JP5536660B2 - レールを熱処理する方法およびその装置 - Google Patents

Description

本発明は、レールヘッドの少なくとも１つの表面層における機械的特性を改善するための圧延レール（ｒｏｌｌｅｄ ｒａｉｌ）を熱処理するためのインライン方法、およびレールの熱処理用の装置、特に圧延システムから出るレールのインライン熱処理用の装置に関する。

圧延レールの熱処理のための装置および方法について、様々な解決手段が既知技術として挙げられており、特にクエンチング操作によってヘッドを硬化するように仕向けられる装置および方法が挙げられる。
これらの装置の多くは、圧延スタンドとインラインで配置されていない。これは、クエンチング熱処理に移る前に、圧延レールをストッキングし、およびその後に加熱することを意味し、顕著にエネルギーを消費し、および効率が低い。
他のシステムでは、その代りに、圧延ラインに沿って装置を配置する：地面に固定されているローラー台上で圧延レールを下ろし；次いで、それは精巧なレバレッジシステムを含むマニュピレータによって持ち出され、該システムは熱処理間にレールのハンドリングを制御し、その間に後者はその熱処理に供される；および、それは最終的に適切な排出機構によって冷却床または冷却板上で排出される。
加熱する、または直接圧延機からもたらすレールは、レールヘッド上に冷却流体（水、空気、または空気と混合させた水）を注入するスプレーノズルの使用、または冷却流体を含むタンク中でのレールヘッドの浸漬のいずれかによって、急速冷却に供される。
スプレーノズルを使用する場合、若干のレール中の温度の不均一（ｉｎｈｏｍｏｇｅｎｅｉｔｙ）、およびその後の異なる熱膨張により長さ方向に曲がるとの欠点がレールに生じる。
浸漬タンクを代わりに使用する場合、どんな場合でも、加熱レールの底部と冷却されたヘッドとの間の温度差は、レールの曲変形に帰着するが、長さ方向でのより大きな冷却均一性が達成される；使用されるマニュピレータが十分に厳密でなく、および、前記曲変形を妨げる耐性がなく、および前記曲変形を含むという欠点がある。上記マニュピレータの別の欠点は、処理中に、それらが同じ支点中のレールに常に接しており、これによりレールそれ自体に不要な「コールド（ｃｏｌｄ）」領域を生成することにある。
さらに、既知の装置のすべてについて、全ラインのスループットは非常に低い。該スループットは、長さ約１００ｍであるレールについて１２〜１５レール／時間を超過しない。上記装置はまた、構造上簡易でなく、相当なメンテナンスを要し、生産性の増加を決定する要素、および装置のための管理コストの両方を要することになる。

したがって、上記の前記欠点を克服することを可能にする圧延システムから出るレールの熱処理のための、革新的な装置を提供する必要が感じられている。
熱処理方法に関する限り、浸漬方法はレールヘッドの連続冷却をなすことを提供するが、しかしながら、処理層の厚さ全部を通して均一ではない冶金構造に帰着する。
他の方法は、その代りに、所望の最終構造を得るために処理される鋼に、シリコンおよびアルミニウムのような合金元素の導入を含む；合金元素の追加には生産コストを顕著に増加させるという欠点がある。
したがって、鋼中に合金元素を追加しない改善された冶金学的構造を達成することによって、機械的特性を増加させることを可能にするレールのヘッドの熱処理のための革新的な方法を提供するとの必要性が感じられている。
（発明の要約）
本発明の第１の目的は、特に、改善された耐久性による非常に冷たい環境中でのレールの使用に適した、レールヘッドの所定の表面厚さが全体的に均一である微細なパーライト構造を得ることを保証する圧延レールのインライン熱処理の新規な方法を得ることにある。
発明の別の目的は、圧延システムとともにインラインに配置される、レールの熱処理のための装置を得ることにあり、それは構造上簡便で、高い頑健性を有しており、既存の装置と比較して、より少ないメンテナンスを要求する。

したがって、本発明は、圧延システムから出るレールのインライン熱処理のための方法を提供することにより、上記開示された目的を達成することを目標とし、請求項１によれば、下記工程を含む：
−レールヘッドの表面温度が少なくとも７２０℃に達するまでレールを空気中で冷却する第１の冷却工程；
−レールヘッドの表面温度がＡｒ３温度を超えて５０から１５０℃に達するまで冷却流体によって冷却し、オーステナイトからパーライトへの相転移を回避する第２の冷却工程；
−それによってレールヘッドの表面層の温度にまで表面温度を均一にする、所定の持続時間を有する空気中で冷却する第３の冷却工程であって、前記表面層は表面から１５〜２５ｍｍの範囲の深さを有する、前記工程；
−それによってオーステナイトからパーライトへの相転移が生じる、レールヘッドの表面温度が５００℃未満に達するまで、冷却流体によって冷却する第４の冷却工程；
ただし、前記パーライトは、前記表面層において微細な粒度分布を有する均一な構造を有する。
本発明の別の態様は、圧延システムから出るレールのインライン熱処理のための装置を作製することを提供し、請求項８によれば、以下のものを含む少なくとも１つの可動式台車を含む
−回転軸に沿って、その回転位置を維持する前記システムから出るレールを受け取るのに適した数組のローラーを含む長手方向のローラー台であって、前記ローラー台はレールヘッドを下方向に合わせる回転軸と平行である長手方向の軸の周りを回転するのに適している、前記ローラー台；
−および、レールヘッドを浸し得る冷却流体を含む長手方向のタンク。

有利な点として、本発明の装置は、圧延ラインに沿ってレールを完全に導くことが可能である少なくとも１つのローラー台を含み、したがって、最後の圧延スタンドから出るのと、つまり、本質的に水平位置にあるレールの対称軸と同じ位置を維持する。同じローラー台はまた、レールの固定支柱、熱処理中のそのハンドリング、および、冷却板上でのその荷下ろしを備える。したがって、その代りに、単に圧延レールを前進させる役割を果たし、したがって、専用マニピュレータ装置と組み合わせられる必要のある従来のローラー台と比較して、本発明に係る装置のローラー台は異なる態様でこれらの機能のすべてを担う。
本発明の装置の別の有利な点は、圧延ラインへ交互に軸方向に配列されており、システムのスループットを改善する２つのレールのほとんど同時的な熱処理を可能とする２つの車輪の付いたローラー台を提供するという点で表わされる。この態様では、既知の装置で達成されるのと比較して２倍のスループットを達成し、８〜１０ｍ／ｓの範囲の圧延速度である。
有利な点として、レールをその全体の長さについてタンク中に浸すことは、処理の均質性を保証し、装置の剛性によりレールの熱の歪みが事実上回避されるまたは最小限に抑えられること保証し、さらに最終冷却工程のハンドリングにおけるより大きな柔軟性を保証し、それは最終的な所望の構造を得るのに最も重要である。微細なパーライト粒子の効果は、圧延スタンドで得られる材料の変形だけでなく、この最終工程の冷却速度に依存する。したがって、高冷却速度が好ましく、不溶なベイナイトおよび／またはベイナイト−ソルバイト（ｓｏｒｂｉｔｉｃ）構造の形成に、どんな場合でも結びつかない。
本発明に係る方法は、有利な点として、空気により冷却する２つの工程、および添加剤を有する水による、または別の適切な冷却流体により冷却する２つの工程の４つの冷却工程を備える。この方法によって得られるレールのヘッドは、次の特性を表示する：
−高硬度（ｈａｒｄｎｅｓｓ）（３４０〜４２０ＨＢ）；
−摩耗に対する高い耐性；
−十分な硬度（ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ）；
−疲労に対する高い耐性；
−非常に低い作業温度（−６０℃まで）での上記の前記機械的特性の保持；
−少なくとも深さ１５〜２５ｍｍの均一な微細なパーライト構造；
−処理後のレールの良好な表面品質および良好な真直性（ｓｔｒａｉｇｈｔｎｅｓｓ）；
−表面の微小欠けの欠失。
従属クレームは、本発明の好ましい実施態様を示す。
本発明の別の特徴および利点は、好ましいが、排他的ではない、レールの熱処理用のための装置の実施態様の詳細な説明に照らしてより明白になるだろう。それは次の通りに示される添付の図面の助けのもと非制限的な例によって示される：

図１ａおよび１ｂは、本発明に係る装置を備えるレール製造システムのレイアウトの例を記載する； 図１ａおよび１ｂは、本発明に係る装置を備えるレール製造システムのレイアウトの例を記載する； 図２は、本発明に係る装置の側面図を記載する； 図３は、レールヘッドの所定の表面層に対応する、および、表面上の本発明に係る方法の工程の一部についての経時的な温度の傾向を示す線図を記載する； 図４は、レールヘッドの所定の表面層に対応する、および、表面上の本発明に係る方法の最後の冷却工程についての経時的な温度の傾向を対数目盛で示す線図を記載し；さらにＣＣＴまたは変形曲線が表わされる； 図５は、レールヘッドの所定の表面層に対応する、および、表面上の、既知の方法による、浸漬による単一冷却工程における、経時的な温度の傾向を示す線図を記載する； 図６は、レールヘッドの所定の表面層に対応する、および、表面上の、本発明の方法の最初の３つの冷却段階における、温度の傾向を示す温度−時間線図を記載する。

図１ａは、本発明の熱処理用の装置を含むレール製造システムの一部のレイアウトの一例を記載する。この典型的なレイアウトは次のものを含む：
−鋼片用の加熱処理炉１；
−レールを得るための鋼片圧延システム２；
−熱処理中にレールを前進させ、支持し、およびハンドリングするための長手方向のローラー台をそれぞれ含む、２台の可動式台車３、４；
−処理後のレールを下ろす冷却板または冷却床５；
−市場によって要求される真直度公差を得るために使用される、歪み矯正機６；
−ストッキング領域への排気ローラー台７。
冷却板５の右側および／または左側に歪み矯正機６を置いてもよい。
図１ｂは、最後の圧延スタンドおよび本発明の装置の間の冷却板５を配置する場合において、本発明の熱処理用の装置は、可動式台車３および４を含むものであり、回転軸Ｘに沿って常に配置される、レイアウトの変形を記載する。このレイアウトは、圧延レールのうちの一部だけをインラインで処理する可能性を提示する。クエンチング熱処理を必要としない圧延レールを板５上に下ろしてもよく、板５は圧延レールを平行移動させること（ｔｒａｎｓｌａｔｉｎｇ）により、歪み矯正機６上で直接圧延レールをおろす。
本発明の装置では、台車３および４を回転軸Ｘおよび互いと平行して配置し、有利なことに、前記回転軸に沿って交互に配置するのに適している。各台車には、ハンドリング手段、たとえば床に備え付けられているラックシステムまたは別の適当なシステムの存在によって、回転軸またはラインについて横方向に平行移動する可能性が実際にある。
図２において示される各台車３、４は、台車が回転軸Ｘに沿って圧延システム２からでるレール９、９’を受け取るのに適した位置（ｂ）、したがって、レールを回転位置内で保持する、つまり、水平対称軸での位置にある場合、動力化し（ｍｏｔｏｒｉｚｅｄ）および水平軸を表示する、ローラー対１０および１０’を順に含む、長手方向のローラー台１５および１６を含む。ローラー対１０および１０’は、ウェブ−フット（ｗｅｂ−ｆｏｏｔ）接合部にレール９および９’を導くために形成された外形を有する。たとえば、これらのローラー対１０および１０’は、すべて動力化してもよく、または、たとえば、１対の間隔で交互に動力化してもよい。有利な点として、保持した（ｇｒｉｐｐｅｄ）レールへ剛性（ｒｉｇｉｄｉｔｙ）を与え、かつ、不要な曲変形を回避するために、各対のローラー１０および１０’の間の距離は、０．５〜２ｍの間の範囲にあってもよい。前記ローラーの直径は、その代りに、４００〜６００ｍｍの間の範囲にあってもよい。
圧延機トレーンの出口近くに置かれたローラー台は、熱処理を実施する圧延レールを取り除き、導入し、および保持するのに役に立つ。処理の終わりに、同じローラー台によって、冷却板５にレールをおろす。
各対の動力化ローラー１０については、台車が最後の圧延スタンドから出るものと同じ位置へレールをより良好に導くレールフット（ｆｏｏｔ）の底面と接触する位置（ｂ）にある場合、垂直軸を有するアイドルローラー１２もまた備え付ける。
好ましい変形において、動力化ローラー１０および１０’の対を開いてもよく、および、処理されるべき圧延レールを受け取る工程の間、上部のローラーは可動であり、駆動位置から持ち上げられている間に、水平位置の軸で固定された下部ローラーは、レールを受け取る。たとえば、本発明の装置内へのレールの挿入を緩和するピンについて回転することにより、上部ローラーを上昇させてもよい。レールを全体的に挿入した時点で、上部ローラーおよびアイドルローラー１２を、レールのウェブおよびフットにそれぞれ付着させて、保持することを保証する。
有利なことに、レールヘッドを下方向に向かわせる回転軸Ｘと平行な長手方向の軸の周りを回転するように長手方向のローラー台全体を適切に旋回させる。
台車３および４のそれぞれは、冷却流体、好ましくは、必須ではないが、たとえばレールヘッドを浸漬するグリコールなどの合成添加剤を含む水を含む長手方向のタンク１１および１１’をさらに含む。タンク１１および１１’は少なくともレールのものに相当する長手方向の延長を有しており、および、台車の底面に置かれる。
タンク１１および１１’に対する適切な動作手段が備え付けられ、レールヘッドの冷却流体中の浸漬を達成するように所定の高さにまで、台車の底面から該タンクは上昇する。そのような動作手段は、たとえば、油圧ジャッキまたはレバレッジシステムを含んでいてもよい。有利なことに、ローラー１０および１０’の厚さを、たとえば、６０〜８０ｍｍの範囲で減少させる、下部の冷却水タンクが上昇する場合に、該タンクの末端での干渉を回避するようになる。
タンク１１および１１’中の冷却流体のレベルは、末端に接近していてもよい。または、該流体をあふれさせてもよく、これによりレールを浸漬するごとに横方向にこぼれる。後者の場合では、側面の回収タンク１３および１３’を備え付けてもよく、および有利なことに、流体に対する再循環手段は、回収流体のタンク中での再導入をさらに備えてもよい。たとえば振動発生機のような、タンク中の冷却流体を撹拌するための撹拌手段もまた、備え付けてもよい。
有利なことに、スプレーノズル１４はローラー台１５および１６上に備え付けられる。それらは、レールヘッドおよびレールフットの間で生成される温度差の結果としての熱の歪みを回避するためにレールフットの冷却を実施することが意図されている。別の利点は、このような様式において、処理されたレールにおいてより少ない残留応力を得ることにある。スプレーノズル１４は、好ましくは、タンクに含まれているのと同じ冷却流体、さらに好ましくは空気と混合されたものをスプレーする。
ローラー対１０および１０’の既に言及された動力化は、専用ノズル１４がその全長にわたって該フットを、およびしたがって、アイドルローラー１２に接するフット部分もまた冷却することを可能にする、レールの長手方向の変わりの動作を決定する。
それぞれのローラー台１５および１６を備える２つの台車３および４を有する、本発明の装置の好ましい実施態様と関連する作業周期を以下に示す：
１）第１の台車３は、はじめ回転軸Ｘ（図２の位置ｂ）に沿ってあり、および第１のレール９を、たとえば、長さ１５０ｍ以内のものであり、かつ、８〜１０ｍ／秒で圧延されたものを受け取る。ローラー台１５においてレール９を保持する場合、保持ローラー１０上の熱負荷を均一にするように、および、レールのウェブ上にコールドスポットを作らないように、レールをすでに保持していないが、レールを連続的に前後に移動する；
２）圧延レール９を受け取った後に、ローラー台１５が反時計回りに９０°で回転する間に、第１の台車３はパスラインまたは圧延ライン（図２の位置ｂ）から右（位置ｃ）に移動することによって、レールの対称軸をヘッドが下方向へ面しながら、垂直方向に向かわせる；同時に、第２の台車４は、その側位（位置ａ）から、圧延ラインに沿った位置（位置ｂ）へ移動する；
３）台車３上のレール９の空冷は、７２０°Ｃより高い、好ましくは８００〜８５０℃の範囲に温度が達するまで、たとえば、４０〜９０秒の範囲、好ましくは８０秒に相当する全時間にわたって継続する；同時に、保持ローラー１０’上の熱負荷を均一にするように、および、該レールのウェブ上にコールドスポットが生じないように、第２の台車４（位置ｂ）は第２のレール９’を受け取り、それをさらに前後に移動する。
４）第２のレール９’を受け取る場合、ローラー台１６が反時計回りに９０°で回転する間に、第２の台車４はその側位（位置ａ）へ戻ることにより、レール９’の対称軸をヘッドが下方向へ面しながら垂直方向に向かわせる；同時に、第１の台車３は圧延ライン（位置ｂ）に沿って戻るように動き、および、たとえば油圧ジャッキのような前記動作手段（図示せず）によってタンク１１は持ち上げられ、持ち上がったタンク１１における第１のレール９のヘッドの浸漬によって第２の冷却工程を達成する。有利なことに、レール９の上記の前記長手方向の交互の動作は、冷却中にヘッドの表面に接して形成される傾向がある蒸気フィルムを誘導し、ヘッドが浸漬する場合にブレーキをかけ、それにより、熱の交換は改善する；
５）たとえば、１０〜２０秒の範囲、好ましくは１５秒に相当する秒の、浸漬工程にもたらされる時間の終わりに、次いで、第１の台車３（位置ｂ）のタンク１１を、空気均等化工程（たとえば、１０〜６０秒の範囲、好ましくは１５秒に相当する秒の期間を有する）を実施するために低下させる；同時に、第２のレール９’（位置ａ）の第１の空冷工程は完了し、およびレール９’のヘッドの浸漬による第２の冷却工程を達成するために第２の台車４のタンク１１’を上昇させる；
６）次いで、タンク１１’（位置ａ）を下降させ、空気均等化工程を実施する（たとえば、１０〜６０秒の範囲、好ましくは１５秒に相当する秒の時間を有する）。および、第１のレール９のヘッドの浸漬によって、最後の冷却工程のために、タンク１１（位置ｂ）を再び上昇させる（たとえば、約２５０秒の時間を有する）；
７）同様に、第２のレール９’のヘッドの浸漬により、最後の冷却工程のために、タンク１１’（位置ａ）を再び上昇させる；
８）第１のレール９の熱処理の最後の工程を完了するとき、タンク１１（位置ｂ）を再び下降させ、ローラー台１５は、レールの対称軸を水平位置へ戻すために、前のものと反対方向で９０°で回転し、動力化ローラー１０は熱処理されたレール９を下流に配置する冷却板５上に下ろすことにより送り出し、最後の圧延スタンドから出る場合に処理されるべき第３のレールを受け取る（工程１）；
９）第３のレールを受け取るとき、第１の台車３は工程２）および３）に記載した操作を繰り返し、一方で第２の台車４において、第２のレール９’について最後の熱処理工程が完了する場合、タンク１１’（位置ａ）は再び下降し、ローラー台１６はレールの対称軸を水平位置へ戻すために、前のものと反対方向に９０°回転するが、同じ台車４は圧延ライン（位置ｂ）と配置された位置に戻るように移動し、動力化ローラー１０’は第２の熱処理されたレール９’を下流に置かれた冷却板５上に下ろすことにより送り出し、最後の圧延スタンドから出る場合に、処理されるべき第４のレールを受け取る。
該サイクルは上記記載された工程４〜９の繰り返しにより継続する。レール９および９’は、必ず、回転軸Ｘに沿ってそれぞれの台車上に積まれ、またはおろされる。
変形態様によれば、タンク１１および１１’を上げ下げする代わりに、ローラー台１５および１６をそれぞれ下降および上昇させることが可能であり、それらはすでに反時計回りに９０°で回転させられている。
ヘッドを硬化するためのレールの熱処理方法は、本発明の目的であり、上記の４つの冷却工程を含み、さらに上記したものと異なる装置を使用することによって実施してもよい。
任意の場合に、本発明に係る方法をインラインで実施する、つまり、レールが熱処理領域に到着した場合、圧延機トレーンの出口で実施する。その結果、約９００〜（÷）９５０℃に相当する圧延残温度が有効に利用される。この態様では、クエンチング熱処理の前にレールを再び熱することを備える、オフライン方法に関して相当な省エネルギー化が得られる。
以下に、０．７〜０．９％の範囲の炭素の割合および０．７５〜１．２５％の範囲のマンガン含有量を有する鋼に関する本発明に係る方法の好ましい実施態様を示す。
圧延機トレーンからの出口では、レールが時間ｔ＝０（図３）で熱処理領域に到達した場合、すべてのレールは少なくとも７２０℃、好ましくは８００〜８５０℃の範囲の表面温度に達するまで空冷される。この第１の空冷工程は、たとえば、４０〜９０秒の範囲、好ましくは８０秒に相当する時間を有する。この第１の工程では、オーステナイトの冶金学的転移が後の第２の冷却工程で生じないことを保証するための良好な余地（ｍａｒｇｉｎ）を常に有するために、７２０°Ｃより低い温度を避ける。
したがって、オーステナイトからパーライトへのＡｒ３転移温度を超える程度のヘッドの表面温度に達するまで、冷却流体によってただ一つのレールヘッドの第２の冷却工程が備え付けられる。特に、この表面温度の値はＡｒ３温度を超える５０〜１５０℃であり、およびしたがって、オーステナイトからパーライトへの相転移を回避するようになる。この第２の工程は、たとえば、１０〜２０秒の範囲、好ましくは１５秒に相当する時間を有しており、水もしくは別の適当な流体、つまり合成添加剤を含もののタンク中でレールヘッドを浸漬することにより実施してもよく、または水もしくは別の適当な流体、つまり合成添加剤を含むものを噴出することによって実施してもよく、それらはレールヘッド上に向けられ、および冷却ボックス中に備え付けられている専用ノズルからもたらされ、およびレールの全長をカバーするように配置される。
有利なことに、本発明に係る方法は、好ましくは前記レールヘッド表面を始点として測定される深さ２５〜２２ｍｍを有する、レールヘッドの所定の表面層に対応する温度にまで、レールヘッド表面の温度を均等化するために、たとえば、１０〜６０秒の範囲で、好ましくは１５秒に相当する時間で続く、第３の冷却工程を再び空気で実施することを備え、および、前記流体による冷却を中断することを備える。実際に、中間層の熱は、約７２０〜８４０℃の温度にまで、該表面層を調節する。
上記のタンクからレールヘッドを持って来ることにより、またはヘッドに向けられた噴流を生成するノズルを閉じることにより、この第３の工程を実施してもよい。
続いて、５００℃未満、好ましくは４５０℃未満の表面温度に達するまで、同じ冷却流体によって第４の冷却工程を再び備える。前記タンク中のレールヘッドの浸漬、あるいは冷却ボックスの上記の前記ノズルのスプレーのいずれかによって、たとえば約２５０秒続く、この第４の工程を実施してもよい。
第４の工程の最大の持続時間は１８０〜３５０秒の範囲にある。それは、細粒パーライト構造を得て、かつ、同時に悪評高いほどに厳密（ｒｉｇｉｄ）であるが脆いベイナイト構造およびベイナイト−ソルバイト構造の形成を回避するために十分なほど高い冷却速度を生成するような時間である。まさに記載した実施態様の例については、前記冷却速度は、３〜４℃／秒ほど高くない。
４つの冷却工程すべてを含む熱処理サイクルの合計期間は、炭素のパーセンテージ（０．４５〜１．２％の範囲内）、およびそこに含まれる合金元素のパーセンテージについて、レールを構成する鋼の組成に依存する。上記開示された熱処理の総時間は、たとえば、２４０〜５２０秒の範囲、好ましくは３６０秒に相当する。
さらに、最初の３つの冷却工程の期間はまた、表面残温度および表面と上記のレールヘッドの表面層の間の温度の均等化条件などの圧延機トレーンの出口からレールが到着する条件に依存する。前記最初の３つの工程の期間はまた、相対的に低温で、および、レールヘッドの表面および中心部の間の温度の良好な均等化条件で、圧延機からレールが出るのと同じ程度に、顕著に縮小できる。
該方法を流体のタンク中での浸漬方法を使用することにより実施する場合、本発明に係る有利な実施態様は次のものを備える：
−熱の歪みを回避するために、専用スプレーノズルにより、レールの底面、またはフットをさらに冷却すること；
−長手方向の軸にそって、レールを前後に交互に移動して、該ヘッドをタンク中に浸漬する場合、前記専用ノズルは蒸気フィルムがヘッド表面に接したままになることを回避し、および、フット全体を均一に冷却することの両方を可能にする。
本発明に係る方法において、相転移が生じない第１の流体冷却を実施するとの事実は、レールヘッド熱処理サイクルの総時間を縮小することを可能にし；さらに、流体による第２の冷却工程を中断し、および、空気による第３の冷却工程（焼き戻し）を実施するとの事実は、冶金学の観点から、外部表面の温度で、レールヘッドの上記表面層の温度を均等化することを可能にする。このように、流体による次の第４の冷却工程については、表面およびすべての前記表面層に対してオーステナイト−パーライト相転移が開始するのとほぼ同じ温度、よって、ほぼ同じ冷却速度が生じるであろう。したがって、前記相転移の終わりに、有利なことに、厚さ約１５〜２５ｍｍ、好ましくは少なくとも２０ｍｍである厚さまたは表面層において、微細な均一のパーライト構造が得られる。微細な均一のパーライト構造は、たとえば、−６０℃の非常に低い温度でのレールの運用上の使用に対して必要とされる。
図３は、レールヘッドの４つの冷却工程（空気での、流体での、空気での均等化、流体での均等化）の間の表面上および前記表面を始点とする厚さ２０ｍｍであるレールヘッドの中間層に相当する部分における、経時的な温度の傾向を示す線図を記載する。該線図は、レールの熱処理用の装置の２つの変形体によってそれぞれ実施してもよい本発明に係る方法に関係がある：
−水、または別の適当な流体、可能性として合成添加剤を含むもののタンク中でのレールヘッドの浸漬を備える変形体；
−および、実施されるべき冷却工程に依存する開放または閉じられている、スプレーノズルによって、添加剤を含む水、または別の適当な流体の噴流の生成を備える変形体。
流体中で浸漬することによる冷却工程では、３５〜５５℃の範囲の温度の適当なポリマーを添加した水または沸点に近い温度の純水を使用することが可能である。
特に、曲線２０は、レールヘッドの表面温度の傾向を示し、一方で曲線２１はレールヘッドの厚さ２０ｍｍの中間層の温度の傾向を示す。曲線２０および２１の両方ともが、第１、第２、第３および第４の冷却工程にそれぞれ対応する４つの区分を含む。
図４は、レールヘッドの最後の冷却工程の間の経時的な温度の傾向を対数目盛で示す線図を記載する。該線図において、さらにＣＣＴ変形曲線、すなわちベイン曲線、が表わされ、次の相の領域の範囲を定める：オーステナイト、パーライト、ベイナイト。本発明によれば、この最終冷却工程のみにおいて、レールヘッドの冶金学的転移が達成される：実際、曲線２０および２１は、ＣＣＴ曲線によって表わされるパーライト領域に入る。
しかしながら、ベイナイト構造および／またはベイナイト−ソルバイト構造の形成を引き起こさずに、格別微細なパーライト粒子を得るために、図４における曲線２０および２１の高傾斜、つまり、最後の熱処理工程での高冷却速度が好ましい。具体的には、本発明の方法によれば、冷却曲線２０および２１の傾斜は、ベイナイト領域のすぐ近くを通るが、それとは交差しないようなものでなければならない（図４）。
有利なことに、本発明の最後の熱処理工程の好ましい冷却速度は、２〜７℃／ｓ、好ましくは２〜５℃／ｓの範囲にある。０．７〜０．９％の範囲の炭素の割合および０．７５〜１．２５％の範囲のマンガン含有量を有する鋼から製造されるレールの例では、最適な冷却速度は３〜（÷）４℃／ｓに相当する。
有利なことに、空気中での中間の第３の冷却工程を備えること（図３の均等化）によって、レールヘッドの所定の表面層全体が外部表面とほぼ同じ温度を有することを可能にし、このような態様によって、流体による最後の冷却工程中に処理された全肉厚に沿って、均一なパーライト構造を得ること、およびしたがって、均一な機械的特性を得ることを保証する。
図５および６は、次のものにそれぞれ関連する対数目盛の２つの温度−時間線図を記載する：
−浸漬による単一の冷却工程を備える既知の方法；
−本発明に係る方法の最初の３つの冷却段階。
図５および６では、参照数字２０によって示されている曲線は、レールヘッドの表面温度の傾向を表わす；参照数字２１によって示されている曲線は、レールヘッドの厚さ２０ｍｍの中間層における温度の傾向を表わす。
比較すると、本発明に係る方法で（図６）、表面と前記中間層との間の温度差は、オーステナイト−パーライト転移 （ＡおよびＢ点） を引き起こす冷却前に、既知の方法で得られるのより約３倍低いことが注目される。この後者の様相によって、最後の冷却段階は、上記所定の表面層全体にわたって、パーライト構造の均一性、およびしたがって機械的特性の均一性を達成することが可能である。

Claims (15)

1. 下記工程：
   −レールヘッドの表面温度が７２０℃以上に達するまでレールを空気中で冷却する第１の冷却工程；
   −レールヘッドの表面温度がＡｒ３温度より５０〜１５０℃高い温度に達するまで冷却液体によって冷却して、オーステナイトからパーライトへの相転移を回避する第２の冷却工程；
   −所定の持続時間を有する空気中で冷却する第３の冷却工程であって、該第３の冷却工程によって、内部層の熱は７２０〜８４０℃の温度にまで表面層を焼き戻し、かつ、レールヘッドの表面層の温度にまで表面温度を均等化する、前記工程であって、前記表面層は表面から１５〜２５ｍｍの範囲の深さを有する、前記工程；
   −レールヘッドの表面温度が５００℃未満に達するまで、冷却液体によって冷却する第４の冷却工程であって、該第４の冷却工程によってオーステナイトからパーライトへの相転移が生じる、前記工程；
   を含む圧延システムから出るレールのインライン熱処理のための方法であって、前記パーライトは、前記表面層内に微細な粒度分布を有する均一な構造を有する、前記方法。
2. 前記第４の冷却工程における冷却速度は、２〜７℃／秒に相当する、請求項１に記載の方法。
3. 第２および第４の冷却工程が、前記冷却液体を含むタンク中でのレールヘッドの浸漬によって実施される、請求項１または２に記載の方法。
4. 第３の冷却工程が、レールヘッドを前記タンクから持ち出すことにより実施される、請求項３に記載の方法。
5. 第２及び第４の冷却工程が、レールの全長を覆うように配置せしめた専用ノズルからもたらされる、および、レールヘッド上に向けられる冷却液体噴出によって実施される、請求項１または２に記載の方法。
6. 第３の冷却工程は、前記ノズルを閉じることにより実施される、請求項５に記載の方法。
7. 圧延システムから出るレールのインライン熱処理のための装置であって：
   前記装置は請求項１に記載の方法を実施するように構成されており、
   −レール（９）の圧延位置を維持する前記システムから出るレール（９）を圧延軸に沿って受け取るように構成されたローラー対（１０）を含む長手方向のローラー台（１５）であって、前記ローラー台はレールヘッドを下方向に向けるため、圧延軸（Ｘ）と平行である長手方向の軸の周りを回転するように構成されている、前記ローラー台；
   −および、レールヘッドを浸す冷却液体を含む長手方向のタンク（１１）
   を含む、少なくとも１つの可動式台車（３）を順に含む、前記装置。
8. 互いにおよび圧延軸（Ｘ）に平行して配置され、熱処理するレール（９および９’）をそれぞれ受け取るために前記圧延軸に沿って交互に配置するように構成された、２つの可動式台車（３および４）を備え付ける、請求項７に記載の装置。
9. 圧延軸（Ｘ）に平行して前記可動式台車（３および４）を平行移動させるように構成されたハンドリング手段を備え付ける、請求項８に記載の装置。
10. 前記タンク（１１および１１’）は、少なくともレールのものに相当する長手方向の伸長を有し、および、各台車（３および４）の底面に備え付けられる、請求項７〜９のいずれか１項に記載の装置。
11. 所定の高さにタンクを上昇または下降させるタンク（１１および１１’）のための動作手段を備え付ける、請求項１０に記載の装置。
12. ローラー対（１０および１０’）はウェブ−フット（ｗｅｂ−ｆｏｏｔ）接合部に対応してレール（９および９’）を導くために成形された外形を有する、請求項７〜１１のいずれか１項に記載の装置。
13. 前記ローラー対（１０、１０’）は、すべて動力化されていてもよく、または、交互に動力化されていてもよく、および、各動力化ローラー対（１０および１０’）のために、動力化ローラーの軸と垂直な軸を有し、かつ、レールのフットに接するように構成されたアイドルローラー（１２）が備え付けられている、請求項１２に記載の装置。
14. ローラー台（１５および１６）に配置され、レールのフットを冷却するように構成された、スプレーノズル（１４）を備える、請求項１３に記載の装置。
15. 前記ローラー対（１０、１０’）は、スプレーノズル（１４）がアイドルローラー（１２）に接するフット部も冷却することを可能にするため、レールの交互の長手方向の動作を決定するように動力化されている、請求項１４に記載の装置。