热处理钢轨的制造方法以及制造装置

摘要

提供一种添加各种合金元素，头部表层的硬度以及韧性优秀的热处理钢轨的制造方法以及制造装置。在对热轧后的钢轨(1)，或加热后的钢轨(1)的至少头部进行强制冷却时，从钢轨(1)的头部(1a)的表面温度为奥氏体区域温度以上的状态开始强制冷却，在开始强制冷却后，表面温度成为500℃以上700℃以下以前，以10℃/sec以上的冷却速度进行强制冷却。

权利要求

1.一种热处理钢轨的制造方法，其特征在于，

在对热轧后的高温的钢轨，或加热后的高温的钢轨中的至少头部进行强制冷却时，从所述钢轨的头部的表面温度为奥氏体区域温度以上的状态开始强制冷却，在开始所述强制冷却后，所述表面温度成为500℃以上700℃以下前，以10℃/sec以上的冷却速度进行强制冷却后，在珠氏体变态终止前，以-5℃/sec以上5℃/sec以下的冷却速度对所述头部进行冷却，所述钢轨由含有质量％为C：0.75％以上0.85％以下，Si：0.5％以上1％以下，Mn：0.5％以上1％以下，Cr：0.5％以上1％以下，V：0％以上0.01％以下，剩余部分为Fe以及不可避免的杂质构成的钢构成。

2.如权利要求1所述的热处理钢轨的制造方法，其特征在于，

开始所述强制冷却时的所述表面温度为800℃以上。

3.如权利要求1或2所述的热处理钢轨的制造方法，其特征在于，在所述珠氏体变态终止前，以-5℃/sec以上5℃/sec以下的冷却速度进行强制冷却后，在所述表面温度成为50℃以上450℃以下前，以1℃/sec以上15℃/sec以下的冷却速度进行强制冷却。

4.如权利要求1或2所述的热处理钢轨的制造方法，其特征在于，所述钢轨由含有V：0.002％以上0.01％以下的所述钢构成。

5.如权利要求3所述的热处理钢轨的制造方法，其特征在于，

所述钢轨由含有V：0.002％以上0.01％以下的所述钢构成。

6.一种热处理钢轨的制造装置，其特征在于，

具有对由含有质量％为C：0.75％以上0.85％以下，Si：0.5％以上1％以下，Mn：0.5％以上1％以下，Cr：0.5％以上1％以下，V：0％以上0.01％以下，剩余部分为Fe以及不可避免的杂质构成的钢构成的钢轨的至少头部进行强制冷却的冷却机构、控制所述冷却机构的控制部，所述控制部从所述钢轨的头部的表面温度为奥氏体区域温度以上的状态开始强制冷却，在开始所述强制冷却后，以10℃/sec以上的冷却速度强制冷却，直至所述表面温度成为

500℃以上700℃以下后，在珠氏体变态终止前，以-5℃/sec以上5℃/sec以下的冷却速度对所述头部进行冷却。

说明书

热处理钢轨的制造方法以及制造装置

技术领域

[0001] 本发明设计通过对热轧后的高温的钢轨，或者被加热为高温的钢轨，利用空气、水、雾等冷却介质进行强制冷却，而使钢轨的头部成为细微的珠氏体组织的热处理钢轨的制造方法以及制造装置。

背景技术

[0002] 在用于铁道用等的钢轨中，例如在煤炭的天然资源开采场等严酷环境下使用的钢轨要求高耐磨损性和高韧性。这样的钢轨通过使钢轨头部的组织由细微的珠氏体组织构成，而具有高耐磨损性、高韧性以及高硬度。头部的组织为细微珠氏体组织的钢轨通常使用以下的制造方法制造。

[0003] 首先，使被热轧后的奥氏体区域温度以上的钢轨，或者加热为奥氏体区域温度以上的钢轨以正立状态搬入热处理装置。在此，正立状态是指钢轨的头部在上方，脚掌部在下方的状态。在将钢轨搬入热处理装置时，例如有保持100m左右的轧制延长，而将钢轨搬入热处理装置的情况，或者将一根钢轨的长度切断为例如25m左右的长度(以下，称为锯断)之后，搬入热处理装置的情况。此外，在将钢轨锯断之后搬入热处理装置的情况下，有时将热处理装置分割为与被锯断的钢轨对应的长度的区域。

[0004] 接下来，在热处理装置中，利用夹具夹持钢轨的脚尖部，利用冷却介质对钢轨的头顶部、头侧部、脚掌部、进而根据需要将腹部进行强制冷却。冷却介质使用空气、水、雾等。在如上所述的钢轨的制造方法中，通过控制强制冷却时的冷却速度，能够使包含钢轨的内部的头部整体成为细微的珠氏体组织。另外，在对钢轨进行强制冷却时，将钢轨的头部的温度冷却至350℃～450℃左右。

[0005] 进一步地，解除夹具对钢轨的夹持，将钢轨搬送至冷却台。被向冷却台搬送的钢轨被冷却至室温左右。

[0006] 作为钢轨头部的组织，对于耐磨损性低的贝氏体、韧性低的马氏体而言，难以同时达成高磨损性和高韧性，因此头部整体需要具有珠氏体组织。另外，珠氏体组织的层间隔越是细微组织，越能够同时提高磨损性以及韧性，因此钢轨头部的组织需要具有细微的层间隔。为了成为细微层间隔的珠氏体组织，重要的是设定强制冷却时的冷却速度的设定。

[0007] 例如，在专利文献1中，在制造由含有质量％为C：0.65～1.2％，Si：0.05～2.00％，Mn：0.05～2.00％，剩余部分为Fe以及不可避免的杂质构成的珠氏体类钢轨的方法中，公开了规定轧制温度、头部累积减面率，然后，使钢轨头部表面以冷却速度2～30℃/sec至少加速冷却或自然冷却至550℃的方法。

[0008] 另外，在专利文献2中，公开了使由含有质量％为C：0.60～1.20％，Si：0.05～2.00％，Mn：0.05～2.00％，剩余部分为Fe以及不可避免的杂质构成的热轧后钢轨的、具有A3或Acm线～1000℃的温度的钢轨头部表面以冷却速度2～20℃/sec急冷至450～680℃，然后，以升温速度2～50℃/sec上升至A3或Acm线～950℃的温度区域，然后，在该温度范围内保持1.0～900sec，再然后，以冷却速度5～30℃/sec加速冷却到450～650℃的方法。

[0009] 进一步地，在专利文献3、4中，公开了在以30℃/sec以下的冷却速度从奥氏体区域冷却到大致600℃左右的珠氏体变态温度后，在珠氏体变态几乎终止前，保持表面温度，然后，利用制冷剂尽可能快地冷却到常温区域的方法。

[0010] 现有技术文献

[0011] 专利文献

[0012] 专利文献1:(日本)特开2008-050687号公报

[0013] 专利文献2:(日本)特开2010-255046号公报

[0014] 专利文献3:(日本)专利第5391711号公报

[0015] 专利文献4:(日本)专利第3950212号公报

发明内容

[0016] 发明要解决的技术课题

[0017] 另外，近年来，在珠氏体类钢轨中，为了进一步提高头部的硬度，添加各种合金元素。

[0018] 但是，在专利文献1中公开的方法中，在增加合金元素的添加量的情况下，在冷却速度范围内，冷却速度慢得区域中，不能获得足够的硬度提高效果。

[0019] 另外，在专利文献2中公开的方法中也同样地，在增加合金元素的添加量的情况下，在冷却速度范围内的、冷却速度慢得区域，不能够获得足够的硬度提高效果。另外，在专利文献2中公开的方法中，在冷却目标温度范围中的、550℃以下的低温范围内，会有表面的韧性显著降低的问题。

[0020] 进一步地，在专利文献3、4中公开的方法中，以碳量为0.85质量％以上的过共析钢为对象，对于共析钢，也同样地能够使表层硬度提高。另一方面，近年来，使钢轨的内部硬度以及延展性提高很重要，但在专利文献3、4记载的方法中，不能够充分提高共析钢的内部硬度以及延展性。

[0021] 在此，本发明着眼于上述课题，其目的在于提供一种添加各种合金元素，使头部表层的硬度以及韧性优秀的热处理钢轨的制造方法以及制造装置。

[0022] 用于解决技术课题的技术方案

[0023] 为了达成上述目的，在本发明一方式的热处理钢轨的制造方法中，在对热轧后的高温的钢轨，或加热后的高温的钢轨中的至少头部进行强制冷却时，从钢轨的头部的表面温度为奥氏体区域温度以上的状态开始强制冷却，在开始强制冷却后，表面温度成为500℃以上700℃以下前，以10℃/sec以上的冷却速度进行强制冷却。

[0024] 另外，本发明一方式的热处理钢轨的制造装置具有对钢轨的至少头部进行强制冷却的冷却机构、控制冷却机构的控制部，控制部从钢轨的头部的表面温度为奥氏体区域温度以上的状态开始强制冷却，在开始强制冷却后，以10℃/sec以上的冷却速度强制冷却，直至表面温度成为500℃以上700℃以下。

[0025] 发明的效果

[0026] 利用本发明的热处理钢轨的制造方法，能够制造添加各种合金元素，头部表层的硬度以及韧性优秀的热处理钢轨。另外，对于共析钢的成分组成的钢轨而言，不仅能够对头部表面，并且对头部内部的硬度、延展性进行改善。

附图说明

[0027] 图1是表示本发明一实施方式的热处理装置的示意图。

[0028] 图2是表示钢轨的各部位的剖视图。

具体实施方式

[0029] 以下，参照附图具体说明用于实施本发明的方式(以下，称为实施方式)。

[0030] ＜热处理装置的结构>

[0031] 首先，参照图1以及图2对本发明一实施方式的热处理钢轨的制造装置即热处理装置2进行说明。热处理装置2是对热轧后的奥氏体区域温度以上的钢轨，或加热到奥氏体区域温度以上的钢轨进行强制冷却的装置，连续设置于热轧线的下游侧，或对钢轨进行加热的加热装置的下游侧。

[0032] 如图1所示，热处理装置2具有：上部头3、下部头4、头部温度计5、脚部温度计6、夹具7a、7b、控制部8。在此，如图1以及图2所示，钢轨1由头部1a、脚部1b、腹部1c构成，在头部1a配置于上方以及脚部1b配置于下方的状态下搬入热处理装置2。头部1a具有：作为上下方向的上端面的头顶面1d、作为左右方向的两端面并且彼此相对的头侧面1e、1f。另外，脚部
1b具有作为上下方向的下端面的脚背面1g。此外，上下方向是指，在与钢轨1的长度方向垂直的截面中，腹部1c延伸的方向。另外，左右方向是指，在与钢轨1的长度方向垂直的截面中，与上下方向垂直的方向，并且头部1a以及脚部1b所延伸的方向。

[0033] 上部头3是通过从设于一端面的未图示的多个喷嘴向钢轨的头部1a排出冷却介质而主要冷却头部1a的冷却机构，经由未图示的配管连接于冷却介质供给装置。冷却介质使用空气、喷雾水以及雾等。本发明一实施方式的热处理装置2在与图1所示钢轨1的长度方向垂直的截面，具有作为上部头3的三个上部头3a、3b、3c。上部头3a的设置有喷嘴的一端面与头顶面1d相对设置，通过从喷嘴排出冷却介质来冷却头顶面1d。上部头3b、3c的设置有喷嘴的一端面与头侧面1e、1f分别相对设置，通过从喷嘴排出冷却介质，而分别冷却头侧面1e、1f。

[0034] 下部头4是通过从设于一端面的未图示的多个喷嘴向钢轨的脚背面1g排出冷却介质而主要冷却脚部1b的冷却机构，经由未图示的配管与冷却介质供给装置连接。冷却介质与上部头3同样地使用空气、喷雾水以及雾等。下部头4的设置有喷嘴的一端面与脚背面1g相对设置。

[0035] 上部头3以及下部头4构成为至少能够变更冷却介质的排出量、排出压、温度、以及在冷却介质为雾的情况下的水分量中的至少任一种。另外，如后所述，冷却介质的排出量、排出压、温度以及水分量通过控制部8调整。另外，上部头3以及下部头4根据钢轨1的长度方向的长度，在钢轨1的长度方向上并列设置有多个。

[0036] 头部温度计5为非接触型的温度计，作为头部1a的表面温度，测定头顶面1d的至少一个位置的表面温度。

[0037] 脚部温度计6与头部温度计5同样地，为非接触型的温度计，作为脚部1b的表面温度，测定脚背面1g的至少一个位置的表面温度。

[0038] 头部温度计5以及脚部温度计6的测定结果向控制部8输送。

[0039] 夹具7a、7b是在与钢轨1的长度方向垂直的截面，通过分别夹持脚部1b的左右方向的端部来固定钢轨1的装置，在钢轨1的长度方向分别并列设置有多个。因此，夹具7a、7b即便在钢轨1在长度方向上有弯曲的情况下，也能够夹住钢轨1。例如，夹具7a、7b在钢轨1的长度方向并列，并以5m左右的设置间隔，跨过钢轨1的全长设置。

[0040] 控制部8基于头部温度计5以及脚部温度计6的测定结果，通过控制后述冷却介质供给装置，来变更冷却介质的排出量、排出压、温度以及水分量中的至少任一种，来调整钢轨1的冷却速度以及升温速度。在此，热处理装置2在控制部8、上部头3以及下部头4之间，分别具有未图示的配管、冷却介质供给装置。冷却介质供给装置分别经由配管连接于上部头3以及下部头4，能够基于控制部的指示排出的冷却介质的排出量、排出压、温度以及水分量中的任一种。

[0041] ＜热处理钢轨的制造方法>

[0042] 接着，对本发明一实施方式的热处理钢轨的制造方法进行说明。在本发明一实施方式的热处理钢轨的制造方法中，首先，将热轧后的钢轨1，或被加热的钢轨1搬送至热处理装置2。在使用热轧后的钢轨1时，在预先使钢坯利用加热炉等加热到预定的温度后，通过热轧，而轧制加工为钢轨1的形状。另一方面，在使用加热后的钢轨1时，预先使用加热炉、加热装置等使钢轨1加热为预定的温度。此外，预定的温度是在上述任一情况下，使头部1a的表面温度在后述第一冷却工序中的强制冷却开始时，奥氏体区域温度以上的温度。

[0043] 钢轨1是添加了合金元素的钢，作为合金成分，至少含有Cr。具体而言，钢轨1的成分组成的质量％为，含有C：0.60％以上1.0％以下，Si：0.1％以上1.5％以下，Mn：0.01％以上1.5％以下，P：0.001％以上0.035％以下，S：0.0005％以上0.030％以下，以及Cr：0.1％以上2.0％以下，进一步地根据需要，还含有Cu：0.01％以上1.0％以下，Ni：0.01％以上0.5％以下，Mo：0.01％以上0.5％以下，V：0.001％以上0.030％以下，Nb：0.001％以上0.030％以下，Ti：0.001％以上0.020％以下，Mg：0.005％以上0.1％以下，Zr：0.005％以上0.1％以下，Ca：0.0005％以上0.010％以下，以及REM：0.005％以上0.1％以下中的至少一种以上，剩余部分由Fe以及不可避免的杂质构成。但是，钢轨还含有质量％为，C：0.60％以上1.20％以下，Si：0.05％以上2.00％以下，以及Mn：0.05％以上2.00％以下，剩余部分为Fe以及不可避免的杂质构成的成分组成的情况下，利用后述第一冷却工序～第二冷却工序，头部1a的表层硬度的提高效果小。因此，在如上所述的成分构成的钢轨中，不优选使用本实施方式的热处理钢轨的制造方法。此外，不可避免的杂质是包含在各种矿石、废钢等钢的原材料中的物质，在钢的制造工序中，不可避免地混入。

[0044] 进一步地，钢轨1的特别优选的成分组成的质量％为，含有C：0.75％以上0.85％以下，Si：0.5％以上1％以下，Mn：0.5％以上1％以下，Cr：0.5％以上1％以下，剩余部分由Fe以及不可避免的杂质组成，或者进一步含有V：0.002％以上0.01％以下。

[0045] 以下，说明该成分组成是优选的理由。此外，在以下说明中，各元素的含量[％]表示质量％。

[0046] 在C含量不足0.75％的情况下，由于其效果较低，因此优选C含量为0.75％以上。另一方面，在C含量为超过0.85％的情况下，随着C含量的增加，渗碳体量增加，能够期待硬度、强度的上升，但反而延展性降低。另外，C含量的增加使钢组织为γ+θ的温度范围扩大，这与助长焊接热影响部的软化有关。因此，C含量优选为0.85％以下。

[0047] Si在钢轨材料精炼时的脱氧以及珠氏体组织的强化方面有用，但在Si含量不足0.5％的情况下，由于其效果弱，因此优选Si含量为0.5％以上。另一方面，在Si含量超过1％的情况下，由于促进钢轨1的脱碳、促进钢轨1的表面瑕疵的生成，因此Si含量优选为1％以下。

[0048] Mn具有使钢的珠氏体变态温度降低，使珠氏体层间隔致密的作用，因此通过添加Mn，直到钢轨内部都容易维持高硬度。在Mn含量不足0.5％的情况下，其效果降低，因此Mn含量优选为0.5％以上。另一方面，在Mn含量超过1％的情况下，珠氏体的平衡变态温度(TE)降低，并且容易产生马氏体变态，因此Mn含量优选为1％以下。

[0049] Cr是使平衡变态温度(TE)上升，并有助于珠氏体层间隔的细微化的元素，通过添加Cr，具有使硬度、强度上升的效果。另外，Cr通过与Sb并用而添加，在脱碳层的生成抑制方面有效。在Cr含量不足0.5％的情况下，其效果降低，因此Cr含量优选为0.5％以上。另一方面，在Cr含量超过1％的情况下，焊接缺陷的发生增加，并且淬火性提高而促进马氏体的生成，因此Cr含量优选为1％以下。

[0050] V是形成VC或者VN等而向铁素体中细微析出，通过铁素体的析出强化而有助于钢的高强度化的元素。另外，作为氢的阱网(トラップサイト)发挥作用，并具有抑制钢轨1的延迟破坏的作用，因此能够含有V。为了显现该作用，优选含有0.002％以上的V。另一方面，在V含量超过0.01％时，相对于其效果饱和，合金成本急剧上升，因此在含有V的情况下，V含量优选为0.01％以下。

[0051] 在将钢轨1搬送到热处理装置2之后，通过使钢轨1的脚部1b被夹具7a、7b夹持而固定于热处理装置2。

[0052] 接下来，通过使冷却介质从上部头3排出，开始强制冷却(第一冷却工序)。强制冷却的开始时点的钢轨1的头部1a的表面温度需要为奥氏体区域温度以上，优选为800℃以上。通过使强制冷却开始时点的温度为奥氏体区域温度以上，尤其是800℃以上，能够提高头部1a的表层硬度。即，通过使强制冷却开始时点的表面温度成为800℃以上，抑制较软的铁素体相析出，能够将硬度保持为更高。另外，在第一冷却工序中，在开始强制冷却之后，直到头部1a的表面温度成为500℃以上700℃以下，以10℃/sec以上的冷却速度使钢轨1冷却。在此，在第一冷却工序中，在头部1a的表面温度冷却到不足500℃时，由于产生贝氏体、马氏体等珠氏体以外的组织，因此头部1a的硬度、韧性降低。

[0053] 在第一冷却工序中，控制部8根据头部温度计5的测定结果，计算头部1a的冷却速度，使冷却介质的排出量、排出压、温度以及水分量中的至少任一种阶段地或者连续地变更，以使得冷却速度成为10℃/sec以上。在第一冷却工序中，通过使冷却速度成为10℃/sec以上，由于珠氏体组织的层间隔变得细微，因此能够提高头部1a的表层硬度。另外，在设备能力足够时，优选此时的冷却速度为20℃/sec以上，更优选在30℃/sec以上。冷却速度越大，层间隔更细微，因此提高表层硬度。进一步地，作为用于获得10℃/sec以上的冷却速度的合适的冷却介质，优选使用喷雾水或雾。此外，在第一冷却工序中，即便在不可避免地使冷却速度低于10℃/sec，通过第一冷却工序，只要使平均的冷却速度为10℃/sec以上即可。

[0054] 在第一冷却工序后，钢轨1进行均热处理(均热工序)，以使得头部1a的表面温度均热。在进行均热工序时，控制部8调整冷却速度，以使得成为-5℃/sec以上5℃/sec以下。冷却速度的调整方法与第一冷却工序同样。冷却速度中的不利因素为，伴随珠氏体变态的发热量由于比利用冷却介质的冷却性能高而升热的状态。在均热工序中，通过在使冷却速度为上述范围内的进行包括缓冷、升热的均热处理，而在头部1a的表面进行珠氏体变态。进一步地，在上述冷却速度的范围中，优选使冷却速度为-2℃/sec以上2℃/sec以下。

[0055] 在均热工序中，通过使冷却速度成为上述范围，能够使头部1a的表层组织成为高硬度的珠氏体组织。此外，在从第一冷却工序向均热工序移动时，也可以不可避免地产生使冷却速度逐渐降低的状态。但是，优选在均热中表面温度不低于500℃。

[0056] 另外，均热工序优选在钢轨1的头部1a的珠氏体变态终止前进行。在此，珠氏体变态的终止以温度急剧降低而显现化。因此，根据头部温度计5的测定结果检测该温度急剧下降，而能够检测到珠氏体变态的终止。

[0057] 在均热工序后，钢轨1被强制冷却为头部1a在20℃以上450℃以下(第二冷却工序)。该第二冷却工序中的强制冷却后的头部1a的表面温度即冷却停止温度优选为50℃以上，更优选为300℃以上。在第二冷却工序时，控制部8调整冷却速度，以使得成为1℃/sec以上15℃/sec以下。冷却速度的调整方法与第一冷却工序同样。在第二冷却工序中，通过使冷却速度为1℃/sec以上15℃/sec以下，冷却停止温度为450℃以下，能够提高钢轨1的延展性。另外，通过使第二冷却工序中的冷却停止温度为20℃以上，优选为50℃以上，更优选为300℃以上，在能够防止冷却后的破裂的同时，能够缩短热处理时间。进一步地，在第二冷却工序中，头部1a的表面温度的变化量越大，即冷却停止时的温度越低，越能够防止复热。

[0058] 在第二冷却工序后，解除夹具7a、7b的固定，钢轨1从热处理装置2搬出。然后，在被搬出的钢轨1的温度比常温高的情况下，根据必要，在冷却台等设备，通过自然冷却到常温程度，而将钢轨1冷却至常温。

[0059] 经过以上工序，表面硬度以及韧性优秀，能够制造各种添加了二合金元素的珠氏体类的热处理钢轨。

[0060] 此外，在本发明一实施方式的热处理钢轨的制造方法中，钢轨1的脚部1b利用从下部头4排出的冷却介质冷却。脚部1b在进行第一冷却工序～第二冷却工序期间被冷却。此时，最终在第二冷却工序结束时成为与头部1a同程度的温度即可，在脚部1b的冷却模式中，也可以适用通常使用的冷却模式。另外，也可以成为与头部1a同样的温度经历地进行冷却。此外，在调整脚背面1g的冷却速度时，与第一冷却工序～第二冷却工序同样地，使用脚部温度计6的测定结果。另外，钢轨1的腹部1c通过冷却头部1a以及脚部1b而被间接冷却。

[0061] ＜变形例>

[0062] 以上，参照附图说明了本发明的优选实施方式，但不现定于本发明的示例。只要是具有本发明所述技术领域的通常知识的技术人员，在权利要求范围所记载的技术思想的范畴内，想到各种变更例或修改例是显而易见的，对于此，当然是理解为属于本发明技术范围。

[0063] 例如，在上述实施方式中，也可以在调整冷却速度时，控制部8利用头部温度计5的测定结果，变更冷却介质的排出量、排出压、温度以及水分量中的至少任一种，本发明不限于该例。例如，控制部8通过学习冷却实际效果，利用阶段性地或者断续地变更预先在第一冷却工序～第二冷却工序的每个工序中，从上部头3排出的冷却介质的排出量、排出压、温度以及水分量中的至少任一种的程序，来调整冷却速度。

[0064] 另外，在上述实施方式中，在均热工序时，利用头部温度计5检测珠氏体变态的终止，本发明不限于该例。例如，也可以通过预先进行预备冷却，确定从冷却开始到变态完成的时间，根据确定的时间，终止均热工序。另外，也可以根据到利用导热模拟等预测的珠氏体变态终止的时间，终止均热工序。

[0065] 进一步地，头部温度计5以及脚部温度计6也可以分别设置多个。在该情况下，也可以使多个头部温度计5以及脚部温度计6测定头顶面以及脚背面的分别不同的位置，将测定结果的平均值等作为头顶面以及脚背面的表面温度进行计算。

[0066] 进一步地，热处理装置2也可以在上部头3以及下部头4，或夹具7a、7b中的至少一方具有在钢轨1的长度方向振荡的振荡机构。振荡机构在第一冷却工序～第二冷却工序中的、至少一个工序中，使上部头3以及下部头4，或夹具7a、7b中的至少一方振荡。由此，通过使冷却介质相对于钢轨1的排出区域相对移动，而能够更均匀地冷却钢轨1。

[0067] 进一步地，热处理装置2作为冷却钢轨1的机构，具有上部头3以及下部头4，本发明不限于该例。例如，热处理装置2也可以根据需要，具有进一步具有对腹部1c进行冷却的中部头。中部头与上部头3以及下部头4同样地构成，从中部头的喷嘴排出的冷却介质流向腹部1c。

[0068] 进一步地，在上述实施方式中，在第二冷却工序中，强制冷却至20℃以上450℃以下，本发明不限于该例。在第二冷却工序中，也可以不利用强制冷却而利用自然冷却，来对钢轨1进行冷却。此外，在第二冷却工序中，通过进行强制冷却，与利用自然冷却来冷却钢轨1的情况相比，具有提高内部硬度的优点。

[0069] ＜本发明的实施方式的效果>

[0070] 以下，说明本发明的实施方式的效果。

[0071] (1)在本发明的实施方式的热处理钢轨的制造方法中，在对热轧后的高温的钢轨1，或加热后的高温的钢轨1的至少头部进行强制冷却时，从钢轨1的头部1a的表面温度为奥氏体区域温度以上的状态开始强制冷却，在开始强制冷却后，在头部1a的表面温度成为500℃以上700℃以下前，以10℃/sec以上的冷却速度进行强制冷却(第一冷却工序)。

[0072] 利用上述构成，通过从奥氏体区域温度以上的状态急剧冷却到产生珠氏体变态的温度区域，使珠氏体组织的层间隔细微化。因此，即便在添加各种合金元素的情况下，也能够制造头部1a的表层在硬度以及韧性方面优秀的热处理钢轨。另外，利用上述构成，如专利文献2所记载的方法那样，与反复进行冷却、加热的冷却模式相比，能够提高生产率，能够获得能量原单位的削减效果。

[0073] (2)开始强制冷却时的头部1a的表面温度为800℃以上。

[0074] 利用上述构成，能够制造硬度、韧性优秀的热处理钢轨。

[0075] (3)在开始强制冷却之后，头部1a的表面温度为500℃以上700℃以下前，以10℃/sec以上的冷却速度进行强制冷却后，在珠氏体变态终止前，以-5℃/sec以上5℃/sec以下的冷却速度对头部1a进行冷却(均热工序)。

[0076] 利用上述构成，能够使头部1a整体的表层组织成为珠氏体组织。因此，即便在添加了各种合金元素的情况下，也能够制造头部1a的表层在硬度以及韧性方面优秀的热处理钢轨。

[0077] (4)在珠氏体变态终止前，以-5℃/sec以上5℃/sec以下的冷却速度进行制冷却后，在表面温度成为450℃以下前，以15℃/sec以下的冷却速度进行强制冷却。

[0078] 利用上述构成，能够提高钢轨的延展性。

[0079] (5)钢轨1由含有质量％为C：0.75％以上0.85％以下，Si：0.5％以上1％以下，Mn：0.5％以上1％以下，Cr：0.5％以上1％以下，V：0％以上0.01％以下，剩余部分为Fe以及不可避免的杂质构成的钢构成。

[0080] 利用上述构成，在(1)～(3)的热处理条件的下，能够获得硬度、延展性、焊接性等优秀的珠氏体钢轨。

[0081] (6)钢轨1由含有V：0.002％以上0.01％以下的钢构成。

[0082] 利用上述构成，能够进一步防止由于氢的残留而导致的延迟破坏。

[0083] (7)本发明的实施方式的热处理钢轨的制造装置具有对钢轨1的至少头部1a进行强制冷却的冷却机构3、控制冷却机构3的控制部8，控制部8从钢轨1的头部1a的表面温度为奥氏体区域温度以上的状态开始强制冷却，在开始强制冷却后，以10℃/sec以上的冷却速度强制冷却，直至表面温度成为500℃以上700℃以下。

[0084] 利用上述构成，能够获得与(1)同样的效果。

[0085] 实施例

[0086] 接着，说明本发明者进行的实施例。

[0087] 在实施例中，与上述实施方式同样地，利用热处理装置2对在900℃下进行热轧的长条的钢轨1进行强制冷却，然后，调查表面组织以及硬度。钢轨1中使用含有C：0.75％以上0.85％以下，Si：0.5％以上1％以下，Mn：0.5％以上1％以下，Cr：0.5％以上1％以下，以及V：
0.002％以上0.01％以下，剩余部分为Fe以及不可避免的杂质的钢。此外，上述成分范围表示后述多个实施例以及比较例中的成分的偏差。

[0088] 首先，将在900℃下热轧的长条的钢轨1搬送至热处理装置2，利用夹具7a、7b固定钢轨1的脚部1b。

[0089] 接下来，进行第一冷却工序～第二冷却工序，对钢轨1进行强制冷却。就冷却介质而言，在冷却速度的绝对值不足10℃/sec的范围内，使用空气，在冷却速度的绝对值为10℃/sec以上的范围内，使用雾。另外，根据头部温度计5的测定结果，在冷却介质为空气的情况下，将喷射压力作为目标温度经历，在冷却介质为雾的情况下，将投入水分量(气水比)作为目标温度经历进行调整，从而调整冷却速度。进一步地，均热工序的终止的时机为根据头部温度计5的测定结果使冷却速度急速增大的时机。

[0090] 进一步地，将钢轨1从热处理装置2取出，通过进一步自然冷却至常温来制造热处理钢轨。然后，利用SEM观察头部1a整体的表层组织，利用表面布氏硬度试验测定头部1a的表层的硬度。

[0091] 另外，作为比较例，为强制冷却开始时的表面温度、第一冷却工序中的冷却速度、第一冷却工序终止时的表面温度以及均热工序中冷却速度中的任一种，但对于超过上述实施方式的范围的条件，也同样地实施，对于获得的热处理钢轨，调查表面组织以及硬度。

[0092] 表1分别表示实施例1～4、比较例1～5的，制造条件、表层组织的观察结果以及表层硬度的测定结果。在实施例1～4中，在强制冷却开始时的头部1a的表面温度为730℃以上和奥氏体区域温度以上，第一冷却工序的冷却速度为10℃/sec以上，第一冷却工序终止时的头部1a的目标表面温度即目标均热温度为500℃以上，以及均热工序的冷却速度范围为-5℃/sec以上5℃/sec以下的条件下进行制造。此外，在实施例1～4以及比较例1～5中，在第一冷却工序终止时，即均热工序开始时的头部1a的表面温度成为与目标均热温度相同的温度。

[0093] 另一方面，在比较例1中，在开始第一冷却工序时的头部1a的表面温度为700℃和奥氏体区域温度以下，与上述实施方式相比，强制冷却开始时的表面温度低的条件下制造热处理钢轨。在比较例2中，在终止第一冷却工序时的头部1a的目标表面温度为720℃、与上述实施方式相比，第一冷却工序终止时的表面温度高的条件下制造热处理钢轨。在比较例3中，在终止第一冷却工序时的头部1a的目标表面温度为450℃、与上述实施方式相比，第一冷却工序终止时的表面温度低的条件下制造热处理钢轨。在比较例4中，在第一冷却工序的冷却速度为5℃/sec、与上述实施方式相比，冷却速度低的条件下制造热处理钢轨。在比较例5中，在均热工序的冷却速度为-8℃/sec以上8℃/sec以下、超过实施例1～4的范围的较大的范围的条件下制造热处理钢轨。此外，比较例1～5中的上述以外的制造条件为与实施例同样的范围。

[0094] [表1]

[0095]

[0096] 对于表层组织的观察结果，在实施例1～4的热处理钢轨中，头部1a整体的表层组织确认为比马氏体组织的韧性优秀的100％珠氏体组织。另外，在表层硬度的测定结果中，在实施例1～4的热处理钢轨中，确认了获得了作为目标的HB380以上的硬度。另一方面，在比较例1、2、4、5的热处理钢轨中，虽然表层组织成为珠氏体组织，但表层硬度都不足HB380，确认不能获得作为目标的硬度。另外，在比较例3的热处理钢轨中，表层组织成为贝氏体组织，而不能获得作为目的的珠氏体组织，硬度也不足HB380。

[0097] 基于以上结果，利用本发明的热处理钢轨的制造方法，确认了能够制造表面硬度以及韧性优秀，添加了各种合金元素的珠氏体类的热处理钢轨。

[0098] 进一步地，本发明者调查了第二冷却工序中的冷却速度以及冷却停止温度对于钢轨1的头部1a的内部硬度以及钢轨1的延展性的影响。在该调查中，强制冷却开始温度、目标均热温度以及第一冷却工序中的平均冷却速度为与表1中的实施例2相同的条件，第二冷却工序后的表面温度(冷却停止温度)，平均冷却速度为与表2所示的条件。另外，对于所获得的钢轨1，利用头顶对角中心位置的硬度(内部硬度)测定，以及，从头顶对角中心位置拉伸方向为钢轨长度方向的圆杆拉伸试验片，进行拉伸(全拉伸El)的调查。在表2中，一并表示内部硬度和拉伸的调查结果。

[0099] [表2]

[0100]

[0101] 在实施例2、5～11的任一实施例中，表示表层硬度高的值。并且，在第二冷却工序的冷却停止温度为50℃以上450℃以下，并且，第二冷却工序的平均冷却速度为15℃/sec以下的实施例2以及实施例5～8以及12满足HB310以上的内部硬度，以及，13％以上的伸长。另一方面，在第二冷却工序的平均冷却速度超过15℃/sec的实施例9，以及，第二冷却工序的冷却停止温度超过450℃的实施例11中，伸长分别为8％、9％。根据这些结果，基于钢轨1的延展性的观点，能够确认实施例2、5～8的条件优秀。另外，在第二冷却工序的冷却停止温度不足50℃的实施例10中，虽然刚冷却后，没有问题，但在保存中的实验取样中，会产生推定为由于氢的残留而造成的破裂。

[0102] 基于以上结果，通过使第二冷却工序的冷却速度为15℃/sec以下，冷却停止温度为20℃以上，更有选为50℃以上，进一步优选为300℃以上，并且，在450℃以下的范围，能够确认能够确保钢轨1的延展性。

[0103] 附图标记说明

[0104] 1：钢轨

[0105] 1a：头部

[0106] 1b：脚部

[0107] 1c：腹部

[0108] 1d：头顶面

[0109] 1e、1f：头侧面

[0110] 1g：脚背面

[0111] 2：热处理装置

[0112] 3、3a、3b、3c：上部头

[0113] 4：下部头

[0114] 5：头部温度计

[0115] 6：脚部温度计

[0116] 7a、7b：夹具

[0117] 8：控制部