Método para producir carril perlítico excelente en resistencia al uso y ductilidad.

Un método para producir un carril perlítico excelente en resistencia al uso y ductilidad,

sometiendo a por lo menoslaminación en caliente basta y laminación en caliente de acabado una palanquilla que comprende, en % en masa, C:0,65-1,20%, Si: 0,05-2,00%, Mn: 0,05-2,00%, opcionalmente uno o más de Cr: 0,05 a 2,00%, Mo: 0,01 a 0,50%, V:0,005 a 0,5000%, Nb: 0,002 a 0,050%, B: 0,0001 a 0,0050%, Co: 0,003 a 2,00%, Cu: 0,01 a 1,00%, Ni: 0,01 -1,00%, Ti: 0,0050 - 0,0500%, Mg: 0,0005 a 0,0200%, Ca: 0,0005 a 0,0150%, Al: 0,010 a 1,00%, Zr: 0,0001 -0,2000%, y N: 0,0060 a 0,0200%, y un remanente de hierro e impurezas inevitables, en donde el métodocomprende:

realizar la laminación en caliente de acabado a una temperatura de superficie de la cabeza del carril no superior a900 °C hasta no inferior al punto de transformación de Ar3 y al punto de transformación de Arcm para producir unareducción acumulativa del área de la cabeza de no menos de 20% y un índice de la fuerza de reacción, definidocomo un valor obtenido dividendo la fuerza de reacción de un laminador por la fuerza de reacción de un laminadoren la misma reducción acumulativa del área y una temperatura de reacción de 950 °C, de no menos de 1,25, endonde la relación residual de estructura de austenita no cristalizada inmediatamente después de la laminación encaliente excede 30%, y

someter la superficie de la cabeza del carril acabada por laminación en caliente a enfriamiento acelerado oenfriamiento espontáneo a por lo menos 550 °C a una velocidad de enfriamiento de 2 a 30 °C/seg.

Método para producir carril perlítico excelente en resistencia al uso y ductilidad

Campo de la invención La presente invención se refiere a un método para producir un carril para uso en ferrocarriles de carga pesada, particularmente a un método de producción de carriles perlíticos dirigido a mejorar la resistencia al uso y la ductilidad de la cabeza del carril.

Descripción de la técnica relacionada Si bien el acero al carbono perlítico se usa como material para carriles ferroviarios debido a su excelente resistencia al uso, es inferior en ductilidad y rigidez debido al alto contenido de carbono.

Por ejemplo, el carril de acero al carbono común con un contenido de carbono de 0, 6 a 0, 7% en masa de acuerdo con JIS E1101-1990 tiene un valor de impacto de temperatura normal conforme a la prueba de Charpy con muesca en U JIS Núm. 3 de alrededor de 12 a 18 J/cm2. Cuando dicho carril se usa a baja temperatura tal como en una región de clima frío, experimenta fractura por fragilidad comenzando por los pequeños defectos iniciales y grietas de fatiga.

En los últimos años, además, los esfuerzos por mejorar la resistencia al uso del acero de los carriles aumentando el contenido de carbono a niveles incluso mayores han provocado una reducción adicional de la ductilidad y la rigidez.

Como método general para mejorar la ductilidad y rigidez del acero perlítico, se dice que es eficaz afinar la estructura de la perlita (tamaño del bloque de perlita) , específicamente afinar el grano, la estructura austenítica, antes de la transformación de la perlita y también afinar la estructura de la perlita.

Los métodos para afinar el grano de la estructura austenítica incluyen aquel de reducir la temperatura de la laminación caliente o la reducción durante la laminación en caliente y aquel de tratar con calor el carril laminado en caliente por recalentamiento a baja temperatura. Los métodos para afinar la estructura perlítica incluyen aquel de promover la transformación de la perlita desde dentro de los granos austeníticos mediante el uso de núcleos de transformación.

No obstante, el grado al cual la temperatura de laminación en caliente puede reducirse y la reducción aumentarse durante la producción del carril se limita a la necesidad de mantener la conformabilidad durante la laminación en caliente. El afinamiento exhaustivo de los granos de austenita es por lo tanto imposible. Además, el afinamiento exhaustivo de la estructura perlítica no puede lograrse usando núcleos de transformación que transforman la perlita desde dentro de los granos de austenita, ya que es difícil controlar la abundancia de los núcleos de transformación, y la transformación de perlita desde dentro de los granos no es estable.

En vista de estas cuestiones, el método utilizado para lograr la mejora fundamental de la ductilidad y rigidez del carril de estructura perlítica consiste en afinar la estructura perlítica recalentando a baja temperatura el carril laminado por calor y de allí en más inducir la transformación perlítica por enfriamiento acelerado.

Sin embargo, cuando se aplica el tratamiento térmico de recalentamiento a baja temperatura mencionado a aceros con contenidos de carbono incluso mayores desarrollados en los últimos años en vista de mejorar la resistencia al uso, los carburos gruesos permanecen dentro de los granos de austenita, provocando problemas de reducción de ductilidad y/o rigidez de la estructura perlítica después de la laminación en caliente. Y ya que el método utiliza recalentamiento, no es económico en cuanto a coste de alta producción y baja productividad.

Debido a las circunstancias mencionadas, existe la necesidad de desarrollar un método para producir carriles con alto contenido de carbono capaces de asegurar buena conformabilidad durante la laminación en caliente y de permitir el afinamiento de la estructura perlítica después de la laminación en caliente sin recalentamiento a baja temperatura.

Los métodos de producción de carriles de acero con alto contenido de carbono analizados a continuación se desarrollaron para satisfacer esta necesidad. Estos métodos se caracterizan principalmente por afinar la estructura perlítica aprovechando que los granos de austenita de un acero con alto contenido de carbono recristalizan fácilmente a una temperatura relativamente baja e incluso cuando la reducción es pequeña. Mejoran la ductilidad y/o rigidez del acero perlítico usando laminación en caliente continua de baja reducción para obtener granos afinados uniformemente.

La publicación de patente japonesa no examinada núm. H7-173530A describe un carril de alta ductilidad que se obtuvo, durante el transcurso de la laminación en caliente de acabado de un carril de acero que contenía acero con alto contenido de carbono, realizando tres o más pasadas de laminación en caliente continua con un tiempo entre pasadas predeterminado.

La publicación de patente japonesa no examinada núm. 2001-234238A describe que un carril de alta resistencia al uso y alta rigidez se obtiene, en el transcurso de la laminación en caliente de acabado de un carril de acero que contiene acero con alto contenido de carbono, realizando dos o más pasadas de laminación en caliente continuo con un tiempo entre pasadas predeterminado y después realizando la laminación en caliente continua y el enfriamiento acelerado después de la laminación en caliente.

La publicación de patente japonesa no examinada núm. 2002-22 6915A describe que un carril de alta resistencia al uso y alta rigidez se obtiene, en el transcurso de la laminación en caliente de acabado de un carril de acero que contiene acero con alto contenido de carbono, enfriando entre pasadas y después realizando la laminación en caliente continua y enfriamiento acelerado después de la laminación en caliente Los documentos WO-2005/085481 o US2001-0025674 o EP1493831 describen laminación en caliente de gran potencia en el acabado en la región de austenita y/o enfriamiento rápido para suprimir el engrosamiento de los granos.

No obstante, dependiendo del contenido de carbono en el acero, la temperatura al momento de la laminación en caliente durante la laminación en caliente continua y la combinación del número de pasadas de laminación y el tiempo entre pasadas, las técnicas descritas por estas referencias de patente no pueden lograr afinamiento de la estructura austenítica, de modo que la estructura perlítica se engrosa obstaculizando la mejora en ductilidad y rigidez.

Otra referencia de patente, la publicación de patente japonesa no examinada núm. S62-127453A, describe la producción de un carril excelente en ductilidad y rigidez por laminación en caliente a baja temperatura de acero para carril que tiene un contenido de carbono de 0, 90% o menos a 800 °C o menos.

No obstante, dado que el único requerimiento especificado por la técnica descrita por esta referencia de patente es una reducción del área de 10% o más, la reducción es algunas veces insuficiente, en cuyo caso es difícil lograr la rigidez y ductilidad requeridas, particularmente para un acero de carril con gran contenido de carbono (C >0.90%) cuya ductilidad y rigidez disminuyen fácilmente y que tiende a experimentar crecimiento del grano durante la laminación en caliente.

Compendio de la invención Contra esta desventaja, es conveniente proporcionar un carril perlítico que tiene mejor ductilidad y excelente resistencia al uso, logrando un afinamiento estable de la estructura perlítica.

La presente invención se logró en vista de los problemas anteriores y tiene como objeto mejorar la resistencia al uso de la cabeza y la ductilidad requerida por el carril para uso en un ferrocarril de carga pesada, simultánea y uniformemente.

La esencia del método para producir un carril perlítico de acuerdo con la presente invención reside en controlar la temperatura de laminación de la superficie de la cabeza, la reducción acumulativa de la cabeza y el índice de la fuerza de reacción durante la laminación en caliente de acabado y de allí en más realizar el tratamiento térmico apropiado para mejorar establemente la ductilidad y resistencia al uso de la cabeza del carril.

Específicamente, la mejora estable de la ductilidad de la cabeza del carril se logra controlando la cantidad de austenita no recristalizada de la superficie de la cabeza inmediatamente después de la laminación en caliente, alcanzando así el afinamiento de la estructura perlítica, tras lo cual se logra buena resistencia al uso realizando enfriamiento acelerado.

La invención se describe brevemente como se define en las reivindicaciones 1 y 2:

(A) Un método para producir un carril perlítico... [Seguir leyendo]

1. Un método para producir un carril perlítico excelente en resistencia al uso y ductilidad, sometiendo a por lo menos laminación en caliente basta y laminación en caliente de acabado una palanquilla que comprende, en % en masa, C: 0, 65-1, 20%, Si: 0, 05-2, 00%, Mn: 0, 05-2, 00%, opcionalmente uno o más de Cr: 0, 05 a 2, 00%, Mo: 0, 01 a 0, 50%, V:

0, 005 a 0, 5000%, Nb: 0, 002 a 0, 050%, B: 0, 0001 a 0, 0050%, Co: 0, 003 a 2, 00%, Cu: 0, 01 a 1, 00%, Ni: 0, 01 – 1, 00%, Ti: 0, 0050 – 0, 0500%, Mg: 0, 0005 a 0, 0200%, Ca: 0, 0005 a 0, 0150%, Al: 0, 010 a 1, 00%, Zr: 0, 0001 – 0, 2000%, y N: 0, 0060 a 0, 0200%, y un remanente de hierro e impurezas inevitables, en donde el método comprende:

realizar la laminación en caliente de acabado a una temperatura de superficie de la cabeza del carril no superior a 900 °C hasta no inferior al punto de transformación de Ar3 y al punto de transformación de Arcm para producir una reducción acumulativa del área de la cabeza de no menos de 20% y un índice de la fuerza de reacción, definido como un valor obtenido dividendo la fuerza de reacción de un laminador por la fuerza de reacción de un laminador en la misma reducción acumulativa del área y una temperatura de reacción de 950 °C, de no menos de 1, 25, en donde la relación residual de estructura de austenita no cristalizada inmediatamente después de la laminación en caliente excede 30%, y

someter la superficie de la cabeza del carril acabada por laminación en caliente a enfriamiento acelerado o enfriamiento espontáneo a por lo menos 550 °C a una velocidad de enfriamiento de 2 a 30 °C/seg.

2. Un método para producir un carril perlítico excelente en resistencia al uso y ductilidad de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el enfriamiento acelerado se inicia dentro de los 150 segundos posteriores a completar la 20 laminación en caliente de acabado.

Fig 1

Fig 2

Fig 6

Fig 7