JPH08246100A - 耐摩耗性に優れたパーライト系レールおよびその製造法 - Google Patents
耐摩耗性に優れたパーライト系レールおよびその製造法Info
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- JPH08246100A JPH08246100A JP4675395A JP4675395A JPH08246100A JP H08246100 A JPH08246100 A JP H08246100A JP 4675395 A JP4675395 A JP 4675395A JP 4675395 A JP4675395 A JP 4675395A JP H08246100 A JPH08246100 A JP H08246100A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 重軸重鉄道の曲線区間レールに要求される耐
摩耗性を向上させる。 【構成】 C ：0.85超〜1.20％、Si：0.10〜1.00％、M
n：0.40〜1.50％を含有し、さらに必要に応じてCr,Mo,
V,Nb,Co,B の１種または２種以上を含む熱間圧延した高
温度の熱を保有する鋼レール、あるいは熱処理する目的
で高温に加熱された鋼レールの頭部をオーステナイト域
温度から冷却停止温度 700〜500 ℃までの間を 1〜10℃
/secで加速冷却し、該鋼レールの頭部コーナー部および
頭頂部の該頭部表面を起点として深さ20mmの範囲がパー
ライト組織を呈し、前記範囲のパーライト組織の硬さが
Hv320以上であることを特徴とする耐摩耗性に優れたパ
ーライト系レールおよびその製造法。 【効果】 本発明レール鋼は従来レール鋼よりも炭素量
を高め、同時に硬さを向上させることにより、従来レー
ルよりも耐摩耗性が向上している。
摩耗性を向上させる。 【構成】 C ：0.85超〜1.20％、Si：0.10〜1.00％、M
n：0.40〜1.50％を含有し、さらに必要に応じてCr,Mo,
V,Nb,Co,B の１種または２種以上を含む熱間圧延した高
温度の熱を保有する鋼レール、あるいは熱処理する目的
で高温に加熱された鋼レールの頭部をオーステナイト域
温度から冷却停止温度 700〜500 ℃までの間を 1〜10℃
/secで加速冷却し、該鋼レールの頭部コーナー部および
頭頂部の該頭部表面を起点として深さ20mmの範囲がパー
ライト組織を呈し、前記範囲のパーライト組織の硬さが
Hv320以上であることを特徴とする耐摩耗性に優れたパ
ーライト系レールおよびその製造法。 【効果】 本発明レール鋼は従来レール鋼よりも炭素量
を高め、同時に硬さを向上させることにより、従来レー
ルよりも耐摩耗性が向上している。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、重軸重鉄道の曲線区間
のレールに要求される耐摩耗性を大きく向上させたパー
ライト系レールおよびその製造法に関するものである。
のレールに要求される耐摩耗性を大きく向上させたパー
ライト系レールおよびその製造法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】鉄道輸送の高効率化の手段として、列車
速度の向上や列車積載重量の増加が図られている。この
ような鉄道輸送の効率化はレール使用環境の過酷化を意
味し、レール材質の一層の改善が要求されるに至ってい
る。具体的には、海外の重荷重鉄道の曲線区間に敷設さ
れたレールでは摩耗が急激に増加し、レールの高寿命化
の点で問題視されるようになった。
速度の向上や列車積載重量の増加が図られている。この
ような鉄道輸送の効率化はレール使用環境の過酷化を意
味し、レール材質の一層の改善が要求されるに至ってい
る。具体的には、海外の重荷重鉄道の曲線区間に敷設さ
れたレールでは摩耗が急激に増加し、レールの高寿命化
の点で問題視されるようになった。
【０００３】しかしながら、最近のレール高強度化熱処
理技術の向上により、共析炭素鋼を用いた微細パーライ
ト組織を呈した下記に示すような高強度（高硬度）レー
ルが開発され、重荷重鉄道の曲線区間のレール寿命を飛
躍的に改善してきた。 頭部がソルバイト組織、または、微細なパーライト組
織の超大荷重用の熱処理レール（特公昭５４−２５４９
０号公報参照）。 Ｃｒ、Ｎｂなどの合金を添加し、耐摩耗性ばかりでな
く溶接部の硬度低下を改善した低合金熱処理レールの製
造法（特公昭５９−１９１７３号公報参照）。 これらのレールの特徴は、共析炭素含有鋼による微細パ
ーライト組織を呈する高強度（高硬度）レールであり、
その目的とするところは耐摩耗性を向上させるところに
あった。
理技術の向上により、共析炭素鋼を用いた微細パーライ
ト組織を呈した下記に示すような高強度（高硬度）レー
ルが開発され、重荷重鉄道の曲線区間のレール寿命を飛
躍的に改善してきた。 頭部がソルバイト組織、または、微細なパーライト組
織の超大荷重用の熱処理レール（特公昭５４−２５４９
０号公報参照）。 Ｃｒ、Ｎｂなどの合金を添加し、耐摩耗性ばかりでな
く溶接部の硬度低下を改善した低合金熱処理レールの製
造法（特公昭５９−１９１７３号公報参照）。 これらのレールの特徴は、共析炭素含有鋼による微細パ
ーライト組織を呈する高強度（高硬度）レールであり、
その目的とするところは耐摩耗性を向上させるところに
あった。
【０００４】しかし、近年海外の重荷重鉄道ではより一
層の鉄道輸送の高効率化のために、貨物の高軸重化（列
車積載重量の増加）を強力に進めており、特に急曲線の
レールでは上記開発のレールを用いても耐摩耗性が確保
できず、摩耗によるレール寿命の低下が問題となってき
た。このような背景から、現状の共析炭素鋼の高強度レ
ール以上の耐摩耗性を有するレールの開発が求められる
ようになってきた。
層の鉄道輸送の高効率化のために、貨物の高軸重化（列
車積載重量の増加）を強力に進めており、特に急曲線の
レールでは上記開発のレールを用いても耐摩耗性が確保
できず、摩耗によるレール寿命の低下が問題となってき
た。このような背景から、現状の共析炭素鋼の高強度レ
ール以上の耐摩耗性を有するレールの開発が求められる
ようになってきた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来レール鋼として用
いられている共析炭素成分のパーライト組織の耐摩耗性
を向上させる方法としては、一般的にはパーライト組織
の硬さを向上させる方法がある。しかし、共析炭素成分
のパーライト組織を呈した高強度レールでは現状の硬さ
が上限であり、硬さの向上を狙って熱処理冷却速度や合
金の添加量を増加させると、パーライト組織中に硬いマ
ルテンサイト組織が生成し、レールの靭性と耐摩耗性を
低下させるといった問題点があった。
いられている共析炭素成分のパーライト組織の耐摩耗性
を向上させる方法としては、一般的にはパーライト組織
の硬さを向上させる方法がある。しかし、共析炭素成分
のパーライト組織を呈した高強度レールでは現状の硬さ
が上限であり、硬さの向上を狙って熱処理冷却速度や合
金の添加量を増加させると、パーライト組織中に硬いマ
ルテンサイト組織が生成し、レールの靭性と耐摩耗性を
低下させるといった問題点があった。
【０００６】また、もう一つの解決策としてはパーライ
ト組織より耐摩耗性が高い金属組織を呈した材料をレー
ル鋼として使用する方法が考えられるが、レールと車輪
のようなころがり摩耗環境下では微細パーライト組織よ
りも安価で耐摩耗性に優れた材料は見いだされていない
のが現状である。
ト組織より耐摩耗性が高い金属組織を呈した材料をレー
ル鋼として使用する方法が考えられるが、レールと車輪
のようなころがり摩耗環境下では微細パーライト組織よ
りも安価で耐摩耗性に優れた材料は見いだされていない
のが現状である。
【０００７】従来レール鋼として用いられてきた共析炭
素成分のパーライト組織は硬さの低いフェライト組織と
板状の硬いセメンタイト組織の層状構造になっている。
本発明者らはパーライト組織の摩耗機構を観察した結
果、まずはじめに車輪の通過により柔らかなフェライト
組織が絞り出され、その後ころがり面直下に硬いセメン
タイトのみが積み重なり、これに加工硬化が加わって耐
摩耗性が確保されていることを確認した。
素成分のパーライト組織は硬さの低いフェライト組織と
板状の硬いセメンタイト組織の層状構造になっている。
本発明者らはパーライト組織の摩耗機構を観察した結
果、まずはじめに車輪の通過により柔らかなフェライト
組織が絞り出され、その後ころがり面直下に硬いセメン
タイトのみが積み重なり、これに加工硬化が加わって耐
摩耗性が確保されていることを確認した。
【０００８】そこで、本発明者らは耐摩耗性を得るため
にパーライト組織の硬さを向上させると同時に、炭素量
を高くしてパーライト組織の耐摩耗性を確保している板
状の硬いセメンタイト組織比率を増加させ、ころがり面
直下でのセメンタイト密度を高めることにより靭性およ
び延性を損なわず、耐摩耗性が飛躍的に向上することを
実験により見いだした。
にパーライト組織の硬さを向上させると同時に、炭素量
を高くしてパーライト組織の耐摩耗性を確保している板
状の硬いセメンタイト組織比率を増加させ、ころがり面
直下でのセメンタイト密度を高めることにより靭性およ
び延性を損なわず、耐摩耗性が飛躍的に向上することを
実験により見いだした。
【０００９】すなわち本発明は重軸重鉄道の曲線区間の
レールに要求される耐摩耗性を大きく向上させたレール
を低コストで提供することを目的とするものである。
レールに要求される耐摩耗性を大きく向上させたレール
を低コストで提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するものであって、その要旨とするところは、重量％
で、Ｃ ：０．８５超〜１．２０％、 Ｓｉ：０．１０
〜１．００％、Ｍｎ：０．４０〜１．５０％を含有し
て、さらに必要に応じて、Ｃｒ：０．０５〜０．６０
％、 Ｍｏ：０．０１〜０．２０％、Ｖ ：０．０２
〜０．３０％、 Ｎｂ：０．００２〜０．０５０％、
Ｃｏ：０．１０〜２．００％、 Ｂ ：０．０００５
〜０．００５％の１種または２種以上を含有して、残部
が鉄および不可避的不純物からなる鋼レールであって、
該鋼レールの頭部コーナー部および頭頂部表面を起点と
して少なくとも深さ２０mmの範囲がパーライト組織を呈
し、前記範囲のパーライト組織の硬さがＨｖ３２０以上
であることを特徴とする耐摩耗性に優れたパーライト系
レール。および前記成分の鋼を熱間圧延した高温度の熱
を保有する鋼レール、あるいは熱処理する目的で高温に
加熱された鋼レールの頭部をオーステナイト域温度から
冷却停止温度７００〜５００℃までの間を１〜１０℃/s
ecで加速冷却し、該鋼レールの頭部コーナー部および頭
頂部表面を起点として少なくとも深さ２０mmの範囲がパ
ーライト組織を呈し、前記範囲のパーライト組織の硬さ
がＨｖ３２０以上であることを特徴とする耐摩耗性に優
れたパーライト系レールおよびその製造法である。
するものであって、その要旨とするところは、重量％
で、Ｃ ：０．８５超〜１．２０％、 Ｓｉ：０．１０
〜１．００％、Ｍｎ：０．４０〜１．５０％を含有し
て、さらに必要に応じて、Ｃｒ：０．０５〜０．６０
％、 Ｍｏ：０．０１〜０．２０％、Ｖ ：０．０２
〜０．３０％、 Ｎｂ：０．００２〜０．０５０％、
Ｃｏ：０．１０〜２．００％、 Ｂ ：０．０００５
〜０．００５％の１種または２種以上を含有して、残部
が鉄および不可避的不純物からなる鋼レールであって、
該鋼レールの頭部コーナー部および頭頂部表面を起点と
して少なくとも深さ２０mmの範囲がパーライト組織を呈
し、前記範囲のパーライト組織の硬さがＨｖ３２０以上
であることを特徴とする耐摩耗性に優れたパーライト系
レール。および前記成分の鋼を熱間圧延した高温度の熱
を保有する鋼レール、あるいは熱処理する目的で高温に
加熱された鋼レールの頭部をオーステナイト域温度から
冷却停止温度７００〜５００℃までの間を１〜１０℃/s
ecで加速冷却し、該鋼レールの頭部コーナー部および頭
頂部表面を起点として少なくとも深さ２０mmの範囲がパ
ーライト組織を呈し、前記範囲のパーライト組織の硬さ
がＨｖ３２０以上であることを特徴とする耐摩耗性に優
れたパーライト系レールおよびその製造法である。
【００１１】以下、本発明について詳細に説明する。ま
ず、本発明においてレールの化学成分を上記のように限
定した理由について説明する。Ｃはパーライト変態を促
進させて、かつ、耐摩耗性を確保する有効な元素であ
り、通常のレール鋼としてはＣ量０．６０〜０．８５％
が添加されているが、Ｃ量０．８５％以下では耐摩耗性
の向上を図るためのパーライト組織中のセメンタイト密
度が確保できない。また、Ｃ量１．２０％を超えると旧
オーステナイト粒界の初析セメンタイトの量が増加し、
延性および靭性が大きく低下するため、Ｃ量を０．８５
超〜１．２０％に限定した。
ず、本発明においてレールの化学成分を上記のように限
定した理由について説明する。Ｃはパーライト変態を促
進させて、かつ、耐摩耗性を確保する有効な元素であ
り、通常のレール鋼としてはＣ量０．６０〜０．８５％
が添加されているが、Ｃ量０．８５％以下では耐摩耗性
の向上を図るためのパーライト組織中のセメンタイト密
度が確保できない。また、Ｃ量１．２０％を超えると旧
オーステナイト粒界の初析セメンタイトの量が増加し、
延性および靭性が大きく低下するため、Ｃ量を０．８５
超〜１．２０％に限定した。
【００１２】Ｓｉはパーライト組織中のフェライト相へ
の固溶体硬化により強度を向上させる元素であるが、
０．１０％未満ではその効果が十分に期待できず、ま
た、１．００％を超えるとレールの脆化をもたらし溶接
性も低下するので、Ｓｉ量を０．１０〜１．００％に限
定した。
の固溶体硬化により強度を向上させる元素であるが、
０．１０％未満ではその効果が十分に期待できず、ま
た、１．００％を超えるとレールの脆化をもたらし溶接
性も低下するので、Ｓｉ量を０．１０〜１．００％に限
定した。
【００１３】Ｍｎはパーライト変態温度を低下させ、焼
き入れ性を高めることによって高強度化に寄与し、さら
に、初析セメンタイトの生成を抑制する元素であるが、
０．４０％未満の含有量ではその効果が小さく、また、
１．５０％を超えると偏析部にレールの靭性、耐摩耗性
に有害なマルテンサイト組織を生成させ易くするために
Ｍｎ量を０．４０〜１．５０％に限定した。
き入れ性を高めることによって高強度化に寄与し、さら
に、初析セメンタイトの生成を抑制する元素であるが、
０．４０％未満の含有量ではその効果が小さく、また、
１．５０％を超えると偏析部にレールの靭性、耐摩耗性
に有害なマルテンサイト組織を生成させ易くするために
Ｍｎ量を０．４０〜１．５０％に限定した。
【００１４】また、上記の成分組成で製造されるレール
は強度、延性、靭性を向上させる目的で以下の元素を必
要に応じて１種類または２種以上を添加する。Ｃｒ：
０．０５〜０．６０％、 Ｍｏ：０．０１〜０．２０
％、Ｖ ：０．０２〜０．３０％、 Ｎｂ：０．００
２〜０．０５０％、Ｃｏ：０．１０〜２．００％、
Ｂ ：０．０００５〜０．００５％
は強度、延性、靭性を向上させる目的で以下の元素を必
要に応じて１種類または２種以上を添加する。Ｃｒ：
０．０５〜０．６０％、 Ｍｏ：０．０１〜０．２０
％、Ｖ ：０．０２〜０．３０％、 Ｎｂ：０．００
２〜０．０５０％、Ｃｏ：０．１０〜２．００％、
Ｂ ：０．０００５〜０．００５％
【００１５】次に、これらの化学成分を上記のように定
めた理由について説明する。Ｃｒはパーライトの平衡変
態点を上昇させ、結果としてパーライト組織を微細にし
て高強度化に寄与すると同時に、パーライト組織中のセ
メンタイト相を強化することによって耐摩耗性を向上さ
せる元素であるが、０．０５％未満ではその効果が小さ
く、０．６０％を超える過剰な添加はマルテンサイト組
織を生成させ、鋼を脆化させるため、Ｃｒ添加量を０．
０５〜０．６０％に限定した。
めた理由について説明する。Ｃｒはパーライトの平衡変
態点を上昇させ、結果としてパーライト組織を微細にし
て高強度化に寄与すると同時に、パーライト組織中のセ
メンタイト相を強化することによって耐摩耗性を向上さ
せる元素であるが、０．０５％未満ではその効果が小さ
く、０．６０％を超える過剰な添加はマルテンサイト組
織を生成させ、鋼を脆化させるため、Ｃｒ添加量を０．
０５〜０．６０％に限定した。
【００１６】ＭｏはＣｒ同様パーライトの平衡変態点を
上昇させ、結果としてパーライト組織を微細にして高強
度化に寄与し、耐摩耗性を向上させる元素であるが、
０．０１％未満ではその効果が小さく、０．２０％を超
える過剰な添加はパーライト変態速度を低下させて靭性
に有害なマルテンサイト組織を生成させるため、Ｍｏ添
加量を０．０１〜０．２０％に限定した。
上昇させ、結果としてパーライト組織を微細にして高強
度化に寄与し、耐摩耗性を向上させる元素であるが、
０．０１％未満ではその効果が小さく、０．２０％を超
える過剰な添加はパーライト変態速度を低下させて靭性
に有害なマルテンサイト組織を生成させるため、Ｍｏ添
加量を０．０１〜０．２０％に限定した。
【００１７】Ｖは熱間圧延時の冷却課程で生成したＶ炭
・窒化物による析出硬化で塑性変形能を高め、さらに、
高温度に加熱する熱処理が行われる際に結晶粒の成長を
抑制する作用によりオーステナイト粒を微細化させ、冷
却後のパーライト組織を強化してレールに要求される強
度と靭性を向上させるのに有効な成分であるが、０．０
３％未満ではその効果が期待できず、その反対に０．３
０％を超えて含有させてもそれ以上の効果が期待できな
いことから、Ｖ量を０．０３〜０．３０％に限定した。
・窒化物による析出硬化で塑性変形能を高め、さらに、
高温度に加熱する熱処理が行われる際に結晶粒の成長を
抑制する作用によりオーステナイト粒を微細化させ、冷
却後のパーライト組織を強化してレールに要求される強
度と靭性を向上させるのに有効な成分であるが、０．０
３％未満ではその効果が期待できず、その反対に０．３
０％を超えて含有させてもそれ以上の効果が期待できな
いことから、Ｖ量を０．０３〜０．３０％に限定した。
【００１８】ＮｂはＶと同様にＮｂ炭・窒化物を形成し
てオーステナイト粒を細粒化する有効な元素であり、そ
のオーステナイト粒成長抑制効果もＶよりも高温度（１
２００℃近傍）まで効果を示し、レールの延性と靭性を
改善する。その効果は、０．００２％未満の少ない含有
量では期待できず、また、０．０５０％を超える過剰な
含有はそれ以上の効果が期待できない。従って、Ｎｂ量
を０．００２〜０．０５０％に限定した。
てオーステナイト粒を細粒化する有効な元素であり、そ
のオーステナイト粒成長抑制効果もＶよりも高温度（１
２００℃近傍）まで効果を示し、レールの延性と靭性を
改善する。その効果は、０．００２％未満の少ない含有
量では期待できず、また、０．０５０％を超える過剰な
含有はそれ以上の効果が期待できない。従って、Ｎｂ量
を０．００２〜０．０５０％に限定した。
【００１９】Ｃｏはパーライトの変態エネルギーを増加
させて、パーライト組織を微細にすることにより強度を
向上させる元素であるが、０．１０％未満の少ない含有
量ではその効果が期待できず、また、２．００％を超え
る過剰な添加では強化の効果が飽和域に達するため、Ｃ
ｏ量を０．１０〜２．００％に限定した。
させて、パーライト組織を微細にすることにより強度を
向上させる元素であるが、０．１０％未満の少ない含有
量ではその効果が期待できず、また、２．００％を超え
る過剰な添加では強化の効果が飽和域に達するため、Ｃ
ｏ量を０．１０〜２．００％に限定した。
【００２０】Ｂは旧オーステナイト粒界から生成する初
析セメンタイトを抑制する効果があり、パーライト組織
を安定的に生成させるためには有効な元素である。しか
し、０．０００５％未満ではその効果が弱く、０．００
５０％を超えて添加するとＢの粗大な化合物が生成し、
レール材質を劣化させるため０．０００５〜０．００５
０％に限定した。
析セメンタイトを抑制する効果があり、パーライト組織
を安定的に生成させるためには有効な元素である。しか
し、０．０００５％未満ではその効果が弱く、０．００
５０％を超えて添加するとＢの粗大な化合物が生成し、
レール材質を劣化させるため０．０００５〜０．００５
０％に限定した。
【００２１】上記のような成分組成で構成されるレール
鋼は、転炉、電気炉などの通常使用される溶解炉で溶製
を行い、この溶鋼を造塊・分塊法あるいは連続鋳造法、
さらに熱間圧延を経てレールとして製造される。次に、
この熱間圧延した高温度の熱を保有するレール、あるい
は熱処理する目的で高温に加熱されたレールの頭部を加
速冷却し、レール頭部のパーライト組織の硬さを向上さ
せる。
鋼は、転炉、電気炉などの通常使用される溶解炉で溶製
を行い、この溶鋼を造塊・分塊法あるいは連続鋳造法、
さらに熱間圧延を経てレールとして製造される。次に、
この熱間圧延した高温度の熱を保有するレール、あるい
は熱処理する目的で高温に加熱されたレールの頭部を加
速冷却し、レール頭部のパーライト組織の硬さを向上さ
せる。
【００２２】次に、Ｈｖ３２０以上の硬さを有するパー
ライト組織の呈する範囲を、頭部コーナー部および頭頂
部表面を起点として少なくとも深さ２０mmの範囲に限定
した理由について説明する。２０mm未満では、レール頭
部に要求されている耐摩耗範囲が少なく、摩耗の進行に
より十分な寿命改善効果が得られないためである。ま
た、前記パーライト組織を呈する範囲が頭部コーナー部
および頭頂部表面を起点として深さ３０mm以上の範囲で
あれば、さらに寿命改善効果が得られより望ましい。
ライト組織の呈する範囲を、頭部コーナー部および頭頂
部表面を起点として少なくとも深さ２０mmの範囲に限定
した理由について説明する。２０mm未満では、レール頭
部に要求されている耐摩耗範囲が少なく、摩耗の進行に
より十分な寿命改善効果が得られないためである。ま
た、前記パーライト組織を呈する範囲が頭部コーナー部
および頭頂部表面を起点として深さ３０mm以上の範囲で
あれば、さらに寿命改善効果が得られより望ましい。
【００２３】ここで、図１に本発明の耐摩耗性に優れた
レールの頭部断面表面位置の呼称を示す。図のレール頭
部において１は頭頂部、２は頭部コーナー部であり、頭
部コーナー部２の一方は車輪と主に接触するゲージコー
ナー（Ｇ．Ｃ．）部である。さらに、パーライト組織の
硬さをＨｖ３２０以上に限定した理由について説明す
る。硬さがＨｖ３２０未満では、本成分系において重荷
重鉄道用レールに要求されている耐摩耗性を確保するこ
とが困難であり、さらに、急曲線区間のレールＧ．Ｃ．
（ゲージコーナー）部においてレールと車輪の強い接触
により金属塑性フローが生成し、これにともないきしみ
割れやフレーキングなどの表面損傷が発生するため、パ
ーライト組織の硬さをＨｖ３２０以上に限定した。
レールの頭部断面表面位置の呼称を示す。図のレール頭
部において１は頭頂部、２は頭部コーナー部であり、頭
部コーナー部２の一方は車輪と主に接触するゲージコー
ナー（Ｇ．Ｃ．）部である。さらに、パーライト組織の
硬さをＨｖ３２０以上に限定した理由について説明す
る。硬さがＨｖ３２０未満では、本成分系において重荷
重鉄道用レールに要求されている耐摩耗性を確保するこ
とが困難であり、さらに、急曲線区間のレールＧ．Ｃ．
（ゲージコーナー）部においてレールと車輪の強い接触
により金属塑性フローが生成し、これにともないきしみ
割れやフレーキングなどの表面損傷が発生するため、パ
ーライト組織の硬さをＨｖ３２０以上に限定した。
【００２４】なお、本発明レールの底部においては、車
輪と接触する頭部とは異なり、耐摩耗性を得るために硬
度を高くする必要がない。従って、レール底部は靭性を
高める目的から頭部より硬度を下げ、延性を高めること
が望ましい。具体的なレール底部の硬度としては、Ｈｖ
３２０未満であることが好ましく、さらに靭性を高める
目的からＨｖ２８０未満にするとより一層延性が改善さ
れて好ましい。
輪と接触する頭部とは異なり、耐摩耗性を得るために硬
度を高くする必要がない。従って、レール底部は靭性を
高める目的から頭部より硬度を下げ、延性を高めること
が望ましい。具体的なレール底部の硬度としては、Ｈｖ
３２０未満であることが好ましく、さらに靭性を高める
目的からＨｖ２８０未満にするとより一層延性が改善さ
れて好ましい。
【００２５】次に、各冷却停止温度範囲および加速冷却
速度を上記のように定めた理由を詳細に説明する。ま
ず、オーステナイト域温度から冷却停止温度７００〜５
００℃の範囲に限定した理由を説明する。７００℃を超
える温度で加速冷却を停止すると、加速冷却直後にパー
ライト変態が開始し、粗大で、かつ、硬さの低いパーラ
イト組織が生成し、レール頭部の硬さがＨｖ３２０未満
になるため７００℃以下に限定した。また、５００℃未
満まで加速冷却を行うと、加速冷却後にレール内部から
の十分な復熱が期待できず、偏析部にレールの靭性・耐
摩耗性に有害なマルテンサイト組織が生成するため５０
０℃以上に限定した。
速度を上記のように定めた理由を詳細に説明する。ま
ず、オーステナイト域温度から冷却停止温度７００〜５
００℃の範囲に限定した理由を説明する。７００℃を超
える温度で加速冷却を停止すると、加速冷却直後にパー
ライト変態が開始し、粗大で、かつ、硬さの低いパーラ
イト組織が生成し、レール頭部の硬さがＨｖ３２０未満
になるため７００℃以下に限定した。また、５００℃未
満まで加速冷却を行うと、加速冷却後にレール内部から
の十分な復熱が期待できず、偏析部にレールの靭性・耐
摩耗性に有害なマルテンサイト組織が生成するため５０
０℃以上に限定した。
【００２６】次に、加速冷却速度を１〜１０℃/secに限
定した理由を説明する。加速冷却速度が１℃/sec未満に
なると、加速冷却途中でパーライト変態が開始し、粗大
で、かつ、硬さの低いパーライト組織が生成し、レール
頭部の硬さがＨｖ３２０未満となることや、レールの靭
性および延性に有害な初析セメンタイトが多く生成する
ため１℃/sec以上に限定した。また、１０℃/secを超え
る冷却速度で加速冷却を行うと、Ｇ．Ｃ．（ゲージコー
ナー）部にレールの靭性、耐摩耗性および耐表面損傷性
に有害なベイナイトやマルテンサイトなどの異組織が生
成するため、１〜１０℃/secに限定した。
定した理由を説明する。加速冷却速度が１℃/sec未満に
なると、加速冷却途中でパーライト変態が開始し、粗大
で、かつ、硬さの低いパーライト組織が生成し、レール
頭部の硬さがＨｖ３２０未満となることや、レールの靭
性および延性に有害な初析セメンタイトが多く生成する
ため１℃/sec以上に限定した。また、１０℃/secを超え
る冷却速度で加速冷却を行うと、Ｇ．Ｃ．（ゲージコー
ナー）部にレールの靭性、耐摩耗性および耐表面損傷性
に有害なベイナイトやマルテンサイトなどの異組織が生
成するため、１〜１０℃/secに限定した。
【００２７】従って、Ｈｖ３２０以上のパーライト組織
を呈した耐摩耗性に優れたレールを製造するには、粗大
で、かつ、硬さの低いパーライト組織および靭性・耐摩
耗性に有害なマルテンサイト組織を生成しないように、
オーステナイト域温度から冷却停止温度７００〜５００
℃までの間を１〜１０℃/secで加速冷却し、低温度域で
硬さの高いパーライト組織を生成させる必要がある。
を呈した耐摩耗性に優れたレールを製造するには、粗大
で、かつ、硬さの低いパーライト組織および靭性・耐摩
耗性に有害なマルテンサイト組織を生成しないように、
オーステナイト域温度から冷却停止温度７００〜５００
℃までの間を１〜１０℃/secで加速冷却し、低温度域で
硬さの高いパーライト組織を生成させる必要がある。
【００２８】なお、本発明レールの底部を頭部より低硬
度とするには、底部冷却速度を頭部より遅く制御すれば
よい。ただし、この底部冷却速度を頭部より遅くなるよ
うにレール底部の制御冷却を行っても、レール頭部と底
部は柱部によって断熱されているためレール頭部の冷却
には大きな影響をおよぼさない。
度とするには、底部冷却速度を頭部より遅く制御すれば
よい。ただし、この底部冷却速度を頭部より遅くなるよ
うにレール底部の制御冷却を行っても、レール頭部と底
部は柱部によって断熱されているためレール頭部の冷却
には大きな影響をおよぼさない。
【００２９】また、レールの金属組織としてはパーライ
ト組織であることが望ましいが、レールの冷却方法や素
材の偏析状態によってはパーライト組織中に微量な初析
セメンタイトが生成することがある。しかし、パーライ
ト組織中に微小な初析セメンタイトが生成してもレール
の靭性、耐摩耗性、および強度に大きな影響をおよぼさ
ないため、本パーライト系レールの組織としては若干の
初析セメンタイト組織の混在も含んでいる。
ト組織であることが望ましいが、レールの冷却方法や素
材の偏析状態によってはパーライト組織中に微量な初析
セメンタイトが生成することがある。しかし、パーライ
ト組織中に微小な初析セメンタイトが生成してもレール
の靭性、耐摩耗性、および強度に大きな影響をおよぼさ
ないため、本パーライト系レールの組織としては若干の
初析セメンタイト組織の混在も含んでいる。
【００３０】
【実施例】次に、本発明の実施例について説明する。表
１には本発明レール鋼と比較レール鋼の化学成分および
加速冷却条件を示す。さらに、表１には加速冷却後の硬
さおよび図２に示す西原式摩耗試験における圧搾空気に
よる強制冷却条件下での７０万回繰り返し後の摩耗量測
定結果も併記した。図２において、３はレール試験片、
４は相手材（車輪材）、５は冷却ノズルを示す。また、
図３には表１に示す本発明レール鋼と比較レール鋼の摩
耗試験結果を硬さと摩耗量の関係で比較したものであ
る。
１には本発明レール鋼と比較レール鋼の化学成分および
加速冷却条件を示す。さらに、表１には加速冷却後の硬
さおよび図２に示す西原式摩耗試験における圧搾空気に
よる強制冷却条件下での７０万回繰り返し後の摩耗量測
定結果も併記した。図２において、３はレール試験片、
４は相手材（車輪材）、５は冷却ノズルを示す。また、
図３には表１に示す本発明レール鋼と比較レール鋼の摩
耗試験結果を硬さと摩耗量の関係で比較したものであ
る。
【００３１】なお、レールの構成は以下のとおりであ
る。 ・本発明レール（１６本）符号：Ａ〜Ｐ ：上記成分範囲で、該鋼レールの頭部コーナー部および
頭頂部表面を起点として少なくとも深さ２０mmの範囲が
パーライト組織を呈し、前記範囲のパーライト組織の硬
さがＨｖ３２０以上の頭部に加速冷却を施した熱処理レ
ール。 ・比較レール（６本）符号：Ｑ〜Ｖ ：共析炭素含有鋼による比較レール。 また、摩耗試験条件は次のとおりとした。 ・試験機 ：西原式摩耗試験機 ・試験片形状：円盤状試験片（外径：３０mm、厚さ：８
mm） ・試験荷重 ：６８６Ｎ ・すべり率 ：２０％ ・相手材 ：パーライト鋼（Ｈｖ３９０） ・雰囲気 ：大気中 ・冷却 ：圧搾空気による強制冷却（流量：１００
ＮＩ/min） ・繰返し回数：７０万回
る。 ・本発明レール（１６本）符号：Ａ〜Ｐ ：上記成分範囲で、該鋼レールの頭部コーナー部および
頭頂部表面を起点として少なくとも深さ２０mmの範囲が
パーライト組織を呈し、前記範囲のパーライト組織の硬
さがＨｖ３２０以上の頭部に加速冷却を施した熱処理レ
ール。 ・比較レール（６本）符号：Ｑ〜Ｖ ：共析炭素含有鋼による比較レール。 また、摩耗試験条件は次のとおりとした。 ・試験機 ：西原式摩耗試験機 ・試験片形状：円盤状試験片（外径：３０mm、厚さ：８
mm） ・試験荷重 ：６８６Ｎ ・すべり率 ：２０％ ・相手材 ：パーライト鋼（Ｈｖ３９０） ・雰囲気 ：大気中 ・冷却 ：圧搾空気による強制冷却（流量：１００
ＮＩ/min） ・繰返し回数：７０万回
【００３２】
【表１】
【００３３】
【表２】
【００３４】
【発明の効果】図３に示したように本発明レール鋼は比
較レール鋼よりも炭素量を高め、同時に硬さを向上させ
ることにより、比較レールよりも同一硬さにおいて摩耗
量が少なく、耐摩耗性が大きく向上している。このよう
に本発明によれば、重軸重鉄道の曲線区間においても耐
摩耗性に優れたレールを提供することができる。
較レール鋼よりも炭素量を高め、同時に硬さを向上させ
ることにより、比較レールよりも同一硬さにおいて摩耗
量が少なく、耐摩耗性が大きく向上している。このよう
に本発明によれば、重軸重鉄道の曲線区間においても耐
摩耗性に優れたレールを提供することができる。
【図１】レール頭部断面表面位置の呼称を示す図。
【図２】西原式摩耗試験機の概略図。
【図３】表１に示す本発明レール鋼と比較レール鋼の摩
耗試験結果を硬さと摩耗量の関係で比較した図。
耗試験結果を硬さと摩耗量の関係で比較した図。
１：頭頂部 ２：頭部コーナー部 ３：レール試験片 ４：相手材 ５：冷却ノズル
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成７年１１月６日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３１】なお、レールの構成は以下のとおりであ
る。 ・本発明レール（１６本）符号：Ａ〜Ｐ ：上記成分範囲で、該鋼レールの頭部コーナー部および
頭頂部表面を起点として少なくとも深さ２０mmの範囲が
パーライト組織を呈し、前記範囲のパーライト組織の硬
さがＨｖ３２０以上の頭部に加速冷却を施した熱処理レ
ール。 ・比較レール（６本）符号：Ｑ〜Ｖ ：共析炭素含有鋼による比較レール。 また、摩耗試験条件は次のとおりとした。 ・試験機 ：西原式摩耗試験機 ・試験片形状：円盤状試験片（外径：３０mm、厚さ：８
mm） ・試験荷重 ：６８６Ｎ ・すべり率 ：２０％ ・相手材 ：パーライト鋼（Ｈｖ３９０） ・雰囲気 ：大気中 ・冷却 ：圧搾空気による強制冷却（流量：１００
Ｎｌ (リッター)/min) ・繰返し回数：７０万回
る。 ・本発明レール（１６本）符号：Ａ〜Ｐ ：上記成分範囲で、該鋼レールの頭部コーナー部および
頭頂部表面を起点として少なくとも深さ２０mmの範囲が
パーライト組織を呈し、前記範囲のパーライト組織の硬
さがＨｖ３２０以上の頭部に加速冷却を施した熱処理レ
ール。 ・比較レール（６本）符号：Ｑ〜Ｖ ：共析炭素含有鋼による比較レール。 また、摩耗試験条件は次のとおりとした。 ・試験機 ：西原式摩耗試験機 ・試験片形状：円盤状試験片（外径：３０mm、厚さ：８
mm） ・試験荷重 ：６８６Ｎ ・すべり率 ：２０％ ・相手材 ：パーライト鋼（Ｈｖ３９０） ・雰囲気 ：大気中 ・冷却 ：圧搾空気による強制冷却（流量：１００
Ｎｌ (リッター)/min) ・繰返し回数：７０万回
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正内容】
【図３】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 馬場園 浩二 福岡県北九州市戸畑区飛幡町１番１号 新 日本製鐵株式会社八幡製鐵所内 (72)発明者 久多良木 献 福岡県北九州市戸畑区飛幡町１番１号 新 日本製鐵株式会社八幡製鐵所内
Claims (4)
- 【請求項１】 重量％で、 Ｃ ：０．８５超〜１．２０％、 Ｓｉ：０．１０〜１．００％、 Ｍｎ：０．４０〜１．５０％を含有して、残部が鉄およ
び不可避的不純物からなる鋼レールであって、該鋼レー
ルの頭部コーナー部および頭頂部表面を起点として少な
くとも深さ２０mmの範囲がパーライト組織を呈し、前記
範囲のパーライト組織の硬さがＨｖ３２０以上であるこ
とを特徴とする耐摩耗性に優れたパーライト系レール。 - 【請求項２】 重量％で、 Ｃ ：０．８５超〜１．２０％、 Ｓｉ：０．１０〜１．００％、 Ｍｎ：０．４０〜１．５０％を含有して、さらに Ｃｒ：０．０５〜０．６０％、 Ｍｏ：０．０１〜０．２０％、 Ｖ ：０．０２〜０．３０％、 Ｎｂ：０．００２〜０．０５０％、 Ｃｏ：０．１０〜２．００％、 Ｂ ：０．０００５〜０．００５％の１種または２種以
上を含有して、残部が鉄および不可避的不純物からなる
鋼レールであって、該鋼レールの頭部コーナー部および
頭頂部表面を起点として少なくとも深さ２０mmの範囲が
パーライト組織を呈し、前記範囲のパーライト組織の硬
さがＨｖ３２０以上であることを特徴とする耐摩耗性に
優れたパーライト系レール。 - 【請求項３】 重量％で、 Ｃ ：０．８５超〜１．２０％、 Ｓｉ：０．１０〜１．００％、 Ｍｎ：０．４０〜１．５０％を含有して、残部が鉄およ
び不可避的不純物からなる熱間圧延した高温度の熱を保
有する鋼レール、あるいは熱処理する目的で高温に加熱
された鋼レールの頭部をオーステナイト域温度から冷却
停止温度７００〜５００℃までの間を１〜１０℃/secで
加速冷却し、該鋼レールの頭部コーナー部および頭頂部
表面を起点として少なくとも深さ２０mmの範囲がパーラ
イト組織を呈し、前記範囲のパーライト組織の硬さがＨ
ｖ３２０以上であることを特徴とする耐摩耗性に優れた
パーライト系レールの製造法。 - 【請求項４】 重量％で、 Ｃ ：０．８５超〜１．２０％、 Ｓｉ：０．１０〜１．００％、 Ｍｎ：０．４０〜１．５０％を含有して、さらに Ｃｒ：０．０５〜０．６０％、 Ｍｏ：０．０１〜０．２０％、 Ｖ ：０．０２〜０．３０％、 Ｎｂ：０．００２〜０．０５０％、 Ｃｏ：０．１０〜２．００％、 Ｂ ：０．０００５〜０．００５％の１種または２種以
上を含有して、残部が鉄および不可避的不純物からなる
熱間圧延した高温度の熱を保有する鋼レール、あるいは
熱処理する目的で高温に加熱された鋼レールの頭部をオ
ーステナイト域温度から冷却停止温度７００〜５００℃
までの間を１〜１０℃/secで加速冷却し、該鋼レールの
頭部コーナー部および頭頂部表面を起点として少なくと
も深さ２０mmの範囲がパーライト組織を呈し、前記範囲
のパーライト組織の硬さがＨｖ３２０以上であることを
特徴とする耐摩耗性に優れたパーライト系レールの製造
法。
Priority Applications (15)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4675395A JPH08246100A (ja) | 1995-03-07 | 1995-03-07 | 耐摩耗性に優れたパーライト系レールおよびその製造法 |
| US11/561,654 USRE41033E1 (en) | 1994-11-15 | 1995-11-13 | Pearlitic steel rail having excellent wear resistance and method of producing the same |
| BR9506522A BR9506522A (pt) | 1994-11-15 | 1995-11-13 | Trilho de aço perlítico que tem excelente resisténcia ao desgaste e método de produção do mesmo |
| US12/474,137 USRE42360E1 (en) | 1994-11-15 | 1995-11-13 | Pearlitic steel rail having excellent wear resistance and method of producing the same |
| EP95936781A EP0754775B1 (en) | 1994-11-15 | 1995-11-13 | Perlite rail of high abrasion resistance and method of manufacturing the same |
| CA002181058A CA2181058C (en) | 1994-11-15 | 1995-11-13 | Pearlitic steel rail having excellent wear resistance and method of producing the same |
| PCT/JP1995/002312 WO1996015282A1 (fr) | 1994-11-15 | 1995-11-13 | Rail en perlite a forte resistance a l'abrasion et procede de fabrication de ce rail |
| US08/676,159 US5762723A (en) | 1994-11-15 | 1995-11-13 | Pearlitic steel rail having excellent wear resistance and method of producing the same |
| KR1019960703803A KR100202251B1 (ko) | 1994-11-15 | 1995-11-13 | 우수한 내마모성을 가지는 펄라이트강 레일 및 그 제조방법 |
| AU38564/95A AU687648C (en) | 1994-11-15 | 1995-11-13 | Perlite rail of high abrasion resistance and method of manufacturing the same |
| RU96116891A RU2112051C1 (ru) | 1994-11-15 | 1995-11-13 | Рельс из перлитной стали с высокой износостойкостью и способ производства рельса |
| CN95191600A CN1044826C (zh) | 1994-11-15 | 1995-11-13 | 耐磨性优良的珠光体类钢轨及其制造方法 |
| US12/893,741 USRE42668E1 (en) | 1994-11-15 | 1995-11-13 | Pearlitic steel rail having excellent wear resistance and method of producing the same |
| DE69523149T DE69523149T2 (de) | 1994-11-15 | 1995-11-13 | Perlitschiene mit hoher abriebfestigkeit und verfahren zu deren herstellung |
| US10/974,048 USRE40263E1 (en) | 1994-11-15 | 1996-07-15 | Pearlitic steel rail having excellent wear resistance and method of producing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4675395A JPH08246100A (ja) | 1995-03-07 | 1995-03-07 | 耐摩耗性に優れたパーライト系レールおよびその製造法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08246100A true JPH08246100A (ja) | 1996-09-24 |
Family
ID=12756096
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4675395A Pending JPH08246100A (ja) | 1994-11-15 | 1995-03-07 | 耐摩耗性に優れたパーライト系レールおよびその製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08246100A (ja) |
Cited By (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002069585A (ja) * | 2000-06-14 | 2002-03-08 | Nippon Steel Corp | 耐摩耗性および耐内部疲労損傷性に優れたパーライト系レールおよびその製造法 |
| US6375763B1 (en) | 1999-06-02 | 2002-04-23 | Nkk Corporation | Pearlitic steel railroad rail |
| JP2006111939A (ja) * | 2004-10-15 | 2006-04-27 | Nippon Steel Corp | 耐摩耗性に優れたパーライト系鋼レール |
| WO2008123483A1 (ja) | 2007-03-28 | 2008-10-16 | Jfe Steel Corporation | 耐磨耗性と耐疲労損傷性に優れた内部高硬度型パーライト鋼レールおよびその製造方法 |
| WO2010050238A1 (ja) | 2008-10-31 | 2010-05-06 | 新日本製鐵株式会社 | 耐摩耗性および靭性に優れたパーライト系レール |
| WO2010095354A1 (ja) | 2009-02-18 | 2010-08-26 | 新日本製鐵株式会社 | 耐摩耗性および靭性に優れたパーライト系レール |
| WO2011021582A1 (ja) | 2009-08-18 | 2011-02-24 | 新日本製鐵株式会社 | パーライト系レール |
| JP2011512458A (ja) * | 2008-02-22 | 2011-04-21 | タタ、スティール、ユーケー、リミテッド | 摩耗特性と耐転がり疲労性の優れた組合せを有するレール鋼 |
| WO2013161794A1 (ja) | 2012-04-23 | 2013-10-31 | 新日鐵住金株式会社 | レール |
| WO2013187470A1 (ja) * | 2012-06-14 | 2013-12-19 | 新日鐵住金株式会社 | レール |
| US8747576B2 (en) | 2009-06-26 | 2014-06-10 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation | Pearlite-based high carbon steel rail having excellent ductility and process for production thereof |
| US8980019B2 (en) | 2010-06-07 | 2015-03-17 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation | Steel rail and method of manufacturing the same |
| JP2016053191A (ja) * | 2014-09-03 | 2016-04-14 | 新日鐵住金株式会社 | 延性に優れたパーライト系高炭素鋼レール及びその製造方法 |
| JP2017206743A (ja) * | 2016-05-19 | 2017-11-24 | 新日鐵住金株式会社 | 耐摩耗性および靭性に優れたレール |
| WO2019189686A1 (ja) | 2018-03-30 | 2019-10-03 | Ｊｆｅスチール株式会社 | レールおよびその製造方法 |
| WO2019189688A1 (ja) | 2018-03-30 | 2019-10-03 | Ｊｆｅスチール株式会社 | レールおよびその製造方法 |
| WO2020189232A1 (ja) | 2019-03-15 | 2020-09-24 | 日本製鉄株式会社 | レール |
| WO2021070452A1 (ja) | 2019-10-11 | 2021-04-15 | Ｊｆｅスチール株式会社 | レール及びその製造方法 |
| WO2022004247A1 (ja) | 2020-06-29 | 2022-01-06 | Ｊｆｅスチール株式会社 | 耐疲労き裂伝播特性に優れるレールおよびその製造方法 |
-
1995
- 1995-03-07 JP JP4675395A patent/JPH08246100A/ja active Pending
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| WO2010050238A1 (ja) | 2008-10-31 | 2010-05-06 | 新日本製鐵株式会社 | 耐摩耗性および靭性に優れたパーライト系レール |
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