本發(fā)明設(shè)計(jì)通過對(duì)熱軋后的高溫的鋼軌，或者被加熱為高溫的鋼軌，利用空氣、水、霧等冷卻介質(zhì)進(jìn)行強(qiáng)制冷卻，而使鋼軌的頭部成為細(xì)微的珠氏體組織的熱處理鋼軌的制造方法以及制造裝置。

背景技術(shù)：

在用于鐵道用等的鋼軌中，例如在煤炭的天然資源開采場(chǎng)等嚴(yán)酷環(huán)境下使用的鋼軌要求高耐磨損性和高韌性。這樣的鋼軌通過使鋼軌頭部的組織由細(xì)微的珠氏體組織構(gòu)成，而具有高耐磨損性、高韌性以及高硬度。頭部的組織為細(xì)微珠氏體組織的鋼軌通常使用以下的制造方法制造。

首先，使被熱軋后的奧氏體區(qū)域溫度以上的鋼軌，或者加熱為奧氏體區(qū)域溫度以上的鋼軌以正立狀態(tài)搬入熱處理裝置。在此，正立狀態(tài)是指鋼軌的頭部在上方，腳掌部在下方的狀態(tài)。在將鋼軌搬入熱處理裝置時(shí)，例如有保持100m左右的軋制延長(zhǎng)，而將鋼軌搬入熱處理裝置的情況，或者將一根鋼軌的長(zhǎng)度切斷為例如25m左右的長(zhǎng)度(以下，稱為鋸斷)之后，搬入熱處理裝置的情況。此外，在將鋼軌鋸斷之后搬入熱處理裝置的情況下，有時(shí)將熱處理裝置分割為與被鋸斷的鋼軌對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)度的區(qū)域。

接下來，在熱處理裝置中，利用夾具夾持鋼軌的腳尖部，利用冷卻介質(zhì)對(duì)鋼軌的頭頂部、頭側(cè)部、腳掌部、進(jìn)而根據(jù)需要將腹部進(jìn)行強(qiáng)制冷卻。冷卻介質(zhì)使用空氣、水、霧等。在如上所述的鋼軌的制造方法中，通過控制強(qiáng)制冷卻時(shí)的冷卻速度，能夠使包含鋼軌的內(nèi)部的頭部整體成為細(xì)微的珠氏體組織。另外，在對(duì)鋼軌進(jìn)行強(qiáng)制冷卻時(shí)，將鋼軌的頭部的溫度冷卻至350℃～450℃左右。

進(jìn)一步地，解除夾具對(duì)鋼軌的夾持，將鋼軌搬送至冷卻臺(tái)。被向冷卻臺(tái)搬送的鋼軌被冷卻至室溫左右。

作為鋼軌頭部的組織，對(duì)于耐磨損性低的貝氏體、韌性低的馬氏體而言，難以同時(shí)達(dá)成高磨損性和高韌性，因此頭部整體需要具有珠氏體組織。另外，珠氏體組織的層間隔越是細(xì)微組織，越能夠同時(shí)提高磨損性以及韌性，因此鋼軌頭部的組織需要具有細(xì)微的層間隔。為了成為細(xì)微層間隔的珠氏體組織，重要的是設(shè)定強(qiáng)制冷卻時(shí)的冷卻速度的設(shè)定。

例如，在專利文獻(xiàn)1中，在制造由含有質(zhì)量％為C：0.65～1.2％，Si：0.05～2.00％，Mn：0.05～2.00％，剩余部分為Fe以及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成的珠氏體類鋼軌的方法中，公開了規(guī)定軋制溫度、頭部累積減面率，然后，使鋼軌頭部表面以冷卻速度2～30℃/sec至少加速冷卻或自然冷卻至550℃的方法。

另外，在專利文獻(xiàn)2中，公開了使由含有質(zhì)量％為C：0.60～1.20％，Si：0.05～2.00％，Mn：0.05～2.00％，剩余部分為Fe以及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成的熱軋后鋼軌的、具有A3或Acm線～1000℃的溫度的鋼軌頭部表面以冷卻速度2～20℃/sec急冷至450～680℃，然后，以升溫速度2～50℃/sec上升至A3或Acm線～950℃的溫度區(qū)域，然后，在該溫度范圍內(nèi)保持1.0～900sec，再然后，以冷卻速度5～30℃/sec加速冷卻到450～650℃的方法。

進(jìn)一步地，在專利文獻(xiàn)3、4中，公開了在以30℃/sec以下的冷卻速度從奧氏體區(qū)域冷卻到大致600℃左右的珠氏體變態(tài)溫度后，在珠氏體變態(tài)幾乎終止前，保持表面溫度，然后，利用制冷劑盡可能快地冷卻到常溫區(qū)域的方法。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1:(日本)特開2008-050687號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)2:(日本)特開2010-255046號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)3:(日本)專利第5391711號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)4:(日本)專利第3950212號(hào)公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的技術(shù)課題

另外，近年來，在珠氏體類鋼軌中，為了進(jìn)一步提高頭部的硬度，添加各種合金元素。

但是，在專利文獻(xiàn)1中公開的方法中，在增加合金元素的添加量的情況下，在冷卻速度范圍內(nèi)，冷卻速度慢得區(qū)域中，不能獲得足夠的硬度提高效果。

另外，在專利文獻(xiàn)2中公開的方法中也同樣地，在增加合金元素的添加量的情況下，在冷卻速度范圍內(nèi)的、冷卻速度慢得區(qū)域，不能夠獲得足夠的硬度提高效果。另外，在專利文獻(xiàn)2中公開的方法中，在冷卻目標(biāo)溫度范圍中的、550℃以下的低溫范圍內(nèi)，會(huì)有表面的韌性顯著降低的問題。

進(jìn)一步地，在專利文獻(xiàn)3、4中公開的方法中，以碳量為0.85質(zhì)量％以上的過共析鋼為對(duì)象，對(duì)于共析鋼，也同樣地能夠使表層硬度提高。另一方面，近年來，使鋼軌的內(nèi)部硬度以及延展性提高很重要，但在專利文獻(xiàn)3、4記載的方法中，不能夠充分提高共析鋼的內(nèi)部硬度以及延展性。

在此，本發(fā)明著眼于上述課題，其目的在于提供一種添加各種合金元素，使頭部表層的硬度以及韌性優(yōu)秀的熱處理鋼軌的制造方法以及制造裝置。

用于解決技術(shù)課題的技術(shù)方案

為了達(dá)成上述目的，在本發(fā)明一方式的熱處理鋼軌的制造方法中，在對(duì)熱軋后的高溫的鋼軌，或加熱后的高溫的鋼軌中的至少頭部進(jìn)行強(qiáng)制冷卻時(shí)，從鋼軌的頭部的表面溫度為奧氏體區(qū)域溫度以上的狀態(tài)開始強(qiáng)制冷卻，在開始強(qiáng)制冷卻后，表面溫度成為500℃以上700℃以下前，以10℃/sec以上的冷卻速度進(jìn)行強(qiáng)制冷卻。

另外，本發(fā)明一方式的熱處理鋼軌的制造裝置具有對(duì)鋼軌的至少頭部進(jìn)行強(qiáng)制冷卻的冷卻機(jī)構(gòu)、控制冷卻機(jī)構(gòu)的控制部，控制部從鋼軌的頭部的表面溫度為奧氏體區(qū)域溫度以上的狀態(tài)開始強(qiáng)制冷卻，在開始強(qiáng)制冷卻后，以10℃/sec以上的冷卻速度強(qiáng)制冷卻，直至表面溫度成為500℃以上700℃以下。

發(fā)明的效果

利用本發(fā)明的熱處理鋼軌的制造方法，能夠制造添加各種合金元素，頭部表層的硬度以及韌性優(yōu)秀的熱處理鋼軌。另外，對(duì)于共析鋼的成分組成的鋼軌而言，不僅能夠?qū)︻^部表面，并且對(duì)頭部?jī)?nèi)部的硬度、延展性進(jìn)行改善。

附圖說明

圖1是表示本發(fā)明一實(shí)施方式的熱處理裝置的示意圖。

圖2是表示鋼軌的各部位的剖視圖。

具體實(shí)施方式

以下，參照附圖具體說明用于實(shí)施本發(fā)明的方式(以下，稱為實(shí)施方式)。

＜熱處理裝置的結(jié)構(gòu)>

首先，參照?qǐng)D1以及圖2對(duì)本發(fā)明一實(shí)施方式的熱處理鋼軌的制造裝置即熱處理裝置2進(jìn)行說明。熱處理裝置2是對(duì)熱軋后的奧氏體區(qū)域溫度以上的鋼軌，或加熱到奧氏體區(qū)域溫度以上的鋼軌進(jìn)行強(qiáng)制冷卻的裝置，連續(xù)設(shè)置于熱軋線的下游側(cè)，或?qū)︿撥夁M(jìn)行加熱的加熱裝置的下游側(cè)。

如圖1所示，熱處理裝置2具有：上部頭3、下部頭4、頭部溫度計(jì)5、腳部溫度計(jì)6、夾具7a、7b、控制部8。在此，如圖1以及圖2所示，鋼軌1由頭部1a、腳部1b、腹部1c構(gòu)成，在頭部1a配置于上方以及腳部1b配置于下方的狀態(tài)下搬入熱處理裝置2。頭部1a具有：作為上下方向的上端面的頭頂面1d、作為左右方向的兩端面并且彼此相對(duì)的頭側(cè)面1e、1f。另外，腳部1b具有作為上下方向的下端面的腳背面1g。此外，上下方向是指，在與鋼軌1的長(zhǎng)度方向垂直的截面中，腹部1c延伸的方向。另外，左右方向是指，在與鋼軌1的長(zhǎng)度方向垂直的截面中，與上下方向垂直的方向，并且頭部1a以及腳部1b所延伸的方向。

上部頭3是通過從設(shè)于一端面的未圖示的多個(gè)噴嘴向鋼軌的頭部1a排出冷卻介質(zhì)而主要冷卻頭部1a的冷卻機(jī)構(gòu)，經(jīng)由未圖示的配管連接于冷卻介質(zhì)供給裝置。冷卻介質(zhì)使用空氣、噴霧水以及霧等。本發(fā)明一實(shí)施方式的熱處理裝置2在與圖1所示鋼軌1的長(zhǎng)度方向垂直的截面，具有作為上部頭3的三個(gè)上部頭3a、3b、3c。上部頭3a的設(shè)置有噴嘴的一端面與頭頂面1d相對(duì)設(shè)置，通過從噴嘴排出冷卻介質(zhì)來冷卻頭頂面1d。上部頭3b、3c的設(shè)置有噴嘴的一端面與頭側(cè)面1e、1f分別相對(duì)設(shè)置，通過從噴嘴排出冷卻介質(zhì)，而分別冷卻頭側(cè)面1e、1f。

下部頭4是通過從設(shè)于一端面的未圖示的多個(gè)噴嘴向鋼軌的腳背面1g排出冷卻介質(zhì)而主要冷卻腳部1b的冷卻機(jī)構(gòu)，經(jīng)由未圖示的配管與冷卻介質(zhì)供給裝置連接。冷卻介質(zhì)與上部頭3同樣地使用空氣、噴霧水以及霧等。下部頭4的設(shè)置有噴嘴的一端面與腳背面1g相對(duì)設(shè)置。

上部頭3以及下部頭4構(gòu)成為至少能夠變更冷卻介質(zhì)的排出量、排出壓、溫度、以及在冷卻介質(zhì)為霧的情況下的水分量中的至少任一種。另外，如后所述，冷卻介質(zhì)的排出量、排出壓、溫度以及水分量通過控制部8調(diào)整。另外，上部頭3以及下部頭4根據(jù)鋼軌1的長(zhǎng)度方向的長(zhǎng)度，在鋼軌1的長(zhǎng)度方向上并列設(shè)置有多個(gè)。

頭部溫度計(jì)5為非接觸型的溫度計(jì)，作為頭部1a的表面溫度，測(cè)定頭頂面1d的至少一個(gè)位置的表面溫度。

腳部溫度計(jì)6與頭部溫度計(jì)5同樣地，為非接觸型的溫度計(jì)，作為腳部1b的表面溫度，測(cè)定腳背面1g的至少一個(gè)位置的表面溫度。

頭部溫度計(jì)5以及腳部溫度計(jì)6的測(cè)定結(jié)果向控制部8輸送。

夾具7a、7b是在與鋼軌1的長(zhǎng)度方向垂直的截面，通過分別夾持腳部1b的左右方向的端部來固定鋼軌1的裝置，在鋼軌1的長(zhǎng)度方向分別并列設(shè)置有多個(gè)。因此，夾具7a、7b即便在鋼軌1在長(zhǎng)度方向上有彎曲的情況下，也能夠夾住鋼軌1。例如，夾具7a、7b在鋼軌1的長(zhǎng)度方向并列，并以5m左右的設(shè)置間隔，跨過鋼軌1的全長(zhǎng)設(shè)置。

控制部8基于頭部溫度計(jì)5以及腳部溫度計(jì)6的測(cè)定結(jié)果，通過控制后述冷卻介質(zhì)供給裝置，來變更冷卻介質(zhì)的排出量、排出壓、溫度以及水分量中的至少任一種，來調(diào)整鋼軌1的冷卻速度以及升溫速度。在此，熱處理裝置2在控制部8、上部頭3以及下部頭4之間，分別具有未圖示的配管、冷卻介質(zhì)供給裝置。冷卻介質(zhì)供給裝置分別經(jīng)由配管連接于上部頭3以及下部頭4，能夠基于控制部的指示排出的冷卻介質(zhì)的排出量、排出壓、溫度以及水分量中的任一種。

＜熱處理鋼軌的制造方法>

接著，對(duì)本發(fā)明一實(shí)施方式的熱處理鋼軌的制造方法進(jìn)行說明。在本發(fā)明一實(shí)施方式的熱處理鋼軌的制造方法中，首先，將熱軋后的鋼軌1，或被加熱的鋼軌1搬送至熱處理裝置2。在使用熱軋后的鋼軌1時(shí)，在預(yù)先使鋼坯利用加熱爐等加熱到預(yù)定的溫度后，通過熱軋，而軋制加工為鋼軌1的形狀。另一方面，在使用加熱后的鋼軌1時(shí)，預(yù)先使用加熱爐、加熱裝置等使鋼軌1加熱為預(yù)定的溫度。此外，預(yù)定的溫度是在上述任一情況下，使頭部1a的表面溫度在后述第一冷卻工序中的強(qiáng)制冷卻開始時(shí)，奧氏體區(qū)域溫度以上的溫度。

鋼軌1是添加了合金元素的鋼，作為合金成分，至少含有Cr。具體而言，鋼軌1的成分組成的質(zhì)量％為，含有C：0.60％以上1.0％以下，Si：0.1％以上1.5％以下，Mn：0.01％以上1.5％以下，P：0.001％以上0.035％以下，S：0.0005％以上0.030％以下，以及Cr：0.1％以上2.0％以下，進(jìn)一步地根據(jù)需要，還含有Cu：0.01％以上1.0％以下，Ni：0.01％以上0.5％以下，Mo：0.01％以上0.5％以下，V：0.001％以上0.030％以下，Nb：0.001％以上0.030％以下，Ti：0.001％以上0.020％以下，Mg：0.005％以上0.1％以下，Zr：0.005％以上0.1％，Ca：0.0005％以上0.010％以下，以及REM：0.005％以上0.1％以下中的至少一種以上，剩余部分由Fe以及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。但是，鋼軌還含有質(zhì)量％為，C：0.60％以上1.20％以下，Si：0.05％以上2.00％以下，以及Mn：0.05％以上2.00％以下，剩余部分為Fe以及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成的成分組成的情況下，利用后述第一冷卻工序～第二冷卻工序，頭部1a的表層硬度的提高效果小。因此，在如上所述的成分構(gòu)成的鋼軌中，不優(yōu)選使用本實(shí)施方式的熱處理鋼軌的制造方法。此外，不可避免的雜質(zhì)是包含在各種礦石、廢鋼等鋼的原材料中的物質(zhì)，在鋼的制造工序中，不可避免地混入。

進(jìn)一步地，鋼軌1的特別優(yōu)選的成分組成的質(zhì)量％為，含有C：0.75％以上0.85％以下，Si：0.5％以上1％以下，Mn：0.5％以上1％以下，Cr：0.5％以上1％以下，剩余部分由Fe以及不可避免的雜質(zhì)組成，或者進(jìn)一步含有V：0.002％以上0.01％以下。

以下，說明該成分組成是優(yōu)選的理由。此外，在以下說明中，各元素的含量[％]表示質(zhì)量％。

在C含量不足0.75％的情況下，由于其效果較低，因此優(yōu)選C含量為0.75％以上。另一方面，在C含量為超過0.85％的情況下，隨著C含量的增加，滲碳體量增加，能夠期待硬度、強(qiáng)度的上升，但反而延展性降低。另外，C含量的增加使鋼組織為γ+θ的溫度范圍擴(kuò)大，這與助長(zhǎng)焊接熱影響部的軟化有關(guān)。因此，C含量?jī)?yōu)選為0.85％以下。

Si在鋼軌材料精煉時(shí)的脫氧以及珠氏體組織的強(qiáng)化方面有用，但在Si含量不足0.5％的情況下，由于其效果弱，因此優(yōu)選Si含量為0.5％以上。另一方面，在Si含量超過1％的情況下，由于促進(jìn)鋼軌1的脫碳、促進(jìn)鋼軌1的表面瑕疵的生成，因此Si含量?jī)?yōu)選為1％以下。

Mn具有使鋼的珠氏體變態(tài)溫度降低，使珠氏體層間隔致密的作用，因此通過添加Mn，直到鋼軌內(nèi)部都容易維持高硬度。在Mn含量不足0.5％的情況下，其效果降低，因此Mn含量?jī)?yōu)選為0.5％以上。另一方面，在Mn含量超過1％的情況下，珠氏體的平衡變態(tài)溫度(TE)降低，并且容易產(chǎn)生馬氏體變態(tài)，因此Mn含量?jī)?yōu)選為1％以下。

Cr是使平衡變態(tài)溫度(TE)上升，并有助于珠氏體層間隔的細(xì)微化的元素，通過添加Cr，具有使硬度、強(qiáng)度上升的效果。另外，Cr通過與Sb并用而添加，在脫碳層的生成抑制方面有效。在Cr含量不足0.5％的情況下，其效果降低，因此Cr含量?jī)?yōu)選為0.5％以上。另一方面，在Cr含量超過1％的情況下，焊接缺陷的發(fā)生增加，并且淬火性提高而促進(jìn)馬氏體的生成，因此Cr含量?jī)?yōu)選為1％以下。

V是形成VC或者VN等而向鐵素體中細(xì)微析出，通過鐵素體的析出強(qiáng)化而有助于鋼的高強(qiáng)度化的元素。另外，作為氫的阱網(wǎng)(トラップサイト)發(fā)揮作用，并具有抑制鋼軌1的延遲破壞的作用，因此能夠含有V。為了顯現(xiàn)該作用，優(yōu)選含有0.002％以上的V。另一方面，在V含量超過0.01％時(shí)，相對(duì)于其效果飽和，合金成本急劇上升，因此在含有V的情況下，V含量?jī)?yōu)選為0.01％以下。

在將鋼軌1搬送到熱處理裝置2之后，通過使鋼軌1的腳部1b被夾具7a、7b夾持而固定于熱處理裝置2。

接下來，通過使冷卻介質(zhì)從上部頭3排出，開始強(qiáng)制冷卻(第一冷卻工序)。強(qiáng)制冷卻的開始時(shí)點(diǎn)的鋼軌1的頭部1a的表面溫度需要為奧氏體區(qū)域溫度以上，優(yōu)選為800℃以上。通過使強(qiáng)制冷卻開始時(shí)點(diǎn)的溫度為奧氏體區(qū)域溫度以上，尤其是800℃以上，能夠提高頭部1a的表層硬度。即，通過使強(qiáng)制冷卻開始時(shí)點(diǎn)的表面溫度成為800℃以上，抑制較軟的鐵素體相析出，能夠?qū)⒂捕缺３譃楦?。另外，在第一冷卻工序中，在開始強(qiáng)制冷卻之后，直到頭部1a的表面溫度成為500℃以上700℃以下，以10℃/sec以上的冷卻速度使鋼軌1冷卻。在此，在第一冷卻工序中，在頭部1a的表面溫度冷卻到不足500℃時(shí)，由于產(chǎn)生貝氏體、馬氏體等珠氏體以外的組織，因此頭部1a的硬度、韌性降低。

在第一冷卻工序中，控制部8根據(jù)頭部溫度計(jì)5的測(cè)定結(jié)果，計(jì)算頭部1a的冷卻速度，使冷卻介質(zhì)的排出量、排出壓、溫度以及水分量中的至少任一種階段地或者連續(xù)地變更，以使得冷卻速度成為10℃/sec以上。在第一冷卻工序中，通過使冷卻速度成為10℃/sec以上，由于珠氏體組織的層間隔變得細(xì)微，因此能夠提高頭部1a的表層硬度。另外，在設(shè)備能力足夠時(shí)，優(yōu)選此時(shí)的冷卻速度為20℃/sec以上，更優(yōu)選在30℃/sec以上。冷卻速度越大，層間隔更細(xì)微，因此提高表層硬度。進(jìn)一步地，作為用于獲得10℃/sec以上的冷卻速度的合適的冷卻介質(zhì)，優(yōu)選使用噴霧水或霧。此外，在第一冷卻工序中，即便在不可避免地使冷卻速度低于10℃/sec，通過第一冷卻工序，只要使平均的冷卻速度為10℃/sec以上即可。

在第一冷卻工序后，鋼軌1進(jìn)行均熱處理(均熱工序)，以使得頭部1a的表面溫度均熱。在進(jìn)行均熱工序時(shí)，控制部8調(diào)整冷卻速度，以使得成為-5℃/sec以上5℃/sec以下。冷卻速度的調(diào)整方法與第一冷卻工序同樣。冷卻速度中的不利因素為，伴隨珠氏體變態(tài)的發(fā)熱量由于比利用冷卻介質(zhì)的冷卻性能高而升熱的狀態(tài)。在均熱工序中，通過在使冷卻速度為上述范圍內(nèi)的進(jìn)行包括緩冷、升熱的均熱處理，而在頭部1a的表面進(jìn)行珠氏體變態(tài)。進(jìn)一步地，在上述冷卻速度的范圍中，優(yōu)選使冷卻速度為-2℃/sec以上2℃/sec。

在均熱工序中，通過使冷卻速度成為上述范圍，能夠使頭部1a的表層組織成為高硬度的珠氏體組織。此外，在從第一冷卻工序向均熱工序移動(dòng)時(shí)，也可以不可避免地產(chǎn)生使冷卻速度逐漸降低的狀態(tài)。但是，優(yōu)選在均熱中表面溫度不低于500℃。

另外，均熱工序優(yōu)選在鋼軌1的頭部1a的珠氏體變態(tài)終止前進(jìn)行。在此，珠氏體變態(tài)的終止以溫度急劇降低而顯現(xiàn)化。因此，根據(jù)頭部溫度計(jì)5的測(cè)定結(jié)果檢測(cè)該溫度急劇下降，而能夠檢測(cè)到珠氏體變態(tài)的終止。

在均熱工序后，鋼軌1被強(qiáng)制冷卻為頭部1a在20℃以上450℃以下(第二冷卻工序)。該第二冷卻工序中的強(qiáng)制冷卻后的頭部1a的表面溫度即冷卻停止溫度優(yōu)選為50℃以上，更優(yōu)選為300℃以上。在第二冷卻工序時(shí)，控制部8調(diào)整冷卻速度，以使得成為1℃/sec以上15℃/sec以下。冷卻速度的調(diào)整方法與第一冷卻工序同樣。在第二冷卻工序中，通過使冷卻速度為1℃/sec以上15℃/sec以下，冷卻停止溫度為450℃以下，能夠提高鋼軌1的延展性。另外，通過使第二冷卻工序中的冷卻停止溫度為20℃以上，優(yōu)選為50℃以上，更優(yōu)選為300℃以上，在能夠防止冷卻后的破裂的同時(shí)，能夠縮短熱處理時(shí)間。進(jìn)一步地，在第二冷卻工序中，頭部1a的表面溫度的變化量越大，即冷卻停止時(shí)的溫度越低，越能夠防止復(fù)熱。

在第二冷卻工序后，解除夾具7a、7b的固定，鋼軌1從熱處理裝置2搬出。然后，在被搬出的鋼軌1的溫度比常溫高的情況下，根據(jù)必要，在冷卻臺(tái)等設(shè)備，通過自然冷卻到常溫程度，而將鋼軌1冷卻至常溫。

經(jīng)過以上工序，表面硬度以及韌性優(yōu)秀，能夠制造各種添加了二合金元素的珠氏體類的熱處理鋼軌。

此外，在本發(fā)明一實(shí)施方式的熱處理鋼軌的制造方法中，鋼軌1的腳部1b利用從下部頭4排出的冷卻介質(zhì)冷卻。腳部1b在進(jìn)行第一冷卻工序～第二冷卻工序期間被冷卻。此時(shí)，最終在第二冷卻工序結(jié)束時(shí)成為與頭部1a同程度的溫度即可，在腳部1b的冷卻模式中，也可以適用通常使用的冷卻模式。另外，也可以成為與頭部1a同樣的溫度經(jīng)歷地進(jìn)行冷卻。此外，在調(diào)整腳背面1g的冷卻速度時(shí)，與第一冷卻工序～第二冷卻工序同樣地，使用腳部溫度計(jì)6的測(cè)定結(jié)果。另外，鋼軌1的腹部1c通過冷卻頭部1a以及腳部1b而被間接冷卻。

＜變形例>

以上，參照附圖說明了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，但不現(xiàn)定于本發(fā)明的示例。只要是具有本發(fā)明所述技術(shù)領(lǐng)域的通常知識(shí)的技術(shù)人員，在權(quán)利要求范圍所記載的技術(shù)思想的范疇內(nèi)，想到各種變更例或修改例是顯而易見的，對(duì)于此，當(dāng)然是理解為屬于本發(fā)明技術(shù)范圍。

例如，在上述實(shí)施方式中，也可以在調(diào)整冷卻速度時(shí)，控制部8利用頭部溫度計(jì)5的測(cè)定結(jié)果，變更冷卻介質(zhì)的排出量、排出壓、溫度以及水分量中的至少任一種，本發(fā)明不限于該例。例如，控制部8通過學(xué)習(xí)冷卻實(shí)際效果，利用階段性地或者斷續(xù)地變更預(yù)先在第一冷卻工序～第二冷卻工序的每個(gè)工序中，從上部頭3排出的冷卻介質(zhì)的排出量、排出壓、溫度以及水分量中的至少任一種的程序，來調(diào)整冷卻速度。

另外，在上述實(shí)施方式中，在均熱工序時(shí)，利用頭部溫度計(jì)5檢測(cè)珠氏體變態(tài)的終止，本發(fā)明不限于該例。例如，也可以通過預(yù)先進(jìn)行預(yù)備冷卻，確定從冷卻開始到變態(tài)完成的時(shí)間，根據(jù)確定的時(shí)間，終止均熱工序。另外，也可以根據(jù)到利用導(dǎo)熱模擬等預(yù)測(cè)的珠氏體變態(tài)終止的時(shí)間，終止均熱工序。

進(jìn)一步地，頭部溫度計(jì)5以及腳部溫度計(jì)6也可以分別設(shè)置多個(gè)。在該情況下，也可以使多個(gè)頭部溫度計(jì)5以及腳部溫度計(jì)6測(cè)定頭頂面以及腳背面的分別不同的位置，將測(cè)定結(jié)果的平均值等作為頭頂面以及腳背面的表面溫度進(jìn)行計(jì)算。

進(jìn)一步地，熱處理裝置2也可以在上部頭3以及下部頭4，或夾具7a、7b中的至少一方具有在鋼軌1的長(zhǎng)度方向振蕩的振蕩機(jī)構(gòu)。振蕩機(jī)構(gòu)在第一冷卻工序～第二冷卻工序中的、至少一個(gè)工序中，使上部頭3以及下部頭4，或夾具7a、7b中的至少一方振蕩。由此，通過使冷卻介質(zhì)相對(duì)于鋼軌1的排出區(qū)域相對(duì)移動(dòng)，而能夠更均勻地冷卻鋼軌1。

進(jìn)一步地，熱處理裝置2作為冷卻鋼軌1的機(jī)構(gòu)，具有上部頭3以及下部頭4，本發(fā)明不限于該例。例如，熱處理裝置2也可以根據(jù)需要，具有進(jìn)一步具有對(duì)腹部1c進(jìn)行冷卻的中部頭。中部頭與上部頭3以及下部頭4同樣地構(gòu)成，從中部頭的噴嘴排出的冷卻介質(zhì)流向腹部1c。

進(jìn)一步地，在上述實(shí)施方式中，在第二冷卻工序中，強(qiáng)制冷卻至20℃以上450℃以下，本發(fā)明不限于該例。在第二冷卻工序中，也可以不利用強(qiáng)制冷卻而利用自然冷卻，來對(duì)鋼軌1進(jìn)行冷卻。此外，在第二冷卻工序中，通過進(jìn)行強(qiáng)制冷卻，與利用自然冷卻來冷卻鋼軌1的情況相比，具有提高內(nèi)部硬度的優(yōu)點(diǎn)。

＜本發(fā)明的實(shí)施方式的效果>

以下，說明本發(fā)明的實(shí)施方式的效果。

(1)在本發(fā)明的實(shí)施方式的熱處理鋼軌的制造方法中，在對(duì)熱軋后的高溫的鋼軌1，或加熱后的高溫的鋼軌1的至少頭部進(jìn)行強(qiáng)制冷卻時(shí)，從鋼軌1的頭部1a的表面溫度為奧氏體區(qū)域溫度以上的狀態(tài)開始強(qiáng)制冷卻，在開始強(qiáng)制冷卻后，在頭部1a的表面溫度成為500℃以上700℃以下前，以10℃/sec以上的冷卻速度進(jìn)行強(qiáng)制冷卻(第一冷卻工序)。

利用上述構(gòu)成，通過從奧氏體區(qū)域溫度以上的狀態(tài)急劇冷卻到產(chǎn)生珠氏體變態(tài)的溫度區(qū)域，使珠氏體組織的層間隔細(xì)微化。因此，即便在添加各種合金元素的情況下，也能夠制造頭部1a的表層在硬度以及韌性方面優(yōu)秀的熱處理鋼軌。另外，利用上述構(gòu)成，如專利文獻(xiàn)2所記載的方法那樣，與反復(fù)進(jìn)行冷卻、加熱的冷卻模式相比，能夠提高生產(chǎn)率，能夠獲得能量原單位的削減效果。

(2)開始強(qiáng)制冷卻時(shí)的頭部1a的表面溫度為800℃以上。

利用上述構(gòu)成，能夠制造硬度、韌性優(yōu)秀的熱處理鋼軌。

(3)在開始強(qiáng)制冷卻之后，頭部1a的表面溫度為500℃以上700℃以下前，以10℃/sec以上的冷卻速度進(jìn)行強(qiáng)制冷卻后，在珠氏體變態(tài)終止前，以-5℃/sec以上5℃/sec以下的冷卻速度對(duì)頭部1a進(jìn)行冷卻(均熱工序)。

利用上述構(gòu)成，能夠使頭部1a整體的表層組織成為珠氏體組織。因此，即便在添加了各種合金元素的情況下，也能夠制造頭部1a的表層在硬度以及韌性方面優(yōu)秀的熱處理鋼軌。

(4)在珠氏體變態(tài)終止前，以-5℃/sec以上5℃/sec以下的冷卻速度進(jìn)行制冷卻后，在表面溫度成為450℃以下前，以15℃/sec以下的冷卻速度進(jìn)行強(qiáng)制冷卻。

利用上述構(gòu)成，能夠提高鋼軌的延展性。

(5)鋼軌1由含有質(zhì)量％為C：0.75％以上0.85％以下，Si：0.5％以上1％以下，Mn：0.5％以上1％以下，Cr：0.5％以上1％以下，V：0％以上0.01％以下，剩余部分為Fe以及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成的鋼構(gòu)成。

利用上述構(gòu)成，在(1)～(3)的熱處理?xiàng)l件的下，能夠獲得硬度、延展性、焊接性等優(yōu)秀的珠氏體鋼軌。

(6)鋼軌1由含有V：0.002％以上0.01％以下的鋼構(gòu)成。

利用上述構(gòu)成，能夠進(jìn)一步防止由于氫的殘留而導(dǎo)致的延遲破壞。

(7)本發(fā)明的實(shí)施方式的熱處理鋼軌的制造裝置具有對(duì)鋼軌1的至少頭部1a進(jìn)行強(qiáng)制冷卻的冷卻機(jī)構(gòu)3、控制冷卻機(jī)構(gòu)3的控制部8，控制部8從鋼軌1的頭部1a的表面溫度為奧氏體區(qū)域溫度以上的狀態(tài)開始強(qiáng)制冷卻，在開始強(qiáng)制冷卻后，以10℃/sec以上的冷卻速度強(qiáng)制冷卻，直至表面溫度成為500℃以上700℃以下。

利用上述構(gòu)成，能夠獲得與(1)同樣的效果。

實(shí)施例

接著，說明本發(fā)明者進(jìn)行的實(shí)施例。

在實(shí)施例中，與上述實(shí)施方式同樣地，利用熱處理裝置2對(duì)在900℃下進(jìn)行熱軋的長(zhǎng)條的鋼軌1進(jìn)行強(qiáng)制冷卻，然后，調(diào)查表面組織以及硬度。鋼軌1中使用含有C：0.75％以上0.85％以下，Si：0.5％以上1％以下，Mn：0.5％以上1％以下，Cr：0.5％以上1％以下，以及V：0.002％以上0.01％以下，剩余部分為Fe以及不可避免的雜質(zhì)的鋼。此外，上述成分范圍表示后述多個(gè)實(shí)施例以及比較例中的成分的偏差。

首先，將在900℃下熱軋的長(zhǎng)條的鋼軌1搬送至熱處理裝置2，利用夾具7a、7b固定鋼軌1的腳部1b。

接下來，進(jìn)行第一冷卻工序～第二冷卻工序，對(duì)鋼軌1進(jìn)行強(qiáng)制冷卻。就冷卻介質(zhì)而言，在冷卻速度的絕對(duì)值不足10℃/sec的范圍內(nèi)，使用空氣，在冷卻速度的絕對(duì)值為10℃/sec以上的范圍內(nèi)，使用霧。另外，根據(jù)頭部溫度計(jì)5的測(cè)定結(jié)果，在冷卻介質(zhì)為空氣的情況下，將噴射壓力作為目標(biāo)溫度經(jīng)歷，在冷卻介質(zhì)為霧的情況下，將投入水分量(氣水比)作為目標(biāo)溫度經(jīng)歷進(jìn)行調(diào)整，從而調(diào)整冷卻速度。進(jìn)一步地，均熱工序的終止的時(shí)機(jī)為根據(jù)頭部溫度計(jì)5的測(cè)定結(jié)果使冷卻速度急速增大的時(shí)機(jī)。

進(jìn)一步地，將鋼軌1從熱處理裝置2取出，通過進(jìn)一步自然冷卻至常溫來制造熱處理鋼軌。然后，利用SEM觀察頭部1a整體的表層組織，利用表面布氏硬度試驗(yàn)測(cè)定頭部1a的表層的硬度。

另外，作為比較例，為強(qiáng)制冷卻開始時(shí)的表面溫度、第一冷卻工序中的冷卻速度、第一冷卻工序終止時(shí)的表面溫度以及均熱工序中冷卻速度中的任一種，但對(duì)于超過上述實(shí)施方式的范圍的條件，也同樣地實(shí)施，對(duì)于獲得的熱處理鋼軌，調(diào)查表面組織以及硬度。

表1分別表示實(shí)施例1～4、比較例1～5的，制造條件、表層組織的觀察結(jié)果以及表層硬度的測(cè)定結(jié)果。在實(shí)施例1～4中，在強(qiáng)制冷卻開始時(shí)的頭部1a的表面溫度為730℃以上和奧氏體區(qū)域溫度以上，第一冷卻工序的冷卻速度為10℃/sec以上，第一冷卻工序終止時(shí)的頭部1a的目標(biāo)表面溫度即目標(biāo)均熱溫度為500℃以上，以及均熱工序的冷卻速度范圍為-5℃/sec以上5℃/以下的條件下進(jìn)行制造。此外，在實(shí)施例1～4以及比較例1～5中，在第一冷卻工序終止時(shí)，即均熱工序開始時(shí)的頭部1a的表面溫度成為與目標(biāo)均熱溫度相同的溫度。

另一方面，在比較例1中，在開始第一冷卻工序時(shí)的頭部1a的表面溫度為700℃和奧氏體區(qū)域溫度以下，與上述實(shí)施方式相比，強(qiáng)制冷卻開始時(shí)的表面溫度低的條件下制造熱處理鋼軌。在比較例2中，在終止第一冷卻工序時(shí)的頭部1a的目標(biāo)表面溫度為720℃、與上述實(shí)施方式相比，第一冷卻工序終止時(shí)的表面溫度高的條件下制造熱處理鋼軌。在比較例3中，在終止第一冷卻工序時(shí)的頭部1a的目標(biāo)表面溫度為450℃、與上述實(shí)施方式相比，第一冷卻工序終止時(shí)的表面溫度低的條件下制造熱處理鋼軌。在比較例4中，在第一冷卻工序的冷卻速度為5℃/sec、與上述實(shí)施方式相比，冷卻速度低的條件下制造熱處理鋼軌。在比較例5中，在均熱工序的冷卻速度為-8℃/sec以上8℃/sec以下、超過實(shí)施例1～4的范圍的較大的范圍的條件下制造熱處理鋼軌。此外，比較例1～5中的上述以外的制造條件為與實(shí)施例同樣的范圍。

[表1]

對(duì)于表層組織的觀察結(jié)果，在實(shí)施例1～4的熱處理鋼軌中，頭部1a整體的表層組織確認(rèn)為比馬氏體組織的韌性優(yōu)秀的100％珠氏體組織。另外，在表層硬度的測(cè)定結(jié)果中，在實(shí)施例1～4的熱處理鋼軌中，確認(rèn)了獲得了作為目標(biāo)的HB380以上的硬度。另一方面，在比較例1、2、4、5的熱處理鋼軌中，雖然表層組織成為珠氏體組織，但表層硬度都不足HB380，確認(rèn)不能獲得作為目標(biāo)的硬度。另外，在比較例3的熱處理鋼軌中，表層組織成為貝氏體組織，而不能獲得作為目的的珠氏體組織，硬度也不足HB380。

基于以上結(jié)果，利用本發(fā)明的熱處理鋼軌的制造方法，確認(rèn)了能夠制造表面硬度以及韌性優(yōu)秀，添加了各種合金元素的珠氏體類的熱處理鋼軌。

進(jìn)一步地，本發(fā)明者調(diào)查了第二冷卻工序中的冷卻速度以及冷卻停止溫度對(duì)于鋼軌1的頭部1a的內(nèi)部硬度以及鋼軌1的延展性的影響。在該調(diào)查中，強(qiáng)制冷卻開始溫度、目標(biāo)均熱溫度以及第一冷卻工序中的平均冷卻速度為與表1中的實(shí)施例2相同的條件，第二冷卻工序后的表面溫度(冷卻停止溫度)，平均冷卻速度為與表2所示的條件。另外，對(duì)于所獲得的鋼軌1，利用頭頂對(duì)角中心位置的硬度(內(nèi)部硬度)測(cè)定，以及，從頭頂對(duì)角中心位置拉伸方向?yàn)殇撥夐L(zhǎng)度方向的圓桿拉伸試驗(yàn)片，進(jìn)行拉伸(全拉伸El)的調(diào)查。在表2中，一并表示內(nèi)部硬度和拉伸的調(diào)查結(jié)果。

[表2]

在實(shí)施例2、5～11的任一實(shí)施例中，表示表層硬度高的值。并且，在第二冷卻工序的冷卻停止溫度為50℃以上450℃以下，并且，第二冷卻工序的平均冷卻速度為15℃/sec以下的實(shí)施例2以及實(shí)施例5～8以及12滿足HB310以上的內(nèi)部硬度，以及，13％以上的伸長(zhǎng)。另一方面，在第二冷卻工序的平均冷卻速度超過15℃/sec的實(shí)施例9，以及，第二冷卻工序的冷卻停止溫度超過450℃的實(shí)施例11中，伸長(zhǎng)分別為8％、9％。根據(jù)這些結(jié)果，基于鋼軌1的延展性的觀點(diǎn)，能夠確認(rèn)實(shí)施例2、5～8的條件優(yōu)秀。另外，在第二冷卻工序的冷卻停止溫度不足50℃的實(shí)施例10中，雖然剛冷卻后，沒有問題，但在保存中的實(shí)驗(yàn)取樣中，會(huì)產(chǎn)生推定為由于氫的殘留而造成的破裂。

基于以上結(jié)果，通過使第二冷卻工序的冷卻速度為15℃/sec以下，冷卻停止溫度為20℃以上，更有選為50℃以上，進(jìn)一步優(yōu)選為300℃以上，并且，在450℃以下的范圍，能夠確認(rèn)能夠確保鋼軌1的延展性。

附圖標(biāo)記說明

1：鋼軌

1a：頭部

1b：腹部

1c：腳部

1d：頭頂面

1e、1f：頭側(cè)面

1g：腳背面

2：熱處理裝置

3、3a、3b、3c：上部頭

4：下部頭

5：頭部溫度計(jì)

6：腳部溫度計(jì)

7a、7b：夾具

8：控制部