CN113646447A - 轨道的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种轨道的制造方法,在JIS E 1101所规定的普通轨道的制造中,可以使矫正前的轨道的在高度方向的弯曲变小。本发明的轨道的制造方法的特征在于,具有以下工序:将具有以质量%计含有C:0.60%~0.85%、Si:0.10%~1.00%和Mn:0.10%~1.30%且剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成的成分组成的钢片热轧而得到轨道的工序;将上述轨道在如下条件下加速冷却的工序:轨头的冷却开始温度T1:750℃~850℃、轨头的冷却停止温度T2:大于700℃、且T1‑T2为20℃以上;以及,之后将上述轨道放冷的工序。
Description
技术领域
本发明涉及例如旅客铁路、高轴重铁路的直线部所使用的轨道的制造方法。
背景技术
一般来说,铁路用轨道是将连续铸造后的钢片(Bloom)加热,热轧成期望的轨道形状,之后,将得到的轨道冷却至常温后,历经矫正工序和检査工序,最终作为产品出货。作为在热轧后将轨道冷却至常温的手法,已知主要有以下2种。
第一,将热轧后的轨道直接运送到冷床,在冷床上放冷(自然冷却)至常温的方法。由该方法而得到的轨道适合例如直线部等不需要高硬度化的用途,即JIS E 1101规定的所谓“普通轨道”。
第二,将热轧后的轨道运送到在线热处理设备,在此进行热处理而将轨头加速冷却(强制冷却)至400~550℃左右的珠光体转变温度以下,之后将轨道运送到冷床,在冷床上放冷至常温(自然冷却)的方法。该加速冷却是指对轨头在全剖面上进行欠速淬火(slackquenching),以轨头的高硬度化来使耐摩耗性提高作为目的。因此,由该方法而得到的轨道适合急弯线、高轴重等严苛条件下的使用,即JIS E 1120所规定的所谓“热处理轨道”。例如专利文献1中记载了一种轨道的制造方法,其特征在于,热轧后,轨头的表面温度从800℃至450℃的温度区域中,将轨道保持在正立状态下加速冷却,在这期间,轨脚被机械拘束;之后,将轨道放冷至常温。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:专利文献1:国际公开第2005/066377号
发明内容
然而,轨道在冷床上冷却至常温时,在高度方向没有制约,因此会产生高度方向的弯曲。如果该弯曲变大,则之后向矫正工序的运送(从冷床取出)难以进行、矫正也难以进行。因此,运送到矫正工序的轨道的弯曲越小,轨道的矫正越容易。应予说明,本说明书中“高度方向的弯曲”是指,轨道在正立状态下的、上下方向上的弯曲。
在热处理轨道的情况下,包含轨头和轨脚在内的轨道整体在加速冷却的过程中会发生珠光体转变,因此,矫正前的轨道在高度方向的弯曲小。但是,在普通轨道的情况下,由于将热轧后的轨道直接运送到冷床并在冷床放冷至常温,因此,在轨头与轨脚之间会产生较大的冷却速度差,轨头和轨脚的珠光体转变的时机会错开,因此容易产生大的弯曲。即,在用一般的制造工艺来制造普通轨道的情况下,存在高度方向的弯曲量容易变大的问题。特别是,在热轧后未使用热轧锯断机将轨道切断,而是直接以长度100m以上将轨道运送到冷床的情况下,该高度方向的弯曲量变得显著。
因此,本发明鉴于上述课题,目的在于提供一种轨道的制造方法,在JIS E 1101所规定的普通轨道的制造中,可以使矫正前的轨道的在高度方向的弯曲变小。
为了解决上述课题,本发明人等进行了深入研究,得到了以下见解。即,在制造普通轨道的情况下,通常不对热轧后的轨道进行加速冷却,而是直接运送至冷床,放冷至常温。但是发现在热轧后,对轨道进行极轻地加速冷却、具体来说是通过使轨头在未发生珠光体转变程度的温度(大于700℃)停止加速冷却,从而可以在冷床上制造高度方向的弯曲小的普通轨道。应予说明,如果将轨头加速冷却至珠光体转变温度以下,则在加速冷却的过程中,轨头仅表层部发生珠光体转变,而轨头内部的未转变部分在冷床上发生珠光体转变,因此,会产生较大的弯曲。因此,重要的是使轨头的冷却停止温度大于700℃。
本发明是基于上述见解而完成,其要旨构成如下。
[1]一种轨道的制造方法,其特征在于,具有:
将具有以质量%计含有C:0.60%~0.85%、Si:0.10%~1.00%、和Mn:0.10%~1.30%,剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成的成分组成的钢片热轧而得到轨道的工序;
将上述轨道在如下条件下加速冷却的工序:
轨头的冷却开始温度T1:750℃~850℃、
轨头的冷却停止温度T2:大于700℃、且
T1-T2为20℃以上;以及
之后,将上述轨道放冷的工序。
[2]根据上述[1]所述的轨道的制造方法,其中,上述成分组成以质量%计进一步含有选自
Cr:1.50%以下、
V:0.50%以下、
Cu:0.50%以下、
Ni:0.50%以下、
Nb:0.10%以下、
Mo:0.50%以下、
Al:0.05%以下、
W:0.50%以下、
B:0.005%以下、
Ti:0.05%以下、
Mg:0.020%以下、和
Ca:0.020%以下
中的1种以上。
根据本发明的轨道的制造方法,在JIS E 1101所规定的普通轨道的制造中,可以使矫正前的轨道的在高度方向的弯曲变小。
具体实施方式
本发明的一个实施方式的轨道的制造方法具有:对具有规定的成分组成的钢片实施热轧而得到轨道的工序,在规定的条件下将上述轨道加速冷却的工序,以及之后将上述轨道放冷的工序。之后,轨道经过规定方法的矫正工序和检査工序,最终成为产品。
(成分组成)
首先,对钢片和轨道的成分组成进行说明。应予说明,成分组成中的元素的含量的单位均为“质量%”,以下只要没有特别说明,仅以“%”表示。
C:0.60%~0.85%
C为用于在珠光体组织中形成渗碳体、确保轨道强度的必需元素。在C量小于0.60%的情况下,难以确保轨道的强度。另外,容易生成先共析铁素体,以其为核开始珠光体转变,因此,在将轨道向冷床运送时,弯曲会变大。另一方面,在C量大于0.85%的情况下,在本发明的加速冷却中会生成初析渗碳体,以其为核开始珠光体转变,因此,在将轨道向冷床运送时,弯曲会变大。因此,将C量设为0.60%~0.85%。
Si:0.10%~1.00%
Si作为脱氧剂而添加,是为了使珠光体转变温度降低而使层间隔变细,有助于高强度化而添加的。在Si量小于0.10%的情况下,脱氧的效果少,无法充分地得到高强度化的效果。另外,容易生成先共析铁素体,以其为核开始珠光体转变,因此,在将轨道向冷床运送时,弯曲会变大。另一方面,在Si量大于1.00%的情况下,由于Si具有较高的与氧的结合力,因此在轨道钢中会生成氧化物,以其为核开始珠光体转变,因此,在将轨道向冷床运送时,弯曲会变大。因此,将Si量设为0.10%~1.00%。
Mn:0.10%~1.30%
Mn是为了使珠光体转变温度降低而使层间隔变细,有助于高强度化而添加的。在Mn量小于0.10%的情况下,无法充分地得到高强度化的效果。另外,容易生成先共析铁素体,以其为核开始珠光体转变,因此,在将轨道向冷床运送时,弯曲会变大。另一方面,在Mn量大于1.30%的情况下,会生成出大的MnS,以其为核开始珠光体转变,因此,在将轨道向冷床运送时,弯曲会变大。因此,将Mn量设为0.10%~1.30%。
钢片和轨道的成分组成包含以上的基本成分,剩余部分可以由Fe和不可避免的杂质构成。其中,在对本发明的作用效果没有实质影响的范围内,作为任意元素,可以进一步含有选自以下的元素中的1种以上。
Cr:1.50%以下
Cr为实现轨道的高强度化的元素。从得到其效果的观点出发,优选将Cr量设为0.10%以上。但是,如果Cr量大于1.50%,则会生成粗大的渗碳体,相反,还容易产生轨道的疲劳损伤。因此,在添加Cr的情况下,将Cr量设为1.50%以下。
V:0.50%以下
V是为了形成碳氮化物、通过析出强化实现轨道的高强度化的元素。从得到其效果的观点出发,优选将V量设为0.005%以上。但是,C量如果大于0.50%,则合金成本会增加。因此,在添加V的情况下,将V量设为0.50%以下。
Cu:0.50%以下
Cu是为了通过固溶强化来实现轨道进一步高强度化的元素。从得到其效果的观点出发,优选将Cu量设为0.005%以上。但是,如果Cu量大于0.50%,则容易产生Cu裂纹。因此,在添加Cu的情况下,将Cu量设为0.50%以下。
Ni:0.50%以下
Ni是为了不使延展性劣化而实现轨道的高强度化的元素。另外,通过与Cu复合添加,可以抑制Cu裂纹,因此,在添加Cu的情况下也期望添加Ni。从得到这些效果的观点出发,优选将Ni量设为0.005%以上。但是,Ni量如果大于0.50%,则会导致合金成本增加。因此,在添加Ni的情况下,将Ni量设为0.50%以下。
Nb:0.10%以下
Nb是使钢中的C、N连结,在轧制中和轧制后作为碳化物、氮化物或碳氮化物而析出,实现轨道的高硬度化的元素。从得到其效果的观点出发,优选将Nb量设为0.005%以上。但是,Nb量如果大于0.10%,则会导致合金成本增加。因此,在添加Nb的情况下,将Nb量设为0.10%以下。
Mo:0.50%以下
Mo是为了通过固溶强化来实现轨道进一步高强度化的元素。从得到其效果的观点出发,优选将Mo量设为0.005%以上。但是,Mo量如果大于0.50%,则会导致合金成本增加。因此,在添加Mo的情况下,将Mo量设为0.50%以下。
Al:0.05%以下
Al是作为脱氧剂而添加的元素。为了得到其效果,优选将Al量设为0.001%以上。但是,Al量如果大于0.05%,则会导致合金成本增加。因此,在添加Al的情况下,将Al量设为0.05%以下。
W:0.50%以下
W是为了作为碳化物而析出、通过析出强化实现轨道进一步高强度化的元素。为了得到其效果,优选将W量设为0.001%以上。但是,W量如果大于0.50%,则会导致合金成本增加。因此,在添加W的情况下,将W量设为0.50%以下。
B:0.005%以下
B是为了作为氮化物而析出、通过析出强化实现轨道进一步高强度化的元素。为了得到其效果,优选将B量设为0.0001%以上。但是,B量如果大于0.005%,则会导致合金成本增加。因此,添加B时,使B量为0.005%以下。
Ti:0.05%以下
Ti是为了作为碳化物、氮化物或碳氮化物而析出、通过析出强化实现轨道进一步高强度化的元素。为了得到其效果,优选将Ti量设为0.001%以上。但是,Ti量如果大于0.05%,则会导致合金成本增加。因此,添加Ti时,使Ti量为0.05%以下。
Mg:0.020%以下
Mg是为了与氧结合而析出MgO、实现进一步的高强度化的元素。为了得到其效果,优选将Mg量设为0.001%以上。但是,如果Mg量大于0.020%,则容易因MgO的增加而产生疲劳损伤。因此,添加Mg时,使Mg量为0.020%以下。
Ca:0.020%以下
Ca是为了与氧结合而析出CaO、实现进一步的高强度化的元素。为了得到其效果,优选将Ca量设为0.001%以上。但是,如果Ca量大于0.020%,则容易因CaO的增加而产生疲劳损伤。因此,添加Ca时,使Ca量为0.020%以下。
(热轧)
本实施方式中,将调节为上述成分组成的钢片热轧而得到轨道。该工序例如可以按以下所示的规定方法进行。首先,在转炉或电炉中将钢熔制,根据需要进行脱气等二次精炼,将钢的成分组成调节到上述范围。接下来,将熔制的钢连续铸造,制成钢片(Bloom)。接下来,将上述钢片在加热炉中加热至1200℃~1350℃后,进行热轧,制成轨道。热轧优选在轧制结束温度:850℃~1000℃进行。
(加速冷却)
本实施方式中,重要的是接下来将热轧后的轨道在以下所示的(A)~(C)的条件下加速冷却。该加速冷却是使用在线热处理设备的强制冷却。冷却介质没有特别限定,可以使用选自空气、喷雾水和薄雾等中的1种以上,优选使用空气。
(A)轨头(表面)的冷却开始温度T1:750℃~850℃
在冷却开始温度T1小于750℃的情况下,轨头与轨脚存在温度差,因此在冷床上的弯曲会变大。因此,重要的是将冷却开始温度T1设为750℃以上,优选设为755℃以上。如果从大于850℃的温度区域开始加速冷却,则轨头容易比轨脚更早冷却,轨头与轨脚的珠光体转变的时机会错开,在冷床上的弯曲会变大。因此,重要的是将冷却开始温度T1设为850℃以下,优选设为845℃以下。冷却开始温度T1可以根据热轧的轧制结束温度、热轧后轨道被搬入在线热处理设备为止的时间来进行调节。
(B)轨头(表面)的冷却停止温度T2:大于700℃
本实施方式中最重要的特征是使冷却停止温度T2大于700℃。如果在700℃以下的温度区域停止加速冷却,则在加速冷却的过程中,轨头仅表层部发生珠光体转变,而轨头内部的未转变部分在冷床上发生珠光体转变,因此,在冷床上的弯曲会变大。因此,重要的是将冷却停止温度T2设为大于700℃,优选设为705℃以上。冷却停止温度T2可以根据例如空气的流量等冷却介质的供给条件、在线热处理设备内的轨道的滞留时间来进行调节。
(C)T1-T2:20℃以上
对于冷却停止温度T2的上限,重要的是,以T1-T2为20℃以上的方式进行设定。在T1-T2小于20℃的情况下,进行本实施方式的加速冷却的温度范围过窄,与制造一般的普通轨道的情况相同,在轨头与轨脚之间产生较大的冷却速度差,轨头与轨脚的珠光体转变的时机会错开,在冷床上的弯曲会变大。T1-T2的上限只要T1和T2分别满足上述(A)和(B),就没有特别限定。
加速冷却时的轨头的表面温度的平均冷却速度没有特别限定,可以设为制造热处理轨道时的一般的加速冷却时的冷却速度,例如可以设为1.0℃/s~10℃/s。
(放冷)
本实施方式中,在上述加速冷却后,将轨道放冷至常温。该冷却是将从在线热处理设备搬出的轨道运送至冷床,在冷床上自然冷却至常温的工序。放冷的轨头的表面温度的平均冷却速度没有特别限定,可以在一般的0.2℃/s~0.6℃/s的范围内。
根据以上说明的本实施方式的轨道的制造方法,在JIS E 1101所规定的普通轨道的制造中,可以使矫正前的轨道的在高度方向的弯曲变小。矫正前的、即供给冷床的轨道的长度没有特别限定,但是,在50m以上的情况下,可以显著地得到本发明的效果,是有利的。
实施例
(实施例1)
将具有表1所示的成分组成(剩余部分为Fe和不可避免的杂质)的钢片加热到1250℃后,进行热轧,制成长度100m的轨道。应予说明,轧制结束温度设为900℃。之后,将得到的轨道运送至在线热处理设备,以表2所示的条件进行加速冷却。之后将轨道运送至冷床,放冷至室温。放冷时的平均冷却速度为0.4℃/s。之后,通过刻度测定轨道两端部的从冷床起的高度,将其平均值作为“冷床上的高度方向的弯曲量”,示于表2。
表1
表2
根据表2所示的结果可知,本发明例的轨道的冷床上的高度方向的弯曲量均为1.5m以内。
(实施例2)
将具有表3所示的成分组成(剩余部分为Fe和不可避免的杂质)的钢片加热到1260℃后,进行热轧,制成长度75m的轨道。应予说明,轧制结束温度设为885℃。之后,将得到的轨道运送至在线热处理设备,以表4所示的条件进行加速冷却。加速冷却时的平均冷却速度设为5.0℃/s。之后将轨道运送至冷床,放冷至室温。放冷时的平均冷却速度为0.4℃/s。之后,将与实施例1相同的方法求出的“冷床上的高度方向的弯曲量”示于表4。
表4
根据表4所示的结果可知,本发明例的轨道的冷床上的高度方向的弯曲量均为1.5m以内。
产业上的可利用性
根据本发明的轨道的制造方法,在JIS E1101所规定的普通轨道的制造中,可以使矫正前的轨道的在高度方向的弯曲变小。
Claims (2)
1.一种轨道的制造方法,其特征在于,具有以下工序:
将具有以质量%计含有C:0.60%~0.85%、Si:0.10%~1.00%和Mn:0.10%~1.30%且剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成的成分组成的钢片热轧而得到轨道的工序;
将所述轨道在如下条件下加速冷却的工序:
轨头的冷却开始温度T1:750℃~850℃、
轨头的冷却停止温度T2:大于700℃、且
T1-T2为20℃以上;以及
之后,将所述轨道放冷的工序。
2.根据权利要求1所述的轨道的制造方法,其中,所述成分组成以质量%计进一步含有选自
Cr:1.50%以下、
V:0.50%以下、
Cu:0.50%以下、
Ni:0.50%以下、
Nb:0.10%以下、
Mo:0.50%以下、
Al:0.05%以下、
W:0.50%以下、
B:0.005%以下、
Ti:0.05%以下、
Mg:0.020%以下、和
Ca:0.020%以下
中的1种以上。
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