Além disso, como o ponto de fusão do oxissulfeto (REM2O2S), que é um núcleo, é alto, o alongamento da inclusão à base de sulfeto de Mn após a laminação a quente é suprimido. Como um resultado, uma vez que REM está incluído, MnS é finamente disperso, MnS serve como um núcleo de transformação perlítica, e a transformação perlítica é promovida. Como um resultado, a formação da estrutura de ferrita proeutetoide ou de cementita proeutetoide a ser formada na parte de alma do trilho é suprimida, a diferença de dureza na estrutura de perlita é reduzida, e a resistência a danos por fadiga da parte de alma do trilho é melhorada. De modo a obter os efeitos, é preferível que o teor de REM seja definido em 0,0005% ou mais, 0,0010% ou mais, ou 0,0050% ou mais. Por outro lado, quando o teor de REM excede 0,0500%, um oxissulfeto de REM grosso (REM2O2S) pode ser formado, e é provável que ocorram danos por fadiga na parte de alma do trilho devido à concentração de tensão. Por esse motivo, é preferível que o teor de REM seja definido em 0,0500% ou menos, 0,0400% ou menos ou 0,0300% ou menos quando REM está incluído.
[0121] No presente documento, REM são metais de terras raras, tal como Ce, La, Pr ou Nd. O teor acima limita a quantidade total de todos os elementos REM. Quando a soma das quantidades de todos os elementos REM está na faixa acima, os mesmos efeitos podem ser obtidos mesmo quando REM incluído está na forma de um único elemento ou na forma de uma pluralidade de elementos.
[0122] Zr: 0 a 0,0200%
[0123] Zr está ligado a O para formar uma inclusão de ZrO2. Uma vez que a inclusão de ZrO2 tem excelente desempenho de correspondência de redes com γ-Fe, a inclusão de ZrO2 serve como um núcleo solidificado de um aço para trilhos com alto teor de carbono em que γ-Fe é uma fase primária solidificada, e aumenta a razão de cristal equiaxial de uma estrutura de solidificação, e, assim, suprime a formação de uma zona de segregação na parte central de bloco ou placa, suprime a formação de uma estrutura de martensita ou cementita proeutetoide a ser formada na parte de alma do trilho, reduz a diferença de dureza na estrutura de perlita, e melhora a resistência a danos por fadiga da parte de alma do trilho. De modo a obter os efeitos, é preferível que o teor de Zr seja definido em 0,0001% ou mais, 0,0010% ou mais, ou 0,0050% ou mais. Por outro lado, quando o teor de Zr excede 0,0200%, uma grande quantidade de inclusões grossas à base de Zr pode ser formada, e danos por fadiga podem ocorrer na parte de alma do trilho devido à concentração de tensão. Por esse motivo, é preferível que o teor de Zr seja definido em 0,0200%, 0,0150% ou 0,0100% quando o Zr está incluído.
[0124] N: 0 a 0,0200%
[0125] N segrega em uma fronteira de grão de austenita e, assim, promove a transformação perlítica a partir da fronteira de grão de austenita, suprime a formação da estrutura de ferrita proeutetoide ou cementita proeutetoide a ser formada na parte de alma do trilho, reduz a diferença de dureza na estrutura de perlita, e melhora a resistência a danos por fadiga da parte de alma do trilho. Além disso, quando N é incluído junto com V, a precipitação de um carbonitreto de V no processo de resfriamento após a laminação a quente é promovida, a dureza (resistência) da estrutura de perlita é aumentada, e a resistência a danos por fadiga da parte de alma do trilho é melhorada. De modo a obter os efeitos, é preferível que o teor de N seja definido em 0,0060% ou mais, 0,0080% ou mais, ou 0,0100% ou mais. Por outro lado, quando o teor de N excede 0,0200%, pode ser difícil solubilizar N no aço. Neste caso, podem ser formadas bolhas como a origem do dano por fadiga, e pode ser provável que ocorram danos por fadiga na parte de alma do trilho. Por esta razão, é preferível que o teor de N seja definido em 0,0200% ou menos, 0,0180% ou menos ou 0,0150% ou menos quando N é incluído.
[0126] Al: 0 a 1,00%
[0127] Al é um componente que funciona como um material de desoxidação. Além disso, Al é um elemento que move a temperatura de transformação eutetoide para um lado de alta temperatura, e é um elemento que contribui para um aumento na dureza (resistência) da estrutura de perlita, aumenta a dureza da estrutura de perlita macia da parte de alma do trilho, reduz a diferença de dureza na estrutura de perlita, e melhora a resistência a danos por fadiga da parte de alma do trilho. A fim de obter os efeitos, é preferível que o teor de Al seja definido em 0,0100% ou mais, 0,0500% ou mais, ou 0,1000% ou mais. Por outro lado, quando o teor de Al excede 1,00%, pode ser difícil solubilizar o Al sólido no aço. Neste caso, uma inclusão à base de alumina grossa pode ser formada, trincas por fadiga podem se iniciar a partir do precipitado grosso, e podem ocorrer danos por fadiga na parte de alma do trilho. Além disso, neste caso, um óxido pode ser formado durante a soldagem do trilho, e a soldabilidade pode se deteriorar significativamente. Por esta razão, é preferível que o teor de Al seja definido como 1,00% ou menos, 0,80% ou menos ou 0,60% ou menos quando o Al é incluído.
[0128] (2) Estrutura Metalográfica
[0129] A razão para limitar 90% da área ou mais de uma estrutura metalográfica na seção transversal da parte de alma para a estrutura de perlita no trilho de acordo com a presente modalidade será descrita em detalhes. A propósito, a “estrutura metalográfica na seção transversal da parte de alma do trilho” indica uma estrutura metalográfica em uma faixa de ± 15 mm na direção para cima e para baixo do trilho a partir da linha média entre a parte inferior do trilho e a parte superior do trilho na seção transversal da parte de alma.
[0130] Primeiro, a razão para limitar 90% da área ou mais para a estrutura de perlita será descrita.
[0131] A estrutura de perlita é uma estrutura que é vantajosa para melhorar a resistência a danos por fadiga, uma vez que a resistência (dureza) pode ser facilmente obtida mesmo quando a quantidade de elementos de liga é pequena. Além disso, a resistência (dureza) da estrutura de perlita pode ser facilmente controlada. Portanto, a fim de melhorar a resistência a danos por fadiga da seção transversal da parte de alma do trilho, a quantidade da estrutura de perlita foi limitada a uma quantidade predeterminada ou maior.
[0132] Em adição, uma região na qual a estrutura metalográfica é controlada na seção transversal da parte de alma do trilho é uma parte que requer resistência a danos por fadiga na parte de alma do trilho. A Figura 5 mostra a extensão da parte de alma que requer a estrutura de perlita. Pelo menos 90% da área ou mais da estrutura metalográfica em uma faixa de ±15 mm na direção para cima e para baixo do trilho a partir da linha média entre a parte inferior do trilho e a parte superior do trilho pode ser a estrutura de perlita.
[0133] É desejável que a estrutura metalográfica na seção transversal da parte de alma do trilho de acordo com a presente modalidade seja a estrutura de perlita conforme descrito acima, mas dependendo de um sistema de componente do trilho ou de um método de produção de tratamento térmico, uma estrutura de ferrita proeutetoide, uma estrutura de cementita proeutetoide, uma estrutura de bainita ou uma estrutura de martensita podem ser misturadas na estrutura de perlita em uma pequena quantidade de 10% ou menos por razão de área. No entanto, mesmo quando essas estruturas são misturadas, se a quantidade for pequena, essas estruturas não afetam muito a dureza da parte de alma do trilho e não afetam muito adversamente a resistência a danos por fadiga da parte de alma do trilho. Por esta razão, como uma estrutura da parte de alma do trilho com excelente resistência a danos por fadiga, a estrutura de ferrita proeutetoide, a estrutura de cementita proeutetoide, a estrutura de bainita e a estrutura de martensita podem ser misturadas em uma pequena quantidade de 10% de área ou menos. Em outras palavras, 90% de área ou mais da estrutura metalográfica na seção transversal da parte de alma do trilho de acordo com a presente modalidade pode ser a estrutura de perlita. A fim de melhorar suficientemente a resistência a danos por fadiga, é desejável que 92% de área ou mais, 95% de área ou mais, ou 98% de área ou mais da estrutura metalográfica na seção transversal da parte de alma seja uma estrutura de perlita.
[0134] Um método para observar e quantificar a estrutura na seção transversal da parte de alma do trilho é como segue.
[0135] Método para observar e quantificar a estrutura na seção transversal da parte de alma do trilho
[0136] ● Método de Observação
[0137] Dispositivo: microscópio óptico
[0138] Coleta de peça de teste para observação: uma amostra foi cortada a partir de uma seção transversal em uma faixa de ± 15 mm na direção para cima e para baixo do trilho a partir da linha média entre a parte inferior do trilho e a parte superior do trilho (consultar a Figura 5).
[0139] Pré-processamento: a seção transversal foi polida com um pó de diamante com um tamanho médio de grão de 1 µm, e o ataque nital foi executado.
[0140] Ampliação de observação: 200
[0141] ● Posição de Observação
[0142] Posição: uma posição a 1,0 mm da superfície externa da parte de alma do trilho e a posição do centro de espessura da parte de alma
[0143] ● Quantificação da Estrutura
[0144] Número de observações: cinco ou mais campos visuais em cada uma das posições a 1,0 mm da superfície externa e a posição do centro de espessura da parte de alma
[0145] Quantificação: o valor médio das relações de área (um total de 10 ou mais campos visuais) de perlita na posição a 1,0 mm da superfície externa (cinco ou mais campos visuais) e na posição do centro de espessura da parte de alma (cinco ou mais campos visuais) foi definido como a razão de área da perlita incluída na estrutura metalográfica na seção transversal da parte de alma do trilho.
[0146] (3) Razão para limitar o valor mínimo de dureza transversal da parte de alma
[0147] A razão para limitar o valor mínimo da dureza na seção transversal da parte de alma do trilho no trilho de acordo com a presente modalidade a uma faixa de Hv 300 ou mais será descrita. A propósito, o “valor mínimo da dureza na seção transversal da parte de alma do trilho” indica o valor mínimo da dureza em uma faixa de ± 15 mm na direção para cima e para baixo do trilho a partir da linha média entre a parte inferior do trilho parte e a parte superior do trilho na seção transversal da parte de alma.
[0148] Quando o valor mínimo da dureza da seção transversal da parte de alma é inferior a Hv 300, em um ambiente de ferrovias de cargas pesadas, uma trinca por fadiga se inicia a partir da parte de alma, a resistência à fadiga não pode ser garantida, e a resistência a danos por fadiga da parte de alma do trilho se deteriora. Por esta razão, o valor mínimo da dureza da seção transversal da parte de alma é limitado a uma faixa de Hv 300 ou mais. A propósito, a fim de assegurar de forma estável a resistência a danos por fadiga da parte de alma do trilho, é desejável que o valor mínimo da dureza da seção transversal da parte de alma seja ajustado para Hv 320 ou mais, Hv 340 ou mais, ou Hv 360 ou mais. O valor máximo da dureza da seção transversal da parte de alma não é particularmente limitado, desde que os requisitos para a diferença de dureza a ser descrita posteriormente sejam satisfeitos, mas a fim de evitar uma deterioração na tenacidade da parte de alma do trilho, é desejável que o valor mínimo da dureza da seção transversal da parte de alma seja definido em Hv 450 ou menos, Hv 420 ou menos, ou Hv 400 ou menos.
[0149] (4) Razão para limitar a diferença entre o valor máximo e o valor mínimo de dureza na seção transversal da parte de alma do trilho
[0150] A razão para limitar a diferença entre o valor máximo e o valor mínimo da dureza na seção transversal da parte de alma do trilho a uma faixa de Hv 40 ou menos no trilho de acordo com a presente modalidade será descrita. A propósito, a “diferença entre o valor máximo e o valor mínimo da dureza na seção transversal da parte de alma do trilho” indica uma diferença entre o valor máximo e o valor mínimo da dureza em uma faixa de ± 15 mm na direção para cima e para baixo do trilho a partir da linha média entre a parte inferior do trilho e a parte superior do trilho na seção transversal da parte de alma.
[0151] Quando a diferença entre o valor máximo e o valor mínimo da dureza da seção transversal da parte de alma excede Hv 40, em ferrovias de carga pesada, a deformação da parte de alma aplicada à parte de alma do trilho é concentrada em uma parte na qual a dureza é significativamente não uniforme e inicia-se uma trinca, de modo que a resistência a danos por fadiga da parte de alma do trilho se deteriora. Por esta razão, a diferença entre o valor máximo e o valor mínimo da dureza da seção transversal da parte de alma do trilho é limitada a uma faixa de Hv 40 ou menos.
[0152] Além disso, a fim de melhorar ainda mais a resistência a danos por fadiga da parte de alma do trilho, é desejável que a diferença entre o valor máximo e o valor mínimo da dureza da seção transversal da parte de alma do trilho seja limitada a uma faixa de Hv 30 ou menos, Hv 20 ou menos ou Hv 15 ou menos. A propósito, não é necessário limitar o valor de limite inferior da diferença entre o valor máximo e o valor mínimo da dureza da seção transversal da parte de alma do trilho, e o valor de limite inferior pode ser definido como Hv 0, mas a diferença entre o valor máximo e o valor mínimo da dureza da seção transversal da parte de alma do trilho é tipicamente definido em Hv 10 ou mais.
[0153] A dureza da seção transversal da parte de alma do trilho é medida nas seguintes condições.
[0154] Método para medir a dureza da seção transversal da parte de alma do trilho, condições de medição e método para organizar a dureza
[0155] ● Dispositivo e método de medição
[0156] Dispositivo: medidor de dureza Vickers (carga de 98 N)
[0157] Coleta de peça de teste para medição: uma amostra foi cortada a partir de uma seção transversal da parte de alma do trilho
[0158] Pré-processamento: a seção transversal foi polida com um pó de diamante com um tamanho médio de grão de 1 µm
[0159] Método de medição: a dureza foi medida de acordo com JIS Z 2244: 2009
[0160] ● Posição de medição
[0161] A posição de medição estava em uma seção transversal em uma faixa de ± 15 mm em uma direção para cima e para baixo do trilho a partir de uma linha média entre uma parte inferior do trilho e uma parte superior do trilho (consultar a Figura 1).
[0162] Endentações foram feitas continuamente na direção da espessura da parte de alma em uma fileira com um passo de 1,0 mm em que o ponto inicial da endentação contínua é a posição de uma profundidade de 1,0 mm a partir da superfície externa da parte de alma, e a dureza foi medida. A medição da dureza foi realizada em pelo menos cinco linhas.
[0163] A propósito, a fim de eliminar as influências mútuas das endentações, um intervalo de 1,0 mm ou mais foi fornecido entre as linhas de medição.
[0164] ● Método para organizar a dureza
[0165] O valor mínimo e o valor máximo da dureza medida foram definidos como o valor mínimo e o valor máximo da dureza da seção transversal da parte de alma do trilho.
[0166] (5) Método de controle da dureza da seção transversal da parte de alma do trilho
[0167] A dureza da seção transversal da parte de alma do trilho pode ser controlada ajustando-se, por exemplo, as condições de laminação a quente e as condições de resfriamento controladas para a parte de boleto e a parte de alma após a laminação a quente.
[0168] Uma vez que o trilho de acordo com a presente modalidade inclui a composição, as estruturas metalográficas, e a dureza descritas acima, os efeitos podem ser obtidos independentemente do método de produção. No entanto, por exemplo, o trilho pode ser obtido fundindo-se o aço para trilhos incluindo a composição descrita acima em um forno de fusão tipicamente usado, tal como um conversor ou um forno elétrico, moldando o aço fundido por um método de lingotamento e desbastamento ou um método de fundição contínua, realizando laminação a quente no bloco ou placa obtida, e realizando resfriamento controlado na superfície da parte de alma do trilho para controlar a dureza da seção transversal da parte de alma do trilho.
[0169] Por exemplo, em um método para produzir o trilho de acordo com a presente modalidade, um aço fundido após o ajuste da composição é fundido para obter um bloco, e o bloco é aquecido a 1250 a 1300° C e é laminado a quente em uma forma de trilho. Em seguida, o trilho de acordo com a presente modalidade pode ser obtido através da realização de resfriamento controlado na superfície da parte de alma do trilho após laminação a quente e resfriamento controlado na superfície da parte de alma do trilho após laminação a quente, resfriamento natural e, em seguida, reaquecimento.
[0170] Em uma série de processos, a fim de ajustar a dureza da seção transversal da parte de alma, as condições de produção tal como as condições de laminação a quente, as condições de resfriamento controlado após a laminação a quente, as condições de reaquecimento após a laminação a quente, e as condições de resfriamento controlado após reaquecimento podem ser controladas. A propósito, as condições de temperatura de produção a serem descritas abaixo devem ser aplicadas à superfície inteira da parte de alma do trilho (superfície externa da parte de alma do trilho). Mesmo quando as condições de temperatura de produção são aplicadas à superfície da parte de boleto do trilho, considera-se que o histórico térmico e similares da superfície da parte de alma do trilho não são adequadamente controlados. A parte de boleto do trilho e a parte de alma do trilho têm diferentes espessuras e, portanto, têm, por exemplo, diferentes graus de reaquecimento e similares durante o resfriamento. Por este motivo, é inevitável que as superfícies da parte de boleto do trilho e da parte de alma do trilho tenham históricos térmicos diferentes.
[0171] ● Condições de laminação a quente e condições de reaquecimento adequadas
[0172] A fim de garantir a dureza da seção transversal da parte de alma do trilho, a temperatura de laminação final na parte de alma é ajustada para 750 a 1000° C (temperatura da superfície externa da parte de alma do trilho), de modo que o valor mínimo da dureza da seção transversal da parte de alma pode ser assegurado.
[0173] Como um método de laminação a quente, um bloco ou placa é laminado de maneira grosseira com referência ao método descrito, por exemplo, no Documento Patentário 6 e similares. Depois disso, a laminação intermediária é realizada em uma pluralidade de passagens usando um laminador reverso e, subsequentemente, a laminação de acabamento é realizada em duas ou mais passagens usando um laminador contínuo, que é um método desejável.
[0174] Além disso, quando o trilho é resfriado temporariamente após a laminação a quente e, em seguida, é submetido a reaquecimento, conforme as condições de reaquecimento, por exemplo, o reaquecimento é realizado de modo que a temperatura de reaquecimento da parte de alma do trilho está em uma faixa de 800 a 1100° C (temperatura da superfície externa da parte de alma do trilho), de modo que o valor mínimo da dureza da seção transversal da parte de alma do trilho pode ser assegurado.
[0175] ● Condições de resfriamento controlado adequadas após laminação a quente e condições de resfriamento controlado após reaquecimento
[0176] Uma técnica para realizar o resfriamento controlado na parte de alma do trilho não é particularmente limitada. A fim de transmitir resistência a danos por fadiga e controlar a dureza da seção transversal, o resfriamento controlado é realizado na parte de alma do trilho durante o tratamento térmico usando resfriamento por injeção de ar, resfriamento por névoa, resfriamento por injeção de mistura água / ar, ou uma combinação dos mesmos. A propósito, a taxa de resfriamento e a faixa de temperatura de resfriamento no resfriamento controlado são controlados com base na temperatura da superfície externa da parte de alma do trilho conforme descrito acima.
[0177] O resfriamento controlado é realizado com a finalidade de uniformizar a dureza da seção transversal da parte de alma do trilho. Na parte de alma, uma zona de segregação está presente e a dureza provavelmente não é uniforme. Portanto, no resfriamento controlado, a fim de suprimir um aumento na dureza da zona de segregação, o resfriamento acelerado é temporariamente interrompido após o resfriamento acelerado de um primeiro estágio, a temperatura é mantida usando um aumento de temperatura causado por reaquecimento interno e resfriamento ligeiramente acelerado, e um aumento na dureza de uma parte de segregação é suprimido. Especificamente, o resfriamento levemente acelerado (resfriamento controlado) é realizado pela pulverização de um meio de resfriamento de modo que o aumento da temperatura da superfície externa da parte de alma causado pelo reaquecimento e a diminuição da temperatura da superfície externa da parte de alma pela pulverização do meio de resfriamento são equilibrados para fazer com que a temperatura da superfície externa da parte de alma seja substancialmente constante. Após o término da retenção de temperatura, é realizado o resfriamento acelerado de um segundo estágio para garantir a dureza. A faixa de condição de resfriamento adequada é mostrada abaixo. A propósito, a taxa de resfriamento média do resfriamento acelerado é um valor obtido por uma taxa de resfriamento média durante a pulverização do meio de resfriamento, ou seja, uma diferença entre uma temperatura inicial de pulverização do meio de resfriamento e uma temperatura final de pulverização do meio de resfriamento por um tempo de pulverização do meio de resfriamento.
[0178] (1) Quando o resfriamento controlado é realizado após a laminação a quente
[0179] Parte controlada: superfície externa da parte de alma do trilho
[0180] Taxa média de resfriamento durante o resfriamento acelerado do primeiro estágio: 0,5 a 5,0° C / s
[0181] Faixa de temperatura de parada de resfriamento: 580 a 680°C
[0182] Retenção de temperatura: 20 a 200 segundos em uma faixa de 580 a 680° C (resfriamento levemente acelerado é realizado)
[0183] Taxa média de resfriamento durante o resfriamento acelerado do segundo estágio: 2,0 a 5,0° C / s
[0184] Faixa de temperatura de parada de resfriamento: 500° C ou menos
[0185] (2) Quando o resfriamento controlado é realizado após o reaquecimento
[0186] Parte controlada: superfície externa da parte de alma do trilho
[0187] Taxa média de resfriamento durante o resfriamento acelerado do primeiro estágio: 1,0 a 6,0° C / s
[0188] Faixa de temperatura de parada de resfriamento: 580 a 680°C
[0189] Retenção de temperatura: 20 a 200 segundos em uma faixa de 580 a 680° C (resfriamento levemente acelerado é realizado)
[0190] Taxa média de resfriamento durante o resfriamento acelerado do segundo estágio: 2,0 a 5,0° C / s
[0191] Faixa de temperatura de parada de resfriamento: 500° C ou menos
[0192] O resfriamento controlado da parte de alma foi realizado injetando-se um meio de resfriamento, tal como ar ou água de resfriamento, em qualquer uma da superfície da parte de alma do trilho e da superfície da parte de boleto ou em ambas as superfícies. Além disso, a retenção de temperatura pode ser controlada repetindo-se o resfriamento levemente acelerado, dependendo da quantidade de aumento de temperatura pela geração de reaquecimento.
[0193] A propósito, a parte que é submetida ao resfriamento controlado é a parte de alma do trilho, mas quando o resfriamento é realizado no trilho em uma postura vertical (o boleto está em um lado superior), o meio de resfriamento pode ser injetado na superfície da parte de boleto do trilho, e o meio de resfriamento pode fluir para a superfície da parte de alma do trilho para resfriar a parte de alma do trilho. Portanto, como descrito acima, o resfriamento direto da superfície da parte de alma do trilho não é necessariamente exigido. No entanto, é desnecessário dizer que mesmo quando o meio de resfriamento é injetado na superfície da parte de boleto do trilho, o alvo de controle é a temperatura da superfície externa da parte de alma.
[0194] ● Material adequado e condições de produção para parte de boleto do trilho e parte de patim
[0195] O material da parte de boleto do trilho e da parte de patim do trilho não é particularmente limitado. É desejável ter uma estrutura na qual, mesmo quando a quantidade de elementos de liga é pequena, a resistência (dureza) pode ser facilmente obtida, e a resistência ao desgaste ou resistência a danos por fadiga é garantida.
[0196] É desejável que a parte de boleto do trilho seja a estrutura de perlita com uma dureza de Hv 340 ou mais, a fim de assegurar a resistência ao desgaste.
[0197] É desejável que a parte de patim do trilho seja também a estrutura metalográfica com uma dureza de Hv 300 ou mais, a fim de garantir a resistência a danos por fadiga. Uma vez que não é necessário garantir a resistência ao desgaste na parte de patim, a parte de patim não está limitada a incluir uma estrutura de perlita, e pode incluir uma estrutura metalográfica tal como bainita com excelente equilíbrio entre resistência e ductilidade.
[0198] Além disso, a fim de garantir a dureza, é desejável realizar um tratamento térmico na parte de boleto do trilho após laminação a quente ou reaquecimento. A dureza da parte de boleto do trilho pode ser assegurada realizando resfriamento acelerado usando os métodos descritos no Documento Patentário 1, Documento Patentário 7 e similares. A fim de assegurar a dureza da parte de patim do trilho, alcançar o equilíbrio entre a parte de patim do trilho e a parte de boleto durante o tratamento térmico, e suprimir a flexão, é desejável realizar o mesmo resfriamento acelerado que aquele para a parte de boleto do trilho.
[0199] O trilho de acordo com a presente modalidade pode ser produzido combinando-se e utilizando-se o método para controlar a dureza da parte de boleto do trilho e as novas descobertas obtidas pelos presentes inventores. Exemplos
[0200] A seguir, serão descritos exemplos da presente invenção.
[0201] A Tabela 1 mostra as composições químicas (composição do aço) dos trilhos nos exemplos da presente invenção. Na Tabela 1, o restante da composição química é ferro e impurezas, e a quantidade de um elemento que não é adicionado intencionalmente é descrito como “-”.
[0202] A Tabela 3 mostra a fração de perlita (% área) na seção transversal da parte de alma, o valor mínimo (Hv) da dureza da seção transversal da parte de alma, e a diferença (Hv) entre o valor máximo e o valor mínimo da dureza da seção transversal da parte de alma. Além disso, a Tabela 3 também mostra os resultados dos testes de fadiga realizados usando o método mostrado na Figura 2. Quando a fração de perlita na seção transversal da parte de alma é descrita como 90%, a razão de área da estrutura de perlita na seção transversal da parte de alma do trilho é de 90%, e uma ou duas ou mais de uma estrutura de ferrita proeutetoide, uma estrutura de cementita proeutetoide, uma estrutura de bainita, e uma estrutura de martensita são misturadas em uma pequena quantidade de 10% por razão de área.
[0203] Por outro lado, a Tabela 2 mostra as composições químicas dos trilhos em exemplos comparativos. Na Tabela 2, o restante da composição química é ferro e impurezas, e a quantidade de um elemento que não é adicionado intencionalmente é descrito como “-”.
[0204] A Tabela 4 mostra a fração de perlita (% de área) na seção transversal da parte de alma, o valor mínimo (Hv) da dureza da seção transversal da parte de alma, e a diferença (Hv) entre o valor máximo e o valor mínimo da dureza da seção transversal da parte de alma. Além disso, a Tabela 4 também mostra os resultados dos testes de fadiga realizados usando o método mostrado na Figura 2. Quando a fração de perlita na seção transversal da parte de alma é descrita como 86%, a razão de área da estrutura de perlita na seção transversal da parte de alma do trilho é de 86%, e uma ou duas ou mais de uma estrutura de ferrita proeutetoide, uma estrutura de cementita proeutetoide, uma estrutura de bainita, e uma estrutura de martensita são misturadas em uma pequena quantidade de 14% por razão de área.
[0205] A propósito, os perfis dos processos de produção e condições de produção para os trilhos da presente invenção e os trilhos comparativos mostrados nas Tabelas 1 a 4 são mostrados abaixo em duas seções.
[0206] Processo de produção dos trilhos da presente invenção
[0207] ● Condições básicas (o resfriamento direto controlado é realizado sem resfriamento e reaquecimento após a laminação a quente)
[0208] Aço fundido -> ajuste de composição -> moldagem (bloco) - > reaquecimento (1250 a 1300° C) -> laminação a quente -> resfriamento controlado
[0209] ● Condições de reaquecimento
[0210] Aço fundido -> ajuste de composição -> moldagem -> reaquecimento -> laminação a quente -> resfriamento natural -> reaquecimento (trilho) -> resfriamento controlado
[0211] Além disso, o perfil das condições de produção para os trilhos da presente invenção mostrado nas Tabelas 1 e 3 é como mostrado abaixo. Em relação às condições de produção para os trilhos comparativos mostrados nas Tabelas 2 e 4, os Exemplos Comparativos D a K foram produzidos sob as condições básicas (resfriamento controlado após laminação a quente) para os trilhos da presente invenção, e os Exemplos Comparativos A a C foram produzidos sob condições em que uma condição se desviou das condições de produção para os trilhos da presente invenção.
[0212] Condições de produção para os trilhos da presente invenção
[0213] ● Condições básicas (resfriamento controlado após laminação a quente)
[0214] Condições de laminação a quente
[0215] Parte controlada: superfície externa da parte de alma do trilho
[0216] Temperatura final de laminação: 750 a 1000° C
[0217] Condições de resfriamento controlado
[0218] Parte controlada: superfície externa da parte de alma do trilho
[0219] Taxa média de resfriamento durante o resfriamento acelerado do primeiro estágio: 0,5 a 5,0° C / s
[0220] Faixa de temperatura de parada de resfriamento: 580 a 680°C
[0221] Retenção de temperatura: 20 a 200 segundos em uma faixa de 580 a 680° C (resfriamento levemente acelerado é realizado)
[0222] Taxa média de resfriamento durante o resfriamento acelerado do segundo estágio: 2,0 a 5,0° C / s
[0223] Faixa de temperatura de parada de resfriamento: 500° C ou menos
[0224] ● Condições de reaquecimento (resfriamento controlado após reaquecimento)
[0225] Condições de aquecimento
[0226] Parte controlada: superfície externa da parte de alma do trilho
[0227] Temperatura de aquecimento 800 a 1100° C
[0228] Condições de resfriamento controlado
[0229] Parte controlada: superfície externa da parte de alma do trilho
[0230] Taxa média de resfriamento durante o resfriamento acelerado do primeiro estágio: 1,0 a 6,0° C / s
[0231] Faixa de temperatura de parada de resfriamento: 580 a 680°C
[0232] Retenção de temperatura: 20 a 200 segundos em uma faixa de 580 a 680° C (resfriamento ligeiramente acelerado é realizado)
[0233] Taxa média de resfriamento durante o resfriamento acelerado do segundo estágio: 2,0 a 5,0° C / s
[0234] Faixa de temperatura de parada de resfriamento: 500° C ou menos
[0235] A propósito, os detalhes dos trilhos da presente invenção e os trilhos comparativos mostrados nas Tabelas 1 a 4 são como mostrados abaixo.
[0236] (1) Trilhos da presente invenção (37 peças)
[0237] Os exemplos de invenção 1 a 37 eram trilhos nos quais os valores da composição química, a fração de perlita na seção transversal da parte de alma, o valor mínimo da dureza da seção transversal da parte de alma, e a diferença entre o valor máximo e o mínimo o valor da dureza da seção transversal da parte de alma estavam nas faixas descritas na presente invenção.
[0238] Os exemplos da invenção 1 a 18 e 23 a 37 eram trilhos produzidos sob as condições básicas (resfriamento controlado direto foi realizado após laminação a quente) e os exemplos da invenção 19 a 22 eram trilhos produzidos sob as condições de reaquecimento.
[0239] (2) Trilhos Comparativos (11 peças)
[0240] Os exemplos comparativos A a C (3 peças) eram trilhos nos quais uma das frações de perlita na seção transversal da parte de alma, o valor mínimo da dureza da seção transversal da parte de alma, e a diferença entre o valor máximo e o valor mínimo da dureza da seção transversal da parte de alma estava fora das faixas descritas na presente invenção.
[0241] No presente documento, com relação às condições de produção para o trilho no Exemplo Comparativo A, a taxa média de resfriamento no resfriamento acelerado de um primeiro estágio foi de 0,2° C / s, e outras condições foram iguais às dos trilhos da presente invenção. Em relação às condições de produção do trilho no Exemplo Comparativo B, a temperatura final de laminação a quente foi de 700° C, e as outras condições foram iguais às dos trilhos da presente invenção. Com relação às condições de produção do trilho no Exemplo Comparativo C, o tempo de retenção da temperatura foi de 10 segundos, e as outras condições foram iguais às dos trilhos da presente invenção. Além disso, todos os trilhos nos Exemplos Comparativos A a C foram submetidos a resfriamento controlado direto após laminação a quente.
[0242] Os Exemplos Comparativos D a K (8 peças) eram trilhos nos quais um dos teores de C, Si, Mn, P e S estavam fora das faixas descritas na presente invenção. Todos os trilhos nos Exemplos Comparativos D a K foram submetidos a resfriamento controlado direto após laminação a quente.
[0243] Um método para observar a estrutura na seção transversal da parte de alma do trilho é mostrado abaixo.
[0244] Método para observar a estrutura na seção transversal da parte de alma do trilho
[0245] ● Método de Observação
[0246] Dispositivo: microscópio óptico
[0247] Coleta de peça de teste para observação: uma amostra foi cortada a partir de uma seção transversal em uma faixa de ± 15 mm na direção para cima e para baixo do trilho da linha média entre a parte inferior do trilho e a parte superior do trilho (consultar a Figura 5).
[0248] Pré-processamento: a seção transversal foi polida com um pó de diamante com um tamanho médio de grão de 1 µm, e o ataque nital foi executado.
[0249] Ampliação de observação: 200
[0250] ● Posição de Observação
[0251] Posição: uma posição a 1,0 mm da superfície externa da parte de alma do trilho e a posição do centro de espessura da parte de alma
[0252] ● Quantificação da Estrutura
[0253] Número de observações: cinco ou mais campos visuais em cada uma das posições a 1,0 mm a partir da superfície externa da parte de alma do trilho e a posição do centro de espessura da parte de alma
[0254] Quantificação: o valor médio das relações de área (um total de 10 ou mais campos visuais) de perlita na posição a 1,0 mm a partir da superfície externa da parte de alma do trilho (quatro ou mais campos visuais) e na posição do centro de espessura da parte de alma (cinco ou mais campos visuais) foi definido como a razão de área da perlita incluída na estrutura metalográfica na seção transversal da parte de alma do trilho.
[0255] Um método para medir a dureza na seção transversal da parte de alma do trilho e as condições de medição são mostrados abaixo.
[0256] Método para medir a dureza transversal da parte de alma do trilho, condições de medição, e método para organizar a dureza
[0257] ● Dispositivo e método de medição
[0258] Dispositivo: medidor de dureza Vickers (carga de 98 N)
[0259] Coleta de peça de teste para medição: uma amostra foi cortada a partir de uma seção transversal da parte de alma do trilho
[0260] Pré-processamento: a seção transversal foi polida com um pó de diamante com um tamanho médio de grão de 1 µm
[0261] Método de medição: a dureza foi medida de acordo com JIS Z 2244: 2009
[0262] ● Posição de medição
[0263] A posição de medição estava em uma seção transversal em uma faixa de ± 15 mm em uma direção para cima e para baixo do trilho a partir de uma linha média entre uma parte inferior do trilho e uma parte superior do trilho (consultar a Figura 1).
[0264] Endentações foram feitas continuamente na direção da espessura da parte de alma em uma fileira com um passo de 1,0 mm em que o ponto inicial da endentação contínua é a posição de uma profundidade de 1,0 mm a partir da superfície externa da parte de alma, e a dureza foi medida. A medição da dureza foi realizada em pelo menos cinco linhas.
[0265] A propósito, a fim de eliminar as influências mútuas das endentações, um intervalo de 1,0 mm ou mais foi fornecido entre as linhas de medição.
[0266] ● Método para organizar a dureza
[0267] O valor mínimo e o valor máximo da dureza medida foram definidos como o valor mínimo e o valor máximo da dureza da seção transversal da parte de alma do trilho.
[0268] Além disso, as condições do teste de fadiga para o trilho são mostradas abaixo.
[0269] Teste de fadiga do trilho (consultar a Figura 2)
[0270] Método de teste: flexão do trilho real em três pontos (comprimento do vão: 650 mm)
[0271] Condições de carga: flutuação em uma faixa de 2 a 20 toneladas.
[0272] Frequência de flutuação na carga aplicada: 5 Hz
[0273] Postura de teste: uma carga excêntrica foi aplicada à parte de boleto do trilho. A posição de aplicação da carga foi definida em uma posição deslocada em um terço da largura da parte de boleto do trilho a partir do centro da parte de boleto do trilho na direção da largura do trilho (consultar a Figura 2). (A tensão de tração foi aplicada à parte de alma do trilho para reproduzir uma via curva).
[0274] Medição de tensão: a tensão foi medida com um medidor de tensão conectado à parte de alma do trilho
[0275] Número de repetições de flutuação de carga: até 3 milhões de repetições no máximo (sem início de trinca) ou até o início de uma trinca.
[0276] Determinação de trinca: o teste foi interrompido periodicamente, e uma inspeção de partícula magnética foi realizada na superfície da parte de alma do trilho para confirmar se uma trinca estava ou não presente na superfície da parte de alma do trilho.
[0277] Determinação de passagem: o trilho em que o número de repetições de flutuação de carga até o início de uma trinca era de 2 milhões ou mais ou uma trinca não se iniciou até o final do teste (carga flutuou 3 milhões de repetições) foi determinado como um trilho tendo excelente resistência à quebra por fadiga.
[0278] Os resultados do teste são organizados da seguinte forma.
[0279] ● Material passado
[0280] Avaliação S: nenhuma trinca iniciada até 3 milhões de repetições ao final do teste.
[0281] Avaliação A: o número de vezes no momento do início de uma trinca era 2,5 milhões ou mais e menos de 3 milhões.
[0282] Avaliação B: o número de vezes no início de uma trinca foi de 2,3 milhões ou mais e menos de 2,5 milhões.
[0283] Avaliação C: o número de vezes no início de uma trinca foi de 2 milhões ou mais e menos de 2,3 milhões.
[0284] ● Material Rejeitado
[0285] Avaliação X: o número de vezes no início de uma trinca foi inferior a 2 milhões.
[0286] Os resultados da avaliação dos exemplos da invenção são mostrados na Tabela 3, e os resultados da avaliação dos exemplos comparativos são mostrados na Tabela 4. Tabela 1
C Si Mn P S Cr Mo Co B Cu Ni V Nb Ti Mg Ca REM Zr N Al 1 Exemplo da invenção 0,90 0,50 0,70 0,015 0,012 - - - - - - - - - - - - - - - 2 Exemplo da invenção 0,80 0,40 1,20 0,015 0,012 - - - - - - - - - - - - - - - 3 Exemplo da invenção 1,00 0,60 0,85 0,015 0,012 - - - - - - - - - - - - - - - 4 Exemplo da invenção 1,10 1,00 0,45 0,015 0,012 - - - - - - - - - - - - - - - 5 Exemplo da invenção 1,20 0,50 0,70 0,015 0,012 - - - - - - - - - - - - - - - 6 Exemplo da invenção 0,75 0,50 0,70 0,015 0,012 - - - - - - - - - - - - - - - 7 Exemplo da invenção 0,90 2,00 0,70 0,015 0,012 - - - - - - - - - - - - - - - 8 Exemplo da invenção 0,90 0,10 0,70 0,015 0,012 - - - - - - - - - - - - - - - 9 Exemplo da invenção 0,90 0,50 2,00 0,015 0,012 - - - - - - - - - - - - - - - 10 Exemplo da invenção 0,90 0,50 0,10 0,015 0,012 - - - - - - - - - - - - - - -
46/52 11 Exemplo da invenção 0,90 0,50 0,70 0,025 0,012 - - - - - - - - - - - - - - - 12 Exemplo da invenção 0,90 0,50 0,70 0,015 0,025 - - - - - - - - - - - - - - - 13 Exemplo da invenção 0,90 0,50 0,70 0,015 0,012 - - - - - - - - - - - - - - - 14 Exemplo da invenção 0,90 0,50 0,70 0,015 0,012 - - - - - - - - - - - - - - - 15 Exemplo da invenção 0,90 0,50 0,70 0,015 0,012 - - - - - - - - - - - - - - - 16 Exemplo da invenção 0,90 0,50 0,70 0,015 0,012 - - - - - - - - - - - - - - - 17 Exemplo da invenção 0,90 0,50 0,70 0,015 0,012 - - - - - - - - - - - - - - - 18 Exemplo da invenção 0,90 0,50 0,70 0,015 0,012 - - - - - - - - - - - - - - - 19 Exemplo da invenção 1,00 0,60 0,85 0,015 0,012 - - - - - - - - - - - - - - - 20 Exemplo da invenção 1,00 0,60 0,85 0,015 0,012 - - - - - - - - - - - - - - - 21 Exemplo da invenção 1,00 0,60 0,85 0,015 0,012 - - - - - - - - - - - - - - - 22 Exemplo da invenção 1,00 0,60 0,85 0,015 0,012 - - - - - - - - - - - - - - -
23 Exemplo da invenção 0,90 0,50 0,70 0,015 0,012 2,00 - - - - - - - - - - - - - - 24 Exemplo da invenção 0,90 0,50 0,70 0,015 0,012 - 0,50 - - - - - - - - - - - - - 25 Exemplo da invenção 0,90 0,50 0,70 0,015 0,012 - - 1,00 - - - - - - - - - - - - 26 Exemplo da invenção 0,90 0,50 0,70 0,015 0,012 - - - 0,0050 - - - - - - - - - - - 27 Exemplo da invenção 0,90 0,50 0,70 0,015 0,012 - - - - 1,00 - - - - - - - - - - 28 Exemplo da invenção 0,90 0,50 0,70 0,015 0,012 - - - - - 1,00 - - - - - - - - - 29 Exemplo da invenção 0,90 0,50 0,70 0,015 0,012 - - - - - - 0,500 - - - - - - - - 30 Exemplo da invenção 0,90 0,50 0,70 0,015 0,012 - - - - - - - 0,050 - - - - - - - 31 Exemplo da invenção 0,90 0,50 0,70 0,015 0,012 - - - - - - - - 0,050 - - - - - - 32 Exemplo da invenção 0,90 0,50 0,70 0,015 0,012 - - - - - - - - - 0,020 - - - - - 33 Exemplo da invenção 0,90 0,50 0,70 0,015 0,012 - - - - - - - - - - 0,020 - - - -
47/52 34 Exemplo da invenção 0,90 0,50 0,70 0,015 0,012 - - - - - - - - - - - 0,050 - - - 35 Exemplo da invenção 0,90 0,50 0,70 0,015 0,012 - - - - - - - - - - - - 0,020 - - 36 Exemplo da invenção 0,90 0,50 0,70 0,015 0,012 - - - - - - - - - - - - - 0,020 - 37 Exemplo da invenção 0,90 0,50 0,70 0,015 0,012 - - - - - - - - - - - - - - 1,000
Tabela 2 C Si Mn P S Cr Mo Co B Cu Ni V Nb Ti Mg Ca REM Zr N Al A Exemplo comparativo 0,90 0,50 0,70 0,015 0,012 - - - - - - - - - - - - - - - B Exemplo comparativo 0,90 0,50 0,70 0,015 0,012 - - - - - - - - - - - - - - - C Exemplo comparativo 0,90 0,50 0,70 0,015 0,012 - - - - - - - - - - - - - - - D Exemplo comparativo 1,24 0,50 0,70 0,015 0,012 - - - - - - - - - - - - - - - E Exemplo comparativo 0,71 0,50 0,70 0,015 0,012 - - - - - - - - - - - - - - - F Exemplo comparativo 0,90 2,04 0,70 0,015 0,012 - - - - - - - - - - - - - - - G Exemplo comparativo 0,90 0,06 0,70 0,015 0,012 - - - - - - - - - - - - - - - H Exemplo comparativo 0,90 0,50 2,04 0,015 0,012 - - - - - - - - - - - - - - -
48/52 I Exemplo comparativo 0,90 0,50 0,06 0,015 0,012 - - - - - - - - - - - - - - - J Exemplo comparativo 0,90 0,50 0,70 0,030 0,012 - - - - - - - - - - - - - - - K Exemplo comparativo 0,90 0,50 0,70 0,015 0,029 - - - - - - - - - - - - - - -
Tabela 3 Diferença entre o valor Fração de perlita da Valor mínimo da dureza da máximo e o valor Avaliação da seção transversal da seção transversal da parte mínimo da dureza da propriedade de parte de alma (%) de alma (Hv) seção transversal da danos por fadiga parte de alma (Hv) 1 96 350 32 B 2 96 320 32 B 3 95 370 33 B 4 95 380 34 B 5 93 430 36 C 6 92 340 36 C 7 92 410 37 C 8 92 340 38 C 9 91 440 39 C 10 92 340 37 C 11 96 345 39 C 12 96 345 37 C 13 90 345 36 C 14 96 300 32 C 15 96 355 40 C 16 96 345 20 S 17 96 340 15 S 18 96 340 10 S 19 95 370 33 B 20 95 365 18 S 21 95 360 13 S 22 95 360 10 S 23 96 440 19 S 24 96 420 25 A 25 96 360 28 A 26 96 340 15 S 27 96 410 27 A 28 96 395 24 A 29 96 375 27 A 30 96 380 25 A 31 96 400 26 A 32 97 350 13 S 33 99 355 16 S 34 96 345 28 A 35 98 360 17 S 36 98 360 16 S 37 98 380 23 A
Tabela 4 Diferença entre o Fração de perlita da Valor mínimo da valor máximo e o Avaliação da seção transversal dureza da seção valor mínimo da propriedade de da parte de alma transversal da parte dureza da seção danos por (%) de alma (Hv) transversal da parte fadiga de alma (Hv) A 86 280 50 X B 96 295 31 X C 96 345 45 X D 80 350 50 X E 85 270 48 X F 75 480 70 X G 85 320 55 X H 78 460 85 X I 85 285 50 X J 96 370 48 X K 96 345 45 X
[0287] Como mostrado nas Tabelas 1 a 4, os trilhos da presente invenção (Exemplos da Invenção 1 a 37) foram avaliados como trilhos que poderiam suprimir a ocorrência de danos por fadiga da parte de alma e tinham excelente resistência à quebra por fadiga.
[0288] Especificamente, nos trilhos da presente invenção (Exemplos de Invenção 1 a 12), os teores de C, Si, Mn, P e S do aço estavam mais favoravelmente nas faixas limitadas, e a fração de perlita na seção transversal da parte de alma, o valor mínimo da dureza da seção transversal da parte de alma, e a diferença entre o valor máximo e o valor mínimo da dureza da seção transversal da parte de alma foram ainda controlados em comparação com os trilhos comparativos (Exemplos Comparativos D para K), de modo que a resistência à fadiga da parte de alma do trilho foi melhorada, e a resistência a danos por fadiga do trilho foi melhorada.
[0289] Além disso, nos trilhos da presente invenção (Exemplos da
Invenção 13 a 22), em comparação com os trilhos comparativos (Exemplos Comparativos A a C), as condições de laminação a quente e as condições de tratamento térmico para a parte de alma do trilho foram mais apropriadamente controladas para controlar a fração de perlita na seção transversal da parte de alma, o valor mínimo da dureza da seção transversal da parte de alma, e a diferença entre o valor máximo e o valor mínimo da dureza da seção transversal da parte de alma, de modo que a resistência à fadiga da parte de alma do trilho foi melhorada e a resistência a danos por fadiga do trilho foi melhorada.
[0290] Além disso, nos trilhos da presente invenção (Exemplos de Invenção 16 a 18 e 20 a 22), as condições de resfriamento controlado para a parte de alma do trilho foram controladas ainda mais de forma apropriada para reduzir ainda mais a diferença entre o valor máximo e o valor mínimo da dureza da seção transversal da parte de alma. Como um resultado, a resistência à fadiga da parte de alma do trilho foi melhorada e a resistência a danos por fadiga do trilho foi melhorada ainda mais.
[0291] Por outro lado, nos trilhos nos Exemplos Comparativos A a K, um ou mais da composição química, da estrutura metalográfica na seção transversal da parte de alma do trilho, do valor mínimo da dureza na seção transversal da parte de alma do trilho, e da diferença entre o valor máximo e o valor mínimo da dureza na seção transversal da parte de alma do trilho foram inadequados, e a resistência a danos por fadiga foi prejudicada. Aplicabilidade Industrial
[0292] De acordo com a presente invenção, um trilho pode ser fornecido no qual a composição do aço para trilhos e a estrutura metalográfica da parte de alma do trilho são controladas, e o valor mínimo da dureza da parte de alma do trilho e a diferença entre o valor máximo e o valor mínimo da dureza da seção transversal da mesma são suprimidos, de modo que a concentração de tensão na seção transversal da parte de alma do trilho seja suprimida, e a resistência a danos por fadiga necessária para a parte de alma do trilho usada em uma via curva de ferrovias de carga seja excelente. Breve descrição dos símbolos de referência
[0293] 1: Parte de alma do trilho
[0294] 2: Parte de boleto do trilho
[0295] 3: Parte de patim do trilho
Claims (3)
1. Trilho compreendendo composição de aço incluindo, por % em massa: C: 0,75 a 1,20%; Si: 0,10 a 2,00%; Mn: 0,10 a 2,00%; Cr: 0 a 2,00%; Mo: 0 a 0,50%; Co: 0 a 1,00%; B: 0 a 0,0050%; Cu: 0 a 1,00%; Ni: 0 a 1,00%; V: 0 a 0,50%; Nb: 0 a 0,050%; Ti: 0 a 0,0500%; Mg: 0 a 0,0200%; Ca: 0 a 0,0200%; REM: 0 a 0,0500%; Zr: 0 a 0,0200%; N: 0 a 0,0200%; Al: 0 a 1,00%; P: 0,0250% ou menos; S: 0,0250% ou menos; e um restante incluindo Fe e impurezas, caracterizado pelo fato de que que 90% de área ou mais de uma estrutura metalográfica em uma seção transversal de uma parte de alma de trilho é uma estrutura de perlita, um valor mínimo de uma dureza na seção transversal da parte de alma do trilho é Hv 300 ou mais, e uma diferença entre um valor máximo e o valor mínimo da dureza na seção transversal da parte de alma do trilho é Hv 40 ou menos.
2. Trilho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a diferença entre o valor máximo e o valor mínimo da dureza na seção transversal da parte de alma do trilho é Hv 20 ou menos.
3. Trilho, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que que a composição de aço inclui, em % em massa, um ou dois ou mais selecionados a partir do grupo que consiste de: Cr: 0,01 a 2,00%; Mo: 0,01 a 0,50%; Co: 0,01 a 1,00%; B: 0,0001 a 0,0050%; Cu: 0,01 a 1,00%; Ni: 0,01 a 1,00%; V: 0,005 a 0,50%; Nb: 0,0010 a 0,050%; Ti: 0,0030 a 0,0500%; Mg: 0,0005 a 0,0200%; Ca: 0,0005 a 0,0200%; REM: 0,0005 a 0,0500%; Zr: 0,0001 a 0,0200%; N: 0,0060 a 0,0200%; e Al: 0,0100 a 1,00%.
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