JPH06306802A - 耐内部損傷性に優れたレール - Google Patents
耐内部損傷性に優れたレールInfo
- Publication number
- JPH06306802A JPH06306802A JP9984593A JP9984593A JPH06306802A JP H06306802 A JPH06306802 A JP H06306802A JP 9984593 A JP9984593 A JP 9984593A JP 9984593 A JP9984593 A JP 9984593A JP H06306802 A JPH06306802 A JP H06306802A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- rail
- residual stress
- internal damage
- corner
- vertical direction
- Prior art date
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- Pending
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は海外の重荷重鉄道で問題となってい
るレール内部から発生する転がり疲労損傷性を改善する
レールを提供する。 【構成】 レールのコーナー直下５mmから２０mmの範囲
の内部に、レール垂直方向に１００MPa 以上の圧縮の残
留応力を有することを特徴とする耐内部損傷性に優れた
レール。 【効果】 内部損傷が発生するレールコーナー直下の１
０mm近傍の垂直方向に、予め圧縮残留応力を付与してお
くことでレール使用中に同部に誘起される引張残留応力
をキャンセルし、内部損傷発生に必要な引張残留応力を
除去してレールの耐内部損傷性を高めている。
るレール内部から発生する転がり疲労損傷性を改善する
レールを提供する。 【構成】 レールのコーナー直下５mmから２０mmの範囲
の内部に、レール垂直方向に１００MPa 以上の圧縮の残
留応力を有することを特徴とする耐内部損傷性に優れた
レール。 【効果】 内部損傷が発生するレールコーナー直下の１
０mm近傍の垂直方向に、予め圧縮残留応力を付与してお
くことでレール使用中に同部に誘起される引張残留応力
をキャンセルし、内部損傷発生に必要な引張残留応力を
除去してレールの耐内部損傷性を高めている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は海外の重荷重鉄道で問題
となっているレールの内部から発生する転がり疲労損傷
性を改善するレールを提供するものである。
となっているレールの内部から発生する転がり疲労損傷
性を改善するレールを提供するものである。
【０００２】
【従来の技術】海外の鉱山鉄道等の重荷重路線におい
て、レールゲージコーナー直下約１０mmの内部から疲労
損傷〔以下ＴＤ（Tranverse Defectの略）と称する〕が
発生し、問題となっている。本損傷はレール内部から発
生するため、き裂がレール表面に現れると同時にレール
が破損に至るため、極めて厄介な損傷でその対策が強く
望まれている。しかし、損傷発生位置がコーナー直下約
１０mmと非常に深く、輪重負荷による最大剪断応力発生
位置とも一致しないためＴＤ発生原因も不明であった。
ただ、ＴＤ発生位置近傍を詳細に調査すると、微小な非
金属介在物が検知される場合があり、非金属介在物がＴ
Ｄ発生の起点になっていることが推察され、非金属介在
物を極力低減するような対策が講じられてきた。しか
し、依然としてＴＤ発生が見られ抜本対策を得るまでに
至っていなかった。
て、レールゲージコーナー直下約１０mmの内部から疲労
損傷〔以下ＴＤ（Tranverse Defectの略）と称する〕が
発生し、問題となっている。本損傷はレール内部から発
生するため、き裂がレール表面に現れると同時にレール
が破損に至るため、極めて厄介な損傷でその対策が強く
望まれている。しかし、損傷発生位置がコーナー直下約
１０mmと非常に深く、輪重負荷による最大剪断応力発生
位置とも一致しないためＴＤ発生原因も不明であった。
ただ、ＴＤ発生位置近傍を詳細に調査すると、微小な非
金属介在物が検知される場合があり、非金属介在物がＴ
Ｄ発生の起点になっていることが推察され、非金属介在
物を極力低減するような対策が講じられてきた。しか
し、依然としてＴＤ発生が見られ抜本対策を得るまでに
至っていなかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ＴＤ発生を抜本的に解
決するために、本発明者らはまずＴＤ発生のメカニズム
の解明から取り組んだ。すなわち、ＴＤ発生の起点はな
にか、ＴＤ発生にはどのような応力が作用しているの
か、なぜコーナー直下から約１０mm近傍の深い位置に発
生するのか、などについてＴＤ発生レールの調査やＦＥ
Ｍ（有限要素法解析）などによる解析などにより詳細に
調査、検討を行った。その結果、ＴＤ発生起点には必ず
しも非金属介在物が存在しないこと、ＴＤが発生する位
置には輪重の繰返し負荷によるレール垂直方向に引張り
の残留応力が発生し、車輪の通過の度に圧縮と引張りの
繰返し応力が作用すること、ＴＤ発生位置がゲージコー
ナー直下の約１０mmの深い位置にあるのは、レール垂直
方向の引張残留応力がこの位置に発生するためであるこ
と、などを明らかにした。
決するために、本発明者らはまずＴＤ発生のメカニズム
の解明から取り組んだ。すなわち、ＴＤ発生の起点はな
にか、ＴＤ発生にはどのような応力が作用しているの
か、なぜコーナー直下から約１０mm近傍の深い位置に発
生するのか、などについてＴＤ発生レールの調査やＦＥ
Ｍ（有限要素法解析）などによる解析などにより詳細に
調査、検討を行った。その結果、ＴＤ発生起点には必ず
しも非金属介在物が存在しないこと、ＴＤが発生する位
置には輪重の繰返し負荷によるレール垂直方向に引張り
の残留応力が発生し、車輪の通過の度に圧縮と引張りの
繰返し応力が作用すること、ＴＤ発生位置がゲージコー
ナー直下の約１０mmの深い位置にあるのは、レール垂直
方向の引張残留応力がこの位置に発生するためであるこ
と、などを明らかにした。
【０００４】すなわち、ＴＤ発生には使用中にゲージコ
ーナー直下の約１０mm位置に発生するレール垂直方向の
引張残留応力が大きく影響していることが明確となっ
た。したがって、予めコーナー直下の約１０mmを中心と
する位置近傍に圧縮の残留応力を付与しておき、使用中
にレール表面近傍の塑性変形に基づく引張残留応力が同
位置に誘起されるのを防ぐことで、ＴＤの発生を防止す
るかあるいはＴＤ発生まで寿命を大きく延長できること
が分かった。コーナー直下約１０mm位置のレール垂直方
向残留応力が約１００MPa 以上の圧縮であれば、使用中
に同部の誘因する残留応力をほぼゼロかまたは圧縮側に
抑えられ、ＴＤ発生をほぼ防止できることを明らかにし
た。
ーナー直下の約１０mm位置に発生するレール垂直方向の
引張残留応力が大きく影響していることが明確となっ
た。したがって、予めコーナー直下の約１０mmを中心と
する位置近傍に圧縮の残留応力を付与しておき、使用中
にレール表面近傍の塑性変形に基づく引張残留応力が同
位置に誘起されるのを防ぐことで、ＴＤの発生を防止す
るかあるいはＴＤ発生まで寿命を大きく延長できること
が分かった。コーナー直下約１０mm位置のレール垂直方
向残留応力が約１００MPa 以上の圧縮であれば、使用中
に同部の誘因する残留応力をほぼゼロかまたは圧縮側に
抑えられ、ＴＤ発生をほぼ防止できることを明らかにし
た。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は上記知見に基づ
いてなされたもので、その主旨とするところは、レール
のゲージコーナー直下５mmから２０mmの範囲の内部に、
レール垂直方向に１００MPa 以上の圧縮残留応力を有す
る耐内部損傷性に優れたレールを提供するものである。
いてなされたもので、その主旨とするところは、レール
のゲージコーナー直下５mmから２０mmの範囲の内部に、
レール垂直方向に１００MPa 以上の圧縮残留応力を有す
る耐内部損傷性に優れたレールを提供するものである。
【０００６】以下本発明について図面を用いながら詳細
に説明する。まず、説明を容易にするためレール各部の
名称について説明する。図１にレール断面を示す。図に
おいて、ａの部分が頭部、ｂの部分が腹部、ｃの部分が
底部である。レール頭部の（イ）の部分が頭部表面、
（ロ）の部分がコーナー、（ハ）の部分が頭部側面、
（ニ）の部分があご下部である。
に説明する。まず、説明を容易にするためレール各部の
名称について説明する。図１にレール断面を示す。図に
おいて、ａの部分が頭部、ｂの部分が腹部、ｃの部分が
底部である。レール頭部の（イ）の部分が頭部表面、
（ロ）の部分がコーナー、（ハ）の部分が頭部側面、
（ニ）の部分があご下部である。
【０００７】本発明レールではコーナー（ロ）の直下５
mmから２０mmの範囲の内部に、レール垂直方向に１００
MPa 以上の圧縮残留応力を有している。コーナー（ロ）
の直下５mmから２０mmの範囲でなければならない理由
は、従来しばしばこの範囲でＴＤが発生していること、
およびさらにレールの耐用期間中の摩耗も考慮して、摩
耗してもＴＤ発生深さがほぼこの位置であることに基づ
いている。すなわち、コーナー（ロ）の直下５mmより浅
い位置にはＴＤの発生はなく、また２０mmを超えるより
深い位置では使用期間中の摩耗を考慮してもＴＤ発生が
見られないことによる。
mmから２０mmの範囲の内部に、レール垂直方向に１００
MPa 以上の圧縮残留応力を有している。コーナー（ロ）
の直下５mmから２０mmの範囲でなければならない理由
は、従来しばしばこの範囲でＴＤが発生していること、
およびさらにレールの耐用期間中の摩耗も考慮して、摩
耗してもＴＤ発生深さがほぼこの位置であることに基づ
いている。すなわち、コーナー（ロ）の直下５mmより浅
い位置にはＴＤの発生はなく、また２０mmを超えるより
深い位置では使用期間中の摩耗を考慮してもＴＤ発生が
見られないことによる。
【０００８】一方、コーナー（ロ）の直下５mmから２０
mmの範囲の内部に、レール垂直方向に１００MPa 以上の
圧縮残留応力を付与しなければならない理由は、該位置
にＴＤ発生に必要なレール垂直方向の引張残留応力の生
成を防ぐためである。すなわち、レール使用期間中にレ
ール表面近傍の塑性変形に基づいてコーナー（ロ）の直
下５mmから２０mmの範囲の内部に、レール垂直方向に引
張残留応力が誘起されるが、予め該位置に１００MPa 以
上の圧縮の残留応力を付与しておくと、レール使用期間
中に誘起される引張残留応力をほぼゼロ以下に抑えるこ
とができ、ＴＤ発生を防止できる。１００MPa より小さ
い圧縮の残留応力の場合、レール使用期間中に誘起され
る引張残留応力をゼロ以下にはできないため、引張残留
応力の大きさによってはＴＤ発生は避け難くなる。した
がって、コーナー（ロ）の直下５mmから２０mmの範囲の
内部に、レール垂直方向に付与する圧縮残留応力は極力
大きい方が望ましい。
mmの範囲の内部に、レール垂直方向に１００MPa 以上の
圧縮残留応力を付与しなければならない理由は、該位置
にＴＤ発生に必要なレール垂直方向の引張残留応力の生
成を防ぐためである。すなわち、レール使用期間中にレ
ール表面近傍の塑性変形に基づいてコーナー（ロ）の直
下５mmから２０mmの範囲の内部に、レール垂直方向に引
張残留応力が誘起されるが、予め該位置に１００MPa 以
上の圧縮の残留応力を付与しておくと、レール使用期間
中に誘起される引張残留応力をほぼゼロ以下に抑えるこ
とができ、ＴＤ発生を防止できる。１００MPa より小さ
い圧縮の残留応力の場合、レール使用期間中に誘起され
る引張残留応力をゼロ以下にはできないため、引張残留
応力の大きさによってはＴＤ発生は避け難くなる。した
がって、コーナー（ロ）の直下５mmから２０mmの範囲の
内部に、レール垂直方向に付与する圧縮残留応力は極力
大きい方が望ましい。
【０００９】
【実施例】次に本発明の具体的実施例について説明す
る。本発明レールの耐内部損傷性の性能を確認するた
め、普通炭素鋼のＡＲＥＡ１３６ＲＥレールを用いて、
圧下圧延によってレールコーナー直下の約１０mm位置の
垂直方向に１０８MPa の圧縮残留応力を付与し、転動疲
労試験を行って従来レールとの耐内部損傷性の比較を行
った。結果を表１に示す。表１から明らかなように、従
来レールの場合、約７７００万トンの通過トン数でＴＤ
発生が非破壊検査で確認され、約２億３千万トンの通過
トン数でレール破損に至った。これに対し、本発明レー
ルは４億通過トン数以上でもＴＤ発生がないことが超音
波非破壊検査で確認され、耐内部損傷性が非常に優れた
ものであることが確認できた。
る。本発明レールの耐内部損傷性の性能を確認するた
め、普通炭素鋼のＡＲＥＡ１３６ＲＥレールを用いて、
圧下圧延によってレールコーナー直下の約１０mm位置の
垂直方向に１０８MPa の圧縮残留応力を付与し、転動疲
労試験を行って従来レールとの耐内部損傷性の比較を行
った。結果を表１に示す。表１から明らかなように、従
来レールの場合、約７７００万トンの通過トン数でＴＤ
発生が非破壊検査で確認され、約２億３千万トンの通過
トン数でレール破損に至った。これに対し、本発明レー
ルは４億通過トン数以上でもＴＤ発生がないことが超音
波非破壊検査で確認され、耐内部損傷性が非常に優れた
ものであることが確認できた。
【００１０】
【表１】
【００１１】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明ではレー
ルのコーナー部直下に１００MPa 以上の圧縮残留応力を
付与しておくことにより、レール内部から発生する疲労
損傷を防止し、レール破損を有効に防ぐことができる。
ルのコーナー部直下に１００MPa 以上の圧縮残留応力を
付与しておくことにより、レール内部から発生する疲労
損傷を防止し、レール破損を有効に防ぐことができる。
【図１】レール断面の各部の名称を示す。
Claims (1)
- 【請求項１】 レールのゲージコーナー直下５mmから２
０mmの範囲の内部に、レール垂直方向に１００MPa 以上
の圧縮残留応力を有することを特徴とする耐内部損傷性
に優れたレール。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9984593A JPH06306802A (ja) | 1993-04-26 | 1993-04-26 | 耐内部損傷性に優れたレール |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9984593A JPH06306802A (ja) | 1993-04-26 | 1993-04-26 | 耐内部損傷性に優れたレール |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06306802A true JPH06306802A (ja) | 1994-11-01 |
Family
ID=14258147
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9984593A Pending JPH06306802A (ja) | 1993-04-26 | 1993-04-26 | 耐内部損傷性に優れたレール |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06306802A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0904859A1 (en) * | 1997-09-26 | 1999-03-31 | British Steel Plc | Method for the development of beneficial residual stresses in rails or beams |
-
1993
- 1993-04-26 JP JP9984593A patent/JPH06306802A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0904859A1 (en) * | 1997-09-26 | 1999-03-31 | British Steel Plc | Method for the development of beneficial residual stresses in rails or beams |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20020813 |