JP2001003140A - High strength pearlitic rail excellent in toughness and ductility and its production - Google Patents

High strength pearlitic rail excellent in toughness and ductility and its production

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JP2001003140A
JP2001003140A JP17675199A JP17675199A JP2001003140A JP 2001003140 A JP2001003140 A JP 2001003140A JP 17675199 A JP17675199 A JP 17675199A JP 17675199 A JP17675199 A JP 17675199A JP 2001003140 A JP2001003140 A JP 2001003140A
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rail
toughness
ductility
strength
pearlite
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Daisuke Hiragami
大輔 平上
Koichi Uchino
耕一 内野
Kenichi Karimine
健一 狩峰
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high strength pearlitic rail for a cold district having high strength and high ductility by adding Mg and Ti to molten steel and producing fine Mg oxides and Ti precipitates. SOLUTION: This rail has a compsn. contg., by mass, 0.55 to 1.20% C, 0.10 to 1.20% Si, 0.10 to 1.50% Mn, 0.002 to 0.035% S, 0.0004 to 0.02% Mg and 0.001 to 0.05% Ti and furthermore contg., at need, one or >= two kinds among Al, Ni, Cu, Nb, Cr, Mo, V and B, and the balance Fe with inevitable impurities, in which rail, at least as to the rail head, in the optional cross-section in a pearlitic structure, Mg oxides of 0.01 to 10 μm diameter are present by 500 to 100000 pieces in 1 mm2, and also, Ti oxides, Ti nitrides, Ti carbides and Ti multiple precipitates thereof of 0.01 to 10 μm diameter are present by 500 to 120000 pieces in total in 1 mm2.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、レール鋼のパーラ
イト組織を微細化して靭性および延性の向上を図った高
強度レールおよびその製造法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high-strength rail in which the pearlite structure of rail steel is refined to improve toughness and ductility, and to a method for producing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】現在、鉄道輸送は輸送効率向上のための
重積載化、輸送迅速化のための高速化が進められてお
り、レールの特性に対する要求が厳しくなっている。重
荷重鉄道では急曲線区間の耐磨耗性、耐頭部内部疲労損
傷性がより要求され、高速鉄道では主に直線区間の頭部
表面損傷によるレール取替割合の増加が問題となってい
る。これらに加えて、寒冷地の鉄道では冬季にレールク
ラック発生によるレール取替が集中しており、レール材
の靭性改善がレール寿命の延伸に必要な課題になってい
る。
2. Description of the Related Art At present, railway transportation is being increased in load for improving transportation efficiency and speeding up for speeding transportation, and the requirements for rail characteristics are becoming stricter. Heavy load railways require more abrasion resistance and head internal fatigue damage resistance in sharply curved sections, and high-speed railways have a problem of increasing the rate of rail replacement mainly due to head surface damage in straight sections. . In addition to this, in the cold region railways, rail replacement due to the occurrence of rail cracks is concentrated in the winter season, and improving the toughness of the rail material has become a necessary issue for extending the rail life.

【0003】輸送効率向上のための重積載化はレール頭
部の磨耗を促進し、また疲労損傷の増加により、レール
寿命が短くなってきている。この重荷重鉄道でのレール
短寿命化を改善するために、耐磨耗性の優れた高強度レ
ール鋼の技術開発が活発に行われてきた。その結果、曲
線区間ではほぼ高強度レールが使用されるようになっ
た。
[0003] Heavy loading for improving transport efficiency promotes wear of the rail head, and the life of the rail has been shortened due to increased fatigue damage. In order to improve the shortening of rail life in heavy-duty railways, technical development of high-strength rail steel with excellent wear resistance has been actively conducted. As a result, almost high-strength rails have been used in curved sections.

【0004】一方、レール鋼の耐磨耗性の向上ととも
に、本来磨耗によって削り取られるべき疲労ダメージ層
がレール頭表面や車輪フランジ付け根部が押し付けられ
るゲージ・コーナー(GC)表面に残存し、表面損傷生
成が認められるようになってきた。さらにレール鋼の耐
磨耗性の向上は、車輪荷重による応力集中をレールGC
内部の一点に固定させることになり、このレールGC内
部からの疲労損傷を増加させることとなった。このよう
なレールの耐頭部表面損傷性および耐内部疲労損傷性の
改善には、レール材の靭性および延性を向上させること
が重要である。
On the other hand, along with the improvement of the wear resistance of the rail steel, a fatigue damage layer, which should be originally scraped off by wear, remains on the surface of the rail head and the surface of the gauge corner (GC) against which the root of the wheel flange is pressed. Generation has begun to be observed. Furthermore, the improvement of the abrasion resistance of the rail steel reduces the stress concentration caused by the wheel load by the rail GC.
It was fixed to one point inside, and the fatigue damage from inside the rail GC was increased. In order to improve the head surface damage resistance and the internal fatigue damage resistance of such a rail, it is important to improve the toughness and ductility of the rail material.

【0005】高強度レールの靭性および延性改善の方策
としては以下の方法が考えられる。 (1)普通圧延後、一旦室温まで冷却したレールを低温
度で再加熱した後、加速冷却する方法。 (2)制御圧延によりオーステナイト粒を微細化した
後、レール頭部を加速冷却する方法。 (3)制御圧延した後、パーライト変態前で低温度に再
加熱し、その後加速冷却する方法。
The following methods can be considered as measures for improving the toughness and ductility of a high-strength rail. (1) A method in which, after ordinary rolling, a rail once cooled to room temperature is reheated at a low temperature, and then acceleratedly cooled. (2) A method in which austenite grains are refined by controlled rolling and then the rail head is accelerated and cooled. (3) A method of reheating to a low temperature before controlled pearlite transformation after controlled rolling, and then accelerated cooling.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】上記方法の(1)は、
例えば特開昭55−125321号公報に記載されてい
るように、通常の加熱温度よりも低い850 ℃以下の低温
度に再加熱し、オーステナイト粒を細粒化することによ
って大幅に靭性および延性を改善しようとするものであ
る。しかし、低温度で加熱し、かつレール頭部内部まで
加熱を深めようとすると、投入熱量を下げて長時間加熱
する必要があり、この熱処理のため生産性を阻害し製造
コストを高める難点がある。
The above method (1) includes:
For example, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 55-125321, reheating to a low temperature of 850 ° C. or lower, which is lower than the normal heating temperature, and refining austenite grains greatly reduce toughness and ductility. They are trying to improve. However, when heating at a low temperature and deepening the heating to the inside of the rail head, it is necessary to reduce the amount of heat input and perform heating for a long time. This heat treatment impairs productivity and raises manufacturing costs. .

【0007】また上記(2)の方法は、例えば特開昭5
2−138427号公報および特開昭52−13842
8号公報に記載されているように、制御圧延によるオー
ステナイト粒の細粒化で靭性・延性の向上を図ろうとす
るものである。しかし、大きな圧下力等が必要という圧
延機の能力、あるいはレールの断面形状や長手方向の寸
法精度が容易に得られないという形状制御性の観点から
も、問題を含んでいる。
The method (2) is disclosed in, for example,
JP-A-2-138427 and JP-A-52-13842
As described in Japanese Patent Publication No. 8 (KOKAI) No. 8, the aim is to improve the toughness and ductility by making austenite grains finer by controlled rolling. However, there are also problems from the viewpoint of the rolling mill's ability to require a large rolling force or the like, or the shape controllability in that the cross-sectional shape of the rail and the dimensional accuracy in the longitudinal direction cannot be easily obtained.

【0008】また上記(3)の方法は、例えば特公平4
−4371号公報に記載されているように、800℃以
下で5%以上の圧延を実施した後、再度750〜900
℃に加熱することによりオーステナイト粒を微細にし、
靭性および延性を改善しようとするものである。しかし
この方法は、圧延後に低温再加熱のための加熱炉を必要
とするため作業性、生産性、製造コスト等の問題があ
る。
The method of (3) is described in, for example,
As described in Japanese Patent No. 4371, after rolling of 5% or more at 800 ° C. or less, 750 to 900
Austenite grains are refined by heating to
It is intended to improve toughness and ductility. However, this method requires a heating furnace for reheating at a low temperature after rolling, and thus has problems such as workability, productivity, and production cost.

【0009】またレール鋼の靭性・延性を改善したレー
ルとしては、例えば特開平8−104946号公報、特
開平8−104947号公報および特開平8−1094
38号公報に記載されているように、脱酸元素としてM
gを添加し、0.1〜10μmのMnSの個数が1mm2
あたり600〜12,000個存在する靭性・延性の優
れた高強度パーライト系レールがある。
Further, rails having improved toughness and ductility of rail steel are disclosed in, for example, JP-A-8-104946, JP-A-8-104947 and JP-A-8-1094.
As described in Japanese Patent Publication No. 38, No. 38
g of MnS of 0.1 to 10 μm is 1 mm 2
There are 600 to 12,000 high-strength pearlite-based rails with excellent toughness and ductility.

【0010】また、特開平6−279927号公報、特
開平6−279929号公報、特開平8−333634
号公報および特開平9−227943号公報に記載され
ているように、脱酸元素としてTiを添加し、0.1〜
15μmのMnSの個数が1mm2 あたり30〜12,0
00個存在する靭性・延性の優れた高強度パーライト系
レールがあり、この方法により靭性および延性に優れた
レールの製造が可能となった。しかし、重荷重鉄道では
なお一層の重積載化および高速化が検討されており、さ
らに靭性および延性の特性を改善することが要求されて
きている。
Further, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. Hei 6-279927, Hei 6-279929 and Hei 8-333634.
As described in JP-A-9-227943 and JP-A-9-227943, Ti is added as a deoxidizing element,
The number of 15 μm MnS is 30 to 12.0 per mm 2 .
There are 00 high-strength pearlitic rails having excellent toughness and ductility, and this method has enabled the production of rails having excellent toughness and ductility. However, further heavy load and higher speed are being studied in heavy load railways, and further improvements in toughness and ductility characteristics have been demanded.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では以下の構成を要旨とする。 (1)質量%で、 C :0.55〜1.20%、 Si:0.10〜1.20%、 Mn:0.10〜1.50%、 S :0.002〜0.035%、 Mg:0.0004〜0.02%、 Ti:0.001〜0.05% を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、
少なくともレール頭部が実質パーライト組織であり、任
意断面において直径が0.01〜10μmの大きさのM
g酸化物が1mm2 中に500〜100,000個、およ
び直径が0.01〜10μmの大きさのTi酸化物、T
i窒化物、Ti炭化物もしくはこれらのTi複合析出物
の合計が1mm2 中に500〜120,000個存在する
ことを特徴とする靭性および延性に優れた高強度パーラ
イト系レール。
In order to achieve the above object, the present invention has the following features. (1) In mass%, C: 0.55 to 1.20%, Si: 0.10 to 1.20%, Mn: 0.10 to 1.50%, S: 0.002 to 0.035% , Mg: 0.0004 to 0.02%, Ti: 0.001 to 0.05%, the balance being Fe and unavoidable impurities,
At least the rail head has a substantially pearlite structure, and has an arbitrary cross section having a diameter of 0.01 to 10 μm.
g oxide having a size of 500 to 100,000 in 1 mm 2 and a size of 0.01 to 10 μm in diameter,
i. A high-strength pearlitic rail excellent in toughness and ductility, characterized in that a total of 500 to 120,000 nitrides, Ti carbides, or these Ti composite precipitates are present in 1 mm 2 .

【0012】(2)質量%でさらに、 Al:0.0005〜0.05%、 Ni:0.10〜4.0%、 Cu:0.10〜4.0%、 Nb:0.001〜0.05% の1種または2種以上を含有することを特徴とする前記
(1)記載の靭性および延性に優れた高強度パーライト
系レール。 (3)質量%でさらに、 Cr:0.10〜1.0%、 Mo:0.01〜0.50%、 V :0.01〜1.0%、 B :0.0001〜0.0050% の1種または2種以上を含有することを特徴とする前記
(1)または(2)記載の靭性および延性に優れた高強
度パーライト系レール。
(2) In mass%, Al: 0.0005 to 0.05%, Ni: 0.10 to 4.0%, Cu: 0.10 to 4.0%, Nb: 0.001 to The high-strength pearlitic rail according to the above (1), which comprises one or more of 0.05% by weight. (3) In mass%, Cr: 0.10 to 1.0%, Mo: 0.01 to 0.50%, V: 0.01 to 1.0%, B: 0.0001 to 0.0050 % Or more of the high-strength pearlite-based rails having excellent toughness and ductility according to the above (1) or (2).

【0013】(4)質量%で、 C :0.55〜1.20%、 Si:0.10〜1.20%、 Mn:0.10〜1.50%、 S :0.002〜0.035%、 Mg:0.0004〜0.02%、 Ti:0.001〜0.05% を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる鋼
片を、熱間圧延でレールに形成し、熱延後の冷却過程
で、あるいは熱延後の再加熱によってオーステナイト域
温度とした後の冷却過程で、レールの少なくとも頭部の
冷却を、700〜500℃の温度域での冷却速度が1〜
5℃/secとなる加速冷却を行って、少なくともレール頭
部が実質パーライト組織であり、任意断面において直径
が0.01〜10μmの大きさのMg酸化物が1mm2
に500〜100,000個、および直径が0.01〜
10μmの大きさのTi酸化物、Ti窒化物、Ti炭化
物もしくはこれらのTi複合析出物の合計が1mm2 中に
500〜120,000個存在させることを特徴とする
靭性および延性に優れた高強度パーライト系レールの製
造方法。
(4) In mass%, C: 0.55 to 1.20%, Si: 0.10 to 1.20%, Mn: 0.10 to 1.50%, S: 0.002 to 0% 0.035%, Mg: 0.0004-0.02%, Ti: 0.001-0.05%, the balance being Fe and unavoidable impurities, a steel slab is formed on a rail by hot rolling. In the cooling process after hot rolling or in the cooling process after reheating after hot rolling to austenite temperature, at least the head of the rail is cooled at a cooling rate of 700 to 500 ° C. ~
By performing accelerated cooling at 5 ° C./sec, at least a rail head has a substantially pearlite structure, and Mg oxide having a diameter of 0.01 to 10 μm in an arbitrary cross section is 500 to 100,000 in 1 mm 2. Pieces, and the diameter is 0.01 to
High strength excellent in toughness and ductility, characterized in that a total of 500 to 120,000 Ti oxides, Ti nitrides, Ti carbides or these Ti composite precipitates having a size of 10 μm are present in 1 mm 2. Manufacturing method of perlite rail.

【0014】(5)質量%でさらに、 Al:0.0005〜0.05%、 Ni:0.10〜4.0%、 Cu:0.10〜4.0%、 Nb:0.001〜0.05% の1種または2種以上を含有することを特徴とする前記
(4)記載の靭性および延性に優れた高強度パーライト
系レールの製造方法。(6)質量%でさらに、 Cr:0.10〜1.0%、 Mo:0.01〜0.50%、 V :0.01〜1.0%、 B :0.0001〜0.0050% の1種または2種以上を含有することを特徴とする前記
(4)または(5)記載の靭性および延性に優れた高強
度パーライト系レールの製造方法。
(5) In mass%, Al: 0.0005 to 0.05%, Ni: 0.10 to 4.0%, Cu: 0.10 to 4.0%, Nb: 0.001 to The method for producing a high-strength pearlite-based rail excellent in toughness and ductility according to the above (4), wherein one or more kinds of 0.05% are contained. (6) In mass%, Cr: 0.10 to 1.0%, Mo: 0.01 to 0.50%, V: 0.01 to 1.0%, B: 0.0001 to 0.0050 % Of one or more of the above-mentioned (4) or (5), the method for producing a high-strength pearlitic rail excellent in toughness and ductility.

【0015】(7)脱酸元素として少なくともMg、ま
たはこれに加えてTiを添加して脱酸処理を行ない、溶
製した溶鋼を鋳造して得た鋼片を用いることを特徴とす
る前記(4),(5),または(6)記載の靭性および
延性に優れた高強度パーライト系レールの製造方法。 (8)二次脱酸元素として少なくともMg、またはこれ
に加えてTiを添加し、Mg酸化物、またはこれに加え
てTi酸化物を二次脱酸生成させることにより、Mg酸
化物、またはこれに加えてTi酸化物を微細に分散させ
て溶製した溶鋼を鋳造して得た鋼片を用いることを特徴
とする前記(4),(5),(6),または(7)記載
の靭性および延性に優れた高強度パーライト系レールの
製造方法。
(7) A steel slab obtained by adding at least Mg as a deoxidizing element or Ti in addition thereto to perform a deoxidizing treatment and casting a smelted molten steel. 4) The method for producing a high-strength pearlite rail excellent in toughness and ductility according to (5) or (6). (8) At least Mg as a secondary deoxidizing element, or Ti in addition thereto, and secondary deoxidizing generation of Mg oxide or Ti oxide in addition to Mg oxide or Mg oxide. (4), (5), (6), or (7), wherein a slab obtained by casting molten steel obtained by dispersing Ti oxide finely is used in addition to the above. A method for manufacturing a high-strength pearlite rail having excellent toughness and ductility.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】以下本発明について詳細に説明す
る。本発明者らは、Mgを添加した鋼片でのTi系析出
物の生成を詳細に検討した。その結果、Mg添加による
微細なMg酸化物の生成に加え、Ti酸化物、Ti窒化
物、Ti炭化物およびこれらのTi複合析出物が微細に
生成することにより、これらの析出物が粒成長抑制する
ことで、Mg添加のみよりもオーステナイト粒を微細な
状態にし、特にMgおよびTi酸化物を二次脱酸生成さ
せることにより微細な酸化物が著しく多く生成し、オー
ステナイト粒界の変態サイトを増加させ、変態後のパー
ライト組織を微細にすることを見出した。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail. The present inventors have studied in detail the generation of Ti-based precipitates in a slab to which Mg is added. As a result, in addition to the generation of fine Mg oxides due to the addition of Mg, Ti oxides, Ti nitrides, Ti carbides, and these Ti composite precipitates are finely generated, and these precipitates suppress grain growth. Thus, austenite grains are made finer than Mg addition alone, and particularly, by secondary deoxidation of Mg and Ti oxides, a remarkably large number of fine oxides are generated, and the number of transformation sites at austenite grain boundaries is increased. It was found that the pearlite structure after transformation was fine.

【0017】また、パーライト変態時のMg酸化物を核
にして生成したMnSの影響について詳細に検討した結
果、前記の特開平8−104946号公報、特開平8−
104947号公報および特開平8−109438号公
報で本出願人が明らかにしたように、微細にオーステナ
イト粒内に分散したMg酸化物を核に微細析出したMn
Sがパーライト変態サイトとなることに加え、更にMn
S上にTi窒化物、Ti炭化物およびこれらのTi複合
析出物が析出することでパーライトが著しく変態し易く
なる結果、オーステナイト粒内から変態する割合が増加
し、パーライト組織が微細になることを見いだした。
Further, as a result of a detailed study on the influence of MnS generated by using Mg oxide as a nucleus during the pearlite transformation, the above-mentioned JP-A-8-104946 and JP-A-8-104946 were disclosed.
As disclosed by the present applicant in JP-A-104947 and JP-A-8-109438, Mn in which Mg oxide finely dispersed in austenite grains is finely precipitated in nuclei.
In addition to S becoming a pearlite transformation site, Mn
It has been found that the precipitation of Ti nitrides, Ti carbides and these Ti composite precipitates on S makes pearlite remarkably easy to transform, resulting in an increase in the rate of transformation from within austenite grains and a fine pearlite structure. Was.

【0018】このように、Mg添加により脱酸時に生成
したMg酸化物を一定の条件で微細に分散させ、更にT
i系析出物を生成させることによって、オーステナイト
細粒化からもたらされるパーライト組織の微細化、なら
びにオーステナイト粒内に微細分散したMg酸化物を核
に生成したMnS上に析出したTi系析出物からの粒内
変態によるパーライト組織の微細化の相乗効果により、
優れた靭性および延性を有するレール鋼を得ることがで
きることを知見し、本発明を完成させた。
As described above, the Mg oxide generated during the deoxidation by the addition of Mg is finely dispersed under certain conditions.
By generating i-based precipitates, the pearlite structure resulting from austenite grain refinement is refined, and the Ti-based precipitates precipitated on MnS formed on the nuclei of Mg oxides finely dispersed in austenite grains are formed. Due to the synergistic effect of refinement of pearlite structure due to intragranular transformation,
The present inventors have found that a rail steel having excellent toughness and ductility can be obtained, and have completed the present invention.

【0019】次に、上記レール鋼の成分を限定した理由
について述べる。成分の含有量は質量%である。 C:Cはレール鋼における高強度化およびパーライト組
織生成のための必須元素である。0.55%未満では必
要とする高強度のパーライト組織が得がたく、また1.
20%を超えるとオーステナイト粒界を脆化させる有害
な初析セメンタイトを生成させるばかりか、レール頭部
熱処理層や溶接部の微小偏析部にマルテンサイトが生成
し、靭性・延性を著しく低下させるため、0.55〜
1.20%に限定した。
Next, the reasons for limiting the components of the rail steel will be described. The content of the components is% by mass. C: C is an essential element for increasing the strength and forming the pearlite structure in the rail steel. If it is less than 0.55%, it is difficult to obtain the required high-strength pearlite structure.
If the content exceeds 20%, not only will harmful pro-eutectoid cementite which embrittles austenite grain boundaries be formed, but also martensite will be formed in the heat treatment layer at the head of the rail and in the micro segregated portion of the welded part, significantly reducing toughness and ductility. , 0.55-
Limited to 1.20%.

【0020】Si:Siはパーライト組織中のフェライ
ト相への固溶強化による高強度化への寄与のみでなく、
若干の靭性および延性改善効果がある。0.10%未満
ではその効果が少なく、1.20%超えると脆化をもた
らし溶接接合性も低下するので、0.10〜1.20%
に限定した。
Si: Si not only contributes to high strength by solid solution strengthening in the ferrite phase in the pearlite structure, but also
There is a slight toughness and ductility improvement effect. If it is less than 0.10%, the effect is small, and if it exceeds 1.20%, embrittlement is caused and weldability is reduced, so that 0.10 to 1.20%
Limited to.

【0021】Mn:MnはC同様に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。しかし、0.10%未満ではその効
果が小さく、1.50%を超えると偏析部にマルテンサ
イト組織を生成させ易くするため、0.10〜1.50
%に限定した。
Mn: Similar to C, Mn is an element that contributes to high strength by lowering the pearlite transformation temperature and increasing hardenability. However, if it is less than 0.10%, the effect is small, and if it exceeds 1.50%, a martensitic structure is easily generated in the segregated portion.
%.

【0022】S:Sは一般に有害元素として知られてい
るが、本発明においてはオーステナイト中の酸化物を核
としてMnSが生成し、オーステナイト粒の粗大化を抑
制およびMnSがパーライトの変態核になることによる
パーライト組織の微細化に重大な元素のひとつである。
しかし、0.002%未満では十分なMnS量を得るこ
とができず、また0.035%を超えると粗大なMnS
生成し始め、靭性および延性を著しく低下させるため、
0.002〜0.035%に限定した。
S: S is generally known as a harmful element. However, in the present invention, MnS is generated by using an oxide in austenite as a nucleus to suppress austenite grain coarsening and MnS becomes a transformation nucleus of pearlite. This is one of the important elements for the refinement of the pearlite structure.
However, if it is less than 0.002%, a sufficient amount of MnS cannot be obtained, and if it exceeds 0.035%, coarse MnS
Begins to form, significantly reducing toughness and ductility,
It was limited to 0.002 to 0.035%.

【0023】Mg:Mgは本発明の重要な構成元素であ
り、製鋼での脱酸剤が残存含有するものである。Mg系
酸化物およびこの酸化物を核にして析出したMnSは、
それぞれピン止め効果によるオーステナイト粒の粒成長
抑制効果があり、変態後のパーライト組織を微細化す
る。またこの効果に加えて、Mg酸化物自身およびこれ
を核として析出したMnSからパーライトが生成し、さ
らにパーライト組織を微細にする機能を有する。その結
果、レール鋼の大幅な靭性、延性の向上を果たすことが
できた。しかし、0.0004%未満ではオーステナイ
ト粒成長抑制効果および粒内変態によるパーライト組織
微細化がほとんど無く、0.02%を超えると粗大なM
g酸化物が生成し、靭性が著しく低下するため、0.0
004〜0.02%の範囲に限定した。
Mg: Mg is an important constituent element of the present invention, and contains a deoxidizing agent remaining in steelmaking. Mg-based oxide and MnS precipitated with this oxide as a nucleus are:
Each has an effect of suppressing the growth of austenite grains by the pinning effect and refines the pearlite structure after transformation. In addition to this effect, pearlite is generated from Mg oxide itself and MnS precipitated using the nucleus as a nucleus, and has a function of further refining the pearlite structure. As a result, it was possible to significantly improve the toughness and ductility of the rail steel. However, if it is less than 0.0004%, there is almost no effect of suppressing austenite grain growth and the pearlite structure is not refined due to intragranular transformation, and if it exceeds 0.02%, coarse M
g oxides are generated and the toughness is significantly reduced.
It was limited to the range of 004 to 0.02%.

【0024】Ti:Tiは本発明の重要な構成元素であ
る。Ti系析出物はMg系酸化物およびこの酸化物を核
にして析出したMnSとともにピン止め効果によるオー
ステナイト粒の粒成長を抑制し、変態後のパーライト組
織を微細化する。また、この効果に加えて、微細に生成
したMg酸化物を核に析出したMnS上にTi窒化物、
Ti炭化物およびこれらの複合介在物を起点として著し
くオーステナイト粒内変態し易くなり、パーライト組織
が微細になる。その結果、レール鋼の大幅な靭性、延性
の向上を果たすことができた。しかし、0.001%未
満ではオーステナイト粒成長抑制効果および粒内変態に
よるパーライト組織微細化がほとんど無く、0.05%
を超えると粗大なTi系析出物が生成し、著しく靭性を
低下するため、0.001〜0.05%に限定した。
Ti: Ti is an important constituent element of the present invention. The Ti-based precipitate, together with the Mg-based oxide and MnS precipitated by using this oxide as a nucleus, suppress the austenite grain growth due to the pinning effect, and refine the pearlite structure after transformation. Further, in addition to this effect, Ti nitride is formed on MnS in which finely generated Mg oxide is precipitated in the nucleus,
Austenite intragranular transformation is remarkably facilitated starting from Ti carbides and these composite inclusions, and the pearlite structure becomes fine. As a result, it was possible to significantly improve the toughness and ductility of the rail steel. However, when the content is less than 0.001%, there is almost no effect of suppressing austenite grain growth and the pearlite structure is finely refined due to intragranular transformation.
If it exceeds 0.005%, coarse Ti-based precipitates are formed and the toughness is significantly reduced.

【0025】さらに本発明においては、上記成分の他
に、必要に応じてAl,Ni,Cu,Nb,Cr,M
o,V,Bの添加によって、フェライト地の靭性改善、
レール圧延のための加熱時におけるオーステナイト粒
の、あるいは制御圧延時におけるオーステナイト粒の細
粒化によって高靭性を得ることができ、さらに冷却過程
における加速冷却によって、より高強度と同時に高靭性
を得ることができる。なお、上記成分の添加において、
Al,Ni,Cu,Nbは靭性改善を、Cr,Mo,
V,Bは高靭性化と同時に高強度と硬さを改善すること
を主目的とする。
Further, in the present invention, in addition to the above components, if necessary, Al, Ni, Cu, Nb, Cr, M
The addition of o, V, and B improves the toughness of the ferrite ground,
High toughness can be obtained by austenite grains during heating for rail rolling or by austenite grains being refined during controlled rolling, and further high strength and high toughness can be obtained by accelerated cooling in the cooling process. Can be. In addition, in the addition of the above components,
Al, Ni, Cu, Nb improve toughness, Cr, Mo,
V and B are intended to improve high strength and hardness at the same time as toughness.

【0026】これらの化学成分を限定した理由を以下に
説明する。 Al:Alは製鋼時の脱酸剤が残存含有するものであ
る。AlはMgとの複合酸化物を生成し、オーステナイ
ト粒成長の抑制、およびこのMg−Al複合酸化物がM
nS析出の核になり、これらの析出物からパーライト変
態して組織が微細になる。この複合析出の効果は0.0
005%以上で有効であり、0.05%を超えるとAl
酸化物およびMg−Al酸化物が粗大化し、靭性の低下
をもたらすことから、Alの含有量を0.0005〜
0.05%に限定した。
The reasons for limiting these chemical components will be described below. Al: Al contains a deoxidizing agent remaining during steelmaking. Al forms a composite oxide with Mg, suppresses austenite grain growth, and this Mg-Al composite oxide forms M
It becomes a nucleus of nS precipitation, and pearlite transformation is performed from these precipitates to make the structure fine. The effect of this composite precipitation is 0.0
005% or more is effective.
Since the oxide and the Mg-Al oxide are coarsened and lower the toughness, the content of Al is set to 0.0005 to 0.0005.
Limited to 0.05%.

【0027】Ni:Niはフェライト中に固溶し、フェ
ライトの靭性を向上させるのに有効な元素である。0.
1%未満の場合にはその効果が極めて少なく、また4.
0%を超えて含有してもその効果は飽和する。したがっ
て靭性向上の観点から、0.1〜4.0%の範囲に限定
した。
Ni: Ni is a solid solution in ferrite and is an element effective for improving the toughness of ferrite. 0.
When the content is less than 1%, the effect is extremely small.
Even if the content exceeds 0%, the effect is saturated. Therefore, from the viewpoint of improving the toughness, the range is limited to 0.1 to 4.0%.

【0028】Cu:CuはNiと同様にフェライト中に
固溶し、フェライトの靭性を向上させるのに有効な元素
である。0.1%未満の場合にはその効果が極めて少な
く、また4.0%を超えて含有してもその効果は飽和す
る。したがって靭性向上の観点から、0.1〜4.0%
の範囲に限定した。
Cu: Cu, like Ni, is a solid solution in ferrite and is an element effective for improving the toughness of ferrite. When the content is less than 0.1%, the effect is extremely small, and when the content exceeds 4.0%, the effect is saturated. Therefore, from the viewpoint of improvement in toughness, 0.1 to 4.0%
Limited to the range.

【0029】Nb:Nbは熱間圧延時に低温加熱するこ
とによって、Nbの炭窒化物がオーステナイト粒成長を
抑制し細粒化に寄与する。また、高温加熱・低温仕上げ
圧延によって熱間圧延後のオーステナイト粒を細粒化
し、加速冷却後に得られるパーライト組織を微細にす
る。この効果を得るためには、0.001%以上必要で
あり、0.05%を超えると粗大なNb炭化物、Nb窒
化物、Nb炭窒化物を生成して靭性が低下する。したが
って、0.001〜0.05%の範囲に限定した。
Nb: By heating Nb at a low temperature during hot rolling, the carbonitride of Nb suppresses austenite grain growth and contributes to grain refinement. Further, austenite grains after hot rolling are refined by high-temperature heating / low-temperature finish rolling, and the pearlite structure obtained after accelerated cooling is refined. In order to obtain this effect, 0.001% or more is required. If it exceeds 0.05%, coarse Nb carbide, Nb nitride, and Nb carbonitride are formed, and the toughness is reduced. Therefore, it was limited to the range of 0.001 to 0.05%.

【0030】Cr:Crはパーライト変態温度を低下さ
せることによって高強度化に寄与するとともに、パーラ
イト組織中のセメンタイト相を強化する作用を有するこ
とから、溶接継ぎ手部軟化防止の観点で0.1%以上の
含有が有効である。一方、1.0%を超えて含有する
と、強制冷却時に元素偏析部のみでなく、過冷却傾向の
強いレールの肩部にベイナイトやマルテンサイトが生成
し靭性の低下をもたらす。したがって強度確保に一定の
寄与が期待され、かつ靭性および延性を損なわない範囲
として、0.1〜1.0%に限定した。
Cr: Cr contributes to high strength by lowering the pearlite transformation temperature, and has the effect of strengthening the cementite phase in the pearlite structure. The above content is effective. On the other hand, when the content exceeds 1.0%, bainite and martensite are formed not only at the element segregation portion at the time of forced cooling but also at the shoulder portion of the rail where the supercooling tendency is strong, resulting in a decrease in toughness. Therefore, the range is limited to 0.1 to 1.0% as long as a certain contribution is expected to secure the strength and the toughness and ductility are not impaired.

【0031】Mo:Moはパーライトの変態速度を抑制
し、パーライト組織を微細化することから靭性向上に有
効な元素である。さらにMoは加速冷却時にレール内部
において、表面層のパーライト変態にともなう発熱に連
動した高温での変態誘起を防止し、レール内部の高強度
化に寄与して強度を高める。しかし、0.01%未満で
は上記の効果は少なく、また、0.50%を超える含有
量ではパーライト変態速度が低下し、パーライト組織中
にベイナイトやマルテンサイトを生成させ靭性低下をも
たらす。したがって、0.01〜0.50%の範囲に限
定した。
Mo: Mo is an element effective for improving the toughness because it suppresses the transformation rate of pearlite and refines the pearlite structure. Further, Mo prevents the induction of transformation at a high temperature in conjunction with the heat generated by the pearlite transformation of the surface layer inside the rail during accelerated cooling, and contributes to increasing the strength inside the rail to increase the strength. However, if the content is less than 0.01%, the above effect is small, and if the content exceeds 0.50%, the pearlite transformation rate is reduced, and bainite and martensite are generated in the pearlite structure, resulting in a decrease in toughness. Therefore, it was limited to the range of 0.01 to 0.50%.

【0032】V:Vはフェライト中に析出し、強度を向
上させるために有効な元素である。0.01%未満では
強度増加が得られず、1%を超えると粗大なV炭化物を
生成し靭性が低下する。したがって、0.01〜1.0
%の範囲に限定した。
V: V is an element that precipitates in ferrite and is effective for improving the strength. If it is less than 0.01%, an increase in strength cannot be obtained, and if it exceeds 1%, coarse V carbides are formed and toughness is reduced. Therefore, 0.01 to 1.0
%.

【0033】B:Bは微量添加においてもオーステナイ
ト粒界に偏析し、変態を遅らせることにより焼入れ性を
著しく改善する元素である。この効果を得るためには、
0.0001%以上必要であり、0.0050%を超え
るとBの炭窒化物が生成し、靭性が著しく低下する。し
たがって、0.0001〜0.0050%の範囲に限定
した。不可避的元素であるPは、レール鋼の靭性を下げ
るためできるだけ低減させ、0.03%以下にすること
が望ましい。
B: B is an element that segregates at austenite grain boundaries even when added in a small amount and significantly improves hardenability by delaying transformation. To get this effect,
0.0001% or more is required, and if it exceeds 0.0050%, carbonitride B is generated, and the toughness is significantly reduced. Therefore, the range is limited to 0.0001 to 0.0050%. P, which is an unavoidable element, is desirably reduced as much as possible to lower the toughness of the rail steel, and is desirably 0.03% or less.

【0034】前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前述
した脱酸を含む溶製を行うか、この溶鋼を造塊・分塊あ
るいは連続鋳造法により凝固させるときにMgを二次脱
酸生成させるかの少なくとも一方、望ましくは両方の脱
酸処理を行うことで、微細に分散したMg酸化物を生成
することができる。こうしてできた鋳片は熱間圧延でレ
ールに形成する。熱間圧延を終えたレールは、冷却中に
おいてオーステナイト粒界から生成するパーライトに加
えてオーステナイト粒内のMnS,Mg酸化物からもパ
ーライトが生成し、微細なパーライト組織を形成する。
その結果、圧延ままで靭性の優れた高強度レールを製造
することができる。
The rail steel having the above-mentioned composition is subjected to smelting including deoxidation in a commonly used smelting furnace such as a converter or an electric furnace, or the smelting of the molten steel into an ingot By performing at least one of the secondary deoxidation and desirably both of the deoxidation of Mg when solidifying by the lump or the continuous casting method, a finely dispersed Mg oxide can be generated. The slab thus formed is formed on a rail by hot rolling. In the rail after hot rolling, in addition to pearlite generated from austenite grain boundaries during cooling, pearlite is also generated from MnS and Mg oxides in austenite grains to form a fine pearlite structure.
As a result, a high-strength rail with excellent toughness can be manufactured as-rolled.

【0035】さらに、高靭性と共に1200MPa以上
の高強度が要求される場合には、圧延終了後、あるいは
一度室温まで冷却した後に熱処理する目的でオーステナ
イト域温度まで再加熱し、700〜500℃間を1〜5
℃/secで加速冷却を行うことが望ましい。また、加速冷
却すると低温でパーライト変態を生じるため、レール鋼
はパーライトの変態核の生成速度が向上し、パーライト
粒が微細になる。この加速冷却時の冷却速度が1℃/sec
未満のときは必要強度を得ることができず、5℃/secを
超える場合はマルテンサイトが生成する。従って冷却速
度は1〜5℃/secに限定した。
Further, when high strength of 1200 MPa or more is required together with high toughness, the steel sheet is reheated to the austenite region temperature after the rolling is completed or for the purpose of heat treatment after once cooling to room temperature. 1-5
It is desirable to perform accelerated cooling at a rate of ° C./sec. In addition, since accelerated cooling causes pearlite transformation at a low temperature, the generation rate of pearlite transformation nuclei in rail steel is improved, and pearlite grains become fine. The cooling rate during this accelerated cooling is 1 ° C / sec.
When it is less than 5 ° C., the required strength cannot be obtained, and when it exceeds 5 ° C./sec, martensite is generated. Therefore, the cooling rate was limited to 1 to 5 ° C / sec.

【0036】以上述べたように、加速冷却は強度増加に
加えて、オーステナイト粒界、Mg酸化物およびこのM
g酸化物を核にしたMnSからのパーライト変態におい
て変態核の増加をもたらし、パーライトの細粒化に寄与
する結果、一層のレール鋼の靭性向上を達成することが
できる。この際冷却媒体は、空気あるいはミストなどの
気液混合物を用いることが望ましい。
As described above, accelerated cooling not only increases the strength but also increases the austenite grain boundary, Mg oxide and M
In the pearlite transformation from MnS with g oxide as a nucleus, transformation nuclei are increased to contribute to refinement of pearlite, and as a result, the toughness of the rail steel can be further improved. At this time, it is desirable to use a gas-liquid mixture such as air or mist as the cooling medium.

【0037】次に、レール鋼のパーライト組織中の直径
0.01〜10μmのMg酸化物の個数を、任意の断面
1mm2 中において500〜100,000個に限定した
理由を述べる。レール鋼中のMg酸化物は、ピンニング
により加工後の微細γ粒の粒成長を抑制し、変態後のパ
ーライト組織を微細にする。また、γ粒内にあるMg酸
化物およびこのMg酸化物を核にして生成したMnSか
らパーライト変態することで、パーライト組織が微細に
なり靭性値が向上する。
Next, the reason why the number of Mg oxides having a diameter of 0.01 to 10 μm in the pearlite structure of the rail steel is limited to 500 to 100,000 in an arbitrary cross section of 1 mm 2 will be described. Mg oxide in the rail steel suppresses the grain growth of fine γ grains after processing by pinning, and makes the pearlite structure after transformation fine. Further, the pearlite structure is refined and the toughness value is improved by performing pearlite transformation from Mg oxide in γ grains and MnS generated using the Mg oxide as a nucleus.

【0038】このとき任意の断面において、Mg酸化物
の断面積から算出したその断面での円相当径(直径)が
0.01μm未満のMg酸化物はパーライト粒内変態核
にならず、10μmを超える大きさでは破壊の起点とな
り靭性値を低下させてしまうことから、Mg酸化物の大
きさを0.01〜10μmに限定した。1mm2 中に50
0個未満の場合、ピンニングおよびパーライト粒内変態
の効果が弱く、靭性向上の効果が得られない。また、1
00,000個を超える場合はレール鋼自体が汚染さ
れ、靭性値が低下することから、1mm2 中のMg酸化物
の個数を500〜100,000個に限定した。
At this time, in an arbitrary cross section, the Mg oxide having a circle equivalent diameter (diameter) of less than 0.01 μm in the cross section calculated from the cross sectional area of the Mg oxide does not become a pearlite intragranular transformation nucleus, and has an If the size exceeds this, it becomes a starting point of fracture and lowers the toughness value. Therefore, the size of the Mg oxide is limited to 0.01 to 10 μm. 1mm 50 to 2
If the number is less than 0, the effects of pinning and pearlite intragranular transformation are weak, and the effect of improving toughness cannot be obtained. Also, 1
If the number exceeds 0.00000, the rail steel itself is contaminated and the toughness value is reduced. Therefore, the number of Mg oxides per 1 mm 2 is limited to 500 to 100,000.

【0039】さらに、レール鋼のパーライト組織中の直
径0.01〜10μmのTi系析出物の個数を任意の断
面1mm2 中において、500〜120,000個に限定
した理由を述べる。レール鋼中のTi系析出物は、Mg
系酸化物と同時にピンニングにより加工後の微細γ粒の
粒成長を抑制し、変態後のパーライト組織を微細にす
る。また、Ti系析出物は、γ粒内にあるMg酸化物を
核にして生成したMnS上で生成し、このMnS上のT
i系析出物を核にパーライト変態することで、パーライ
ト組織が微細になり靭性値が向上する。
Further, the reason why the number of Ti-based precipitates having a diameter of 0.01 to 10 μm in the pearlite structure of the rail steel is limited to 500 to 120,000 in an arbitrary cross section of 1 mm 2 . The Ti-based precipitate in the rail steel is Mg
The growth of fine γ grains after processing is suppressed by pinning simultaneously with the system oxide, and the pearlite structure after transformation is made fine. Further, Ti-based precipitates are formed on MnS generated by using Mg oxide in γ grains as nuclei.
By performing pearlite transformation with i-type precipitates as nuclei, the pearlite structure becomes fine and the toughness value is improved.

【0040】このとき任意の断面において、Ti系析出
物の断面積から算出したその断面での円相当径( 直径)
が0.01μm未満のTi系析出物はパーライト粒内変
態核にならず、10μmを超える大きさでは破壊の起点
となり靭性値を低下させてしまうことから、Ti系析出
物の大きさを0.01〜10μmに限定した。1mm2
に500個未満の場合、ピンニングおよびパーライト粒
内変態の効果が弱く、靭性向上の効果が得られない。ま
た、120,000個を超える場合はレール鋼自体が汚
染され、靭性値が低下することから、1mm2 中のMg酸
化物の個数を500〜120,000個に限定した。
At this time, in any cross section, the equivalent circle diameter (diameter) in the cross section calculated from the cross sectional area of the Ti-based precipitate
Is less than 0.01 μm and does not become a pearlite intragranular transformation nucleus. If the size exceeds 10 μm, it becomes a starting point of fracture and lowers the toughness value. It was limited to 01 to 10 μm. If the number is less than 500 in 1 mm 2 , the effects of pinning and pearlite intragranular transformation are weak, and the effect of improving toughness cannot be obtained. If the number exceeds 120,000, the rail steel itself is contaminated and the toughness value is reduced. Therefore, the number of Mg oxides per 1 mm 2 is limited to 500 to 120,000.

【0041】[0041]

【実施例】次に、本発明により製造した高靭性および延
性を有する高強度レールの製造実施例について述べる。
表1は、溶鋼にMgおよびTiを添加した場合と、添加
しなかった場合のレール鋼の化学成分を示す。表2は、
レール鋼の冷却後の組織中に存在する任意の断面中の直
径0.01〜10μmのMg酸化物の個数の測定結果、
加工後焼き入れた試料のγ粒度番号およびパーライト粒
内変態の有無の観察結果を示す。
Next, an example of manufacturing a high-strength rail having high toughness and ductility manufactured according to the present invention will be described.
Table 1 shows the chemical composition of the rail steel when Mg and Ti were added to the molten steel and when they were not added. Table 2
Measurement results of the number of Mg oxides having a diameter of 0.01 to 10 μm in any cross section existing in the structure after cooling the rail steel,
The observation results of the γ particle number and the presence or absence of pearlite intragranular transformation of the sample quenched after processing are shown.

【0042】Mg酸化物の粒径は、走査型電子顕微鏡
(SEM)もしくは透過型電子顕微鏡(TEM)を用
い、任意の断面において1,000〜50,000倍の
倍率で個々のMg酸化物の面積を求め、この面積に等し
い円の直径を用いた。また、MnS中のMg酸化物もS
EMやTEMのイメージ中でコントラストが異なるた
め、このコントラストが異なる部分をMg酸化物とし
て、Mg酸化物のときと同様に粒径を算出した。Mg酸
化物の個数は、この直径0.01〜10μmのMg酸化
物の個数を20視野測定し、この20視野が正規分布に
従うとして平均を出し、この1視野の面積での個数から
面積1mm2 に換算したときの値を用いた。
The particle size of the Mg oxide was determined by using a scanning electron microscope (SEM) or a transmission electron microscope (TEM) at an arbitrary cross section at a magnification of 1,000 to 50,000 times. The area was determined and the diameter of a circle equal to this area was used. Further, Mg oxide in MnS is also S
Since the contrast is different in the images of EM and TEM, the particle size was calculated in the same manner as in the case of Mg oxide, with the portion having the different contrast as Mg oxide. The number of Mg oxides is determined by measuring the number of Mg oxides having a diameter of 0.01 to 10 μm in 20 visual fields, averaging the 20 visual fields according to a normal distribution, and calculating the average from the number in the area of one visual field to 1 mm 2. The value converted to was used.

【0043】Mg添加による脱酸を行った本発明鋼で
は、所定の量のMg酸化物が微細に分散し、粒内にある
このMg酸化物、およびこのMg酸化物を核に生成した
MnSからパーライトが粒内変態し、パーライト組織が
微細になることが確認された。
In the steel of the present invention which has been deoxidized by adding Mg, a predetermined amount of Mg oxide is finely dispersed, and the Mg oxide present in the grains and the MnS generated using the Mg oxide as nuclei are used. It was confirmed that the pearlite was transgranularly transformed and the pearlite structure became fine.

【0044】表3は、圧延ままおよび強度を一定にする
ためにそれぞれの鋼種につき、700℃〜500℃間の
冷却速度を1〜5℃/sの範囲で変化させたレール鋼の引
張試験強度、伸びおよび2mmUノッチシャルピー試験に
おける+20℃での衝撃吸収エネルギー測定結果を示
す。引張試験はレール頭部ゲージコーナー内部10mm深
さから採取した平行部径6mm、平行部長さ30mmの試験
片で行った。
Table 3 shows the tensile test strength of the rail steel in which the cooling rate between 700 ° C. and 500 ° C. was changed in the range of 1 ° C./s to 5 ° C./s for each steel type in order to keep the strength as it is and as rolled. 2 shows the results of measuring the impact absorption energy at + 20 ° C. in the elongation and 2 mm U notch Charpy tests. The tensile test was performed on a test piece having a parallel part diameter of 6 mm and a parallel part length of 30 mm taken from a depth of 10 mm inside the rail head gauge corner.

【0045】この結果、本発明鋼は従来鋼に比べて十分
にパーライト組織微細化による延性の改善が認められ
た。衝撃試験片はレール頭部1mm下より採取した。この
試験条件はロシアのΓoct規格に基づくものであり、
同規格では高強度熱処理レールの+20℃での衝撃吸収
エネルギーは25J/cm2 以上が必要とされている。本発
明のMg添加鋼は、加工後のオーステナイト微細粒の粒
成長抑制、およびオーステナイト粒内からのパーライト
粒内変態で微細パーライト組織になり、いずれもΓoc
t規格に定められたシャルピー吸収エネルギーを十分に
満たしている。
As a result, the steel of the present invention was found to have sufficiently improved ductility due to the refinement of the pearlite structure as compared with the conventional steel. The impact test piece was taken from 1 mm below the rail head. The test conditions are based on the Russian oct standard,
The standard requires that the high-strength heat treated rail has an impact absorption energy at + 20 ° C. of 25 J / cm 2 or more. The Mg-added steel of the present invention has a fine pearlite structure due to suppression of grain growth of austenite fine grains after processing and intra-pearlite transformation from inside austenite grains.
Charpy absorbed energy stipulated in the t standard is sufficiently satisfied.

【0046】[0046]

【表1】 [Table 1]

【0047】[0047]

【表2】 [Table 2]

【0048】[0048]

【表3】 [Table 3]

【0049】[0049]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
Mg添加による脱酸をすること等によりMg酸化物のサ
イズおよび個数を制御することによって、加工後のオー
ステナイト粒が微細となって粒界から変態するパーライ
ト組織が微細になり、またオーステナイト粒内に存在す
るMg酸化物およびこのMg酸化物を核に生成するMn
Sからパーライトがオーステナイト粒内から変態するこ
とからも、変態後のパーライト組織が微細になる。さら
に、加速冷却によってもパーライト粒は細粒化し、安定
して25J/cm2 以上の衝撃吸収エネルギーを得ることが
できる。すなわち、本発明により靭性・延性に優れた高
強度パーライト系レールを製造できる。
As described above, according to the present invention,
By controlling the size and number of Mg oxides by deoxidizing by adding Mg, etc., the austenite grains after processing become finer, the pearlite structure transformed from the grain boundaries becomes finer, and Existing Mg oxide and Mn generated using this Mg oxide as a nucleus
Since the pearlite is transformed from the inside of the austenite grains from S, the pearlite structure after the transformation becomes fine. Further, the pearlite grains are refined even by accelerated cooling, and a shock absorption energy of 25 J / cm 2 or more can be stably obtained. That is, according to the present invention, a high-strength pearlite rail excellent in toughness and ductility can be manufactured.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C22C 38/14 C22C 38/14 38/54 38/54 (72)発明者 狩峰 健一 北九州市戸畑区飛幡町1−1 新日本製鐵 株式会社八幡製鐵所内 Fターム(参考) 4K013 AA00 BA14 EA18 4K020 AA22 AC07 AC09 BB27 4K042 AA04 BA01 BA02 CA02 CA05 CA06 CA08 CA09 CA10 CA12 CA13 DA04 DA06 DB08 DD06 DE01 DE06 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) C22C 38/14 C22C 38/14 38/54 38/54 (72) Inventor Kenichi Kamine Hibata, Tobata-ku, Kitakyushu Town 1-1 Nippon Steel Corporation Yawata Works F-term (reference) 4K013 AA00 BA14 EA18 4K020 AA22 AC07 AC09 BB27 4K042 AA04 BA01 BA02 CA02 CA05 CA06 CA08 CA09 CA10 CA12 CA13 DA04 DA06 DB08 DD06 DE01 DE06

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 質量%で、 C :0.55〜1.20%、 Si:0.10〜1.20%、 Mn:0.10〜1.50%、 S :0.002〜0.035%、 Mg:0.0004〜0.02%、 Ti:0.001〜0.05% を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、
少なくともレール頭部が実質パーライト組織であり、任
意断面において直径が0.01〜10μmの大きさのM
g酸化物が1mm2 中に500〜100,000個、およ
び直径が0.01〜10μmの大きさのTi酸化物、T
i窒化物、Ti炭化物もしくはこれらのTi複合析出物
の合計が1mm2 中に500〜120,000個存在する
ことを特徴とする靭性および延性に優れた高強度パーラ
イト系レール。
1. Mass%, C: 0.55 to 1.20%, Si: 0.10 to 1.20%, Mn: 0.10 to 1.50%, S: 0.002 to 0. 035%, Mg: 0.0004-0.02%, Ti: 0.001-0.05%, the balance being Fe and unavoidable impurities,
At least the rail head has a substantially pearlite structure, and has an arbitrary cross section having a diameter of 0.01 to 10 μm.
g oxide having a size of 500 to 100,000 in 1 mm 2 and a size of 0.01 to 10 μm in diameter,
i. A high-strength pearlitic rail excellent in toughness and ductility, characterized in that a total of 500 to 120,000 nitrides, Ti carbides, or these Ti composite precipitates are present in 1 mm 2 .
【請求項2】 質量%でさらに、 Al:0.0005〜0.05%、 Ni:0.10〜4.0%、 Cu:0.10〜4.0%、 Nb:0.001〜0.05% の1種または2種以上を含有することを特徴とする請求
項1記載の靭性および延性に優れた高強度パーライト系
レール。
2. In mass%, Al: 0.0005 to 0.05%, Ni: 0.10 to 4.0%, Cu: 0.10 to 4.0%, Nb: 0.001 to 0% The high-strength pearlite-based rail excellent in toughness and ductility according to claim 1, which contains one or more of 0.05% by weight.
【請求項3】 質量%でさらに、 Cr:0.10〜1.0%、 Mo:0.01〜0.50%、 V :0.01〜1.0%、 B :0.0001〜0.0050% の1種または2種以上を含有することを特徴とする請求
項1または2記載の靭性および延性に優れた高強度パー
ライト系レール。
3. In mass%, Cr: 0.10 to 1.0%, Mo: 0.01 to 0.50%, V: 0.01 to 1.0%, B: 0.0001 to 0 The high-strength pearlitic rail according to claim 1 or 2, wherein the high-strength pearlitic rail has excellent toughness and ductility.
【請求項4】 質量%で、 C :0.55〜1.20%、 Si:0.10〜1.20%、 Mn:0.10〜1.50%、 S :0.002〜0.035%、 Mg:0.0004〜0.02%、 Ti:0.001〜0.05% を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる鋼
片を、熱間圧延でレールに形成し、熱延後の冷却過程
で、あるいは熱延後の再加熱によってオーステナイト域
温度とした後の冷却過程で、レールの少なくとも頭部の
冷却を、700〜500℃の温度域での冷却速度が1〜
5℃/secとなる加速冷却を行って、少なくともレール頭
部が実質パーライト組織であり、任意断面において直径
が0.01〜10μmの大きさのMg酸化物が1mm2
に500〜100,000個、および直径が0.01〜
10μmの大きさのTi酸化物、Ti窒化物、Ti炭化
物もしくはこれらのTi複合析出物の合計が1mm2 中に
500〜120,000個存在させることを特徴とする
靭性および延性に優れた高強度パーライト系レールの製
造方法。
4. C: 0.55 to 1.20%, Si: 0.10 to 1.20%, Mn: 0.10 to 1.50%, S: 0.002 to 0. A steel slab containing 035%, Mg: 0.0004-0.02%, Ti: 0.001-0.05%, the balance being Fe and unavoidable impurities is formed on a rail by hot rolling, In the cooling process after hot rolling, or in the cooling process after setting the temperature to the austenitic region by reheating after hot rolling, at least the head of the rail is cooled at a cooling rate of 700 to 500 ° C in the temperature range of 1 to 500 ° C.
By performing accelerated cooling at 5 ° C./sec, at least a rail head has a substantially pearlite structure, and Mg oxide having a diameter of 0.01 to 10 μm in an arbitrary cross section is 500 to 100,000 in 1 mm 2. Pieces, and the diameter is 0.01 to
High strength excellent in toughness and ductility, characterized in that a total of 500 to 120,000 Ti oxides, Ti nitrides, Ti carbides or these Ti composite precipitates having a size of 10 μm are present in 1 mm 2. Manufacturing method of perlite rail.
【請求項5】 質量%でさらに、 Al:0.0005〜0.05%、 Ni:0.10〜4.0%、 Cu:0.10〜4.0%、 Nb:0.001〜0.05% の1種または2種以上を含有することを特徴とする請求
項4記載の靭性および延性に優れた高強度パーライト系
レールの製造方法。
5. In mass%, Al: 0.0005 to 0.05%, Ni: 0.10 to 4.0%, Cu: 0.10 to 4.0%, Nb: 0.001 to 0% 5. The method for producing a high-strength pearlite-based rail excellent in toughness and ductility according to claim 4, comprising one or more of 0.05% by weight.
【請求項6】 質量%でさらに、 Cr:0.10〜1.0%、 Mo:0.01〜0.50%、 V :0.01〜1.0%、 B :0.0001〜0.0050% の1種または2種以上を含有することを特徴とする請求
項4または5記載の靭性および延性に優れた高強度パー
ライト系レールの製造方法。
6. In mass%, Cr: 0.10 to 1.0%, Mo: 0.01 to 0.50%, V: 0.01 to 1.0%, B: 0.0001 to 0 6. The method for producing a high-strength pearlite-based rail excellent in toughness and ductility according to claim 4 or 5, comprising one or more of .0050%.
【請求項7】 脱酸元素として少なくともMg、または
これに加えてTiを添加して脱酸処理を行ない、溶製し
た溶鋼を鋳造して得た鋼片を用いることを特徴とする請
求項4,5,または6記載の靭性および延性に優れた高
強度パーライト系レールの製造方法。
7. A steel slab obtained by adding at least Mg as a deoxidizing element or Ti in addition thereto to perform a deoxidizing treatment and casting a smelted molten steel. 5. A method for producing a high-strength pearlite-based rail excellent in toughness and ductility according to claim 5, 5 or 6.
【請求項8】 二次脱酸元素として少なくともMg、ま
たはこれに加えてTiを添加し、Mg酸化物、またはこ
れに加えてTi酸化物を二次脱酸生成させることによ
り、Mg酸化物、またはこれに加えてTi酸化物を微細
に分散させて溶製した溶鋼を鋳造して得た鋼片を用いる
ことを特徴とする請求項4,5,6,または7記載の靭
性および延性に優れた高強度パーライト系レールの製造
方法。
8. At least Mg as a secondary deoxidizing element, or Ti in addition thereto, and secondary deoxidation of Mg oxide or Ti oxide to form Mg oxide, 8. A steel slab obtained by casting a molten steel in which Ti oxides are finely dispersed and smelted is used in addition thereto, and has excellent toughness and ductility according to claim 4, 5, 6, or 7. Method of manufacturing high-strength pearlitic rail.
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