JP2000008142A

JP2000008142A - 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

Info

Publication number: JP2000008142A
Application number: JP10177819A
Authority: JP
Inventors: Masaharu Ueda; 正治上田; Koichi Uchino; 耕一内野
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1998-06-24
Filing date: 1998-06-24
Publication date: 2000-01-11

Abstract

(57)【要約】【課題】重荷重鉄道のレールに要求される耐内部疲労
損傷性を向上させる。【解決手段】重量％で、Ｃ：０．７０〜０．８５％、
Ｓｉ：０．１０〜１．００％、Ｍｎ：０．１０〜１．５
０％、Ｂ：０．０００１〜０．００４０％を含有し、残
部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼レールであっ
て、前記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、硬さがＨｖ３
７０以上で、かつ、その硬さの差がＨｖ３０以下である
パーライト組織であることを特徴とする耐内部疲労損傷
性に優れたパーライト系レール。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、重荷重鉄道用のレ
ールに要求される耐内部疲労損傷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】海外の重荷重鉄道では、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、曲線区間に敷
設されたレールでは、Ｇ．Ｃ．（ゲージ・コーナー）部
や頭側部の摩耗が急激に増加し、レールの摩耗寿命の点
で問題視されるようになった。

【０００３】しかしながら、最近の高強度化熱処理技術
の進歩により、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）レールが発
明され、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５４−２５４
９０号公報）。圧延終了後あるいは、再加熱したレール頭部をオー
ステナイト域温度から８５０〜５００℃間を１〜４℃／
ｓで加速冷却する１３０kgf ／mm²以上の高強度レール
の製造法（特許第１５９７９１４号）。

【０００４】これらのレールの特徴は、共析炭素含有鋼
（炭素量：０．７〜０．８％）による微細パーライト組
織を呈する高強度レールであり、その目的とするところ
は高硬度（強度）化により耐摩耗性を向上させるところ
にあった。

【０００５】しかし、近年、海外の重荷重鉄道ではより
一層の鉄道輸送の効率化のために、貨物の高積載化を強
力に進めており、特に急曲線区間では、上記開発のレー
ルを用いても、レール頭部内部からの疲労き裂の発生が
防止できず、レール使用寿命の低下が大きな問題となっ
てきた。このような背景から、現状の高強度レール以上
の耐内部疲労損傷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。

【０００６】現行レールの耐内部疲労損傷性の向上に
は、疲労き裂の発生を防止するためレール頭部内部の硬
さを向上させる方法が有効である。しかし、レール頭部
内部の硬さの向上を狙って熱処理冷却速度や合金添加量
を過度に増加させると、内部硬度の向上は図れるもの
の、レール頭表部にベイナイトやマルテンサイトなどの
異常組織が生成し、耐摩耗性や靭性が大きく低下すると
いった問題点があった。

【０００７】また、熱処理冷却方法の選択により、レー
ル頭部表部の以上組織の生成を防止し、頭部内部の硬さ
を向上させる方法もあるが、レール頭表部と頭部内部の
冷却速度の制御が難しく、頭部内部において適正な硬度
分布が得られないのが現状である。

【０００８】そこで、本発明者らは、レール頭表部にお
いてベイナイトやマルテンサイト等の異常組織の生成を
防止し、冷却速度が異なるレール頭表部から頭部内部に
おいて、高硬度のパーライト組織を安定的に生成させる
方法として、現行の共析鋼（Ｃ量：０．７〜０．８％）
よりも炭素量の高い過共析鋼に微量なＢを添加すること
により、レール頭部の耐摩耗性と耐内部疲労損傷性を向
上させた下記に示すようなレールを開発した。過共析鋼（Ｃ量＞０．８５％）にＢを添加すること
により、耐摩耗性と耐内部疲労損傷性を向上させたレー
ル（特願平８−５２７４６５号）。

【０００９】このレールの特徴は、鋼の炭素量を高く
し、耐摩耗性を確保しているパーライト組織中の板状の
硬いセメンタイト相の比率を増加させ、ころがり面直下
でのセメンタイト相の密度を高めることにより、耐摩耗
性を向上させ、同時に、微量なＢを添加することによ
り、パーライト変態の促進を図り、レール頭表面から内
部までより均一な硬度分布を付与し、レールの耐摩耗性
と耐内部疲労損傷性大きく向上させるものであった。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかし、過共析鋼（Ｃ
量＞０．８５％）にＢを添加重すると、オーステナイト
粒界に鉄炭ほう化物（Ｆｅ₂₃（ＣＢ）₆）が生成し、こ
れが変態核となってパーライト変態が促進されるもの
の、鋼の炭素量およびＢの添加量によっては、鉄炭ほう
化物（Ｆｅ₂₃（ＣＢ）₆）が粗大化しやすく、これにと
もない粒界脆化が進み、延性が低下する現象が確認され
た。

【００１１】そこで、本発明者らは、Ｂを添加すること
により、延性を損なわず、レール頭表面から内部までよ
り均一な硬度分布の付与が可能なパーライト鋼を実験に
より検討した。

【００１２】まず、鉄炭ほう化物（Ｆｅ₂₃（ＣＢ）₆）
の大きさと鋼中の炭素量の関係について調査した。その
結果、鋼中の炭素量が過共析域（Ｃ量＞０．８５％）を
超えると、レールの熱処理条件や鋼の成分系によって
は、オーステナイト粒界の鉄炭ほう化物が急激に粗大化
することが確認された。

【００１３】さらに、本発明者らは鉄炭ほう化物の粗大
化を抑制し、現行のレール製造条件においても安定して
パーライト変態が可能で、かつ、レール頭表面から内部
までより均一な硬度分布を付与できる鋼を検討した。そ
の結果、過共析鋼より少ない炭素量０．７０〜０．８５
％の範囲の鋼においても、Ｂを添加することにより微細
な鉄炭ほう化物が生成し、その結果、十分にパーライト
変態が促進され、レール頭表面から内部までより均一な
硬度分布が付与できることを確認した。

【００１４】図１は炭素量０．８０％の鋼にＢ添加した
場合のパーライト変態特性を示したものである、鉄炭ほ
う化物の生成によりパーライトノーズが高温側へ移動す
るため、冷却速度に対するパーライト変態温度の差が減
少し、レール頭部にある一定範囲の加速冷却を施すこと
により安定的にレール頭表面から内部までより均一な硬
度分布が得られるとこが確認された。

【００１５】以上の結果から、本発明者らは重荷重鉄道
用レールの耐内部疲労損傷性を向上させるため、炭素量
０．７０〜０．８５％の範囲の鋼にＢを添加することに
より、鉄炭ほう化物の粗大化を防止し、パーライト変態
の核となる微細な鉄炭ほう化物の生成を促進させ、その
結果、粒界脆化による延性低下が少なく、レール頭表面
から内部まで均一な硬度分布を有した耐内部疲労損傷性
に優れた高強度レールが製造できることを確認した。す
なわち、本発明は重荷重鉄道のレールに要求される耐内
部疲労損傷性を向上させたパーライト系レールを提供す
ることを目的とするものである。

【００１６】

【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：０．７０〜０．８５％、Ｓｉ：０．１０〜
１．００％、Ｍｎ：０．１０〜１．５０％、Ｂ：０．
０００１〜０．００４０％を含有し、さらに、必要に応
じて、Ｃｒ：０．０５〜１．００％、Ｍｏ：０．０１〜
０．２０％、Ｖ：０．０１〜０．３０％、Ｎｂ：０．
００２〜０．０５０％、Ｃｏ：０．１０〜２．００％、
Ｔｉ：０．００５０〜０．０３００％の１種または２種
以上を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からな
る鋼レールであって、望ましくは、前記レールの頭部コ
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、硬さがＨｖ３７０以上で、かつ、その
硬さの差がＨｖ３０以下であるパーライト組織であるこ
とを特徴とする耐内部疲労損傷性に優れたパーライト系
レールであり、さらには、上記成分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１〜１５℃／ｓの冷却速度で加速冷却
し、前記鋼レールの頭部の温度が６５０〜４５０℃の間
に達した時点で加速冷却を停止し、その後放冷して、前
記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、硬さがＨｖ３７０以
上で、かつ、その硬さの差がＨｖ３０以下であるパーラ
イト組織とすることを特徴とする耐内部疲労損傷性に優
れたパーライト系レールの製造法である。

【００１７】ここで、本発明の請求項およびその説明で
用いている「高温度」、「レール頭部」の用語は以下の
内容を有する。「高温度」とは、鋼がオーステナイト化
し、安定している温度域であり、具体的には、圧延直後
のレール頭部においてはＡ3 点以上の温度域であり、ま
た、再加熱されたレール頭部ではＡ3 点から約３０℃以
上の温度域を示すものである。「レール頭部」とは、レ
ール頭部の外郭表面近傍を示すものであり、具体的こ
は、図２に示すレール頭頂部（符号：１）および頭部コ
ーナー部（符号：２・）の表面から２０mmの範囲を示す
ものである。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明について詳細に説明
する。請求項１〜６において、化学成分、パーライト組
織の硬さおよびその範囲、パーライト組織の硬さの差、
製造条件を上記請求範囲に限定した理由について詳細に
説明する。

【００１９】（１）化学成分まず、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、かつ耐摩耗性を確保する有効な元素である。
しかし、Ｃ量が０．７０％以下では、レール頭部の硬さ
を確保することが困難となり、さらに、パーライト変態
が安定せず、レール頭部内部に疲労損傷の起点となる初
析フェライトが生成し易くなる。また、Ｃ量が０．８５
％を超えると、レールの熱処理条件や鋼の成分系によっ
ては、オーステナイト粒界の鉄炭ほう化物の粗大化が進
み、レールの延性が大きく低下しやすくなるため、Ｃ量
を０．７０〜０．８５％に限定した。

【００２０】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レール頭部の硬度（強度）を上昇さ
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、熱間圧延
時に表面疵が多く生成することや、酸化物の生成により
溶接性が低下するため、Ｓｉ量を０．１０〜１．００％
に限定した。

【００２１】Ｍｎはパーライト変態温度を低下させ、焼
入れ性を高めることによって高強度化に寄与する元素で
あるが、０．１０％未満の含有量ではその効果が小さ
く、レール頭部に必要とされる硬さの確保が困難とな
る。また、１．５０％を超えると、焼入れ性が著しく増
加し、耐摩耗性に有害なベイナイト組織や靭性を低下さ
せるマルテンサイト組織が生成し易くなるため、Ｍｎ量
を０．１０〜１．５０％に限定した。

【００２２】Ｂはオーステナイト粒界に鉄炭ほう化物
（Ｆｅ₂₃（ＣＢ）₆）を形成し、パーライト変態促進効
果により、結果として、パーライト変態温度の冷却速度
依存性を低減させ、レール頭表面から内部までより均一
な硬度分布を付与する元素であるが、０．０００１％未
満の含有量ではその効果が十分でなく、また０．００４
０％を超えて添加すると、粗大な鉄炭ほう化物が生成し
やすく、延性や靱性の低下を招くことから、Ｂ量を０．
０００１〜０．００４０％に限定した。

【００２３】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：
０．０５〜１．００％、Ｍｏ：０．０１〜０．２０％、
Ｖ：０．０１〜０．３０％、Ｎｂ：０．００２〜０．
０５０％、Ｃｏ：０．１０〜２．００％、Ｔｉ：０．０
０５０〜０．０３００％

【００２４】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
て高硬度（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、１．００％を超える過剰な添加を行うと、
耐摩耗性に有害なベイナイト組織や靱性を低下させるマ
ルテンサイト組織が生成し易くなるため、Ｃｒ量を０．
０５〜１．００％に限定した。

【００２５】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すること
により高硬度（強度）化に寄与し、レール頭部の耐摩耗
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
ライトの変態速度を低下させ、靭性に有害なマルテンサ
イト組織が生成しやすくなるため、Ｍｏ添加重を０．０
１〜０．２０％に限定した。

【００２６】Ｖは熱間圧延時の冷却課程で生成したＶ炭
化物、Ｖ窒化物による析出硬化で強度を高め、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、パ
ーライト組織の強度、延性および靭性を向上させるのに
有効な成分であるが、０．０１％未満ではその効果が十
分に期待できず、０．３０％を超えて添加してもそれ以
上の効果が期待できないことから、Ｖ量を０．０１〜
０．３０％に限定した。

【００２７】Ｎｂは炭窒化物を形成し、析出強化により
レール頭部の硬度（強度）を向上させ、さらに、再加熱
熱処理時にオーステナイト粒の成長を抑制し、細粒化に
より延靱性を向上させる元素であるが、その効果は、
０．００２％未満では期待できず、また、０．０５０％
を超える過剰な添加を行ってもそれ以上の効果が期待で
きないことから、Ｎｂ量を０．００２〜０．０５０％に
限定した。

【００２８】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レール
頭部の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、２．００％を
超える過剰な添加を行ってもその効果が飽和域に達して
しまうため、Ｃｏ量を０．１０〜２．００％に限定し
た。

【００２９】Ｔｉは鋼中の過剰な窒素を窒化物（Ｔｉ
Ｎ）として析出させ、同時に、Ｂの窒化物（ＢＮ）の析
出を抑制し、結果として、鉄炭ほう化物（Ｆｅ₂₃（Ｃ
Ｂ）₆）を優先的に生成させる元素であるが、０．００
５０％未満の含有量では、窒化物を形成するには十分で
なく、また、０．０３００％を超えて添加すると、粗大
な窒化物（ＴｉＮ）や炭化物（ＴｉＣ）が生成し、レー
ルの延性や靭性が低下すると同時に、レール使用中の疲
労損傷の起点となりやすいため、Ｔｉ量を０．００５０
〜０．０３００％に限定した。

【００３０】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。

【００３１】（２）パーライト組織の硬さおよびその範
囲はじめに、パーライト組織の硬さをＨｖ３７０以上に限
定した理由について説明する。本成分系ではレール頭部
の硬さがＨｖ３７０未満になると、レールの摩耗が進行
し、重荷重鉄道で要求されている耐摩耗性を確保するこ
とが困難となり、さらに、急曲線区間において使用され
るレールでは頭部内部から疲労亀裂が発生しやすくなる
ため、パーライト組織の硬さをＨｖ３７０以上に限定し
た。

【００３２】次に、Ｈｖ３７０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
部の該頭部表面を起点として深さ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
に必要とされている耐摩耗性および耐内部疲労損傷性領
域としては小さく、摩耗の進行および内部疲労損傷の発
生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
部および頭頂部の該頭部表面を起点として深さ３０mm以
上あれば、寿命改善効果がさらに増し、より望ましい。

【００３３】ここで、図２に本発明の耐内部疲労損傷性
に優れたレールの頭部断面表面位置での呼称および耐摩
耗性が必要とされる領域を示す、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。また、Ｈｖ３７０以上のパーライト組
織は少なくとも図中の斜線部分に配置されておれぱ、レ
ール使用寿命の向上が可能となる。

【００３４】（３）パーライト組織の硬さの差最後に、深さ２０mmの範囲におけるパーライト組織の硬
さの差をＨｖ３０以下に限定した理由を説明する。レー
ル頭部では断面の各部位によって冷却速度が異なるた
め、一般的に硬さはレール頭表部から頭部内部へ進むに
したがって低下する分布を示す。このレール頭表面と頭
部内部の硬度差がＨｖ３０を超えると、レール頭部断面
内において材料強度の変化が著しく大きくなり、これに
ともないレールに作用する外力から発生する歪み（塑性
変形領域）がレール頭部内部の低硬度（強度）部に集中
し、その結果、内部疲労損傷が発生し、レール寿命が低
下するため、硬さの差の最大値をＨｖ３０以下に限定し
た。

【００３５】（４）製造条件請求項５及び請求項６において、レール製造時の各冷却
条件を上記のように限定した理由について詳細に説明す
る。まず、レール頭表部をオーステナイト域温度から６
５０〜４５０℃までの間を１〜１５℃／ｓの冷却速度で
加速冷却する方法において、加速冷却停止温度を上記の
様に限定した理由について説明する。６５０℃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、硬さの低いパーライト組織が多く生成
し、レール頭部の硬さがＨｖ３７０未満となり、耐摩耗
性や耐内部疲労損傷性が確保できないため、６５０℃以
下に限定した。また、４５０℃未満まで冷却を行うと、
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、偏析部等にレールの靭性・耐摩耗性に有害なマルテ
ンサイト組織が生成するため４５０℃以上に限定した。

【００３６】次に、レール頭表部の加速冷却速度を１〜
１５℃／ｓに限定レた理由を説明する。レール頭表部の
加速冷却速度が１℃／ｓ未満になると、加速冷却途中の
高温度域でパーライト変態が開始し、硬さの低いパーラ
イト組織が多く生成し、レール頭部の硬さがＨｖ３７０
未満となり、レール頭部の耐摩耗性、耐内部疲労損傷性
の確保ができなくなるため、１℃／ｓ以上に限定した。
また、加速冷却速度が１５℃／ｓを超えると、加速冷却
中にパーライト変態をせずに、レール頭表部にベイナイ
トやマルテサイト等の異常組織が生成し、レールの耐摩
耗性や靱性を低下させるため、加速冷却速度を１〜１５
℃／ｓの範囲に限定した。

【００３７】なお、硬度の高いパーライト組織をレール
頭部内部まで安定的に生成させるには、図１のパーライ
ト変態領域の結果に示すように、加速冷却速度は５〜１
０℃／ｓの間が最も望ましい。

【００３８】本加速冷却速度範囲は冷却開始から終了ま
での平均的な冷却速度を限定するものであるが、加速冷
却途中においてパーライト変態による発熱やレール内部
からの自然復熱による一時的な温度上昇が発生すること
がある。しかし、加速冷却開始から終了までの平均的な
冷却速度が上記範囲内であれば本パーライト系レールの
特性に大きな影響をおよぼさないため、本レールの加速
冷却条件としては冷却途中の一時的な温度上昇にともな
う冷却速度の低下も含んでいる。

【００３９】また、１〜１５℃／ｓの冷却速度を得る方
法としては、空気や空気を主としミスト等を加えた冷却
媒体およびこれらの組み合わせにより、所定冷却速度を
得ることが可能である。

【００４０】従って、Ｈｖ３７０以上のパーライト組織
を呈した耐摩耗性、耐内部疲労損傷性に優れたレールを
製造するには、レール頭表部において、硬さの低いパー
ライト組織の生成を防止し、耐摩耗性や靭性に有害なベ
イナイト、マルテンサイトなどの異常組織が生成しない
ように、空気や空気を主としミスト等を加えた冷媒を用
いてオーステナイト域温度から１〜１５℃／ｓの冷却速
度で加速冷却し、該鋼レール頭表部の温度が６５０〜４
５０℃達した時点で加速冷却を停止することにより、レ
ール頭表部から内部まで高硬度のパーライト組織を安定
的に生成させることが可能となる。

【００４１】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、成分系、加速冷却速度
および素材の偏析状態によっては、パーライト組織中に
微量な初析フェライト組織や初析セメンタイト組織が生
成することがある。しかし、パーライト組織中にこれら
の組織が微量に生成してもレールの延性、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フェライト組
織および初析セメンタイト組織の混在も含んでいてもよ
い。

【００４２】

【実施例】次に本発明の実施例について説明する。表１
に本発明レール鋼と比較レール鋼の化学成分、頭部加速
冷却条件、頭部軸心部硬さ、およびミクロ組織を示す。
また、表１には図３に示す転動疲労試験結果も併記し
た。さらに、図４，５には表１に示す本発明レール鋼
（符号：Ｄ，Ｅ）、図６には表１に示す比較レール鋼
（符号：Ｎ）の頭部断面硬度分布を示す。

【００４３】

【表１】

【００４４】

【表２】

【００４５】なお、レールの構成は以下のとおりであ
る。・本発明レール鋼（９本）符号：Ａ〜Ｉ上記成分範囲で、該鋼レールの少なくともレール頭部表
面から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、さらに前記範囲における硬さの差の
最大値がＨｖ３０以下の頭部に加速冷却を施した本発明
レール鋼。・比較レール鋼（９本）符号Ｊ〜Ｎ：化学成分が本発明範囲外の比較レール鋼
（５本）。符号０〜Ｒ：熱処理条件が本発明範囲外の比較レール鋼
（４本）。

【００４６】転勤疲労試験の条件は次のとおりとした。試験機：転勤疲労試験機試験片形状レール：１３６ポンドレール×２ｍ車輪：ＡＡＲタイプ（直径９２０mm）ラジアル荷重：１４７０００Ｎスラスト荷重：９８００Ｎ潤滑：ドライ＋油（間欠給油）

【００４７】図４，５に示すように、本発明レール鋼
（Ｄ、Ｅ）はＢの添加量を適切な範囲に納めることによ
り、図５に示す比較鋼レール（Ｎ）と比べて、レール頭
表面と内部の硬度差が減少し、表１に示すように内部疲
労損傷の発生を防止することができる。

【００４８】さらに、表１に示すように化学成分を適切
な範囲に納め、適切な熱処理条件を選択することによ
り、レールの靭性や耐摩耗性に有害なマルテンサイト組
織やベイナイト組織を生成させることなく、高い硬度の
パーライト組織をレール頭部内部まで安定的に生成させ
ることが可能となる。

【００４９】

【発明の効果】このように本発明によれば、重荷重鉄道
に耐内部疲労損傷性に優れたレールを提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明レール鋼のパーライト変態特性を示した
図。

【図２】レール頭部断面表面位置の呼称およびＨｖ３７
０以上のパーライト組織の必要範囲を示した図

【図３】転動疲労試験機の概要図。

【図４】本発明レール鋼（符号：Ｄ）の頭部断面硬度分
布を示した図。

【図５】本発明レール鋼（符号：Ｅ）の頭部断面硬度分
布を示した図。

【図６】比較レール鋼（符号：Ｎ）の頭部断面硬度分布
を示した図。

【符号の説明】

１：頭頂部、２：頭部コーナー部、３：レール移動用スライダー、４：レール、５：車輪、６：モーター、７：荷重負荷装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で、Ｃ：０．７０〜０．８５％、Ｓｉ：０．１０〜１．００％、Ｍｎ：０．１０〜１．５０％、Ｂ：０．０００１〜０．００４０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなるこ
とを特徴とする耐内部疲労損傷性に優れたパーライト系
レール。
【請求項２】重量％で、Ｃ：０．７０〜０．８５％、Ｓｉ：０．１０〜１．００％、Ｍｎ：０．１０〜１．５０％、Ｂ：０．０００１〜０．００４０％を含有し、さらに、Ｃｒ：０．０５〜１．００％、Ｍｏ：０．０１〜０．２０％、Ｖ：０．０１〜０．３０％、Ｎｂ：０．００２〜０．０５０％、Ｃｏ：０．１０〜２．００％、Ｔｉ：０．００５０〜０．０３００％の１種または２種以上を含有し、残部がＦｅおよび不可
避的不純物からなることを特徴とする耐内部疲労損傷性
に優れたパーライト系レール。
【請求項３】重量％で、Ｃ：０．７０〜０．８５％、Ｓｉ：０．１０〜１．００％、Ｍｎ：０．１０〜１．５０％、Ｂ：０．０００１〜０．００４０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼
レールであって、前記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、
硬さがＨｖ３７０以上で、かつ、その硬さの差がＨｖ３
０以下であるパーライト組織であることを特徴とする耐
内部疲労損傷性に優れたパーライト系レール。
【請求項４】重量％で、Ｃ：０．７０〜０．８５％、Ｓｉ：０．１０〜１．００％、Ｍｎ：０．１０〜１．５０％、Ｂ：０．０００１〜０．００４０％を含有し、さらに、Ｃｒ：０．０５〜１．００％、Ｍｏ：０．０１〜０．２０％、Ｖ：０．０１〜０．３０％、Ｎｂ：０．００２〜０．０５０％、Ｃｏ：０．１０〜２．００％、Ｔｉ：０．００５０〜０．０３００％の１種または２種以上を含有し、残部がＦｅおよび不可
避的不純物からなる鋼レールであって、前記レールの頭
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、硬さがＨｖ３７０以上で、かつ、
その硬さの差がＨｖ３０以下であるパーライト組織であ
ることを特徴とする耐内部疲労損傷性に優れたパーライ
ト系レール。
【請求項５】重量％で、Ｃ：０．７０〜０．８５％、Ｓｉ：０．１０〜１．００％、Ｍｎ：０．１０〜１．５０％、Ｂ：０．０００１〜０．００４０％を含有し、残部がＦｅ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１〜１５℃／ｓの冷却速度で
加速冷却し、前記鋼レールの頭部の温度が６５０〜４５
０℃の間に達した時点で加速冷却を停止し、その後放冷
して、前記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、硬さがＨｖ
３７０以上で、かつ、その硬さの差がＨｖ３０以下であ
るパーライト組織とすることを特徴とする耐内部疲労損
傷性に優れたパーライト系レールの製造法。
【請求項６】重量％で、Ｃ：０．７０〜０．８５％、Ｓｉ：０．１０〜１．００％、Ｍｎ：０．１０〜１．５０％、Ｂ：０．０００１〜０．００４０％を含有し、さらに、Ｃｒ：０．０５〜１．００％、Ｍｏ：０．０１〜０．２０％、Ｖ：０．０１〜０．３０％、Ｎｂ：０．００２〜０．０５０％、Ｃｏ：０．１０〜２．００％、Ｔｉ：０．００５０〜０．０３００％の１種又は２種以上を含有し、残部がＦｅ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１〜１５
℃／ｓの冷却速度で加速冷却し、前記鋼レールの頭部の
温度が６５０〜４５０℃の間に達した時点で加速冷却を
停止し、その後放冷して、前記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、硬さがＨｖ３７０以上で、かつ、その硬さの差
がＨｖ３０以下であるパーライト組織とすることを特徴
とする耐内部疲労損傷性に優れたパーライト系レールの
製造法。