JP2015532946A - ベイナイト系レール鋼を製造する方法、軌道要素、及びこの方法を実施するための装置 - Google Patents
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Abstract
Description
0.4〜0.55重量%のC
0.3〜0.6重量%のSi
0.9〜1.4重量%のMn
0.3〜0.6重量%のCr
0.1〜0.3重量%のV
0.05〜0.20重量%のMo
0〜0.02重量%のP
0〜0.02重量%のS
0〜0.15重量%のNi
次の標準分析値を有する低合金鋼を、標準的なレール・プロファイルを有する走行レールに対する熱間圧延によって形成した。
0.49重量%のC
0.36重量%のSi
1.11重量%のMn
0.53重量%のCr
0.136重量%のV
0.0085重量%のMo
0.02重量%のP
0.02重量%のS
0.1重量%のNi
第1の例示的な実施例では、次の標準分析値を有する低合金鋼を、標準的なレール形状を有する走行レールに熱間圧延によって形成した。
0.49重量%のC
0.36重量%のSi
1.11重量%のMn
0.53重量%のCr
0.136重量%のV
0.0085重量%のMo
0.02重量%のP
0.02重量%のS
0.1重量%のNi
約10体積%の針状フェライト
約74体積%の上部ベイナイト
約16体積%の下部ベイナイト
1体積%未満のマルテンサイト−残留オーステナイト
引張強さ:1162MPa
0.2%降伏強さ:977MPa
破断伸び:14.4%
ノッチ付き衝撃強さ:
+20℃での試験:110J/cm2
−20℃での試験:95J/cm2
亀裂成長da/dN
ΔK=10[MPa√m]での試験:8.9[m/Gc]
ΔK=13.5[MPa√m]での試験:15.8[m/Gc]
ここで、m/Gc=メートル/ギガサイクル
耐摩耗性:
(アムスラー試験:スリップ10%、法線力1200N)
材料摩耗:1.72mg/m2
対照のR260材料摩耗:1.79mg/m2
破壊靭性:39MPa√m
第2の例示的な実施例では、実施例1と同じ低合金鋼を選び、標準的なレール形状を有する走行レールを熱間圧延によって形成した。制御冷却は実例1と同様に行ったが、第4のステップにおける温度を実例1よりも長期間にわたって維持した。次のレール・ヘッドのミクロ組織を得た。
約10体積%の針状フェライト
約15体積%の上部ベイナイト
約75体積%の下部ベイナイト
1体積%未満のマルテンサイト−残留オーステナイト
引張強さ:1387MPa
0.2%降伏強さ:1144MPa
破断伸び:12.6%
ノッチ付き衝撃強さ:
+20℃での試験:100J/cm2
−20℃での試験:75J/cm2
亀裂成長da/dN
ΔK=10[MPa√m]での試験:9.5[m/Gc]
ΔK=13.5[MPa√m]での試験:16.5[m/Gc]
ここで、m/Gc=メートル/ギガサイクル
耐摩耗性:
(アムスラー試験:スリップ10%、法線力1200N)
材料摩耗:1.55mg/m2
対照のR260材料摩耗:1.79mg/m2
破壊靭性:36MPa√m
Claims (34)
- 低合金鋼から作られた軌道部品、とりわけ鉄道車両用のレールにおいて、
前記軌道部品のレール・ヘッドの鋼が、
5〜15体積%のフェライト部分と、
上部ベイナイト部分及び下部ベイナイト部分から成る多相ベイナイト構造と
を有することを特徴とする、軌道部品。 - 前記上部ベイナイト部分が、5〜75体積%、とりわけ20〜60体積%であり、前記下部ベイナイト部分が、15〜90体積%、とりわけ40〜85体積%であることを特徴とする、請求項1に記載された軌道部品。
- 前記フェライト部分が8〜13体積%であることを特徴とする、請求項1又は請求項2に記載された軌道部品。
- 前記フェライトが針状フェライトであることを特徴とする、請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載された軌道部品。
- 前記多相ベイナイトが前記針状フェライト組織に挿し込まれていることを特徴とする、請求項4に記載された軌道部品。
- 前記軌道部品の前記レール・ヘッドの鋼が、2体積%未満の残留マルテンサイト/オーステナイト部分を含むことを特徴とする、請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載された軌道部品。
- 前記低合金鋼が、シリコン、マンガン、及びクロム、並びに任意の合金成分としてバナジウム、モリブデン、リン、硫黄、及び/又はニッケルを含有することを特徴とする、請求項1から請求項6までのいずれか1項に記載された軌道部品。
- 前記合金成分が1.5重量%を超える部分が存在しないことを特徴とする、請求項7に記載された軌道部品。
- 0.4〜0.55重量%のC
0.3〜0.6重量%のSi
0.9〜1.4重量%のMn
0.3〜0.6重量%のCr
0.1〜0.3重量%のV
0.05〜0.20重量%のMo
0〜0.02重量%のP
0〜0.02重量%のS
0〜0.15重量%のNi
の標準分析値を有する低合金鋼が使用されることを特徴とする、請求項1から請求項8までのいずれか1項に記載された軌道部品。 - 前記軌道部品が、前記ヘッドの領域において1150N/mm2よりも大きい引張強さRmを有することを特徴とする、請求項1から請求項9までのいずれか1項に記載された軌道部品。
- 前記軌道部品が、前記ヘッド領域において340HBを超える硬さを有することを特徴とする、請求項1から請求項10までのいずれか1項に記載された軌道部品。
- 請求項1から請求項11までのいずれか1項に記載された軌道部品を熱間圧延した部分から製造する方法において、
前記圧延部分のレール・ヘッドが、圧延温度で圧延スタンドを離れて直ぐに制御冷却を施され、前記制御冷却が、
フェライトの形成が可能な第1の温度に達するまで加速冷却する第1のステップ、
フェライトの形成のために前記第1の温度を維持する第2のステップ、
多相ベイナイトの形成が可能な温度範囲内の第2の温度まで更に冷却する第3のステップ、および
前記第2の温度を維持する第4のステップ
を含むことを特徴とする、方法。 - 前記第1のステップが740〜850℃の温度で、とりわけ約790℃で始まることを特徴とする、請求項12に記載された方法。
- 前記第1の温度が450〜525℃であることを特徴とする、請求項12又は請求項13に記載された方法。
- 前記第2の温度が280〜350℃であることを特徴とする、請求項12から請求項14までのいずれか1項に記載された方法。
- 前記第1のステップにおける前記加速冷却が2〜5℃/秒の冷却速度で行われることを特徴とする、請求項12から請求項15までのいずれか1項に記載された方法。
- 前記第3のステップが、50〜100秒間、とりわけを約70秒間にわたることを特徴とする、請求項12から請求項16までのいずれか1項に記載された方法。
- 前記軌道部品の長さ全体に分布させた複数の測定点で温度が検出され、温度平均値が求められて、前記温度平均値が前記制御冷却の制御に使用されることを特徴とする、請求項12から請求項17までのいずれか1項に記載された方法。
- 前記制御冷却が、少なくとも前記レール・ヘッドを液体冷却剤に浸漬することによって行われることを特徴とする、請求項12から請求項18までのいずれか1項に記載された方法。
- 前記第3のステップでの冷却は、前記冷却液が最初に気体膜を前記レール・ヘッドの表面上に形成し、次に前記表面上で沸騰するように制御されることを特徴とする、請求項12から請求項19までのいずれか1項に記載された方法。
- 前記軌道部品の全長に沿って前記気体膜を破壊し、沸騰段階を誘発するために、前記第3のステップ中に、例えば窒素など、膜を破壊するガス状の圧力媒体が、前記軌道部品の全長に沿って前記レール・ヘッドに供給されることを特徴とする、請求項20に記載された方法。
- 前記第3のステップ中の前記冷却液の状態が前記軌道部品の全長に沿って監視され、前記軌道部品の長さの一部において前記沸騰段階が最初に出現したことが分かると直ぐに、前記膜を破壊するガス状の圧力媒体が前記レール・ヘッドに供給されることを特徴とする、請求項21に記載された方法。
- 前記膜を破壊するガス状の圧力媒体が、前記第3のステップ開始からの約20〜100秒後、とりわけ約50秒後に、前記レール・ヘッドに供給されることを特徴とする、請求項21又は請求項22に記載された方法。
- 前記第1のステップ中、前記軌道部品が前記冷却液に完全に浸漬されることを特徴とする、請求項12から請求項23までのいずれか1項に記載された方法。
- 前記第2のステップ中、前記軌道部品が前記冷却液から取り出された位置で保持されることを特徴とする、請求項12から請求項24までのいずれか1項に記載された方法。
- 前記第3のステップ中、前記軌道部品の前記レール・ヘッドのみが前記冷却液に浸漬されることを特徴とする、請求項12から請求項25までのいずれか1項に記載された方法。
- 前記第4のステップ中、前記軌道部品が周期的に、前記冷却液に浸漬され前記冷却液から取り出されることを特徴とする、請求項12から請求項26までのいずれか1項に記載された方法。
- 請求項12から請求項27までのいずれか1項に記載された方法を実施するための装置であって、
軌道部品の長さに相当し、冷却液を充填することができる冷却タンクと、
前記軌道部品を前記冷却タンクに浸漬し、且つ前記冷却タンクから吊り上げる、前記軌道部品の吊上げ及び吊下げ装置と、
前記軌道部品の温度を測定する温度測定装置と、
圧力媒体を前記冷却液に注入する圧力媒体生成手段と、
前記冷却液の温度を制御する手段と、
前記温度測定装置の測定値が供給され、吊上げ及び吊下げ動作を制御するために前記吊上げ及び吊下げ装置と相互作用し、且つ前記温度測定値に応じて前記冷却液の温度を制御する手段と相互作用し、更に前記圧力媒体生成手段とも相互作用する、制御装置と
を備える、装置。 - レール・ヘッドの表面上での冷却液の沸騰を検出するセンサが設けられ、センサ測定値に応じて前記圧力媒体生成手段を作動させるために、前記センサ測定値が前記制御装置に供給されることを特徴とする、請求項28に記載された装置。
- 前記レール・ヘッドの前記表面上での冷却液の沸騰を検出する複数のセンサが設けられ、前記センサが前記冷却タンクの長さにわたって分配されることを特徴とする、請求項29に記載された装置。
- 前記複数のセンサの前記センサ測定値が前記制御装置に供給され、前記制御装置は、少なくとも1つのセンサが前記レール・ヘッドの前記表面上での冷却液の沸騰を検出すると直ぐに前記圧力媒体生成手段を作動させることを特徴とする、請求項28から請求項30までのいずれか1項に記載された装置。
- 前記制御装置が、
第1のステップで、フェライトの形成が可能な第1の温度に達するまで加速冷却すること、
第2のステップで、フェライトの形成のために前記第1の温度を維持すること、
第3のステップで、多相ベイナイトの形成が可能な温度範囲の第2の温度まで更に冷却すること、および
第4のステップで、前記第2の温度を維持すること
を含む制御冷却を行うように構成されることを特徴とする、請求項28から請求項31までのいずれか1項に記載された装置。 - 前記制御装置が、前記第1のステップで、前記レール・ヘッドの温度を2〜5℃/秒の冷却速度で450〜525℃の第1の温度まで低下させ、前記第2のステップで、前記レール・ヘッドの温度を前記第1の温度で保持し、前記第3のステップで、前記レール・ヘッドの温度を好ましくは50〜100秒、とりわけ約70秒の間に、280〜350℃の第2の温度まで低下させるように構成されることを特徴とする、請求項32に記載された装置。
- 前記制御装置が、前記第3のステップで、前記圧力媒体生成手段を作動させるように構成されることを特徴とする、請求項32又は請求項33に記載された装置。
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