CN106714990A - 轨道的制造方法和制造装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供头部和脚部双方具有高延展性的轨道的制造方法以及制造装置。对加热后的轨道钢原材进行热轧，对热轧后的轨道钢原材进行冷却，由此实施温度调整，并以20％以上的减面率对温度调整后的轨道钢原材实施温度调整轧制，来加工成轨道形状，在对轨道钢原材实施温度调整时，将轨道钢原材的与轨道形状的头部和脚部相当的部位的表面温度冷却到500℃以上1000℃以下。

Description

轨道的制造方法和制造装置
技术领域
本发明涉及对加热后的钢坯实施粗轧、精轧以及热处理的延展性优异的珠光体轨道的制造方法和制造装置，特别是，涉及通过细化珠光体块或者团尺寸来提高延展性的轨道的制造方法和制造装置。
背景技术
头部的组织成为珠光体组织的轨道一般由以下制造方法制造。
首先，将通过连铸法铸造的钢坯加热至1100℃以上后，通过粗轧和精轧被热轧成规定的轨道形状。各轧制工序中的轧制方法通过组合孔型轧制和万能轧制而实施。此时，粗轧中使用多个道次进行轧制，在精轧中使用多个道次或单个道次中的任一种进行轧制。
接下来，锯断热轧后的轨道的端部的料头。此外，热轧后的轨道长度为50～200m。因此，在热处理装置有长度限制的情况下，在锯断料头的同时，轨道例如被锯断为25m等规定长度。
并且，在要求轨道具有耐磨性的情况下，继热轧工序之后，使用热处理装置对轨道实施热处理(热处理工序)。此时，热处理开始温度越高，耐磨性越提高，因此有时加热轨道的再加热工序会设置于热处理工序之前。在热处理工序中，使用夹钳等约束装置固定轨道，使用空气、水以及水雾等冷却介质对头部、脚部进而根据需要对腹部进行强制冷却。在热处理工序中，通常，实施强制冷却直至头部的温度达到650℃以下。
之后，解除夹钳对轨道的约束，将轨道输送到冷却床。在冷却床，轨道被冷却至100℃以下。
例如在煤炭等天然资源开采现场等严酷的环境下所使用的轨道要求具有高耐磨性和高韧性。因此，在制造于严酷的环境下使用的轨道的情况下，需要上述热处理工序。但是，之后在对通过上述工序制造的轨道例如实施弯曲加工等加工的情况下，如果实施热处理，则轨道会过度变硬而延展性降低，因此会出现难以加工的情况。因此，需要硬度高且延展性优异的轨道。
例如，在专利文献1中公开了，将精轧中的轧制温度设为Ar3变态点～900℃的温度范围并在精轧结束后150sec以内以冷却速度2～30℃/sec将轨道加速冷却到至少550℃来提高轨道的延展性的方法。
另外，在专利文献2中公开了，在热轧时在800℃以下的温度区域实施减面率10％以上的轧制来提高轨道的延展性的方法。
专利文献1：日本特开2013-14847号公报
专利文献2：日本特开昭62-127453号公报
但是，在专利文献1所述的方法中，存在因为没有实施轨道的脚部的温度控制而致使脚部的延展性不提高的问题。
另外，在专利文献2所述的方法中，存在没有写明轨道的脚部轧制时的温度调整条件而致使脚部的延展性得不到提高的问题。
发明内容
因此，本发明着眼于上述课题而产生，目的在于提供头部和脚部双方都具有高延展性的轨道的制造方法和制造装置。
为实现上述目的，本发明的一个方式所涉及的轨道的制造方法的特征在于，对加热后的轨道钢原材进行热轧，对热轧后的轨道钢原材进行冷却，由此进行温度调整，以20％以上的减面率对温度调整后的轨道钢原材进行温度调整轧制，从而将温度调整后的所述轨道钢原材加工成轨道形状，在对轨道钢原材进行温度调整时，将轨道钢原材的与轨道形状的头部和脚部相当的部位的表面温度冷却至500℃以上1000℃以下。
另外，本发明的一个方式所涉及的轨道的制造装置的特征在于，具有：至少一台第一轧机，其轧制轨道钢原材；冷却装置，其通过对被第一轧机轧制后的轨道钢原材进行冷却来进行温度调整；以及至少一台第二轧机，其通过以20％以上的减面率对温度调整后的轨道钢原材进行温度调整轧制，来将温度调整后的所述轨道钢原材加工成轨道形状，冷却装置将轨道钢原材的与轨道形状的头部和脚部相当的部位的表面温度冷却至500℃以上1000℃以下。
根据本发明所涉及的轨道的制造方法和制造装置，能够制造头部和脚部双方都具有高延展性的轨道。
附图说明
图1是示出本发明的一个实施方式所涉及的轨道的制造装置的示意图。
图2是示出本发明的一个实施方式的粗冷却装置的剖视图。
图3是示出本发明的一个实施方式的热处理装置的示意图。
图4是示出轨道的各部位的剖视图。
图5是示出实施例中所评价的拉伸试件的取样位置的说明图。
图6是示出实施例中所评价的布氏硬度试验的实施位置的说明图。
具体实施方式
下面参照附图详细说明用于实施本发明的方式(以下，称实施方式。)。此外，在以下说明中，与化学成分相关的％表示全部是指质量％。
＜制造装置的结构＞
首先，参照图1～图4，说明本发明的一个实施方式所涉及的轨道9的制造装置1。本实施方式所涉及的轨道的制造装置1是具有加热炉2、粗轧机3A、精轧机3B、粗冷却装置4、精冷却装置5、再加热装置6、热处理装置7及冷却床8的轧制生产线。
轨道9通过使用制造装置1对连铸后的钢坯等轨道钢原材进行轧制、热处理而制造。如图4所示，轨道9由在垂直于长边方向的剖视视角下沿宽度方向延伸且相互在上下方向上对置的头部91和脚部93以及连接配置于上侧的头部91和配置于下侧的脚部93并沿上下方向延伸的腹部92构成。另外，作为轨道9例如能够使用由以下化学成分组成构成的钢。
C：0.60％以上1.05％以下
C(碳)是珠光体系轨道中形成渗碳体并提高硬度、强度并且提高耐磨性的重要元素。但是，若含量小于0.60％则这些效果小，因此优选将下限设为0.60％，更加优选设为0.70％以上。另一方面，C的过量含有会导致渗碳体量增加，因此虽有望提高硬度、强度，但相反延展性会降低。另外，C含量增加会扩大γ+θ区域的温度范围，加速焊接热影响部的软化。考虑到这些负面影响，优选将C含量的上限设为1.05％，更加优选设为0.97％以下。
Si：0.1％以上1.5％以下
Si(硅)被作为脱氧剂且为了强化珠光体组织而添加，但含量小于0.1％则这些效果小，因此Si的含量优选为0.1％以上，更加优选为0.2％以上。另一方面，Si的过量含有会加速脱碳并加速生成轨道9的表面瑕疵的生成，因此优选将Si含量的上限设为1.5％，更加优选设为1.3％以下。
Mn：0.01％以上1.5％以下
Mn(锰)具有降低珠光体变态温度、使珠光体片层间隔致密的效果，因此是对连到轨道内部都维持高硬度有效的元素，含量小于0.01％，其效果较小，因此Mn含量优选为0.01％以上，更加优选为0.3％以上。另一方面，在Mn含量超过1.5％的情况下，会降低珠光体的平衡变态温度(TE)并且组织容易发生马氏体变态。因此，优选将Mn含量的上限设为1.5％，更加优选为1.3％以下。
P：0.035％以下
P(磷)的含量如果超过0.035％，则会降低韧性、延展性。因此，优选将P含量抑制在0.035％以下，更加优选限制在0.025％以下。此外，如果为了尽量减少P含量而实施特殊的精炼等，会导致溶制时的成本上升，因此优选将下限设为0.001％。
S：0.030％以下
S(硫)沿轧制方向伸展，形成降低延展性、韧性的粗大的MnS。因此，S含量优选抑制为0.030％以下，更加优选抑制为0.015％以下。此外，若要尽量减少S含量，则溶制处理时间、助溶剂增多等溶制时的成本会显著上升，因此优选将下限设为0.0005％。
Cr：0.1％以上2.0％以下
Cr(铬)会使平衡变态温度(TE)上升，有助于珠光体片层间隔的细化，提升硬度、强度。另外，与Sb的并用效果会有效于抑制脱碳层的生成。因此，在含有Cr的情况下，其含量优选设为0.1％以上，更加优选设为0.2％以上。另一方面，在Cr含量超过2.0％的情况下，产生焊接缺陷的可能性增加，并且淬火性提高，加速马氏体的生成。因此，优选将Cr含量的上限设为2.0％，更加优选设为1.5％以下。
此外，Si和Cr的含量的总量优选设为2.0％以下。因为在Si和Cr的含量的总量超过2.0％的情况下，氧化皮的紧贴性提高，阻碍氧化皮的剥离，可能会加速脱碳。
Sb：0.005％以上0.5以下
Sb(锑)在使用加热炉加热轨道钢原材时，具有防止其加热过程中的脱碳的显著效果。特别是，在与Cr一起添加时，Sb的含量为0.005％以上则具有减轻脱碳层的效果，因此在含有Sb的情况下，其含量优选为0.005％以上，更加优选为0.01％以上。另一方面，如果Sb含量超过0.5％，则效果饱和，因此优选将上限设为0.5％，更加优选设为0.3％以下。
除了上述化学组成外，还可以进一步含有Cu：0.01％以上1.0％以下，Ni：0.01％以上0.5％以下，Mo：0.01％以上0.5％以下，V：0.001％以上0.15％以下以及Nb：0.001％以上0.030％以下中的一种或者两种以上的元素。
Cu：0.01％以上1.0％以下
Cu(铜)是能够通过固溶强化实现更加高硬度化的元素。另外，Cu还具有抑制脱碳的效果。为了实现该效果，优选Cu含量为0.01％以上，更加优选为0.05％以上。另一方面，在Cu含量超过1.0％的情况下，在连铸时、轧制时，容易产生因脆化导致的表面破裂。因此，优选将Cu含量的上限设为1.0％，更加优选设为0.6％以下。
Ni：0.01％以上0.5％以下
Ni(镍)是对提高韧性、延展性有效的元素。另外，通过与Cu复合添加，还对抑制Cu破裂有效，因此在添加Cu的情况下，优选添加Ni。其中，在Ni含量小于0.01％的情况下，无法获得这些效果，因此优选将下限设为0.01％，更加优选设为0.05％以上。另一方面，在Ni含量超过0.5％的情况下，淬火性会过度提高，加速马氏体的生成，因此优选将上限设为0.5％，更加优选设为0.3％以下。
Mo：0.01％以上0.5％以下
Mo(钼)是对高强度化有效的元素，含量小于0.01％，则其效果小，因此优选将下限设为0.01％，更加优选设为0.05％以上。另一方面，在Mo含量超过0.5％的情况下，淬火性提高，生成马氏体，因此韧性、延展性会极端降低。因此，Mo含量的上限优选设为0.5％，更加优选设为0.3％以下。
V：0.001％以上0.15％以下
V(钒)形成VC或VN等，微小地析出到铁素体中，是通过铁素体的析出强化而有助于高强度化的元素。另外，V作为氢的捕捉点发挥功能，还有望实现抑制延迟破坏的效果。因此，V含量优选为0.001％以上，更加优选为0.005％以上。另一方面，添加V超过0.15％，这些效果饱和，但合金成本会严重上升，因此优选将上限设为0.15％，更加优选设为0.12％以下。
Nb：0.001％以上0.030％以下
Nb(铌)会使奥式体的未再结晶温度上升，对通过在轧制时向奥式体中引入加工变形来细化珠光体团、块尺寸有效，因此是对延展性、韧性的提高有效的元素。为了获得上述效果，Nb含量优选为0.001％以上，更加优选为0.003％以上。另一方面，在Nb含量超过0.030％的情况下，在轨道钢原材的铸造时的凝固过程中，Nb碳氮化合物会结晶，降低清洁性，因此优选将上限设为0.030％，更加优选设为0.025％以下。
上述成分以外的剩余部分是Fe(铁)和不可避免的杂质。作为不可避免的杂质，N(氮气)允许最多混入0.015％，O(氧)允许最多混入0.004％，H(氢)允许最多混入0.0003％。另外，为了抑制硬质AlN、TiN导致的转动疲劳特性降低，Al含量优选为0.001％以下，Ti含量优选为0.001％以下。
加热炉2是连续式或者分批式加热炉，将连铸后的钢坯等轨道钢原材加热到规定温度。
粗轧机3A是以规定的减面率对钢原材进行热轧的万能轧机，设置有多个。在图1所示的例子中，制造装置1具有n台粗轧机3A1～3An。在沿轨道9的输送方向排列的粗轧机3A1～3An中的第k台粗轧机3Ak和第k+1台粗轧机3Ak+1之间设置粗冷却装置4。
精轧机3B是进一步对粗轧后的轨道9进行热轧并最终加工成目标轨道形状的万能轧机。在本实施方式中，将在成为粗冷却装置4之后的轧制工序的从第k+1台粗轧机3Ak+1到精轧机3B之间轧制的轨道9的减面率设为20％以上。这里，本实施方式的减面率表示轨道钢原材的垂直于长边方向的截面积的减面率，表示钢坯等的与轧制相伴随的截面积的减少量同轧制前状态的截面积的比率。
粗冷却装置4如图2所示，具有头部冷却喷嘴41、脚部冷却喷嘴42、头部温度计43、脚部温度计44、输送工作台45、引导件46a、46b及控制部47。
头部冷却喷嘴41通过向轨道9的头部91喷射冷却介质来冷却头部91。脚部冷却喷嘴42通过向轨道9的脚部93喷射冷却介质来冷却脚部93。从头部冷却喷嘴41和脚部冷却喷嘴42喷射的冷却介质是喷洒水。头部冷却喷嘴41和脚部冷却喷嘴42分别设置于成为头部91和脚部93的y轴正方向侧的上方，分别相对于y轴方向倾斜地向头部91和脚部93喷射冷却介质。另外，头部冷却喷嘴41和脚部冷却喷嘴42在成为轨道9的长边方向的、与x-y平面垂直的z轴方向上排列，设置有多个。
头部温度计43和脚部温度计44是分别测定被喷射冷却介质的轨道9的头部91和脚部93的表面温度的非接触型温度计，分别沿x轴方向与头部91和脚部93对置设置。头部温度计43和脚部温度计44的测定结果被发送至控制部47。
输送工作台45是沿x轴方向延伸的输送辊，在z轴方向上排列设置有多个。引导件46a、46b是板状的部件，沿z轴方向延伸设置。另外，引导件46a、46b分别配设于比输送工作台45靠作为上侧的y轴正方向侧且位于输送工作台45的长边方向两端侧。并且，在引导件46a、46b，在配设有头部温度计43和脚部温度计44的位置，分别设置开口部461a、461b。
控制部47基于头部温度计43和脚部温度计44的测定结果，对从头部冷却喷嘴41和脚部冷却喷嘴42喷射的冷却介质的条件进行控制，来将轨道9冷却至规定的表面温度。冷却介质的喷射条件例如为冷却介质的喷射量、喷射压、水分量以及喷射时间等。
上述结构的粗冷却装置4设置于沿轨道9的轧制方向排列的多个粗轧机3A中的第k台粗轧机3Ak和第k+1台粗轧机3Ak+1之间，对由第k台粗轧机3Ak轧制的轨道9的头部91和脚部93的表面温度进行控制。
精冷却装置5设置于挨着精轧机3B的前方，对由精轧机3B轧制的轨道9的头部91和脚部93的表面温度进行控制。精冷却装置5由与图2所示的粗冷却装置4相同的结构构成。
此外，轨道9在由粗轧机3A、粗冷却装置4、精冷却装置5以及精轧机3B轧制或者冷却时，被以图2所示的倒置姿势输送、轧制。
再加热装置6是感应加热式加热装置，将轨道9的头部91加热至规定温度。
热处理装置7如图3所示，具有头部冷却头71a～71c、脚部冷却头72、头部温度计73及控制部74。头部冷却头71a～71c分别与头部91的头顶面和两侧的头侧面对置设置，通过向头顶面和两侧的头侧面喷射冷却介质，来冷却头部91。脚部冷却头72与脚部93的脚背面对置设置，通过向脚背面喷射冷却介质来冷却脚部93。从头部冷却头71a～71c和脚部冷却头72喷射的冷却介质使用空气、水及水雾等。另外，头部冷却头71a～71c和脚部冷却头72沿轨道9的长边方向排列设置有多个。头部温度计73是非接触式温度计，测定头部91的表面温度。头部温度计73的测温结果被发送至控制部74。控制部74根据头部温度计73的测温结果，对从头部冷却头71a～71c和脚部冷却头72喷射的冷却介质的喷射条件进行控制，来控制轨道9的冷却速度。上述结构的热处理装置7以规定的冷却速度将轨道9冷却至规定的表面温度。此外，热处理装置7具有未图示的夹钳。夹钳是通过夹持轨道9的脚部来进行约束的装置。
冷却床8是将轨道9自然放冷的设备，例如由支承轨道9的台座构成。
＜轨道的制造方法＞
接下来，说明本发明的一个实施方式所涉及的轨道9的制造方法。
首先，将通过连铸法铸造的轨道钢原材即钢坯搬入加热炉2，加热至1100℃以上。
接下来，将加热后的轨道钢原材使用比粗冷却装置4靠输送方向上游侧的粗轧机3Aa～3Ak轧制成为近似轨道形状。此外，在后文中，将热轧中途的轨道钢原材也称为轨道钢原材。
并且，由粗轧机3Aa～3Ak轧制后的轨道钢原材在粗冷却装置4被冷却(温度调整)至与轨道9的头部91和脚部93相当的部位的表面温度降到500℃以上1000℃以下。此时，控制部47对冷却介质的喷射量、喷射压、水分量以及喷射时间等进行控制，来冷却轨道钢原材。
轨道钢原材被加热到1100℃以上，由此整个组织向奥式体变态反应。有关1000℃以上的奥式体组织，晶粒边界容易移动，产生再结晶，晶粒粗大化。另一方面，通过实施轧制，晶粒出现变形，晶粒断开，细化。此时，在轧制时的温度为1000℃以下的情况下，不易出现再结晶和晶粒的粗大化。因此，通过将轧制时的轨道钢原材的温度设为1000℃以下，使得通过轧制而细化的晶粒不易粗大化。
另外，在粗冷却装置4冷却轨道钢原材时，优选温度调整至与头部91和脚部93相当的部位的表面温度降到500℃以上730℃以下。如果轨道钢原材被冷却到730℃以下，则组织的局部会发生珠光体变态，因此轨道钢原材的组织成为未变态奥式体和珠光体的双相组织。若对奥式体和珠光体进行比较，则因奥式体的屈服强度低，所以变形的大部分出现于奥式体晶粒，与轧制时的组织为奥式体单相的情况相比，组织被细化。最终组织即珠光体的团尺寸和块尺寸会受到变态前组织即奥式体的晶粒直径的影响。因此，在奥式体晶粒粗大的情况下，珠光体的团尺寸和块尺寸也粗大化，因此延展性降低。另一方面，在奥式体晶粒微小的情况下，珠光体的团尺寸和块尺寸细化，因此延展性提高。
并且，在轧制时的轨道9的温度小于500℃的情况下，组织全面发生珠光体变态，因此不存在奥式体晶粒。故而，珠光体的团尺寸和块尺寸不被细化，不能提高延展性。
上述现象的产生不取决于轨道9的部位，因此通过在与头部91和脚部93相当的部位进行温度调整后实施轧制，能够实现韧性和延展性的提高。
之后，将在粗冷却装置4进行温度调整后的轨道钢原材在粗轧机3Ak+1～3An进一步轧制。
接下来，将在粗轧机3A1～3An被粗轧后的轨道钢原材根据需要在精冷却装置5冷却后，在精轧机3B轧制，成为所希望的形状的轨道9。此外，在温度调整之后的粗轧机3Ak+1～3An和精轧机3B的轧制亦称为温度调整轧制。温度调整轧制的轨道钢原材的减面率为20％以上。通过将减面率设为20％以上，由此在轨道钢原材的内部也能产生变形，因此能够细化轨道9的内部。另一方面，在减面率小于20％的情况下，虽然在轨道钢原材的表面产生的变形较多，但在内部产生的变形较少。因此，轨道9内部的细化困难，延展性的提高量少。
进而，在粗轧机3A和精轧机3B热轧后的轨道9被输送到再加热装置6，被加热至头部91的表面温度达到730℃以上900℃以下。
之后，加热后的轨道9被输送到热处理装置7，在热处理装置7，在由夹钳约束的状态下，被强制冷却(热处理)直至头部91的表面温度降到600℃以下。此时，控制部74根据头部温度计73的测温结果计算轨道9的冷却速度，以平均冷却速度为1℃/秒以上10℃/秒以下的方式对从头部冷却头71a～71c喷射的冷却介质的喷射条件进行控制。另外，控制部74以从脚部冷却头72喷射的冷却介质的喷射条件也是与头部冷却头71a～71c中任一个相同的条件的方式进行控制。
在热处理前头部91的表面温度小于730℃的情况下，组织的局部或全部会发生珠光体变态。热处理前处于自然放冷的状态，冷却速度慢，因此珠光体片层间隔变得粗大。故而，在热处理前以头部91的表面温度达到730℃以上的方式实施再加热，由此珠光体组织能够逆变态为奥式体组织，再次重新形成片层组织。另一方面，由于头部91的表面温度越高越可能出现表面的脱碳层的固化以及轨道内部的冷却速度提高所导致的固化，因此能够提高耐磨性。但是，在头部91的表面温度超过900℃的情况下，上述效果变小。进而，在头部91的表面温度超过1000℃的情况下，会出现奥式体晶粒的再结晶和粗大化而并不优选。因此，如果考虑到再加热所需能量的节约和提高耐磨性的效果，优选将热处理前的再加热时的表面温度的上限设为900℃。
为了实现高耐磨损特性，珠光体片层间隔的细化是有效的。为了实现珠光体片层间隔的细化，需要以较快的冷却速度进行热处理，因此优选表面温度和平均冷却速度在上述范围内进行热处理。在冷却速度小于1℃/秒的情况下，珠光体片层间隔变大，耐磨性降低。另一方面，在冷却速度超过10℃/秒的情况下，变态组织成为贝氏体、马氏体这种韧性、延展性显著降低的组织而不优选。另外，在本实施方式中，平均冷却速度是从热处理开始到结束根据温度变化量和热处理时间求得的冷却速度。因此，在热处理开始到结束的热过程中，亦包含变态热引起的发热、铅浴淬火处理的等温保持。在热处理结束时的头部91的表面温度超过600℃的情况下，在热处理结束后，片层组织局部球状化，因此片层间隔变得粗大，耐磨性降低。
接下来，将加速冷却后的轨道9输送到冷却床8，自然放冷至100℃以下程度。在冷却床8冷却后，轨道9在有弯曲等的情况下，根据需要进行矫直。经过以上工序，制造延展性和耐磨性优异的轨道9。
＜变形例＞
以上，参照附图详细说明本发明的优选实施方式，但本发明并不局限于该例子。显而易见只要是具有本发明所属技术领域的常识者，都能在权利要求书所记载的技术思想范畴内，想到各种变更例或者修正例，这些当然也被认为属于本发明的技术范围。
例如，在上述实施方式中，粗冷却装置4和精冷却装置5的冷却方法是使用喷洒水作为冷却介质的喷洒冷却，但本发明并不局限于该例子。例如，粗冷却装置4和精冷却装置5的冷却方法还可以作为使用水雾作为冷却介质的喷洒冷却而使用水雾冷却或者用水雾和空气作为冷却介质的水雾冷却和吹风冷却的混合冷却。另外，还可以替代粗冷却装置4和精冷却装置5中的喷洒冷却，实施自然放冷、浸渍冷却、吹风冷却以及水柱冷却等。此外，在自然放冷、吹风冷却中，冷却速度慢，因此冷却至规定温度的时间长。故而，在想缩短轧制间隔的情况下，可以考虑喷洒冷却、浸渍冷却以及水柱冷却等其他冷却方法，但水柱冷却的冷却速度过快，故不易调整冷却速度。进而，在以倒置姿势输送轨道9的情况下，在轨道9的腹部92会存积水，而出现冷却速度过快的部位，因此有可能变态为韧性和延展性低的贝氏体、马氏体这种组织。另一方面，喷洒冷却能够在某种程度上确保较快的冷却速度，而且还具有容易限定冷却部位的优点。因此，优选使用喷洒冷却作为粗冷却装置4和精冷却装置5的冷却方法。
并且，在上述实施方式中，在粗轧机3Ak+1之后的轧制道次中实施温度调整轧制，但本发明并不局限于该例子。温度调整轧制只要减面率能够确保20％以上，就可以在任何粗轧机3A之后进行。此时，粗冷却装置4被设置于挨着开始温度调整轧制的粗轧机3A的前方。另外，温度调整轧制可以在由精轧机3B进行精轧时实施。此时，可以不在轨道的制造装置1设置粗冷却装置4，而仅由精冷却装置5实施温度调整。此外，在通过精轧实施温度调整轧制的情况下，需要以20％以上的较大的减面率进行精轧，因此轨道9的形状可能变坏。因此，温度调整轧制在由粗轧机3A的一部分和精轧机3B进行轧制时实施。
进而，在上述实施方式中，粗轧机3A和精轧机3B是万能轧机，但本发明并不局限于该例子。例如，粗轧机3A和精轧机3B可以是孔型轧机。此外，万能轧制法与孔型轧制法相比，能够从多个方向轧制，因此能够降低轧制载荷。特别是，在本发明中，实施低温且能够得到较大减面率的轧制操作，因为辊和轧机的负荷过载性地变高，设备故障风险提高。因此，优选粗轧机3A和多台精轧机3B中的至少一台为万能轧机。
并且，精轧机3B可以设置多个。
并且，在上述实施方式中，再加热装置6被设定为感应加热式加热装置，但本发明并不局限于该例子。例如，再加热装置6也可以是燃烧器式加热装置。此外，感应加热式再加热装置6与燃烧器式相比能够缩小设备的大小，因此在直线排列设置的情况下优选。
另外，在上述实施方式中，再加热装置6对头部91进行加热，但本发明并不局限于该例子。例如，再加热装置6也可以构成为对轨道9整体进行加热。此外，轨道9在被使用时，与车轮接触的部位会磨损，因此特别是头部91需要耐磨性。因此，在进行再加热时，仅对头部91进行再加热的结构更能够减少加热所耗费的能量，因此经济性优异。
进而，在上述实施方式中，在热轧后，由再加热装置6进行再加热，但也可以不实施再加热装置6的再加热。此时，热轧后的轨道9被输送到热处理装置7，在热处理装置7实施热处理。即使不实施再加热，也能获得头部91和脚部93的延展性提高效果，但在热轧结束后(温度调整轧制结束后)的轨道9的温度低的情况下，与高的情况相比硬度会降低。另外，除了再加热外，还能够省略在热处理装置7的热处理。此时，热轧后的轨道9被输送到冷却床8，被冷却至100℃以下程度。即使不实施再加热和热处理，也能够获得头部91和脚部93的延展性提高效果，但与实施了再加热和热处理的情况相比硬度降低。
＜实施方式的效果＞
(1)上述实施方式所涉及的轨道9的制造方法是，对加热后的轨道钢原材进行热轧，对热轧后的轨道钢原材进行冷却，由此进行温度调整，以20％以上的减面率对温度调整后的轨道钢原材进行温度调整轧制，由此加工成轨道形状，在对轨道钢原材进行温度调整时，将轨道钢原材的与轨道形状的头部和脚部相当的部位的表面温度冷却至500℃以上1000℃以下。
根据上述结构，在温度调整轧制时，能够在防止在奥式体温度区域因再结晶导致晶粒粗大化的同时断开、细化晶粒。因此，轨道9的头部91和脚部93能够提高韧性和延展性。
(2)在进行了温度调整轧制后，以1℃/秒以上10℃/秒以下的平均冷却速度对轨道9进行热处理直至轨道9的头部表面温度降到600℃以下。
根据上述结构，能够对轨道9的头部91的珠光体片层间隔进行细化，从而能够提高耐磨性。另外，能够防止热处理结束后的片层组织的球状化，因此耐磨性提高。
(3)在对轨道9进行热处理前，在轨道9的头部表面温度小于730℃的情况下，将轨道再加热到730℃以上。
根据上述结构，珠光体组织能够逆变态为奥式体组织，再次重新形成片层组织，因此能够提高轨道9的硬度和耐磨性。
(4)在对轨道9进行再加热时，仅对轨道9的头部91进行再加热。
根据上述结构，与对轨道9整体进行再加热的情况相比，能够减少加热所耗费的能量。
(5)上述实施方式所涉及的轨道9的制造装置1具有：至少一台第一轧机3A1～3Ak，其轧制轨道钢原材；冷却装置4，其对在第一轧机3A1～3Ak轧制后的轨道钢原材进行冷却来进行温度调整；以及至少一台第二轧机3Ak+1～3An、3B，其以20％以上的减面率对温度调整后的轨道钢原材进行温度调整轧制来加工成轨道形状，冷却装置4将轨道钢原材的与轨道形状的头部91和脚部93相当的部位的表面温度冷却至500℃以上1000℃以下。
根据上述结构，能够得到与(1)相同的效果。
实施例1
接下来，说明本发明者们实施的实施例1。
在实施例1中，使用在图1中说明的轨道的制造装置1，在不同的成分条件和轧制条件下制造轨道9，测定所制造的轨道9的总伸长。
表1示出实施例1中所使用的轨道9的化学成分条件。剩余部分是铁和不可避免的杂质。表2示出实施例1中的轧制条件和总伸长的测定结果。
[表1]
[表2]
在实施例1中，首先，在加热炉2将连铸后的钢坯加热至1100℃。实施例1中所使用的钢坯的化学成分如表2所示，为表1的成分A～成分G中的任一种。
接下来，从加热炉2中抽出加热后的钢坯，在粗轧机3A和精轧机3B进行热轧。粗轧机3A使用将万能轧机和孔型轧机组合的多台轧机。轧制过程中的轨道9以倒置姿势被轧制、输送。此外，在实施热轧时，在粗冷却装置4或者精冷却装置5中的任一装置实施温度调整，直至头部91和脚部93的表面温度降到500℃以上1000℃以下。表2分别示出温度调整方法、从温度调整轧制开始到热轧结束的时间以及温度调整轧制道次数。此外，温度调整轧制是指温度调整后的热轧。
如表2所示，在实施例1中，使用喷洒冷却、吹风冷却以及自然放冷中的任一方法实施了温度调整。在喷洒冷却的情况下，调整水量密度和冷却时间，在自然放冷的情况下，不使用粗冷却装置4和精冷却装置5而控制冷却时间，由此对头部91和脚部93的表面温度进行了调整。
另外，表2所示的温度调整轧制道次数是指在以上述任一方法进行了温度调整后进行轧制的道次数。例如，在温度调整轧制道次数为一次的情况下，表示在温度调整后仅进行精轧，在温度调整轧制道次数为n(n≥2)次的情况下，表示在温度调整后进行了n-1次粗轧和一次精轧。此外，在温度调整轧制道次次数为一次的情况下，使用精冷却装置5实施了温度调整，在温度调整轧制道次数为n次的情况下，使用粗冷却装置4实施了温度调整。
在进行了热轧后，使用热处理装置7对轨道9进行了强制冷却。将开始强制冷却时的头部91和脚部93的表面温度设为表2所示的条件。在进行强制冷却时，平均冷却速度设为3℃/秒，实施冷却直至表面温度降到400℃。另外，在进行强制冷却时，使用水雾作为冷却介质。此外，在实施例1中，在热轧后不实施使用再加热装置6的再加热处理。
接下来，将强制冷却后的轨道9输送到冷却床8，在冷却至100℃以下后，实施弯曲等矫直。
在通过上述工序制造了轨道9后，分别从轨道9的长边方向的端部、1/4位置、1/2位置以及3/4位置四个部位对试件取样，测定了各种物性。如图5所示，从在长边方向的各位置取样的试件的头部91取样本9a，从该试件的脚部93取样本9b。样本9a是从到头部91上端为距离d2＝12.7mm且到宽度方向的中央为距离d1＝24.6mm的位置取样的JIS4号试件。样本9b是从到脚部93下端为距离d3＝12.7mm且为宽度方向的中央的位置取样的JIS4号试件。
在实施例1中，作为化学成分、温度调整方法、温度调整轧制道次数、表面温度以及减面率不同的例子，在实施例1-1～1-28的28种条件下制造轨道9，评价总伸长。
另外，如表2所示，作为比较例，温度调整轧制时的表面温度和减面率在上述实施方式的范围外的比较例1-1～1-5也是在与实施例1-1～1-28相同的条件下制造轨道9，评价总伸长。此外，表2所示的总伸长的值是指从在四个部位取样的试件分别各取一个样本、合计4样本的平均值。
在实施例1-1～1-28的全部条件下，确认头部91和脚部93的总伸长达到成为目标的12％以上。另外，温度调整轧制时的头部91或者脚部93中任一个的表面温度为730℃以下的实施例1-14、1-15、1-19、1-20确认了表面温度低的头部91或者脚部93的伸长为17％以上，较高。并且，温度调整轧制时的头部91和脚部93双方的表面温度为730℃以下的实施例1-8确认了头部91和脚部93的总伸长为19％以上，较高。
另一方面，在温度调整轧制时的脚部93的表面温度超过1000℃的比较例1-1和温度调整轧制时的脚部93的减面率小于20％的比较例1-2中，脚部93的伸长小于12％，与实施例1-1～1-28相比，降低了。另外，在温度调整轧制时的表面温度小于500℃或者超过1000℃的比较例1-3、1-4以及温度调整轧制时的头部91的压下率小于20％的比较例1-5中，头部91的伸长小于12％，与实施例1-1～1-28相比，降低了。
实施例2
接下来，说明本发明者实施的实施例2。
在实施例2中，通过改变化学成分以及温度调整轧制时和热处理时的条件，确认了热处理条件对总伸长、硬度以及表面组织的影响。表3分别示出实施例2中的化学成分、温度调整轧制时的表面温度、热处理(强制冷却)的条件、总伸长的测定结果、硬度的测定结果以及头部表面组织的观察结果。
[表3]
在实施例2中，作为温度调整轧制，以头部91和脚部93达到减面率30％的方式实施了由三台万能轧机和一台孔型轧机构成的合计四道次的轧制。温度调整轧制时的头部91和脚部93的表面温度、热处理时的开始温度、冷却速度以及结束温度设定为表3所示的各条件。进行热处理时，在冷却速度为3℃/秒以下的条件下，使用空气作为冷却介质，在冷却速度超过3℃/秒的条件下，将空气和水雾混合作为冷却介质使用。除此以外的制造条件与实施例1相同。
有关轨道9的总伸长，以与实施例1相同的方法取样试件，测定总伸长。有关轨道9的硬度，是从轨道9的长边方向的端部、1/4位置、1/2位置以及3/4位置四个部位锯断的约20mm厚的试件中，从图6所示的头部表面位置取样本9c，从头部内部位置取样本9d。样本9c从为了去除表面的凹凸而进行了研磨的试件的头部91的上端面中央取样。样本9d从为去除表面的凹凸而进行了研磨的试件的宽度方向中央且到头部91的上端为距离d4＝20mm的位置取样。接下来，通过布氏硬度试验测定所取样的样本9c、9d的硬度。有关表面组织，观察所取样的样本9c的表面组织。
在实施例2中，作为化学成分、温度调整轧制时的表面温度、热处理时的各条件不同的例子，在实施例2-1～2-21的21种条件下制造轨道9，测定总伸长和硬度，进而观察表面组织。此外，在实施例2-13中，不实施热处理，将热轧后的轨道9输送到冷却床8，冷却至100℃以下。在轨道9达到100℃以下后，矫直弯曲等。
另外，如表3所示，作为比较例，热处理时的冷却速度超过上述实施方式的范围的比较例2-1～2-3也以与实施例2-1～2-21相同的条件制造轨道9，测定总伸长和硬度，进而观察表面组织。此外，表3所示的总伸长、硬度的值是指从在四个部位取样的试件分别取样的四个样本的平均值。
以0.5℃/秒以上10℃/秒以下的冷却速度进行热处理的实施例2-1～2-21在全部条件下确认了头部91和脚部93的总伸长达到目标即12％以上。
在实施例2-2、2-3中，与其他条件相比，温度调整轧制时的头部91的表面温度较低，因此热处理开始时的表面温度也变低，头部91的总伸长为15％以上，比其他条件高。但是，在实施例2-2、2-3中，头部91的硬度为380HB以下，比实施例2-1低。
在热处理时的冷却速度以外的条件都相同的实施例2-1、2-7～2-10以及进一步成分不同的实施例2-14～2-21中，冷却速度越快头部91的表面和内部的硬度越提高。另外，在热处理时的冷却速度以外的条件与实施例2-1、2-7～2-10、2-14～2-21相同且冷却速度超过10℃/秒的比较例2-1～2-3中，冷却速度过高，部分组织变态为马氏体，总伸长为3％，非常低。
在热处理时的结束温度以外的条件相同的实施例2-1、2-11、2-12中，冷却停止温度越低，头部91的表面和内部的硬度越提高。另外，在热处理时的结束温度为650℃的实施例2-11中，珠光体组织的局部球状化。
在不实施热处理的实施例2-13中，头部91和脚部93的总伸长为12％以上，但头部91的表面和内部的硬度在全部条件中最低。并且，在实施例2-13中，珠光体组织的局部球状化。
实施例3
接下来，说明本发明者们实施的实施例3。
在实施例3中，为了确认再加热处理对硬度和表面组织的影响，针对硬度低的实施例2-3的条件，在热处理前实施了再加热。实施例3除了温度调整轧制时的头部91的表面温度以及实施再加热这一点外，其余的制造条件都与实施例2-3相同。表4分别示出实施例3的化学成分、温度调整轧制时的表面温度、再加热和热处理时的条件、总伸长的测定结果、硬度的测定结果以及头部表面组织的观察结果。此外，表4所示的总伸长和硬度的值是指从在四个部位取样的试件分别各取一个样本、合计四个样本的平均值。
[表4]
在实施例3中，在热轧后，在再加热装置6对头部91或者轨道9整体进行再加热。再加热装置6是感应加热式加热装置，能够根据表4所示的条件，对头部91或者轨道9整体进行加热。再加热后的头部91的表面温度是表4所示的热处理时的开始温度。
在实施例3中，在温度调整轧制时的头部91的表面温度、再加热条件不同的实施例3-1～3-9的9种条件下制造轨道9，测定总伸长和硬度，进而观察表面组织。总伸长和硬度的样本取样方法以及用于观察表面组织的样本取样方法与实施例2相同。此外，实施例3-1是不实施再加热的条件，是与实施例2-3相同的制造条件。
如表4所示，在实施例3-1～3-9的全部条件下，确认了头部91和脚部93的总伸长达到目标即12％以上。
不实施再加热的实施例3-1的温度调整轧制的开始时的表面温度低，因此热处理开始时的头部91的表面温度为630℃，较低，头部91的表面和内部的硬度较低。
在实施例3-2、3-6中，实施再加热，将热处理开始时的头部91的表面温度设为700℃，但表面温度为730℃以下，较低，因此与实施例3-1相同，头部91的表面和内部的硬度较低。
在对轨道9整体进行再加热的实施例3-3～3-5以及仅对头部91进行再加热的实施例3-7～3-9中，确认了与再加热后的温度较低的实施例3-2、3-6相比，在头部91的表面硬度提高了20HB以上，在内部硬度提高了5HB以上。另外，在对轨道9整体进行再加热的情况下和仅对头部91进行再加热的情况下，确认了头部91的硬度提高效果没有差异。并且，对实施例3-4、3-5、3-8、3-9进行比较，确认因为头部91的硬度没有差异，因此如果再加热后的表面温度达到900℃以上，则再加热的硬度提高效果没有差异。
根据以上结果能够确认，根据本发明所涉及的轨道的制造方法和制造装置，能够制造头部91和脚部93双方都具有高延展性的轨道9。
附图标记说明
1…制造装置；2…加热炉；3A、3A1～3An…粗轧机；3B…精轧机；4…粗冷却装置；41…头部冷却喷嘴；42…脚部冷却喷嘴；43…头部温度计；44…脚部温度计；45…输送工作台；46a、46b…引导件；461a、461b…开口部；5…精冷却装置；6…再加热装置；7…热处理装置；71a～71c…头部冷却头；72…脚部冷却头；73…头部温度计；74…控制部；8…冷却床；9…轨道；91…头部；92…腹部；93…脚部。

Claims (5)

1.一种轨道的制造方法，其特征在于，
对加热后的轨道钢原材进行热轧，
对热轧后的所述轨道钢原材进行冷却，由此进行温度调整，
以20％以上的减面率对温度调整后的所述轨道钢原材进行温度调整轧制，从而将温度调整后的所述轨道钢原材加工成轨道形状，
在对所述轨道钢原材进行温度调整时，将所述轨道钢原材的与所述轨道形状的头部和脚部相当的部位的表面温度冷却至500℃以上1000℃以下。
2.根据权利要求1所述的轨道的制造方法，其特征在于，
在实施了所述温度调整轧制后，以1℃/秒以上10℃/秒以下的平均冷却速度对所述轨道进行热处理，直至所述轨道的头部的表面温度降到600℃以下。
3.根据权利要求2所述的轨道的制造方法，其特征在于，
在对所述轨道进行热处理前，在所述轨道的头部的表面温度为730℃以下的情况下，将所述轨道再加热至730℃以上。
4.根据权利要求3所述的轨道的制造方法，其特征在于，
在对所述轨道进行再加热时，仅再加热所述轨道的头部。
5.一种轨道的制造装置，其特征在于，具有：
至少一台第一轧机，其轧制轨道钢原材；
冷却装置，其通过对被所述第一轧机轧制后的所述轨道钢原材进行冷却来进行温度调整；以及
至少一台第二轧机，其通过以20％以上的减面率对温度调整后的所述轨道钢原材进行温度调整轧制，来将温度调整后的所述轨道钢原材加工成轨道形状，
所述冷却装置将所述轨道钢原材的与所述轨道形状的头部和脚部相当的部位的表面温度冷却至500℃以上1000℃以下。
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