KR20150045996A - 레일의 열처리를 위한 방법 및 시스템 - Google Patents

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Abstract

향상된 기계적 특성을 갖는 원하는 마이크로구조체를 얻기 위해 고온 레일의 열처리 방법이며, 방법은 레일이 오스테나이트 온도로부터 고속 냉각되고 이후에 소프트 냉각되어 규정된 값들 사이의 목표 변환 온도를 유지하는 능동 냉각 페이즈를 포함하고, 냉각 처리는 복수의 냉각 모듈(12.n)에 의해 수행되고, 각각의 냉각 모듈은 레일 상에 냉각 매체를 분사하는 복수의 수단을 포함하고, 프로세스는 능동 냉각 페이즈 중에, 각각의 냉각 수단은 레일 내의 변환된 오스테나이트의 양이 레일 표면 상에서 50% 이상이고 레일 헤드 코어에서 20% 이상이 되도록 레일의 냉각 속도를 제어하도록 구동되는 것을 특징으로 한다.

Description

레일의 열처리를 위한 방법 및 시스템 {METHOD AND SYSTEM FOR THERMAL TREATMENTS OF RAILS}
본 발명은 레일의 열 제어 처리 및 방법을 수행하기 위한 탄력적 냉각 시스템에 관한 것이다. 처리는 전체 레일 섹션 내의 고강도, 고경도 및 양호한 인성(toughness)을 특징으로 하는 완전 고성능 베이나이트(bainite) 마이크로구조체를 얻기 위해, 그리고 또한 레일 섹션의 선택된 부분 내의 또는 전체 레일 섹션 내의 완전 펄라이트(pearlite) 미세 마이크로구조체를 얻기 위해 설계된다.
최근에, 열차의 중량 및 속도의 급속한 증가는 휠과 레일 사이의 구름/활주(rolling/sliding)에 기인하는 재료의 손실의 견지에서 레일 마모율을 향상시키도록 불가피하게 강요되고 있고, 따라서 마모를 감소시키기 위해 경도의 증가가 요구되고 있다.
일반적으로, 기하학적 프로파일 및 기계적 특성의 견지에서 강철 레일의 최종 특성은 열기계적 프로세스의 시퀀스, 즉 열간 레일 압연 프로세스에 이어서 열처리 및 직선화 단계를 통해 얻어진다.
열간 압연 프로세스는 설계된 기하학적 형상에 따라 최종 제품을 프로파일링하고, 후속 처리를 위한 미리 요구된 야금학적 마이크로구조체를 제공한다. 특히, 이 단계는 후속의 처리들을 통해, 고레벨의 요청된 기계적 특성을 보장할 수 있는 미세한 마이크로구조체의 성취를 허용한다.
현재, 2개의 종류의 설비, 가역적 및 연속적 압연기(mill)에서 수행된 2개의 주요 열간 압연 프로세스가 이용 가능하다. 이들 열간 압연 프로세스의 모두에 의해 제조된 레일의 최종 특성은 매우 유사하고 상응하는 것으로서 간주될 수 있다. 실제로, 베이나이트 레일, 펄라이트 레일 및 과공석(hypereutectoidic) 레일이 통상적으로 이들 양 종류의 설비를 통해 산업 레벨로 얻어진다.
열처리를 위한 상황은 상이하다. 현재, 레일을 냉각하는데 사용되는 주로 2개의 수단, 즉 공기 또는 물이 있다. 물은 통상적으로 탱크 내의 액체로서 사용되거나 노즐로 분사된다. 공기는 통상적으로 노즐을 통해 압축된다. 이들 장치의 어느 것도 동일한 설비에 의해 모든 레일 마이크로구조체를 제조하는 것을 허용하지 않는다. 특히, 펄라이트 레일의 제조를 위해 조정된 열처리 설비는 베이나이트 레일을 제조할 수 없다.
또한, 현재의 냉각 해결책은 충분히 탄력적이지 않고, 따라서 차등화된 방식으로 전체 레일 섹션 또는 레일 섹션의 부분(헤드, 웨브, 푸트)을 처리하는 것이 가능하지 않다.
더욱이, 레일의 열처리를 위한 모든 현재의 산업용 장치에서, 대부분의 오스테나이트(austenite)의 변환은 냉각 장치 자체의 외부에서 발생하는데, 이는 처리가 제어되지 않는 것을 의미한다. 특히, 마이크로구조체 변환에 기인하는 레일 온도의 증가는 제어될 수 없다. 이들 프로세스에서, 오스테나이트 변환이 발생하는 온도는 최적의 온도와는 상이하고, 더 미세하고 더 균질한 마이크로구조체에 의해 잠재적으로 얻어질 수 있는 것들보다 낮은 최종 기계적 특성을 갖는다. 이는 베이나이트 마이크로구조체가 전체 레일 섹션(헤드, 웨브 및 푸트)에서 얻어져야 하는 베이나이트 레일의 경우에 특히 사실일 수 있다.
더욱이, 길이를 따른 레일의 실제 열적 프로파일에 기인하여, 비제어된 열처리는 또한 길이를 따른 마이크로구조체 불균질성을 유도할 수 있다.
문헌 US 7 854 883호는 단지 미세한 펄라이트 마이크로구조체만이 얻어질 수 있는 레일을 냉각하기 위한 시스템을 개시하고 있다. 이 문헌에 따르면, 미세한 펄라이트 마이크로구조체가 레일 경도를 증가시키기 위해 레일 내에 생성된다. 그러나, 미세한 펄라이트 마이크로구조체는 제품의 연신율(elongation) 및 인성의 열화를 갖는 고레벨의 경도를 의미한다. 연신율 및 인성은 또한 레일 용례를 위해 중요한 기계적 특성이고, 실제로 양자 모두는 균열 성장(crack growth) 현상 및 파괴에 대한 저항을 위한 레일 재료를 위한 필수적인 특성인 재료의 연성(ductility)에 관련된다.
최근의 연구는 또한 서비스 중에 레일의 완전성에 영향을 미치는 특정 화학 조성에 기인하는 펄라이트 재료 내에 만연하는 다른 특정의 위험한 현상을 또한 지적하였다. 이 발견은 특히 심각한 가속 및 감속 또는 표면 기계적 마찰 처리 중에 고온의 발생에 기인하는, 휠과 레일 사이의 접촉 활주 영역에서 화이트 에칭층(White Etching Layer: WEL)라 칭하는 마르텐사이트층의 형성에 관련된다. 그 경성 및 취성 특성에 기인하여, WEL은 일반적으로 균열 형상의 위치가 되는 것으로 믿어지며, 결과적으로 레일 수명에 악영향을 미친다. 베이나이트강 레일 내에 형성된 WEL은 낮은 경도를 갖고, 따라서 모재에 비교하여 경도의 더 작은 차이가 존재한다. 이유는 마르텐사이트층의 경도가 주로 C 함량에 의존하고(탄소가 높을수록 층의 경도가 높음), 베이나이트 화학 조성에서 탄소의 양은 펄라이트 마이크로구조체 내에 존재하는 것들보다 낮다. 몇몇 연구자로부터, WEL은 구름 접촉 피로의 원인 중 하나로서 고려된다. 이들 주제에 대한 연구로부터 베이나이트강 레일은 펄라이트강 레일보다 균열 핵형성에 대한 시간이 적어도 2배인 것을 나타낸다.
고성능 베이나이트 마이크로구조체는 마모 저항 및 구름 접촉 피로 저항의 모두의 견지에서 미세한 펄라이트 마이크로구조체에 대한 개선이다. 또한, 고성능 베이나이트 마이크로구조체는 인성 및 연신율을 향상시키는 것을 허용하여, 미세한 펄라이트 마이크로구조체보다 큰 경도를 유지한다.
고성능 베이나이트 마이크로구조체는 미세한 펄라이트 마이크로구조체와 비교하여 이하의 현상, 즉 단피치 및 장피치 주름, 껍질 형성(shelling), 측방향 플라스틱 유동 및 헤드 균열에서 더 양호한 거동을 나타낸다. 이들 통상의 레일 결함은 열차 가속 및 감속(예를 들어, 지하철 라인)에 의해 또는 낮은 반경 커브에서 증폭된다.
더욱이, 베이나이트강은 또한 가장 양호한 열처리된 펄라이트강 레일에 비교하여, 항복 강도 및 최대 인장 강도, 인장 강도 및 파괴 인성 사이의 비의 더 높은 값을 나타낸다.
따라서, 예를 들어 연신율 및 인성과 같은 다른 중요한 기계적 특성의 임의의 열화 없이 양호한 경도를 갖는 레일을 허용하는 것을 허용하는 신규한 열처리 방법 및 시스템을 갖는 요구가 존재한다. 이 방식으로, 마모 및 구름 접촉 피로에 대한 레일의 저항이 향상될 것이고 균열 전파가 감소될 것이다.
따라서, 본 발명의 주 목적은 이 종류의 프로세스 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 부수의 목적은 레일 내의 고성능 베이나이트 마이크로구조체의 형성을 허용하는 열처리 프로세스를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 미세한 펄라이트 마이크로구조체를 갖는 레일의 동일한 설비 제조를 허용하는 프로세스 및 시스템을 제공하는 것이다.
이 목적은 본 발명의 제1 양태에 따라, 향상된 기계적 특성을 갖는 원하는 마이크로구조체를 얻기 위한 고온 레일의 열처리 방법이며, 이 방법은 레일이 오스테나이트 온도로부터 고속 냉각되고 이후에 소프트 냉각되어 규정된 값들 사이의 목표 변환 온도를 유지하는 능동 냉각 페이즈를 포함하고, 냉각 처리는 복수의 냉각 모듈(12.n)에 의해 수행되고, 각각의 냉각 모듈은 레일 상에 냉각 매체를 분사하는 복수의 수단을 포함하고, 능동 냉각 페이즈 중에, 각각의 냉각 모듈은 복수의 냉각 섹션을 구비하고, 각각의 섹션은 레일이 열처리 시스템 내에 있을 때 레일에 횡방향인 평면 내에 위치되고, 각각의 섹션은 적어도
- 레일의 헤드 위에 위치된 하나의 냉각 수단,
- 레일의 헤드의 각각의 측면에 위치된 2개의 냉각 수단, 및
- 레일의 푸트 아래에 위치된 하나의 냉각 수단을 포함하고,
각각의 냉각 수단은 레일 내의 변환된 오스테나이트의 양이 레일 표면 상에서 50% 이상이고 레일 헤드 코어에서 20% 이상이 되도록 레일의 냉각 속도를 제어하도록 구동되는 것을 특징으로 하는 고온 레일의 열처리 방법에 의해 얻어진다.
이하의 구성을 단독으로 또는 조합하여 취해진 본 발명의 다른 특징들에 따르면,
- 각각의 냉각 수단은 오스테나이트가 고성능 베이나이트로 또는 미세한 펄라이트로 변환되도록 레일의 냉각 속도를 제어하도록 구동되고,
- 레일의 열처리 전에,
- 처리를 위한 레일에 대한 복수의 파라미터를 모델에 제공하고,
- 레일의 원하는 최종 기계적 특성을 규정하는 값을 상기 모델에 제공하고,
- 각각의 냉각 모듈 후에 레일의 미리 규정된 온도가 얻어지도록 냉각 속도를 얻기 위해 냉각 수단을 구동하도록 제어 파라미터를 컴퓨팅하고,
- 냉각 모듈의 냉각 수단을 구동하도록 상기 컴퓨팅된 파라미터를 적용하고,
방법은
○ 각각의 냉각 모듈의 상류측의 레일의 표면 온도를 측정하고 모델에 의해 계산된 온도들과 이들 온도를 비교하는 단계,
○ 계산된 온도와 측정된 온도 사이의 차이가 사전 규정된 값들보다 크면 냉각 수단의 구동 파라미터를 수정하는 단계를 더 포함하고,
- 냉각 매체는 레일의 섹션 주위의 냉각 수단에 의해 분무된 공기와 물의 혼합물이고, 분무된 공기의 양과 물의 양은 독립적으로 제어되고,
- 제1 냉각 모듈에 진입하는 레일의 스킨 온도는 750 내지 1000℃ 사이에 포함되고, 최종 냉각 모듈을 나오는 레일의 스킨 온도는 300℃ 내지 650℃ 사이에 포함되고,
- 레일은 0.5 내지 70℃/s 사이에 포함된 속도로 냉각 수단에 의해 냉각된다.
제2 양태에 따르면, 본 발명은 향상된 기계적 특성을 갖는 원하는 마이크로구조체를 얻기 위한 고온 레일의 열처리용 시스템이며, 시스템은
- 복수의 냉각 모듈을 포함하는 능동 냉각 시스템으로서, 각각의 냉각 모듈은 레일 상에 냉각 매체를 분사하기 위해 작동 가능한 복수의 냉각 수단을 포함하는 능동 냉각 시스템,
- 냉각 수단의 분사를 제어하기 위한 제어 수단을 포함하는 시스템에 있어서,
각각의 냉각 모듈은 복수의 냉각 섹션을 포함하고, 각각의 냉각 섹션은 레일이 열처리 시스템 내에 있을 때 레일에 횡방향인 평면에 위치되고, 각각의 섹션은 적어도
- 레일의 헤드 위에 위치된 하나의 냉각 수단(N1),
- 레일의 헤드의 각각의 측면에 위치된 2개의 냉각 수단(N2, N3), 및
- 레일의 푸트(6) 아래에 위치된 하나의 냉각 수단(N6)을 포함하고,
제어 수단은 레일 내의 변환된 오스테나이트의 양이 레일 표면 상에서 50% 이상이고 레일 헤드 코어에서 20% 이상이 되도록 냉각 수단을 구동하도록 작동 가능하고, 변환은 레일이 능동 냉각 시스템 내에 여전히 있는 동안 발생하는 것을 특징으로 하는 시스템에 관한 것이다.
이하의 구성을 단독으로 또는 조합하여 취해진 본 발명의 다른 특징들에 따르면,
- 제어 수단은 고성능 베이나이트 또는 미세한 펄라이트가 되도록 냉각 수단을 구동하고,
- 시스템은 각각의 냉각 모듈의 상류측에 위치되고 제어 수단에 접속된 온도 측정 수단을 더 포함할 수도 있고,
- 각각의 온도 측정 수단은 레일 섹션의 상이한 부분의 온도를 연속적으로 감지하도록 레일의 섹션 주위에 위치된 복수의 열 센서를 포함하고,
- 제어 수단은 냉각 시스템에 진입하는 레일에 대한 파라미터 및 레일의 원하는 최종 기계적 특성을 규정하는 값을 수신하는 모델을 포함하고, 모델은 원하는 기계적 특성을 얻기 위해 냉각 수단의 구동 파라미터를 제공하고,
- 각각의 냉각 모듈은 복수의 냉각 섹션을 포함하고, 각각의 섹션은 레일이 열처리 시스템 내에 있을 때 레일에 횡방향인 평면 내에 위치되고, 각각의 세트는 적어도 6개의 냉각 수단을 포함하고, 하나의 냉각 수단은 레일의 헤드 위에 위치되고, 2개의 냉각 수단은 헤드의 각각의 측면에 위치되고, 2개의 냉각 수단은 레일의 웨브의 양 측면에 위치되고, 하나의 냉각 수단(N6)은 레일의 푸트 아래에 위치되고,
- 냉각 수단은 물과 공기의 혼합물을 분사하는 것이 가능한 분무기 노즐이고, 분무된 공기의 양 및 물의 양은 독립적으로 제어된다.
본 발명의 다른 목적 및 장점은 첨부 도면을 참조하여 이하의 설명의 고려시에 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 열처리 시스템의 구성 요소의 상세도이다.
도 3은 복수의 냉각 수단에 의해 둘러싸인 레일의 횡단면도이다.
도 4는 복수의 온도 측정 장치에 의해 둘러싸인 레일의 횡단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 방법의 단계의 개략도이다.
도 6은 본 발명에 따라 제어된 열처리 프로세스 중에 오스테나이트 분해 곡선의 예를 도시한다.
도 7은 비제어된 열처리 프로세스 중에 통상의 오스테나이트 분해 곡선을 도시한다.
도 8은 고성능 베이나이트 마이크로구조체를 얻기 위한 방법에 따른 제어된 냉각 프로세스 중에 레일 섹션을 가로지르는 온도의 전개를 도시한다.
도 9는 미세한 펄라이트 마이크로구조체를 얻기 위한 방법에 따른 제어된 냉각 프로세스 중에 레일 섹션을 가로지르는 온도의 전개를 도시한다.
도 10은 본 발명에 따른 방법에 의해 얻어진 고성능 베이나이트 레일에 대한 상이한 측정점에서 경도의 값을 도시한다.
도 11은 본 발명에 따른 방법에 의해 얻어진 미세 펄라이트 레일에 대한 상이한 측정점에서 경도의 값을 도시한다.
도 1은 본 발명에 따른 압연기의 냉각부의 레이아웃의 개략도이다. 최종 압연 스탠드(10)에 의해 성형된 후에, 레일은 레일 온도를 균등화하기 위한 재가열 유닛(11), 본 발명에 따른 열처리 시스템(12), 개방 공냉 테이블(13) 및 직선화 기계(14) 내로 순차적으로 도입된다.
대안적으로, 오프라인 실시예(도면에는 도시되지 않음)에서, 최종 압연 스탠드로부터 직접 오는 대신에, 압연된 상태로 재가열 유닛에 진입하는 제품은 레일 야드로부터(또는 저장 영역으로부터) 오는 저온 레일일 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 냉각 시스템의 개략 상세도이다. 냉각 시스템은 복수의 냉각 모듈(12.1, 12.2... 12.n)을 포함하고, 여기서 레일(6)은 열간 압연 후에 또는 재가열 후에 냉각된다. 레일은 미리 정해진 속도로 레일을 운반하는 컨베이어에 의해 냉각 모듈을 통과함으로써 냉각된다. 각각의 냉각 모듈(12.1 내지 12.n)의 상류측에는, 온도 측정 장치(T)가 레일의 온도를 감지하도록 위치된다. 이 정보는 프로세스 모델 및 라이브러리를 포함하는 데이터베이스(16)와 통신적으로 접속된 제어 수단(15)(예를 들어, 컴퓨터 수단)에 제공된다.
각각의 냉각 모듈(12.n)은 복수의 정렬된 냉각 섹션을 포함한다. 각각의 냉각 섹션은 레일의 횡단면에 의해 규정된 동일한 평면에 위치된 노즐을 포함한다. 도 3은 동일한 냉각 섹션에 속하는 가능한 노즐 구성이 보여질 수 있는 레일(6)의 횡단면도이다. 본 실시예에서, 냉각 섹션은 레일(6)의 단면 주위에 위치된 6개의 노즐을 포함한다. 하나의 노즐(N1)이 레일의 헤드 위에 위치되고, 2개의 노즐(N2, N3)이 헤드의 각각의 측면 위에 위치되고, 2개의 선택적 노즐(N4, N5)이 레일의 웨브의 양 측면 위에 위치되고, 하나의 최종 노즐(N6)이 레일(6)의 푸트 아래에 위치된다.
각각의 노즐(N1 내지 N6)은 상이한 냉각 매체(통상적으로, 물, 공기 및 물과 공기의 혼합물)를 분사할 수 있다. 노즐(N1 내지 N6)은 레일의 목표된 최종 기계적 특성에 따라, 개별적으로 또는 그룹으로 제어 수단(15)에 의해 작동된다.
각각의 노즐(N1 내지 N6)의 출구 압력은 수단(15)에 의해 독립적으로 선택되고 제어될 수 있다.
그 기하학적 구조에 기인하여, 레일 헤드의 코너는 다른 헤드 영역에 비해 일반적으로 더 높은 냉각을 받게 되는 부분이고, 헤드의 코너 상에서 냉각 수단과 직접 작용하는 것은 위험할 수 있고 헤드 코너를 과냉할 수 있는데, 이는 이어서 마르텐사이트 또는 저품질 베이나이트와 같은 열등한 마이크로구조체의 형성을 야기한다. 이는 노즐(N2, N3)이 헤드의 측면들 상에 위치되고 레일의 헤드의 측면들 상에 냉각 매체를 분사하도록 그리고 레일의 상부 코너 상의 분사를 회피하도록 배열되는 이유이다. 일 실시예에서, 노즐(N2, N3)은 레일의 이동 방향에 횡방향(수직)으로 위치된다.
제어 수단(15)에 의한 각각의 노즐의 파라미터의 제어는,
- 목표된 마이크로구조체(즉, 고성능 베이나이트 또는 미세한 펄라이트)를 얻는 것,
- 프로파일을 가로지르는 그리고 전체 길이를 따른 왜곡을 제한하는 것
을 가능하게 한다.
도 4는 온도 측정 장치(T)의 위치의 개략도이다. 이 도면에서 볼 수 있는 바와 같이, 복수의 온도 측정 장치(T)는 레일의 진행(또는 전방) 방향에서 각각의 냉각 모듈의 상류측에서 레일(6)의 횡단면 주위에 위치된다. 본 실시예에서, 5개의 온도 측정 장치(T)가 사용된다. 하나는 레일 헤드 위에 위치되고, 하나는 레일 헤드의 측면에 위치되고, 하나는 레일 웨브의 측면에 위치되고, 하나는 레일 푸트의 측면에 있고, 마지막 하나는 레일 푸트 아래에 위치된다. 온도 측정 장치는 파이로미터(pyrometer) 또는 서모그래픽(thermographic) 카메라 또는 레일의 온도를 제공하는 것이 가능한 임의의 다른 센서일 수 있다. 증기가 서모그래픽 카메라와 금속 표면 사이에 존재하면, 온도측정은 국부화된 추진 공기 제트에 의해 허용된다.
온도에 관한 모든 정보는 레일 냉각 프로세스를 제어하기 위한 데이터로서 제어 수단(15)에 제공된다.
제어 수단(15)은 각각의 냉각 모듈의 각각의 노즐의 파라미터(유량, 냉각 매체의 온도 및 냉각 매체의 압력) 및 또한 입구 레일 속도를 제어함으로써 레일 열처리를 제어한다. 달리 말하면, 노즐의 유동, 압력, 활성 노즐의 수, 위치 및 모든 노즐 그룹(N1, N2 내지 N3, N4 내지 N5 및 N6)의 냉각 효율은 개별적으로 설정될 수 있다. 따라서, 임의의 모듈(12.n)은 단독으로 제어되고 관리되거나 하나 이상의 모듈과 결합될 수 있다. 냉각 전략(예를 들어, 가열 속도, 냉각 속도, 온도 프로파일)은 최종 제품 특성의 함수로서 미리 규정된다.
전술된 제어 수단(15), 냉각 모듈(12.n) 및 측정 수단(T, S)을 포함하는 가요성 열처리 시스템은 레일(6)의 주행면 상에서 측정된 750 내지 1000℃의 범위의 입구 온도로 레일을 처리하는 것이 가능하다. 입구 레일 속도는 0.5 내지 1.5 m/s의 범위이다. 도달 가능한 냉각 속도는 원하는 마이크로구조체 및 최종 기계적 특성의 함수로서 0.5 내지 70℃/s의 범위이다. 냉각 속도는 가요성 열처리 장치를 따라 상이한 값으로 설정될 수 있다. 열처리 시스템 출구에서의 레일 온도는 300 내지 650℃의 범위이다. 고성능 베이나이트 마이크로구조체의 경우에 레일 경도는 400 내지 550 HB의 범위이고, 펄라이트 마이크로구조체의 경우에 320 내지 440 HB의 범위이다.
도 5는 본 발명에 따른 각각의 냉각 모듈을 제어하도록 요구된 상이한 형상을 도시한다.
단계 100 중에, 복수의 설정값이 냉각 제어 수단(15)에 도입된다. 특히,
- 레일 제조를 위해 사용된 강의 화학적 조성,
- 열간 압연기 셋업 및 절차,
- 냉각 시스템에 진입하는 레일 오스테나이트 입경,
- 예측된 오스테나이트 분해율 및 오스테나이트 변환 온도,
- 레일 섹션의 기하학적 구조,
- 규정된 프로파일 지점(헤드, 웨브 및 푸트) 내의 그리고 길이를 따른 예측된 레일 온도,
- 목표된 기계적 특성, 예를 들어, 경도, 강도, 연신율 및 인성.
단계 101에서, 설정값은 가장 양호한 냉각 전략을 제공하기 위해 함께 동작하는 상이한 매립형 모델들[컴퓨터화된 제어 수단(15)에 의해 호스팅된]에 제공된다. 다수의 매립형 수치적, 기계적 및 야금적 모델, 즉
- 마이크로구조체 예측을 갖는 오스테나이트 분해,
- 석출 모델,
- 변환 열을 포함하는 열적 진화,
- 기계적 특성
이 사용된다.
매립형 프로세스 모델은 입력 레일 속도를 고려하여 프로파일로부터 그리고 레일의 길이를 따라 제거될 열의 견지에서 냉각 전략을 규정한다. 변환된 오스테나이트의 양이 레일 표면 상에서 50% 이상이고 가요성 열처리 시스템의 출구에서 레일 헤드 코어에서 20% 이상이 되도록 시간의 함수의 특정 냉각 전략이 제안된다. 이는 레일이 여전히 열처리 시스템에 있고, 이 시스템의 외부, 다음 또는 하류측에 있지 않은 동안 전술된 변환이 발생한다는 것을 의미한다. 달리 말하면, 열처리 시스템(12) 내에서 진행하는 레일의 횡단면에 대해, 전술된 변환은 시스템의 제1 및 최종 냉각 섹터 사이에서 발생한다. 이는 이 변환이 열처리 시스템(12)에 의해 완전히 제어된다는 것을 의미한다. 매립형 프로세스 모델에 의해 컴퓨팅된 냉각 전략의 예가 도 8 및 도 9의 곡선에 의해 제공된다.
단계 102에서, 제어 시스템(15)은 입력 파라미터의 평가 후에, 정확한 열처리 전략을 선택하기 위해 데이터 라이브러리(16)와 통신한다.
사전 설정된 열처리 전략은 이어서 레일 프로세스 루트 중에 특정되거나 예측된 실제 온도를 고려하여 미세 조정된다. 이는 레일 길이를 전체를 따라 그리고 횡방향 레일 섹션을 통한 예측된 기계적 특성의 레벨의 획득을 보장한다. 매우 엄격한 특성 편차가 얻어져서 너무 높거나 너무 낮은 경도를 갖는 구역의 형성을 회피하고 임의의 바람직하지 않은 마이크로구조체(예를 들어, 마르텐사이트)를 회피할 수 있다.
단계 103에서, 제어 수단(15)은 예를 들어 제어 수단(15)의 스크린 상에, 컴퓨팅된 열처리 전략 및 예측된 기계적 특성을 사용자에게 표시한다. 사용자가 컴퓨팅된 값을 유효화하고 냉각 전략을 수락하면(단계 103), 설정 데이터는 단계 104에서 냉각 시스템에 제출된다.
사용자가 냉각 전략을 유효화하지 않으면, 새로운 설정 데이터는 사용자에 의해 제공되고(단계 105 및 106), 단계 101이 실행된다.
또한, 단계 107에서, 제1 냉각 모듈 셋업이 수행된다. 적합한 파라미터(예를 들어, 압력, 유량)가 단계 101에서 프로세스 모델에 의해 제안된 최적화된 냉각 전략에 따라 각각의 모듈에 제공된다. 이 단계에서, 냉각 플럭스(또는 유량)는 기한 시간 내에 목표 온도 분포의 획득을 보장하기 위해 냉각 시스템(12)의 상이한 모듈의 상이한 노즐에 부여된다.
단계 108에서, 열간 압연기(10)로부터 또는 레일 야드(또는 저장 영역)로부터 오는 레일(6)의 표면 온도의 측정치가 레일이 예를 들어 냉각 모듈(12.1)의 상류측에서 각각의 냉각 모듈(12.n)에 진입하기 전에 취해진다. 온도 측정 장치(T)는 온도 측정치를 연속적으로 취한다. 이 데이터의 세트는 레일 길이를 따른 그리고 레일 섹션을 가로지르는 실제 열적 불균질성을 고려하기 위해 냉각 플럭스의 견지에서 자동화 시스템에 미세 조절을 부여하도록 열처리 시스템(12)에 의해 사용된다.
단계 109에서, 측정된 온도는 단계 101에서 프로세스 모델에 의해 계산된 것들(레일이 현재 온도 측정 장치의 위치에서 가져야 하는 온도)과 비교된다. 온도들 사이의 차이가 미리 규정된 값보다 크지 않으면, 냉각 사전 설정 파라미터가 냉각 모듈을 구동하도록 적용된다.
계산된 온도와 측정된 온도 사이의 차이의 경우에, 단계 111에서, 냉각 모듈(12.n)의 현재 모듈에 대한 열 플럭스 제거의 사전 설정값은 따라서 데이터 라이브러리(16)로부터 취해진 값으로 수정되고, 단계 112에서 새로운 열 플럭스 제거의 값(또는 냉각 속도)이 냉각 모듈을 제어하도록 적용된다.
단계 113에서, 다른 모듈이 존재하면, 단계 108이 반복되고, 레일 표면의 새로운 온도 프로파일의 세트가 단계 108에서 측정된다.
단계 114에서, 가요성 냉각 시스템(12)의 최종 냉각 모듈(12.n)이 출구에서, 최종 온도 프로파일이 취해진다. 냉각 제어 수단(15)은 냉각 베드 상의 주위 온도까지 레일을 냉각하기 위한 잔여 시간을 계산한다. 이는 레일 섹션을 가로질러 냉각 프로세스의 추이를 추정하는데 중요하다.
단계 115에서, 냉각 시스템에 의해 미리 적용된 실제 냉각 전략은 최종 제품에 대해 예측된 기계적 특성을 얻기 위해 매립형 프로세스 모델에 제공되고, 단계 116에서 레일의 예측된 기계적 특성이 사용자에 전달된다.
도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 방법과 본 발명을 갖지 않는 방법으로 열처리된 레일 내의 오스테나이트 분해를 각각 도시한다. 이들 도면들은 레일의 횡단면에 포함된 상이한 지점 1, 2 및 3에 대한 이 오스테나이트 분해를 도시한다.
도 6에서, 수직 점선 라인 A, B, C 및 D는 각각의 냉각 모듈(12.n) 내의 지점 1, 2 및 3의 횡단면에 대응하고, 라인 E는 열처리 시스템(12)으로부터 이들 지점의 출구를 실체화한다.
도 6에서 볼 수 있는 바와 같이, 레일 내의 변환된 오스테나이트의 양은 레일 표면 상에서 80% 초과이고 레일 헤드 코어에서 대략 40%이다.
도 6에 도시된 제어된 열처리의 오스테나이트 분해 곡선으로부터, 오스테나이트는 비제어된 처리(도 7)에서보다 레일 헤드를 가로질러 더 고속이고 더 균질적으로 최종 마이크로구조체로 변환되는 것이 명백하다. 이는 최종 제품 내에 균질하게 분포된 경도, 인성 및 연신율에 견지에서 우수한 기계적 특성을 얻는데 매우 중요하다.
본 발명에 따라 냉각된 레일의 섹션에서 3개의 상이한 지점에서 목표된 온도 진화의 2개의 예가 고성능 베이나이트 및 미세한 펄라이트 레일에 대해 도 8 및 도 9에 각각 도시되어 있다.
도 8은 베이나이트 레일을 얻기 위해 모델에 의해 제공된 온도의 진화를 제공한다. 수직 점선 라인 A, B, C 및 D는 각각의 냉각 모듈(12.n) 내에서 지점 1, 2 및 3을 포함하는 레일의 횡단면의 입구에 대응하고, 라인 E는 열처리 시스템(12)으로부터 이들 지점의 출구를 실체화한다.
시스템 파라미터(물 및/또는 공기 유량)는 레일의 상이한 지점들의 온도가 이들 곡선에 의해 제공된 온도에 일치하게 하기 위해 제어된다. 달리 말하면, 이들 곡선은 레일 섹션을 가로질러 미리 규정된 설정점의 온도값의 목표 평가를 제공한다.
모델로부터 제공된 온도에 따라, 레일은 약 800℃의 온도를 갖고 제1 모듈에 진입하도록 제어된다. 이후에, 페이즈 Ia에서, 레일 스킨(곡선 1)은 처음의 2개의 냉각 모듈에 의해 본 예에서 대략 45℃/s의 냉각 속도로 350℃의 온도까지 고속 냉각된다. 여기서, 고속 냉각 수단은 25 내지 70℃/s 사이에 포함된 냉각 속도로의 냉각을 의미한다.
이 고속 냉각 페이즈 후에, 레일은 제1 냉각 모듈의 잔여 냉각 노즐에 의해 그리고 잔여 냉각 모듈에 의해 소프트 냉각된다. 예를 들어, 페이즈 Ib에서, 레일은 대략 13℃/s의 냉각 속도로 냉각된다. 페이즈 Ib의 종료(제1 냉각 모듈의 출구)와 수직 점선 라인 B에 의해 실체화된 제2 냉각 모듈 내의 입구 사이에서, 레일 스킨은 레일의 코어에 의해 자연적으로 가열되고, 레일 스킨 온도가 증가한다. 그 후에, 레일은 제2 냉각 모듈에 진입하고(페이즈 II), 레일은 대략 8.7℃/s의 냉각 속도로 냉각된다. 그 후에, 레일은 제3 및 제4 냉각 모듈에 진입하고(페이즈 III 및 IV에서), 각각 2.7 및 1.3℃/s의 근사 냉각 속도로 냉각된다. 물론, 각각의 냉각 모듈(12.n)의 출구와 다음의 냉각 모듈의 입구 사이에서, 레일의 스킨 온도의 자연적 증가는 레일 코어 온도에 기인하여 발생한다. 여기서, 소프트 냉각이라는 것은 냉각 속도가 0.5 내지 25℃/s를 포함하는 것을 의미한다.
800℃보다 높은 온도에 진입하는 경우에, 영역 Ib에서 동작하는 모듈은 또한 고속 냉각을 생성하도록 제어될 것이다.
최종 마이크로구조체는 도 10에 도시된 바와 같이 레일 헤드 상에 384 내지 430 HB의 범위의 경도를 갖는 완전한 베이나이트이다.
도 9는 펄라이트 레일을 얻기 위해 모듈에 의해 제공된 온도의 진화를 제공한다. 수직 점선 라인 A, B, C 및 D는 각각의 냉각 모듈(12.n) 내의 지점 1, 2 및 3을 포함하는 레일의 횡단면의 입구에 대응하고, 라인 E는 열처리 시스템(12)으로부터 이들 지점의 출구를 실체화한다.
모델로부터 제공된 온도에 따라, 레일은 약 850℃의 범위의 온도로 제1 모듈에 진입하도록 제어된다. 그 후에, 페이즈 Ia에서, 레일 스킨은 본 예에서 제1 냉각 모듈에 의해 대략 27℃/s의 냉각 속도로 약 560℃의 온도까지 고속 냉각된다. 여기서, 고속 냉각 수단은 25℃/s 내지 45℃/s 사이에 포함된 냉각으로의 냉각을 의미한다.
이 고속 냉각 페이즈 후에, 레일은 제1 냉각 모듈의 잔여 냉각 노즐에 의해 그리고 잔여 냉각 모듈에 의해 소프트 냉각된다. 예를 들어, 페이즈 Ib에서, 레일은 대략 8℃/s의 냉각 속도로 냉각된다. 페이즈 Ib의 종료(제1 냉각 모듈의 출구)와 수직 점선 라인 B에 의해 실체화된 제2 냉각 모듈 내의 입구 사이에서, 레일 스킨은 레일의 코어에 의해 자연적으로 가열되고, 레일 스킨 온도가 증가한다. 그 후에, 레일은 제2 냉각 모듈에 진입하고(페이즈 II), 레일은 대략 4℃/s의 냉각 속도로 냉각된다. 그 후에, 레일은 제3 및 제4 냉각 모듈에 진입하고(페이즈 III 및 IV에서), 각각 1.8 및 0.9℃/s의 근사 냉각 속도로 냉각된다. 물론, 각각의 냉각 모듈(12.n)의 출구와 다음의 냉각 모듈의 입구 사이에서, 레일의 스킨 온도의 자연적 증가는 레일 코어 온도에 기인하여 발생한다. 여기서, 소프트 냉각이라는 것은 냉각 속도가 0.5 내지 25℃/s를 포함하는 것을 의미한다.
850℃보다 높은 온도에 진입하는 경우에, 영역 Ib에서 동작하는 모듈은 또한 고속 냉각을 생성하도록 제어될 것이다.
전술된 프로세스 후에, 최종 마이크로구조체는 도 11에 도시된 바와 같이 342 내지 388 HB의 범위의 레일 헤드 상의 경도를 갖는 미세한 펄라이트이다.
전술된 곡선은 본 발명에 따라 적응된 냉각 전략이다. 달리 말하면, 각각의 노즐은 레일 섹션을 가로지르는 온도 분포가 도 8 및 도 9의 곡선을 따르도록 제어된다.
본 발명은 충분한 양의 오스테나이트가 변환될 때까지 고온 레일의 열처리를 완전히 제어하는 수단에 의해 종래의 문제점을 극복한다. 이는 오스테나이트 변환 온도가 임의의 종류의 2차 구조체: 고품질 베이나이트 레일에 대해 마르텐사이트 및 펄라이트 레일에 대해 마르텐사이트 또는 상위 베이나이트를 회피하는 것이 가능한 최저 온도라는 것을 의미한다.
상기에 개시된 바와 같이, 본 발명에 따른 프로세스는 전체 레일 섹션에서 고강도, 고경도 및 양호한 인성에 의해 특징화되는 완전 고성능 베이나이트 마이크로구조체를 얻기 위해, 그리고 또한 레일 섹션의 선택된 부분 내에 또는 전체 레일 섹션 내에 완전 펄라이트 미세 마이크로구조체를 얻기 위해 설계된다.
프로세스는 레일이 냉각 프로세스를 여전히 받게 될 때 선택된 베이나이트 또는 펄라이트 마이크로구조체로 변환된 상당한 양의 오스테나이트에 의해 특징화된다. 이는 고성능 베이나이트 또는 미세한 펄라이트 마이크로구조체의 획득을 보장한다. 모든 열처리를 따라 레일에 요청된 제어된 냉각 패턴을 정확하게 부여하기 위해, 이들에 한정되는 것은 아니지만, 통상적으로 물, 공기 및 물과 공기의 혼합물인 가요성 냉각 시스템은 다수의 조정 가능한 멀티 수단 노즐을 포함한다. 노즐은 레일의 화학 조성 및 레일 사용자에 의해 요청된 최종 기계적 특성에 따라 냉각 매체의 온/오프 조건, 압력, 유량 및 유형의 견지에서 조정 가능하다.
프로세스 모델, 온도 모니터링, 자동화 시스템은 이 제어된 열처리 프로세스의 능동 부분들이고, 고품질 레일, 더 높은 레벨의 신뢰성 및 매우 낮은 레일 거절성을 보장하기 위해 엄격한 프로세스 제어를 허용한다.
이와 같이 얻어진 레일은 무거운 차축 하중(heavy axle load), 혼합된 상용-여객용 철도에 대해, 직선형 및 곡선형 스트레치(stretch)의 모두에서, 전통적인 또는 혁신적인 밸러스트(ballast), 철교(railway bridge) 상에서, 터널 또는 해변 사용예에서 특히 지시되어 있다.
본 발명은 또한 스킨 온도에 근접한 레일의 코어 온도를 얻는 것을 허용하고, 이는 레일의 마이크로구조체 및 기계적 특징부들을 균질화한다.

Claims (14)

  1. 향상된 기계적 특성을 갖는 원하는 마이크로구조체를 얻기 위한 고온 레일의 열처리 방법이며, 방법은 레일이 오스테나이트 온도로부터 고속 냉각되고 이후에 소프트 냉각되어 규정된 값들 사이의 목표 변환 온도를 유지하는 능동 냉각 페이즈를 포함하고, 냉각 처리는 복수의 냉각 모듈(12.n)에 의해 수행되고, 각각의 냉각 모듈은 레일 상에 냉각 매체를 분사하는 복수의 수단을 포함하는 고온 레일의 열처리 방법에 있어서,
    - 복수의 냉각 섹션을 갖는 각각의 냉각 모듈을 제공하는 단계를 포함하고, 각각의 섹션은 레일이 열처리 시스템 내에 있을 때 레일에 횡방향인 평면에 위치되고, 각각의 섹션은 적어도
    - 레일의 헤드 위에 위치된 하나의 냉각 수단(N1),
    - 레일의 헤드의 각각의 측면에 위치된 2개의 냉각 수단(N2, N3), 및
    - 레일의 푸트 아래에 위치된 하나의 냉각 수단(N6)을 포함하고,
    능동 냉각 페이즈 중에, 각각의 냉각 수단은 레일 내의 변환된 오스테나이트의 양이 레일 표면 상에서 50% 이상이고 레일 헤드 코어에서 20% 이상이 되도록 레일의 냉각 속도를 제어하도록 구동되는 것을 특징으로 하는 고온 레일의 열처리 방법.
  2. 제1항에 있어서, 각각의 냉각 수단은 오스테나이트가 고성능 베이나이트로 또는 미세한 펄라이트로 변환되도록 레일의 냉각 속도를 제어하도록 구동되는 고온 레일의 열처리 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 레일의 열처리 전에,
    - 처리를 위한 레일에 대한 복수의 파라미터를 모델에 제공하는 단계,
    - 레일의 원하는 최종 기계적 특성을 규정하는 값을 상기 모델에 제공하는 단계,
    - 각각의 냉각 모듈 후에 레일의 미리 규정된 온도가 얻어지도록 냉각 속도를 얻기 위해 냉각 수단을 구동하도록 제어 파라미터를 컴퓨팅하는 단계,
    - 냉각 모듈의 냉각 수단을 구동하도록 상기 컴퓨팅된 파라미터를 적용하는 단계를 더 포함하는 고온 레일의 열처리 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    - 각각의 냉각 모듈의 상류측의 레일의 표면 온도를 측정하고 모델에 의해 계산된 온도들과 이들 온도를 비교하는 단계,
    - 계산된 온도와 측정된 온도 사이의 차이가 사전 규정된 값들보다 크면 냉각 수단의 구동 파라미터를 수정하는 단계를 더 포함하는 고온 레일의 열처리 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 냉각 매체는 레일의 섹션 주위의 냉각 수단에 의해 분무된 공기와 물의 혼합물이고, 분무된 공기의 양과 물의 양은 독립적으로 제어되는 고온 레일의 열처리 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 냉각 모듈에 진입하는 레일의 스킨 온도는 750 내지 1000℃ 사이에 포함되고, 최종 냉각 모듈을 나오는 레일의 스킨 온도는 300℃ 내지 650℃ 사이에 포함되는 고온 레일의 열처리 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 레일은 0.5 내지 70℃/s 사이에 포함된 속도로 냉각 수단에 의해 냉각되는 고온 레일의 열처리 방법.
  8. 향상된 기계적 특성을 갖는 원하는 마이크로구조체를 얻기 위한 고온 레일의 열처리용 시스템이며,
    - 복수의 냉각 모듈(12.n)을 포함하는 능동 냉각 시스템(12)으로서, 각각의 냉각 모듈은 레일 상에 냉각 매체를 분사하기 위해 작동 가능한 복수의 냉각 수단을 포함하는 능동 냉각 시스템(12),
    - 냉각 수단의 분사를 제어하기 위한 제어 수단(15, 16)을 포함하는 시스템에 있어서,
    각각의 냉각 모듈은 복수의 냉각 섹션을 포함하고, 각각의 냉각 섹션은 레일이 열처리 시스템 내에 있을 때 레일에 횡방향인 평면에 위치되고, 각각의 섹션은 적어도
    - 레일의 헤드 위에 위치된 하나의 냉각 수단(N1),
    - 레일의 헤드의 각각의 측면에 위치된 2개의 냉각 수단(N2, N3), 및
    - 레일의 푸트(6) 아래에 위치된 하나의 냉각 수단(N6)을 포함하고,
    제어 수단은 레일 내의 변환된 오스테나이트의 양이 레일 표면 상에서 50% 이상이고 레일 헤드 코어에서 20% 이상이 되도록 냉각 수단을 구동하도록 작동 가능하고, 변환은 레일이 능동 냉각 시스템 내에 여전히 있는 동안 발생하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제어 수단은 오스테나이트가 고성능 베이나이트로 또는 미세한 펄라이트로 변환되도록 냉각 수단을 구동하는 시스템.
  10. 제9항 또는 제10항에 있어서, 각각의 냉각 모듈의 상류측에 위치되고 제어 수단에 접속된 온도 측정 수단(T)을 더 포함하는 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 각각의 온도 측정 수단은 레일 섹션의 상이한 부분의 온도를 연속적으로 감지하도록 레일의 섹션 주위에 위치된 복수의 열 센서(T)를 포함하는 시스템.
  12. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 제어 수단은 냉각 시스템에 진입하는 레일에 대한 파라미터 및 레일의 원하는 최종 기계적 특성을 규정하는 값을 수신하는 모델을 포함하고, 모델은 원하는 기계적 특성을 얻기 위해 냉각 수단의 구동 파라미터를 제공하는 시스템.
  13. 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 냉각 모듈은 복수의 냉각 섹션을 포함하고, 각각의 섹션은 레일이 열처리 시스템 내에 있을 때 레일에 횡방향인 평면 내에 위치되고, 각각의 세트는 적어도 6개의 냉각 수단을 포함하고, 하나의 냉각 수단(N1)은 레일의 헤드 위에 위치되고, 2개의 냉각 수단(N2, N3)은 헤드의 각각의 측면에 위치되고, 2개의 냉각 수단(N4, N5)은 레일의 웨브의 양 측면에 위치되고, 하나의 냉각 수단(N6)은 레일(6)의 푸트 아래에 위치되는 시스템.
  14. 제9항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 냉각 수단은 물과 공기의 혼합물을 분사하는 것이 가능한 분무기 노즐이고, 분무된 공기의 양 및 물의 양은 독립적으로 제어되는 시스템.
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Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES2886898T3 (es) * 2014-01-13 2021-12-21 Scient And Manufacturing Enterprise Tomsk Electronic Company Ltd Método y dispositivo para el procesamiento térmico de un producto de acero
WO2016117692A1 (ja) * 2015-01-23 2016-07-28 新日鐵住金株式会社 レール
DE102016201025A1 (de) * 2016-01-25 2017-07-27 Schwartz Gmbh Wärmebehandlungsverfahren und Wärmebehandlungsvorrichtung
EP3597780A4 (en) 2017-03-15 2020-01-22 JFE Steel Corporation COOLING DEVICE AND MANUFACTURING METHOD FOR RAIL
CZ2019542A3 (cs) * 2019-08-19 2020-09-02 Západočeská Univerzita V Plzni Způsob výroby ocelových dílů z AHS oceli řízeným lokálním ochlazováním médiem, využívající tvorbu vícefázové struktury s přerušovaným chlazením na požadované teplotě
CN110656230B (zh) * 2019-11-05 2024-01-19 中国铁建重工集团股份有限公司道岔分公司 加热装置及杆件加热方法
CN110643803B (zh) * 2019-11-05 2023-10-27 中国铁建重工集团股份有限公司道岔分公司 加热装置及杆件加热方法
JP7294243B2 (ja) * 2020-06-10 2023-06-20 Ｊｆｅスチール株式会社 熱処理レールの硬度予測方法、熱処理方法、硬度予測装置、熱処理装置、製造方法、製造設備、並びに、硬度予測モデルの生成方法
CN112226609B (zh) * 2020-10-23 2022-03-22 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 用于异种钢轨焊后接头热处理的施工方法
CN113416818B (zh) * 2021-05-12 2022-09-23 包头钢铁（集团）有限责任公司 一种高强韧性贝马复相贝氏体钢轨的热处理工艺
CN113444860B (zh) * 2021-06-28 2022-07-01 二重（德阳）重型装备有限公司 一种针对厚度差异大的工件的淬火方法
CN113755670B (zh) * 2021-08-24 2022-10-25 中铁宝桥集团有限公司 贝氏体钢辙叉心轨淬火冷却方法
WO2023131913A1 (en) * 2022-01-10 2023-07-13 Hydro Extrusion USA, LLC System and method for automatic spray quenching

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR900002195B1 (ko) * 1984-12-24 1990-04-04 신닛뽕 세이데쓰 가부시끼가이샤 레일의 열처리 방법
JPH11152520A (ja) * 1997-11-20 1999-06-08 Nippon Steel Corp 耐表面損傷性および耐摩耗性に優れた高強度ベイナイト系レールの製造法
JP2002105538A (ja) * 2000-09-29 2002-04-10 Nkk Corp 残留応力の少ないレールの製造方法および設備

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS54147124A (en) * 1978-05-10 1979-11-17 Nippon Kokan Kk <Nkk> Heat treating method for rail
JPS58133317A (ja) 1982-02-02 1983-08-09 Topy Ind Ltd 熱処理冷却方法及びその装置
CA1193176A (en) * 1982-07-06 1985-09-10 Robert J. Ackert Method for the production of improved railway rails by accelerated colling in line with the production rolling mill
BE899617A (fr) * 1984-05-09 1984-11-09 Centre Rech Metallurgique Procede et dispositif perfectionnes pour la fabrication de rails.
JPS61149436A (ja) 1984-12-24 1986-07-08 Nippon Steel Corp レ−ルの熱処理方法
JPS61279626A (ja) * 1985-06-05 1986-12-10 Nippon Steel Corp レ−ルの熱処理方法
GB9313060D0 (en) * 1993-06-24 1993-08-11 British Steel Plc Rails
CN1044826C (zh) 1994-11-15 1999-08-25 新日本制铁株式会社 耐磨性优良的珠光体类钢轨及其制造方法
US6689230B1 (en) * 1995-02-04 2004-02-10 Sms Schloemann-Siemag Aktiengesellschaft Method and apparatus for cooling hot-rolled sections
JP3945545B2 (ja) 1996-02-27 2007-07-18 Ｊｆｅスチール株式会社 レールの熱処理方法
JPH09316598A (ja) * 1996-03-27 1997-12-09 Nippon Steel Corp 耐摩耗性および溶接性に優れたパーライト系レールおよびその製造法
JP3950212B2 (ja) 1997-11-20 2007-07-25 新日本製鐵株式会社 耐摩耗性に優れた高強度パーライト系レールの製造法
DE19962891A1 (de) * 1999-12-23 2001-06-28 Sms Demag Ag Verfahren und Vorrichtung zum Abkühlen von warmgewalzten Profilen
DE10137596A1 (de) 2001-08-01 2003-02-13 Sms Demag Ag Verfahren zur Kühlung von Werkstücken, insbesondere von Profilwalzprodukten, aus Schienenstählen
US7217329B2 (en) * 2002-08-26 2007-05-15 Cf&I Steel Carbon-titanium steel rail
DE10256750A1 (de) 2002-12-05 2004-06-17 Sms Demag Ag Verfahren zur Prozesssteuerung oder Prozessregelung einer Anlage zur Umformung, Kühlung und/oder Wärmebehandlung von Metall
ITMI20072244A1 (it) * 2007-11-28 2009-05-29 Danieli Off Mecc Dispositivo per trattamento termico di rotaie e relativo processo
FI124249B (fi) 2007-11-30 2014-05-15 Outotec Oyj Menetelmä ja järjestely elektrolyysialtaan elektrolyysiprosessin tilan seuraamiseksi ja esittämiseksi
ITLI20090004A1 (it) 2009-05-21 2010-11-22 Lucchini S P A Rotaie altoresistenziali a morfologia perlitica coloniale con elevato rapporto tenacita'-resistenza a rottura ed omogeneita' di proprieta' meccaniche e tecnologiche e relativo processo di fabbricazione.

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR900002195B1 (ko) * 1984-12-24 1990-04-04 신닛뽕 세이데쓰 가부시끼가이샤 레일의 열처리 방법
JPH11152520A (ja) * 1997-11-20 1999-06-08 Nippon Steel Corp 耐表面損傷性および耐摩耗性に優れた高強度ベイナイト系レールの製造法
JP2002105538A (ja) * 2000-09-29 2002-04-10 Nkk Corp 残留応力の少ないレールの製造方法および設備

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