JPH0617193A - 高強度・耐損傷レ−ル及びその製造方法 - Google Patents
高強度・耐損傷レ−ル及びその製造方法Info
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- JPH0617193A JPH0617193A JP3188897A JP18889791A JPH0617193A JP H0617193 A JPH0617193 A JP H0617193A JP 3188897 A JP3188897 A JP 3188897A JP 18889791 A JP18889791 A JP 18889791A JP H0617193 A JPH0617193 A JP H0617193A
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21B—ROLLING OF METAL
- B21B1/00—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations
- B21B1/08—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations for rolling structural sections, i.e. work of special cross-section, e.g. angle steel
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
- C21D9/04—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for rails
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D2221/00—Treating localised areas of an article
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- Heat Treatments In General, Especially Conveying And Cooling (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【構成】Ｃが０．６０乃至０．８５重量％、Ｓｉが０．
１乃至１．０重量％、Ｍｎが０．５乃至１．５重量％、
Ｐが０．０３５重量％以下、Ｓが０．０４０重量％以
下、Ａｌが０．０５重量％以下であり、残部がＦｅ及び
不可避的不純物からなる高強度・耐損傷レ−ルであり、
コ−ナ部２及び頭側部３の硬度がＨB ３４１乃至４０５
であり、頭頂部１の硬度が該コ−ナ部及び頭側部の硬度
の０．９以下である。 【効果】この発明によれば、ヘッドチェック等の過大接
触圧力に伴って発生する頭頂部の損傷を抑制することが
でき、レ−ル寿命を延長させることができる。
１乃至１．０重量％、Ｍｎが０．５乃至１．５重量％、
Ｐが０．０３５重量％以下、Ｓが０．０４０重量％以
下、Ａｌが０．０５重量％以下であり、残部がＦｅ及び
不可避的不純物からなる高強度・耐損傷レ−ルであり、
コ−ナ部２及び頭側部３の硬度がＨB ３４１乃至４０５
であり、頭頂部１の硬度が該コ−ナ部及び頭側部の硬度
の０．９以下である。 【効果】この発明によれば、ヘッドチェック等の過大接
触圧力に伴って発生する頭頂部の損傷を抑制することが
でき、レ−ル寿命を延長させることができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、高剛性の軌道を有す
る高軸重鉄道急曲線に用いられる耐磨耗用の高強度・耐
損傷レ−ルに関し、特に、使用初期における車輪とのな
じみ性を改善し、頭頂部の耐損傷性を向上させた高強度
・耐損傷レ−ル及びその製造方法に関する。
る高軸重鉄道急曲線に用いられる耐磨耗用の高強度・耐
損傷レ−ルに関し、特に、使用初期における車輪とのな
じみ性を改善し、頭頂部の耐損傷性を向上させた高強度
・耐損傷レ−ル及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】レ−ル
の頭部は、一般に頭頂部、コ−ナ部、頭側部、及び顎部
を有している。そして、高軸重鉄道の急曲線部の木製枕
木を使用した軌道で、従来から用いられている耐磨耗用
高強度レ−ルは、コ−ナ部及び頭側部と、頭頂部との間
で、硬度が等しくなるように熱処理されて形成されてい
る。従って、材質の面からすると、レ−ルコ−ナ部と、
レ−ル頭頂部とで耐磨耗特性は同等となっている。
の頭部は、一般に頭頂部、コ−ナ部、頭側部、及び顎部
を有している。そして、高軸重鉄道の急曲線部の木製枕
木を使用した軌道で、従来から用いられている耐磨耗用
高強度レ−ルは、コ−ナ部及び頭側部と、頭頂部との間
で、硬度が等しくなるように熱処理されて形成されてい
る。従って、材質の面からすると、レ−ルコ−ナ部と、
レ−ル頭頂部とで耐磨耗特性は同等となっている。
【０００３】しかしながら、車輪とレ−ルとの接触は複
雑であり、レ−ル頭部の位置によって接触環境が異なっ
ている。高軸重鉄道急曲線部ではレ−ルゲ−ジコ−ナ部
（内側のコ−ナ部）及びレ−ル頭側面に作用するすべり
が大きく、一方、接触圧力はレ−ル頭頂部及びレ−ルゲ
−ジコ−ナ部で大きい。この結果、従来の耐磨耗用高強
度レ−ルではレ−ルゲ−ジコ−ナ部及びレ−ル頭側部
は、レ−ル頭頂部よりも磨耗が促進される。従って、レ
−ル頭頂部は、常にレ−ルゲ−ジコ−ナ部よりも磨耗が
遅く進行し、車輪からの接触圧力はレ−ル頭頂部中央の
磨耗が遅い部分で最大となる。
雑であり、レ−ル頭部の位置によって接触環境が異なっ
ている。高軸重鉄道急曲線部ではレ−ルゲ−ジコ−ナ部
（内側のコ−ナ部）及びレ−ル頭側面に作用するすべり
が大きく、一方、接触圧力はレ−ル頭頂部及びレ−ルゲ
−ジコ−ナ部で大きい。この結果、従来の耐磨耗用高強
度レ−ルではレ−ルゲ−ジコ−ナ部及びレ−ル頭側部
は、レ−ル頭頂部よりも磨耗が促進される。従って、レ
−ル頭頂部は、常にレ−ルゲ−ジコ−ナ部よりも磨耗が
遅く進行し、車輪からの接触圧力はレ−ル頭頂部中央の
磨耗が遅い部分で最大となる。
【０００４】このようなレ−ル頭部の磨耗特性が均一な
従来の耐磨耗用高強度レ−ルは、前述のような車輪との
接触状態となるため、新品時の使用初期において車輪と
のなじみが遅く、局所的な過大接触応力が長く存在し、
疲労性の欠陥が発生しやすい。また、これに加え、レ−
ルと車輪とがなじんだ後においても、レ−ル頭頂部に最
大接触圧力が作用する。木製枕木を使用した軌道では、
このような状態でも問題は少ないが、コンクリ−ト枕木
を使用した高剛性の軌道の場合、鉄道車両の通過に伴う
衝撃的な最大接触圧力が増加するため、レ−ル頭頂部中
央に、ヘッドチェックと呼ばれる損傷が発生するという
問題が顕在化している。
従来の耐磨耗用高強度レ−ルは、前述のような車輪との
接触状態となるため、新品時の使用初期において車輪と
のなじみが遅く、局所的な過大接触応力が長く存在し、
疲労性の欠陥が発生しやすい。また、これに加え、レ−
ルと車輪とがなじんだ後においても、レ−ル頭頂部に最
大接触圧力が作用する。木製枕木を使用した軌道では、
このような状態でも問題は少ないが、コンクリ−ト枕木
を使用した高剛性の軌道の場合、鉄道車両の通過に伴う
衝撃的な最大接触圧力が増加するため、レ−ル頭頂部中
央に、ヘッドチェックと呼ばれる損傷が発生するという
問題が顕在化している。
【０００５】従来、このようなヘッドチェックを防止す
るために、レ−ルに疲労が蓄積する前にレ−ル頭部表層
を削正する方法を採用しているが、削正には時間と費用
がかさみ、また最適な削正時間を決定することが困難で
ある。
るために、レ−ルに疲労が蓄積する前にレ−ル頭部表層
を削正する方法を採用しているが、削正には時間と費用
がかさみ、また最適な削正時間を決定することが困難で
ある。
【０００６】この発明はかかる事情に鑑みてなされたも
のであって、鉄道車両の輪重を軽減することなく、レ−
ル頭頂部中央に発生する最大接触圧力を緩和し、レ−ル
の削正を行わなくてもレ−ル頭頂部中央に疲労が蓄積せ
ず、耐接触疲労損傷性に優れ、かつ車輪との初期なじみ
特性が良好な高強度・耐損傷レ−ル及びその製造方法を
提供することを目的とする。
のであって、鉄道車両の輪重を軽減することなく、レ−
ル頭頂部中央に発生する最大接触圧力を緩和し、レ−ル
の削正を行わなくてもレ−ル頭頂部中央に疲労が蓄積せ
ず、耐接触疲労損傷性に優れ、かつ車輪との初期なじみ
特性が良好な高強度・耐損傷レ−ル及びその製造方法を
提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段及び作用】この発明に係る
高強度・耐損傷レ−ルは、第１に、Ｃが０．６０乃至
０．８５重量％、Ｓｉが０．１乃至１．０重量％、Ｍｎ
が０．５乃至１．５重量％、Ｐが０．０３５重量％以
下、Ｓが０．０４０重量％以下、Ａｌが０．０５重量％
以下であり、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、
そのコ−ナ部及び頭側部の硬度がＨB ３４１乃至４０５
であり、その頭側部の硬度が該コ−ナ部及び頭側部の硬
度の０．９以下であることを特徴とする。
高強度・耐損傷レ−ルは、第１に、Ｃが０．６０乃至
０．８５重量％、Ｓｉが０．１乃至１．０重量％、Ｍｎ
が０．５乃至１．５重量％、Ｐが０．０３５重量％以
下、Ｓが０．０４０重量％以下、Ａｌが０．０５重量％
以下であり、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、
そのコ−ナ部及び頭側部の硬度がＨB ３４１乃至４０５
であり、その頭側部の硬度が該コ−ナ部及び頭側部の硬
度の０．９以下であることを特徴とする。
【０００８】また、第２に、Ｃが０．６０乃至０．８５
重量％、Ｓｉが０．１乃至１．０重量％、Ｍｎが０．５
乃至１．５重量％、Ｐが０．０３５重量％以下、Ｓが
０．０４０重量％以下、Ａｌが０．０５重量％以下であ
り、０．０５乃至１．５重量％のＣｒ、０．０１乃至
０．２０重量％のＭｏ、０．０１乃至０．１０重量％の
Ｖ、０．１乃至１．０重量％のＮｉ、０．００５乃至
０．５０重量％のＮｂのうち１種又は２種以上を含有
し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、コ−ナ部
及び頭側部の硬度がＨB ３４１乃至４０５であり、レ−
ル頭部の硬度が該コ−ナ部及び頭側部の硬度の０．９以
下であることを特徴とする。
重量％、Ｓｉが０．１乃至１．０重量％、Ｍｎが０．５
乃至１．５重量％、Ｐが０．０３５重量％以下、Ｓが
０．０４０重量％以下、Ａｌが０．０５重量％以下であ
り、０．０５乃至１．５重量％のＣｒ、０．０１乃至
０．２０重量％のＭｏ、０．０１乃至０．１０重量％の
Ｖ、０．１乃至１．０重量％のＮｉ、０．００５乃至
０．５０重量％のＮｂのうち１種又は２種以上を含有
し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、コ−ナ部
及び頭側部の硬度がＨB ３４１乃至４０５であり、レ−
ル頭部の硬度が該コ−ナ部及び頭側部の硬度の０．９以
下であることを特徴とする。
【０００９】この発明に係る高強度・耐損傷レ−ルの製
造方法は、熱間圧延により上記第１又は第２のレ−ルの
組成を有するレ−ル素材を作製する工程と、このレ−ル
素材の頭部をオ−ステナイト域温度に保持した状態で、
冷却ヘッダの複数の冷媒噴出ノズルからレ−ル素材に冷
媒を吹き付けてレ−ル頭部を冷却する工程とを有し、前
記冷却工程は、前記冷却ヘッダのノズル個数、ノズル
径、および冷媒の噴出圧力のうち少なくとも１種を調節
して、レ−ル頭頂部の冷却速度がレ−ル頭側部の冷却速
度よりも遅くなるように実施されることを特徴とする。
造方法は、熱間圧延により上記第１又は第２のレ−ルの
組成を有するレ−ル素材を作製する工程と、このレ−ル
素材の頭部をオ−ステナイト域温度に保持した状態で、
冷却ヘッダの複数の冷媒噴出ノズルからレ−ル素材に冷
媒を吹き付けてレ−ル頭部を冷却する工程とを有し、前
記冷却工程は、前記冷却ヘッダのノズル個数、ノズル
径、および冷媒の噴出圧力のうち少なくとも１種を調節
して、レ−ル頭頂部の冷却速度がレ−ル頭側部の冷却速
度よりも遅くなるように実施されることを特徴とする。
【００１０】この発明に係るレ−ルの制御冷却方法は、
レ−ル素材をオ−ステナイト域温度に保持する工程と、
冷却ヘッダのノズル個数、ノズル径、および冷媒の噴出
圧力のうち少なくとも１種を調節して、冷却ヘッダの複
数の冷媒噴出ノズルからレ−ル素材に冷媒を吹き付け
て、レ−ル頭部の部位により冷却速度が異なるようにレ
−ル頭部を冷却する工程とを有することを特徴とする。
レ−ル素材をオ−ステナイト域温度に保持する工程と、
冷却ヘッダのノズル個数、ノズル径、および冷媒の噴出
圧力のうち少なくとも１種を調節して、冷却ヘッダの複
数の冷媒噴出ノズルからレ−ル素材に冷媒を吹き付け
て、レ−ル頭部の部位により冷却速度が異なるようにレ
−ル頭部を冷却する工程とを有することを特徴とする。
【００１１】このような高強度・耐損傷レ−ルにおいて
は、レ−ル頭頂部の初期なじみ性、及び高剛性軌道使用
環境下におけるレ−ル頭頂部の耐損傷性を改善すること
ができる。以下、この発明について詳細に説明する。
は、レ−ル頭頂部の初期なじみ性、及び高剛性軌道使用
環境下におけるレ−ル頭頂部の耐損傷性を改善すること
ができる。以下、この発明について詳細に説明する。
【００１２】図１は、この発明に係る高強度・耐損傷レ
−ルの頭部を示す断面図である。レ−ル頭部は、頭頂部
１、コ−ナ部２、頭側部３、及び顎部４を有している。
コ−ナ部２の一方は、使用に際して車輪と接触するゲ−
ジコ−ナ部となる。
−ルの頭部を示す断面図である。レ−ル頭部は、頭頂部
１、コ−ナ部２、頭側部３、及び顎部４を有している。
コ−ナ部２の一方は、使用に際して車輪と接触するゲ−
ジコ−ナ部となる。
【００１３】レ−ルの損傷、特に頭頂部１のヘッドチェ
ックは、レ−ル頭部に及ぼされる接触応力が高くなるに
従って短期間で発生するようになる。このことを図２及
び図３を参照して説明する。図２は、踏面曲率半径が１
５mmで最大直径が３０mmのレ−ル試験片と、直径３０mm
で周面がフラット形状の車輪試験片とを使用した２円筒
接触転動疲労試験方法を示す模式図である。この試験に
より垂直加重と損傷寿命との関係を求めると、図３に示
すような結果が得られる。すなわち、垂直荷重が高い場
合に、つまり接触応力が高い場合に、短期間で損傷が発
生すること（すなわち損傷寿命が短いこと）を確認でき
る。
ックは、レ−ル頭部に及ぼされる接触応力が高くなるに
従って短期間で発生するようになる。このことを図２及
び図３を参照して説明する。図２は、踏面曲率半径が１
５mmで最大直径が３０mmのレ−ル試験片と、直径３０mm
で周面がフラット形状の車輪試験片とを使用した２円筒
接触転動疲労試験方法を示す模式図である。この試験に
より垂直加重と損傷寿命との関係を求めると、図３に示
すような結果が得られる。すなわち、垂直荷重が高い場
合に、つまり接触応力が高い場合に、短期間で損傷が発
生すること（すなわち損傷寿命が短いこと）を確認でき
る。
【００１４】一方、新品の高強度レ−ルの使用初期にお
いて、車輪とのなじみが良くない場合、レ−ルに集中的
な垂直荷重が作用し、損傷が発生しやすい。また、レ−
ルの車輪と接触する部分の形状が、レ−ルの磨耗によっ
て車輪となじんでいる場合、磨耗速度が遅い部分では垂
直応力が選択的に作用する。これらのことから、レ−ル
の寿命を延長させるためには、従来のレ−ルの頭頂面に
おいて摩耗速度が遅いことにより過酷に作用していた最
大垂直応力を分散させることが有効であるといえる。
いて、車輪とのなじみが良くない場合、レ−ルに集中的
な垂直荷重が作用し、損傷が発生しやすい。また、レ−
ルの車輪と接触する部分の形状が、レ−ルの磨耗によっ
て車輪となじんでいる場合、磨耗速度が遅い部分では垂
直応力が選択的に作用する。これらのことから、レ−ル
の寿命を延長させるためには、従来のレ−ルの頭頂面に
おいて摩耗速度が遅いことにより過酷に作用していた最
大垂直応力を分散させることが有効であるといえる。
【００１５】このように、頭頂部１のヘッドチェックを
防止するためには、レ−ルにかかる荷重を低減するか、
又は車輪からの接触圧力が局部的に集中しないように接
触状況をコントロ−ルする方法が考えられる。
防止するためには、レ−ルにかかる荷重を低減するか、
又は車輪からの接触圧力が局部的に集中しないように接
触状況をコントロ−ルする方法が考えられる。
【００１６】この発明においては、鉄道車両の輪重を軽
減することなく課題を解決する観点から、後者の方法を
採用している。すなわち、列車を支持するための強度と
耐磨耗性とを保持しながら、なおかつレ−ルの頭頂部に
おける最大接触応力を低下させるべく、レ−ル組成を調
節し、更にレ−ルのコ−ナ部及び頭側部よりも、頭頂部
の方が硬度が低くなるようにした。次に、この発明に係
るレ−ルの成分組成の限定理由について説明する。
減することなく課題を解決する観点から、後者の方法を
採用している。すなわち、列車を支持するための強度と
耐磨耗性とを保持しながら、なおかつレ−ルの頭頂部に
おける最大接触応力を低下させるべく、レ−ル組成を調
節し、更にレ−ルのコ−ナ部及び頭側部よりも、頭頂部
の方が硬度が低くなるようにした。次に、この発明に係
るレ−ルの成分組成の限定理由について説明する。
【００１７】先ず、Ｃは０．６０〜０．８５重量％であ
る。０．６％以上とすることにより良好な強度及び耐磨
耗性が期待できる一方において、０．８５％を超えると
初析セメンタイトの析出により靭性が低下するからであ
る。Ｓｉは０．１〜１．０重量％である。レ−ル強度確
保のために０．１％以上必要であるが、１．０％を超え
ると靭性及び溶接性が劣化するからである。Ｍｎは０．
５〜１．５重量％である。レ−ル強度確保のために０．
５％以上必要であるが、１．５％を超えると靭性及び溶
接性に悪影響を及ぼすからである。Ｐ及びＳについて
は、延性劣化を回避するために、夫々０．０３５重量％
以下及び０．０４０重量％以下とした。Ａｌは疲労性能
を劣化させる成分であるから、０．０５％を上限とし
た。
る。０．６％以上とすることにより良好な強度及び耐磨
耗性が期待できる一方において、０．８５％を超えると
初析セメンタイトの析出により靭性が低下するからであ
る。Ｓｉは０．１〜１．０重量％である。レ−ル強度確
保のために０．１％以上必要であるが、１．０％を超え
ると靭性及び溶接性が劣化するからである。Ｍｎは０．
５〜１．５重量％である。レ−ル強度確保のために０．
５％以上必要であるが、１．５％を超えると靭性及び溶
接性に悪影響を及ぼすからである。Ｐ及びＳについて
は、延性劣化を回避するために、夫々０．０３５重量％
以下及び０．０４０重量％以下とした。Ａｌは疲労性能
を劣化させる成分であるから、０．０５％を上限とし
た。
【００１８】特に車輪とレ−ルとの接触条件が厳しい所
で用いられるレ−ルに関しては、レ−ルゲ−ジコ−ナ部
の耐磨耗性と強度とを一層良好なものとするために、Ｃ
ｒ，Ｍｏ，Ｖ，Ｎｉ及びＮｂの１種又は２種以上を低合
金添加する。
で用いられるレ−ルに関しては、レ−ルゲ−ジコ−ナ部
の耐磨耗性と強度とを一層良好なものとするために、Ｃ
ｒ，Ｍｏ，Ｖ，Ｎｉ及びＮｂの１種又は２種以上を低合
金添加する。
【００１９】Ｃｒは０．０５乃至１．５０％である。
０．５％以上であればパ−ライトラメラ間隔を小さくし
てパ−ライトを微細化し、強度、耐磨耗性及び耐損傷性
を向上させるが、１．５０％を超えると溶接性に悪影響
を与える。
０．５％以上であればパ−ライトラメラ間隔を小さくし
てパ−ライトを微細化し、強度、耐磨耗性及び耐損傷性
を向上させるが、１．５０％を超えると溶接性に悪影響
を与える。
【００２０】Ｍｏは０．０１〜０．２重量％である。Ｍ
ｏはＣｒと同様に強度を上昇させる元素あり、その効果
は０．０１％以上で表われる。これに対し、０．２％を
超えると、溶接性が劣化する。
ｏはＣｒと同様に強度を上昇させる元素あり、その効果
は０．０１％以上で表われる。これに対し、０．２％を
超えると、溶接性が劣化する。
【００２１】Ｎｂ及びＶは析出強化元素であり、夫々
０．００５〜０．０５０重量％及び０．０１〜０．１０
重量％である。これらが析出強化元素としての効果を得
るためには、Ｎｂは０．００５％以上、Ｖは０．０１％
以上添加する必要がある。一方、Ｎｂが０．０５％、又
はＶが０．１０％を超えて添加されると、Ｎｂ又はＶの
粗大な炭窒化物が析出し、レ−ルの靭性を劣化させる。
０．００５〜０．０５０重量％及び０．０１〜０．１０
重量％である。これらが析出強化元素としての効果を得
るためには、Ｎｂは０．００５％以上、Ｖは０．０１％
以上添加する必要がある。一方、Ｎｂが０．０５％、又
はＶが０．１０％を超えて添加されると、Ｎｂ又はＶの
粗大な炭窒化物が析出し、レ−ルの靭性を劣化させる。
【００２２】Ｎｉは強度及び靭性の向上に効果がある元
素であり、０．１〜１．０重量％である。０．１％より
も少なければ効果が現れず、１．０％で効果が飽和する
からである。
素であり、０．１〜１．０重量％である。０．１％より
も少なければ効果が現れず、１．０％で効果が飽和する
からである。
【００２３】この発明に係るレ−ルは、このような成分
組成を有し、微細パ−ライト組織を有している。そし
て、この発明においては、前述したように、レ−ル頭部
の硬さ分布を調節してレ−ル各部の摩耗特性を制御し、
最大接触圧力のレベルを低く抑えることによって、高剛
性軌道における高接触圧力の発生によるレ−ル頭頂部の
ヘッドチェック損傷を抑制する。好ましい硬さ分布は、
例えば各部分における熱処理を調節することにより達成
される。
組成を有し、微細パ−ライト組織を有している。そし
て、この発明においては、前述したように、レ−ル頭部
の硬さ分布を調節してレ−ル各部の摩耗特性を制御し、
最大接触圧力のレベルを低く抑えることによって、高剛
性軌道における高接触圧力の発生によるレ−ル頭頂部の
ヘッドチェック損傷を抑制する。好ましい硬さ分布は、
例えば各部分における熱処理を調節することにより達成
される。
【００２４】なお、頭頂部の金属組織を変化させること
により磨耗速度を調整しても同様の効果を得ることがで
きる。すなわち、この発明では、微細パ−ライト組織を
前提として、適宜の処理によりレ−ルの硬度分布を調節
しているが、金属組織を変化させることにより、硬さに
拘らず、磨耗特性を制御することができる。例えば、図
４に示すように、同じ硬さでは微細パ−ライト組織が最
も磨耗特性が良好である。また、この図に示すように、
金属組織を制御することにより硬度を上昇させて疲労強
度を向上させつつ、磨耗速度を上昇させることも可能で
ある。
により磨耗速度を調整しても同様の効果を得ることがで
きる。すなわち、この発明では、微細パ−ライト組織を
前提として、適宜の処理によりレ−ルの硬度分布を調節
しているが、金属組織を変化させることにより、硬さに
拘らず、磨耗特性を制御することができる。例えば、図
４に示すように、同じ硬さでは微細パ−ライト組織が最
も磨耗特性が良好である。また、この図に示すように、
金属組織を制御することにより硬度を上昇させて疲労強
度を向上させつつ、磨耗速度を上昇させることも可能で
ある。
【００２５】次に、微細パ−ライト組織のレ−ルにおい
て、上述に示すような効果を実用的に得るためのレ−ル
頭頂部とレ−ルコ−ナ部及び頭側部との間の硬度比につ
いて説明する。前述したように、車輪からの接触圧力が
局部的に集中しないように接触状況をコントロ−ルする
ためには、レ−ル頭頂部の硬度をレ−ルコ−ナ部及び頭
側部の硬度よりも小さくすればよい。これらの好ましい
硬度比を、２円筒式転動試験機による損傷寿命試験によ
り把握した。この試験は、実車輪及びレ−ルの１／４の
断面サイズを有する円筒試験片を作成して行った。な
お、車輪試験片の硬度は約ＨB （ブリネル硬度）３３１
とした。また、レ−ル試験片としてはＣ−Ｍｎ材（０．
７７％Ｃ，０．２３％Ｓｉ，０．９０％Ｍｎ，０．０１
９％Ｐ，０．００８％Ｓ，０．００４％sol Ａｌ）から
採取したものを用い、頭部相当部分に熱処理を施し、レ
−ルコ−ナ部に相当する部分の硬度を約ＨB ３７０に固
定し、レ−ル頭頂部に相当する部分を軟化させて硬度差
を設定した。その結果、図５に示すような結果が得られ
た。図５は、横軸にレ−ル頭頂部相当部分とレ−ルコ−
ナ部相当部分との間の硬度比（ブリネル硬度）をとり、
縦軸に従来の耐磨耗用高強度レ−ル（スラッククエンチ
レ−ル）に対する頭頂部損傷寿命比をとって、これらの
関係を示すグラフである。この図５に示すようにレ−ル
頭頂部相当部分の硬度とレ−ルコ−ナ部相当部分の硬度
との比を０．９以下とした場合に、レ−ル頭頂部相当部
分における損傷の発生が著しく抑制されることが確認さ
れた。また、この範囲において初期におけるレ−ル頭部
と車輪とのなじみが促進されることも確認された。従っ
て、この発明ではレ−ル頭頂部とレ−ルコ−ナ部及び頭
側部との間の硬度比を０．９以下に設定する。なお、硬
度比が０．６以下の場合にはレ−ルゲ−ジコ−ナ部に相
当する部分に損傷が発生することが確認された。従っ
て、この硬度比は０．６以上が好ましい。また、レ−ル
の強度及び耐磨耗性を十分な値にするためには、レ−ル
コ−ナ部及び頭側部の硬度をＨB ３４１〜ＨB ４０５の
範囲に設定する。
て、上述に示すような効果を実用的に得るためのレ−ル
頭頂部とレ−ルコ−ナ部及び頭側部との間の硬度比につ
いて説明する。前述したように、車輪からの接触圧力が
局部的に集中しないように接触状況をコントロ−ルする
ためには、レ−ル頭頂部の硬度をレ−ルコ−ナ部及び頭
側部の硬度よりも小さくすればよい。これらの好ましい
硬度比を、２円筒式転動試験機による損傷寿命試験によ
り把握した。この試験は、実車輪及びレ−ルの１／４の
断面サイズを有する円筒試験片を作成して行った。な
お、車輪試験片の硬度は約ＨB （ブリネル硬度）３３１
とした。また、レ−ル試験片としてはＣ−Ｍｎ材（０．
７７％Ｃ，０．２３％Ｓｉ，０．９０％Ｍｎ，０．０１
９％Ｐ，０．００８％Ｓ，０．００４％sol Ａｌ）から
採取したものを用い、頭部相当部分に熱処理を施し、レ
−ルコ−ナ部に相当する部分の硬度を約ＨB ３７０に固
定し、レ−ル頭頂部に相当する部分を軟化させて硬度差
を設定した。その結果、図５に示すような結果が得られ
た。図５は、横軸にレ−ル頭頂部相当部分とレ−ルコ−
ナ部相当部分との間の硬度比（ブリネル硬度）をとり、
縦軸に従来の耐磨耗用高強度レ−ル（スラッククエンチ
レ−ル）に対する頭頂部損傷寿命比をとって、これらの
関係を示すグラフである。この図５に示すようにレ−ル
頭頂部相当部分の硬度とレ−ルコ−ナ部相当部分の硬度
との比を０．９以下とした場合に、レ−ル頭頂部相当部
分における損傷の発生が著しく抑制されることが確認さ
れた。また、この範囲において初期におけるレ−ル頭部
と車輪とのなじみが促進されることも確認された。従っ
て、この発明ではレ−ル頭頂部とレ−ルコ−ナ部及び頭
側部との間の硬度比を０．９以下に設定する。なお、硬
度比が０．６以下の場合にはレ−ルゲ−ジコ−ナ部に相
当する部分に損傷が発生することが確認された。従っ
て、この硬度比は０．６以上が好ましい。また、レ−ル
の強度及び耐磨耗性を十分な値にするためには、レ−ル
コ−ナ部及び頭側部の硬度をＨB ３４１〜ＨB ４０５の
範囲に設定する。
【００２６】この発明に係る高強度・耐損傷レ−ルにお
ける頭部の硬度分布の例を図６に示す。図６（ａ）で
は、レ−ル頭側面からレ−ル頭部幅の１／４内部までの
部分のうち、レ−ル頭頂面から深さ１５mmまでの部分、
及び図６（ａ）における点Ａ，Ａ´から顎までの直線と
レ−ル頭側面によって囲まれる部分が、レ−ルコ−ナ部
及びレ−ル頭側部であり、これらの部分の硬度を通常の
高強度レ−ルの磨耗特性を有するように、ＨB ３４１〜
ＨB ４０５の範囲とし、レ−ル頭頂部としてのレ−ル頭
頂面から２５mmの深さ程度までの部分の硬度をレ−ルコ
−ナ部及びレ−ル頭側部の硬度に対する硬度比が０．９
以下で０．６以上となるような範囲に調節し、なおかつ
ＨB ２６５以上を満足させている。これにより、レ−ル
頭頂部とレ−ルゲ−ジコ−ナ部との間に磨耗特性の差を
生じさせることができ、この差を各種レ−ルの使用環境
での最適な値とすることによって、レ−ル頭頂部中央で
の過大な最大接触圧力発生の問題を解決することができ
る。
ける頭部の硬度分布の例を図６に示す。図６（ａ）で
は、レ−ル頭側面からレ−ル頭部幅の１／４内部までの
部分のうち、レ−ル頭頂面から深さ１５mmまでの部分、
及び図６（ａ）における点Ａ，Ａ´から顎までの直線と
レ−ル頭側面によって囲まれる部分が、レ−ルコ−ナ部
及びレ−ル頭側部であり、これらの部分の硬度を通常の
高強度レ−ルの磨耗特性を有するように、ＨB ３４１〜
ＨB ４０５の範囲とし、レ−ル頭頂部としてのレ−ル頭
頂面から２５mmの深さ程度までの部分の硬度をレ−ルコ
−ナ部及びレ−ル頭側部の硬度に対する硬度比が０．９
以下で０．６以上となるような範囲に調節し、なおかつ
ＨB ２６５以上を満足させている。これにより、レ−ル
頭頂部とレ−ルゲ−ジコ−ナ部との間に磨耗特性の差を
生じさせることができ、この差を各種レ−ルの使用環境
での最適な値とすることによって、レ−ル頭頂部中央で
の過大な最大接触圧力発生の問題を解決することができ
る。
【００２７】図６（ｂ）では、レ−ル頭頂面から１５mm
内部で、レ−ル頭側面から１５mm内部の点を始点とし、
この点からレ−ルコ−ナ部及び顎部を結んだ直線に囲ま
れた部分をＨB ３４１〜ＨB ４０５の硬度にし、レ−ル
頭頂面から２５mm深さまでの他の部分の硬度を上記部分
の硬度に対する硬度比が０．９以上、０．６以下となる
ように調節している。このような硬度パタ−ンでも図６
（ａ）と同様な効果を得ることができる。
内部で、レ−ル頭側面から１５mm内部の点を始点とし、
この点からレ−ルコ−ナ部及び顎部を結んだ直線に囲ま
れた部分をＨB ３４１〜ＨB ４０５の硬度にし、レ−ル
頭頂面から２５mm深さまでの他の部分の硬度を上記部分
の硬度に対する硬度比が０．９以上、０．６以下となる
ように調節している。このような硬度パタ−ンでも図６
（ａ）と同様な効果を得ることができる。
【００２８】なお、緩曲線のように、車輪とレ−ルとの
接触条件があまり厳しくない環境下では、頭側部、ゲ−
ジコ−ナ部の高強度部分の硬度範囲をＨB ３２０〜ＨB
３８０へ下げることも可能である。また、図６（ｃ）の
ように、レ−ル頭頂中央部分の１／２幅部で、頭頂面か
らの深さ約２５mmまでの部分を上述のような硬度比にな
るように軟化させたレ−ルもこの発明の範囲に含まれ、
同様な効果を得ることができる。
接触条件があまり厳しくない環境下では、頭側部、ゲ−
ジコ−ナ部の高強度部分の硬度範囲をＨB ３２０〜ＨB
３８０へ下げることも可能である。また、図６（ｃ）の
ように、レ−ル頭頂中央部分の１／２幅部で、頭頂面か
らの深さ約２５mmまでの部分を上述のような硬度比にな
るように軟化させたレ−ルもこの発明の範囲に含まれ、
同様な効果を得ることができる。
【００２９】この発明に係るレ−ルにおいては、レ−ル
頭部の硬度分布を、レ−ル使用初期において頭頂部の磨
耗速度がコ−ナ部及び頭側部より若干速くなるように調
節することにより車輪とのなじみが促進され、局所的な
過大接触応力の存在を早期に緩和することができる。ま
た、なじみ過程が終了した後において、レ−ルは車輪と
の接触状況下でその頭部の各部における磨耗速度が調節
され、頭頂部中央の磨耗が優先的に生じる。これによ
り、レ−ル頭部に働く垂直荷重をレ−ル頭部上面に均等
に分担させることができ、レ−ル頭頂部に作用する振幅
応力が緩和され、最大接触圧力を疲労限界以下まで下げ
ることができる。従って、疲労損傷の発生を抑制してレ
−ル寿命を延ばすことができる。次に、このようなレ−
ルの製造方法について説明する。
頭部の硬度分布を、レ−ル使用初期において頭頂部の磨
耗速度がコ−ナ部及び頭側部より若干速くなるように調
節することにより車輪とのなじみが促進され、局所的な
過大接触応力の存在を早期に緩和することができる。ま
た、なじみ過程が終了した後において、レ−ルは車輪と
の接触状況下でその頭部の各部における磨耗速度が調節
され、頭頂部中央の磨耗が優先的に生じる。これによ
り、レ−ル頭部に働く垂直荷重をレ−ル頭部上面に均等
に分担させることができ、レ−ル頭頂部に作用する振幅
応力が緩和され、最大接触圧力を疲労限界以下まで下げ
ることができる。従って、疲労損傷の発生を抑制してレ
−ル寿命を延ばすことができる。次に、このようなレ−
ルの製造方法について説明する。
【００３０】通常、レ−ルは以下のように製造される。
まず、熱間圧延によりレ−ル素材を作製し、次いで、そ
のレ−ル素材の頭部をオ−ステナイト域温度に保持した
状態から冷却する。ここでは、この冷却の際の冷却速度
をコントロ−ルすることによって、頭頂部と頭側部とで
硬度の異なるレ−ルを製造する。
まず、熱間圧延によりレ−ル素材を作製し、次いで、そ
のレ−ル素材の頭部をオ−ステナイト域温度に保持した
状態から冷却する。ここでは、この冷却の際の冷却速度
をコントロ−ルすることによって、頭頂部と頭側部とで
硬度の異なるレ−ルを製造する。
【００３１】レ−ル素材頭部の冷却は、図１０に示すよ
うに、頭頂部冷却ヘッダ１１と２つの頭側部冷却ヘッダ
１２とを、夫々レ−ル素材の頭頂部および頭側部に対向
するように配置し、これら冷却ヘッダの複数のノズルか
らレ−ル素材に冷媒、例えばエア−を吹き付けることに
よりなされる。この場合に、ノズルの個数、ノズル径お
よび冷媒の噴出圧力のうち少なくとも１種を調整するこ
とによって、レ−ル頭部の部位により冷却速度を異なら
せるようにすることができる。一方、レ−ルの硬度は、
オ−ステナイト域温度からの冷却速度が遅いほど低下す
る。
うに、頭頂部冷却ヘッダ１１と２つの頭側部冷却ヘッダ
１２とを、夫々レ−ル素材の頭頂部および頭側部に対向
するように配置し、これら冷却ヘッダの複数のノズルか
らレ−ル素材に冷媒、例えばエア−を吹き付けることに
よりなされる。この場合に、ノズルの個数、ノズル径お
よび冷媒の噴出圧力のうち少なくとも１種を調整するこ
とによって、レ−ル頭部の部位により冷却速度を異なら
せるようにすることができる。一方、レ−ルの硬度は、
オ−ステナイト域温度からの冷却速度が遅いほど低下す
る。
【００３２】従って、この発明においては、この発明の
範囲内の組成を有するレ−ル素材を熱間圧延によって製
造し、このレ−ル素材の頭部を、オ−ステナイト域温度
に保持した状態から、レ−ル頭頂部の冷却速度がレ−ル
頭側部の冷却速度よりも遅くなるようにノズルの個数、
ノズル径および冷媒の噴出圧力のうち少なくとも１種を
調整して冷却ヘッダからレ−ル素材に冷媒を吹き付ける
ことにより冷却する。これにより、この発明に係る頭頂
部の硬度が頭側部の硬度より低いレ−ルを製造すること
ができる。
範囲内の組成を有するレ−ル素材を熱間圧延によって製
造し、このレ−ル素材の頭部を、オ−ステナイト域温度
に保持した状態から、レ−ル頭頂部の冷却速度がレ−ル
頭側部の冷却速度よりも遅くなるようにノズルの個数、
ノズル径および冷媒の噴出圧力のうち少なくとも１種を
調整して冷却ヘッダからレ−ル素材に冷媒を吹き付ける
ことにより冷却する。これにより、この発明に係る頭頂
部の硬度が頭側部の硬度より低いレ−ルを製造すること
ができる。
【００３３】なお、熱間圧延後、レ−ル素材がオ−ステ
ナイト域温度に保持されていればそのままレ−ル素材を
冷却するが、レ−ル素材の温度がオ−ステナイト域温度
よりも低い場合には、レ−ル素材をオ−ステナイト域温
度まで再加熱してから冷却する。
ナイト域温度に保持されていればそのままレ−ル素材を
冷却するが、レ−ル素材の温度がオ−ステナイト域温度
よりも低い場合には、レ−ル素材をオ−ステナイト域温
度まで再加熱してから冷却する。
【００３４】
【実施例】以下、この発明の実施例について説明する。
本発明に係るレ−ル組成の範囲内である表１に示す組成
の鋼をレ−ル素材とした。
本発明に係るレ−ル組成の範囲内である表１に示す組成
の鋼をレ−ル素材とした。
【００３５】
【表１】
【００３６】表１中のＣ−Ｍｎ材で形成された６０ｋｇ
レ−ル素材に対して従来の頭部スラッククエンチ熱処理
を施した従来の硬頭レ−ルと、同じ素材に対して頭頂部
の冷却を弱くした特殊な頭部スラッククエンチを行った
本発明に係るレ−ルとを作成した。
レ−ル素材に対して従来の頭部スラッククエンチ熱処理
を施した従来の硬頭レ−ルと、同じ素材に対して頭頂部
の冷却を弱くした特殊な頭部スラッククエンチを行った
本発明に係るレ−ルとを作成した。
【００３７】本発明に係るレ−ルは、以下のように製造
した。すなわち、熱間圧延によりレ−ル素材を作製した
後、Ａr1以上にあるレ−ル素材頭部に、図１０に示すよ
うに配置された頭頂部冷却用のエア−ヘッダ１１及び頭
側部冷却用のエア−ヘッダ１２に設けられた複数のノズ
ルからエア−を吹き付けて、レ−ル素材頭部を冷却し
た。図１１（ａ）はここで用いた頭頂部冷却用エア−ヘ
ッダ１１のノズル配置を示す図であり、この図に示すよ
うに、その中央部においてノズル穴の個数が減少されて
いる。すなわち、従来の頭頂部冷却用ヘッダは、図１１
（ｂ）に示すようにノズル穴が均一に配置されている
が、ここではヘッダ中央部のノズル穴個数を減じて、レ
−ル頭頂部に吹き付けるエア−の量が少なくなるように
した。また、ヘッダのエア−の圧力をコントロ−ルして
頭側部に噴射するエア−圧力よりも頭頂部に噴射するエ
ア−圧力のほうが低くなるようにした。表２に頭頂部及
び頭側部に対するエア−圧力、並びに頭頂部と頭側部の
ノズル穴個数比を示す。表２中、上段は実施例、下段は
従来例である。
した。すなわち、熱間圧延によりレ−ル素材を作製した
後、Ａr1以上にあるレ−ル素材頭部に、図１０に示すよ
うに配置された頭頂部冷却用のエア−ヘッダ１１及び頭
側部冷却用のエア−ヘッダ１２に設けられた複数のノズ
ルからエア−を吹き付けて、レ−ル素材頭部を冷却し
た。図１１（ａ）はここで用いた頭頂部冷却用エア−ヘ
ッダ１１のノズル配置を示す図であり、この図に示すよ
うに、その中央部においてノズル穴の個数が減少されて
いる。すなわち、従来の頭頂部冷却用ヘッダは、図１１
（ｂ）に示すようにノズル穴が均一に配置されている
が、ここではヘッダ中央部のノズル穴個数を減じて、レ
−ル頭頂部に吹き付けるエア−の量が少なくなるように
した。また、ヘッダのエア−の圧力をコントロ−ルして
頭側部に噴射するエア−圧力よりも頭頂部に噴射するエ
ア−圧力のほうが低くなるようにした。表２に頭頂部及
び頭側部に対するエア−圧力、並びに頭頂部と頭側部の
ノズル穴個数比を示す。表２中、上段は実施例、下段は
従来例である。
【００３８】
【表２】
【００３９】これらレ−ルの頭頂面下１mmの部分の硬度
分布を図７に示す。図７中符号Ａは従来レ−ルの硬度分
布を示し、符号Ｂは本発明レ−ルの硬度分布を示す。な
お、図７の横軸に示した丸数字は、実際の硬度測定ポイ
ントを記載した図８に示す丸数字の位置に対応する。図
７に示すように、従来レ−ルでは、頭頂部と、頭側部及
びコ−ナ部との間で硬度差が少ないのに対し、本発明レ
−ルでは頭頂部の硬度が低くなっている。
分布を図７に示す。図７中符号Ａは従来レ−ルの硬度分
布を示し、符号Ｂは本発明レ−ルの硬度分布を示す。な
お、図７の横軸に示した丸数字は、実際の硬度測定ポイ
ントを記載した図８に示す丸数字の位置に対応する。図
７に示すように、従来レ−ルでは、頭頂部と、頭側部及
びコ−ナ部との間で硬度差が少ないのに対し、本発明レ
−ルでは頭頂部の硬度が低くなっている。
【００４０】表１に示す組成のレ−ル素材から、実車輪
及びレ−ルの１／４の断面サイズを有する円筒試験片を
作成し、２円筒式転動試験機により損傷寿命試験を行っ
た、車輪試験片の硬度は約ＨB ３３１であった。レ−ル
試験片は、レ−ル頭頂部に相当する部分に本発明の特徴
を持たせるために、レ−ル頭頂部に相当する部分の硬度
を、コ−ナ部相当部分の硬度（約ＨB ３７０に固定）の
０．９以下にしたものである。また、表１中Ｃ−Ｍｎ材
をスラッククエンチ処理した後、頭頂部に焼もどし処理
を施した試験片も作成し、同様に試験を行った。これ
は、頭頂部を球状パ−ライト組織とすることにより頭頂
部の硬度低下を意図したものである。
及びレ−ルの１／４の断面サイズを有する円筒試験片を
作成し、２円筒式転動試験機により損傷寿命試験を行っ
た、車輪試験片の硬度は約ＨB ３３１であった。レ−ル
試験片は、レ−ル頭頂部に相当する部分に本発明の特徴
を持たせるために、レ−ル頭頂部に相当する部分の硬度
を、コ−ナ部相当部分の硬度（約ＨB ３７０に固定）の
０．９以下にしたものである。また、表１中Ｃ−Ｍｎ材
をスラッククエンチ処理した後、頭頂部に焼もどし処理
を施した試験片も作成し、同様に試験を行った。これ
は、頭頂部を球状パ−ライト組織とすることにより頭頂
部の硬度低下を意図したものである。
【００４１】この試験の結果を図９に示す。図９から明
らかなように、いずれの試験片についても、レ−ルコ−
ナ部に対するレ−ル頭頂部の硬度比が０．９以下の場合
に、損傷寿命が１．２倍以上向上し、最大１．９倍にも
なることが確認された。
らかなように、いずれの試験片についても、レ−ルコ−
ナ部に対するレ−ル頭頂部の硬度比が０．９以下の場合
に、損傷寿命が１．２倍以上向上し、最大１．９倍にも
なることが確認された。
【００４２】また、Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｎｂ，Ｖから選
択される元素を添加したＣｒ−Ｖ材、Ｃｒ−Ｍｏ−Ｖ
材、Ｎｉ−Ｎｂ材で作成した試験片では、これらを含ま
ないＣ−Ｍｎ材で作成した試験片よりも損傷寿命が長く
なった。このことより、Ｃｒ等の合金元素を添加するこ
とにより損傷寿命が改善されることが確認された。
択される元素を添加したＣｒ−Ｖ材、Ｃｒ−Ｍｏ−Ｖ
材、Ｎｉ−Ｎｂ材で作成した試験片では、これらを含ま
ないＣ−Ｍｎ材で作成した試験片よりも損傷寿命が長く
なった。このことより、Ｃｒ等の合金元素を添加するこ
とにより損傷寿命が改善されることが確認された。
【００４３】本発明のレ−ルとして表１に示すＣ−Ｍｎ
材を図７中のＢのような硬度分布をもつようにスラック
クエンチ処理したレ−ルを、従来の高強度レ−ルと共に
高軸重鉄道の実路線に敷設し、実際に車両を走らせて試
験した結果、本発明のレ−ルは敷設初期における車輪と
のなじみが良好であった。また、２５０００００００通
過トン時において、レ−ル頭頂面の損傷発生率が従来の
１／６となり、敷設初期を除く耐損傷性も従来よりも良
好であることが確認された。
材を図７中のＢのような硬度分布をもつようにスラック
クエンチ処理したレ−ルを、従来の高強度レ−ルと共に
高軸重鉄道の実路線に敷設し、実際に車両を走らせて試
験した結果、本発明のレ−ルは敷設初期における車輪と
のなじみが良好であった。また、２５０００００００通
過トン時において、レ−ル頭頂面の損傷発生率が従来の
１／６となり、敷設初期を除く耐損傷性も従来よりも良
好であることが確認された。
【００４４】これら試験の結果から、損傷寿命を延長さ
せるためには、本発明のように車輪からレ−ル頭頂面に
作用する垂直応力を分散させることが有効であることが
わかった。
せるためには、本発明のように車輪からレ−ル頭頂面に
作用する垂直応力を分散させることが有効であることが
わかった。
【００４５】従来、本発明のように、車輪からレ−ル頭
部に及ぼされる接触応力の位置による相違に着目して、
レ−ル頭部の磨耗特性を部分的に制御した例はなく、耐
磨耗性及び耐損傷性に優れた本発明のレ−ルは、今後の
高剛性軌道の普及に伴い、鉄道の保守費低減のために有
効なものになることが期待される。
部に及ぼされる接触応力の位置による相違に着目して、
レ−ル頭部の磨耗特性を部分的に制御した例はなく、耐
磨耗性及び耐損傷性に優れた本発明のレ−ルは、今後の
高剛性軌道の普及に伴い、鉄道の保守費低減のために有
効なものになることが期待される。
【００４６】
【発明の効果】この発明によれば、ヘッドチェック等の
過大接触圧力に伴って発生する頭頂部の損傷を抑制する
ことができ、レ−ル寿命を延長させることができる。こ
のため、高軸重鉄道の急曲線においてコンクリ−ト枕木
等を用いる高剛性軌道を導入する上での問題点を解決す
ることができ、軌道保守費を低減させることができる。
このように、この発明は経済的価値が極めて高い。
過大接触圧力に伴って発生する頭頂部の損傷を抑制する
ことができ、レ−ル寿命を延長させることができる。こ
のため、高軸重鉄道の急曲線においてコンクリ−ト枕木
等を用いる高剛性軌道を導入する上での問題点を解決す
ることができ、軌道保守費を低減させることができる。
このように、この発明は経済的価値が極めて高い。
【図１】はこの発明に係るレ−ルの頭部を示す断面図。
【図２】レ−ルに作用する垂直荷重と損傷寿命との関係
を把握するための２円筒接触転動試験を説明するための
図。
を把握するための２円筒接触転動試験を説明するための
図。
【図３】図２に示す試験における垂直荷重と損傷寿命と
の関係を示す図。
の関係を示す図。
【図４】２円筒式接触回転磨耗試験における硬度と磨耗
速度との関係及び組織と磨耗速度との関係を示す図。
速度との関係及び組織と磨耗速度との関係を示す図。
【図５】レ−ルの頭頂部及びコ−ナ部の間の硬度比と損
傷寿命との関係を示す図。
傷寿命との関係を示す図。
【図６】この発明に係るレ−ルの硬度分布の例を示す
図。
図。
【図７】レ−ル頭部の硬度分布を示す図。
【図８】図７に示した硬度分布の測定ポイントを示す
図。
図。
【図９】組成又は熱処理方法が異なるレ−ル試験片にお
ける硬度比と損傷寿命との関係を示す図。
ける硬度比と損傷寿命との関係を示す図。
【図１０】レ−ル素材を冷却する方法を説明するための
図。
図。
【図１１】この発明に係るレ−ル冷却方法及び従の方法
を実施する際に用いるレ−ル頭頂部冷却用ヘッダのノズ
ル穴の配列を示す図。
を実施する際に用いるレ−ル頭頂部冷却用ヘッダのノズ
ル穴の配列を示す図。
１；頭頂部、２；コ−ナ−部、３；頭側部、４；顎部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ゴードン・オー・ベシュ アメリカ合衆国、カンサス州 66215、レ ネクサ、ウエスト・ナインテイ−ファース ト・テラス 14517 (72)発明者 ジョン・エー・ホブランド アメリカ合衆国、カンサス州 66210、オ ーバーランド・パーク、ウエスト・ワンハ ンドレッドシクステイーンス・ストリート 9633 (72)発明者 古川 遵 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 山中 秀行 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 福田 耕三 宮城県宮城郡七ケ浜町東宮浜字御林３−２ (72)発明者 堀田 知夫 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 片岡 譲 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 上田 正博 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 井出 哲成 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 伊藤 篤 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 義之 鷹雄 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内
Claims (5)
- 【請求項１】 Ｃが０．６０乃至０．８５重量％、Ｓｉ
が０．１乃至１．０重量％、Ｍｎが０．５乃至１．５重
量％、Ｐが０．０３５重量％以下、Ｓが０．０４０重量
％以下、Ａｌが０．０５重量％以下であり、残部がＦｅ
及び不可避的不純物からなり、そのコ−ナ部及び頭側部
の硬度がＨB ３４１乃至４０５であり、その頭頂部の硬
度が該コ−ナ部及び頭側部の硬度の０．９以下であるこ
とを特徴とする高強度・耐損傷レ−ル。 - 【請求項２】 Ｃが０．６０乃至０．８５重量％、Ｓｉ
が０．１乃至１．０重量％、Ｍｎが０．５乃至１．５重
量％、Ｐが０．０３５重量％以下、Ｓが０．０４０重量
％以下、Ａｌが０．０５重量％以下であり、０．０５乃
至１．５重量％のＣｒ、０．０１乃至０．２０重量％の
Ｍｏ、０．０１乃至０．１０重量％のＶ、０．１乃至
１．０重量％のＮｉ、０．００５乃至０．５０重量％の
Ｎｂのうち１種又は２種以上を含有し、残部がＦｅ及び
不可避的不純物からなり、そのコ−ナ部及び頭側部の硬
度がＨB ３４１乃至４０５であり、その頭頂部の硬度が
該コ−ナ部及び頭側部の硬度の０．９以下であることを
特徴とする高強度・耐損傷レ−ル。 - 【請求項３】 熱間圧延により、Ｃが０．６０乃至０．
８５重量％、Ｓｉが０．１乃至１．０重量％、Ｍｎが
０．５乃至１．５重量％、Ｐが０．０３５重量％以下、
Ｓが０．０４０重量％以下、Ａｌが０．０５重量％以下
であり、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなるレ−ル
素材を作製する工程と、 このレ−ル素材の頭部をオ−ステナイト域温度に保持し
た状態で、冷却ヘッダの複数の冷媒噴出ノズルからレ−
ル素材に冷媒を吹き付けてレ−ル頭部を冷却する工程
と、を有し、 前記冷却工程は、前記冷却ヘッダのノズル個数、ノズル
径、および冷媒の噴出圧力のうち少なくとも１種を調節
して、レ−ル頭頂部の冷却速度がレ−ル頭側部の冷却速
度よりも遅くなるように実施されることを特徴とする高
強度・耐損傷レ−ルの製造方法。 - 【請求項４】 熱間圧延により、Ｃが０．６０乃至０．
８５重量％、Ｓｉが０．１乃至１．０重量％、Ｍｎが
０．５乃至１．５重量％、Ｐが０．０３５重量％以下、
Ｓが０．０４０重量％以下、Ａｌが０．０５重量％以下
であり、０．０５乃至１．５重量％のＣｒ、０．０１乃
至０．２０重量％のＭｏ、０．０１乃至０．１０重量％
のＶ、０．１乃至１．０重量％のＮｉ、０．００５乃至
０．５０重量％のＮｂのうち１種又は２種以上を含有
し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなるレ−ル素材
を作製する工程と、 このレ−ル素材の頭部をオ−ステナイト域温度に保持し
た状態で、冷却ヘッダの複数の冷媒噴出ノズルからレ−
ル素材に冷媒を吹き付けてレ−ル頭部を冷却する工程
と、を有し、 前記冷却工程は、前記冷却ヘッダのノズル個数、ノズル
径、および冷媒の噴出圧力のうち少なくとも１種を調節
して、レ−ル頭頂部の冷却速度がレ−ル頭側部の冷却速
度よりも遅くなるように実施されることを特徴とする高
強度・耐損傷レ−ルの製造方法。 - 【請求項５】 レ−ル素材をオ−ステナイト域温度に保
持する工程と、 冷却ヘッダのノズル個数、ノズル径、および冷媒の噴出
圧力のうち少なくとも１種を調節して、冷却ヘッダの複
数の冷媒噴出ノズルからレ−ル素材に冷媒を吹き付け
て、レ−ル頭部の部位により冷却速度が異なるようにレ
−ル頭部を冷却する工程と、を有することを特徴とする
レ−ルの制御冷却方法。
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