JPH07173530A - パーライト金属組織を呈した高靭性レールの製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 強度と耐摩耗性に優れた高炭素のパーライト
組織を呈した鋼に靭性を付与した高靭性レールの製造方
法。 【構成】 Ｃを０．６〜１．００％含む鋼をレールに圧
延する際、仕上圧延において、８５０〜１０００℃の間
で１パス当りの断面減少率５〜３０％の圧下でパス間時
間が８秒以下の連続圧延を３パス以上行う、すなわち、
タンデム圧延を行い、その後、放冷あるいは加速冷却
し、高強度の高靭性レールを得る製造方法。 【効果】 高炭素鋼は、オーステナイト粒が再結晶し易
く、圧延直後に動的再結晶に近い再結晶を生ずるという
知見に基づき、上記方法で圧延すると細粒の圧延再結晶
粒を得ることができ、パーライト鋼の靭性を著しく向上
することが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鉄道その他産業機械用
として使用される強度と耐摩耗性に優れた高炭素のパー
ライト組織を呈した鋼に、靭性を付与した高靭性レール
の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】高炭素でパーライトの金属組織を呈した
鋼は強度が高く、耐摩耗性が良好なことから構造材料と
して使用され、中でも鉄道車両の重量増加に伴う高軸荷
重化や高速輸送化に対応してレールが特に多く仕様され
ている。

【０００３】このような鋼材の製造法としては、例えば
特開昭５５−２７６号公報には「パーライト組織を呈し
やすい特定成分の鋼をＡｃ₃ 点以上の加熱温度から冷却
して４５０〜６００℃の温度で恒温変態させて、微細パ
ーライト組織を生成させる硬質レールの製造法」、また
特開昭５８−２２１２２９号公報には「Ｃ：０．６５〜
０．８５％、Ｍｎ：０．５〜２．５％を含有して高温度
の熱を保有したＭｎ高レールを急冷し、レールまたはレ
ールヘッドの組織を微細なパーライトとして耐摩耗性を
改善したレールの熱処理法」、さらに特開昭５９−１３
３３２２号公報は「安定してパーライト組織が得られる
特定成分の圧延レールを、Ａｒ₃ 点以上の温度から特定
温度の溶融塩浴中に浸漬して、レール頭頂部表面下約１
０mmまでにＨｖ＞３５０の硬さをもつ微細なパーライト
組織を呈するレールの熱処理方法」が開示されているご
とく、多くの技術が知られている。

【０００４】しかしながら、パーライト鋼の強度や耐摩
耗性は合金元素の添加によって所要の規格品のレールが
容易に得られるとは言え、靭性はフェライト組織を主体
とした鋼に比較して著しく低く、例えばパーライトレー
ル鋼ではＪＩＳ３号Ｕノッチシャルピー試験での常温試
験値で１〜２kgｆ・ｍ程度である。このように靭性の低
い鋼を繰り返し荷重や振動の懸かる分野で構造部材とし
て仕様した場合、微小な初期欠陥や疲労き裂から低応力
脆性破壊を引き起こす問題があった。

【０００５】一般に、鋼の靭性を向上させる手段には金
属組織の細粒化つまりオーステナイト組織の細粒化や粒
内変態によって達成されるものと言われている。従っ
て、オーステナイト組織の細粒化は、例えば圧延時の低
温加熱あるいは特開昭６３−２７７７２１号公報に開示
されているように制御圧延と加熱処理の組合せ、また圧
延後の低温加熱処理などが利用されている。しかし、レ
ールの製造法においては、成形性確保の観点から圧延時
の低温加熱や制御圧延における低温圧延、大圧下圧延の
適用が困難な理由から、今日においても従来から低温加
熱処理法による靭性向上が図られている。ところが、こ
の方法も、近来の各鋼製品における省力化・生産性向上
技術の開発が進められる中で製造コストが高く、生産性
も低いなどの問題があり、これらの問題の早期解決が望
まれている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記した問題
点を解消しようとするものであり、レール成形上、低温
あるいは大圧下に依っていた制御圧延の問題を克服し、
共析鋼特有の制御圧延を行い、共析炭素鋼のレールの靭
性を向上させる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】本発明者らは、細粒のパ
ーライト組織を得て靭性を向上させた鋼を製造するため
に、鋼成分とその製造法から多くの実験を試みた結果、
共析炭素鋼に近い高炭素の鋼はそのオーステナイト状態
での加工において、比較的低温で、かつ小さい圧下量で
も圧延直後に再結晶することを見いだし、小圧下でかつ
圧延パス間を短縮する連続圧延を施すことによって整粒
の微細オーステナイト粒を得、その結果、細粒のパーラ
イト組織が得られることを知見した。

【０００８】本発明はこのような知見に基づいて構成し
たものであって、その要旨とするところは重量％でＣ：
０．６０〜１．００％を含有する炭素鋼または低合金鋼
の鋼片をレール形状に粗圧延した後、該レールの表面温
度が８５０〜１０００℃の間を１パス当たり断面減少圧
下率が５〜３０％の圧延を３パス以上でかつ圧延パス間
を１０秒以下とする連続仕上圧延を施し、続いて放冷あ
るいは７００℃以上の温度から７００〜５００℃の間を
２〜１５℃／秒で冷却するパーライト金属組織を呈した
高靭性レールの製造法である。

【０００９】以下、本発明について詳細に説明する。先
ず、本発明において鋼成分を上記のように限定した理由
について説明する。通常の溶解炉で溶製された溶鋼を連
続鋳造法あるいは造塊分塊法の工程を経て製造された炭
素鋼片、あるいはさらにＣｒ，Ｍｏ，Ｖ，Ｎｉなどの強
度靭性向上元素を少量含有した低合金鋼片において、Ｃ
は、製造されるレールにパーライト金属組織を生成させ
耐磨耗性を確保する有効な成分であり、０．６０％以上
を含有させる必要がある。しかし、１．００％を超える
過剰な量を含有させる事はセメンタイト金属組織が多く
析出して硬さを増加し延性を低下し、本発明が目的の靭
性を著しく低下させる問題がある。従って、本発明にお
いては炭素鋼片あるいは低合金鋼片に含まれるＣの含有
量を０．６０〜１．００％に限定した。

【００１０】こうして製造された鋼片は、１０５０℃を
超える通常の高温度に加熱した後レール形状に粗圧延
し、続いて連続仕上圧延をする。粗圧延終了温度につい
ては特に限定するものではないが、仕上圧延工程の成形
性を考慮して１０００℃以上がよい。連続仕上圧延は最
終サイズのレール形状に成形し仕上げるもので、粗圧延
を終了した高い温度から連続仕上圧延を開始し、レール
の表面温度が８５０〜１０００℃の間を、１パス当たり
５〜３０％の断面縮少率で連続的に仕上圧延をする。

【００１１】この連続仕上圧延条件は細粒なパーライト
金属組織を得るのに必要な整粒でかつ細粒オーステナイ
ト金属組織が得られる範囲である。すなわち本発明は、
比較的多量のＣを含有するため、低い温度と圧下率
で、細粒オーステナイト金属組織が再結晶し易いこと、
圧延後、完全再結晶に要する時間が非常に短いため、
再結晶挙動が早く完了し易いこと、小さな圧下率でも
連続的に圧延を施す度に再結晶を繰り返し、次パスの圧
延までオーステナイト金属組織の粒成長が抑制されるな
どの理由から、細粒オーステナイト金属組織が得られ
る。このような現象が得られる連続仕上圧延法としてレ
ールの表面温度で、８５０〜１０００℃の範囲に限定し
たものである。すなわち、８５０℃未満の低い仕上温度
ではオーステナイト金属組織が未再結晶状態となり、微
細なパーライト金属組織の生成が損なわれる。また、１
０００℃を超える仕上圧延ではオーステナイト金属組織
が粒成長し、続いてパーライト組織変態時に粗粒なオー
ステナイト金属組織が生成して均一でかつ微細なパーラ
イト金属組織が得られない。

【００１２】この間の１パス当たりの断面縮少率で５〜
３０％の圧下率は細粒オーステナイト金属組織を生成せ
しめるに有効な加工度であって、５％未満の軽度の圧下
率ではオーステナイト金属組織が再結晶するに十分な歪
加工度でなく、その反対に３０％を超える過剰な圧下率
ではレールの成形加工が困難となる。また連続仕上圧延
においては、３０％以下の断面縮少率で細粒オーステナ
イト金属組織を容易に生成せしめるために、オーステナ
イト金属組織の再結晶と粒成長を抑制するように、３パ
ス以上の圧延を行う必要がある。

【００１３】しかも圧延されるパス間のレールは、高温
度の熱を保有するためオーステナイト金属組織が成長し
粗大な粒を生成して強度、靭性などレールに要求される
特性を劣化する。従って本発明においては圧延パス間の
時間を１０秒以下に短縮して次の圧延を直ちに行い、オ
ーステナイト金属組織の微細化延いては微細なパーライ
ト金属組織を生成させる連続仕上圧延を行う必要があ
る。通常のリバース圧延のパス間時間は２０〜２５秒程
度である。従ってこの間に圧延されたオーステナイト金
属組織粒はひずみの回復、再結晶、さらには粒成長がで
きなくなる程に大きくなり、圧延再結晶によるオーステ
ナイト粒の細粒化効果が減じ、本発明が目的のレールを
製造することができなくなるため、圧延パス間の時間を
できるだけ短縮する必要がある。このような圧延条件で
所定のサイズに成形され高温度の熱を保有するレール
は、直ちに低温度まで放冷されて製品に供される。

【００１４】さらにまた、強度の高いレールが要求され
る場合は、連続仕上圧延後変態強化機能をもつ７００℃
以上の温度から、冷却速度が鋼の変態に係わる温度範囲
すなわち７００〜５００℃の温度範囲を２〜１５℃／秒
の速度で冷却する。この時の速度が２℃／秒未満では緩
冷却ととなって放冷と同等程度の変態強化が得られて強
化不十分となり、その反対に１５℃／秒を超える急速冷
却ではベイナイトやマルテンサイトなどの金属異常組織
が生成して靭性を著しく阻害し脆化したレールが得られ
る。

【００１５】上記のような本発明法によれば、細粒のパ
ーライト組織を得て靭性を向上させたレールを製造する
ことができる。

【００１６】

【実施例】表１に金属組織がパーライトを呈する供試鋼
の化学成分を示す。表２は表１に示した成分の鋼をレー
ルに加工するに際しての加熱条件と仕上圧延条件を本発
明および比較法と共に示す。表３は圧延後の冷却条件を
示す。表４に表１から表３に示した鋼成分、圧延条件お
よび冷却条件を組み合わせてレールを製造した場合の本
発明法および比較法でのレール鋼の機械的性質を示す。

【００１７】本発明法では鋼成分および冷却条件により
レールの強度は変化するが延性値（伸び）、靭性値（２
ＵＥ＋２０）は比較法のそれに比較して著しく高い値を
示すことがわかる。

【００１８】

【表１】

【００１９】

【表２】

【００２０】

【表３】

【００２１】

【表４】

【００２２】

【発明の効果】以上のように本発明法によって得られた
レールは、特定された条件の仕上圧延さらには冷却によ
って製造されることによって微細なパーライト組織とな
り、かつ極めて靭性の優れたレールとすることができ
る。

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成６年９月２１日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００３

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００３】このような鋼材の製造法としては、例えば
特開昭５５−２７６８号公報には「パーライト組織を呈
しやすい特定成分の鋼をＡｃ₃ 点以上の加熱温度から冷
却して４５０〜６００℃の温度で恒温変態させて、微細
パーライト組織を生成させる硬質レールの製造法」、ま
た特開昭５８−２２１２２９号公報には「Ｃ：０．６５
〜０．８５％、Ｍｎ：０．５〜２．５％を含有して高温
度の熱を保有したＭｎ高レールを急冷し、レールまたは
レールヘッドの組織を微細なパーライトとして耐摩耗性
を改善したレールの熱処理法」、さらに特開昭５９−１
３３３２２号公報は「安定してパーライト組織が得られ
る特定成分の圧延レールを、Ａｒ₃ 点以上の温度から特
定温度の溶融塩浴中に浸漬して、レール頭頂部表面下約
１０mmまでにＨｖ＞３５０の硬さをもつ微細なパーライ
ト組織を呈するレールの熱処理方法」が開示されている
ごとく、多くの技術が知られている。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｃ：０．６０〜１．００％を含有する炭
   素鋼または低合金鋼の鋼片をレール形状に粗圧延した
   後、該レールの表面温度が８５０〜１０００℃の間を、
   １パス当たり断面減少圧下率が５〜３０％の圧延を３パ
   ス以上でかつ圧延パス間を１０秒以下とする連続仕上圧
   延を施し、続いて放冷する事を特徴とするパーライト金
   属組織を呈した高靭性レールの製造法。
2. 【請求項２】 Ｃ：０．６０〜１．００％を含有する炭
   素鋼または低合金鋼の鋼片をレール形状に粗圧延した
   後、該レールの表面温度が８５０〜１０００℃の間を、
   １パス当たり断面減少圧下率が５〜３０％の圧延を３パ
   ス以上でかつ圧延パス間を１０秒以下とする連続仕上圧
   延を施し、続いて７００℃以上の温度から７００〜５０
   ０℃の間を２〜１５℃／秒で冷却する事を特徴とするパ
   ーライト金属組織を呈した高靭性レールの製造法。