KR102573456B1 - 고강도 베이스를 갖는 티 레일의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고강도 베이스-경화 티 레일의 제조 방법 및 이 방법에 의해 제조된 티 레일에 관한 것이다. 이 방법은, 탄소 강 티 레일을 제공하는 단계로서, 상기 강 티 레일은 700 내지 800 ℃ 의 온도에서 제공되는, 상기 탄소 강 티 레일을 제공하는 단계; 및 상기 강 티 레일의 베이스의 표면의 ℃ 단위의 온도가 xy 좌표 (0 초, 800 ℃), (80 초, 675 ℃), (110 초, 650 ℃) 및 (140 초, 663 ℃) 를 연결하는 상부 라인에 의해 규정된 상부 냉각 속도 경계 플롯과 xy 좌표 (0 초, 700 ℃), (80 초, 575 ℃), (110 초, 550 ℃) 및 (140 초, 535 ℃) 를 연결하는 하부 라인에 의해 규정된 하부 냉각 속도 경계 플롯 사이의 영역에 유지되는 냉각 속도로 상기 강 티 레일을 냉각하는 단계를 포함한다.

Description

고강도 베이스를 갖는 티 레일의 제조 방법
본 발명은 강 레일, 특히 티 레일에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 고강도 베이스를 갖는 티 레일 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
헤드 경화 티 레일은 미국과 전세계의 화물 및 승객 서비스 분야에서 개발 및 활용되었다. 이 레일은 더 높은 항복 강도 및 인장 강도와 같은 향상된 기계적 특성을 제공한다. 이로 인해 이러한 티 레일 헤드는 피로 저항, 내마모성을 개선하고 궁극적으로 더 긴 서비스 수명을 제공했다.
하중이 증가하고 레일 패스너가 더 단단해짐에 따라, 레일 베이스가 문제가 되었다. 베이스는 이제 더 높은 소성 변형 및 수반되는 피로 손상을 견뎌야 한다. 현재 베이스 강도/경도가 증가된 강 레일에 대한 업계 표준 사양은 없다. "롤링된 (as rolled)" 베이스가 있는 레일은 모든 분야에서 사용되고 있다. 따라서, 현재 통상적으로 이용가능한 것보다 더 높은 강도/경도를 갖는 베이스를 갖는 티 레일에 대한 당업계의 진정한 요구가 있다.
본 발명은 고 강도/경도의 베이스를 갖는 티 레일의 제조 방법 및 그 방법에 의해 제조된 티 레일에 관한 것이다. 이 방법은, 700 내지 800 ℃ 의 온도에서 탄소 강 티 레일을 제공하는 단계; 및 x-축이 초 단위의 냉각 시간을 나타내고 y-축이 상기 강 티 레일의 베이스의 표면의 ℃ 단위의 온도를 나타내는 xy 좌표를 갖는 그래프에 표시되는 경우에, xy 좌표 (0 초, 800 ℃), (80 초, 675 ℃), (110 초, 650 ℃) 및 (140 초, 663 ℃) 를 연결하는 상부 라인에 의해 규정된 상부 냉각 속도 경계 플롯과 xy 좌표 (0 초, 700 ℃), (80 초, 575 ℃), (110 초, 550 ℃) 및 (140 초, 535 ℃) 를 연결하는 하부 라인에 의해 규정된 하부 냉각 속도 경계 플롯 사이의 영역에 유지되는 냉각 속도로 상기 강 티 레일을 냉각하는 단계를 포함할 수도 있다.
탄소 강 티 레일은 중량 퍼센트로 탄소: 0.74-0.86; 망간: 0.75-1.25; 규소: 0.10-0.60; 크롬: 최대 0.30; 바나듐: 최대 0.01; 니켈: 최대 0.25; 몰리브덴: 최대 0.60; 알루미늄: 최대 0.010; 황: 최대 0.020; 인: 최대 0.020; 및 잔부의 우세한 철을 포함하는 AREMA 표준 화학 조성을 가질 수도 있다.
탄소 강 티 레일은 대안적으로 중량 퍼센트로 탄소: 0.84-1.00; 망간: 0.40-1.25; 규소: 0.30-1.00; 크롬: 0.20-1.00; 바나듐: 0.04-0.35; 티타늄: 0.01-0.035; 질소: 0.002-0.0150; 및 잔부 철 및 잔류물을 포함하는 조성을 가질 수도 있다.
탄소 강 티 레일은 추가로 중량 퍼센트로 탄소: 0.86-0.9; 망간: 0.65-1.0; 규소: 0.5-0.6; 크롬: 0.2-0.3; 바나듐: 0.04-0.15; 티타늄: 0.015-0.03; 질소: 0.005-0.015; 및 잔부 철 및 잔류물을 포함하는 조성을 가질 수도 있다.
티 레일은 완전 펄라이트 미세조직을 갖는 베이스 부분을 가질 수도 있다. 또한 이는 티 레일 베이스의 바닥면으로부터 9.5 mm 의 깊이에서 적어도 350 HB 의 평균 브리넬 경도를 가질 수도 있다.
0 초에서 80 초까지의 냉각 속도는 약 1.25 ℃/초 내지 2.5 ℃/초의 범위내의 평균을 가질 수도 있다. 또한, 80 초에서 110 초까지의 냉각 속도는 약 1 ℃/초 내지 1.5 ℃/초의 범위내의 평균을 가질 수도 있다. 마지막으로, 110 초에서 140 초까지의 냉각 속도는 약 0.1 ℃/초 내지 0.5 ℃/초의 범위내의 평균을 가질 수도 있다.
탄소 강 티 레일을 제공하는 단계는 다음의 단계들을 더 포함할 수 있다: 용융물을 형성하기 위해 망간, 규소, 탄소, 크롬, 티타늄 및 바나듐을 임의의 순서로 또는 조합하여 순차적으로 첨가함으로써 약 1600 ℃ 내지 약 1650 ℃ 의 온도에서 강 용융물을 형성하는 단계; 산소, 수소 및 기타 잠재적으로 유해한 가스를 추가로 제거하기 위해 상기 용융물을 진공 탈기하는 단계; 상기 용융물을 블룸 (bloom) 으로 주조하는 단계; 주조된 상기 블룸을 약 1220 ℃ 로 가열하는 단계; 블루밍 밀에서 복수의 패스를 사용하여 상기 블룸을 "롤링된" 블룸으로 롤링하는 단계; 롤링된 상기 블룸을 재가열 노에 배치하는 단계; 균일한 레일 롤링 온도를 제공하기 위해 롤링된 상기 블룸을 1220 ℃ 로 재가열하는 단계; 롤링된 상기 블룸을 디스케일링하는 단계; 마무리된 강 레일을 생성하기 위해, 롤링된 상기 블룸을 조압연기, 중간 조압연기 및 1040 ℃ 의 출력 마무리 온도를 갖는 마무리 압연기를 통해 순차적으로 통과시키는 단계; 상기 마무리된 강 레일에서 균일한 2차 산화물을 얻기 위해 상기 마무리된 강 레일을 약 900 ℃ 이상에서 디스케일링하는 단계; 및 상기 마무리된 강 레일을 약 700 ℃ 내지 800 ℃ 로 공랭시키는 단계.
강 레일을 냉각하는 단계는 140 초 동안 물로 레일을 냉각하는 것을 포함할 수 있다. 강 레일을 물로 냉각하는 단계는 물의 스프레이 제트에 의해 강 레일을 냉각하는 것을 포함할 수 있다. 물의 스프레이 제트를 포함하는 물은 8-17 ℃ 의 온도로 유지될 수 있다. 물의 스프레이 제트로 강 레일을 냉각하는 단계는 레일 헤드의 상부, 레일 헤드의 측면 및 레일의 베이스에 물의 제트를 지향시키는 것을 포함할 수 있다. 물의 스프레이 제트로 강 레일을 냉각하는 단계는 물의 스프레이 제트를 포함하는 냉각 챔버를 통해 강 레일을 통과시키는 것을 포함할 수 있다.
냉각 챔버는 두 개의 섹션을 포함할 수 있으며, 각 섹션의 물 유량은 각 섹션의 냉각 요건에 따라 달라질 수 있다. 냉각 챔버의 제 1/입구 섹션에 가장 많은 양의 물이 적용될 수 있으며, 이는 초석 (proeutectoid) 시멘타이트의 형성을 억제하고 700 ℃ 미만에서 펄라이트 변태의 시작을 개시하기에 충분히 빠른 냉각 속도를 생성한다. 냉각 챔버의 제 1/입구 섹션의 물 유량은 15-40 m3/hr 일 수 있고, 냉각 챔버의 제 2/마지막 섹션의 물 유량은 5-30 m3/hr 일 수 있다. 강 레일을 냉각하는 단계는 레일을 140 초 동안 물로 냉각시키는 단계 이후에 공기 중에서 레일을 주위 온도로 냉각시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
도 1 은 티 레일의 베이스 섹션의 개략도이고, 특히 그 경도가 측정되는 티 레일 베이스상의 위치들을 도시한다.
도 2 는 티 레일 및 티 레일을 냉각하는데 사용되는 물 스프레이 제트의 단면을 도시한다.
도 3 은 본 발명의 8 레일들의 냉각 곡선을 도시한다.
도 4 는 단일 레일에 대해 냉각 챔버에 들어간 이후의 시간에 대한 ℃ 단위의 레일 헤드 온도를 나타내고, 본 발명의 냉각 엔벨로프의 상부 및 하부 경계를 나타내는 점선을 보여준다.
본 발명은 고 강도/경도 베이스를 갖는 티 레일을 생성하기 위해 강 조성 및 가속된 베이스 냉각의 조합을 포함한다.
본 발명의 공정에 유용한 레일의 조성
AREMA 강 레일
본 발명의 공정에 유용한 티 레일용 강 조성물은 AREMA 표준 화학 강 레일이다. 이 AREMA 표준 조성물은 다음을 포함한다 (중량%):
탄소 : 0.74-0.86;
망간 : 0.75-1.25;
규소 : 0.10-0.60;
크롬 : 최대 0.30
바나듐 : 최대 0.01
니켈 : 최대 0.25
몰리브덴 : 최대 0.60
알루미늄 : 최대 0.010
황 : 최대 0.020
인 : 최대 0.020
잔부인 철 및 잔류물.
대안 조성
본 발명의 티 레일이 형성될 수 있는 제 2 조성물은 중량% 로 다음 조성이며, 철이 실질적인 잔부이다:
탄소 0.84-1.00 (바람직하게는 0.86-0.9),
망간 0.40-1.25 (바람직하게는 0.65-1.0),
규소 0.30-1.00 (바람직하게는 0.5-0.6),
크롬 0.20-1.00 (바람직하게는 0.2-0.3),
바나듐 0.04-0.35 (바람직하게는 0.04-0.15),
티타늄 0.01-0.035 (바람직하게는 0.015-0.03),
질소 0.002-0.0150 (바람직하게는 0.005-0.015),
잔부인 철 및 잔류물.
탄소는 고강도 레일 특성을 달성하는데 필수적이다. 탄소는 철과 결합하여 탄화철 (시멘타이트) 을 형성한다. 탄화철은 높은 경도에 기여하고, 레일 강에 고강도를 부여한다. 탄소 함량이 높으면 (C 약 0.8 중량% 이상, 선택적으로 0.9 중량% 이상), 더 많은 부피 분율의 탄화철 (시멘타이트) 이 기존의 공석 (펄라이트) 강보다 더 많이 계속 형성된다. 새로운 강에서 더 높은 탄소 함량을 활용하는 한 가지 방법은, 가속화된 냉각 (베이스 경화) 및 오스테나이트 입계에서의 유해한 초석 시멘타이트 네트워크의 형성을 억제하는 것이다. 아래에서 논의된 바와 같이, 탄소 레벨이 높을수록 일반적인 탈탄에 의해 레일 표면에 부드러운 페라이트가 형성되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 강은 강의 표면이 아공석이 되는 것을 방지하기에 충분한 탄소를 가지고 있다. 1 중량% 이상의 탄소 레벨은 바람직하지 않은 시멘타이트 네트워크를 생성할 수 있다.
망간은 액체 강의 탈산제이며, 황화 망간의 형태로 황의 결합을 위해 첨가되어, 부서지기 쉽고 열간 연성에 해로운 황화철의 형성을 방지한다. 망간은 또한 펄라이트 변태 핵생성을 지연시켜 펄라이트의 경도와 강도에 기여하여, 변태 온도를 낮추고 층간 펄라이트 간격을 줄인다. 높은 레벨의 망간은 응고 중에 바람직하지 않은 내부 편석 및 특성을 저하시키는 미세조직을 생성할 수 있다. 예시적인 실시형태에서, 망간은 종래의 헤드-경화 강 조성 레벨로부터 낮아져 연속 냉각 변태 (CCT) 다이어그램의 "노즈" 를 더 짧은 시간으로 이동시킨다; 즉, 곡선이 좌측으로 이동한다. 일반적으로, 더 많은 펄라이트와 더 낮은 변태 생성물 (예를 들어, 베이나이트) 이 "노즈" 근처에 형성된다. 예시적인 실시형태들에 따르면, 초기 냉각 속도는 이러한 이동을 이용하기 위해 가속되고, 냉각 속도가 가속되어 노즈 근처에 펄라이트를 형성한다. 더 높은 냉각 속도로 헤드 경화 공정을 작동하면, 더 미세한 (그리고 더 단단한) 펄라이트 미세조직이 촉진된다. 본 발명의 조성물에 의하면, 불안정성의 발생없이 더 높은 냉각 속도로 베이스 경화를 수행할 수 있다. 따라서 망간은 1% 미만으로 유지되어, 편석을 줄이고 원하지 않는 미세조직을 방지한다. 망간 레벨은 바람직하게는 황화 망간의 형성을 통해 황을 결합하기 위해 약 0.40 중량% 이상으로 유지된다. 높은 황 함량은 높은 레벨의 황화철을 생성하고 취성을 증가시킬 수 있다.
규소는 액상 강의 또 다른 탈산제이며, 펄라이트에서 페라이트상의 강력한 고용체 강화제이다 (규소는 시멘타이트와 결합하지 않음). 규소는 또한 오스테 나이트에서 탄소의 활성을 변경하여 이전 오스테나이트 입계에서 연속적인 초석 시멘타이트 네트워크의 형성을 억제한다. 규소는 바람직하게는 시멘타이트 네트워크 형성을 방지하기 위해 약 0.3 중량% 이상의 레벨로 존재하고, 열간 압연 동안 취성을 방지하기 위해 1.0 중량% 이하의 레벨로 존재한다.
크롬은 펄라이트의 페라이트 및 시멘타이트 상 모두에서 고용체 강화를 제공한다.
바나듐은 과잉 탄소 및 질소와 결합하여 변태 과정에서 탄화바나듐 (탄질화물) 을 형성하여 경도를 개선하고 펄라이트에서의 페라이트상을 강화한다. 바나듐은 탄소를 위해 철과 효과적으로 경쟁하여, 연속적인 시멘타이트 네트워크의 형성을 방지한다. 탄화바나듐은 오스테나이트 입자 크기를 개선하고, 특히 본 발명에 의해 실행되는 규소 레벨의 존재하에 오스테나이트 입계에서 형성되는 연속적인 초석 시멘타이트 네트워크를 분해하는 역할을 한다. 0.04 중량% 미만의 바나듐 레벨은 연속적인 시멘타이트 네트워크를 억제하기에 불충분한 탄화바나듐 침전물을 생성한다. 0.35 중량% 이상의 레벨은 강의 연신 특성에 해로울 수 있다.
티타늄은 질소와 결합하여 강의 가열 및 압연 동안 오스테나이트 입계를 고정하는 질화티타늄 침전물을 형성함으로써 과도한 오스테나이트 입자 성장을 방지한다. 이 입자 미세화는 900℃ 이상의 마무리 온도에서 레일의 가열 및 롤링 동안 오스테나이트 입자 성장을 제한하는데 중요하다. 입자 미세화는 연성과 강도의 양호한 조합을 제공한다. 0.01 중량% 이상의 티타늄 레벨은 인장 연신에 유리하며, 8% 이상, 예컨대 8 ~ 12% 의 연신값을 생성한다. 0.01 중량% 미만의 티타늄 레벨은 평균 연신율을 8% 미만으로 줄일 수 있다. 0.035 중량% 이상의 티타늄 레벨은 오스테나이트 입자 성장을 제한하는데 효과가 없는 큰 TiN 입자를 생성할 수 있다.
질소는 티타늄과 결합하여 TiN 침전물을 형성하는데 중요하다. 자연적으로 발생하는 양의 질소 불순물은 일반적으로 전기로 용융 공정에 존재한다. 질소 레벨을 0.002 중량% 이상으로 만들기 위해 조성물에 추가 질소를 첨가하는 것이 바람직할 수 있는데, 이는 일반적으로 질소가 티타늄과 결합하여 질화티타늄 침전물을 형성하게 할 수 있는 충분한 질소 레벨이다. 일반적으로 0.0150 중량% 이상의 질소 레벨은 필요하지 않다.
두 번째 구성은 경도를 높이기 위해 시멘타이트의 부피 분율이 더 높은 과공석이다. 망간은 티 레일이 용접될 때에 낮은 변태 생성물 (베이나이트 및 마르텐사이트) 이 형성되는 것을 방지하기 위해 의도적으로 줄어든다. 규소 레벨은 더 높은 경도를 제공하고 이전의 오스테나이트 입계에서 초석 시멘타이트 네트워크의 형성을 억제하기 위해 증가된다. 약간 더 높은 크롬은 추가적인 더 높은 경도를 위한 것이다. 티타늄 첨가는 질소와 결합하여 오스테나이트 상에서 침전되는 초미세 질화티타늄 입자를 형성한다. 이러한 TiN 입자는 가열주기 동안 오스테나이트 입계를 고정하여 입자 성장을 방지하여 더 미세한 오스테나이트 입자 크기를 만든다. 바나듐 첨가는 탄소와 결합하여 펄라이트 변태 중에 침전되는 초미세 탄화바나듐 입자를 형성하여 강력한 경화 효과를 가져온다. 규소 첨가 및 가속 냉각과 함께 바나듐은 초석 시멘타이트 네트워크의 형성을 억제한다.
도 1 은 티 레일의 베이스 섹션을 개략적으로 나타낸 것이다. 이 도면은 티 레일 베이스의 경도 (본 명세서에서 사용되는 용어 경도는 브리넬 경도를 의미 함) 를 측정하고 여기에서 보고하는 위치를 보여준다. 위치 F 및 H 는 베이스의 가장자리 근처에 있고, 위치 G 는 베이스의 중심점에 있다. 테스트는 베이스의 바닥 표면으로부터 9.5mm 깊이의 재료에 대해 수행된다.
AREMA 표준 화학 강으로 만든 미처리된 압연된 티 레일의 베이스의 평균 중심점 (G) 경도는 약 320이다.
본 발명의 공정을 거친 여러 샘플 강 레일에 대한 지점 F, G 및 H 에서의 경도 및 평균을 표 1 에 나타낸다.
Figure 112021080822704-pct00001
본 발명의 레일에 대한 평균 베이스 경도는 베이스의 모든 지점에 대해 350 (바람직하게는 360) 을 초과한다. 본 발명의 레일의 평균 중심점 (G) 경도는 370 을 초과하고, 일부 레일은 심지어 380 을 초과한다. 따라서, 본 발명의 레일의 평균 베이스 경도는 종래 기술 합금의 중심점 경도를 40 포인트 초과한다. 훨씬 더 좋은 것은 종래 기술 레일과 본 발명 레일의 평균 중심점 경도를 비교하는 것이며, 여기서 본 발명 레일은 전체 50 포인트 더 단단하다.
원료 강 레일의 생산에 있어서는, 강을 용융 상태에 유지하기에 충분히 높은 온도 범위에서 제강을 수행할 수 있다. 예를 들어, 온도는 약 1600 ℃ 내지 약 1650 ℃ 의 범위일 수 있다. 합금 원소들은 산화로부터 티타늄 및 바나듐과 같은 특정 원소들을 보호하기 위해 첨가 순서를 배열하는 것이 바람직하지만 임의의 특정 순서로 용강에 첨가될 수 있다. 예시적인 일 실시형태에 따르면, 망간은 액체 강의 탈산을 위해 페로망간으로서 먼저 첨가된다. 다음으로, 규소는 액체 강을 더욱 탈산시키기 위해 페로실리콘 형태로 첨가된다. 그런 다음, 탄소와 크롬이 첨가된다. 바나듐과 티타늄은 각각 끝에서 두 번째 단계와 마지막 단계에서 첨가된다. 합금 원소들이 첨가된 후, 강은 산소 및 잠재적으로 유해한 다른 가스, 예컨대 수소를 추가로 제거하기 위해 진공 탈기될 수도 있다.
탈기되면, 액체 강은 3-스트랜드 연속 주조기에서 블룸 (예를 들어, 370 mm x 600 mm) 으로 주조될 수 있다. 주조 속도는 예를 들어 0.46 m/s 미만으로 설정될 수 있다. 주조 동안, 액체 강은 래들의 바닥으로부터 턴디쉬 (용융 강을 아래의 3 개의 몰드로 분배하는 유지 용기) 로 그리고 턴디쉬의 바닥으로부터 각각의 몰드로 연장되는 세라믹 튜브들을 포함하는 슈라우딩에 의해 산소 (공기) 로부터 보호된다. 액체 강은 균질화를 강화하고 합금 편석을 최소화하기 위해 주조 몰드에 있는 동안 전자기적으로 교반될 수 있다.
주조 후, 주조 블룸들은 약 1220 ℃ 로 가열되고, 블루밍 밀에서 여러 번의 (예를 들어, 15 의) 패스로 "압연된" 블룸으로 압연된다. 압연된 블룸들은 재가열 노에서 "열간" 배치되고 균일한 레일 압연 온도를 제공하기 위해 1220 ℃ 로 재가열된다. 디스케일링 후, 압연된 블룸은 조압연기, 중간 조압연기 및 마무리 압연기에서 여러 번의 (예를 들어, 10 의) 패스로 레일로 롤링될 수 있다. 마무리 온도는 바람직하게는 약 1040 ℃ 이다. 롤링된 레일은 베이스 경화 전에 레일에서 균일한 2차 산화물을 얻기 위해 약 900 ℃ 이상에서 다시 디스케일링될 수 있다. 레일은 약 700℃ - 800℃ 로 공랭될 수 있다.
이 포인트에서 직접 새로 제조된 강 레일에 본 발명의 냉각 공정을 적용하는 것이 바람직하지만, 레일이 여전히 약 700℃ - 800℃ 에 있는 동안, 레일이 대기로 냉각되고 나중에 본 발명의 공정을 위한 시작 온도 약 700℃ - 800℃ 로 재가열될 수 있다.
본 발명의 공정:
레일 밀의 마지막 스탠드를 떠난 후, 레일 (아직 오스테나이트계) 은 베이스 경화 기계로 보내진다. 700℃ 내지 800℃ 의 표면 온도에서 시작하여, 레일은 티 레일의 단면과 티 레일을 냉각하는데 사용되는 물 스프레이 제트를 나타내는 도 2 와 같이 구성된 일련의 물 스프레이 노즐들을 통과한다.
도 2 로부터, 물 스프레이 노즐 구성은 상부 헤드 물 스프레이 (1), 2 개의 측면 헤드 물 스프레이 (2) 및 족부 물 스프레이 (3) 를 포함하는 것을 볼 수 있다. 스프레이 노즐은 100m 길이의 냉각 챔버에 길이방향으로 분포되어 있고, 챔버는 수백 개의 냉각 노즐을 포함한다. 레일은 0.5 - 1.0 미터/초의 속도로 스프레이 챔버를 통과한다. 특성 일관성을 위해, 물 온도는 8 - 17℃ 내에서 제어된다.
물 유량은 냉각 챔버의 2 개의 독립적인 섹션들에서 제어된다; 각 섹션의 길이는 50 미터이다. 예를 들어, 115E 프로파일 (115lb/yd) 의 처리시, 각 50m 섹션에 대해 베이스 스프레이 물 유량을 조정하여 티 레일 베이스에서 미세한 펄라이트 미세조직을 얻기 위한 적절한 냉각 속도를 달성한다. 도 3 은 본 발명의 8 레일이 챔버의 섹션들을 연속적으로 통과 할 때의 냉각 곡선을 나타낸다. 특히, 도 3 은 챔버의 제 1 섹션에 들어간 이후의 시간에 대한 ℃ 단위의 레일 베이스 온도를 나타낸다.
본 발명의 중요한 부분은 냉각 챔버의 2 개의 독립적인 섹션들에서 냉각 속도를 제어하는 것이다. 이는 2 개의 섹션들의 각각에서 물 흐름을 정밀하게 제어하여 수행된다; 특히 각 섹션에서 베이스 노즐로의 총 유량. 도 3 과 관련하여 위에서 논의된 본 발명의 8 레일의 경우, 첫 번째 50m 섹션에서의 베이스 노즐로의 물 유량은 15-40 m3/hr 였고 두 번째 섹션에서 5-30 m3/hr 였다. 레일은 마지막 섹션을 빠져 나간 후, 공기 냉각을 통해 주변 온도로 냉각된다. 이러한 물 흐름의 분할은 레일 베이스에서의 경도 레벨과 경도의 깊이에 영향을 준다. 도 3 의 8 레일들 중 첫 번째 레일의 냉각 곡선은 물 분할의 결과를 보여주기 위해 도 4 에 표시된다. 특히 도 4 는 단일 레일에 대해 챔버의 제 1 섹션에 들어간 이후의 시간 대비 ℃ 단위의 레일 헤드 온도를 나타낸다. 점선은 본 발명의 냉각 엔벨로프의 상부 및 바닥 경계를 나타낸다.
가장 많은 양의 물이 제 1 섹션에 적용되고, 이는 초석 시멘타이트의 형성을 억제하고 700 ℃ 이하 (600 내지 700℃) 에서 펄라이트 변태의 시작을 개시하기에 충분히 빠른 냉각 속도를 생성한다. 펄라이트 변태의 시작 온도가 낮을수록, 펄라이트 인터라멜라 간격이 더 미세하고 레일 경도가 더 높아진다. 티 레일 베이스가 펄라이트로 변태되기 시작하면, 펄라이트 변태에 의해 열이 방출되고 - 변태 열이라고 함 - 적절한 양의 물이 가해지지 않으면 냉각 과정이 극적으로 느려진다. 실제로, 표면 온도는 이전보다 더 뜨거워 질 수 있다: 이는 재열 (recalescence) 이라고 알려져 있다. 이 과도한 열을 제거하고 펄라이트 변태가 700℃ 이하에서 계속 발생하도록 하려면 제어된 높은 레벨의 물 흐름이 필요하다. 두 번째 섹션의 물 흐름은 레일 표면으로부터 열을 계속 추출한다. 이 추가 냉각은 양호한 깊이의 경도를 얻기 위해 필요하다.
위에서 언급한 바와 같이, 도 5 의 점선은 본 발명의 냉각 엔벨로프와 본 발명의 3 개의 냉각 체제를 보여준다. 냉각 엔벨로프의 제 1 냉각 체제는 냉각 챔버로 0-80 초에 걸쳐 있다. 이 냉각 엔벨로프의 체제에서, 냉각 곡선은 상부 냉각 한계 라인과 하부 냉각 한계 라인 (도 4 의 점선) 에 의해 제한된다. 상부 냉각 라인은 약 800℃ 의 온도에서 시간 t=0 초로부터 t=80 초 및 약 675℃ 의 온도에 걸쳐 있다. 하부 냉각 라인은 약 700℃ 의 온도에서 시간 t=0 초로부터 t=80 초 및 약 575℃ 의 온도에 걸쳐 있다.
냉각 엔벨로프의 제 2 냉각 체제는 냉각 챔버로 80 내지 110 초에 걸쳐 있다. 이 냉각 엔벨로프의 체제에서, 냉각 곡선은 다시 상부 냉각 한계 라인과 하부 냉각 한계 라인 (도 4 의 점선) 에 의해 제한된다. 상부 냉각 라인은 약 675℃ 의 온도에서 시간 t=80 초로부터 t=110 초 및 약 650℃ 의 온도에 걸쳐 있다. 하부 냉각 라인은 약 575℃ 의 온도에서 시간 t=80 초로부터 t=110 초 및 약 550℃ 의 온도에 걸쳐 있다.
냉각 엔벨로프의 제 3 냉각 체제는 냉각 챔버로 110 내지 140 초에 걸쳐 있다. 이 냉각 엔벨로프의 체제에서, 냉각 곡선은 다시 상부 냉각 한계 라인과 하부 냉각 한계 라인 (도 4 의 점선) 에 의해 제한된다. 상부 냉각 라인은 약 650℃ 의 온도에서 시간 t=110 초로부터 t=140 초 및 약 635℃ 의 온도에 걸쳐 있다. 하부 냉각 라인은 약 550℃ 의 온도에서 시간 t=110 초로부터 t=140 초 및 약 535℃ 의 온도에 걸쳐 있다.
냉각 엔벨로프의 3 가지 냉각 체제 내에서, 냉각 속도는 3 단계이다. 냉각 챔버로 처음 80 초에 걸쳐 있는 단계 1 에서, 냉각 속도는 약 525℃ 내지 675℃ 의 온도까지 약 1.25℃/초 내지 2.5℃/초로 내려간다. 단계 2 는 80 초 내지 110 초에 걸쳐 있고, 여기서 냉각 속도는 약 550℃ 내지 650℃ 의 온도까지 1℃/초 내지 1.5℃/초로 내려간다. 단계 3 은 110 초 내지 140 초에 걸쳐 있고, 여기서 냉각 속도는 약 535℃ 내지 635℃ 의 온도까지 0.1℃/초 내지 0.5℃/초로 내려간다. 그 후 레일은 주변 온도로 공기 냉각된다.
달리 언급되지 않는 한, 본원에 언급된 모든 백분율은 중량 기준이다.

Claims (19)

  1. 고강도 베이스-경화 티 레일 (tee rail) 의 제조 방법으로서,
    탄소 강 티 레일을 제공하는 단계로서, 상기 강 티 레일은 700 내지 800 ℃ 의 온도에서 제공되는, 상기 탄소 강 티 레일을 제공하는 단계,
    x-축이 초 단위의 냉각 시간을 나타내고 y-축이 상기 강 티 레일의 베이스의 표면의 ℃ 단위의 온도를 나타내는 xy 좌표를 갖는 그래프에 표시되는 경우에,
    xy 좌표 (0 초, 800 ℃), (80 초, 675 ℃), (110 초, 650 ℃) 및 (140 초, 635 ℃) 를 연결하는 상부 라인에 의해 규정된 상부 냉각 속도 경계 플롯과
    xy 좌표 (0 초, 700 ℃), (80 초, 575 ℃), (110 초, 550 ℃) 및 (140 초, 535 ℃) 를 연결하는 하부 라인에 의해 규정된 하부 냉각 속도 경계 플롯
    사이의 영역에 유지되는 냉각 속도로 상기 강 티 레일을 냉각하는 단계
    를 포함하고,
    상기 탄소 강 티 레일은 중량 퍼센트로
    탄소: 0.74-0.86; 망간: 0.75-1.25; 규소: 0.10-0.60; 크롬: 최대 0.30; 바나듐: 최대 0.01; 니켈: 최대 0.25; 몰리브덴: 최대 0.60; 알루미늄: 최대 0.010; 황: 최대 0.020; 인: 최대 0.020; 및 잔부 철 및 잔류물
    을 포함하는 조성을 갖고,
    상기 티 레일의 상기 베이스는 티 레일 베이스의 바닥면으로부터 9.5 mm 의 깊이에서 350 HB 내지 373 HB 의 평균 브리넬 경도를 갖고,
    상기 그래프에 표시된 0 초에서 80 초까지의 냉각 속도는 1.25 ℃/초 내지 2.5 ℃/초의 범위내의 평균을 갖고,
    상기 그래프에 표시된 80 초에서 110 초까지의 냉각 속도는 1 ℃/초 내지 1.5 ℃/초의 범위내의 평균을 갖고,
    상기 그래프에 표시된 110 초에서 140 초까지의 냉각 속도는 0.1 ℃/초 내지 0.5 ℃/초의 범위내의 평균을 갖는, 고강도 베이스-경화 티 레일의 제조 방법.
  2. 삭제
  3. 고강도 베이스-경화 티 레일 (tee rail) 의 제조 방법으로서,
    탄소 강 티 레일을 제공하는 단계로서, 상기 강 티 레일은 700 내지 800 ℃ 의 온도에서 제공되는, 상기 탄소 강 티 레일을 제공하는 단계,
    x-축이 초 단위의 냉각 시간을 나타내고 y-축이 상기 강 티 레일의 베이스의 표면의 ℃ 단위의 온도를 나타내는 xy 좌표를 갖는 그래프에 표시되는 경우에,
    xy 좌표 (0 초, 800 ℃), (80 초, 675 ℃), (110 초, 650 ℃) 및 (140 초, 635 ℃) 를 연결하는 상부 라인에 의해 규정된 상부 냉각 속도 경계 플롯과
    xy 좌표 (0 초, 700 ℃), (80 초, 575 ℃), (110 초, 550 ℃) 및 (140 초, 535 ℃) 를 연결하는 하부 라인에 의해 규정된 하부 냉각 속도 경계 플롯
    사이의 영역에 유지되는 냉각 속도로 상기 강 티 레일을 냉각하는 단계
    를 포함하고,
    상기 탄소 강 티 레일은 중량 퍼센트로
    탄소: 0.84-1.00; 망간: 0.40-1.25; 규소: 0.30-1.00; 크롬: 0.20-1.00; 바나듐: 0.04-0.35; 티타늄: 0.01-0.035; 질소: 0.002-0.0150; 및 잔부 철 및 잔류물
    을 포함하는 조성을 갖고,
    상기 티 레일의 상기 베이스는 티 레일 베이스의 바닥면으로부터 9.5 mm 의 깊이에서 350 HB 내지 373 HB 의 평균 브리넬 경도를 갖고,
    상기 그래프에 표시된 0 초에서 80 초까지의 냉각 속도는 1.25 ℃/초 내지 2.5 ℃/초의 범위내의 평균을 갖고,
    상기 그래프에 표시된 80 초에서 110 초까지의 냉각 속도는 1 ℃/초 내지 1.5 ℃/초의 범위내의 평균을 갖고,
    상기 그래프에 표시된 110 초에서 140 초까지의 냉각 속도는 0.1 ℃/초 내지 0.5 ℃/초의 범위내의 평균을 갖는, 고강도 베이스-경화 티 레일의 제조 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 탄소 강 티 레일은 중량 퍼센트로
    탄소: 0.86-0.9; 망간: 0.65-1.0; 규소: 0.5-0.6; 크롬: 0.2-0.3; 바나듐: 0.04-0.15; 티타늄: 0.015-0.03; 질소: 0.005-0.015; 및 잔부 철 및 잔류물
    을 포함하는 조성을 갖는, 고강도 베이스-경화 티 레일의 제조 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 티 레일은 완전 펄라이트 미세조직을 갖는 베이스 부분을 갖는, 고강도 베이스-경화 티 레일의 제조 방법.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 티 레일은 완전 펄라이트 미세조직을 갖는 베이스 부분을 갖는, 고강도 베이스-경화 티 레일의 제조 방법.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 티 레일은 완전 펄라이트 미세조직을 갖는 베이스 부분을 갖는, 고강도 베이스-경화 티 레일의 제조 방법.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제 3 항에 있어서,
    상기 탄소 강 티 레일을 제공하는 단계는
    용융물을 형성하기 위해 망간, 규소, 탄소, 크롬, 티타늄 및 바나듐을 임의의 순서로 또는 조합하여 순차적으로 첨가함으로써 1600 ℃ 내지 1650 ℃ 의 온도에서 강 용융물을 형성하는 단계;
    산소, 수소 및 기타 잠재적으로 유해한 가스를 추가로 제거하기 위해 상기 용융물을 진공 탈기하는 단계;
    상기 용융물을 블룸 (bloom) 으로 주조하는 단계;
    주조된 상기 블룸을 1220 ℃ 로 가열하는 단계;
    블루밍 밀에서 복수의 패스를 사용하여 상기 블룸을 "롤링된" 블룸으로 롤링하는 단계;
    롤링된 상기 블룸을 재가열 노에 배치하는 단계;
    균일한 레일 롤링 온도를 제공하기 위해 롤링된 상기 블룸을 1220 ℃ 로 재가열하는 단계;
    롤링된 상기 블룸을 디스케일링하는 단계;
    마무리된 강 레일을 생성하기 위해, 롤링된 상기 블룸을 조압연기, 중간 조압연기 및 1040 ℃ 의 출력 마무리 온도를 갖는 마무리 압연기를 통해 순차적으로 통과시키는 단계;
    상기 마무리된 강 레일에서 균일한 2차 산화물을 얻기 위해 상기 마무리된 강 레일을 900 ℃ 이상에서 디스케일링하는 단계; 및
    상기 마무리된 강 레일을 700 ℃ 내지 800 ℃ 로 공랭시키는 단계
    를 포함하는, 고강도 베이스-경화 티 레일의 제조 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 강 티 레일을 냉각하는 단계는 140 초 동안 물로 상기 강 티 레일을 냉각하는 단계를 포함하는, 고강도 베이스-경화 티 레일의 제조 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    물로 상기 강 티 레일을 냉각하는 단계는 물의 스프레이 제트로 상기 강 티 레일을 냉각하는 단계를 포함하는, 고강도 베이스-경화 티 레일의 제조 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    물의 상기 스프레이 제트를 포함하는 물은 8 내지 17 ℃ 의 온도에서 유지되는, 고강도 베이스-경화 티 레일의 제조 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    물의 스프레이 제트로 상기 강 티 레일을 냉각하는 단계는 물의 상기 스프레이 제트를 레일 헤드의 상부, 레일 헤드의 측면 및 레일의 베이스로 지향시키는 단계를 포함하는, 고강도 베이스-경화 티 레일의 제조 방법.
  15. 제 12 항에 있어서,
    물의 스프레이 제트로 상기 강 티 레일을 냉각하는 단계는 물의 상기 스프레이 제트를 포함하는 냉각 챔버를 통해 상기 강 티 레일을 통과시키는 단계를 포함하는, 고강도 베이스-경화 티 레일의 제조 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 냉각 챔버는 2 개의 섹션을 포함하고, 각 섹션에서의 물 유량은 각 섹션에서의 냉각 요건에 따라 변하는, 고강도 베이스-경화 티 레일의 제조 방법.
  17. 제 15 항에 있어서,
    가장 많은 양의 물이 상기 냉각 챔버의 제 1/입구 섹션에 적용되어, 초석 시멘타이트 (proeutectoid cementite) 의 형성을 억제하고 700 ℃ 미만에서 펄라이트 변태의 시작을 개시하기에 충분히 빠른 냉각 속도를 생성하는, 고강도 베이스-경화 티 레일의 제조 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 냉각 챔버의 상기 제 1/입구 섹션에서의 물 유량은 15-40 m3/hr 이고, 상기 냉각 챔버의 제 2/마지막 섹션에서의 물 유량은 5-30 m3/hr 인, 고강도 베이스-경화 티 레일의 제조 방법.
  19. 제 11 항에 있어서,
    상기 강 티 레일을 냉각하는 단계는 140 초 동안 물로 상기 강 티 레일을 냉각하는 단계 후에 공기 중에서 상기 강 티 레일을 주위 온도로 냉각하는 단계를 더 포함하는, 고강도 베이스-경화 티 레일의 제조 방법.
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