JPH08291501A - 耐内部疲労損傷に優れた高強度レール - Google Patents
耐内部疲労損傷に優れた高強度レールInfo
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- JPH08291501A JPH08291501A JP9890695A JP9890695A JPH08291501A JP H08291501 A JPH08291501 A JP H08291501A JP 9890695 A JP9890695 A JP 9890695A JP 9890695 A JP9890695 A JP 9890695A JP H08291501 A JPH08291501 A JP H08291501A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 レールの内部の耐疲労損傷性に優れた鉄道輸
送用高強度レールを提供する。 【構成】 鉄道輸送用レールにおいて、レール頭頂部ま
たは頭部コーナー部もしくは双方に、レール外郭表面よ
り１０〜２０mm以上の深さで降伏応力強さが９００〜１
１００MPa 以上もしくは、ビッカース硬度Ｈｖ３８０〜
４２０以上を有することを特徴とする耐内部疲労損傷に
優れた高強度レール。
送用高強度レールを提供する。 【構成】 鉄道輸送用レールにおいて、レール頭頂部ま
たは頭部コーナー部もしくは双方に、レール外郭表面よ
り１０〜２０mm以上の深さで降伏応力強さが９００〜１
１００MPa 以上もしくは、ビッカース硬度Ｈｖ３８０〜
４２０以上を有することを特徴とする耐内部疲労損傷に
優れた高強度レール。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、レールの内部が耐疲労
損傷性に優れた鉄道輸送用高強度レールに関するもので
ある。
損傷性に優れた鉄道輸送用高強度レールに関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】近年、鉄道輸送は高軸重化、高速化を指
向しつつあり、それに伴いレールの疲労亀裂損傷が急増
している。このためレールに求められる性能も一層きび
しくなってきており、よりすぐれた耐疲労損傷性を有す
るレールが求められている。
向しつつあり、それに伴いレールの疲労亀裂損傷が急増
している。このためレールに求められる性能も一層きび
しくなってきており、よりすぐれた耐疲労損傷性を有す
るレールが求められている。
【０００３】このような要求を満足し得るレールとして
は、例えば特公昭５５−２３８８号公報に開示されてい
るような、特殊な合金成分を添加することなくレール頭
部を高温度に再加熱し、所定の温度域から冷却するとと
もに、７００〜５００℃の温度区間を１０．５〜１５℃
／秒の速度に冷却して得られる熱処理レール、および特
公平０６−７６６２３号公報に示されているような、レ
ール頭部を高温度に再加熱し、所定の温度域から冷却す
る際に、８００〜６２０℃の温度区間を３〜１０℃／秒
の速度に冷却し、引続いて４〜１５℃／秒で強制冷却し
て得られるパーライト高強度熱処理レールなどが知られ
ている。これらはいずれも使用前のレールの硬度が頭頂
面から内部にかけて低下している硬度分布をもつレール
である。
は、例えば特公昭５５−２３８８号公報に開示されてい
るような、特殊な合金成分を添加することなくレール頭
部を高温度に再加熱し、所定の温度域から冷却するとと
もに、７００〜５００℃の温度区間を１０．５〜１５℃
／秒の速度に冷却して得られる熱処理レール、および特
公平０６−７６６２３号公報に示されているような、レ
ール頭部を高温度に再加熱し、所定の温度域から冷却す
る際に、８００〜６２０℃の温度区間を３〜１０℃／秒
の速度に冷却し、引続いて４〜１５℃／秒で強制冷却し
て得られるパーライト高強度熱処理レールなどが知られ
ている。これらはいずれも使用前のレールの硬度が頭頂
面から内部にかけて低下している硬度分布をもつレール
である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、最近の
高軸重化によって、レールの内部から亀裂が発生し走行
方向に進展する内部シェリングとよばれている特異な損
傷が発生してきている。この損傷はレール頭頂面および
レール頭部コーナー表面を発生の起点とする亀裂ではな
く、レールの踏面から５〜１５mmの深さの内部の位置を
亀裂発生の起点とする特異な現象である。このように、
内部が亀裂の起点であるというために、外部からの目視
点検では発見できないことから、確実な対策を施したレ
ールが早急に必要になってきた。
高軸重化によって、レールの内部から亀裂が発生し走行
方向に進展する内部シェリングとよばれている特異な損
傷が発生してきている。この損傷はレール頭頂面および
レール頭部コーナー表面を発生の起点とする亀裂ではな
く、レールの踏面から５〜１５mmの深さの内部の位置を
亀裂発生の起点とする特異な現象である。このように、
内部が亀裂の起点であるというために、外部からの目視
点検では発見できないことから、確実な対策を施したレ
ールが早急に必要になってきた。
【０００５】内部シェリングの発生原因のひとつとして
は、高軸重による車輪からのレールに対する圧縮荷重す
なわち輪重が増加したために、車輪とレールの接触面か
ら内部の方向に半径が５〜１５mmの球面状の塑性域とそ
の外部の弾性域との境界部に亀裂が発生し、さらにその
亀裂が、車輪の通過による繰り返し荷重による塑性すべ
りの蓄積によって進展していくことによることが確かめ
られている。
は、高軸重による車輪からのレールに対する圧縮荷重す
なわち輪重が増加したために、車輪とレールの接触面か
ら内部の方向に半径が５〜１５mmの球面状の塑性域とそ
の外部の弾性域との境界部に亀裂が発生し、さらにその
亀裂が、車輪の通過による繰り返し荷重による塑性すべ
りの蓄積によって進展していくことによることが確かめ
られている。
【０００６】この亀裂の発生と塑性すべりによるその亀
裂の進展は、レール材の降伏応力強さの大きさによって
支配され、材料の降伏応力強さ、もしくはその降伏応力
強さを可能にする硬度が所定の大きさ以上の場合に亀裂
の発生とその進展を防止できる。従来の熱処理したレー
ルと熱処理していないレールの両者ともに、降伏応力強
さあるいは硬度の最大位置は、使用前と使用後にかかわ
らず頭頂部と頭部コーナーの両者の表面が最大値で、レ
ールの底面に向かう深さ方向に従って小さくなってい
る。このため、表面の摩耗や転がり疲労損傷などの防止
には有効であるが、内部シェリングの発生の防止には有
効でない。
裂の進展は、レール材の降伏応力強さの大きさによって
支配され、材料の降伏応力強さ、もしくはその降伏応力
強さを可能にする硬度が所定の大きさ以上の場合に亀裂
の発生とその進展を防止できる。従来の熱処理したレー
ルと熱処理していないレールの両者ともに、降伏応力強
さあるいは硬度の最大位置は、使用前と使用後にかかわ
らず頭頂部と頭部コーナーの両者の表面が最大値で、レ
ールの底面に向かう深さ方向に従って小さくなってい
る。このため、表面の摩耗や転がり疲労損傷などの防止
には有効であるが、内部シェリングの発生の防止には有
効でない。
【０００７】このような問題に対処するために本発明者
らは、高い荷重の繰り返しによるレール内部の応力と歪
みの状態をコンピューターシミュレーションによって解
析し、従来レールでは亀裂と塑性すべりが発生すること
を確認した。さらに、亀裂と塑性すべりの発生しない降
伏応力強さの分布の形状あるいはそのような降伏応力強
さ分布を可能とする硬度分布の形状を同じくコンピュー
ターシミュレーションの解析により確認した。
らは、高い荷重の繰り返しによるレール内部の応力と歪
みの状態をコンピューターシミュレーションによって解
析し、従来レールでは亀裂と塑性すべりが発生すること
を確認した。さらに、亀裂と塑性すべりの発生しない降
伏応力強さの分布の形状あるいはそのような降伏応力強
さ分布を可能とする硬度分布の形状を同じくコンピュー
ターシミュレーションの解析により確認した。
【０００８】本発明は前記の知見に基づいてなされたも
ので、レールの内部が耐疲労損傷性に優れることを目的
とする。
ので、レールの内部が耐疲労損傷性に優れることを目的
とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的達成のため、本
発明では、レールの頭頂部または頭部コーナー部もしく
は双方の外郭表面から内部の方向に沿って１０〜２０mm
以上の深さまで降伏応力強さが９００〜１１００MPa 以
上もしくはビッカース硬度がＨｖ３８０〜４２０以上を
有することを特徴とする。
発明では、レールの頭頂部または頭部コーナー部もしく
は双方の外郭表面から内部の方向に沿って１０〜２０mm
以上の深さまで降伏応力強さが９００〜１１００MPa 以
上もしくはビッカース硬度がＨｖ３８０〜４２０以上を
有することを特徴とする。
【００１０】
【作用】説明の便宜上、図１にレール頭部横断面表面位
置の呼称を表示する。１は頭頂部、２は頭部コーナー部
である。図２は本発明レールの頭部横断面での降伏応力
強さ分布を示し、図３は本発明レールの頭部横断面での
硬度分布を示す。また図４は従来レールの頭部横断面で
の降伏応力強さ分布を示し、図５は従来レールの頭部横
断面での硬度分布を示す。
置の呼称を表示する。１は頭頂部、２は頭部コーナー部
である。図２は本発明レールの頭部横断面での降伏応力
強さ分布を示し、図３は本発明レールの頭部横断面での
硬度分布を示す。また図４は従来レールの頭部横断面で
の降伏応力強さ分布を示し、図５は従来レールの頭部横
断面での硬度分布を示す。
【００１１】図１に示すレール頭頂部１から頭部コーナ
ー部２にかけて、車輪の転動による繰り返し荷重が作用
した場合、従来レールのように図４の降伏強さの分布あ
るいは図５のビッカース硬度の分布、すなわち９００MP
a 以下の降伏強さ、あるいは３８０Ｈｖ以下のビッカー
ス硬度では、レール頭頂部表面上のレールの踏面から５
〜１０mmの深さの内部に、図８に示すようなすべり線が
発生しその後疲労亀裂が発生する。さらに、レール表面
から摩耗によって減少した場合にも、従来レールでは摩
耗後のレール踏面から５〜１０mmの内部に疲労亀裂が発
生する。しかし本発明レールでは、図２に示すように９
００MPa 以下の降伏強さ、あるいは３８０Ｈｖ以下のビ
ッカース硬度をレール表面から２０mmの深さまで有する
ことによって、使用初期の状態及び使用後に１０〜１５
mm摩耗した後においても、図９に示したようにすべり線
は発生せず、従って疲労亀裂の発生を防ぐことができ
る。さらに、本発明レールにおいて降伏強さを１１００
MPa 以上、あるいはビッカース硬度を４２０Ｈｖ以上に
した場合は、耐延性が著しく低下し表面での耐亀裂発生
性能が低下する。
ー部２にかけて、車輪の転動による繰り返し荷重が作用
した場合、従来レールのように図４の降伏強さの分布あ
るいは図５のビッカース硬度の分布、すなわち９００MP
a 以下の降伏強さ、あるいは３８０Ｈｖ以下のビッカー
ス硬度では、レール頭頂部表面上のレールの踏面から５
〜１０mmの深さの内部に、図８に示すようなすべり線が
発生しその後疲労亀裂が発生する。さらに、レール表面
から摩耗によって減少した場合にも、従来レールでは摩
耗後のレール踏面から５〜１０mmの内部に疲労亀裂が発
生する。しかし本発明レールでは、図２に示すように９
００MPa 以下の降伏強さ、あるいは３８０Ｈｖ以下のビ
ッカース硬度をレール表面から２０mmの深さまで有する
ことによって、使用初期の状態及び使用後に１０〜１５
mm摩耗した後においても、図９に示したようにすべり線
は発生せず、従って疲労亀裂の発生を防ぐことができ
る。さらに、本発明レールにおいて降伏強さを１１００
MPa 以上、あるいはビッカース硬度を４２０Ｈｖ以上に
した場合は、耐延性が著しく低下し表面での耐亀裂発生
性能が低下する。
【００１２】
【実施例】以下に、一実施例について説明する。本発明
の効果を確認する目的で、荷重の繰り返しによるレール
の内部の応力と歪みの状態をコンピューターシミュレー
ションによって解析しその効果を確認した。解析に用い
た荷重の条件は従来多く使用されている一輪重当たり１
０トン以下に対してそれより高い一輪重当たり２０トン
の繰り返し荷重の作用とし、繰り返し数は２０回以上と
した。解析の対象としたレールは本発明レールと従来レ
ールであり、本発明レールは、図６に示すような降伏応
力強さの分布が頭部表面の位置で１０００MPa 、深さ１
５mmの位置で９００MPa で、そしてそれらの間が直線で
あらわされるレールであり、従来レールは、図７に示す
ような降伏応力強さの分布が頭部表面の位置で８１５MP
a 、深さ２０mmの位置で５００MPa で、そしてそれらの
間が直線であらわされるレールである。
の効果を確認する目的で、荷重の繰り返しによるレール
の内部の応力と歪みの状態をコンピューターシミュレー
ションによって解析しその効果を確認した。解析に用い
た荷重の条件は従来多く使用されている一輪重当たり１
０トン以下に対してそれより高い一輪重当たり２０トン
の繰り返し荷重の作用とし、繰り返し数は２０回以上と
した。解析の対象としたレールは本発明レールと従来レ
ールであり、本発明レールは、図６に示すような降伏応
力強さの分布が頭部表面の位置で１０００MPa 、深さ１
５mmの位置で９００MPa で、そしてそれらの間が直線で
あらわされるレールであり、従来レールは、図７に示す
ような降伏応力強さの分布が頭部表面の位置で８１５MP
a 、深さ２０mmの位置で５００MPa で、そしてそれらの
間が直線であらわされるレールである。
【００１３】コンピューターシミュレーションの結果、
従来レールでは２０トンの２０回の繰り返し荷重後に図
８に示すように、疲労限度である３００MPa を超える引
っ張り応力が、実際の亀裂の起点の観察された位置とほ
ぼ同位置に発生し、亀裂の発生が起こることが確認され
た。また、その亀裂を進展させる作用をする塑性すべり
の発生も確認された。一方、本発明レールでは、同じく
２０トンの２０回の繰り返し荷重後に、図９に示すよう
に、疲労限度である４００MPa を超える引っ張り応力と
塑性すべりの両方とも発生していないことが確認され
た。それと同時に亀裂発生の位置に該当する付近が弾性
状態となるため２０回以上の荷重の繰り返しに対しても
それ以上大きい応力の発生は起きないことも確認され
た。亀裂の発生および塑性すべりによるその亀裂の進展
のいずれもないことも確認され、本発明レールは耐内部
疲労損傷性に優れることが確かめられた。
従来レールでは２０トンの２０回の繰り返し荷重後に図
８に示すように、疲労限度である３００MPa を超える引
っ張り応力が、実際の亀裂の起点の観察された位置とほ
ぼ同位置に発生し、亀裂の発生が起こることが確認され
た。また、その亀裂を進展させる作用をする塑性すべり
の発生も確認された。一方、本発明レールでは、同じく
２０トンの２０回の繰り返し荷重後に、図９に示すよう
に、疲労限度である４００MPa を超える引っ張り応力と
塑性すべりの両方とも発生していないことが確認され
た。それと同時に亀裂発生の位置に該当する付近が弾性
状態となるため２０回以上の荷重の繰り返しに対しても
それ以上大きい応力の発生は起きないことも確認され
た。亀裂の発生および塑性すべりによるその亀裂の進展
のいずれもないことも確認され、本発明レールは耐内部
疲労損傷性に優れることが確かめられた。
【００１４】
【発明の効果】以上のとおり、本発明によるレールによ
れば、レールの内部での疲労亀裂の発生を防止できると
ともに、車輪の走行によるレール表面の摩耗後にもレー
ル内部での疲労亀裂の発生を防止できることから、鉄道
輸送用のレールを長期間に渡って安全に使用できる。
れば、レールの内部での疲労亀裂の発生を防止できると
ともに、車輪の走行によるレール表面の摩耗後にもレー
ル内部での疲労亀裂の発生を防止できることから、鉄道
輸送用のレールを長期間に渡って安全に使用できる。
【図１】レール頭部の横断面と車輪の踏面での位置によ
る呼称を示す図。
る呼称を示す図。
【図２】本発明レールの頭部の横断面上での降伏応力強
さの分布を示す図。
さの分布を示す図。
【図３】本発明レールの頭部の横断面上でのビッカース
硬度の分布を示す図。
硬度の分布を示す図。
【図４】従来レールの頭部の横断面上での降伏応力強さ
の分布を示す図。
の分布を示す図。
【図５】従来レールの頭部の横断面上でのビッカース硬
度の分布を示す図。
度の分布を示す図。
【図６】本発明レールの一実施例の頭部横断面上での降
伏応力強さの分布を示す図。
伏応力強さの分布を示す図。
【図７】本発明レールの一実施例の頭部横断面上でのビ
ッカース硬度の分布を示す図。
ッカース硬度の分布を示す図。
【図８】コンピューターシミュレーションによる従来レ
ールでの応力とすべり線を示す図。
ールでの応力とすべり線を示す図。
【図９】コンピューターシミュレーションによる本発明
レールの応力とすべり線を示す図。
レールの応力とすべり線を示す図。
１ 頭頂部 ２ 頭部コーナー部 ３ レール表面からの距離を表示する位置 ４ レール表面からの距離を表示する位置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 影山 英明 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 (1)
- 【請求項１】 鉄道輸送用レールにおいて、レール頭頂
部または頭部コーナー部もしくは双方に、レール外郭表
面より１０〜２０mm以上の深さで降伏応力強さが９００
〜１１００MPa 以上もしくは、ビッカース硬度Ｈｖ３８
０〜４２０以上を有することを特徴とする耐内部疲労損
傷に優れた高強度レール。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9890695A JPH08291501A (ja) | 1995-04-24 | 1995-04-24 | 耐内部疲労損傷に優れた高強度レール |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9890695A JPH08291501A (ja) | 1995-04-24 | 1995-04-24 | 耐内部疲労損傷に優れた高強度レール |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08291501A true JPH08291501A (ja) | 1996-11-05 |
Family
ID=14232181
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9890695A Pending JPH08291501A (ja) | 1995-04-24 | 1995-04-24 | 耐内部疲労損傷に優れた高強度レール |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08291501A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100470529B1 (ko) * | 2002-03-05 | 2005-02-07 | 박장묵 | 철도 분기부용 망간크로싱 및 그 제조방법 |
| JP2007514086A (ja) * | 2003-12-16 | 2007-05-31 | アンデッシュ・スンドグレン | 複合型ガイドレールおよび複合型ガイドレールを製造する方法 |
-
1995
- 1995-04-24 JP JP9890695A patent/JPH08291501A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100470529B1 (ko) * | 2002-03-05 | 2005-02-07 | 박장묵 | 철도 분기부용 망간크로싱 및 그 제조방법 |
| JP2007514086A (ja) * | 2003-12-16 | 2007-05-31 | アンデッシュ・スンドグレン | 複合型ガイドレールおよび複合型ガイドレールを製造する方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20020813 |