JP2001049393A - Tempered martensitic rail excellent in wear resistance, and its manufacture - Google Patents
Tempered martensitic rail excellent in wear resistance, and its manufactureInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、重荷重鉄道に要求
される耐摩耗性を向上させた焼戻しマルテンサイト系レ
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 tempered martensitic rail with improved abrasion resistance required for heavy load railways, and a method of manufacturing the same.
【０００２】[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質量の増
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、レールの使用寿命の点
で問題視されるようになった。2. Description of the Related Art In overseas heavy-load railways, as a means for increasing the efficiency of railway transportation, improvement of train speed and increase of train loading mass are being attempted. Such an increase in the efficiency of rail transportation implies a severer use environment for rails, and further improvements in rail materials have been required. Specifically, in the rail laid in the curved section, G. C. (Gauge corners) and head side wear increased sharply, and it became a problem in terms of rail service life.
【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５４−２５４９
０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℃
/secで加速冷却する、１３０kgf/mm2 （1274.9ＭＰａ）
以上の高強度レールの製造法（特許第１５９７９１４
号）。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、その目的はパーライト組織中
のラメラ間隔を微細化し、耐摩耗性を向上させるところ
にあった。However, due to recent advances in heat treatment technology for increasing strength, high-strength (high-hardness) rails having a fine pearlite structure using eutectoid carbon steel as shown below have been invented, and heavy-load railways have been invented. Rail life in curved sections has been dramatically improved. Heat treatment rail for ultra-high load with sorbite head or fine pearlite head (Japanese Patent Publication No. 54-2549)
No. 0). After the end of rolling or after reheating the rail head, the temperature between 850-500 ° C from the austenitic zone temperature is 1-4 ° C.
130kgf / mm 2 (1274.9MPa)
The manufacturing method of the above high-strength rail (Patent No. 1597914)
issue). The feature of these rails is a high-strength rail exhibiting a fine pearlite structure by eutectoid carbon-containing steel (carbon content: 0.7 to 0.8%). It was to improve the wear resistance.
【０００４】近年、海外の重荷重鉄道ではより一層の鉄
道輸送の高効率化のために貨物の高積載化を強力に進め
ており、特に急曲線のレールでは上記開発のレールを用
いてもＧ．Ｃ．部や頭側部の耐摩耗性が十分確保でき
ず、摩耗によるレール寿命の低下が問題となってきた。
このような背景から、現状の共析炭素鋼の高強度レール
以上の耐摩耗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。[0004] In recent years, heavy load railways overseas have been strongly increasing the load of cargo in order to further increase the efficiency of rail transportation. . C. The abrasion resistance of the part and the head side cannot be sufficiently secured, and the reduction of the rail life due to wear has become a problem.
Against this background, the development of rails having wear resistance higher than that of the current high-strength eutectoid carbon steel rails has been required.
【０００５】これらの問題を解決するため、本発明者ら
は下記に示すようなレールを開発した。 過共析鋼（Ｃ：０．８５超〜１．２０％）を用い
て、パーライト組織中のラメラ中のセメンタイト相の厚
さを増加させた耐摩耗性に優れたレール（特開平８−１
４４０６１号公報）。 過共析鋼（Ｃ：０．８５超〜１．２０％）を用い
て、パーライト組織中のラメラ中のセメンタイト相の厚
さを増加させ、同時に硬さを制御した耐摩耗性に優れた
レール（特開平８−２４６１００号公報）。これらのレ
ールの特徴は、鋼の炭素量を増加し、パーライトラメラ
中の耐摩耗性に優れたセメタイト相の厚さを増加させ、
さらに、硬さを制御することによりパーライト鋼の耐摩
耗性を向上させるものであった。[0005] In order to solve these problems, the present inventors have developed the following rails. Using hypereutectoid steel (C: more than 0.85 to 1.20%), a rail having excellent wear resistance in which the thickness of a cementite phase in a lamella in a pearlite structure is increased (JP-A-8-1)
No. 44061). Using hypereutectoid steel (C: more than 0.85 to 1.20%), the thickness of the cementite phase in the lamella in the pearlite structure is increased, and at the same time, the hardness is controlled and the rail is excellent in wear resistance. (JP-A-8-246100). The features of these rails are to increase the carbon content of the steel, increase the thickness of the wear-resistant semetite phase in the pearlite lamella,
Furthermore, the wear resistance of pearlite steel is improved by controlling the hardness.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの過共
析鋼を用いたパーライト組織のレールでは、共析鋼を用
いたパーライト組織のレールと比べて耐摩耗性は向上す
るものの、より一層の耐摩耗性の改善を狙って鋼中の炭
素量をさらに増加させると、レール製造時にオーステナ
イト粒界に初析セメンタイト組織が生成し、耐摩耗性に
有効なパーライトラメラ中のセメンタイト相の厚さを増
加させることが困難となり、耐摩耗性が十分に向上しな
いことがあった。However, in the pearlite-structured rail using the hypereutectoid steel, the wear resistance is improved as compared with the pearlite-structured rail using the eutectoid steel. If the amount of carbon in steel is further increased with the aim of improving wear resistance, a proeutectoid cementite structure is formed at austenite grain boundaries during rail manufacturing, and the thickness of the cementite phase in pearlite lamella effective for wear resistance is reduced. In some cases, it was difficult to increase the wear resistance, and the wear resistance was not sufficiently improved.
【０００７】そこで、過共析鋼を用いたパーライト組織
のレールよりも安定的に耐摩耗性を向上させる新たな材
料開発が求められるようになった。すなわち本発明は、
重荷重鉄道に要求される耐摩耗性を向上させることを目
的とした高強度レールおよびその製造法に関するもので
ある。Therefore, there has been a demand for the development of a new material that more stably improves the wear resistance than a pearlitic rail using hypereutectoid steel. That is, the present invention
The present invention relates to a high-strength rail for improving abrasion resistance required for a heavy-load railway and a method of manufacturing the rail.
【０００８】[0008]
【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以下の通り
である。 （１）質量％で、Ｃ：０．８５〜２．００％を含有し、
レール頭部において、少なくとも一部、望ましくはレー
ル頭部の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の範囲が焼戻しマルテンサイト組織
を呈する鋼レールであって、前記マルテンサイト組織の
硬さがＨｖ３５０〜５００の範囲であることを特徴とす
る耐摩耗性に優れた焼戻しマルテンサイト系レール。 （２）質量％で、 Ｃ ：０．８５〜２．００％ を含有し、さらに、 Ｓｉ：０．１０〜２．００％、 Ｍｎ：０．１０〜３．
００％ を含有し、さらに必要に応じて、 Ｃｒ：０．０５〜３．００％、 Ｍｏ：０．０１〜１．００％、 Ｖ ：０．０１〜０．５０％、 Ｎｂ：０．００２〜０．０５０％、 Ｔｉ：０．００５０〜０．０５００％、 Ｃｕ：０．０５〜１．００％、 Ｎｉ：０．０５〜２．００％、 Ｂ ：０．０００１〜０．００５０％、 Ｍｇ：０．００１０〜０．０１００％ の１種以上を含有し、レール頭部において、少なくとも
一部、望ましくはレール頭部の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の範囲が焼戻
しマルテンサイト組織を呈する鋼レールであって、前記
マルテンサイト組織の硬さがＨｖ３５０〜５００の範囲
であることを特徴とする耐摩耗性に優れた焼戻しマルテ
ンサイト系レール。 （３）上記記載の成分を含有した、熱間圧延ままのＡｒ
1 点以上の温度を保有する鋼レールの頭部、あるいは熱
処理する目的でＡｃ1 点＋３０℃以上の温度に加熱され
た鋼レールの頭部を、それぞれの温度領域から５〜５０
℃/secの冷却速度で加速冷却し、前記鋼レールの頭部が
２００〜−５０℃に達した時点で加速冷却を停止し、加
速冷却終了後、さらにレールの頭部を４００〜６５０℃
の範囲に加熱し、その加熱温度範囲で１〜６０分間保持
し、その後、常温までを冷却することを特徴とする耐摩
耗性に優れた焼戻しマルテンサイト系レールの製造法。The present invention achieves the above-mentioned object, and its gist is as follows. (1) C: 0.85 to 2.00% by mass%,
A steel rail having a tempered martensite structure at least in a part of the rail head, desirably at least 20 mm in depth starting from the corner and top surfaces of the rail head, and the hardness of the martensite structure Is a tempered martensitic rail excellent in wear resistance, wherein Hv is in the range of 350 to 500. (2) In mass%, C: 0.85 to 2.00%, Si: 0.10 to 2.00%, Mn: 0.10 to 3.
Cr: 0.05 to 3.00%, Mo: 0.01 to 1.00%, V: 0.01 to 0.50%, Nb: 0.002 -0.05%, Ti: 0.0050-0.0500%, Cu: 0.05-1.00%, Ni: 0.05-2.00%, B: 0.0001-0.0050%, Mg: contains at least one of 0.0010 to 0.0100%, and at least a part of the rail head, preferably at least a range of 20 mm in depth starting from the corner and top surface of the rail head, is tempered. A steel rail having a martensite structure, wherein the hardness of the martensite structure is in the range of Hv 350 to 500, and is a tempered martensitic rail excellent in wear resistance. (3) As-hot-rolled Ar containing the components described above
The head of a steel rail having one or more temperatures, or the head of a steel rail heated to a temperature of more than Ac1 point + 30 ° C for the purpose of heat treatment, should be 5 to 50
Accelerated cooling at a cooling rate of 200 ° C./sec. When the head of the steel rail reached 200 to −50 ° C., stopped the accelerated cooling. After the accelerated cooling was completed, the head of the rail was further cooled to 400 to 650 ° C.
A method for producing a tempered martensitic rail excellent in wear resistance, characterized by heating to a temperature in the range described above, maintaining the temperature in the heating temperature range for 1 to 60 minutes, and then cooling to room temperature.
【０００９】[0009]
【発明の実施の形態】以下に本発明について詳細に説明
する。まず、本発明者らはレール鋼の摩耗機構を解明し
た。その結果、現行のパーライト組織のレールのころが
り面直下では、パーライト組織のラメラが破砕され、フ
ェライト相とセメンタイト相が細粒化していることが明
らかになった。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail. First, the present inventors elucidated the wear mechanism of rail steel. As a result, it was clarified that the lamella having the pearlite structure was crushed immediately below the rolling surface of the rail having the current pearlite structure, and the ferrite phase and the cementite phase were refined.
【００１０】詳細な調査の結果、ころがり面直下では、
フェライト相とセメンタイト相の細粒化による強化に加
えて、強加工やころがり面の発熱により、フェライト相
がセメンタイト相から移動し、溶解または再析出した
［Ｃ］により強化され、耐摩耗性が確保されていること
が確認された。さらに、パーライト組織中のセメンタイ
ト相（炭化物）の密度が増加すると、フェライト相がよ
り一層強化され、さらに、耐摩耗性が大きく向上するこ
とが明らかとなった。[0010] As a result of a detailed investigation, immediately below the rolling surface,
In addition to strengthening the ferrite phase and cementite phase by refining, the ferrite phase moves from the cementite phase due to heavy working and heat generation on the rolling surface, and is strengthened by dissolved or reprecipitated [C], ensuring wear resistance. It was confirmed that it was. Further, it was found that when the density of the cementite phase (carbide) in the pearlite structure was increased, the ferrite phase was further strengthened, and the wear resistance was significantly improved.
【００１１】このような観察結果から、本発明者らは耐
摩耗性を向上させる方法として、鋼の生地組織をフェラ
イトとし、フェライト中に炭化物を微細に分散させ、同
時にその密度（量）を増加させ、炭化物密度の増加とこ
れに伴うフェライト相の強化により、耐摩耗性を向上さ
せる方法を検討した。その結果、鋼の炭素量をある一定
量以上とし、さらに、生地組織を炭素を過飽和に固溶し
たフェライトの一種であるマルテンサイト組織とし、こ
れを熱処理により多量な炭化物を微細分散させた焼戻し
マルテンサイト組織とすることにより、耐摩耗性がより
一層向上することを実験室的に確認した。From these observations, the inventors of the present invention have proposed, as a method of improving wear resistance, to use ferrite as a steel base structure, finely disperse carbides in ferrite, and simultaneously increase the density (amount) thereof. Then, a method of improving the wear resistance by increasing the carbide density and concomitantly strengthening the ferrite phase was studied. As a result, the carbon content of the steel was increased to a certain amount or more, and the texture of the steel was changed to a martensite structure, which is a type of ferrite in which carbon was dissolved in a supersaturated state. It was confirmed in a laboratory that the use of a site structure further improved wear resistance.
【００１２】さらに、焼戻しマルテンサイト組織におい
て、耐摩耗性をより一層向上させ、同時に、レール鋼と
して必要とされる耐表面損傷性を確保することが可能な
硬さの範囲を検討した。その結果、焼戻しマルテンサイ
ト組織の硬さをある一定範囲内に納めることにより、レ
ール鋼に必要とされる耐表面損傷性を損なわず、耐摩耗
性の向上が可能になることを見出した。[0012] Further, in the tempered martensite structure, the range of hardness which can further improve the wear resistance and at the same time, ensure the surface damage resistance required for rail steel was studied. As a result, it has been found that by setting the hardness of the tempered martensite structure within a certain range, it is possible to improve the wear resistance without impairing the surface damage resistance required for the rail steel.
【００１３】これらの発明に加えて、本発明者らはレー
ル頭部に上記の焼戻しマルテンサイト組織を安定的に生
成させる熱処理方法を実験により検討した。その結果、
本発明レール鋼のような高炭素の材料では、まず加速冷
却時に炭化物が板状および塊状に生成するパーライト組
織やベイナイト組織などの生成を防止し、焼戻し時に炭
化物が微細に生成するマルテンサイト組織を安定的に得
るには、加速冷却時の冷却速度に一定の範囲が存在する
ことが明らかとなった。さらに、加速冷却後の焼戻しに
おいて、耐摩耗性に加えて、レール鋼に必要とされる耐
表面損傷性を確保することが可能な硬さを得るには、焼
戻し時の加熱条件に一定の範囲が存在することを見出し
た。In addition to these inventions, the present inventors have conducted experiments to examine a heat treatment method for stably generating the above-mentioned tempered martensite structure on the rail head. as a result,
In a high-carbon material such as the rail steel of the present invention, first, the formation of a pearlite structure or a bainite structure in which carbides are formed into a plate and a lump during accelerated cooling is prevented, and the martensite structure in which carbides are finely formed during tempering is reduced. It has become clear that a certain range exists in the cooling rate during accelerated cooling in order to obtain a stable temperature. Furthermore, in order to obtain a hardness capable of securing the surface damage resistance required for the rail steel in addition to the wear resistance in the tempering after accelerated cooling, the heating conditions during the tempering must be within a certain range. Was found to exist.
【００１４】以上の結果から、本発明者らは鋼の炭素量
をある一定値以上とし、多量な炭化物が微細に分散した
焼戻しマルテンサイト組織において、その組織の硬さを
ある一定範囲内に制御することにより、耐摩耗性が向上
し、同時にレール鋼に必要とされる耐表面損傷性が確保
されることを実験により見出した。さらに、上記の焼戻
しマルテンサイト組織を安定的に生成させる熱処理条件
を実験により知見した。すなわち本発明は、重荷重鉄道
に要求される耐摩耗性を向上させた高強度レールを低コ
ストで提供することを目的としたものである。From the above results, the present inventors set the carbon content of steel to a certain value or more and controlled the hardness of the tempered martensite structure in which a large amount of carbide was finely dispersed in a certain range. By doing so, it was found through experiments that the wear resistance was improved and at the same time the surface damage resistance required for the rail steel was secured. Furthermore, the heat treatment conditions for stably generating the tempered martensite structure were found through experiments. That is, an object of the present invention is to provide a low-cost high-strength rail with improved wear resistance required for heavy-load railways.
【００１５】次に、本発明の限定理由について詳細に説
明する。 （１）焼戻しマルテンサイト組織の硬さの範囲 まず、焼戻しマルテンサイト組織の硬さを上記の請求範
囲に限定した理由について説明する。本成分系では、焼
戻しマルテンサイト組織の硬さがＨｖ３５０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る。また、レール
頭表面に塑性変形起因のきしみ割れやフレーキングとい
った表面損傷が発生する。さらに、急曲線区間において
使用されるレールでは、頭部内部から疲労き裂による内
部疲労損傷が発生し易くなる。一方、硬さがＨｖ５００
を超えると、レール頭表部の車輪とのなじみ性が低下
し、レール頭表面の一部に車輪との接触が偏在し、過剰
な面圧の作用によりスポーリング等の表面損傷が発生し
易くなる。また、マルテンサイト組織の焼戻しが不十分
となり、焼戻しマルテンサイト組織中の炭化物量が低下
し、耐摩耗性が低下することから、硬さをＨｖ３５０〜
５００の範囲に限定した。Next, the reasons for limitation of the present invention will be described in detail. (1) Range of Hardness of Tempered Martensite Structure First, the reason why the hardness of the tempered martensite structure is limited to the above-described claims will be described. In the present component system, if the hardness of the tempered martensite structure is less than Hv350, the rail wears, and it becomes difficult to secure the wear resistance required for heavy load railways. In addition, surface damage such as creaking and flaking due to plastic deformation occurs on the rail head surface. Further, in a rail used in a sharp curve section, internal fatigue damage due to a fatigue crack is easily generated from the inside of the head. On the other hand, hardness is Hv500
If it exceeds, the familiarity with the wheels on the rail head surface will decrease, contact with the wheels will be unevenly distributed on a part of the rail head surface, and excessive surface pressure will easily cause surface damage such as spalling. Become. Further, the tempering of the martensite structure becomes insufficient, the amount of carbide in the tempered martensite structure is reduced, and the wear resistance is reduced.
The range was limited to 500.
【００１６】（２）焼戻しマルテンサイト組織の望まし
い範囲 次に、硬さＨｖ３５０〜５００範囲の焼戻しマルテンサ
イト組織の呈する望ましい範囲を、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領域としては小
さく、摩耗の進行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、前記焼戻しマルテンサイト組織を
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。(2) Desirable range of tempered martensite structure Next, a desirable range exhibited by a tempered martensite structure having a hardness of Hv 350 to 500 is defined by a depth starting from the head surface of the head corner and the crown. The reason for limiting the range to 20 mm will be described. If less than 20mm,
This is because the wear resistance region required for the rail head is small, and a sufficient life improvement effect cannot be obtained due to the progress of wear. If the tempered martensite structure has a depth of 30 mm or more starting from the head surface at the corner and top of the head, the life improvement effect is further increased, which is more desirable.
【００１７】ここで、図１に本発明の耐摩耗性に優れた
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、硬さＨｖ３５０〜５００の範囲の焼戻し
マルテンサイト組織は少なくとも図中の斜線部内に配置
されていれば、レール使用寿命の向上が可能となる。Here, FIG. 1 shows the names of the rails having excellent wear resistance according to the present invention at the cross-sectional surface of the head and the regions where the wear resistance is required. In the rail head, 1 is a crown, 2 is a head corner, and one of the head corners 2 is a gauge corner (GC) part mainly in contact with wheels. Further, if the tempered martensite structure having a hardness in the range of Hv 350 to 500 is arranged at least in the hatched portion in the drawing, the service life of the rail can be improved.
【００１８】なお、本発明レールの金属組織は焼戻しマ
ルテンサイト組織であることが望ましが、その製造方法
によっては、焼戻しマルテンサイト組織中に残留オース
テナイト組織、焼戻しベイナイト組織、焼戻しパーライ
ト組織が混入することがある。しかし、焼戻しマルテン
サイト組織中にこれらの組織がある一定量混入しても、
レールの耐摩耗性等には大きな影響を及ぼさないため、
本焼戻しマルテンサイト系レールの組織としては若干の
残留オーステナイト組織、焼戻しベイナイト組織、焼戻
しパーライト組織の混在も含んでいる。また、本焼戻し
マルテンサイト組織は、車輪とレールが主に接するレー
ル頭部表面近傍に配置することが望ましく、それ以外の
部分は焼戻しマルテンサイト以外の組織であってもよ
い。It is desirable that the metal structure of the rail of the present invention be a tempered martensite structure. However, depending on the manufacturing method, a retained austenite structure, a tempered bainite structure, and a tempered pearlite structure are mixed in the tempered martensite structure. Sometimes. However, even if a certain amount of these structures is mixed in the tempered martensite structure,
Since it does not significantly affect the wear resistance of the rail,
The structure of this tempered martensitic rail includes a slight mixture of a retained austenite structure, a tempered bainite structure, and a tempered pearlite structure. The tempered martensite structure is desirably arranged near the surface of the rail head where the wheel and the rail are mainly in contact with each other, and other portions may be structures other than tempered martensite.
【００１９】（３）レール鋼の化学成分 次に、レールの化学成分を上記の請求範囲に限定した理
由について説明する。成分含有量は質量％である。Ｃ
は、焼戻しマルテンサイト組織の強度（硬さ）と耐摩耗
性を確保するための必須元素であるが、０．８５％未満
では、焼戻しマルテンサイト組織中の炭化物量が減少
し、それに伴い、炭化物の溶解や析出によるフェライト
地の強化が不十分となり、耐摩耗性が低下する。また
２．００％を超えると、加速冷却時に残留オーステナイ
ト組織が生成し易くなり、加速冷却後の加熱熱処理にお
いて、焼戻しマルテンサイト組織の硬さが低下し、耐摩
耗性が低下し易くなる。さらに、レール頭表面にメタル
フローを起因としたきしみ割れやフレーキングなどの表
面損傷が多く発生する。これに加えて、焼戻しマルテン
サイト組織中の炭化物量が著しく増加し、焼戻しマルテ
ンサイト組織の延性低下により、レール頭表面にスポー
リング等の表面損傷が多く発生するため、Ｃ量を０．８
５〜２．００％に限定した。(3) Chemical Composition of Rail Steel Next, the reason for limiting the chemical composition of the rail to the above-described claims will be described. The component content is% by mass. C
Is an essential element for ensuring the strength (hardness) of the tempered martensite structure and the wear resistance. If less than 0.85%, the amount of carbides in the tempered martensite structure is reduced. Insufficient strengthening of the ferrite ground due to dissolution or precipitation of iron causes wear resistance to decrease. On the other hand, when the content exceeds 2.00%, a retained austenite structure is easily generated at the time of accelerated cooling, and the hardness of the tempered martensite structure is reduced in the heat treatment after accelerated cooling, and the wear resistance is easily reduced. Furthermore, many surface damages such as creaking and flaking caused by metal flow occur on the rail head surface. In addition to this, the amount of carbides in the tempered martensite structure significantly increases, and the ductility of the tempered martensite structure causes a lot of surface damage such as spalling on the rail head surface.
Limited to 5-2.00%.
【００２０】また、通常はＳｉ，Ｍｎを以下の条件で含
有させる。Ｓｉは、焼入れ性を高め、焼戻しマルテンサ
イト組織の強度（硬さ）を確保し、さらに、焼戻し軟化
抵抗を高め、焼戻しマルテンサイト組織の強度（硬さ）
を確保する元素であるが、０．１０％未満ではその効果
が期待できない。また２．００％を超えると、レール熱
間圧延時に表面疵が発生し易くなることや、その効果が
飽和してしまうため、Ｓｉ量を０．１０〜２．００％に
限定した。Usually, Si and Mn are contained under the following conditions. Si enhances the hardenability, secures the strength (hardness) of the tempered martensite structure, further increases the tempering softening resistance, and strengthens the hardness (hardness) of the tempered martensite structure.
Is less than 0.10%, the effect cannot be expected. On the other hand, if it exceeds 2.00%, surface flaws are likely to occur during hot rolling of the rail, and the effect is saturated, so the Si content is limited to 0.10 to 2.00%.
【００２１】Ｍｎは、焼入れ性を高め、焼戻しマルテン
サイト組織の強度（硬さ）を確保し、同時に、焼戻しマ
ルテンサイト組織中のセメンタイトに固溶して、焼戻し
軟化抵抗を高める元素であるが、０．１０％未満ではそ
の効果が少なく、レールに必要とされる強度（硬度）を
確保することが困難となる。また３．００％を超える
と、加速冷却時に残留オーステナイト組織が生成し易く
なり、加速冷却後の加熱熱処理において焼戻しマルテン
サイト組織の硬さが低下し、耐摩耗性が低下する。さら
に、レール頭表面にメタルフローを起因としたきしみ割
れやフレーキングなどの表面損傷が多く発生するため、
Ｍｎ量を０．１０〜３．００％に限定した。Mn is an element that enhances the hardenability and secures the strength (hardness) of the tempered martensite structure, and at the same time, forms a solid solution with the cementite in the tempered martensite structure to increase the tempering softening resistance. If it is less than 0.10%, the effect is small, and it becomes difficult to secure the strength (hardness) required for the rail. On the other hand, when the content exceeds 3.00%, a retained austenite structure is easily generated at the time of accelerated cooling, and the hardness of the tempered martensite structure is reduced in the heat treatment after accelerated cooling, and the wear resistance is reduced. In addition, many surface damages such as creaking and flaking caused by metal flow on the rail head surface occur,
The amount of Mn was limited to 0.10 to 3.00%.
【００２２】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、さらには溶接時の材料劣化を防止
する目的で、以下の元素を必要に応じて１種類または２
種以上添加する。 Ｃｒ：０．０５〜３．００％、 Ｍｏ：０．０１〜１．００％、 Ｖ ：０．０１〜０．５０％、 Ｎｂ：０．００２〜０．０５０％、 Ｔｉ：０．００５０〜０．０５００％、Ｃｕ：０．０５〜１．００％、 Ｎｉ：０．０５〜２．００％、 Ｂ ：０．０００１〜０．００５０％、 Ｍｇ：０．００１０〜０．０１００％。The rail manufactured with the above-mentioned composition has one or more of the following elements as necessary for the purpose of preventing strength, ductility, toughness, and material deterioration during welding.
Add more than seeds. Cr: 0.05 to 3.00%, Mo: 0.01 to 1.00%, V: 0.01 to 0.50%, Nb: 0.002 to 0.050%, Ti: 0.0050 to 0.0500%, Cu: 0.05 to 1.00%, Ni: 0.05 to 2.00%, B: 0.0001 to 0.0050%, Mg: 0.0010 to 0.0100%.
【００２３】ここで、ＣｒとＭｏは焼戻しマルテンサイ
ト組織の強度（硬さ）を確保し、焼戻し軟化抵抗を高め
ること、Ｃｕ，Ｎｉは焼戻しマルテンサイト組織の焼戻
し軟化抵抗を高めること、Ｖ，Ｎｂ，Ｔｉは、焼戻しマ
ルテンサイト組織の延性、靭性を高め、同時に焼戻し軟
化抵抗を高めること、Ｂは焼戻しマルテンサイト組織の
強度（硬さ）を確保すること、Ｍｇは焼戻しマルテンサ
イト組織の延性、靭性の向上を図ること、が主な添加目
的である。Here, Cr and Mo ensure the strength (hardness) of the tempered martensite structure and increase the tempering softening resistance, and Cu and Ni increase the tempering softening resistance of the tempered martensite structure, V, Nb. , Ti increase the ductility and toughness of the tempered martensite structure, and at the same time, increase the tempering softening resistance. B indicates the strength (hardness) of the tempered martensite structure. Mg indicates the ductility and toughness of the tempered martensite structure. Is the main purpose of addition.
【００２４】Ｃｒは、焼入れ性を高め、焼戻しマルテン
サイト組織の強度（硬さ）を確保し、Ｍｎと同様に、結
果的にはマルテンサイト組織中のセメンタイトに固溶し
て、焼戻し軟化抵抗を高める元素であるが、０．０５％
未満ではその効果が少なく、レールに必要とされる強度
（硬度）を確保することが困難となる。また３．００％
を超えると、高炭素鋼では上記の効果が飽和してしまう
ため、Ｃｒ量を０．０５〜３．００％に限定した。Cr enhances the quenchability, secures the strength (hardness) of the tempered martensite structure, and, like Mn, consequently forms a solid solution with the cementite in the martensite structure to reduce the temper softening resistance. 0.05%
If less, the effect is small, and it is difficult to secure the strength (hardness) required for the rail. 3.00%
If the ratio exceeds 1, the above effect is saturated in high carbon steel, so the Cr content is limited to 0.05 to 3.00%.
【００２５】Ｍｏは、焼入れ性を高め、焼戻しマルテン
サイト組織の強度（硬さ）を確保し、同時にマルテンサ
イト組織中に独自の炭化物（Ｍｏ2 Ｃ）を形成し、２次
硬化により焼戻し時の軟化を防止する元素であるが、
０．０１％未満ではその効果が十分でなく、レールに必
要とされる強度（硬度）を確保することが困難となる。
１．００％を超えると、Ｃｒと同様に高炭素鋼では上記
の効果が飽和してしまうため、Ｍｏ量を０．０１〜１．
００％に限定した。Mo enhances the hardenability, secures the strength (hardness) of the tempered martensite structure, and at the same time, forms a unique carbide (Mo 2 C) in the martensite structure, and at the time of tempering by secondary hardening. It is an element that prevents softening,
If it is less than 0.01%, the effect is not sufficient, and it becomes difficult to secure the strength (hardness) required for the rail.
If the content exceeds 1.00%, the above effect is saturated in high-carbon steel as in the case of Cr.
Limited to 00%.
【００２６】Ｖは、Ｖ炭化物、Ｖ窒化物を形成して、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し、焼戻しマ
ルテンサイト組織の延性や靭性を向上させるのに有効な
元素である。さらに、焼戻し時にＶ炭化物を生成し、析
出強化により焼戻し時の軟化を防止する元素であるが、
０．０１％未満ではその効果が十分に期待できず、０．
５０％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０．０１〜０．５０％に限定した。V forms V carbides and V nitrides and suppresses the growth of crystal grains during the heat treatment of heating to a high temperature, thereby making the austenite grains finer and reducing the ductility of the tempered martensite structure. It is an element effective for improving toughness. Furthermore, it is an element that generates V carbide during tempering and prevents softening during tempering by precipitation strengthening.
If it is less than 0.01%, the effect cannot be sufficiently expected.
Since no further effect can be expected even if it exceeds 50%, the V amount is limited to 0.01 to 0.50%.
【００２７】Ｎｂは、Ｖと同様に、Ｎｂ炭化物、Ｎｂ窒
化物を形成してオーステナイト粒を細粒化する有効な元
素であり、そのオーステナイト粒成長抑制効果はＶより
も高温度域（１２００℃近傍）まで作用し、焼戻しマル
テンサイト組織の延性や靭性を向上させる。さらに、焼
戻し時にＮｂ炭化物を生成し、析出強化により焼戻し時
の軟化を防止する元素である。しかしその効果は、０．
００２％未満では期待できず、また０．０５０％を超え
る過剰な添加を行うと、Ｎｂの金属間化合物や粗大析出
物が生成して靭性を低下させることから、Ｎｂ量を０．
００２〜０．０５０％に限定した。Nb, like V, is an effective element for forming Nb carbides and Nb nitrides to reduce the size of austenite grains. The effect of suppressing the growth of austenite grains is higher than that of V (1200 ° C.). (Near) and improves the ductility and toughness of the tempered martensite structure. Further, it is an element that forms Nb carbide during tempering and prevents softening during tempering by precipitation strengthening. However, the effect is 0.
If it is less than 002%, it cannot be expected, and if it is added in excess of 0.050%, an intermetallic compound of Nb or a coarse precipitate is formed to lower the toughness.
002 to 0.050%.
【００２８】Ｔｉは、レール圧延時の再加熱において、
析出したＴｉ炭化物、Ｔｉ窒化物が溶解しないことを利
用して、圧延加熱時のオーステナイト結晶粒の微細化を
図り、焼戻しマルテンサイト組織の延性や靭性を向上さ
せるのに有効な成分である。また、焼戻し時にＴｉ炭化
物を生成し、さらにＮｉと複合でＮｉ３Ｔｉの金属間化
合物を微細に析出し、析出強化により焼戻し時の軟化を
防止する元素である。しかし、０．００５０％未満では
その効果が少なく、０．０５００％を超えて添加する
と、粗大なＴｉ炭化物、Ｔｉ窒化物が生成してレール使
用中の疲労損傷の起点となり、き裂を発生させるため、
Ｔｉ量を０．００５０〜０．０５００％に限定した。In the reheating at the time of rail rolling, Ti
Utilizing the fact that precipitated Ti carbides and Ti nitrides do not dissolve, it is an effective component for refining austenite crystal grains during rolling heating and improving the ductility and toughness of tempered martensite structure. In addition, it is an element that forms Ti carbide at the time of tempering, further finely precipitates an intermetallic compound of Ni3Ti in combination with Ni, and prevents softening at the time of tempering by precipitation strengthening. However, if the content is less than 0.0050%, the effect is small, and if it is added more than 0.0500%, coarse Ti carbides and Ti nitrides are formed and become a starting point of fatigue damage during use of the rail, and cracks are generated. For,
The amount of Ti was limited to 0.0050 to 0.0500%.
【００２９】Ｃｕは、焼戻し時にε−Ｃｕを析出し、著
しい析出強化により焼戻し時の軟化を防止する元素であ
るが、その効果は０．０５％未満では期待できず、また
１．００％を超えると赤熱脆化を生じることから、Ｃｕ
量を０．０５〜１．００％に限定した。Cu is an element that precipitates ε-Cu at the time of tempering and prevents softening at the time of tempering by remarkable precipitation strengthening. However, its effect cannot be expected if it is less than 0.05%, and 1.00%. If it exceeds this, red heat embrittlement occurs, so Cu
The amount was limited to 0.05-1.00%.
【００３０】Ｎｉは、焼入れ性を高め、焼戻しマルテン
サイト組織の強度（硬さ）を確保し、さらに、マルテン
サイト焼戻し時にＴｉと複合でＮｉ3 Ｔｉの金属間化合
物を微細に析出し、析出強化により焼戻し時の軟化を防
止する元素であるが、０．０５％未満ではその効果が著
しく小さく、また２．００％を超える添加を行ってもそ
の効果が飽和してしまうため、Ｎｉ量を０．０５〜２．
００％に限定した。Ni enhances the hardenability, secures the strength (hardness) of the tempered martensite structure, and finely precipitates an intermetallic compound of Ni 3 Ti in combination with Ti during martensite tempering, thereby strengthening the precipitation. Is an element that prevents softening during tempering. However, if it is less than 0.05%, its effect is extremely small, and even if it exceeds 2.00%, its effect is saturated. .05-2.
Limited to 00%.
【００３１】Ｂは、焼入れ性を高め、焼戻しマルテンサ
イト組織の強度（硬さ）を確保する元素である。しか
し、０．０００１％未満ではその効果は弱く、０．００
５０％を超えて添加すると、粗大鉄炭ほう化物が生成し
てレールの延性や靭性を劣化させるため、Ｂ量を０．０
００１〜０．００５０％に限定した。B is an element that enhances the hardenability and secures the strength (hardness) of the tempered martensite structure. However, when the content is less than 0.0001%, the effect is weak.
If it is added in excess of 50%, coarse iron carbide borides are formed, deteriorating the ductility and toughness of the rail.
001 to 0.0050%.
【００３２】Ｍｇは、Ｏ、またはＳやＡｌ等と結合して
微細な酸化物を形成し、レール圧延時の再加熱において
結晶粒の粒成長を抑制し、オーステナイト粒の微細化を
図り、焼戻しマルテンサイト組織の延性や靭性を向上さ
せるのに有効な成分である。しかし、０．００１０％未
満ではその効果は弱く、０．０１００％を超えて添加す
ると、Ｍｇの粗大酸化物が生成してレール延性や靭性を
劣化させるため、Ｍｇ量を０．００１０〜０．０１００
％に限定した。Mg combines with O or S or Al to form a fine oxide, suppresses the growth of crystal grains during reheating during rail rolling, refines austenite grains, and tempers. It is a component effective for improving the ductility and toughness of the martensite structure. However, if the content is less than 0.0010%, the effect is weak. If the content exceeds 0.0100%, a coarse oxide of Mg is generated to deteriorate the ductility and toughness of the rail. 0100
%.
【００３３】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、
この熱間圧延ままのＡｒ1 点以上の温度を保有する鋼レ
ールの頭部、あるいは熱処理する目的でＡｃ1 点＋３０
℃以上の温度に加熱された鋼レールの頭部を、それぞれ
の温度領域から５〜５０℃/secの冷却速度で加速冷却
し、前記鋼レールの頭部が２００〜−５０℃に達した時
点で加速冷却を停止し、加速冷却終了後、さらにレール
の頭部を４００〜６５０℃の範囲に加熱し、その加熱温
度範囲で１〜６０分間保持し、その後、常温までを冷却
することによって製造されるレールは、まず加速冷却す
ることにより安定的にマルテンサイト組織とし、その後
の加熱熱処理により、ある一定範囲の硬さを持った焼戻
しマルテンサイト組織を得ることが可能となる。The rail steel having the above-mentioned composition is melted in a commonly used melting furnace such as a converter or an electric furnace, and the molten steel is subjected to an ingot-bulking method or a continuous casting method.
Further, it is manufactured as a rail through hot rolling. next,
The hot-rolled steel rail head having a temperature of Ar1 point or higher, or the Ac1 point +30 for the purpose of heat treatment
When the head of the steel rail heated to a temperature of at least 0 ° C. is accelerated and cooled at a cooling rate of 5 to 50 ° C./sec from each temperature range, and when the head of the steel rail reaches 200 to −50 ° C. After the accelerated cooling is stopped, after the accelerated cooling is completed, the head of the rail is further heated to a range of 400 to 650 ° C., kept at the heating temperature range for 1 to 60 minutes, and then cooled to room temperature. First, the rail to be stably formed has a martensite structure by accelerated cooling, and thereafter, a tempered martensite structure having a certain range of hardness can be obtained by heat treatment.
【００３４】（４）レールの熱処理製造法 請求項５において、レール製造時の加速冷却前の温度条
件、加速冷却条件、その後の加熱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、レール頭部
を加速冷却する前の温度条件について説明する。マルテ
ンサイト組織を安定的に得るためには、少なくともレー
ル頭部をオーステナイト化する必要がある。その温度
は、圧延直後のレール頭部においてはＡｒ1 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Ａｃ1
点＋３０℃以上の温度域である。なお、温度の上限は特
に規定しないが、あまり高温度にすると液相が現れてオ
ーステナイト相が不安定になるため、温度は実質１３５
０℃が上限となる。(4) Method of Manufacturing Heat Treatment of Rail In claim 5, the reason why the temperature condition before the accelerated cooling, the accelerated cooling condition, and the heating condition after the accelerated cooling during the manufacturing of the rail are limited as described above will be described in detail. First, a temperature condition before the rail head is accelerated and cooled will be described. In order to obtain a martensitic structure stably, at least the rail head must be austenitized. The temperature is in the temperature range of Ar1 point or higher at the rail head immediately after rolling, and Ac1 at the reheated rail head.
It is a temperature range of + 30 ° C. or higher. The upper limit of the temperature is not particularly specified, but if the temperature is too high, the liquid phase appears and the austenite phase becomes unstable.
0 ° C is the upper limit.
【００３５】ここで、上記の「レール頭部」とは、図１
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）を含む部分である。以下に説明する冷却速
度および温度は、図１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）の頭部表面から深さ
が２〜５ｍｍの範囲で測定すれば、レール頭部を代表さ
せることができ、組織を制御することができる。Here, the above-mentioned "rail head" refers to FIG.
Are included including the rail top part (reference number: 1) and the head corner part (reference number: 2). The cooling rate and temperature described below are based on the top of the rail shown in FIG.
If the measurement is performed at a depth of 2 to 5 mm from the head surface of the head corner (code: 2), the head of the rail can be represented, and the tissue can be controlled.
【００３６】次に、レール頭部を上記温度域から５〜５
０℃/secの冷却速度で加速冷却し、前記鋼レールの頭部
が２００〜−５０℃に達した時点で加速冷却を停止する
方法において、加速冷却停止温度、加速冷却速度を上記
のように限定した理由について説明する。２００℃を超
える温度で加速冷却を停止すると、加速冷却中にマルテ
ンサイト組織が十分に生成せず、残留オーステナイト組
織の生成量が多くなり、加速冷却後の加熱熱処理におい
て、焼戻しマルテンサイト組織の硬さが低下し、耐摩耗
性や耐表面損傷性が確保できないため、加速冷却停止温
度を２００℃以下に限定した。また、耐摩耗性や耐表面
損傷性に有害な加熱熱処理前の残留オーステナイト組織
の生成量を低減させるためには、加速冷却停止温度はよ
り一層低いことが望ましいが、本成分系では、−５０℃
未満まで加速冷却を行ってもその効果が飽和し、耐摩耗
性や耐表面損傷性の改善に大きく寄与しないことから、
加速冷却停止温度を−５０℃以上に限定した。Next, the rail head is moved 5 to 5 from the above temperature range.
In the method of accelerating cooling at a cooling rate of 0 ° C./sec and stopping the accelerating cooling when the head of the steel rail reaches 200 to −50 ° C., the accelerating cooling stop temperature and the accelerating cooling rate are set as described above. The reason for the limitation will be described. When accelerated cooling is stopped at a temperature exceeding 200 ° C., a sufficient amount of martensite structure is not generated during accelerated cooling, and the amount of retained austenite structure is increased. In the heat treatment after accelerated cooling, the hardness of tempered martensite structure is reduced. Therefore, the accelerated cooling stop temperature was limited to 200 ° C. or less because wear resistance and surface damage resistance could not be secured. Further, in order to reduce the amount of retained austenite structure before heat treatment which is harmful to wear resistance and surface damage resistance, it is desirable that the accelerated cooling stop temperature is still lower. ° C
The effect is saturated even if accelerated cooling is performed to less than 10%, and does not significantly contribute to the improvement of wear resistance and surface damage resistance.
The accelerated cooling stop temperature was limited to -50 ° C or higher.
【００３７】また、レール頭部の加速冷却速度が５℃/s
ec未満になると、加速冷却途中の高温度域において、炭
化物が板状および塊状に生成するパーライト組織やベイ
ナイト組織などが多量に生成し、加速冷却後の加熱熱処
理においてレール頭部の硬さが不均一になり、表面損傷
が発生し易くなるため、加速冷却速度を５℃/sec以上に
限定した。また、加速冷却速度が５０℃/secを超える
と、レール頭表面と内部において大きな温度勾配が発生
し、レール内部の温度が比較的高い状態で加速冷却が終
了する。その結果、レール内部に残留オーステナイト組
織が生成し、加速冷却後の加熱熱処理において、焼戻し
マルテンサイト組織の硬さが低下し、耐摩耗性や耐表面
損傷性が確保できないことから、加速冷却速度を５０℃
/sec以下に限定した。なお、レール頭表面と内部におい
て発生する温度勾配を抑制し、マルテンサイト組織を頭
表面から内部まで安定的に生成させるには、加速冷却速
度は１０〜３０℃/secの範囲が最も望ましい。Further, the accelerated cooling rate of the rail head is 5 ° C./s.
If it is less than ec, in the high temperature range during accelerated cooling, a large amount of pearlite structure and bainite structure, etc., in which carbides are formed in a plate-like and massive form, are generated, and the hardness of the rail head is not sufficient in the heat treatment after accelerated cooling. Accelerated cooling rate was limited to 5 ° C./sec or more, because it became uniform and surface damage easily occurred. On the other hand, if the accelerated cooling rate exceeds 50 ° C./sec, a large temperature gradient occurs between the surface and the inside of the rail head, and the accelerated cooling ends with the temperature inside the rail being relatively high. As a result, a residual austenite structure is generated inside the rail, and the hardness of the tempered martensite structure is reduced in the heat treatment after accelerated cooling, and wear resistance and surface damage resistance cannot be secured. 50 ℃
/ sec or less. In order to suppress the temperature gradient generated between the rail head surface and the inside and stably generate the martensite structure from the head surface to the inside, the accelerated cooling rate is most preferably in the range of 10 to 30 ° C./sec.
【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、レール内部からの自然復熱等による
一時的な温度上昇が発生する場合がある。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、本焼戻しマルテンサイト系レールの諸特性に
大きな影響を及ぼさないため、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。This accelerated cooling rate range limits the average cooling rate from the start to the end of cooling, but a temporary temperature rise due to spontaneous reheating from inside the rail occurs during accelerated cooling. May be. However, if the average cooling rate from the start to the end of the accelerated cooling is within the above range, it does not significantly affect the characteristics of the main tempered martensitic rail. It also includes a decrease in cooling rate due to a temporary rise in temperature.
【００３９】また、５〜５０℃/secの冷却速度を得る方
法としては、空気、空気を主としミスト等を加えた気液
混合冷媒、ミスト冷媒、およびこれらの組み合わせによ
り、上記限定の冷却速度を得ることが可能である。従っ
て、加熱熱処理前のマルテンサイト組織を安定的に製造
するには、レール頭部において、加熱熱処理で均一な硬
さが得られ難いパーライト組織やベイナイト組織などが
生成しないように、空気、空気を主としミスト等を加え
た気液混合冷媒、ミスト冷媒等を用いて、熱間圧延まま
のＡｒ1 点以上の温度を保有する鋼レールの頭部、ある
いは熱処理する目的でＡｃ1 点＋３０℃以上の温度に加
熱された鋼レールの頭部を、それぞれの温度領域から５
〜５０℃/secの冷却速度で加速冷却し、前記鋼レールの
頭部が２００〜−５０℃に達した時点で加速冷却を停止
し、均一なマルテンサイト組織を安定的に生成させるこ
とが可能となる。As a method for obtaining a cooling rate of 5 to 50 ° C./sec, air, a gas-liquid mixed refrigerant mainly composed of air, to which a mist is added, a mist refrigerant, and a combination thereof are used. It is possible to obtain Therefore, in order to stably produce a martensitic structure before the heat treatment, air and air are formed at the rail heads so that a pearlite structure, a bainite structure, and the like, which are hard to obtain uniform hardness by the heat treatment, are not generated. The head of a steel rail that has a temperature of Ar1 point or more as hot rolled using a gas-liquid mixed refrigerant, mist refrigerant, etc. to which mist is added, or a temperature of more than Ac1 point + 30 ° C for heat treatment The head of the steel rail heated to
Accelerated cooling at a cooling rate of ５０50 ° C./sec. When the head of the steel rail reaches 200 to -50 ° C., accelerated cooling is stopped, and a uniform martensitic structure can be stably generated. Becomes
【００４０】さらに、加速冷却後の加熱熱処理におい
て、その後の加熱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、加熱温度を４００〜６５０
℃の範囲に限定した理由について説明する。加熱温度が
４００℃未満では、マルテンサイト組織の焼戻しが不十
分となり、加熱熱処理後の硬さが過剰に高くなり、上記
限定の硬度範囲の上限値を維持することが困難になり、
車輪とのなじみ性の低下によりスポーリング等の表面損
傷が発生し易くなる。さらに、焼戻しマルテンサイト組
織中の炭化物量が低下し、耐摩耗性が低下することか
ら、加熱温度を４００℃以上とした。また、加熱温度が
６５０℃を超えると、加熱熱処理後の焼戻しマルテンサ
イト組織の硬さが過剰に低くなり、上記限定の硬度範囲
の下限値を維持することが困難になり、耐摩耗性が低下
する。さらに、レール頭表面に塑性変形起因のきしみ割
れやフレーキングといった表面損傷が発生し易くなるこ
とから、加熱温度を４００〜６５０℃の範囲に限定し
た。Further, the reason why the heating conditions after the heat treatment after the accelerated cooling are limited as described above will be described in detail. First, the heating temperature is set to 400 to 650.
The reason for limiting the range to ° C will be described. When the heating temperature is less than 400 ° C., the tempering of the martensite structure becomes insufficient, the hardness after the heat treatment becomes excessively high, and it becomes difficult to maintain the upper limit of the above-described limited hardness range,
Surface damage such as spalling is likely to occur due to a decrease in the familiarity with the wheel. Further, since the amount of carbide in the tempered martensite structure is reduced and the wear resistance is reduced, the heating temperature is set to 400 ° C. or higher. On the other hand, when the heating temperature exceeds 650 ° C., the hardness of the tempered martensite structure after the heat treatment becomes excessively low, and it becomes difficult to maintain the lower limit of the above-mentioned limited hardness range, and the wear resistance is reduced. I do. Further, the heating temperature is limited to a range of 400 to 650 ° C., since surface damage such as creaking and flaking due to plastic deformation easily occurs on the rail head surface.
【００４１】次に、上記加熱温度範囲での保持時間を１
〜６０分の範囲に限定した理由について説明する。保持
時間が１分未満では、マルテンサイト組織の焼戻しが不
十分となり、加熱熱処理後の硬さが過剰に高くなり、表
面損傷の発生を誘発することから、保持時間を１分以上
とした。また保持時間が６０分を超えると、加熱熱処理
後の硬さが低下し易くなり、レール頭表面にスポーリン
グ等の表面損傷が多く発生し易くなることから、保持時
間を６０分以下とした。Next, the holding time in the above heating temperature range is set to 1
The reason for limiting the range to ~ 60 minutes will be described. If the holding time is less than 1 minute, the tempering of the martensitic structure becomes insufficient, the hardness after heat treatment becomes excessively high, and the occurrence of surface damage is induced. Therefore, the holding time is set to 1 minute or more. If the holding time exceeds 60 minutes, the hardness after the heat treatment tends to decrease, and the surface of the rail head tends to suffer surface damage such as spalling. Therefore, the holding time is set to 60 minutes or less.
【００４２】なお本加熱領域では、レール頭部の品質を
均一化するため、保持温度をほぼ一定とすることが望ま
しいが、加熱時の温度制御方法によっては、保持中に不
規則な温度変化が発生する場合がある。しかし、保持温
度、保定時間が上記限定範囲内に含まれていれば、いず
れの温度、保持時間においても耐摩耗性に優れた焼戻し
マルテンサイト組織を得ることができる。したがって、
本熱処理では保持中の不規則な温度変化も含んでいる。In this heating area, it is desirable to keep the holding temperature substantially constant in order to make the quality of the rail head uniform, but depending on the temperature control method during heating, irregular temperature changes may occur during holding. May occur. However, as long as the holding temperature and the holding time fall within the above-mentioned limited ranges, a tempered martensite structure excellent in wear resistance can be obtained at any temperature and holding time. Therefore,
This heat treatment also includes irregular temperature changes during holding.
【００４３】また、加速冷却後の加熱熱処理を行う方法
としては、加速冷却熱処理を行ったレール頭部のみを、
高周波加熱、炉加熱、火炎バーナー等により、上記限定
の加熱温度、保持時間を得ることが可能となる。加熱熱
処理時の加熱速度については、特に限定するものではな
いが、レールの品質を均一化し、生産性を向上されるた
めには、できるだけ所定の温度まで素早く加熱し、保持
することが望ましい。As a method of performing the heat treatment after the accelerated cooling, only the rail head subjected to the accelerated cooling heat treatment is used.
The high-frequency heating, furnace heating, flame burner and the like make it possible to obtain the above-mentioned limited heating temperature and holding time. The heating rate during the heat treatment is not particularly limited, but in order to make the quality of the rail uniform and improve the productivity, it is desirable to quickly heat and maintain the temperature as quickly as possible.
【００４４】従って、焼戻しマルテンサイト組織を呈し
た耐摩耗性に優れたレールを製造するには、前記の加速
冷却によるマルテンサイト組織の安定製造に加えて、焼
戻しマルテンサイト組織の硬さを制御するため、加速冷
却熱処理を行ったレール頭部のみを、高周波加熱、炉加
熱、火炎バーナー等により、上記限定の加熱熱処理を行
い、均一な焼戻しマルテンサイト組織を安定的に生成さ
せることが可能となる。加熱熱処理後の冷却について
は、特に限定するものではないが、経済性を考慮する
と、放冷、すなわち自然冷却することが望ましい。しか
し、生産性の向上、レール頭部の硬度の安定化、引張残
留応力の軽減を図るには、加熱熱処理後、レール頭部を
１０℃/sec未満の冷却速度で加速冷却することが望まし
い。Accordingly, in order to manufacture a rail having a tempered martensite structure and excellent wear resistance, in addition to the stable production of the martensite structure by the accelerated cooling, the hardness of the tempered martensite structure is controlled. Therefore, only the rail head that has been subjected to the accelerated cooling heat treatment can be subjected to the above-described limited heat treatment by high-frequency heating, furnace heating, a flame burner, etc., and a uniform tempered martensite structure can be stably generated. . Cooling after the heat treatment is not particularly limited, but it is desirable to allow cooling, that is, natural cooling, in consideration of economy. However, in order to improve productivity, stabilize the hardness of the rail head, and reduce the tensile residual stress, it is desirable to accelerate and cool the rail head at a cooling rate of less than 10 ° C./sec after the heat treatment.
【００４５】[0045]
【実施例】次に、本発明の実施例について説明する。表
１に本発明レール鋼の化学成分、頭部熱処理条件、ミク
ロ組織、および硬さを示す。なお各レール鋼は、表示し
た成分以外にＦｅおよび不可避的不純物を含有する。さ
らに表１には、図２に示す西原式摩耗試験機による本発
明レール鋼の摩耗特性評価結果、および図３に示すレー
ル・車輪の形状を１／４に縮尺加工した円盤試験片によ
る水潤滑ころがり疲労損傷試験結果を併記した。Next, an embodiment of the present invention will be described. Table 1 shows the chemical composition, head heat treatment conditions, microstructure, and hardness of the rail steel of the present invention. Each rail steel contains Fe and inevitable impurities in addition to the components shown. Further, Table 1 shows the evaluation results of the wear characteristics of the rail steel of the present invention using the Nishihara type abrasion tester shown in FIG. 2, and the water lubrication by a disk test piece in which the rail and wheel shapes shown in FIG. The results of the rolling fatigue damage test are also shown.
【００４６】また表２に、比較レール鋼の化学成分、頭
部熱処理条件、ミクロ組織、および硬さを示す。なお各
レール鋼は、表示した成分以外にＦｅおよび不可避的不
純物を含有する。さらに表２には、図２に示す西原式摩
耗試験機による本発明レール鋼の摩耗特性評価結果、お
よび図３に示すレール・車輪の形状を１／４に縮尺加工
した円盤試験片による水潤滑ころがり疲労損傷試験の表
面損傷発生寿命を示す。さらに図４は、表１に示す本発
明レール鋼と表２に示す比較レール鋼（現行レール鋼）
の摩耗試験結果を硬さと摩耗量の関係で比較したもので
ある。Table 2 shows the chemical composition, head heat treatment conditions, microstructure, and hardness of the comparative rail steel. Each rail steel contains Fe and inevitable impurities in addition to the components shown. Further, Table 2 shows the evaluation results of the wear characteristics of the rail steel of the present invention using the Nishihara type abrasion tester shown in FIG. 2, and the water lubrication using a disk test piece obtained by reducing the shape of the rail and wheel shown in FIG. The surface damage generation life of the rolling fatigue damage test is shown. FIG. 4 shows the rail steel of the present invention shown in Table 1 and the comparative rail steel (current rail steel) shown in Table 2.
Is a comparison of the results of abrasion tests on the relationship between hardness and the amount of wear.
【００４７】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（１２本） 符号 Ａ〜Ｌ：成分範囲、頭部熱処理条件が上記限定範
囲内であり、焼戻しマルテンサイト組織を呈し、当該焼
戻しマルテンサイト組織の硬さがＨｖ３５０〜５００の
範囲であるレール鋼。 ・比較レール鋼（１２本） 符号 Ｍ〜Ｏ：共析炭素含有鋼によるパーライト組織を
呈した現行レール鋼。 符号 Ｐ〜Ｒ：成分範囲が本発明の限定範囲外のレール
鋼。 符号 Ｓ〜Ｘ：成分範囲は本発明の限定範囲内である
が、頭部熱処理条件が本発明の限定範囲外であるレール
鋼。The configuration of the rail is as follows. -Rail steel of the present invention (12 pieces) Symbols A to L: component range and head heat treatment conditions are within the above-mentioned limited range, exhibit tempered martensite structure, and hardness of the tempered martensite structure is Hv 350 to 500. Is a rail steel. -Comparative rail steel (12 pieces) Symbols M to O: Current rail steels exhibiting a pearlite structure by eutectoid carbon-containing steel. Symbols P to R: Rail steel whose component range is outside the limited range of the present invention. Symbols SX: Rail steel whose component range is within the limited range of the present invention, but whose head heat treatment conditions are outside the limited range of the present invention.
【００４８】摩耗試験およびころがり疲労試験の条件
は、以下のとおりとした。 ［摩耗試験］ ・試験機 ：西原式摩耗試験機 ・試験片形状：円盤状試験片（外径：３０ｍｍ、厚さ：
８ｍｍ） ・試験荷重 ：６８６Ｎ ・すべり率 ：２０％ ・相手材 ：微細パーライト鋼（Ｈｖ３９０） ・雰囲気 ：大気中 ・冷却 ：圧搾空気による強制冷却（流量：１００
Ｎｌ／ｍｉｎ） ・繰返し回数：７０万回The conditions of the wear test and the rolling fatigue test were as follows. [Abrasion test]-Testing machine: Nishihara type abrasion testing machine-Specimen shape: disk-shaped specimen (outer diameter: 30 mm, thickness:
・ Test load: 686N ・ Slip ratio: 20% ・ Material: Fine pearlite steel (Hv390) ・ Atmosphere: In the air ・ Cooling: Forced cooling with compressed air (flow rate: 100)
Nl / min)-Number of repetitions: 700,000 times
【００４９】 ［ころがり疲労損傷試験］ ・試験機 ：ころがり疲労損傷試験機 ・試験片形状：円盤状試験片 （外径：２００ｍｍ、レール材断面形状：６０Ｋレールの１／４モデル） ・試験荷重 ：ラジアル荷重：１．５トン スラスト荷重：０．３トン ・雰囲気 ：乾燥＋水潤滑（60cc／min ） ・回転数 ：乾燥（０〜５０００回） ：１００ｒｐｍ 乾燥＋水潤滑（５０００回〜）：３００ｒｐｍ ・繰返し回数：０〜５０００回まで乾燥状態、その後水潤滑により２００万回 または損傷発生まで。[Rolling fatigue damage test]-Testing machine: Rolling fatigue damage testing machine-Specimen shape: disk-shaped specimen (outer diameter: 200 mm, rail material cross-sectional shape: 1/4 model of 60K rail)-Test load: Radial load: 1.5 tons Thrust load: 0.3 tons-Atmosphere: Drying + water lubrication (60 cc / min)-Rotational speed: Drying (0 to 5000 times): 100 rpm Drying + water lubrication (5000 times-): 300 rpm・ The number of repetitions: 0 to 5000 times in a dry state, and then 2 million times by water lubrication or until damage occurs.
【００５０】表１、表２及び図４に示すように、焼戻し
マルテンサイト組織の硬さをＨｖ３５０〜５００の範囲
に制御した本発明レール鋼（符号：Ａ〜Ｌ）は、パーラ
イト組織を呈した比較レール鋼（現用レール、符号：Ｍ
〜Ｏ）よりも摩耗量が少なく、耐摩耗性が大きく向上し
ている。また、本発明レール鋼は、化学成分を請求範囲
内に収めることにより、硬さや炭化物の量を確保するこ
とが可能となり、比較レール鋼（符号：Ｐ〜Ｒ）で確認
された炭化量の耐摩耗性の低下や表面損傷の発生を防止
することができる。さらに本発明レール鋼は、頭部熱処
理条件を請求範囲内に収めることにより、硬さ、炭化物
の量、組織を制御することが可能となり、比較レール鋼
（符号：Ｓ〜Ｘ）で確認された耐摩耗性の低下や表面損
傷の発生を防止することができる。As shown in Tables 1 and 2, and FIG. 4, the rail steel of the present invention (symbols: A to L) in which the hardness of the tempered martensite structure was controlled in the range of Hv 350 to 500 exhibited a pearlite structure. Comparative rail steel (current rail, code: M
To O), the abrasion resistance is greatly improved. In addition, the rail steel of the present invention can secure hardness and the amount of carbide by keeping the chemical components within the claims, and can withstand the carbonization amount confirmed by the comparative rail steel (code: P to R). It is possible to prevent abrasion and surface damage. Further, the rail steel of the present invention can control the hardness, the amount of carbide, and the structure by keeping the heat treatment conditions of the head within the claims, and were confirmed by comparative rail steels (symbols: S to X). It is possible to prevent the abrasion resistance from being lowered and the surface from being damaged.
【００５１】[0051]
【表１】 [Table 1]
【００５２】[0052]
【表２】 [Table 2]
【００５３】[0053]
【発明の効果】上記のように本発明によれば、重荷重鉄
道において耐摩耗性を向上させた高強度レールを低コス
トで提供することができる。As described above, according to the present invention, a high-strength rail with improved wear resistance in a heavy-load railway can be provided at low cost.
【図１】レール頭部断面表面位置の呼称を示す図。FIG. 1 is a view showing names of cross-sectional surface positions of rail heads.
【図２】西原式摩耗試験機の概略図。FIG. 2 is a schematic diagram of a Nishihara type abrasion tester.
【図３】ころがり疲労損傷試験機の概略図。FIG. 3 is a schematic diagram of a rolling fatigue damage tester.
【図４】本発明レール鋼と比較レール鋼（現行レール
鋼）の硬さと摩耗量の関係を示す図。FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the hardness and wear of the rail steel of the present invention and a comparative rail steel (current rail steel).
１：頭頂部 ２：頭部コーナー部 ３：レール試験片 ４：相手材 ５：レール円盤試験片 ６：車輪試験片 ７：モーター（レール側） ８：モーター（車輪側） ９：水潤滑装置 1: Top part 2: Head corner part 3: Rail test piece 4: Counterpart material 5: Rail disk test piece 6: Wheel test piece 7: Motor (rail side) 8: Motor (wheel side) 9: Water lubrication device
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平上 大輔 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） 4K042 AA04 BA03 CA02 CA05 CA06 CA08 CA09 CA10 CA12 CA13 DA01 DA02 DB01 DB06 DB07 DB08 DC02 DC03 DD04 DD05 DE02 DE05 DE06 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Daisuke Hiragami 1-1 Futaba-cho, Tobata-ku, Kitakyushu F-term in Nippon Steel Corporation Yawata Works (reference) 4K042 AA04 BA03 CA02 CA05 CA06 CA08 CA09 CA10 CA12 CA13 DA01 DA02 DB01 DB06 DB07 DB08 DC02 DC03 DD04 DD05 DE02 DE05 DE06
Claims (5)
しマルテンサイト組織を呈する鋼レールであって、前記
マルテンサイト組織の硬さがＨｖ３５０〜５００の範囲
であることを特徴とする耐摩耗性に優れた焼戻しマルテ
ンサイト系レール。1. A steel rail containing C: 0.85 to 2.00% by mass and at least a part of the rail head presenting a tempered martensite structure, wherein the hardness of the martensite structure is high. A tempered martensitic rail excellent in abrasion resistance characterized by having a Hv in the range of 350 to 500.
しマルテンサイト組織を呈する鋼レールであって、前記
マルテンサイト組織の硬さがＨｖ３５０〜５００の範囲
であることを特徴とする耐摩耗性に優れた焼戻しマルテ
ンサイト系レール。2. A mass% of C: 0.85 to 2.00%, Si: 0.10 to 2.00%, and Mn: 0.10 to 3.00%. A tempered martensitic rail excellent in wear resistance, wherein at least a part of the steel rail exhibits a tempered martensite structure, wherein the hardness of the martensite structure is in the range of Hv 350 to 500.
避的不純物からなり、レール頭部において、少なくとも
一部が焼戻しマルテンサイト組織を呈する鋼レールであ
って、前記マルテンサイト組織の硬さがＨｖ３５０〜５
００の範囲であることを特徴とする耐摩耗性に優れた焼
戻しマルテンサイト系レール。3. The composition contains, by mass%, C: 0.85 to 2.00%, Si: 0.10 to 2.00%, and Mn: 0.10 to 3.00%. 0.05 to 3.00%, Mo: 0.01 to 1.00%, V: 0.01 to 0.50%, Nb: 0.002 to 0.050%, Ti: 0.0050 to 0.0500 %, Cu: 0.05 to 1.00%, Ni: 0.05 to 2.00%, B: 0.0001 to 0.0050%, Mg: 0.0010 to 0.0100% A steel rail containing at least a seed and at least a part of the rail head exhibiting a tempered martensitic structure, wherein the hardness of the martensitic structure is Hv 350 to 5.
A tempered martensitic rail excellent in wear resistance, characterized by being in the range of 00.
面を起点として少なくとも深さ２０ｍｍの範囲が焼戻し
マルテンサイト組織を呈することを特徴とする請求項
１、２又は３に記載の耐摩耗性に優れた焼戻しマルテン
サイト系レール。4. The wear resistance according to claim 1, 2 or 3, wherein at least a range of a depth of 20 mm from the corner and top surface of the rail head exhibits a tempered martensite structure. Excellent tempered martensitic rail.
した、熱間圧延ままのＡｒ1 点以上の温度を保有する鋼
レールの頭部、あるいは熱処理する目的でＡｃ1 点＋３
０℃以上の温度に加熱された鋼レールの頭部を、それぞ
れの温度領域から５〜５０℃/secの冷却速度で加速冷却
し、前記鋼レールの頭部が２００〜−５０℃に達した時
点で加速冷却を停止し、加速冷却終了後、さらにレール
の頭部を４００〜６５０℃の範囲に加熱し、その加熱温
度範囲で１〜６０分間保持し、その後、常温まで冷却す
ることを特徴とする耐摩耗性に優れた焼戻しマルテンサ
イト系レールの製造法。5. A hot-rolled steel rail head having a temperature of at least the Ar1 point containing the component according to claim 1, 2 or 3, or an Ac1 point + 3 for the purpose of heat treatment.
The head of the steel rail heated to a temperature of 0 ° C. or more was accelerated and cooled at a cooling rate of 5 to 50 ° C./sec from each temperature range, and the head of the steel rail reached 200 to −50 ° C. At the time, the accelerated cooling is stopped, and after the accelerated cooling is completed, the head of the rail is further heated to a range of 400 to 650 ° C., maintained at the heating temperature range for 1 to 60 minutes, and then cooled to room temperature. Method for manufacturing tempered martensitic rails with excellent wear resistance.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000137552A JP2001049393A (en) | 1999-06-04 | 2000-05-10 | Tempered martensitic rail excellent in wear resistance, and its manufacture |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11-158078 | 1999-06-04 | ||
| JP15807899 | 1999-06-04 | ||
| JP2000137552A JP2001049393A (en) | 1999-06-04 | 2000-05-10 | Tempered martensitic rail excellent in wear resistance, and its manufacture |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001049393A true JP2001049393A (en) | 2001-02-20 |
Family
ID=26485329
Family Applications (1)
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| JP2000137552A Withdrawn JP2001049393A (en) | 1999-06-04 | 2000-05-10 | Tempered martensitic rail excellent in wear resistance, and its manufacture |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001049393A (en) |
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- 2000-05-10 JP JP2000137552A patent/JP2001049393A/en not_active Withdrawn
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