[发明专利]钢轨以及钢轨的制造方法

说明书

一种钢轨，以质量％计含有C：0.75～1.20％、Si：0.10～2.00％、Mn：0.10～2.00％、Cr：0.10～1.20％、V：0.010～0.200％、N：0.0030～0.0200％、P≤0.0250％、S≤0.0250％，而且根据需要在规定的范围内含有选自Mo、Co、B、Cu、Ni、Nb、Ti、Mg、Ca、REM、Zr和Al元素之中的1种以上，余量包含Fe以及杂质，以头部外廓表面为起点直到25mm深度为止的范围的组织包含面积率为95％以上的珠光体组织，并且，组织的硬度为Hv360～500的范围，在以头部外廓表面为起点的深度为25mm的位置的珠光体组织中的铁素体相中，粒径为0.5～4.0nm的含有Cr的V氮化物的个数密度为1.0×10¹⁷～5.0×10¹⁷cm^‑3的范围。

技术领域

本发明涉及钢轨及其制造方法，所述钢轨是在货物运输铁道中使用的高强度钢轨，其耐磨损性和耐内部疲劳损伤性优异。

本申请基于在2018年9月10日在日本申请的专利申请2018-168799号要求优先权，将其内容援引于此。

背景技术

伴随着经济发展，煤等天然资源的新的开发正在推进。具体而言，以往未开发的自然环境严酷的地区中的天然资源的开采挖掘正在推进。与之相伴，在输送资源的货物运输铁道中，轨道环境变得显著严酷。其结果，对钢轨要求比以往高的耐磨损性。

另外，对于货物运输铁道而言，近年来铁道输送进一步过于密集化，从钢轨头部内部(从头部外廓表面起算的深度为20～30mm的位置)发生的疲劳损伤令人担忧。

从这样的背景出发，要求开发使耐磨损性和耐内部疲劳损伤性提高的高强度钢轨。

为了改善钢轨的耐磨损性，例如，曾开发了如专利文献1～2中所示那样的高强度钢轨。这些钢轨的主要特征在于，为了使耐磨损性提高，通过热处理将珠光体组织中的层片间距微细化从而使钢的硬度增加，或者增加钢的碳量从而使珠光体组织中的层片中的渗碳体相的体积比率增加。

具体而言，在专利文献1中公开了：能够通过将轧制结束后的或者再加热了的钢轨头部从奥氏体区温度开始在850～500℃间的冷却速度为1～4℃/秒的条件下加速冷却，来提供耐磨损性优异的钢轨。

另外，在专利文献2中公开了：能够通过使用过共析钢(C：大于0.85％且在1.20％以下)，并使珠光体组织中的层片中的渗碳体体积比率增加，来提供耐磨损性优异的钢轨。

根据专利文献1或2中公开的技术，通过由珠光体组织中的层片间距的微细化带来的高硬度化或使珠光体组织中的层片中的渗碳体相的体积比率增加，能够谋求一定范围的耐磨损性的提高。

可是，专利文献1和2中所公开的高强度钢轨，不能够抑制内部疲劳损伤的发生。

针对上述课题，曾提出了例如如专利文献3、4或5所示那样的高强度钢轨。这些钢轨的主要特征在于，为了除了使耐磨损性提高以外，还使耐内部疲劳损伤性提高，添加微量的合金并控制珠光体相变，或者通过合金的控制、微量的合金的添加而使珠光体组织中生成析出物，由此使头部内部的硬度提高。

具体而言，在专利文献3中公开了：通过向过共析钢(C：大于0.85％且在1.20％以下)中添加B来控制头部内部的珠光体组织的相变温度，由此使头部内部的硬度提高。另外，在专利文献4中公开了：通过向过共析钢(C：大于0.85％且在1.20％以下)中添加V和N，使珠光体组织中析出V的碳氮化物，由此使头部内部的硬度提高。而且，在专利文献5中公开了：通过以共析钢(C：0.73～0.85％)为基础，控制Mn和Cr的含量，来使头部内部的硬度提高。