JP2001040453A - 靭性に優れた高強度パーライト系レールおよびその製造方法 - Google Patents
靭性に優れた高強度パーライト系レールおよびその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ロシアの規格等を満たす、寒冷地における高
靭性・高延性の高強度パーライト系レールを提供する。 【解決手段】 鋼中にＺｒ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ｍｏを添加
し、リン化物を生成させることで、レール鋼の靭性低下
元素の固溶Ｐを析出させて、鋼中の固溶Ｐ濃度を低減さ
せる。
靭性・高延性の高強度パーライト系レールを提供する。 【解決手段】 鋼中にＺｒ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ｍｏを添加
し、リン化物を生成させることで、レール鋼の靭性低下
元素の固溶Ｐを析出させて、鋼中の固溶Ｐ濃度を低減さ
せる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、レール鋼の靭性低
下元素の固溶Ｐを析出させて靭性および延性の向上を図
った高強度レールに関するものである。
下元素の固溶Ｐを析出させて靭性および延性の向上を図
った高強度レールに関するものである。
【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。
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。
【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。
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。
【０００４】一方、レール鋼の耐磨耗性の向上と共に、
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。
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。
【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。
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。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記方法の［１］で
は、例えば特開昭５５−１２５２３１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。
は、例えば特開昭５５−１２５２３１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。
【０００７】また、［２］の方法は、例えば特開昭５２
−１３８４２７号公報および特開昭５２−１３８４２８
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
機の能力の観点から、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。
−１３８４２７号公報および特開昭５２−１３８４２８
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
機の能力の観点から、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。
【０００８】さらに［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、設備コスト、作業性、生産性、製造コスト等
の問題がある。
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、設備コスト、作業性、生産性、製造コスト等
の問題がある。
【０００９】本発明は、上記した従来の問題点を解消
し、靭性および延性の優れた高強度レールを提供するこ
とを目的とする。
し、靭性および延性の優れた高強度レールを提供するこ
とを目的とする。
【００１０】
【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。すなわち、
（１）重量％で、 Ｚｒ：０．０００５〜０．１％、 Ｎｂ：０．００５〜０．０５％、 Ｔｉ：０．０００５〜０．０５％、 Ｍｏ：０．００１〜０．５％ の１種または２種以上を含有し、鋼片中の固溶Ｐ濃度が
０．０１８％以下であることを特徴とする靭性に優れた
高強度パーライト系レール。
に、本発明では以下の構成を要旨とする。すなわち、
（１）重量％で、 Ｚｒ：０．０００５〜０．１％、 Ｎｂ：０．００５〜０．０５％、 Ｔｉ：０．０００５〜０．０５％、 Ｍｏ：０．００１〜０．５％ の１種または２種以上を含有し、鋼片中の固溶Ｐ濃度が
０．０１８％以下であることを特徴とする靭性に優れた
高強度パーライト系レール。
【００１１】（２）重量％で、 Ｚｒ：０．０００５〜０．１％、 Ｎｂ：０．００５〜０．０５％、 Ｔｉ：０．０００５〜０．０５％、 Ｍｏ：０．００１〜０．５％ の１種または２種以上を含有し、レール頭部の任意断面
において直径が５μｍ以下のＺｒリン化物、Ｎｂリン化
物、Ｔｉリン化物およびＭｏリン化物の個数の合計が１
mm2中に１０００〜１０，０００個存在することを特徴
とする靭性に優れた高強度パーライト系レール。
において直径が５μｍ以下のＺｒリン化物、Ｎｂリン化
物、Ｔｉリン化物およびＭｏリン化物の個数の合計が１
mm2中に１０００〜１０，０００個存在することを特徴
とする靭性に優れた高強度パーライト系レール。
【００１２】（３）重量％で、 Ｃ ：０．５５〜１．２０％、 Ｓｉ：０．１０〜１．２０％、 Ｍｎ：０．１０〜１．５０％、 Ｓ ：０．００２〜０．０３５％、 および、 Ｚｒ：０．０００５〜０．１％、 Ｎｂ：０．００５〜０．０５％、 Ｔｉ：０．０００５〜０．０５％、 Ｍｏ：０．００１〜０．５％ 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上記（１）もしく
は（２）の靭性に優れた高強度パーライト系レール。
避的不純物からなることを特徴とする上記（１）もしく
は（２）の靭性に優れた高強度パーライト系レール。
【００１３】（４）重量％で、さらに、 Ｎｉ：０．１０〜４．０％、 Ｃｕ：０．１０〜４．０％ の１種または２種を含有することを特徴とする上記
（３）の靭性に優れた高強度パーライト系レール。
（３）の靭性に優れた高強度パーライト系レール。
【００１４】（５）重量％で、さらに、 Ｃｒ：０．１０〜１．０％、 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上記
（３）もしくは（４）の靭性に優れた高強度パーライト
系レール。
（３）もしくは（４）の靭性に優れた高強度パーライト
系レール。
【００１５】（６）上記（３）ないし（５）のいずれか
の成分からなる鋼片を、熱間圧延でレールに成形した
後、引き続く冷却において、もしくはオーステナイト域
温度まで再加熱した後の冷却において、前記レールの少
なくとも頭部を７００〜５００℃間を１〜５℃/secで加
速冷却することを特徴とする靭性に優れた高強度パーラ
イト系レールの製造方法。
の成分からなる鋼片を、熱間圧延でレールに成形した
後、引き続く冷却において、もしくはオーステナイト域
温度まで再加熱した後の冷却において、前記レールの少
なくとも頭部を７００〜５００℃間を１〜５℃/secで加
速冷却することを特徴とする靭性に優れた高強度パーラ
イト系レールの製造方法。
【００１６】
【発明の実施の形態】本発明らは、靭性を低下させる元
素であるＰの形態について詳細に検討した。その結果、
固溶しているＰをＺｒ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ｍｏを添加し、こ
れらのＰ化物として固定することにより靭性が向上する
ことを知見し、本発明を完成させた。
素であるＰの形態について詳細に検討した。その結果、
固溶しているＰをＺｒ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ｍｏを添加し、こ
れらのＰ化物として固定することにより靭性が向上する
ことを知見し、本発明を完成させた。
【００１７】以下本発明について詳細に説明する。ま
ず、上記レール鋼の成分を限定した理由について述べ
る。本発明においては、Ｚｒ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ｍｏは鋼中
の固溶Ｐと反応し、リン化物を生成することで靭性が改
善するため、これらの元素の１種または２種以上を添加
することを最大の特徴とする。加えて以上の元素には下
記に示すような効果があるため、要求される製品特性に
応じて適宜組み合わせて添加される。
ず、上記レール鋼の成分を限定した理由について述べ
る。本発明においては、Ｚｒ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ｍｏは鋼中
の固溶Ｐと反応し、リン化物を生成することで靭性が改
善するため、これらの元素の１種または２種以上を添加
することを最大の特徴とする。加えて以上の元素には下
記に示すような効果があるため、要求される製品特性に
応じて適宜組み合わせて添加される。
【００１８】Ｚｒ：Ｚｒはリン化物として固溶していた
Ｐを固定すると共に、Ｚｒ酸化物がオーステナイト粒を
微細化し、変態後に得られるパーライト組織を微細化す
ることで靭性を向上させる。しかし、０．０００５％以
下ではその効果は少なく、０．１％を超えると粗大なＺ
ｒ酸化物およびＺｒ硫化物を生成して靭性を低下させる
ため、０．０００５〜０．１％に限定した。
Ｐを固定すると共に、Ｚｒ酸化物がオーステナイト粒を
微細化し、変態後に得られるパーライト組織を微細化す
ることで靭性を向上させる。しかし、０．０００５％以
下ではその効果は少なく、０．１％を超えると粗大なＺ
ｒ酸化物およびＺｒ硫化物を生成して靭性を低下させる
ため、０．０００５〜０．１％に限定した。
【００１９】Ｎｂ：Ｎｂはリン化物として固溶していた
Ｐを固定すると共に、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、
変態後に得られるパーライト組織を微細にする。これら
の効果を得るためには、０．００５％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炭窒化物を生成によって靭性が低下する。従って、
０．００５〜０．０５％の範囲に限定した。
Ｐを固定すると共に、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、
変態後に得られるパーライト組織を微細にする。これら
の効果を得るためには、０．００５％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炭窒化物を生成によって靭性が低下する。従って、
０．００５〜０．０５％の範囲に限定した。
【００２０】Ｔｉ：Ｔｉはリン化物として固溶していた
Ｐを固定すると共に、Ｔｉ酸化物およびＴｉ窒化物がオ
ーステナイト粒を微細化し、変態後に得られるパーライ
ト組織を微細化することで靭性を向上させる。しかし、
０．０００５％以下ではその効果は少なく、０．０５％
を超えると粗大なＴｉ酸化物およびＴｉ窒化物を生成し
て靭性を低下させるため、０．０００５〜０．０５％に
限定した。
Ｐを固定すると共に、Ｔｉ酸化物およびＴｉ窒化物がオ
ーステナイト粒を微細化し、変態後に得られるパーライ
ト組織を微細化することで靭性を向上させる。しかし、
０．０００５％以下ではその効果は少なく、０．０５％
を超えると粗大なＴｉ酸化物およびＴｉ窒化物を生成し
て靭性を低下させるため、０．０００５〜０．０５％に
限定した。
【００２１】Ｍｏ：Ｍｏはリン化物として固溶していた
Ｐを固定すると共に、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伴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、０．００１％未満では上記
の効果は少なく、また、０．５％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。
従って、０．００１〜０．５％に範囲を限定した。
Ｐを固定すると共に、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伴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、０．００１％未満では上記
の効果は少なく、また、０．５％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。
従って、０．００１〜０．５％に範囲を限定した。
【００２２】本発明において、他の成分はパーライト系
レールが得られれば特に限定しないが、具体的には以下
の成分を含有させることが好ましい。 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。
レールが得られれば特に限定しないが、具体的には以下
の成分を含有させることが好ましい。 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。
【００２３】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
ではその効果は少なく、１．２０％を超えると脆化をも
たらし溶接接合性も低下するので、０．１０〜１．２０
％に限定した。
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
ではその効果は少なく、１．２０％を超えると脆化をも
たらし溶接接合性も低下するので、０．１０〜１．２０
％に限定した。
【００２４】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。
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。
【００２５】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
パーライト組織が微細化に重大な元素の一つである。し
かし、０．００２％以下では十分なＭｎＳ量を得ること
ができず、また０．０３５％を超えると粗大なＭｎＳが
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。
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
パーライト組織が微細化に重大な元素の一つである。し
かし、０．００２％以下では十分なＭｎＳ量を得ること
ができず、また０．０３５％を超えると粗大なＭｎＳが
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。
【００２６】さらに本発明においては、上記成分の他に
必要に応じてＣｒ，Ｎｉ，Ｃｕ，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細粒化、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、Ｎｉ，Ｃｕ，Ｎｂ
は靭性改善を、Ｃｒ，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。
必要に応じてＣｒ，Ｎｉ，Ｃｕ，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細粒化、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、Ｎｉ，Ｃｕ，Ｎｂ
は靭性改善を、Ｃｒ，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。
【００２７】これらの化学成分を限定した理由を以下に
説明する。 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共に、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から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。従って、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から、０．１〜１．
０％に限定した。
説明する。 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共に、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から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。従って、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から、０．１〜１．
０％に限定した。
【００２８】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り、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。従って靭
性向上の観点から、０．１〜４．０％の範囲に限定し
た。
ライトの靭性を向上させるのに有効な元素であり、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。従って靭
性向上の観点から、０．１〜４．０％の範囲に限定し
た。
【００２９】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
であり、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。従って、靭性向上の観点から、０．１〜４．０％の
範囲に限定した。
固溶し、フェライトの靭性を向上させるのに有効な元素
であり、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。従って、靭性向上の観点から、０．１〜４．０％の
範囲に限定した。
【００３０】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り、０．０１％未満では
強度増加は得られず、１％を超えると粗大なＶ炭化物を
生成し靭性が低下する。従って、０．０１％〜１．０％
の範囲に限定した。
上させるために有効な元素であり、０．０１％未満では
強度増加は得られず、１％を超えると粗大なＶ炭化物を
生成し靭性が低下する。従って、０．０１％〜１．０％
の範囲に限定した。
【００３１】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。従
って、０．０００１〜０．００５０％の範囲に限定し
た。
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。従
って、０．０００１〜０．００５０％の範囲に限定し
た。
【００３２】Ｐ：Ｐは不可避的元素であり、固溶状態で
はレール鋼の靭性を下げる。しかし、Ｚｒ，Ｎｂ，Ｔ
ｉ，Ｍｏの１種または２種以上を添加すると、これらの
元素がリン化物を生成し、固溶リン濃度が０．０１８％
以下になると靭性が向上するため、固溶リン濃度を０．
０１８％以下に限定した。
はレール鋼の靭性を下げる。しかし、Ｚｒ，Ｎｂ，Ｔ
ｉ，Ｍｏの１種または２種以上を添加すると、これらの
元素がリン化物を生成し、固溶リン濃度が０．０１８％
以下になると靭性が向上するため、固溶リン濃度を０．
０１８％以下に限定した。
【００３３】次に、レール頭部の任意断面中の直径５μ
ｍ以下のＺｒリン化物、Ｎｂリン化物、Ｔｉリン化物お
よびＭｏリン化物の個数の合計が１mm2中に１０００〜
１０，０００個に限定した理由を述べる。Ｚｒ，Ｎｂ，
Ｔｉ，Ｍｏのリン化物は、直径が５μｍを超えると破壊
の起点になるため、Ｚｒ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ｍｏのリン化物
の大きさを直径５μｍ以下と限定した。Ｚｒ，Ｎｂ，Ｔ
ｉ，Ｍｏのリン化物の合計が１mm2中に１０００個未満
では十分に固溶Ｐを低減することができないため靭性改
善が認められず、１０，０００個を超えるとレール鋼自
体が汚染され、靭性が低下することから１mm2中のＺ
ｒ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ｍｏのリン化物の合計を１０００〜１
０，０００個に限定した。
ｍ以下のＺｒリン化物、Ｎｂリン化物、Ｔｉリン化物お
よびＭｏリン化物の個数の合計が１mm2中に１０００〜
１０，０００個に限定した理由を述べる。Ｚｒ，Ｎｂ，
Ｔｉ，Ｍｏのリン化物は、直径が５μｍを超えると破壊
の起点になるため、Ｚｒ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ｍｏのリン化物
の大きさを直径５μｍ以下と限定した。Ｚｒ，Ｎｂ，Ｔ
ｉ，Ｍｏのリン化物の合計が１mm2中に１０００個未満
では十分に固溶Ｐを低減することができないため靭性改
善が認められず、１０，０００個を超えるとレール鋼自
体が汚染され、靭性が低下することから１mm2中のＺ
ｒ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ｍｏのリン化物の合計を１０００〜１
０，０００個に限定した。
【００３４】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℃/s
ec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。
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℃/s
ec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。
【００３５】以上述べたように、加速冷却は強度増加に
加えて、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。この加速冷却に
おける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。
加えて、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。この加速冷却に
おける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。
【００３６】
【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にレール鋼の化学成分、固溶Ｐ濃度、Ｐ化物の個数
を示す。表１において、Ａ〜Ｋは溶鋼中に本発明の範囲
内のＺｒ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ｍｏの１種または２種以上を添
加した場合であり、Ｌ〜Ｓは本発明の範囲未満もしくは
それを超える添加量の場合である。
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にレール鋼の化学成分、固溶Ｐ濃度、Ｐ化物の個数
を示す。表１において、Ａ〜Ｋは溶鋼中に本発明の範囲
内のＺｒ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ｍｏの１種または２種以上を添
加した場合であり、Ｌ〜Ｓは本発明の範囲未満もしくは
それを超える添加量の場合である。
【００３７】表２は、表１のレール鋼を圧延まま、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℃/sec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。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。本発明鋼は、いずれもΓoct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。こ
の結果、本発明鋼は従来鋼に比べて十分に固溶Ｐ濃度低
減による靭性の改善が認められた。
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℃/sec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。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。本発明鋼は、いずれもΓoct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。こ
の結果、本発明鋼は従来鋼に比べて十分に固溶Ｐ濃度低
減による靭性の改善が認められた。
【００３８】
【表１】
【００３９】
【表２】
【００４０】
【発明の効果】以上のように、Ｚｒ，Ｎｂ，Ｔｉおよび
Ｍｏの１種または２種以上を添加することにより鋼中の
固溶Ｐ濃度を低減することができ、レール鋼の靭性が改
善することができる。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また
はその製造方法を提供できる。
Ｍｏの１種または２種以上を添加することにより鋼中の
固溶Ｐ濃度を低減することができ、レール鋼の靭性が改
善することができる。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また
はその製造方法を提供できる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 狩峰 健一 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 Ｆターム(参考） 4K042 AA04 BA02 DA01 DA06
Claims (8)
- 【請求項１】 重量％で、 Ｚｒ：０．０００５〜０．１％、 Ｎｂ：０．００５〜０．０５％、 Ｔｉ：０．０００５〜０．０５％、 Ｍｏ：０．００１〜０．５％ の１種または２種以上を含有し、鋼中の固溶Ｐ濃度が
０．０１８％以下であることを特徴とする靭性に優れた
高強度パーライト系レール。 - 【請求項２】 重量％で、 Ｚｒ：０．０００５〜０．１％、 Ｎｂ：０．００５〜０．０５％、 Ｔｉ：０．０００５〜０．０５％、 Ｍｏ：０．００１〜０．５％ の１種または２種以上を含有し、レール頭部の任意断面
において直径が５μｍ以下のＺｒリン化物、Ｎｂリン化
物、Ｔｉリン化物およびＭｏリン化物の個数の合計が１
mm2中に１０００〜１０，０００個存在することを特徴
とする靭性に優れた高強度パーライト系レール。 - 【請求項３】 重量％で、 Ｃ ：０．５５〜１．２０％、 Ｓｉ：０．１０〜１．２０％、 Ｍｎ：０．１０〜１．５０％、 Ｓ ：０．００２〜０．０３５％、 および、 Ｚｒ：０．０００５〜０．１％、 Ｎｂ：０．００５〜０．０５％、 Ｔｉ：０．０００５〜０．０５％、 Ｍｏ：０．００１〜０．５％ 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請求項１もしくは
２記載の靭性に優れた高強度パーライト系レール。 - 【請求項４】 重量％で、さらに、 Ｎｉ：０．１０〜４．０％、 Ｃｕ：０．１０〜４．０％ の１種または２種を含有することを特徴とする請求項３
記載の靭性に優れた高強度パーライト系レール。 - 【請求項５】 重量％で、さらに、 Ｃｒ：０．１０〜１．０％、 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３もしくは４記載の靭性に優れた高強度パーライト系
レール。 - 【請求項６】 重量％で、 Ｃ ：０．５５〜１．２０％、 Ｓｉ：０．１０〜１．２０％、 Ｍｎ：０．１０〜１．５０％、 Ｓ ：０．００２〜０．０３５％、 および、 Ｚｒ：０．０００５〜０．１％、 Ｎｂ：０．００５〜０．０５％、 Ｔｉ：０．０００５〜０．０５％、 Ｍｏ：０．００１〜０．５％ 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片を、熱間圧延でレールに成形し
た後、引き続く冷却において、もしくはオーステナイト
域温度まで再加熱した後の冷却において、前記レールの
少なくとも頭部を７００〜５００℃間を１〜５℃/secで
加速冷却することを特徴とする靭性に優れた高強度パー
ライト系レールの製造方法。 - 【請求項７】 重量％で、さらに、 Ｎｉ：０．１０〜４．０％、 Ｃｕ：０．１０〜４．０％ の１種または２種を含有することを特徴とする請求項６
記載の靭性に優れた高強度パーライト系レールの製造方
法。 - 【請求項８】 重量％で、さらに、 Ｃｒ：０．１０〜１．０％、 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６もしくは７記載の靭性に優れた高強度パーライト系
レールの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21179699A JP2001040453A (ja) | 1999-07-27 | 1999-07-27 | 靭性に優れた高強度パーライト系レールおよびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21179699A JP2001040453A (ja) | 1999-07-27 | 1999-07-27 | 靭性に優れた高強度パーライト系レールおよびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001040453A true JP2001040453A (ja) | 2001-02-13 |
Family
ID=16611761
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21179699A Withdrawn JP2001040453A (ja) | 1999-07-27 | 1999-07-27 | 靭性に優れた高強度パーライト系レールおよびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001040453A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10995396B2 (en) | 2016-05-19 | 2021-05-04 | Nippon Steel Corporation | Rail |
-
1999
- 1999-07-27 JP JP21179699A patent/JP2001040453A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10995396B2 (en) | 2016-05-19 | 2021-05-04 | Nippon Steel Corporation | Rail |
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|---|---|---|---|
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