处理的处理步骤的流程图。
【具体实施方式】
[0038] 下面，参照附图对作为本发明的第1和第2实施方式的钢轨的制造装置的结构及 其动作进行说明。
[0039]〔第1实施方式〕
[0040] [整体结构]
[0041] 首先，参照图1，对作为本发明的第1实施方式的钢轨的制造装置的整体结构进行 说明。
[0042] 图1是示出作为本发明的第1实施方式的钢轨的制造装置的整体结构的示意图。 如图1所示，作为本发明的第1实施方式的钢轨的制造装置1用于在符合所期望的硬度等 所要求的品质的特定冷却条件下将产品截面形状的钢轨强制冷却，其具备冷却装置2。
[0043] 冷却装置2为对高温钢轨进行后述的强制冷却的装置，该高温钢轨为在乳钢机4 中以奥氏体区温度以上进行热乳后根据情况用切断机5进行分割而成的高温钢轨、或者为 再加热至奥氏体区温度以上的高温钢轨；其沿着在制造线内由搬运装置等形成的钢轨的搬 运路径与乳钢机同时进行设定。冷却装置2中，将被送入处理位置的钢轨的头部和脚部强 制冷却。
[0044] 需要说明的是，对钢轨来说，例如有时以100m左右的乳制长度的状态送入冷却装 置2中进行冷却，有时将每一根的长度例如切断（锯断）成25m左右的长度，之后送入冷却 装置2中进行冷却。作为将锯断的钢轨作为冷却对象的冷却装置，根据锯断后的长度来分 割冷却区域。
[0045] 在冷却装置2中被强制冷却的钢轨被搬运至冷却床6。
[0046][冷却装置的结构]
[0047] 接着，参照图2,对冷却装置2的结构进行说明。
[0048] 图2是示出图1所示的冷却装置2的结构的示意图。如图2所示，冷却装置2具 备：用于冷却钢轨10的头部11的头顶冷却头31及头侧冷却头33 (将头顶冷却头31和头 侧冷却头33统称为"头部冷却头；和用于冷却钢轨10的脚部13的脚心冷却头35。需要 说明的是，也可以为根据需要进一步具备用于冷却钢轨1的腹部15的冷却头的结构。
[0049] 头顶冷却头31、头侧冷却头33以及脚心冷却头35(下文中，将它们一并适宜称为 "冷却头31、33、35"）分别通过配管与冷却介质源连接，由未图示的多个喷嘴喷射冷却介质 (空气、喷雾水、喷雾等）。具体地说，头顶冷却头31的喷嘴在处理位置的钢轨1的头部11 上方沿着钢轨10的长度方向进行配置，向图3所示的头部11的头顶面111喷射冷却介质 (图2的箭头All)。另外，头侧冷却头33的喷嘴在处理位置的钢轨10的头部11两侧方沿 着钢轨10的长度方向进行配置，向图3所示的头部11的头侧面113、115喷射冷却介质（图 2的箭头A13)。另外，脚心冷却头35的喷嘴在处理位置的钢轨10的脚部13下方沿着钢轨 10的长度方向进行配置，向图3所示的脚部13的背面（脚心）131喷射冷却介质（图2的 箭头A15)。
[0050] 这些冷却头31、33、35分别以能够控制冷却介质的喷射的方式构成。即，以能够调 整由冷却头的排出量和排出压力、温度、水分量的方式构成。这些冷却介质的排出量和排出 压力、温度、水分量的调整用于改变冷却介质所产生的冷却能力，通过对它们进行调整，从 而控制头部11表面和脚部13背面的冷却速度。例如，对于冷却头31、33、35来说，在为使 用空气或喷雾水作为冷却介质的结构时，以能够调整冷却介质的排出量、排出压力和温度 中的至少任一者的方式构成即可。另外，对于冷却头31、33、35来说，在为使用喷雾作为冷 却介质的结构时，以能够调整排出量、排出压力、温度和水分量中的至少任一者的方式构成 即可。
[0051] 另外，冷却装置2在处理位置的钢轨10的脚部13的两侧方相互对置的位置具备 一对夹具37。该夹具37在两侧夹持处理位置的钢轨10的脚部13,使冷却中的钢轨10在上 下方向不会发生移动而限制其位移，沿着处理位置的钢轨10的长度方向在适当的位置设 置两个以上。例如，夹具37沿着处理位置的钢轨10的长度方向以约5m的间隔进行设置。
[0052] 另外，冷却装置2具备：设置于钢轨10的头部11上方并测定头部11的表面温度 (例如头顶面111内的1处）的头部温度计391 ;和设置于钢轨1的脚部13下方并测定脚 部13的表面温度（例如背面131内的1处）的脚部温度计393。如图4所示，这些头部温 度计391和脚部温度计393与控制部50连接，随时将测定值输出至控制部50。
[0053] 作为主要的功能部，控制部50具备温度监视部51和冷却速度控制部53。为了形 成不仅钢轨10的头部11的表面具有高耐磨耗性和高韧性、且内部（中心部）也具有高耐磨 耗性和高韧性的高硬度钢轨，使头部11整体发生珠光体相变很重要。为此，控制部50在开 始强制冷却至结束强制冷却的强制冷却过程中对头部11表面的冷却速度或升温速度进行 控制，从而保持或提高至少头部11表层在相变中的头部11的表面温度（冷却控制处理）。 本实施方式中，控制部50中，温度监视部51对由头部温度计391得到的测定结果、即冷却 中的钢轨10的头部11的表面温度进行监视，冷却速度控制部53基于表面温度历程（由头 部温度计391得到的测定结果历程）对冷却介质从冷却头31、33、35的喷射进行控制，从而 使头部11表面的冷却速度或升温速度为参照图5在下文中说明的速度模式。
[0054] 该控制部50与存储部7连接，该存储部7存储有为了实现冷却控制处理所需要的 程序和数据等。存储部7通过能够更新存储的闪存或RAM之类的各种1C存储器、硬盘、各 种存储介质等存储装置而实现。此外，虽未示出，但控制部50也可根据需要适宜连接有下 述装置：用于输入上述温度监视或冷却速度控制等所需要的信息的输入装置；或用于监视 显示冷却中的钢轨10的头部11或脚部13的表面温度等的显示装置；等等。
[0055] 首先，对冷却控制处理的原理进行说明。图5是说明通过作为本发明的第1实施 方式的冷却控制处理所实现的头部11表面的冷却速度或升温速度的速度模式的图。
[0056] (1)强制冷却开始后的10秒内的冷却速度
[0057] 向珠光体的相变大致在550°C~730°C的温度区域发生，但本发明的发明人发现， 在550°C以上650°C以下的温度区域相变的珠光体的耐磨耗性和韧性高。另外，本发明的发 明人发现，为了在该550°C以上650°C以下的温度区域发生珠光体相变，可以使强制冷却开 始后的10秒内的头部11表面的冷却速度为1°C /秒以上20°C /秒以下。
[0058] 因此，本实施方式的冷却控制处理中，如图5所示，强制冷却开始后的10秒内将头 部11的表面的冷却速度控制为1°C /秒以上20°C /秒以下的速度范围R1内。
[0059] 另外，在冷却高温钢材的情况下，一般来说刚开始强制冷却后（例如开始强制冷 却后的10秒）冷却速度快，之后随着温度降低，冷却速度降低。但是，根据本发明发明人的 研究，若将刚开始强制冷却后的冷却速度抑制为20°C /秒以下，不会发生贝氏体相变或马 氏体相变。因此，也可以使刚开始强制冷却后的冷却速度为1°C /秒以上。
[0060] (2)强制冷却开始后经过10秒后至头部11表面开始发生相变放热为止的期间的 冷却速度
[0061] 本发明发明人发现，冷却开始后经过10秒以后，需要以1°C /秒以上5°C /秒以下 的冷却速度将头部11表面冷却，至少头部11的表面开始发生相变放热之前，需要以rc / 秒以上5°C /秒以下的冷却速度将头部11表面冷却。若以超过5°C /秒的冷却速度进行冷 却，则相变温度变得过低，结果发生贝氏体相变或马氏体相变，引起头部11的耐磨耗性或 韧性的降低。另一方面，以小于rc /秒进行冷却时，相变开始温度提高，会发生相变开始温 度升高至超过650°c的温度的情况。如上所述，若相变开始温度超过650°C，则耐磨耗性或 韧性降低，因而不优选。
[0062] 因此，在本实施方式的冷却控制处理中，如图5所示，强制冷却开始后经过10秒 后至头部11表面开始发生相变放热的时刻T A为止的期间，按照头部11表面的冷却速度在 1°C /秒以上5°C /秒以下的速度范围R3内的方式进行控制。
[0063] (3)相变中的冷却速度或升温速度
[0064] 在强制冷却开始后的冷却初期，头部11的表面温度逐渐降低，由于该表面温度的 降低，头部11表层的相变（珠光体相变）开始。此处，相变中，冷却速度因相变放热而迅速 降低。之后，随着相变的进行，头部11的表面温度暂时上升（升温）（冷却速度为负值）。 并且，头部11的表面温度在头部11表层的珠光体相变几乎完成的时刻再次开始降低。
[0065] 本发明发明人发现，为了使头部11整体发生珠光体相变，头部11表面开始发生相 变放热，之后可保持头部11的表面温度或以5°C /秒以下的升温速度进行升温，珠光体相 变被促进。此处，保持温度是指头部11表面的冷却速度小于1°C/秒的状态。若升温速度 为5°C /秒以上，则头部11表层的相变放热变得过大，无法确保头部11中心部的冷却速度。 结果，头部11中心部的相变温度上升，头部11中心部的硬度降低，无法得到高耐磨耗性。
[0066] 因此，在本实施方式的冷却控制处理中，如图5所示，将如上所述头部11表面开始 发生相变放热的时刻T A至头部11表面结束相变放热的时刻T 8为止的期间作为相变中，该 相变中，为了使冷却（冷却介质的喷射）本身不停止而继续、同时保持头部11表面的温度， 以头部11表面的冷却速度小于1°C /秒的方式对TA~T 8进行控制，或者以头部11表面的 升温速度为5°C /秒以下的方式进行控制。即，按照头部11表面的冷却速度在-5°C /秒以 上且小于1°C /秒的速度范围R5内的方式进行控制。5°C /秒以下的升温速度可以通过考 虑上述相变放热来进行冷却介质的喷射控制从而在继续冷却的同时而实现。
[0067] 此处，相变开始时刻TA如下判断即可：预先求出不发生相变放热时的冷却介质的 喷射条件（压力或流量等）与冷却速度的关系，不满足该关系时，即以某种喷射条件进行强 制冷却时实际得到的冷却速度慢于由该关系得到的冷却速度时，作为相变开始时刻T A。或 者，可以预先求出能够实现相变前的冷却速度1°C /秒以上5°C /秒以下的某种一定的冷却 介质喷射条件，在预先求出的一定的冷却介质喷射条件下进行强制冷却，将转变为升温时 作为相变开始时刻T A。无论是哪种判断方法，所判断的相变开始时刻TA均无大幅偏差，从 防止头部11中心部的相变温度上升的方面出发没有差异。关于头部11表面的相变放热结 束时刻T B，也利用相同的方法将相变放热导致的冷却速度的降低或升温消失时作为相变放 热结束时刻TB，由此可进行判断。