钢轨的制造方法和制造装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及对奥氏体区温度以上的高温钢轨的至少头部进行强制冷却的钢轨的 制造方法和制造装置。
【背景技术】
[0002] 通常，在铁路用等钢轨的制造过程中，将钢材料加热，在奥氏体区温度以上热乳成 规定的形状后，或者再加热至奥氏体区温度以上后，为了确保钢轨头部所要求的硬度等所 期望的品质，要进行强制冷却。强制冷却通过一边控制温度历程一边对钢轨喷射冷却介质 (空气、水、喷雾等）以使钢轨头部的温度达到350°C~450°C左右为止来进行，使钢轨头部 为微细的珠光体组织，能够得到耐磨耗性和韧性提高的高硬度的钢轨。例如，如煤炭等天然 资源开采场等中的铁路输送那样，在载重量比客车等更重的苛刻的钢轨使用环境下，钢轨 的磨耗剧烈，钢轨的使用寿命短，因而特别要求其耐磨耗性和韧性的提高。
[0003] 此处，贝氏体的耐磨耗性低，马氏体的韧性低。因此，为了同时实现高耐磨耗性和 高韧性，需要防止上述强制冷却时发生的钢轨头部的贝氏体相变和马氏体相变，使钢轨头 部整体稳定地形成珠光体组织。此外，对珠光体来说，片层间距越微细则耐磨耗性和韧性越 高，因而片层间距的微细化也很重要。
[0004] 另外，强制冷却中的冷却速度会对强制冷却时向贝氏体或马氏体的相变产生影 响。特别是，若在强制冷却中的全部时间使冷却速度为:TC/秒以上，则向贝氏体或马氏体 相变的可能性高。作为用于解决这种问题的技术，例如专利文献1中公开了下述技术：在开 始珠光体相变之前使头表面的冷却速度为l°c/秒~10°C/秒，使至表面下20mm以上的区 域的珠光体相变结束为止的头表面的冷却速度为2°C/秒~20°C/秒。另外，专利文献2 中公开了下述技术：以4°C/秒~15°C/秒的冷却速度从750°C以上的温度区域至600°C~ 450°C为止实施第1强制冷却，之后暂时停止强制冷却而进行升温，从而结束珠光体相变， 之后以0. 5°C/秒~2. 0°C/秒的冷却速度实施第2强制冷却至400°C，由此抑制珠光体的 回火。
[0005] 现有技术文献
[0006] 专利文献
[0007] 专利文献1:日本专利第3731934号公报
[0008] 专利文献2:日本专利第4938158号公报
【发明内容】
[0009] 发明要解决的课题
[0010] 上述专利文献1的技术中，使钢轨头部表层的相变开始后的冷却速度为2°C/秒以 上。但是，根据本发明发明人的研究，在冷却速度为2°C/秒以上的情况下，表层的珠光体相 变未完成，一部分相变为贝氏体，存在耐磨耗性降低的问题。
[0011] 另外，专利文献2的技术中，由于暂时停止强制冷却，因而冷却至目标冷却停止温 度所需要的时间增加。此外，通过停止强制冷却，钢轨头部的表面温度大幅上升，结果会引 起钢轨头部的中心部的冷却速度降低，还具有在中心部无法得到充分的硬度的问题。
[0012] 此外，专利文献2的技术中，以4°C/秒~15°C/秒的冷却速度实施了第1强制冷 却至600°C~450°C为止，但根据本发明发明人的研究，冷却速度为4°C/秒~15°C/秒的 情况下，根据钢轨成分的不同，表层的一部分有时会发生马氏体相变或贝氏体相变。在表层 的一部分发生马氏体相变的情况下，硬度上升，但延展性丧失。另外，表层的一部分发生贝 氏体相变的情况下，硬度和耐磨耗性降低。
[0013] 另外，上述专利文献2的技术中，以0. 5°C/秒~2. 0°C/秒的冷却速度实施了第2 强制冷却。但是，根据本发明发明人的研究，冷却速度为〇.5°C/秒~2. 0°C/秒的情况下， 根据钢轨成分的不同，有时会发生珠光体的回火，硬度降低。
[0014] 本发明是为了解决上述课题而进行的，其目的在于提供一种钢轨的制造方法和制 造装置，其中，不增加冷却时间，表层为高硬度的珠光体组织，从钢轨的头部表面至中心部 的整个头部能够得到高硬度。
[0015] 用于解决课题的方案
[0016] 为了解决上述课题、达到目的，本发明的钢轨的制造方法是对高温钢轨的至少头 部进行强制冷却的钢轨的制造方法，上述高温钢轨以奥氏体区温度以上进行了热乳或者被 加热至奥氏体区温度以上，其特征在于，上述强制冷却开始后的10秒内，按照上述头部表 面的冷却速度为rc /秒以上2〇°c /秒以下的方式进行上述强制冷却，上述强制冷却开始 后经过10秒后至上述头部表面开始发生相变放热为止的期间，按照上述头部表面的冷却 速度为l°c /秒以上5°C /秒以下的方式进行上述强制冷却，将上述相变放热开始至相变放 热结束为止的期间作为相变中，该相变中，按照上述头部表面的冷却速度小于1°C /秒或升 温速度为5°c /秒以下的方式进行上述强制冷却，上述相变放热结束后至上述头部表面的 温度达到450°C以下为止的期间，按照上述头部表面的冷却速度为1 °C /秒以上20°C /秒以 下的方式进行上述强制冷却。
[0017] 优选的是，上述强制冷却使用第1冷却装置和第2冷却装置进行，从上述强制冷却 开始至上述相变放热结束后，在上述钢轨的头部的内部的温度为550°C以上650°C以下的 期间使用上述第1冷却装置进行上述强制冷却，接着，使用上述第2冷却装置按照上述钢轨 的头部表面的冷却速度为2°C/秒以上20°C/秒以下的方式进行强制冷却，直至上述头部 表面的温度达到450°C以下为止。
[0018] 优选的是，将在上述第1冷却装置中被强制冷却的上述钢轨搬运至冷却床的期 间，利用上述第2冷却装置进行强制冷却。
[0019] 优选的是，在上述第1冷却装置中使用空气或喷雾将上述钢轨强制冷却，在上述 第2冷却装置中使用喷雾或水将上述钢轨强制冷却。
[0020] 优选的是，在上述第2冷却装置中，向一个方向搬运上述钢轨，将上述钢轨强制冷 却。
[0021] 为了解决上述课题、达到目的，本发明的第1方式的钢轨的制造装置是对高温钢 轨的至少头部进行强制冷却的钢轨的制造装置，上述高温钢轨以奥氏体区温度以上进行了 热乳或者被加热至奥氏体区温度以上，其特征在于，上述钢轨的制造装置具有：向钢轨的头 部喷出冷却介质的头部冷却头、测定钢轨的头部的表面温度的头部温度计、和调整冷却介 质从上述头部冷却头的喷射的控制部，上述控制部具备温度监视部，其对由强制冷却中的 上述头部温度计得到的测定结果进行监视，此外，上述控制部具备冷却速度控制部，其中， 上述强制冷却开始后的10秒内，按照上述头部表面的冷却速度为l°c /秒以上20°C /秒以 下的方式调整冷却介质从上述头部冷却头的喷射，基于由上述温度监视部得到的上述测定 结果历程来判断相变放热的开始和结束，同时，在相变放热开始至相变放热结束为止的期 间，按照上述头部表面的冷却速度小于rc /秒或升温速度为5°c /秒以下的方式调整冷却 介质从上述头部冷却头的喷射，在上述相变放热结束后至上述头部表面的温度达到450°c 以下为止的期间，按照上述头部表面的冷却速度为rc /秒以上2〇°c /秒以下的方式调整 冷却介质从上述头部冷却头的喷射。
[0022] 为了解决上述课题、达到目的，本发明的第2方式的钢轨的制造装置是对高温钢 轨的至少头部进行强制冷却的钢轨的制造装置，上述高温钢轨以奥氏体区温度以上进行了 热乳或者被加热至奥氏体区温度以上，其特征在于，上述钢轨的制造装置具有：第1冷却装 置，其具有向钢轨的头部喷出冷却介质的第1头部冷却头、和测定钢轨的头部的表面温度 的第1头部温度计；第2冷却装置，其具有向钢轨的头部喷出冷却介质的第2头部冷却头、 和测定钢轨的头部的表面温度的第2头部温度计；和控制部，其调整冷却介质从上述第1头 部冷却头和上述第2头部冷却头的喷射，上述控制部具备温度监视部，其对由强制冷却中 的上述第1头部温度计和第2头部温度计得到的测定结果进行监视，此外，上述控制部具备 冷却速度控制部，其中，上述强制冷却开始后的10秒内，按照上述头部表面的冷却速度为 1°C/秒以上20°C/秒以下的方式调整冷却介质从上述第1头部冷却头的喷射，基于由上述 温度监视部得到的上述第1头部温度计的测定结果历程来判断相变放热的开始和结束，同 时，在相变放热开始至相变放热结束为止的期间，按照上述头部表面的冷却速度小于1°C / 秒或升温速度为5°C /秒以下的方式调整冷却介质从上述第1头部冷却头的喷射，在上述相 变放热结束后至上述钢轨的头部的内部的温度达到550°C以上650°C以下为止的期间，按 照上述头部表面的冷却速度为1°C /秒以上20°C /秒以下的方式调整冷却介质从上述第1 头部冷却头的喷射，在上述钢轨的头部的内部的温度达到550°C以上650°C以下后，将钢轨 搬运至第2冷却装置，对于在上述第1冷却装置中被强制冷却的上述钢轨，按照该钢轨的头 部表面的冷却速度为2°C /秒以上20°C /秒以下的方式，在该钢轨的头部表面的温度达到 450°C以下为止的期间调整冷却介质从上述第2头部冷却头的喷射。
[0023] 优选的是，已在上述第1冷却装置中被强制冷却的上述钢轨被搬运至冷却床为止 的期间，上述第2冷却装置进行上述强制冷却。
[0024] 优选的是，上述第1冷却装置中，上述冷却介质为空气或喷雾；上述第2冷却装置 中，上述冷却介质为喷雾或水。
[0025] 发明的效果
[0026] 根据本发明，可以不停止头部的强制冷却而保持或提高头部表层的相变中的头部 的表面温度，可以不增加冷却时间而使从钢轨的头部表面至中心部的整个头部得到高硬 度。
【附图说明】
[0027] 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。
[0028] 图2是示出图1所示的冷却装置的结构的示意图。
[0029] 图3是说明钢轨的强制冷却部位的图。
[0030] 图4是示出图1所示的钢轨的制造装置的控制体系的结构的框图。
[0031]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钢轨的头部 表面的冷却速度或升温速度的速度模式的图。
[0032] 图6是示出作为本发明的第1实施方式的冷却控制处理的处理步骤的流程图。
[0033] 图7是示出作为本发明的第2实施方式的钢轨的制造装置的整体结构的示意图。
[0034] 图8是示出图7所示的第2冷却装置的结构的示意图。
[0035] 图9是示出图7所示的钢轨的制造装置的控制体系的结构的框图。
[0036]图10是说明通过作为本发明的第2实施方式的冷却控制处理所实现的钢轨的头 部表面的冷却速度或升温速度的速度模式的图。
[0037] 图11是示出作为本发明的第2实施方式的冷却控制