JPH10158787A - ガス圧接性に優れた高強度ベイナイトレールおよびその 製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐摩耗性、耐損傷性に優れ、パーライト型熱
処理レールと同等以上のガス圧接性を有する高強度ベイ
ナイトレールおよびその製造方法を提供する。 【解決手段】 （ａ）成分組成が、重量％で、Ｃ：０．
２５〜０．４０％、Ｓｉ：０．１０〜１．００％、Ｍ
ｎ：１．００〜３．５０％、Ｐ：０．０３５％以下、
Ｓ：０．０３５％以下、Ｃｒ：０．５０〜１．００％、
Ｎｂ：０．０５〜０．１５％を含有し、次の不等式を満
たす鋼からなるレールであり、Ｓｉ＋２Ｃｒ≦２．２５
％ （元素記号はそれぞれの重量％を表す） （ｂ）前記レールの頭部のミクロ組織がベイナイト組織
であり、（ｃ）かつ、前記レールの硬さが頭頂及び頭部
コーナー部のいずれの位置においてもＨＶ４００〜５０
０であるガス圧接性に優れた高強度ベイナイトレール。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はガス圧接性に優れた
高強度ベイナイトレールに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、レール鋼は、耐摩耗性、耐転動疲
労特性重視の観点からパーライト鋼を用いた高強度化の
みが指向されてきた。しかし近年、鉄道輸送の高速化、
高軸重化に伴い、レールの使用条件はますます厳しいも
のになってきている。特に鉱石を運搬する鉱山鉄道が主
体のロシアや北米のような地域では、耐摩耗性とともに
曲線外軌のゲージコーナーシェリング損傷、曲線内軌の
頭頂面に発生するフレーキング損傷が問題となり、これ
らに優れた耐損傷レールが要求されるようになってき
た。

【０００３】従来のレールには高強度化、耐摩耗性の観
点から微細パーライト組織を有する鋼が使用されてい
た。パーライト型の高強度レール鋼は強度が１３００Ｍ
Ｐａ程度であり、耐摩耗性の観点ではこのレベルが必要
である。しかし、これ以上の高強度化は困難である。ま
た、パーライト組織では耐フレーキング損傷性の大幅な
向上は望めない。

【０００４】図６は、種々の金属組織を有する鋼の硬さ
と摩耗量の関係を示す図である。これより、パーライト
組織の鋼よりも焼戻マルテンサイト組織の鋼の方が摩耗
量が多く、更にそれよりベイナイト組織の鋼の摩耗量が
多くなっている。このように、従来のベイナイト鋼は、
微細パーライト鋼に比べ耐フレーキング性が優れている
ものの、耐摩耗性が劣るといわれていた。

【０００５】そこで、ベイナイト組織の鋼を用いたレー
ルにおいて、これらの欠点を改良する方法がいくつか提
案されている。例えば、耐摩耗性については、Ｃ量を従
来成分より幾分低くし、さらに頭頂部と頭部コーナー部
に硬度差をつけ耐転がり疲労損傷性を良好にしたレール
が、特開平2-282448号公報に開示されている。また、Ｃ
量を従来成分より低くし、レール頭部表面の転がり疲労
損傷抵抗性の向上に有効なベイナイト組織を有する高強
度レールが、特開平5-271871号公報、特開平8-92696号
公報に開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、摩耗の促進に
より耐損傷性を高めた特開平5-271871、特開平8-92696
号公報記載のベイナイトレールについては、海外の鉱山
鉄道の急曲線、高軸重条件下で使用した場合、レール頭
部の摩耗促進によりレールの寿命が短くなるという欠点
がある。これは、これらの従来技術では、転がり疲労損
傷抵抗性の向上を図るために、ベイナイト組織により摩
耗量を増加させることを目的としており、転がり疲労損
傷抵抗性と摩耗量のバランスを取ろうとしているからで
ある。

【０００７】さらに、ベイナイト組織のレールにおいて
は、微細パーライト鋼に比べて合金元素の添加量が多
く、ガス圧接時に問題が生じる可能性がある。しかしな
がら、前述の公報にはガス圧接性については、なんら述
べられていない。高強度ベイナイトレールにおいては、
高速運転条件下における急曲線区間、あるいは海外の鉱
山鉄道のような高荷重条件下で要求される耐摩耗性及び
耐損傷性に加えて、ガス圧接性の向上は重要な課題であ
るが、従来の技術においては、このような観点から系統
的な検討が行われた例は無い。

【０００８】本発明はこのような問題に鑑みなされたも
ので、従来のパーライト型熱処理レールに比べ耐摩耗
性、耐損傷性に優れ、パーライト型熱処理レールと同等
以上のガス圧接性を有する高強度ベイナイトレールおよ
びその製造方法を提供する。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、
（ａ）成分組成が、重量％で Ｃ：０．２５〜０．４０％ Ｓｉ：０．１０〜１．００％ Ｍｎ：１．００〜３．５０％ Ｐ：０．０３５％以下 Ｓ：０．０３５％以下 Ｃｒ：０．５０〜１．００％ Ｎｂ：０．０５〜０．１５％ を含有し、次の不等式を満たす鋼からなるレールであ
り、 Ｓｉ＋２Ｃｒ≦２．２５％ （但し、式中の元素記号はそれぞれの重量％を表す） （ｂ）前記レールの頭部のミクロ組織がベイナイト組織
であり、（ｃ）かつ、前記レールの硬さが頭頂及び頭部
コーナー部のいずれの位置においてもＨＶ４００〜５０
０であるガス圧接性に優れた高強度ベイナイトレールで
ある。

【００１０】本発明における硬さ、化学成分、製造条件
についての限定理由を述べる。 （１）ガス圧接性 レールには接合性が要求される。レールの接合には、ガ
ス圧接、フラッシュバット溶接、エンクローズアーク溶
接、テルミット溶接等がある。このうちガス圧接時の接
合性については、添加元素の酸化物生成能力、圧接時の
新生面による酸化面の破砕等が影響する。そこで、接合
性に及ぼす添加元素の影響について試験を行った。その
結果、主要な化学成分の中でＳｉとＣｒの影響が大きい
ことがわかった。

【００１１】表１は、試験に用いた鋼の化学成分を示す
表である。これらの鋼の硬さはいずれもＨＶ５００以下
であった。接合試験は、試料の一端に接合面を加工した
２本の試料を突合せて、アセチレンガスの還元炎により
この接合面を１２００℃まで加熱して圧接した。次い
で、この接合面が引張試験片の平行部中央にして採取し
た引張試験片を用いて、引張試験を行った。ガス圧接性
の評価には、引張試験の破断部の絞り値を用いた。ガス
圧接性としては絞り値が５％以上であることが必要であ
る。

【００１２】

【表１】

【００１３】図２は、ガス圧接性に及ぼすＳｉの影響を
示す図である。図の横軸はＳｉ量、縦軸はガス圧接性の
評価値である絞り値（ＲＡ）をそれぞれ示す。Ｓｉ量の
増加に伴い、絞り値（ＲＡ）は低下し、Ｓｉ量が１％を
超えると絞り値は５％未満に低下し、ガス圧接性の低下
が著しくなる。

【００１４】図３は、ガス圧接性に及ぼすＣｒの影響を
示す図である。図の横軸はＣｒ量、縦軸はガス圧接性の
評価値である絞り値（ＲＡ）をそれぞれ示す。Ｃｒ量の
増加に伴い、絞り値（ＲＡ）は低下し、Ｃｒ量が１％を
超えると絞り値は５％未満に低下し、ガス圧接性の低下
が著しくなる。

【００１５】図１は、ガス圧接性に及ぼすＳｉとＣｒの
影響を示す図である。図の横軸はＳｉ＋２Ｃｒ（重量
％）、縦軸はガス圧接性の評価値である絞り値（ＲＡ）
をそれぞれ示す。Ｓｉ＋２Ｃｒの増加に伴い、絞り値
（ＲＡ）は低下し、Ｓｉ＋２Ｃｒが２．２５％を超える
と絞り値は５％未満に低下し、ガス圧接性の低下が著し
くなる。

【００１６】以上より、化学成分は次の不等式により限
定される。 Ｓｉ≦１．００％ Ｃｒ≦１．００％ Ｓｉ＋２Ｃｒ≦２．２５％ 次に、ガス圧接性に及ぼす硬さの影響について試験を行
った。

【００１７】表２は、試験に用いた鋼の化学成分および
硬さ（表中、ＨＶと表示）を示す表である。これらの鋼
の化学成分はいずれも上記の条件：Ｓｉ≦１．００％、
Ｃｒ≦１．００％、Ｓｉ＋２Ｃｒ≦２．２５％を満たし
ている。

【００１８】

【表２】

【００１９】図４は、ガス圧接性に及ぼす硬さの影響を
示す図である。図の横軸はビッカース硬さ（ＨＶ）、縦
軸はガス圧接性の評価値である絞り値（ＲＡ）をそれぞ
れ示す。硬さの増加に伴い、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｓｉ＋２Ｃｒ
が発明の範囲内（図中、○印）であっても絞り値（Ｒ
Ａ）は低下し、硬さがＨＶ５００を超えると絞り値は５
％未満に低下し、ガス圧接性の低下が著しくなることを
示している。これより硬さはＨＶ５００以下に限定され
る。

【００２０】（２）耐摩耗性 耐摩耗性については実際に敷設した場合の摩耗量で評価
することが最も望ましいが、西原式摩耗試験機を用いて
実敷設レールの接触条件をシミュレートした比較試験に
より評価する方法も有効である。この試験法を用いれば
短期間で耐摩耗性を評価することができる。

【００２１】そこで、これらの点について詳細に検討す
るため、化学成分を種々変化させた鋼を用いて摩耗試験
を行った。

【００２２】表３は、試験に用いた鋼の化学成分および
硬さ（表中、ＨＶと表示）を示す表である。これらの鋼
は、Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ｎｂ，Ｖを種々変化
させた化学成分からなる。これらの供試鋼を１２５０℃
に加熱し、９２０℃で圧延を終了後、空冷し、摩耗試験
片を採取した。

【００２３】

【表３】

【００２４】摩耗試験は、外径３０ｍｍ、幅８ｍｍの西
原式摩耗試験片を用い、接触荷重５０ｋｇ、すべり率−
１０％、潤滑剤無しの条件で行い、５０万回回転後の摩
耗減量を測定した。評価においては、パーライト型熱処
理レールの摩耗減量を測定し、供試鋼の摩耗減量につい
て、これを基準とした摩耗減量の比（摩耗減量比）で表
した。

【００２５】図５は、この摩耗試験の結果から作成し
た、硬さ（ビッカース硬さＨＶ）と摩耗減量比の関係を
示す図である。図中には従来のパーライト型熱処理レー
ルの値（ＨＶ３８０）も加えた。硬さの上昇に伴い摩耗
減量比は低下する。同一硬さで比較した場合、ベイナイ
ト鋼はパーライト鋼に比べ摩耗量が多いが（摩耗減量比
＞１）、硬さがＨＶ４００以上になれば摩耗減量比が１
以下となり、パーライト型熱処理レールと同程度以上の
耐摩耗性が得られる。従って、ベイナイト鋼であって
も、硬さがＨＶ４００以上になれば、従来のパーライト
型熱処理レールと同等以上の耐摩耗性が得られ、実用上
差し支えない。

【００２６】（３）ミクロ組織 ミクロ組織をベイナイト組織とするのは、パーライト組
織と比較して転位密度を増加させて高強度化し、Ｃ量を
低くすることが可能となるからである。

【００２７】（４）化学成分 以下に、個々の成分組成の限定理由を述べる。

【００２８】Ｃは、硬さおよび耐摩耗性を確保するため
の必須元素であり、０．２５％未満ではレール鋼として
の硬さ、耐摩耗性を確保することが難しい。また、０．
４０％を超えるとレール頭部に脆いマルテンサイトが生
成する。従って、Ｃは０．２５〜０．４０％に限定し
た。

【００２９】Ｓｉは、脱酸剤として有効な元素なだけで
なく、固溶効果により強度を上昇させ耐摩耗性を向上さ
せる元素であるが、０．１０％未満ではその効果が認め
られない。一方、添加量が１．００％を超えると、Ｓｉ
の有する酸素との強い結合力のため、ガス圧接時のガス
炎により加熱された接合面に緻密な酸化物を生じ、新生
面の接合を阻害し、接合性を劣化させる。従って、Ｓｉ
は、０．１０〜１．００％に限定する。

【００３０】Ｍｎは、ベイナイト変態温度を低下させ焼
入性を高めることによりレールの高強度化に寄与する元
素である。しかし、１．００％未満ではその効果が小さ
い。また、３．５０％を超えると鋼のミクロ偏析による
マルテンサイト組織を生じ易く、熱処理時及び溶接時に
硬化や脆化を生じ材質劣化を来すので好ましくない。従
って、Ｍｎは、１．００〜３．５０％に限定する。

【００３１】Ｐは、靭性を劣化させることから、０．０
３５％以下と限定する。Ｓは主に介在物の形態で鋼中に
存在するが、０．０３５％を超えるとこの介在物量が著
しく増加し、脆化による材質の劣化を引き起こすので
０．０３５％以下と限定する。

【００３２】Ｃｒは、ベイナイト変態を促進する重要な
元素であり、本発明鋼のようにミクロ組織をベイナイト
組織として高強度化を図るために非常に重要な元素であ
る。Ｃｒが０．５０％未満ではベイナイト焼入性が低
く、ミクロ組織が均一なベイナイト組織とならない。一
方、Ｃｒが１．００％を超えると、マルテンサイト組織
を生成し易くなるだけでなく、Ｃｒの有する酸素との強
い結合力のため、ガス圧接時のガス炎により加熱された
接合面に緻密な酸化物を生じ、新生面の接合を阻害し、
接合性を阻害する要因となる。従って、Ｃｒは、０．５
０〜１．００％に限定する。

【００３３】Ｎｂは、ベイナイト焼入れ性を高めるだけ
でなく、鋼中のＣと結び付いて圧延後に析出することか
ら、頭部の内部まで析出強化により硬度を高くし耐摩耗
性を向上させ、レールの寿命を延ばすために有効であ
る。ただし、この効果は０．０５％未満の添加では有効
ではなく、また０．１５％を超えて添加してもその効果
は飽和してしまう。従って、Ｎｂは、０．０５〜０．１
５％に限定する。

【００３４】請求項２の発明は、請求項１記載の成分組
成の条件を満たし、さらに、 Ｎｉ：０．１０〜１．００％ Ｍｏ：０．１０〜２．００％ のうち、１種以上を含有することを特徴とする請求項１
記載のガス圧接性に優れた高強度ベイナイトレールであ
る。

【００３５】この発明では、請求項１の発明にさらにＮ
ｉ、Ｍｏ、Ｖのうち１種以上を添加している。以下に、
個々の成分組成の限定理由を述べる。

【００３６】Ｎｉは、ベイナイト焼入性を向上せしめ、
高強度化するのに有効な元素であるが、０．１％未満で
はその効果が認められない。一方、１．０％を超えた添
加ではその効果が飽和してしまう。従って、Ｎｉを添加
する場合は、０．１０〜１．００％に限定する。

【００３７】Ｍｏは、ベイナイト焼入性を向上せしめ、
高強度化するのに有効な元素であるが、０．１％未満で
はその効果が認められない。一方、２．０％を超えた添
加ではその効果が飽和してしまう。従って、Ｍｏを添加
する場合は、０．５０〜２．００％に限定する。

【００３８】請求項３の発明は、請求項１または請求項
２記載の成分組成の条件を満たし、さらに、 Ｖ：０．０１〜０．２０％ を含有することを特徴とする請求項１または請求項２記
載のガス圧接性に優れた高強度ベイナイトレールであ
る。

【００３９】この発明では、Ｖを添加しており、その限
定理由を次に述べる。Ｖは、ベイナイト中のＣと結び付
いて圧延後に析出することから、頭部内部まで析出強化
により硬度を高くし耐摩耗性を向上させ、レールの寿命
を延ばすために有効である。ただし、この効果は０．０
１％未満の添加では有効ではなく、また０．２０％を超
えて添加してもその効果は飽和してしまう。従って、Ｖ
は０．０１〜０．２０％に限定する。

【００４０】請求項４の発明は、（ａ）成分組成が、重
量％で Ｃ：０．２５〜０．４０％ Ｓｉ：０．１０〜１．００％ Ｍｎ：１．００〜３．５０％ Ｐ：０．０３５％以下 Ｓ：０．０３５％以下 Ｃｒ：０．５０〜１．００％ Ｎｂ：０．０５〜０．１５％ を含有し、次の不等式を満たす鋼からなるレールであ
り、 Ｓｉ＋２Ｃｒ≦２．２５％ （但し、式中の元素記号はそれぞれの重量％を表す） （ｂ）前記鋼を、圧延仕上温度を８００〜１０００℃の
条件で熱間圧延してレールに成形し、 （ｃ）：次いでベイナイト変態開始点以上の温度から４
００℃以下までを、放冷ないし５℃/s以下の冷却速度で
冷却して、全体をベイナイト変態させるガス圧接性に優
れた高強度ベイナイトレールの製造方法である。

【００４１】この発明と次の請求項５および請求項６の
発明は製造方法の発明であり、まとめて説明する。

【００４２】請求項５の発明は、請求項４記載の成分組
成の条件を満たし、さらに、 Ｎｉ：０．１０〜１．００％ Ｍｏ：０．１０〜２．００％ のうち、１種以上を含有させた請求項４記載のガス圧接
性に優れた高強度ベイナイトレールの製造方法である。

【００４３】請求項６の発明は、請求項４または請求項
５記載の成分組成の条件を満たし、さらに、 Ｖ：０．０１〜０．２０％ を含有させた請求項４または請求項５記載のガス圧接性
に優れた高強度ベイナイトレールの製造方法である。

【００４４】これらの発明では、請求項１ないし請求項
３の発明と同じ成分組成の鋼を用いて高強度ベイナイト
レールを製造する。以下、製造条件の限定理由について
説明する。

【００４５】まず、圧延仕上温度が８００℃未満では圧
延中にベイナイト変態が開始してしまい、強度が著しく
低下する。また圧延仕上温度が１０００℃を超えるとオ
ーステナイト粒が粗大化し、熱間圧延後の靭性の確保が
困難になる。従って、圧延仕上温度を８００℃以上１０
００℃以下とする。

【００４６】冷却速度に関しては、本出願成分範囲の場
合、空冷でもベイナイト組織が得られ所望の強度、靱性
が確保できる。冷却速度が５℃/sを超えると、マルテン
サイトが生成し靭性が著しく低下する。従って、冷却速
度を空冷ないし５℃/sとする。

【００４７】なお、全体をベイナイト変態させる理由
は、部分的にベイナイト組織以外の組織が出現すること
により、耐摩耗性が損なわれることを防ぐためである。

【００４８】

【発明の実施の形態】この発明の高強度ベイナイトレー
ルに用いる鋼は、通常の転炉製鋼法または電気炉製鋼法
で容易に製造することができる。成分組成は、この発明
で規定するもの以外は、通常の不純物として含まれてい
てもよいことは言うまでもない。

【００４９】圧延は、通常のレール圧延の方法であれ
ば、いずれの方法でも可能である。圧延後は通常の空冷
でよい。

【００５０】

【発明の実施例】

（実施例１）表４に示す成分を有する供試鋼を１２５０
℃に加熱し、９２０℃で圧延を終了後、２℃/sで加速冷
却した。この圧延板の板厚は１２ｍｍであり、これらの
鋼板を用いて硬さ測定、摩耗試験、接合性評価試験を行
った。

【００５１】

【表４】

【００５２】摩耗試験は、外径３０ｍｍ、幅８ｍｍのタ
イヤ型試験片（西原式試験片）を圧延鋼板より採取して
行った。これらの試験片を、鉄道車輪材から採取した同
一寸法の試験片とともに西原式摩耗試験機に装着し、接
触荷重５０ｋｇ、すべり率−１０％、潤滑剤無しの条件
で行い、５０万回回転後の摩耗減量を測定した。なお、
試験結果は、比較として行ったＨＶ３８０のパーライト
組織のレール鋼の摩耗減量との比（摩耗減量比）で表し
た。

【００５３】接合試験は、試料の一端に接合面を加工し
た２本の試料を突合せて、アセチレンガスの還元炎によ
りこの接合面を１２００℃まで加熱して圧接した。次い
で、この接合面が引張試験片の平行部中央にして採取し
た引張試験片を用いて、引張試験を行った。ガス圧接性
の評価には、引張試験の破断部の絞り値を用いた。

【００５４】表５は、試験結果を示す表である。この表
で接合性というのは、ガス圧接性の絞り値ＲＡ（％）の
ことである。No.4-1は、本発明よりＣ量が低く、硬さが
ＨＶ３５１と本発明の下限値未満であり、摩耗減量比も
２．２１と高く、実用に適していない。また、No.4-5,4
-6は、Ｃ量がやや高めなほか、ミクロ組織がパーライト
組織を呈している。その結果、耐摩耗性は優れているも
のの、前述のようにベイナイト組織の鋼に比べて耐フレ
ーキング損傷性に劣る。更に、No.4-5は、Ｓｉが１．２
％と本発明の上限を超えているため、硬さもＨＶ５０３
と本発明の上限を超えており、その結果、接合性（Ｒ
Ａ）が４％と低い。

【００５５】これに対し、No.4-2〜4-4 は強度、ミクロ
組織とも本発明の範囲内であり、その結果、摩耗減量比
は０．８〜０．９５とパーライトレールよりも低くなっ
ている。また、これらの鋼は、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｓｉ＋２Ｃ
ｒのいずれも本発明の化学成分の範囲内であり、硬さも
ＨＶ５００以下で本発明の範囲内である。従って、接合
性（ＲＡ）も２５〜３０％と十分な値を示している。

【００５６】

【表５】

【００５７】（実施例２）表６に示す成分を有する供試
鋼を、実施例１と同様の条件で圧延板を製造し、硬さ測
定、摩耗試験、接合性評価試験を行った。この表に示す
鋼のうち、化学成分が本発明から外れているのは、No.6
-1はＭｎ、No.6-8はＣｒ、No.6-11 はＮｂがそれぞれ下
限より低く、逆にNo.6-7はＭｎ、No.6-12 はＣｒ、No.6
-14 はＮｂがそれぞれ上限より高い。

【００５８】

【表６】

【００５９】表７は、試験結果を示す表である。供試鋼
はいずれもベイナイト組織を呈している。化学成分、硬
さが本発明の範囲内である、No.6-2〜6-6 、6-9 、6-1
0、 6-13 は、摩耗減量比、接合性（ＲＡ）とも優れた
値を示し、耐摩耗性、ガス圧接性とも良好である。

【００６０】これに対し、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｎｂがそれぞれ
本発明の下限より低いNo.6-1、6-8、6-11は、接合性
（ＲＡ）は比較的高いものの、硬度がＨＶ３６９〜３８
６と低く、摩耗減量比が３．１５〜３．４５とかなり高
く、耐摩耗性が劣る。

【００６１】これとは逆に、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｎｂがそれぞ
れ本発明の上限より高いNo.6-7、6-12、6-14では、摩耗
減量比は０．７５〜０．９であり、合金元素を過剰に添
加しているにもかかわらず際立った向上は見られない。
このように、本発明の上限を超えてＭｎ、Ｃｒ、Ｎｂを
添加しても、耐摩耗性を向上させる効果は飽和してい
る。なお、特にＣｒが過剰のNo.6-14 は、接合性（Ｒ
Ａ）が４％と低い。

【００６２】

【表７】

【００６３】（実施例３）表８に示す成分を有する供試
鋼を、実施例１と同様の条件で圧延板を製造し、硬さ測
定、摩耗試験、接合性評価試験を行った。この表に示す
鋼は、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｎｂについては本発明の
化学成分の範囲を満たしている。その中で、No.8-1はＮ
ｉ、Ｍｏ、Ｖを添加していない鋼である。また、No.8-
2、8-6 はそれぞれＮｉ、Ｍｏを添加しているが、添加
量が請求項２の下限より少ない鋼、No.8-8は、Ｖを添加
しているが、添加量が請求項３の下限より少ない鋼であ
る。

【００６４】

【表８】

【００６５】表９は、試験結果を示す表である。供試鋼
はいずれもベイナイト組織を呈しており、硬さもＨＶ４
１５〜４９７であり、ともに本発明の範囲内である。そ
の結果、摩耗減量比は０．７〜０．９７でパーライト鋼
より低く良好な耐摩耗性を示し、接合性も２５〜３９％
と十分な値を示している。

【００６６】この中で、Ｎｉ、Ｍｏを請求項２の範囲内
に添加したNo.8-3、8-4 では、摩耗減量比は０．７〜
０．８１となり、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｖを添加していないNo.8
-1の０．９７に比べ、耐摩耗性が大幅に向上している。
また、Ｖを請求項３の範囲内に添加したNo.8-7では、摩
耗減量比は０．７５となり、同様に耐摩耗性が大幅に向
上している。

【００６７】これに対し、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｖの添加量が請
求項２又は３の下限より少ない鋼、No.8-2、8-6 、No.8
-8について見ると、摩耗減量比はいずれも０．９７で、
Ｎｉ、Ｍｏ、Ｖを添加していないNo.8-1と同じ値であ
り、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｖ添加の効果が現れていない。

【００６８】これとは逆に、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｖの添加量が
請求項２又は３の上限より多い鋼、No.8-5、8-9 、No.8
-11 について見ると、摩耗減量比は０．７１〜０．７８
である。この値は、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｖを本発明の範囲内に
添加したNo.8-3、8-4 、8-7の摩耗減量比０．７〜０．
８１とさほど変わらず、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｖ添加による耐摩
耗性を向上させる効果は飽和している。

【００６９】

【表９】

【００７０】（実施例４）表１０に示す成分を有する供
試鋼を、実施例１と同様の条件で圧延板を製造し、硬さ
測定、摩耗試験、接合性評価試験を行った。この表に示
す鋼は、Ｓｉ、Ｃｒ以外の元素については本発明の化学
成分の範囲を満たしている。表の中で、No.10-2 、10-
3、10-5、10-6は、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｓｉ＋２Ｃｒについて
も本発明の条件を満たしている。しかし、No.10-1 、10
-4は、Ｓｉ＋２Ｃｒが本発明の上限２．２５％を超えて
おり、No.10-7 、10-8は、Ｓｉ、Ｃｒがそれぞれ本発明
の上限１．００％を超えている。

【００７１】

【表１０】

【００７２】表１１は、試験結果を示す表である。供試
鋼はいずれもベイナイト組織を呈しており、硬さもＨＶ
４０９〜４９６であり、ともに本発明の範囲内である。
その結果、摩耗減量比は０．８〜０．９５でパーライト
鋼より低く良好な耐摩耗性を示している。

【００７３】この中で、本発明の条件を満たしているN
o.10-2 、10-3、10-5、10-6は、摩耗減量比は０．８１
〜０．９５であり、接合性も２５〜３７％と十分な値を
示している。

【００７４】これに対し、Ｓｉ、Ｃｒについて単独では
本発明の範囲内であっても、Ｓｉ＋２Ｃｒが本発明の上
限を超えるNo.10-1 、10-4は、接合性が３〜４％と低
い。また、Ｓｉ＋２Ｃｒは本発明の範囲内であるがＳ
ｉ、Ｃｒが上限を超えているNo.10-7 、10-8について
も、接合性が３〜４％と低く、ガス圧接性が劣る。

【００７５】

【表１１】

【００７６】（実施例５）表１２に示す成分を有する供
試鋼を用いて、製造条件の試験を行った。この表に示す
鋼は、本発明の化学成分の範囲を満たしている。これら
の鋼を、１２５０℃に加熱し、圧延仕上温度７６０〜１
０３０℃で実際のレールの形状に圧延し、０．４〜６．
５℃／ｓの冷却速度で空冷あるいは加速冷却を行った。
このレール圧延材の頭部から、実施例１と同様の試験片
を採取し、実施例１と同様の条件で、硬さ測定、摩耗試
験、接合性評価試験を行った。

【００７７】

【表１２】

【００７８】表１３は、圧延条件と試験結果を示す表で
ある。この中で、本発明の製造条件を満たしている条件
２〜６、８〜１０、１２は、摩耗減量比は０．８１〜
０．９７でパーライト鋼より低く良好な耐摩耗性を示し
ており、接合性も１８〜３２％と十分な値を示してい
る。

【００７９】これに対し条件１は、冷却速度は放冷（空
冷）より若干速い０．５℃／ｓ（弱い強制冷却）で本発
明の範囲内であるが、圧延仕上温度が７６０℃で下限値
８００℃より低い。その結果、条件１では接合性は良好
なものの、硬さがＨＶ３２０と低く、摩耗減量比は３．
１１とかなり高くなり、耐摩耗性が劣っている。

【００８０】また、条件７と条件１１は、冷却速度が
５．７〜６．８℃／ｓで本発明の上限値５℃／ｓより高
く、硬さがＨＶ５００を超えたため耐摩耗性は良好であ
るが、接合性が４〜５％と低くなりガス圧接性が劣化し
ている。条件１３は、圧延仕上温度が上限より高いため
組織が粗大化し、焼入れ性が高くなり過ぎた結果、硬さ
がＨＶ５００を超えたため、接合性が５％と低くなって
いる。

【００８１】

【表１３】

【００８２】

【発明の効果】本発明により、熱間圧延後空冷又はオン
ラインで熱処理することにより、従来のパーライト型熱
処理レールに比べ耐摩耗性に優れかつパーライト型熱処
理レールと同等以上のガス圧接性を有する高強度ベイナ
イトレールを製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ガス圧接性に及ぼすＳｉとＣｒの影響を示す図
である。

【図２】ガス圧接性に及ぼすＳｉの影響を示す図であ
る。

【図３】ガス圧接性に及ぼすＣｒの影響を示す図であ
る。

【図４】ガス圧接性に及ぼす硬さの影響を示す図であ
る。

【図５】硬さと摩耗減量比の関係を示す図である。

【図６】種々の金属組織を有する鋼の硬さと摩耗量の関
係を示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｃ２２Ｃ 38/58 Ｃ２２Ｃ 38/58

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （ａ）成分組成が、重量％で Ｃ：０．２５〜０．４０％ Ｓｉ：０．１０〜１．００％ Ｍｎ：１．００〜３．５０％ Ｐ：０．０３５％以下 Ｓ：０．０３５％以下 Ｃｒ：０．５０〜１．００％ Ｎｂ：０．０５〜０．１５％ を含有し、次の不等式を満たす鋼からなるレールであ
   り、 Ｓｉ＋２Ｃｒ≦２．２５％ （但し、式中の元素記号はそれぞれの重量％を表す） （ｂ）前記レールの頭部のミクロ組織がベイナイト組織
   であり、（ｃ）かつ、前記レールの硬さが頭頂及び頭部
   コーナー部のいずれの位置においてもＨＶ４００〜５０
   ０であるガス圧接性に優れた高強度ベイナイトレール。
2. 【請求項２】 請求項１記載の成分組成の条件を満た
   し、さらに、 Ｎｉ：０．１０〜１．００％ Ｍｏ：０．１０〜２．００％ のうち、１種以上を含有することを特徴とする請求項１
   記載のガス圧接性に優れた高強度ベイナイトレール。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２記載の成分組成
   の条件を満たし、さらに、 Ｖ：０．０１〜０．２０％ を含有することを特徴とする請求項１または請求項２記
   載のガス圧接性に優れた高強度ベイナイトレール。
4. 【請求項４】 （ａ）成分組成が、重量％で Ｃ：０．２５〜０．４０％ Ｓｉ：０．１０〜１．００％ Ｍｎ：１．００〜３．５０％ Ｐ：０．０３５％以下 Ｓ：０．０３５％以下 Ｃｒ：０．５０〜１．００％ Ｎｂ：０．０５〜０．１５％ を含有し、次の不等式を満たす鋼からなるレールであ
   り、 Ｓｉ＋２Ｃｒ≦２．２５％ （但し、式中の元素記号はそれぞれの重量％を表す） （ｂ）前記鋼を、圧延仕上温度を８００〜１０００℃の
   条件で熱間圧延してレールに成形し、 （ｃ）：次いでベイナイト変態開始点以上の温度から４
   ００℃以下までを、放冷ないし５℃/s以下の冷却速度で
   冷却して、全体をベイナイト変態させるガス圧接性に優
   れた高強度ベイナイトレールの製造方法。
5. 【請求項５】 請求項４記載の成分組成の条件を満た
   し、さらに、 Ｎｉ：０．１０〜１．００％ Ｍｏ：０．１０〜２．００％ のうち、１種以上を含有させた請求項４記載のガス圧接
   性に優れた高強度ベイナイトレールの製造方法。
6. 【請求項６】 請求項４または請求項５記載の成分組成
   の条件を満たし、さらに、 Ｖ：０．０１〜０．２０％ を含有させた請求項４または請求項５記載のガス圧接性
   に優れた高強度ベイナイトレールの製造方法。