JP2001355045A - 耐摩耗性に優れたレール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 使用中のレール鋼の摩耗面の平均的なフェラ
イト粒径をある一定値以下に制御し、更にレール鋼の炭
素量を増加させることにより、摩耗面のフェライト粒径
の微細化を促進させ、耐摩耗性の向上を図り、レールの
高寿命化を達成する。 【解決手段】 鋼レールの頭部表面が１ｍｍ以上摩耗し
たときの摩耗面の少なくとも一部が、セメンタイトもし
くは炭化物を含む微細フェライト組織を呈し、かつ前記
微細フェライト組織の任意断面における平均フェライト
粒径が４００ｎｍ以下であることを特徴とする耐摩耗性
に優れたレール。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、重荷重鉄道のレー
ルに要求される耐摩耗性を向上させたレールに関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】海外の重荷重鉄道では、鉄道輸送の高効
率化の手段として、列車速度の向上や列車積載質量の増
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。

【０００３】しかしながら、最近の高強度化熱処理技術
の進歩により、共析炭素鋼を用いた微細パーライト組織
を呈した下記に示すような高強度（高硬度）レールが発
明され、重荷重鉄道の曲線区間のレール寿命を飛躍的に
改善してきた。 頭部がソルバイト組織、または、微細なパーライト
組織の超大荷重用の熱処理レール（特公昭５４−２５４
９０号公報）。 圧延終了後あるいは、再加熱したレール頭部をオー
ステナイト域温度から８５０〜５００℃間を１〜４℃/s
ecで加速冷却する、１３０kgf/mm² 以上の高強度レール
の製造法（特公昭６３−２３２４４号公報）。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、レール頭部の硬さを向上させることによ
り耐摩耗性を向上させるところにあった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし近年、海外の重
荷重鉄道では、より一層の鉄道輸送の高効率化のため
に、貨物の高積載化を強力に進めており、特に急曲線区
間では、レール頭部の硬さを向上させた上記開発のパー
ライト組織のレールを使用しても、Ｇ．Ｃ．部や頭側部
の耐摩耗性が十分に確保できず、摩耗によるレール寿命
の低下が問題となってきた。

【０００５】また本発明者らは、上記のような敷設環境
の非常に厳しい実軌道において、レールの摩耗特性を調
査した結果、レール頭部の耐摩耗性は敷設前のレール頭
部の硬さのみでは十分に評価できず、敷設前の頭部硬さ
が高いレールにおいても、レール鋼の成分系の違い等に
よっては摩耗が促進され、耐摩耗性が低下することが明
らかとなった。

【０００６】そこで、敷設環境の非常に厳しい実軌道に
おいて、レール鋼の摩耗特性を決定付けている因子を明
らかにし、レール耐摩耗性を向上させることが新たな課
題となっていた。すなわち本発明は、重荷重鉄道のレー
ルに要求される耐摩耗性を向上させることを目的とした
レールを提供するものである。

【０００７】

【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次の通りで
ある。 （１） 鋼レールの頭部表面が１ｍｍ以上摩耗したとき
の摩耗面の少なくとも一部が、セメンタイトもしくは炭
化物を含む微細フェライト組織を呈し、かつ前記微細フ
ェライト組織の任意断面における平均フェライト粒径が
４００ｎｍ以下であることを特徴とする耐摩耗性に優れ
たレール。 （２） 上記レールは、質量％でさらに、Ｃ：０．８５
超〜２．００％を含有させることができる。 （３） また上記（１）、（２）のレールには、質量％
でさらに、下記〜の成分を選択的に含有させること
ができる。 Ｓｉ：０．１０〜３．００％、 Ｍｎ：０．１０
〜３．００％の１種または２種、 Ｃｒ：０．０５〜３．００％、 Ｍｏ：０．０１
〜１．００％の１種または２種、 Ｖ ：０．０１〜０．５０％、 Ｎｂ：０．００
２〜０．０５０％の１種または２種、 Ｂ ：０．０００１〜０．２０００％、 Ｃｏ：
０．１０〜２．００％、 Ｃｕ：０．０５〜１．００
％の１種または２種、 Ｎｉ：０．０５〜２．００％。 Ｔｉ：０．００５０〜０．０５００％、Ｍｇ：０．
００１０〜０．０３００％、Ｃａ：０．００１０〜０．
０１５０％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。

【０００８】

【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、敷設環境の厳しい重荷重鉄道の実
軌道において、レール鋼の摩耗特性を支配している因子
を調査した。その結果、レール頭部の耐摩耗性は、摩耗
量がまだ小さい状態（最大摩耗量１ｍｍ未満の初期摩耗
状態）においては、敷設前のレール頭部の硬さとよい相
関があるものの、摩耗量がさらに増加すると、敷設前の
レール頭部の硬さとの相関が少なくなることを確認し
た。

【０００９】次に、本発明者らはレール鋼の摩耗特性を
支配している因子を明らかにするため、まず長期間上記
のような実軌道で使用され、十分に摩耗したレール頭部
の摩耗面の微視組織を観察した。その結果、レール頭部
の摩耗面では摩耗する前のレールの組織形態は全く存在
せず、微細に破砕された硬質の炭化物やセメンタイト組
織と微細なフェライト組織（粒）からなる組織形態であ
ることを確認した。

【００１０】さらに、本発明者らはこの微細組織とレー
ルの摩耗の関係を調査した。その結果、レール頭部の摩
耗面のフェライト粒径と摩耗量には直線的な相関があ
り、摩耗面のフェライト粒径の小さいレールは摩耗量が
少なく、レールの耐摩耗性はレール頭部の摩耗面のフェ
ライト粒径の微細化によって向上することを見出した。

【００１１】さらに本発明者らは、耐摩耗性を向上させ
るために必要なレール頭部の摩耗面のフェライト粒径を
確認した。その結果、重荷重鉄道の実軌道において、レ
ールの耐摩耗性を確保するには、ある一定値以下の平均
的なフェライト粒径の微細化が必要であり、摩耗面の平
均フェライト粒径がこの値以下になると耐摩耗性が著し
く向上することを発見した。

【００１２】次に本発明者らは、レール頭部の摩耗面の
フェライト粒径の微細化を促進させている因子を実験に
より解析した。その結果、レール頭部の摩耗面のフェラ
イト粒径は、敷設する前のレール組織中の硬質な炭化物
やセメンタイト組織の密度、すなわちレール鋼の炭素量
とよい相関があり、鋼の炭素量を増加することにより、
レール頭部の摩耗面のフェライト粒径の微細化が促進
し、より一層耐摩耗性が向上することを見出した。

【００１３】以上の結果から本発明者らは、使用中のレ
ール鋼の摩耗面の平均的なフェライト粒径がある一定値
以下になるとレールの耐摩耗性が向上し、さらに、レー
ル鋼の炭素量を増加することにより、摩耗面のフェライ
ト粒径の微細化が促進され、より一層耐摩耗性が向上す
ることを知見した。

【００１４】次に、本発明の限定理由について詳細に説
明する。 （１）摩耗面における平均フェライト粒径測定時のレー
ル頭部表面の摩耗量の規定：まず、摩耗面における平均
フェライト粒径測定時のレール頭部表面の摩耗量を１ｍ
ｍ以上に規定した理由を説明する。レール頭部表面の摩
耗量の最大値が１ｍｍ未満では初期摩耗の状態であり、
摩耗面のフェライト粒の微細化が十分に進行しておら
ず、最終的なレールの摩耗寿命を決定づける平均フェラ
イト粒径が測定できないからである。

【００１５】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。請求項において、レールの摩
耗量は、図１に示すレール頭部断面において、頭頂部お
よび頭部コーナー部のレール外郭表面に対して法線方向
の摩耗減量（摩耗深さ）を示すものである。

【００１６】（２）摩耗面の平均フェライト粒径の最大
値の規定：次に、摩耗面の平均フェライト粒径を４００
ｎｍ以下に限定した理由について説明する。摩耗面の平
均フェライト粒径が４００ｎｍを超えると、ころがり面
の摩耗現象（塑性変形や凝着現象に伴うせん断剥離）に
対する抵抗性が低下し、敷設環境の厳しい重荷重鉄道に
おいて、耐摩耗性を向上させることが困難になるためで
ある。

【００１７】また、摩耗面の平均フェライト粒径が２０
０ｎｍ以下であれば、耐摩耗性がさらに安定し、より望
ましい。摩耗面の平均フェライト粒径については下限値
を特に規定しないが、レール頭部表面に表面損傷を誘発
する過剰な塑性変形領域が生成せず、フェライト粒の微
細化のみが安定的に進展した場合には、摩耗面の平均フ
ェライト粒径の最小値は事実上３０ｎｍが下限となる。
なお、レール頭部の摩耗面の平均フェライト粒径を限定
している部分は、図１の斜線部で示す頭頂部１、頭部コ
ーナー部２のレール外郭表面から深さ１００μｍの範囲
である。

【００１８】摩耗面のフェライト粒径の測定方法として
は、図１の斜線部で示す頭頂部１、頭部コーナー部２の
レール外郭表面直下の１００μｍの範囲から、薄膜を採
取し、Ｘ線および電子線回折法により測定することがで
きる。Ｘ線回折によるフェライト粒径の測定方法として
は、 W.H.Hall らが Acta.Metall.,No.1,P22(1953)で示
しているホールの方法が最も簡便で有効である。また、
電子線回折によるフェライト粒径の測定方法としては、
透過電子顕微鏡を用いて制限視野回折を行う。さらに、
フェライトの回折スポットを用いて結像させて、暗視野
像で明るいコントラストを呈している部分の粒径を測定
し、その平均値を取ることが望ましい。

【００１９】ここで、図２にセメンタイトや炭化物を含
む微細なフェライト組織の透過電子顕微鏡組織の一例を
示す。図２の（ａ）は明視野像である。微細な黒いヒゲ
状の部分は、炭化物またはセメンタイト組織である。ま
た白または黒ずんだ部分は、微細なフェライト粒の集合
体である。図２の（ｂ）は明視野像（ａ）と同一視野に
おいて制限視野回折を行い、フェライトの回折スポット
を用いて結像させた暗視野像の模式図である。白抜きで
示した部分はフェライト粒である。

【００２０】本発明においては、フェライト粒の粒径と
しては、図２（ｂ）に示すように長径と短径の平均値を
用い、また平均フェライト粒径は、暗視野中のフェライ
ト粒一つ一つについて長径と短径の値から粒径を算定
し、その平均値を算出したものである。なお、いずれの
回折方法においても、ころがり面直下において限られた
領域のフェライト粒径の測定を行うため、測定値に大き
なばらつきが発生しやすい。そこで、正確にフェライト
粒径を測定するには、ころがり面になるべく近い部位を
１０視野以上観察し、その平均的な値を代表値とするこ
とが望ましい。

【００２１】（３）レール鋼の化学成分：まず、本発明
においてレールの化学成分を上記のように限定した理由
について説明する。成分含有量は質量％である。Ｃは、
炭化物形成元素であり、従来のレール鋼では、０．６０
〜０．８５％が添加されている。しかし、Ｃ量が０．８
５％以下では、金属組織中の硬質な炭化物やセメンタイ
トの密度の確保が困難となり、摩耗面のフェライト粒径
の微細化が図れず、耐摩耗性を十分に確保することがで
きない。また、２．００％を超えると、金属組織中の硬
質な炭化物やセメンタイト相の密度が著しく増加し、金
属組織の延性が低下し、レール頭表面にスポーリング等
の表面剥離損傷が多く発生するため、Ｃ量を０．８５超
〜２．００％に限定した。

【００２２】また、上記の成分組成で製造されるレール
は、摩耗面での基地組織の強化、炭化物やセメンタイト
の強化や炭化物密度の増加によるフェライト粒径微細
化、溶接部熱影響部の軟化や脆化を防止する目的で、Ｓ
ｉ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｖ，Ｎｂ，Ｂ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｎ
ｉ，Ｔｉ，Ｍｇ，Ｃａの元素を必要に応じて添加する。

【００２３】ここで、Ｓｉ，Ｍｎは、摩耗面での基地組
織の強度を確保し、硬質な炭化物やセメンタイト相が分
散した基地組織の強度を確保するにより耐摩耗性の向上
を図る。Ｃｒ，Ｍｏは焼入れ性を高め、基地フェライト
組織を強化し、さらに、セメンタイトの強化や炭化物密
度の増加を図り、摩耗面のフェライト粒の微細化促進に
より耐摩耗性の向上を図る。Ｖ，Ｎｂは独自の炭化物を
形成し、摩耗面のフェライト粒の微細化促進により耐摩
耗性の向上を図る。また、レール溶接熱時の熱影響部の
軟化抵抗を高めることが主な添加目的である。

【００２４】また、Ｂは鉄との化合物を生成し、セメン
タイトの生成を促進させ、摩耗面のフェライト粒の微細
化促進により耐摩耗性の向上を図る。Ｃｏ，Ｃｕは、主
に基地フェライト組織の固溶強化により耐摩耗性の向上
を図る。Ｎｉは、主に基地フェライト組織の固溶強化に
より耐摩耗性の向上を図り、またレール溶接熱時の熱影
響部の軟化抵抗を高める。Ｔｉ，Ｍｇ，Ｃａは、レール
溶接熱時にオーステナイト域まで加熱される熱影響部の
組織を微細化し、溶接継ぎ手部の脆化を防止することが
主な添加目的である。それらの成分の個々について、以
下に詳細に説明する。

【００２５】Ｓｉは、脱酸材として必須の成分であり、
また固溶強化により基地フェライト組織の硬さを高め、
硬質な炭化物やセメンタイト相が分散した基地組織の強
度を確保する元素であるが、０．１０％未満ではその効
果が期待できず、レール頭表面に塑性変形起因のフレー
キング損傷が多く発生し易くなる。また、３．００％を
超えると、レールの延性や靭性が劣化し、レール頭表面
にスポーリング等の表面剥離損傷が多く発生すること
や、レール熱間圧延時に表面疵が発生しやすくなるた
め、Ｓｉ量を０．１０〜３．００％に限定した。

【００２６】Ｍｎは、鋼の焼入れ性を確保し、基地フェ
ライト組織の硬さを高め、硬質な炭化物やセメンタイト
相が分散した基地組織の強度を確保するのに不可欠な元
素である。さらに、セメンタイトに固溶し、セメｎンタ
イト自体を強化し、摩耗面でのフェライト粒の微細化を
促進する元素であるが、０．１０％未満ではこれらの効
果が少なく、レール頭表面に塑性変形起因のフレーキン
グ損傷が多く発生し易くなる。さらに、セメンタイトの
強化が不足し、フェライト粒の微細化が図れず、耐摩耗
性の向上が困難となる。また３．００％を超えると、セ
メンタイトの強化が過剰となり、レール頭表面にスポー
リング等の表面剥離損傷が多く発生するため、Ｍｎ量を
０．１０〜３．００％に限定した。

【００２７】Ｃｒは、焼入れ性を高め、基地フェライト
組織を強化し、さらに独自の炭化物を形成し、その一部
がセメンタイトに固溶し、セメンタイト自身を強化する
ことにより、摩耗面でのフェライト粒の微細化を促進す
る元素であるが、０．０５％未満ではその効果が少な
く、炭化物量の減少やセメンタイトの強化不足により、
フェライト粒の微細化が図れず、耐摩耗性の向上が困難
となる。また３．００％を超えると、炭化物密度が上昇
し、さらにセメンタイトの強化が過剰となり、レール頭
表面にスポーリング等の表面剥離損傷が多く発生するた
め、Ｃｒ量を０．０５〜３．００％に限定した。

【００２８】Ｍｏは、Ｃｒと同様に焼入れ性を高め、基
地フェライト組織を強化し、さらに独自の炭化物を形成
し、炭化物密度の増加により摩耗面のフェライト粒の微
細化を促進する元素であるが、０．０１％未満ではその
効果が少なく、炭化物量が減少してフェライト粒の微細
化が促進せず、耐摩耗性の向上が困難となる。また１．
００％を超えると炭化物密度が上昇し、レール頭表面に
スポーリング等の表面剥離損傷が多く発生するため、Ｍ
ｏ量を０．０１〜１．００％に限定した。

【００２９】Ｖは、独自の炭化物を形成し、炭化物密度
の増加により摩耗面のフェライト粒の微細化を図る元素
である。さらに、レール溶接熱影響部では、焼戻し時に
Ｖ炭化物が生成し、析出強化により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、フェライト粒の微細化による耐摩耗性の向上が困
難となり、溶接熱影響部の軟化も抑制できない。また
０．５０％を超えて添加してもそれ以上の効果が期待で
きず、鋼のコスト増加を招くことから、Ｖ量を０．０１
〜０．５０％に限定した。

【００３０】Ｎｂは、Ｖと同様に独自の炭化物を形成
し、炭化物密度の増加により摩耗面のフェライト粒の微
細化を図る元素である。さらに、レール溶接熱影響部で
は、焼戻し時にＮｂ炭化物が生成し、析出強化により軟
化を防止する元素であるが、その効果は０．００２％未
満では期待できず、フェライト粒の微細化による耐摩耗
性の向上が困難となり、溶接熱影響部の軟化が抑制でき
ない。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
させることや、それ以上の効果が期待できず、鋼のコス
ト増加を招くことから、Ｎｂ量を０．００２〜０．０５
０％に限定した。

【００３１】Ｂは、Ｂの鉄化合物（Ｆｅ₂ Ｂ）がセメン
タイトの核生成サイトとして作用し、セメンタイトの生
成を促進させ、炭化物密度の増加により、摩耗面のフェ
ライト粒の微細化を図る元素である。しかし、０．００
０１％未満ではその効果は弱く、また０．２０００％を
超えて添加すると粗大な鉄炭ほう化物が生成し、レール
の延性や靭性を劣化させるため、Ｂ量を０．０００１〜
０．２０００％に限定した。

【００３２】Ｃｏは、固溶強化により基地フェライト組
織の硬さを高め、耐摩耗性を向上させる元素であるが、
０．１０％未満ではその効果が期待できず、また２．０
０％を超える過剰な添加を行ってもその効果が飽和域に
達してしまうため、Ｃｏ量を０．１０〜２．００％に限
定した。

【００３３】Ｃｕは、Ｃｏと同様に固溶強化により基地
フェライト組織の硬さを高め、耐摩耗性を向上させる元
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。

【００３４】Ｎｉは、Ｃｕと同様に固溶強化により基地
フェライト組織の硬さを高め、耐摩耗性を向上させる元
素である。さらに、溶接熱影響部においては、Ｔｉと複
合でＮｉ₃ Ｔｉの金属間化合物が微細に析出し、析出強
化により軟化を抑制する元素であるが、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。

【００３５】Ｔｉは、溶接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、
オーステナイト域まで加熱される熱影響部の組織の微細
化を図り、溶接継ぎ手部の脆化を防止するのに有効な成
分である。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０．０
０５０〜０．０５０％に限定した。

【００３６】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、レール溶接熱時にオーステナイ
ト域まで加熱される熱影響部の組織を微細化し、溶接継
ぎ手部の脆化を防止す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、０．０３００
％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０．００１
０〜０．０３００％に限定した。

【００３７】Ｃａは、Ｍｇと同様にＯまたは、ＳやＡｌ
等と結合して微細な酸化物を形成し、レール溶接熱時に
オーステナイト域まで加熱される熱影響部の組織を微細
化し、溶接継ぎ手部の脆化を防止す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、
０．０１５０％を超えて添加すると、Ｃａ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、Ｃａ量
を０．００１０〜０．０１５０％に限定した。

【００３８】上記のような成分組成で構成されるレール
鋼は、転炉、電気炉などの通常使用される溶解炉で溶製
を行い、この溶鋼を造塊・分塊法あるいは連続鋳造法、
さらに熱間圧延を経てレールとして製造される。次に、
この熱間圧延した高温度の熱を保有するレール、あるい
は熱処理する目的で高温に再加熱されたレールに、焼入
れ焼戻し、恒温保定、エアーやミストなどによる加速冷
却を施すことにより、レール頭部に所定の金属組織を安
定的に生成させることが可能となる。

【００３９】摩耗する前のレールの金属組織は特に限定
しないが、レールとして必要とされる延性を確保し、摩
耗面のフェライト粒の微細化の促進を図るには、炭化物
密度が高い、セメンタイトとフェライトがラメラ構造を
成すパーライト組織、炭化物を多量に含んだ球状化炭化
物組織、ラメラ構造中に炭化物を含んだ球状化パーライ
ト組織、ラス構造中に微細な炭化物が分散した焼戻しマ
ルテンサイト組織であることが望ましい。

【００４０】なお、成分系や素材の偏析状態によって
は、上記の組織中に粗大なフェライト組織（初析フェラ
イト組織）や粗大なセメンタイト組織（初析セメンタイ
ト組織）が微量に生成することがある。しかし、これら
の組織が微量に生成してもレールの耐摩耗性、延性、靱
性、および強度に大きな影響を及ぼさないため、本レー
ルの組織としては若干の初析フェライト組織および初析
セメンタイト組織の混在も含んでいる。

【００４１】

【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、図３に示すころがり摩
耗疲労損傷試験での最大摩耗量、表面損傷発生の有無、
試験後摩耗面の平均フェライト粒径について示す。ま
た、表２に比較レール鋼の化学成分、図３に示すころが
り摩耗疲労損傷試験での最大摩耗量、表面損傷発生の有
無、試験後摩耗面の平均フェライト粒径について示す。
なお、ころがり摩耗疲労損傷試験での最大摩耗量は、図
１に示すレール頭部断面において、レール外郭表面に対
して法線方向の摩耗減量（摩耗深さ）の最大値を示すも
のである。

【００４２】図４は、表１に示す本発明レール鋼（符
号：Ｅ）の、ころがり摩耗疲労損傷試験後の摩耗面の透
過電子顕微鏡組織であり、（ａ）は明視野像、（ｂ）は
暗視野像の模式図である。図５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（符号：Ｍ〜Ｏ）のこ
ろがり摩耗疲労損傷試験での、最大摩耗量と試験後摩耗
面の平均フェライト粒径の関係を表わしたものである。
図３において、３はレール移動用スライダーであり、こ
の上にレール４が設置される。７はモーター６で回転す
る車輪５の左右の動きおよび荷重を制御する荷重負荷装
置である。試験は左右に移動するレール４上に車輪５が
転動する。

【００４３】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 本発明の化学成分範囲内で、頭部表面を１ｍｍ以上摩耗
させた摩耗面の平均フェライト粒径が４００ｎｍ以下で
あることを特徴とする耐摩耗性に優れたレール。 ・比較レール鋼（７本） 符号Ｍ〜Ｏ：化学成分が本発明の範囲外の共析炭素含有
鋼によるレール（３本）。 符号Ｐ〜Ｓ：化学成分が本発明の範囲外の過共析炭素含
有鋼によるレール(４本）。

【００４４】ころがり摩耗疲労損傷試験の条件は次のと
おりとした。 試験機：転動疲労試験機 試験片形状 レール：１３６ポンドレール×２ｍ 車 輪：ＡＡＲタイプ（直径９２０ｍｍ） 荷重条件（重荷重鉄道再現） ラジアル荷重：１９６０００Ｎ（２０トン） スラスト荷重： ９８００Ｎ（ １トン） 潤滑条件 ドライ 繰り返し数 １０００万回または表面損傷発生まで。 摩耗量 図１に示すレール頭部断面において、レール外郭表面に
対して法線方向の摩耗減量（摩耗深さ）を測定。

【００４５】表１、表２、図４に示すように、本発明レ
ール鋼は比較レール鋼と比べて、レール鋼の摩耗面の平
均的なフェライト粒径をある一定値以下に制御し、さら
に、鋼の炭素量を増加させることにより、図５に示すよ
うに摩耗量が減少し、比較レール鋼と比べて耐摩耗性を
向上させることができた。

【００４６】

【表１】

【００４７】

【表２】

【００４８】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、重荷重鉄
道において耐摩耗性に優れたレールを提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】レール頭部断面表面位置の呼称および摩耗面の
平均フェライト粒径測定位置を示した図。

【図２】セメンタイトや炭化物を含む微細なフェライト
組織の透過電子顕微鏡組織の一例を示した図であり、
（ａ）は明視野像、（ｂ）は暗視野像の模式図。

【図３】ころがり摩耗疲労損傷試験機の概略図。

【図４】本発明レール鋼（符号：Ｅ）のころがり摩耗疲
労損傷試験後の、摩耗面の透過電子顕微鏡組織を示した
図であり、（ａ）は明視野像、（ｂ）は暗視野像の模式
図。

【図５】本発明レール鋼と比較レール鋼（符号：Ｍ〜
Ｏ）のころがり摩耗疲労損傷試験での、最大摩耗量と試
験後摩耗面の平均フェライト粒径の関係を示した図。

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

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋼レールの頭部表面が１ｍｍ以上摩耗し
   たときの摩耗面の少なくとも一部が、セメンタイトもし
   くは炭化物を含む微細フェライト組織を呈し、かつ前記
   微細フェライト組織の任意断面における平均フェライト
   粒径が４００ｎｍ以下であることを特徴とする耐摩耗性
   に優れたレール。
2. 【請求項２】 質量％で、 Ｃ ：０．８５超〜２．００％ を含有する鋼レールの頭部表面が１ｍｍ以上摩耗したと
   きの摩耗面の少なくとも一部が、セメンタイトもしくは
   炭化物を含む微細フェライト組織を呈し、かつ前記微細
   フェライト組織の任意断面における平均フェライト粒径
   が４００ｎｍ以下であることを特徴とする耐摩耗性に優
   れたレール。
3. 【請求項３】 質量％で、 Ｃ ：０．８５超〜２．００％ および、 Ｓｉ：０．１０〜３．００％、 Ｍｎ：０．１０〜３．００％ の１種または２種を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不
   純物からなる鋼レールの頭部表面が１ｍｍ以上摩耗した
   ときの摩耗面の少なくとも一部が、セメンタイトもしく
   は炭化物を含む微細フェライト組織を呈し、かつ前記微
   細フェライト組織の任意断面における平均フェライト粒
   径が４００ｎｍ以下であることを特徴とする耐摩耗性に
   優れたレール。
4. 【請求項４】 質量％で、さらに、 Ｃｒ：０．０５〜３．００％、 Ｍｏ：０．０１〜１．００％ 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
   記載の耐摩耗性に優れたレール。
5. 【請求項５】 質量％で、さらに、 Ｖ ：０．０１〜０．５０％、 Ｎｂ：０．００２〜０．０５０％ 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
   または４記載の耐摩耗性に優れたレール。
6. 【請求項６】 質量％で、さらに、 Ｂ ：０．０００１〜０．２０００％ を含有することを特徴とする請求項３ないし５のいずれ
   か１項に記載の耐摩耗性に優れたレール。
7. 【請求項７】 質量％で、さらに、 Ｃｏ：０．１０〜２．００％、 Ｃｕ：０．０５〜１．００％ 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
   ないし６のいずれか１項に記載の耐摩耗性に優れたレー
   ル。
8. 【請求項８】 質量％で、さらに、 Ｎｉ：０．０５〜２．００％ を含有することを特徴とする請求項３ないし７のいずれ
   か１項に記載の耐摩耗性に優れたレール。
9. 【請求項９】 質量％で、さらに、 Ｔｉ：０．００５０〜０．０５００％、 Ｍｇ：０．００１０〜０．０３００％、 Ｃａ：０．００１０〜０．０１５０％ 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ないし８のいずれか１項に記載の耐摩耗性に優れた
   レール。