[發明專利]耐磨性及韌性優良的珠光體系鋼軌

有效

• 申請號: 200980133727.4
• 申請日: 2009-10-30
• 公開（公告）號: CN102137947A
• 公開（公告）日: 2011-07-27
• 發明（設計）人: 上田正治;關和典;佐藤琢也;山本剛士
• 申請（專利權）人: 新日本制鐵株式會社
• 主分類號: C22C38/04
• 分類號: C22C38/04;C22C38/58;C21C7/00;C21C7/04
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 張楠;陳建全

技術領域

本發明涉及海外貨運鐵路使用的鋼軌中以同時提高頭部的耐磨性和韌性為目的的珠光體系鋼軌。

本申請基于2008年10月31日在日本提出申請的特愿2008-281847號并主張其優先權，這里引用其內容。

背景技術

隨著經濟的發展一直在進行煤炭等天然資源的新的開發。具體而言，對以前未開發的自然環境嚴酷的地區的開采一直在進行。隨之，在運送資源的海外貨運鐵路中，軌道環境非常嚴酷。對于鋼軌，以前除了以上的耐磨性，還要求在寒冷地區的韌性等。從這樣的背景出發，要求開發具有現用的高強度鋼軌以上的耐磨性和高韌性的鋼軌。

一般認為對于提高珠光體鋼的韌性，珠光體組織的微細化，具體而言珠光體相變前的奧氏體組織的細粒化、或珠光體塊尺寸的微細化是有效的。為實現奧氏體組織的細粒化，在熱軋時減低軋制溫度、增加壓下量、以及在鋼軌軋制后利用低溫再加熱進行熱處理。此外，為了謀求珠光體組織的微細化，進行了利用相變核從奧氏體晶粒內促進珠光體相變等。

可是，在鋼軌的制造中，從確保熱軋時的成形性的觀點出發，軋制溫度的降低、壓下量的增加具有界限，不能實現奧氏體晶粒的充分的微細化。此外，關于利用相變核的從奧氏體晶粒內的珠光體相變，存在相變核的量難以控制及從晶粒內的珠光體相變不穩定等問題，不能實現珠光體組織的充分的微細化。

從上述諸問題出發，為了從根本上改善珠光體組織的鋼軌的韌性，采用在鋼軌軋制后進行低溫再加熱，然后通過加速冷卻使珠光體相變，使珠光體組織微細化的方法。可是，近年來，為了改善耐磨性而進行鋼軌的高碳化，在上述低溫再加熱熱處理時，在奧氏體晶粒內熔化殘留粗大的碳化物，存在加速冷卻后的珠光體組織的延展性及韌性降低的問題。此外，由于進行再加熱，因此還存在制造成本高、生產率也低等經濟性的問題。

因而，要求開發可確保軋制時的成形性、使軋制后的珠光體組織微細化的高碳鋼鋼軌的制造方法。為了解決此問題，開發出如下述所示的高碳鋼鋼軌的制造方法。這些鋼軌的主要特征是，為了使珠光體組織微細化，利用高碳鋼的奧氏體晶粒即使在比較低的溫度且較小的壓下量下也容易再結晶的性質。由此，通過小壓下的連續軋制得到經整粒的微細粒，從而提高珠光體鋼的延展性及韌性(例如參照專利文獻1、2、3)。

在專利文獻1中，公開了在含有高碳的鋼軌的精軋中，通過在規定的軋制道次間時間內進行連續3道次以上的軋制，能夠提供高延展性的鋼軌。

此外在專利文獻2中，公開了在含有高碳的鋼軌的精軋中，通過在規定的道次間時間內進行連續2道次以上的軋制，并且在進行了連續軋制后，在軋制后進行加速冷卻，能夠提供高耐磨性、高韌性的鋼軌。

另外在專利文獻3中，公開了在含有高碳鋼的鋼軌的精軋中，通過在道次間實施冷卻，在進行了連續軋制后，在軋制后進行加速冷卻，能夠提供高耐磨性、高韌性的鋼軌。

可是，在專利文獻1～3中的公開技術中，通過連續熱軋時的溫度、軋制道次數及道次間時間的組合，謀求某一水平的奧氏體組織的微細化，雖然發現韌性有少許提高，但是對于以存在于鋼中的夾雜物為起點的破壞沒有發現其效果，存在不能根本上提高韌性的問題。

另外，在高碳鋼中奧氏體組織的晶粒生長快。因此，通過軋制而微細化的奧氏體組織在軋制后晶粒生長，存在即使進行加速冷卻，也不能提高熱處理后的鋼軌的韌性的問題。

因而，為了抑制鋼軌的代表性的夾雜物即MnS及Al₂O₃的生成，研究了添加Ca、降低氧及降低Al。這些制造方法的特征在于，在鐵水的預處理中，通過添加Ca使MnS成為CaS而無害化，進而應用添加脫氧元素及真空處理，使氧盡量降低，從而減少鋼水中的夾雜物，對這些技術進行了研究(例如參照專利文獻4、5、6)。

在專利文獻4的技術中，提出了通過使Ca添加量適當化、以CaS固定S的方法，從而降低MnS系伸長夾雜物的高碳硅鎮靜高凈化鋼水的制造方法。該技術是將凝固過程中偏析濃化的S與同樣偏析濃化的Ca或鋼水中生成的硅酸鈣反應，逐次將S作為CaS固定，因此抑制MnS伸長夾雜物的生成。

在專利文獻5的技術中，提出了降低MnO夾雜物，從而降低由MnO析出的MnS伸長夾雜物的高碳高凈化鋼水的制造方法。在該技術中，在用大氣精煉爐熔煉后，在以未脫氧或弱脫氧狀態出鋼后，通過真空度為1Torr以下的真空處理使溶解氧在30ppm以下。接著，添加Al、Si，然后添加Mn。通過以上工序使成為在最終凝固部結晶析出的MnS的晶核的2次脫氧生成物的數量減少，且使氧化物中的MnO濃度降低。由此，抑制MnS的結晶析出。