耐延迟破坏特性优良的高强度珠光体系钢轨的制作方法

专利名称：：耐延迟破坏特性优良的高强度珠光体系钢轨的制作方法
技术领域：
：本发明涉及具有1200MPa以上的拉伸强度(tensilestrength)的耐延迟破坏特性(delayedfractureproperties)优良的高强度珠光体系钢轨(high-strengthpearliticsteelrail)。
背景技术：
：作为以搬运矿石(mineralore)为主体的矿山铁路(miningrailway)等列车(train)或货车(freightcar)的载重量大的铁路的大轴重铁路(high-axleloadrailway),施加在货车的车轴(axle)上的载重(load)远远大于客车(passengercar),钢轨的使用环境(useenvironment)也苛亥U。在这样的环境下使用的钢轨，以往，从重视耐磨损性(significantconcernofwearresistance)的观点出发，使用主要具有珠光体组织(pearliticstmcture)的钢。但是，近年来，为了有效地利用铁路运输，对货车的载重量(carryingcapacity)进一步增加，钢轨的使用环境变得更加苛刻，对于钢轨，要求进一步提高耐磨损性(wearresistance)和耐疲劳损伤性(rollingcontactfatigue(RCF)resistance)。对于上述要求，从重视耐磨损性和耐疲劳损伤性的观点出发，以钢轨的高强度化为目的，提出了如日本特开平7-18326号公报所示的拉伸强度为120kg/mm、1200MPa)以上的高强度珠光体系钢轨。但是，已知拉伸强度为1200MPa以上的高强度钢的延迟破坏的危险性变高，在日本特开平7-18326号公报的技术中，虽然为高强度，但耐延迟破坏特性不充分。作为改善高强度珠光体钢的延迟破坏特性的技术，例如，日本专利第3648192号公报、日本特开平5-287450号公报中，公开了通过将高强度珠光体钢进行强冷拉加工(highwiredrawingprocess)而使耐延迟破坏特性提高的技术。但是，将该技术应用于钢轨时，产生利用强冷拉加工的制造成本增加的问题。作为上述之外的改善耐延迟破坏特性的方法，已知控制A类夹杂物(Atypeinclusion)的形态(figure)和量(volume)是有效的。在日本特开2000-328190号公报、日本特开平6-279928号公报、日本专利第3323272号公报、日本特开平6-279929号公报中公开了对于钢轨钢中的A类夹杂物的形态和量的控制。但是，日本特开2000-328190号公报、日本特开平6-279928号公报、日本专利第3323272号公报、日本特开平6-279929号公报以改善钢轨的韧性(toughness)、延展性(ductility)为目的，例如，日本特开平6-279928号公报中，公开了通过将A类夹杂物的尺寸控制在0.1~20/mi和将A类夹杂物的个数控制在每1mm2为25~11000个而提高钢轨的韧性和延展性的方法，并没有限定必须得到良好的耐延迟破坏特性。另一方面，在日本专利第351327号公报、日本专利第3631712号公报中，公开了以改善钢轨用材料的延展性和韧性为目的而添加Ca。例如，在日本专利第3513427号公报中，添加0.0010~0.0150%的Ca而形成作为CaS的硫化物，使MnS在该CaS中微细地分散，在MnS的周围形成Mn的稀薄带(dilutezone),有助于珠光体相变(pearlitetransformation)的产生，使该珠光体块尺寸(pearliteblocksize)微细化，由此提高钢轨的延展性、韧性的方法。但是，虽然延展性、韧性提高，但没有考虑耐延迟破坏特性。而且，Ca添加量增多时，在钢中生成粗大的C类夹杂物(Ctypeinclusion),因此相对于疲劳损伤的耐性(RCFresistance)下降。在此，A类夹杂物和C类夹杂物是由JIS(JapaneseIndustrialStandards)G0555附录l(appendixl)定义的夹杂物。
发明内容本发明鉴于上述问题，目的在于提供价廉、拉伸强度为1200MPa以上且耐延迟破坏特性优良的高强度珠光体系钢轨。为了解决上述问题，本发明提供下述(I卜(IO)。(1)一种耐延迟破坏特性优良的高强度珠光体系钢轨，其以质量％计，含有C:0.6~1.0%、Si:0.1~1.5%、Mn:0.4~2.0%、P:0.035。/。以下、S:0.0005~0.010%，余量由Fe和不可避免的杂质组成，拉伸强度为1200MPa以上，并且至少轨头部的长度方向的截面上A类夹杂物的长边尺寸为250/mi以下，且该轨头部的长度方向的截面上长边尺寸为1/mi以上、以下尺寸的A类夹杂物在每lmn^被检测面积上的存在少于25个。(2)如上述(1)所述的耐延迟破坏特性优良的高强度珠光体系钢轨，其中，以质量％计，还含有Ca:0.0010.010。/。以下，至少轨头部的C类夹杂物的长边尺寸为50Mm以下，并且该轨头部的长度方向的截面上长边尺寸为以上、50/mi以下的C类夹杂物在每lmn^被检测面积上为0.2个以上、IO个以下。(3)如上述(2)所述的耐延迟破坏特性优良的高强度珠光体系钢轨，其中，控制所述成分组成中的0为0.004%以下。(4)如上述(2)或(3)所述的耐延迟破坏特性优良的高强度珠光体系钢轨，其中，所述成分组成中，由下式(l)定义的ACR为0.05以上、1.20以下，1[°/。C"]—{0.18+130[%C"〗}[%(9].....(1)1.25關在此，ACR:原子浓度比(AtomicConcentrationRatio)[%Ca]:Ca质量。/。含量[%0]:0质量％含量[%s]:s质量y。含量。(5)如上述(1)(4)中任一项所述的耐延迟破坏特性优良的高强度珠光体系钢轨，其中，所述成分组成中，氢量为2质量ppm以下。(6)如上述(1)(5)中任一项所述的耐延迟破坏特性优良的高强度珠光体系钢轨，其中，以质量％计，所述成分组成还含有选自V:0.5M以下、Cr:1.5%以下、Cu:1.0%以下、Ni:1.0%以下、Nb:0.05%以下、Mo:1.0%以下和W:1.0。/。以下中的1种或2种以上。(7)—种耐延迟破坏特性优良的高强度珠光体系钢轨，其特征在于，以质量％计，含有C:0.6~1.0%、Si:0.2~1.2%、Mn:0.4~1.5%、P:0.035%以下、S:0.0005~0.010%，余量由Fe和不可避免的杂质组成，拉伸强度为1200MPa以上，并且至少轨头部的长度方向的截面上A类夹杂物的长边尺寸为250/rni以下，且该轨头部上I/mi以上、250/mi以下尺寸的A类夹杂物在每lmn^被检测面积上的存在少于25个。(8)如上述(7)所述的耐延迟破坏特性优良的高强度珠光体系钢轨，其特征在于，以质量％计，还含有选自V:0.5。/。以下、Cr:1.5。/。以下、Cu:P/。以下、Ni:l。/。以下、Nb:0.05。/。以下、Mo:0.5。/。以下、W:P/。以下中的1种或2种以上。(9)一种耐延迟破坏特性优良的高强度珠光体系钢轨，其特征在于，具有如下成分组成以质量％计，含有C:0.6。/。以上、1.0%以下、Si:0.1%以上、1.5%以下、Mn:0.4"/o以上、2.0%以下、P:0.035"/o以下、S:0.0100%以下和Ca:0.0010。/。以上、0.010%以下，余量实质上由Fe和不可避免的杂质组成；拉伸强度为1200MPa以上，至少轨头部的长度方向的截面上C类夹杂物的长边尺寸为50Mm以下，并且该轨头部的长度方向的截面上长边尺寸为1/mi以上、50/mi以下的C类夹杂物在每lmn^被检测面积上为0.2个以上、IO个以下。(10)如上述(9)所述的耐延迟破坏特性优良的高强度珠光体系钢轨，其中，控制所述成分组成中的O为0.002%以下。图1是表示用于夹杂物的尺寸测定、夹杂物的个数测定的样品的采集位置(collectionposition)和尺寸的图。图2是表示用于钢中氢量的测定的样品的采集位置的图。图3是表示SSRT(SlowStrainRatetechnique,慢性应变速率技术)试验片(testpiece)的采集位置的图。图4是表示用于SSRT试验的试验片的形状和尺寸的图。图5是表示拉伸试验片的采集位置的图。图6是表示S量对本发明材料和比较材料上A类夹杂物的个数和延迟破坏敏感性提高率(improvedvalueofdelayedfracturesensibility)的影响的曲线图。图7是表示S量对本发明材料和比较材料上A类夹杂物的长边尺寸和延迟破坏敏感性提高率的影响的曲线图。图8是表示用于疲劳损伤试验的样品采集位置的图。图9是表示用于疲劳损伤试验的样品的形状的图。图IO是表示本发明材料和比较材料上C类夹杂物的最大尺寸大小对疲劳损伤性的影响的曲线图。图11A是表示本发明材料和比较材料上C类夹杂物的个数对耐延迟破坏敏感性提高率的影响的曲线图。图11B是表示本发明材料和比较材料上C类夹杂物的个数对耐疲劳损伤性的影响的曲线图。具体实施方式本发明人为了解决上述
背景技术：
中记载的问题，研究在使成分组成最佳化并改变A类夹杂物的形态和量、钢中氢量的钢轨，结果发现，钢轨中的A类夹杂物的长边尺寸小于1/mi时，大致为球状，因而对耐延迟破坏特性没有大的影响，但当为以上时，由于长，因而对耐延迟破坏特性的影响变大，因此，通过控制长边尺寸为1/xm以上的A类夹杂物的个数，与以往的亚共析、共析和过共析型珠光体系钢轨相比，耐延迟破坏特性提高。而且，发现通过限制成为耐延迟破坏特性原因的钢中氢量，耐延迟破坏特性进一步提高。本发明基于上述见解，将钢轨中的成分规定在特定的范围内，并进行控制，使轨头部的长度方向的截面上长边的最大尺寸为250/xm以下、并且l/mi以上、250/mi以下尺寸的A类夹杂物在每lmr^被检测面积上的存在少于25个，由此，能够实现拉伸强度为1200MPa以上、并且具有优良的耐延迟破坏特性的珠光体系钢轨。另外，除此之外，通过使钢中氢量在2ppm以下，耐延迟破坏特性进一步提高。根据本发明，拉伸强度为1200MPa以上，并控制钢中的A类夹杂物的长边尺寸和个数，由此能不实施花费成本的强冷拉加工而使耐延迟破坏特性提高，因此能提供廉价且耐延迟破坏特性优良的高强度珠光体系钢轨。另外，本发明的钢轨通过使成分组成最佳化、特别是控制钢轨中C类夹杂物的长边尺寸以及规定的长边尺寸的C类夹杂物的个数，与以往的亚共析(hypoeutectoid)、共析(eutectoid)和过共析(hypereutectoid)型珠光体系组织构成的钢轨相比，耐延迟破坏特性提高。根据本发明，能够提供赋予大轴重铁路的钢轨长寿命(prolongationofraillife)、防止铁路事故(preventionofrailwayaccidents)的优良特性，即强度高且耐延迟破坏特性及耐疲劳损伤性优良的钢轨，在产业上也带来有效的效果。以下具体地说明本发明。首先，说明化学成分。本发明的钢轨，以质量％计，含有C:0.6~1.0%、Si:0.1~1.5%、Mn:0.4~2.0%、P:0.035。/o以下、S:0.0005~0.010%，余量由Fe和不可避免的杂质组成。而且，根据需要，还含有选自V:0.5。/。以下、&:1.5%以下、Cu:iyo以下、Ni:l。/。以下、Nb:0.05。/。以下、Mo:l。/。以下和W:l。/o以下中的1种或2种以上。另外，钢中氢量以质量标准计优选在2ppm以下。C:0.6~1.0%C在珠光体组织中形成渗碳体(cementite)，是用于确保钢轨的强度的必须元素，强度随着其添加量的增加而提高。C含量小于0.6。/。时，难以得到比以往的热处理型(heattreatmenttype)珠光体钢轨优良的强度。另一方面，当大于1.0%时，热压后相变时初生渗碳体(primarycementite)在奥氏体晶界(austenitegrainboundary)产生，延迟破坏特性显著下降。因此，使C含量为0.6~1.0%。而且，优选C含量为0.6~0.9%。.Si:0.1~1.5%Si是作为脱氧剂(deoxidizingagent)添加的元素，因此需要含有0.1%以上。而且，Si由于向珠光体中铁素体(ferrite)的固溶强化，具有使强度提高的效果，因而积极地添加。但是，Si的量如果超过1.5。/。，则由于Si具有的与氧的高结合力(bondingforce),产生大量氧化物类夹杂物，耐延迟破坏特性下降。因此，使Si含量为0.11.5。/。。优选使Si含量为0.2-1.2%。更优选使Si含量为0.2~0.9%。Mn:0.4~2.0%Mn由于使珠光体相变温度(pearlitetransformationtemperature)降低而使珠光体组织(pearliticstructure)的层片间距(lamellaespacing)变小，是赋予钢轨高强度、高延展性的元素。但是，其含量小于0.4%时，不能得到充分的效果，超过2.0%时，由于钢的显微偏析，容易产生马氏体组织(martensiticstructure),热处理和熔接时发生固化(hardening)、变脆(embrittlement)，材质变差。因此，使Mn含量为0.4~2.0%。更优选使Mn含量为0.4~1.5%。〗:0.035%以下超过0.035。/。含有P使延展性变差。因此，使P量为0.035%以下。更优选使P含量为0.020%以下。-3:0.0005~0.010%以下S主要以A类夹杂物的形态在钢中存在，但其含量超过0.010%时，该夹杂物量显著增加，产生粗大的夹杂物(roughandlargeinclusion),因此导致耐延迟破坏特性下降。另一方面，小于0.0005%时，导致钢轨钢的成本增加。因此，使S含量为0.0005~0.010%。更优选使S含量为0.00050.008%以下。进一步优选使S含量为0.0005~0.006%以下。以上为基本成分，但还可以含有以下的元素。《&:0.0010~0.010%以下Ca是控制本发明中C类夹杂物的形态、C类夹杂物的个数，特别是使钢轨钢的耐延迟破坏特性提高的重要元素。其含量小于0.0010%时，不能得到提高耐延迟破坏特性的效果。而且，超过0.010%时，钢轨钢的清洁性(cleanliness)下降，导致钢轨的耐疲劳损伤性下降。因此，使Ca量为0.0010-0.010%以下。优选使Ca含量为0.0010~0.008%以下。-0(氧):0.004%以下对于添加O(氧)，优选为0.004%以下。O有时形成氧化物类夹杂物而使钢轨的耐疲劳损伤性下降。SP，O的含量超过0.004%时，氧化物类夹杂物粗大化，耐疲劳损伤性下降。更优选使O含量为0.002%以下。-ACR(原子浓度比(AtomicConcentrationratio)):0.05以上、1.20以下关于上述基本成分Ca和S以及O，优选由下式(l)定义的ACR为0.05以上、1.20以下。1[%Cg〗-{0.18+130[%c"]}[%0〗.....(D—1.25在此，[%Ca]:Ca含量(质量。/。)[%0]:0含量(质量％)[%s]:s含量(质量y。)11上述ACR是进行C类夹杂物控制时的一个标准，但其值小于0.05时，不能进行后述有效的c类夹杂物形态控制，耐延迟破坏特性下降。另一方面，大于1.20时，对耐延迟破坏特性基本没有影响，但由于C类夹杂物大量产生，因此钢轨钢的耐疲劳损伤性下降。因此，特别是添加Ca时，优选使ACR为0.05以上、1.20以下。更优选使ACR为1.0以下。-￥:0.5%以下V在压制时和压制后以碳氮化物(carbonitride)析出，发挥作为氢的捕捉点(trapsite)的功能，耐延迟破坏特性提高，因此根据需要添加。为了得到该效果，V含量优选为0.005%以上。但是，若添加超过0.5%，则粗大的碳氮化物大量析出，因而导致延迟破坏特性下降。因此，添加V时，使其添加量为0.5%以下。《1":1.5%以下Cr是由于固溶强化而实现高强度的元素，根据需要添加。为了得到该效果，Cr含量优选为0.2%以上。但是，其含量超过1.5%时，淬火性提高，产生马氏体，延展性下降。因此，添加Cr时，使其含量为1.5%以下。'Cu:l。/。以下Cu与Cr同样，是由于固溶强化(solidsolutionhardening)而实现高强度的元素，根据需要添加。为了得到该效果，Cu含量优选为0.005%以上。但是，其含量超过1%时，产生Qi裂纹。但是，添加Cu时，优选使其含量为1%以下。-^:1%以下Ni是不使延展性变差而实现高强度的元素，根据需要添加。而且，由于与Cu复合添加能控制Cu裂纹，因此优选在添加Cu时也添加Ni。为了得到该效果，Ni含量优选为0.005%以上。但是，其含量超过1%时，淬火性提高，产生马氏体，延展性下降。因此，添加Ni时，使其含量为1%以下。-!^):0.05%以下Nb在压制时和压制后以碳氮化物析出，发挥作为氢的捕捉点的功能，延迟破坏特性提高，因此根据需要添加。为了得到该效果，Nb含量优选为0.005%以上。但是，若超过0.05%添加，则粗大的碳氮化物大量析出，因而导致延迟破坏特性下降。因此，添加Nb时，使其含量为0.05%以下。更优选为0.03%以下。.Mo:l"7。以下、W:l。/。以下Mo、W在压制时和压制后以碳化物析出，发挥作为氢的捕捉点的功能，延迟破坏特性提高，而且由于固溶强化而能实现高强度，因此根据需要添加。为了得到该效果，优选Mo、W含量各自为0.005%以上。但是，若Mo以超过l。/。添加、且W以超过l。/。添加，则产生马氏体，延展性下降。因此，添加Mo时使其含量为1%以下，添加W时使其含量为1%以下。更优选Mo为0.25%以下、W为0.50。/。以下。-钢中氧量2ppm以下氢是成为延迟破坏原因的元素。钢中氢量超过2ppm时，大量的氢堆积在夹杂物界面(boundaryofinclusion)上，容易产生延迟破坏。因此，优选将钢中氢量限制在2ppm以下。另外，余量为Fe和不可避免的杂质。在次，作为杂质，可以列举P、N、O等，P的上限值如上所述能容许为0.035%，N的上限值能容许为0.005%,O的上限值能容许为0.004%。另外，本发明中，能容许作为杂质混入的Al和Ti的上限值分别达到0.0010%。特别是，Al和Ti形成氧化物，钢中的夹杂物量增加，导致耐延迟破坏特性下降。而且，由于导致作为钢轨基本特性的耐疲劳损伤性下降，因此必须控制Al和Ti分别在0.0010%以下。下面说明拉伸强度、A类夹杂物和C类夹杂物的尺寸以及个数。在此，A类夹杂物和C类夹杂物是由JISG0555附录1定义的夹杂物。-拉伸强度1200MPa以上拉伸强度小于1200MPa时，钢轨的耐延迟破坏特性良好，但得不到与以往的珠光体系钢轨同等的耐磨损性(wearresistance)、耐疲劳损伤性。因此，使拉伸强度为1200MPa以上。-A类夹杂物的尺寸轨头部的长度方向的截面上A类夹杂物长边的最大尺寸为250/rni以下如果A类夹杂物的长度尺寸超过250Mm，则钢轨中产生粗大的夹杂物，因而耐延迟破坏特性下降。因此，钢轨中的A类夹杂物优选的长边的最大尺寸是轨头部长度方向的截面上的长边尺寸为250/rni以下。在此，将A类夹杂物长边的最大尺寸限制在250Mm以下是指，通过光学显微镜以500倍对50mm2的视野进行观察，测定所有每个A类夹杂物的长边尺寸时，长边尺寸最大的在250/mi以下。在此，对于后述的实施例，A类夹杂物的长边尺寸与疲劳损伤性的提高率的关系如图7中整理所示，A类夹杂物的长边的最大尺寸为250/mi以下时，钢轨的延迟破坏敏感性提高率为10%以上。因此，本发明中，将A类夹杂物的长边的最大尺寸限制在250Mm以下。-A类夹杂物的个数轨头部的长度方向截面上长边尺寸为以上、250/rni以下的夹杂物在每lmn^被检测面积上少于25个若长边尺寸为I/mi以上、250Mm以下的A类夹杂物的个数在每lmr^上为25个以上，则粗大的A类夹杂物增加，钢轨的耐延迟破坏特性显著下降。因此，轨头部长度方向的截面上的长边尺寸为Mm以上、250/rni以下的A类夹杂物在每lmn^被检测面积上少于25个。优选在每lnm^被检测面积上少于20个，更优选在每lmm2被检测面积上少于6个。钢轨中的A类夹杂物的尺寸小于lpm时，A类夹杂物球状化，即使在钢中存在，耐延迟破坏特性也不下降。本发明中，使lMm以上、250Mm以下尺寸的A类夹杂物的个数是特定的。接着，重要的是在钢轨的至少轨头部控制C类夹杂物的形态以及量。在此，C类夹杂物是由JISG0555附录1定义的夹杂物，在本发明中，作为评价C类夹杂物的量和形态的夹杂物使用。C类夹杂物的尺寸轨头部的长度方向的截面上长边尺寸为50Mm以下首先，由于钢轨的耐疲劳损伤性显著下降，因此C类夹杂物的长边尺寸超过50/mi的C类夹杂物的C类夹杂物的长边尺寸必须控制在50/mi以下。在此，所谓将C类夹杂物的长边尺寸控制在50Mm以下是指，通过光学显微镜以500倍对50mm2的视野进行观察，测定长边尺寸为0.5Mm的所有C类夹杂物的长边尺寸时，长边尺寸最大的在50/xm以下。在此，对于后述的实施例，C类夹杂物的长边尺寸与疲劳损伤性的提高率的关系如图10中整理所示，C类夹杂物的最大长边尺寸为50/m!以下时，能确保钢轨的疲劳损伤性与以往材料同等或在其之上。因此，本发明中，将C类夹杂物的长边的最大尺寸限制在50/xm以下。-C类夹杂物的个数轨头部的长度方向截面上长边尺寸为1/mi以上、50/mi以下的夹杂物在每lmn^被检测面积上为0.2个以上、10个以下而且在轨头部的长度方向截面上，将C类夹杂物的长边尺寸为以上、50Mm以下的夹杂物在每lmn^被检测面积上控制为0.2个以上、IO个以下。gp，C类夹杂物的长边尺寸小于1/xm的C类夹杂物由于球状化而对耐延迟破坏特性没有影响。反之，C类夹杂物的长边尺寸为lMm以上的C类夹杂物赋予耐延迟破坏特性。这样的对耐延迟破坏特性提高有贡献的长边尺寸为1/rni以上的C类夹杂物在每lrrn^被检测面积上必须为0.2个以上。在此，对于后述的实施例，C类夹杂物的长边尺寸为lpim以上的C类夹杂物的个数与延迟破坏敏感性的提高率的关系如图IIA中整理所示，在每lmm4皮检测面积上为0.2个以上时，该提高率达到10%以上(参考图IIA)。而且，若上述个数超过10个，则耐疲劳损伤性被阻碍，所以控制在10个以下(参考图IIB)。在此，C类夹杂物的长边的最大尺寸和长边尺寸为l;mi以上、50/mi以下的C类夹杂物的个数的测定，通过光学显微镜以500倍对50mn^的视野进行观察，测定所有每个C类夹杂物的长边尺寸，从而求得。接着，说明本发明的珠光体组织系钢轨的制造方法。本发明的钢轨，在转炉(steelconverter)或电炉(electricheatingfurnace)中熔炼钢，根据需要经过脱气(degasification)等二次精炼(secondaryrefining),将钢的成分组成调整到上述范围内，然后，例如通过连铸(continuouscasting(process))帝!j成初轧钢坯(bloom)。该连铸后的初轧钢坯，装入缓冷箱(slowcoolingbox),以0.5°C/s以下的冷却速度用40150小时进行冷却处理。通过该缓冷(slowcooling),能使钢中的氢量为2ppm以下。然后，将冷却处理后的初轧钢坯在加热炉中加热至1200~1350°C，进行热压，制成钢轨。此时，优选在轧制结束温度为900~1000°C、轧制后的冷却速度为rc/s以上、5°C/s以下的条件下进行。下面，说明本发明中规定的A类夹杂物和C类夹杂物的长边尺寸和规定尺寸的夹杂物的个数、以及钢中氢量的测定方法、延迟破坏特性敏感性和耐延迟破坏特性的评价方法。A类夹杂物的尺寸测定(dimensionalmeasurement)和个数测定将用于显微镜(microscope)观察的试验片以距轨头部表层12.7mm深度位置、距钢轨宽度方向中央5mm位置为起点，如图1所示以12.7mmxl9.lmm的钢轨长度方向截面为观察面采集样品，在被检测面上进行镜面精加工(mirrorfinish)。将该试验片中央部的5mmxl0mm(被检测面积50mm2)的范围在显微镜倍率(magnifyingpowerofamicroscope)500倍下，用非蚀刻法(no-etching)观察硫化物类非金属夹杂物(sulfidenonmetallicinclusion),测定所有每个A类夹杂物的长边尺寸。而且，在相同被检测面积内求出A类夹杂物的长边的最大尺寸。另外，测定长边尺寸为以上、250/nn以下的A类夹杂物的个数。将该个数换算成每lmm2的A类夹杂物个数。C类夹杂物的尺寸测定和个数测定将用于显微镜观察的试验片以距轨头部表层12.7mm深度位置、距钢轨宽度方向中央5mm位置为起点，如图l所示以12.7mmxl9.lmm的钢轨长度方向截面为观察面釆集样品，在被检测面上进行镜面精加工。将该试验片中央部的5mmxl0mm(被检测面积50mm"的范围在显微镜倍率500倍下，用非蚀刻法观察C类夹杂物，测定所有每个C类夹杂物的长边尺寸。将该长边尺寸作为C类夹杂物的长度。而且，在相同被检测面积内求出C类夹杂物的长边的最大尺寸。另外，测定长边尺寸为1/im以上、50Mm以下的C类夹杂物的个数，将其换算成每lmir^的夹杂物个数。-钢中氢量的测定以距轨头部表层25.4mm、距头侧部25.4mm位置为中心(图2)，采集轨头部的长度方向上截面积5mmx5mm、长度100mm的试验片，根据惰性气体溶解法(inertgasfusionmethod)-热传递法(heattransfermethodXJISZ2614)进行钢中氢量的测定。-延迟破坏试验以距轨头部表层25.4mm位置为中心(图3)，得到图4所示尺寸的试验片。采集的试验片对螺杆部(screwsection)、R部以外进行17▽▽▽(threetrianglemark)进行精加工(finish),对平行部进行砂纸研磨直到其达到#600。将该试验片装在SSRT(SlowStrainRateTechnique)试验装置上，在25。C、大气中，以应变速度(strainrate)为3.3X10—6/s的应变速度进行SSRT试验，得到试验片在大气中的拉伸率Ec。另外，与在大气中的拉伸率E。的试验一样，将该试验片装在SSRT试验装置上，在25°C、20%硫氰酸铵水溶液(20%ammoniumthiocyanate(NH4SCN)solution)中，以3.3X10力s的应变速度进行SSRT试验，得到试验片在水溶液中的拉伸率E1Q成为评价延迟破坏特性的指标的延迟破坏敏感性(DF)通过将如上测得的Eo、的值代入DF=100X(1-E^Eo)而算出。另外，延迟破坏特性的评价以现用的C量0.68%的热处理型珠光体钢的延迟破坏特性为基准，延迟破坏敏感性提高率为10%以上时，判定耐延迟破坏特性提高。-拉伸试验以距轨头部表层12.7mm、距头侧部12.7mm位置(图5)为中心轴，采集ASTME8-04中记载的直径12.7mm(0.5英寸)的圆柱试件(roundtestbar),以标距(gaugelength)25.4mm(1英寸)进行拉伸试验。-耐疲劳损伤试验耐疲劳损伤性的评价通过使用西原式磨损试验机(Nishiharatyperollingcontacttestmachine)模拟(simulate)实际的钢轨与车轮的接触条件(conditionofrailandwheelcontact)而进行评价。关于耐疲劳损伤性，以轨头部表层2mm位置为起点(图8)，以曲率半径(curvatureradius)为15mm的曲面(curvedsurface)为接角虫面(contactface),采集直径为30mm的西原式磨损试验片(图9)，在接触压力(contactpressure)为2.2GPa、滑动系数(slipratio)为-20。/。以及油润滑(oillubrication)的条件下进行试验，每25000次观察试验片表面，将产生0.5mm以上的裂纹(crack)的时刻的旋转次数(numberofrotations)作为疲劳损伤寿命。以下对本发明的实施例进行具体的说明。实施例实施例1将具有表1所示化学成分的钢No.l-l~l-7加热到1250°C，进行热压并在90(TC结束轧制，然后以2'C/s的冷却速度进行冷却，制造钢轨No.l-l~l-7。对于该钢轨No.l-ll-7，通过上述方法，测定A类夹杂物长边的最大尺寸和长边尺寸为1250/mi的A类夹杂物的个数、以及钢中氢量，进而评价拉伸强度、延迟破坏敏感性和延迟破坏敏感性提高率。而且，延迟破坏敏感性提高率的评价以由现用的C量0.68%的热处理型珠光体钢即钢No.l-l制造的钢轨No.l-l的延迟破坏敏感性为基准，延迟破坏敏感性比钢轨No.l-l提高10%以上时，判定耐延迟破坏特性提高。例如，求出钢No.l-2的延迟破坏敏感性提高率为(85.0-84.2)/85.0X100=0.9%。而且，钢轨No.l-l使用钢No.l-l制造，钢轨No.l-2使用钢No.l-2制造，同样，钢轨No.l-3l-7分别使用对应的钢制造。上述试验结果如表2所述。而且，图6是以S量为横轴、以长边尺寸为1250/mi的A类夹杂物个数以及延迟破坏敏感性提高率为纵轴来表示它们的关系的曲线图，表示长边尺寸为l~250|tmi的A类夹杂物个数的增减以及相对于作为以往材料的钢轨No.l-l的延迟破坏敏感性的增减。另外，图7是以S量为横轴、以A类夹杂物长边的最大尺寸以及延迟破坏敏感性提高率为纵轴来表示它们的关系的曲线图，表示A类夹杂物长边的最大尺寸的增减以及相对于作为以往材料的钢轨No.l-l的延迟破坏敏感性的增减。如图6和图7所示，可知使长边尺寸为1250/mi的A类夹杂物个数在每lmn^被检测面积上少于20个、使A类夹杂物长边的最大尺寸为250/mi以下的本发明材料钢轨No.l-4l-7，与以往材料钢轨No.l-l相比，延迟破坏敏感性提高率为10%以上。由此可以确认，本发明材料钢轨No.l-4~l-7如表2所示，具有拉伸强度为1200MPa以上的高强度、并且具有优良的延迟破坏特性。实施例2将具有表3所示化学组成的钢No.2-l2-15加热到1250°C，进行热压并在90(TC结束轧制，然后以2'C/s的冷却速度进行冷却，制造钢轨No.2-l2-15。对于该钢轨No.2-l~2-15，与实施例1同样，测定A类夹杂物长边的最大尺寸和长边尺寸为l~250/mi的A类夹杂物的个数、以及钢中氢量，进而评价延迟破坏敏感性和延迟破坏敏感性提高率。而且，延迟破坏敏感性提高率的评价以由现用的C量0.68%的热处理型珠光体钢即钢No.2-l制造的钢轨No.2-l的延迟破坏敏感性为基准，延迟破坏敏感性提高量比钢轨No.2-l提高10%以上时，判定耐延迟破坏特性提髙。而且，钢轨No.2-l使用钢No.2-l制造，钢轨No.2-2使用钢No.2-2制造，同样，钢轨No.2-32-15分别使用对应的钢制造。上述结果如表4所述。由该结果可知，本发明材料钢轨No.2-72-13将C、Si、Mn、P、S的组成控制在适当范围内，还以适当范围含有选自V、Cr、Cu、Ni、Nb、Mo、W的1种或2种以上的成分，并将A类夹杂物长边的最大尺寸和长边尺寸为l~250/xm的A类夹杂物个数、以及钢中氢量和作为杂质的Al、Ti含量控制在适当范围内，由此，与比较材料钢轨No.2-l2-6和2-14、2-15相比，能使钢轨的耐延迟破坏特性提高。由此可以确认，本发明材料钢轨No.2-72-13如表4所示，具有拉伸强度为1200MPa以上的高强度、并且具有优良的耐延迟破坏特性。实施例3由调整为表5所示成分组成的钢水通过连铸制作初轧钢坯，将连铸后的初轧钢坯装入缓冷箱40150小时，实施缓冷却。接着，将初轧钢坯加热到125(TC，然后以结束温度为900。C进行热压，之后以2。C/s进行冷却，制造珠光体钢轨。对于这样得到的钢轨，测定夹杂物量、钢中氢量，同时评价拉伸强度、延迟破坏特性和耐疲劳损伤性。其测定和评价的结果如表6所示。如表6所示，本发明的钢轨A-4~A-7与比较例的钢轨A-3相比，将C、Si、Mn、S、Ca和O的组成控制在适当范围内，并且将C类夹杂物长边的最大尺寸和长边尺寸为l~50Mm的C类夹杂物个数控制在一定范围，能使钢轨的耐疲劳损伤性不下降、耐延迟破坏特性提高(图10和图11A、IIB)。而且，A-l、A-2和A-8是本发明，但长边尺寸为150/mi的C类夹杂物个数、长边的最大尺寸或(l)式脱离本发明的优选范围，因此与本发明材料A-4A-7相比，耐延迟破坏特性差。实施例4由调整为表7所示成分组成的钢水通过连铸制作初轧钢坯，对连铸后的初轧钢坯在表8所示的条件下实施冷却处理。接着，将初轧钢坯加热到125(TC，然后以结束温度为900。C进行热压，之后以2。C/s进行冷却，制造钢轨。对于这样得到的钢轨，根据上述，测定夹杂物量、钢中氢量，同时评价拉伸强度、延迟破坏特性和耐疲劳损伤性。其测定和评价的结果如表8所示。如表8所示，本发明的钢轨B-8B-14和B-16与比较例的钢轨B-2B-7相比，将C、Si、Mn、S、Ca和0的组成控制在适当范围内，还以适当范围含有选自V、Cr、Nb、Cu、Ni、Mo和W中的1种或2种以上的成分，并且将C类夹杂物长边的最大尺寸和长边尺寸为150/mi的C类夹杂物个数控制在一定范围，能使钢轨的耐疲劳损伤性不下降、耐延迟破坏特性提高。另外，B-15是相对于B-16而言钢中氢量高的发明例。如B-15那样虽然是本发明但钢中氢量在一定范围之外(超过2ppm)时，延迟破坏特性下降，因此将钢中氢量控制在一定范围。特别是能使耐延迟破坏特性进一步提高。另外，如B-17或B-18那样，杂质A1、Ti含量在适当范围之外时，耐延迟破坏特性和耐疲劳损伤性下降，因此将A1、Ti含量控制在一定范围，能不使耐疲劳损伤性下降并提高耐延迟破坏特性。而且，B-l虽然是本发明，但长边尺寸为150/xm的C类夹杂物个数、长边的最大尺寸或(l)式脱离本发明的优选范围，因此与本发明材料B-8B-16相比，耐延迟破坏特性差。本发明提供赋予大轴重铁路的钢轨长寿命、防止铁路事故的优良特性的钢轨，在产业上也带来有益的效果。表1(质量％)<table>tableseeoriginaldocumentpage22</column></row><table>表2<table>tableseeoriginaldocumentpage22</column></row><table>表3(质量％)<table>tableseeoriginaldocumentpage23</column></row><table>表4<table>tableseeoriginaldocumentpage23</column></row><table>表5<table>tableseeoriginaldocumentpage24</column></row><table>0細60.00100.00100.00100.05本发明材料表6<table>tableseeoriginaldocumentpage24</column></row><table>表7<table>tableseeoriginaldocumentpage25</column></row><table>表8<table>tableseeoriginaldocumentpage26</column></row><table>权利要求1.一种耐延迟破坏特性优良的高强度珠光体系钢轨，其以质量％计，含有C0.6～1.0％、Si0.1～1.5％、Mn0.4～2.0％、P0.035％以下、S0.0005～0.010％，余量由Fe和不可避免的杂质组成，拉伸强度为1200MPa以上，并且至少轨头部的长度方向的截面上A类夹杂物的长边尺寸为250μm以下，且该轨头部的长度方向的截面上长边尺寸为1μm以上、250μm以下尺寸的A类夹杂物在每1mm2被检测面积上的存在少于25个。2.如权利要求1所述的耐延迟破坏特性优良的高强度珠光体系钢轨，其中，以质量％计，还含有Ca:0.0010.010。/。以下，至少轨头部的C类夹杂物的长边尺寸为50Mm以下，并且该轨头部的长度方向的截面上长边尺寸为1/rni以上、50Mm以下的C类夹杂物在每lmn^被检测面积上为0.2个以上、IO个以下。3.如权利要求1或2所述的耐延迟破坏特性优良的高强度珠光体系钢轨，其中，控制所述成分组成中的O为0.004%以下。4.如权利要求2或3所述的耐延迟破坏特性优良的高强度珠光体系钢轨，其中，所述成分组成中，由下式(l)定义的ACR为0.05以上、1.20以下，在此，ACR:原子浓度比[%Ca]:Ca质量。/。含量[%0]:0质量％含量[%S]:S质量。/。含量。5.如权利要求14中任一项所述的耐延迟破坏特性优良的高强度珠光体系钢轨，其中，所述成分组成中，氢量为2质量ppm以下。6.如权利要求1~5中任一项所述的耐延迟破坏特性优良的高强度珠光体系钢轨，其中，以质量％计，所述成分组成还含有选自V:0.5%以下、Cr:1.5。/。以下、01:1.0%以下、Ni:1.0。/o以下、Nb:0.05。/。以下、Mo:1.0。/。以下和W:1.0。/。以下中的1种或2种以上。7.—种耐延迟破坏特性优良的高强度珠光体系钢轨，其特征在于，以质量％计，含有C:0.6~1.0%、Si:0.2~1.2%、Mn:0.4~1.5%、P:0.035%以下、S:0.0005~0.010%，余量由Fe和不可避免的杂质组成，拉伸强度为1200MPa以上，并且至少轨头部的长度方向的截面上A类夹杂物的长边尺寸为250/im以下，且该轨头部上lpm以上、250/mi以下尺寸的A类夹杂物在每lmn^被检测面积上的存在少于25个。8.如权利要求1或7所述的耐延迟破坏特性优良的高强度珠光体系钢轨，其特征在于，以质量％计，还含有选自V:0.5。/。以下、Cr:1.5%以下、Cu:iy。以下、Ni:l。/。以下、Nb:0.05。/o以下、Mo:0.5。/。以下、W:l%以下中的l种或2种以上。9.一种耐延迟破坏特性优良的高强度珠光体系钢轨，其特征在于，具有如下成分组成以质量％计，含有C:0.6。/。以上、1.0%以下、Si:0.1%以上、1.5%以下、Mn:0.4。/。以上、2.0%以下、P:0.035。/。以下、S:0.0100%以下和Ca:0.0010。/。以上、0.010%以下，余量实质上由Fe和不可避免的杂质组成；拉伸强度为1200MPa以上，至少轨头部的长度方向的截面上C类夹杂物的长边尺寸为50/mi以下，并且该轨头部的长度方向的截面上长边尺寸为1/mi以上、50/mi以下的C类夹杂物在每lmn^被检测面积上为0.2个以上、IO个以下。10.如权利要求9所述的耐延迟破坏特性优良的高强度珠光体系钢轨，其中，控制所述成分组成中的0为0.002%以下。全文摘要本发明提供廉价、拉伸强度为1200MPa以上且耐延迟破坏特性优良的高强度珠光体系钢轨。具体而言，其以质量％计，含有C0.6～1.0％、Si0.1～1.5％、Mn0.4～2.0％、P0.035％以下、S0.0005～0.010％，余量由Fe和不可避免的杂质组成，拉伸强度为1200MPa以上，并且至少轨头部的长度方向的截面上A类夹杂物的长边尺寸为250μm以下，且该轨头部的长度方向的截面上长边尺寸为1μm以上、250μm以下尺寸的A类夹杂物在每1mm²被检测面积上的存在少于25个。文档编号C21D8/00GK101405419SQ20078000937公开日2009年4月8日申请日期2007年3月16日优先权日2006年3月16日发明者木村达己,本庄稔,铃木伸一,鹿内伸夫申请人:杰富意钢铁株式会社