[发明专利]耐磨损性和耐内部损伤性优良的钢轨及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及大幅度提高重载铁道要求的耐磨损性和内部损伤性的铁道用钢轨及其制造方法。

背景技术

作为铁路运输高效率化的手段，正在谋求列车速度的提高和列车装载重量的增加。像这样的铁路运输的效率化意味着钢轨使用环境的严酷化，要求钢轨材质的进一步改善。具体地说，敷设在重载铁道的曲线区间的钢轨，磨损急剧增加，明显降低钢轨的寿命。可是，由于最近用于钢轨高强度化的热处理技术提高，已开发呈现使用共析碳钢的细珠光体组织的高强度钢轨，例如已开发(1)轨头部是索氏体组织或者细珠光体组织的重载用热处理钢轨(参照特公昭54-25490号公报)，(2)添加Cr、Nb等合金元素，不仅改善耐磨损性而且改善焊接区的硬度低的低合金热处理钢轨(参照特开昭59-19173号公报)等，飞跃地改善重载铁道钢轨的寿命。

这些钢轨的特征是，呈现由共析碳钢而产生细珠光体组织的高强度钢轨，作为其目的在于提高耐磨损性。

但是，近年来的重载铁道，为了进一步使铁道运输效率化，所以强烈推进货物的高轴重化，特别在急曲线轨道，即使使用上述开发的钢轨耐磨损性也成难题，再者也担心钢轨轨头内部发生疲劳损伤。由于这样的背景，要求具有比现有共析碳钢的高强度钢轨更高耐磨损性和耐内部疲劳损伤性的钢轨。

发明的公开

作为提高以往钢轨钢所使用的共析碳成分的珠光体组织耐磨损性，进而改善轨头内部疲劳损伤性的方法，一般考虑提高珠光体组织的硬度，而且至轨头内部保持提高珠光体织硬度的方法。

但是，在呈现共析碳成分的珠光体组织的高强度钢轨中，现有的硬度是上限，若以提高硬度并维持至其钢轨轨头内部为目的，增加热处理冷却速度和合金添加量，则在珠光体组织中生成马氏体组织等异常硬化相，这会引起钢轨的延展性、耐疲劳损伤性降低的问题。

再有，作为另一个解决对策，考虑利用珠光体组织以外的耐磨损性高的金属组织，但是没有发现比细珠光体组织更廉价、耐磨损性优良的材料。

因此，本课题是提供不含马氏体等异常硬化相、既保持珠光体组织又提高耐磨损性、而且能够使高硬度维持至钢轨轨头内部以有效地改善钢轨轨头内部疲劳损伤性的钢轨钢及其制造方法。

在这种状况下，本发明人观察珠光体组织的磨损机理，结果得到以下的见识。即(1)在与车轮的滚动接触下增加由加工硬化而引起的硬度上升，在形成珠光体的层状铁素体和渗碳体内，硬度低的铁素体被挤出，在此后的滚动接触面正下方仅积累硬度高的渗碳体而确保耐磨损性，(2)如果提高形成渗碳体所必需的碳含量，使珠光体中的渗碳体比率增加就可飞跃地提高耐磨损性。

再观察碳含量高的钢的连续冷却转变机理的结果，得到如下认识：若复合添加助长这种碳含量高的钢的渗碳体形成的元素，与以往的含共析碳的钢相比，则稳定至高连续冷却速度能够维持珠光体转变，即，能在宽的冷却速度范围内得到不含中间阶段组织和马氏体等异种组织的均珠光体组织。若利用此效果，则能够期待从钢轨轨头头顶面正下方直至钢轨内部都保持为高硬度。

本发明是基于这样的见识，目的在于提供重载铁道用钢轨所要求的耐磨、耐内部损伤性钢轨。

本发明是达到上述目的，其要点在于以下述为特征的耐磨损性、耐内部损伤性优良的钢轨及其制造方法，即按重量％，含有C:0.85以上-1.20％、Si:0.10-1.00％、Mn:0.40-1.50％、B:0.0005-0.0040％，还可根据需要含有Cr:0.05-1.00％、Mo:0.01-0.50％、V:0.02-0.30％、Nb:0.002-0.05％、Co:0.10-2.00％中1种或2种以上，，其余为Fe和不可避免的杂质组成的保持热轧高温热的钢轨，或者使为热处理目的加热至高温的钢轨轨头部从奥氏体区温度至冷却终止温度650-500℃之间以5-15℃/S加速冷却，从该钢轨的钢轨轨头部表面以该轨头部表面作为起点，使至少深度200mm范围呈现硬度为Hv370以上的珠光体组织，而且上述范围的硬度差是Hv30以下。

对附图的简要说明

图1是表示本发明钢轨由于添加B对转变产生影响的连续冷却曲线。

图2是表示从本发明钢轨轨头部热处理后的表面的硬度变化曲线图。

图3(a)和图3(b)是表示从以往钢轨轨头部热处理后的表面的硬度变化，图3(a)是共析钢轨，图3(b)是过共析钢轨。

实施发明的最佳方式

下面，详细地说明本发明。

首先，说明在本发明中关于将钢轨钢的化学成分像上述那样限定的理由。