JP2002004001A - Spheroidized carbide-containing pearlitic rail excellent in wear resistance - Google Patents
Spheroidized carbide-containing pearlitic rail excellent in wear resistanceInfo
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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球状化炭化物を含有する耐
摩耗性に優れたパーライト系レールに関するものであ
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a pearlitic rail containing spheroidized carbide having improved wear resistance required for heavy load railways and having excellent wear resistance.
【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 Overseas heavy-duty railways have attempted to increase train speed and increase train loading mass as means for increasing the efficiency of railway transportation. 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 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、耐摩耗性を向上させるところにあ
った。However, with the recent progress in heat treatment technology for increasing the strength, a high-strength (high-hardness) rail having a fine pearlite structure using eutectoid carbon steel as shown below has been invented. The rail life of the section 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.
A method of manufacturing a high-strength rail of 130 kgf / mm 2 or more, which is accelerated and cooled at a speed of / sec (JP-B-63-23244). The characteristics of these rails are eutectoid carbon-containing steel (carbon content:
(0.7-0.8%), which is a high-strength rail exhibiting a fine pearlite structure with the purpose of minimizing the lamellar spacing in the pearlite structure and improving 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前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。In recent years, overseas heavy-load railways have been strongly promoting high-loading of cargo in order to further increase the efficiency of railway transportation, and particularly in the case of steeply curved rails, even if the rails developed as described above are used, G will be used. . 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−
１４４０１６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
（密度）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 the cementite phase in the lamella in the pearlite structure is increased (Japanese Unexamined Patent Publication No.
144016). 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 characteristics of these rails are to increase the carbon content of the steel, to increase the thickness (density) of the highly wear-resistant semetite phase in the pearlite lamella, and to control the hardness of the pearlite lamella. The wear property was improved.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】これらの過共析鋼を用
いたパーライト組織のレールは、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。しか
し、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
界に粗大な初析セメンタイト組織が生成し、延性の低下
により、スポーリング等の表面損傷が発生し、レールの
使用寿命が低下することや、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。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た高強度レールを低コストで提供す
ることを目的とするものである。The rail with a pearlite structure using these hypereutectoid steels has improved wear resistance as compared with a rail with a pearlite structure using eutectoid steel. However, if the amount of carbon in the steel is further increased with the aim of further improving wear resistance, a coarse pro-eutectoid cementite structure is generated at the austenite grain boundary during rail production, and a decrease in ductility causes spalling and the like. Surface damage occurs, shortening the service life of the rail, and making it difficult to increase the thickness of the cementite phase in the pearlite lamella effective for abrasion resistance, and the abrasion resistance is not sufficiently improved. Therefore, a new material development has been required to more stably improve wear resistance than a pearlite-structured rail using hypereutectoid steel. 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.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明は前記目的を達成
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） 質量％で、Ｃ：０．８５〜２．００％を含有
し、レール頭部の少なくとも一部が、長径と短径の比が
２以下の球状化炭化物を含有するパーライト組織を呈
し、前記パーライト組織の任意断面において、パーライ
ト組織のラメラ間隔が４００ｎｍ以下で、かつ、長径と
短径の平均値が５０〜６００ｎｍの範囲である球状化炭
化物の数が、視野面積５０μｍ2 中で３０個以上、２０
０個以下であることを特徴とする球状化炭化物を含有す
る耐摩耗性に優れたパーライト系レール。The present invention achieves the above-mentioned object, and its gist is as follows. (1) In mass%, C: 0.85 to 2.00% is contained, and at least a part of the rail head has a pearlite structure containing a spheroidized carbide having a ratio of a major axis to a minor axis of 2 or less. In any cross section of the pearlite structure, the number of spheroidized carbides having a lamella spacing of the pearlite structure of 400 nm or less and an average of the major axis and the minor axis in the range of 50 to 600 nm is 30 in a visual field area of 50 μm 2. Or more, 20
A pearlitic rail containing spheroidized carbide and having excellent wear resistance, wherein the number is zero or less.
【０００８】 （２）質量％で、 Ｃ ：０．８５〜２．００％、 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％、 Ｂ ：０．０００１〜０．２０００％、 Ｃｕ：０．０５〜１．００％、 Ｎｉ：０．０５〜２．００％、 Ｔｉ：０．００５０〜０．０５００％、 Ｍｇ：０．００１０〜０．０１００％ の１種または２種以上を含有し、残部Ｆｅおよび不可避
的不純物からなり、レール頭部の少なくとも一部が、長
径と短径の比が２以下の球状化炭化物を含有するパーラ
イト組織を呈し、前記パーライト組織の任意断面におい
て、パーライト組織のラメラ間隔が４００ｎｍ以下で、
かつ、長径と短径の平均値が５０〜６００ｎｍの範囲で
ある球状化炭化物の数が、視野面積５０μｍ2 中で３０
個以上、２００個以下であることを特徴とする球状化炭
化物を含有する耐摩耗性に優れたパーライト系レール。 （３）レール頭部のコーナー部および頭頂部の表面を起
点として少なくとも深さ２０ｍｍの範囲が、球状化炭化
物を含有するパーライト組織を呈することを特徴とする
前記（１）または（２）に記載の球状化炭化物を含有す
る耐摩耗性に優れたパーライト系レール。(2) In mass%, C: 0.85 to 2.00%, Si: 0.10 to 2.00%, Mn: 0.10 to 3.00%, and if necessary Cr: 0.05 to 3.00%, Mo: 0.01 to 1.00%, V: 0.01 to 0.50%, Nb: 0.002 to 0.050%, B: 0. 0001 to 0.2000%, Cu: 0.05 to 1.00%, Ni: 0.05 to 2.00%, Ti: 0.0050 to 0.0500%, Mg: 0.0010 to 0.0100% Containing one or more of the following, the balance being Fe and inevitable impurities, at least a part of the rail head has a pearlite structure containing a spheroidized carbide having a ratio of major axis to minor axis of 2 or less, In any section of the pearlite structure, the lamella spacing of the pearlite structure is 400 nm. Under,
Further, the number of spheroidized carbides whose average value of the major axis and the minor axis is in the range of 50 to 600 nm is 30 in the visual field area of 50 μm 2.
A pearlitic rail containing spheroidized carbide and having excellent abrasion resistance, wherein the number of the pearlite-based rails is not less than 200 and not more than 200. (3) The above (1) or (2), wherein at least a range of a depth of 20 mm from the surface of the corner portion and the top portion of the rail head exhibits a pearlite structure containing spheroidized carbide. Pearlitic rail with excellent wear resistance containing spheroidized carbide.
【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確
認された。また鋼中の炭素量、すなわちパーライト組織
中のセメンタイト相の増加によりフェライト相へ歪みが
集中し、パーライト組織中のフェライト相の微細化（サ
ブグレイン化）が促進され、フェライト相が強化されて
いることが明らかとなった。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 confirmed 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. In addition, strain is concentrated on the ferrite phase due to an increase in the amount of carbon in the steel, that is, the cementite phase in the pearlite structure, and the refinement (sub-graining) of the ferrite phase in the pearlite structure is promoted, and the ferrite phase is strengthened. It became clear.
【００１０】さらに詳細な調査の結果、ころがり面直下
では、フェライト相の細粒化に加えて、強加工によりセ
メンタイト相の炭素が分解し、この炭素がフェライト相
に過飽和に固溶し、フェライト相が固溶強化されている
ことが確認された。またこのフェライト相の強化は、パ
ーライト組織中のセメンタイト相の増加により向上する
ことが明かとなった。[0010] As a result of a more detailed investigation, immediately below the rolling surface, in addition to the refinement of the ferrite phase, carbon in the cementite phase was decomposed by heavy working, and this carbon was supersaturated in the ferrite phase to form a solid solution. Was confirmed to be solid solution strengthened. It was also found that the strengthening of the ferrite phase was improved by increasing the cementite phase in the pearlite structure.
【００１１】このような観察結果から、耐摩耗性を向上
させる方法として本発明者らは、鋼の生地組織をパーラ
イトとし、パーライト組織中に炭化物を分散させ、同時
にその数を確保し、炭化物によるフェライト相の強化を
促進し、レールに必要とされる耐表面損傷性を損なわ
ず、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、さらにこれに熱処理
を行い、パーライト組織中に炭化物を分散させた組織と
することにより、パーライト単相組織と比べて、分散さ
れた炭化物によるフェライト相の強化が図られ、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 the above observation results, as a method of improving wear resistance, the present inventors made the steel base structure pearlite, dispersed carbides in the pearlite structure, simultaneously secured the number thereof, A method for promoting the strengthening of the ferrite phase and improving the wear resistance without deteriorating the surface damage resistance required for the rail was studied. as a result,
By increasing the carbon content of the steel to a certain amount or more, and then performing a heat treatment on the steel to form a structure in which carbides are dispersed in the pearlite structure, the ferrite phase is strengthened by the dispersed carbides compared to the pearlite single phase structure. It was confirmed experimentally that the abrasion resistance was further improved.
【００１２】さらに、パーライト組織中に炭化物を分散
させた組織において、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
ることが可能な炭化物の生成状態を検討した。その結
果、パーライト組織のラメラ間隔、炭化物の形態、サイ
ズおよびその数をある一定範囲内に納めることにより、
スポーリング等の表面損傷が発生せず、耐摩耗性の向上
が図れることを見出した。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
コストで提供する目的でなされたものである。Further, in a structure in which carbides are dispersed in a pearlite structure, the state of formation of carbides capable of further improving the wear resistance and at the same time ensuring the surface damage resistance required as a rail steel. investigated. As a result, by placing the lamella spacing of the pearlite structure, the form, size and number of carbides within a certain range,
It has been found that surface damage such as spalling does not occur and wear resistance can be improved. That is, the present invention has been made for the purpose of providing a low-cost high-strength rail with improved wear resistance required for heavy-load railways.
【００１３】次に、本発明の限定理由について詳細に説
明する。まず、図１に本発明の球状化炭化物を含有する
パーライト組織の一例を模式的に示す。図１において、
白抜きで示した層状の部分はパーライト組織、白抜きで
示した島状の部分は本発明の限定範囲内の炭化物を示
す。斜線付きで示した島状の部分は本発明の限定範囲外
の炭化物である。Next, the reasons for limitation of the present invention will be described in detail. First, FIG. 1 schematically shows an example of a pearlite structure containing a spheroidized carbide of the present invention. In FIG.
The layered portions shown in white show a pearlite structure, and the island-like portions shown in white show carbides within the limited range of the present invention. The shaded islands are carbides outside the scope of the present invention.
【００１４】本発明レール鋼において、パーライト組織
のラメラ間隔は、図１に示すとおりフェライト相とセメ
ンタイト相の１対の厚さである。炭化物の長径および短
径は、図１に示すとおり炭化物の最大径と最短径であ
る。なお炭化物は、熱処理条件によっては、図１に示す
ようにパーライト組織のセメンタイト相上に生成する場
合がある。このような生成形態の場合、炭化物のサイズ
がパーライト組織中のセメンタイト相の厚さより大き
く、その生成が観察により明確に確認できる場合は、炭
化物の短径を粒径として取り扱う。In the rail steel of the present invention, the lamella spacing of the pearlite structure is a pair of thicknesses of a ferrite phase and a cementite phase as shown in FIG. The major axis and the minor axis of the carbide are the maximum diameter and the minimum diameter of the carbide as shown in FIG. Note that, depending on the heat treatment conditions, the carbide may be formed on the cementite phase having a pearlite structure as shown in FIG. In the case of such a formation form, when the size of the carbide is larger than the thickness of the cementite phase in the pearlite structure and its formation can be clearly confirmed by observation, the minor diameter of the carbide is treated as the particle size.
【００１５】（１）パーライト組織のラメラ間隔：はじ
めに、球状化炭化物を含有するパーライト組織中のパー
ライト組織のラメラ間隔を前記の請求範囲に限定した理
由について説明する。パーライト組織中に炭化物を分散
させた組織中のパーライト組織のラメラ間隔は、パーラ
イト組織中に炭化物を分散させた組織の耐摩耗性や耐表
面損傷性を決定する重要な要素である。パーライト組織
のラメラ間隔が４００ｎｍを超えると、耐摩耗性が低下
しレールの使用寿命を低下させることや、レールが車輪
との強い接触を受けた場合に塑性に対する抵抗性が低下
し、塑性変形起因の表面損傷性が発生しやすくなるた
め、パーライト組織のラメラ間隔を４００ｎｍ以下に限
定した。(1) Lamellar spacing of pearlite structure: First, the reason why the lamella spacing of pearlite structure in the pearlite structure containing spheroidized carbide is limited to the above-mentioned claims will be described. The lamella spacing of the pearlite structure in the structure in which the carbide is dispersed in the pearlite structure is an important factor that determines the wear resistance and surface damage resistance of the structure in which the carbide is dispersed in the pearlite structure. If the lamella spacing of the pearlite structure exceeds 400 nm, the wear resistance is reduced and the service life of the rail is reduced, and when the rail is subjected to strong contact with the wheels, the resistance to plasticity is reduced, resulting in plastic deformation. The surface lamella spacing of the pearlite structure was limited to 400 nm or less because the surface damage was likely to occur.
【００１６】（２）炭化物の形態、サイズおよび視野面
積内の個数：次に、球状化炭化物を含有するパーライト
組織中の炭化物の形態、サイズおよび視野面積内の個数
を限定した理由について説明する。球状化炭化物を含有
するパーライト組織中の炭化物の形態は、球状化炭化物
を含有するパーライト組織の耐表面損傷性を決定する重
要な要素である。球状化炭化物を含有するパーライト組
織のレールが車輪との接触により塑性変形を受けた場合
には、柔らかい生地フェライト組織と硬いセメンタイト
組織の変形量の違いにより、フェライト組織とセメンタ
イト組織の界面にボイドが発生する。この時に、炭化物
の長径と短径の比が２を超えると、界面のボイドからき
裂が発生し易くなり、フレーキング等の塑性変形起因の
表面損傷性が発生するため、炭化物の長径と短径の比を
２以下に限定した。(2) Form, size and number of carbides in the viewing area: Next, the reasons for limiting the form, size and number of carbides in the pearlite structure containing spheroidized carbide in the viewing area will be described. The form of the carbide in the pearlite structure containing the spheroidized carbide is an important factor that determines the surface damage resistance of the pearlite structure containing the spheroidized carbide. When the pearlite-structured rail containing spheroidized carbide undergoes plastic deformation due to contact with the wheel, voids are formed at the interface between the ferrite structure and the cementite structure due to the difference in the amount of deformation between the soft material ferrite structure and the hard cementite structure. appear. At this time, if the ratio of the major axis to the minor axis of the carbide exceeds 2, cracks are likely to be generated from voids at the interface, and surface damage due to plastic deformation such as flaking occurs. Was limited to 2 or less.
【００１７】球状化炭化物を含有するパーライト組織中
の炭化物のサイズは、球状化炭化物を含有するパーライ
ト組織の耐摩耗性や耐表面損傷性を決定する重要な要素
である。炭化物の長径と短径の平均値が６００ｎｍを超
えると、炭化物の粗大化によりパーライト組織の延性が
著しく低下し、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、炭化物の長径を６００ｎｍ
以下とした。また、炭化物の長径が５０ｎｍ未満になる
と、フェライト地を強化して耐摩耗性に寄与する炭化物
が、球状化炭化物を含有するパーライト組織中のフェラ
イト素地と一緒に摩耗により取り去られてしまい、耐摩
耗性が確保できなくなるため、炭化物の長径と短径の平
均値を５０ｎｍ以上とした。The size of the carbide in the pearlite structure containing the spheroidized carbide is an important factor that determines the wear resistance and surface damage resistance of the pearlite structure containing the spheroidized carbide. When the average value of the major axis and minor axis of the carbide exceeds 600 nm, the ductility of the pearlite structure is significantly reduced due to coarsening of the carbide, and a large amount of surface peeling damage such as spalling occurs on the rail head surface. 600 nm
It was as follows. Further, when the major axis of the carbide is less than 50 nm, the carbide that strengthens the ferrite ground and contributes to the wear resistance is removed by abrasion together with the ferrite base in the pearlite structure containing the spheroidized carbide. Since the abrasion cannot be ensured, the average value of the major axis and the minor axis of the carbide was set to 50 nm or more.
【００１８】球状化炭化物を含有するパーライト組織中
の炭化物（長径と短径の平均値が５０〜６００ｎｍのも
の）の数は、球状化炭化物を含有するパーライト組織の
耐摩耗性、耐表面損傷性を決定する重要な要素である。
長径と短径の比が２以下、長径と短径の平均値が５０〜
６００ｎｍの範囲である炭化物の数が、視野面積５０μ
ｍ2 の中で２００個を超えると、パーライト組織の延性
が著しく低下し、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、同時にレール自体の延性も低下する
ため、炭化物の数を２００個以下とした。また炭化物の
数が３０個未満になると、炭化物の量の減少により、炭
化物によるフェライト相への強化が不十分となり、耐摩
耗性が確保できないため、炭化物の数を３０個以上とし
た。The number of carbides (having an average of major axis and minor axis of 50 to 600 nm) in the pearlite structure containing the spheroidized carbide is determined by the abrasion resistance and surface damage resistance of the pearlite structure containing the spheroidized carbide. Is an important factor in determining
The ratio of major axis to minor axis is 2 or less, and the average value of major axis and minor axis is 50 to
The number of carbides in the range of 600 nm is
If it exceeds 200 in m 2 , the ductility of the pearlite structure is remarkably reduced, and surface damage such as spalling occurs on the rail head surface, and at the same time, the ductility of the rail itself is also reduced. Or less. Further, when the number of carbides is less than 30, the amount of carbides decreases, and the reinforcement of the ferrite phase by the carbides becomes insufficient, and the wear resistance cannot be ensured. Therefore, the number of carbides is set to 30 or more.
【００１９】なお、球状化炭化物を含有するパーライト
組織の耐摩耗性や耐表面損傷性を最も向上させ、同時に
レールに必要とされる延性を十分に確保するには、長径
と短径の比が２以下、長径と短径の平均値が５０〜６０
０ｎｍの範囲である炭化物の数は、視野面積５０μｍ2
中で４０〜６０個とすることがより望ましい。In order to maximize the wear resistance and surface damage resistance of the pearlite structure containing the spheroidized carbide and at the same time sufficiently secure the ductility required for the rail, the ratio of the major axis to the minor axis is required. 2 or less, average value of major axis and minor axis is 50 to 60
The number of carbides in the range of 0 nm is determined by viewing area 50 μm 2
More preferably, the number is 40 to 60.
【００２０】球状化炭化物を含有するパーライト組織の
ラメラ間隔、炭化物の形態、サイズおよびその数の測定
は、ナイタールおよびピクラールなど所定の腐食液で鋼
をエッチングし、これらを走査型電子顕微鏡または透過
型電子顕微鏡で観察し、各視野において、ラメラ間隔、
各炭化物の長径（最大径）および短径（最短径）を測定
し、炭化物の長径と短径の比および長径と短径の平均値
を求める。さらに長径と短径の比が２以下で、かつ長径
と短径の平均値が５０〜６００ｎｍの炭化物を選び出
し、視野面積５０μｍ2 中の生成数を求める。The lamella spacing of the pearlite structure containing the spheroidized carbide, the morphology, the size and the number of the carbides are measured by etching the steel with a predetermined corrosive solution such as nital and picral, and scanning the steel with a scanning electron microscope or a transmission type. Observed with an electron microscope, in each field of view, lamella spacing,
The major axis (maximum diameter) and the minor axis (shortest axis) of each carbide are measured, and the ratio of the major axis to the minor axis and the average of the major axis and the minor axis are determined. Further, a carbide having a ratio of the major axis to the minor axis of 2 or less and an average of the major axis and the minor axis of 50 to 600 nm is selected, and the generation number in a visual field area of 50 μm 2 is determined.
【００２１】また、パーライト組織のラメラ間隔、炭化
物の長径および短径の測定、長径と短径の比が２以下
で、かつ長径と短径の平均値が５０〜６００ｎｍの炭化
物数の算出については、観察する視野によってばらつき
が発生する。そこで平均的な値を得るには、各鋼におい
て最低限１０視野以上の観察を行い、その平均値を算出
することが望ましい。The lamellar spacing of the pearlite structure, the measurement of the major axis and minor axis of the carbide, and the calculation of the number of carbides having a major axis / minor axis ratio of 2 or less and an average of the major axis and minor axis of 50 to 600 nm are described below. Therefore, variations occur depending on the visual field to be observed. Therefore, in order to obtain an average value, it is desirable to observe at least 10 fields of view in each steel and calculate the average value.
【００２２】（３）球状化炭化物を含有するパーライト
組織の望ましい範囲：次に、前記球状化炭化物を含有す
るパーラ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、十分な寿命改善効果が得られないためであ
る。また、前記球状化炭化物が分散した組織を呈する範
囲が頭部コーナー部および頭頂部の表面を起点として深
さ３０ｍｍ以上であれば、寿命改善効果がさらに増し、
より望ましい。(3) Desirable range of pearlite structure containing spheroidized carbide: Next, the desired range exhibited by the pearlite structure containing the spheroidized carbide is defined by a depth starting from the surface of the head corner and the crown. The reason for limiting the range to 20 mm will be described. If the thickness is less than 20 mm, the abrasion resistance area required for the rail head is small, and a sufficient life improvement effect cannot be obtained. Further, if the range in which the spheroidized carbide exhibits a dispersed structure is 30 mm or more in depth from the surface of the head corner and the top of the head, the life improvement effect is further increased,
More desirable.
【００２３】ここで、図２に本発明の球状化炭化物を含
有する耐摩耗性に優れたパーライト系レールの頭部断面
表面位置での呼称及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。前記球状化炭
化物を含有するパーライト組織は、少なくとも図中の斜
線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。したがって、球状化炭化物を含有するパーライ
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、それ以外の部分は球状化
炭化物を含有するパーライト組織以外の組織であっても
よい。Here, FIG. 2 shows the designation of the pearlite-based rail containing the spheroidized carbide of the present invention and having excellent wear resistance at the surface of the head cross section and the region where 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. If the pearlite structure containing the spheroidized carbide is arranged at least in the oblique lines in the drawing, the service life of the rail can be improved. Therefore, the pearlite structure containing the spheroidized carbide is desirably arranged near the surface of the rail head where the wheel and the rail are mainly in contact, and the other portion is a structure other than the pearlite structure containing the spheroidized carbide. Is also good.
【００２４】なお、本発明レールの金属組織は、前記限
定のような球状化炭化物を含有するパーライト組織であ
ることが望ましが、その製造方法によっては、球状化炭
化物を含有するパーライト組織中にベイナイト組織、残
留オーステナイト組織が混入することがある。しかしこ
れらの組織がある程度混入しても、レールの耐摩耗性、
耐表面損傷性等には大きな影響を及ぼさないため、球状
化炭化物を含有する耐摩耗性に優れたパーライト系レー
ルの組織としては、若干のベイナイト組織、残留オース
テナイト組織の混在でもかまわない。The metal structure of the rail of the present invention is desirably a pearlite structure containing spheroidized carbide as described above, but depending on the production method, the pearlite structure containing spheroidized carbide may be included. A bainite structure and a retained austenite structure may be mixed. However, even if these structures are mixed to some extent, the wear resistance of the rail,
Since it does not significantly affect the surface damage resistance, etc., the structure of the pearlitic rail containing spheroidized carbide and having excellent wear resistance may be a mixture of a slight bainite structure and a residual austenite structure.
【００２５】（４）レール鋼の化学成分：次に、レール
の化学成分を前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、球状化炭化
物を含有するパーライト組織の炭化物密度を確保し、耐
摩耗性を向上させるための必須元素であるが、０．８５
％未満では、球状化炭化物を含有するパーライト組織中
の炭化物数が不十分で、前記限定範囲の炭化物数の下限
値を確保することが困難となる。これに伴い、フェライ
ト相への加工歪み量が低減し、炭化物の分解・固溶によ
るフェライト相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、球状化炭化物を含有
するパーライト組織中の炭化物数が著しく増加し、前記
限定範囲の炭化物数の上限値を確保することが困難とな
る。これに伴い、球状化炭化物を含有するパーライト組
織の延性低下が低下し、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。したがってＣ量を０．８５
〜２．００％に限定した。(4) Chemical composition of rail steel: Next, the reason why the chemical composition of the rail is limited to the above-described claims will be described. The component content is% by mass. C is an essential element for securing the carbide density of the pearlite structure containing the spheroidized carbide and improving the wear resistance.
%, The number of carbides in the pearlite structure containing the spheroidized carbide is insufficient, and it is difficult to secure the lower limit of the number of carbides in the above-mentioned limited range. Along with this, the amount of processing strain in the ferrite phase is reduced, the reinforcement of the ferrite phase by the decomposition and solid solution of carbide becomes insufficient, and the wear resistance is reduced. On the other hand, if it exceeds 2.00%, the number of carbides in the pearlite structure containing spheroidized carbides increases remarkably, and it becomes difficult to secure the upper limit of the number of carbides in the above-mentioned limited range. Along with this, the reduction in ductility of the pearlite structure containing the spheroidized carbide is reduced, and surface damage such as spalling occurs on the rail head surface. Therefore, the amount of C is 0.85
To 2.00%.
【００２６】また通常は、Ｓｉ、Ｍｎを以下の条件で含
有させる。Ｓｉは、脱酸材として必須の成分であり、固
溶強化によりフェライト相の硬さを高め、同時にパーラ
イト組織のラメラ間隔を微細化し、球状化炭化物を含有
するパーライト組織の強度（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、レールの延性や靭性が劣化す
ることや、レール熱間圧延時に表面疵が発生し易くなる
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 is an essential component as a deoxidizing material, and increases the hardness of the ferrite phase by solid solution strengthening, and at the same time, refines the lamella spacing of the pearlite structure, thereby increasing the strength (hardness) of the pearlite structure containing spheroidized carbide. Although it is an element to be secured, its effect cannot be expected if it is less than 0.10%. On the other hand, if it exceeds 2.00%, the ductility and toughness of the rail deteriorate, and surface flaws easily occur during hot rolling of the rail. Therefore, the Si content is limited to 0.10 to 2.00%.
【００２７】Ｍｎは、焼入れ性を高め、粗大な炭化物で
ある初析セメンタイト組織の生成を抑制し、さらにパー
ライト組織のラメラ間隔を微細化し、球状化炭化物を含
有するパーライト組織の延性と強度を確保し、同時にセ
メンタイト等の炭化物に固溶して、炭化物を強化する元
素であるが、０．１０％未満ではこれらの効果が少な
く、パーライト組織のラメラ間隔の粗大化、炭化物の粗
大化や強度低下により、球状化炭化物を含有するパーラ
イト組織の強度と延性が低下し、耐表面損傷性や耐摩耗
性を確保することが困難となる。また３．００％を超え
ると、パーライト組織中の炭化物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損傷が多く発生す
ることや、マルテンサイト組織などのレールの靱性に有
害な組織が生成し易くなるため、Ｍｎ量を０．２０〜
３．００％に限定した。Mn enhances the quenchability, suppresses the formation of the proeutectoid cementite structure as a coarse carbide, further refines the lamella spacing of the pearlite structure, and secures the ductility and strength of the pearlite structure containing spheroidized carbide. At the same time, it is an element that forms a solid solution with carbides such as cementite to strengthen the carbides. However, if it is less than 0.10%, these effects are small, and the lamella spacing of the pearlite structure is coarsened, the carbides are coarsened, and the strength is reduced. As a result, the strength and ductility of the pearlite structure containing the spheroidized carbide are reduced, and it becomes difficult to ensure surface damage resistance and wear resistance. When the content exceeds 3.00%, the carbide in the pearlite structure is excessively strengthened,
Since a lot of surface damage such as spalling occurs on the rail head surface and a structure harmful to the toughness of the rail such as a martensite structure is easily generated, the Mn content is set to 0.20 to 0.20.
It was limited to 3.00%.
【００２８】また、前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
種以上を添加する。 Ｃｒ：０．０５〜３．００％、 Ｍｏ：０．０１〜１．００％、 Ｖ ：０．０１〜０．５０％、 Ｎｂ：０．００２〜０．０５０％、 Ｂ ：０．０００１〜０．２０００％、 Ｃｕ：０．０５〜１．００％、 Ｎｉ：０．０５〜２．００％、 Ｔｉ：０．００５０〜０．０５００％、 Ｍｇ：０．００１０〜０．０１００％。For the purpose of preventing the deterioration of the material at the time of welding, the following elements may be used alone or in combination with one or more of the following elements for the purpose of preventing the deterioration of the material at the time of welding.
Add seed or more. Cr: 0.05 to 3.00%, Mo: 0.01 to 1.00%, V: 0.01 to 0.50%, Nb: 0.002 to 0.050%, B: 0.0001 to 0.2000%, Cu: 0.05 to 1.00%, Ni: 0.05 to 2.00%, Ti: 0.0050 to 0.0500%, Mg: 0.0010 to 0.0100%.
【００２９】ここで、Ｃｒは焼入れ性を高め、粗大な炭
化物である初析セメンタイト組織の生成を抑制し、さら
にパーライト組織のラメラ間隔を微細化し、球状化炭化
物を含有するパーライト組織の延性と強度を確保し、同
時にセメンタイト相に固溶して炭化物を強化する。Ｍｏ
は焼入れ性を高め、粗大な炭化物である初析セメンタイ
ト組織の生成を抑制し、さらにパーライト組織のラメラ
間隔を微細化し、球状化炭化物を含有するパーライト組
織の延性と強度を確保し、同時に独自の炭化物を形成
し、炭化物の球状化を促進させる。Ｖ，Ｎｂは独自の炭
化物を形成し、炭化物の球状化を促進させ、またレール
溶接熱時の熱影響部の軟化抵抗を高める。Ｂは鉄との化
合物を生成し、パーライト変態を促進し、同時に炭化物
の球状化を促進する。Ｃｕ，Ｎｉは、主に固溶強化によ
り生地フェライト相の硬さを高め、球状化炭化物を含有
するパーライト組織の強度（硬さ）を確保する。Ｔｉ，
Ｍｇ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。Here, Cr enhances hardenability, suppresses the formation of proeutectoid cementite structure, which is a coarse carbide, further refines the lamella spacing of the pearlite structure, and increases the ductility and strength of the pearlite structure containing spheroidized carbide. And at the same time strengthen the carbides by forming a solid solution in the cementite phase. Mo
Improves the hardenability, suppresses the formation of proeutectoid cementite structure which is a coarse carbide, further refines the lamella spacing of the pearlite structure, secures the ductility and strength of the pearlite structure containing spheroidized carbide, Forms carbides and promotes carbide spheroidization. V and Nb form unique carbides, promote spheroidization of the carbides, and increase the softening resistance of the heat-affected zone during rail welding heat. B forms a compound with iron and promotes pearlite transformation, and at the same time, promotes spheroidization of carbide. Cu and Ni increase the hardness of the dough ferrite phase mainly by solid solution strengthening, and secure the strength (hardness) of the pearlite structure containing spheroidized carbide. Ti,
The main purpose of adding Mg is to refine the structure of the heat-affected zone heated to the austenite region during rail welding heat and to prevent embrittlement of the weld joint.
【００３０】以下、添加元素の化学成分を前記特許請求
の範囲に限定した理由について説明する。Ｃｒは、Ｍｎ
と同様に焼入れ性を高め、粗大な炭化物である初析セメ
ンタイト組織の生成を抑制し、さらにパーライト組織の
ラメラ間隔を微細化し、球状化炭化物を含有するパーラ
イト組織の延性と強度を確保し、同時にセメンタイト等
の炭化物に固溶して、炭化物を強化する元素であるが、
０．０５％未満ではその効果が少なく、パーライト組織
のラメラ間隔の粗大化、炭化物の粗大化や強度低下によ
り、球状化炭化物を含有するパーライト組織の強度と延
性が低下し、耐表面損傷性や耐摩耗性を確保することが
困難となる。また３．００％を超えると、パーライト組
織中の炭化物の強化が過剰となり、レール頭表面にスポ
ーリング等の表面損傷が多く発生することや、マルテン
サイト組織などのレールの靱性に有害な組織が生成し易
くなるため、Ｃｒ量を０．０５〜３．００％に限定し
た。The reason why the chemical components of the additional elements are limited to the scope of the claims will be described below. Cr is Mn
In the same manner as above, the quenching property is enhanced, the formation of the proeutectoid cementite structure, which is a coarse carbide, is suppressed, the lamella spacing of the pearlite structure is further refined, and the ductility and strength of the pearlite structure containing spheroidized carbide are secured, and at the same time, It is an element that forms a solid solution in carbides such as cementite and strengthens carbides.
If the content is less than 0.05%, the effect is small, and the lamella spacing of the pearlite structure is coarsened, and the carbides are coarsened and the strength is reduced, whereby the strength and ductility of the pearlite structure containing the spheroidized carbide are reduced, and the surface damage resistance and It becomes difficult to secure wear resistance. If the content exceeds 3.00%, the carbide in the pearlite structure is excessively strengthened, and surface damage such as spalling occurs on the rail head surface, and a structure harmful to the toughness of the rail such as a martensite structure is formed. In order to facilitate the generation, the amount of Cr was limited to 0.05 to 3.00%.
【００３１】Ｍｏは、Ｃｒと同様に焼入れ性を高め、粗
大な炭化物である初析セメンタイト組織の生成を抑制
し、さらにパーライト組織のラメラ間隔を微細化し、球
状化炭化物を含有するパーライト組織の延性と強度を確
保し、同時に独自の炭化物を形成し、炭化物の強化と球
状化を促進させる元素であるが、０．０１％未満ではそ
の効果が十分でなく、パーライト組織のラメラ間隔の粗
大化、炭化物の粗大化や強度低下により、球状化炭化物
を含有するパーライト組織の強度と延性が低下し、耐表
面損傷性や耐摩耗性を確保することが困難となる。また
１．００％を超えると、Ｃｒと同様にパーライト組織中
の炭化物の強化が過剰となり、レール頭表面にスポーリ
ング等の表面損傷が多く発生することや、マルテンサイ
ト組織などのレールの靱性に有害な組織が生成し易くな
るため、Ｍｏ量を０．０１〜１．００％に限定した。Mo enhances the hardenability similarly to Cr, suppresses the formation of a proeutectoid cementite structure as a coarse carbide, further refines the lamella spacing of the pearlite structure, and increases the ductility of the pearlite structure containing spheroidized carbide. Is an element that forms a unique carbide and at the same time promotes the strengthening and spheroidization of the carbide, but if it is less than 0.01%, its effect is not sufficient, and the lamella spacing of the pearlite structure is coarsened, Due to the coarsening and reduction in strength of the carbide, the strength and ductility of the pearlite structure containing the spheroidized carbide are reduced, and it is difficult to ensure surface damage resistance and wear resistance. If it exceeds 1.00%, the carbide in the pearlite structure is excessively strengthened similarly to Cr, so that many surface damages such as spalling occur on the surface of the rail head and to the toughness of the rail such as martensite structure. The amount of Mo was limited to 0.01 to 1.00% because a harmful tissue was easily generated.
【００３２】Ｖは、独自の炭化物を形成し、炭化物の球
状化を促進させる元素である。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、炭化物の粗大化によりスポー
リング等の表面損傷が多く発生し、溶接熱影響部の軟化
が抑制できない。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。V is an element that forms a unique carbide and promotes spheroidization of the carbide. Further, in the heat-affected zone of rail welding, V carbide is generated during tempering and is an element that prevents softening by precipitation strengthening. However, if it is less than 0.01%, its effect cannot be expected sufficiently, and spalling due to coarsening of carbides. Etc., and the softening of the heat affected zone cannot be suppressed. Further, even if added in excess of 0.50%, no further effect can be expected and the cost of steel is increased, so the V amount is limited to 0.01 to 0.50%.
【００３３】Ｎｂは、Ｖと同様に独自の炭化物を形成
し、炭化物の球状化を促進させる元素である。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、熱処理後の炭
化物の粗大化によりスポーリング等の表面損傷が多く発
生し、溶接熱影響部の軟化が抑制できない。また０．０
５０％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０．００２〜０．０５０％に限定した。Nb is an element which forms a unique carbide similarly to V and promotes spheroidization of the carbide. In the heat-affected zone of rail welding, Nb carbide is formed during tempering and is an element that prevents softening due to precipitation strengthening. However, its effect cannot be expected to be less than 0.002%, and the effect of carbides after heat treatment is increased by coarsening. Many surface damages such as poling occur, and softening of the heat affected zone cannot be suppressed. 0.0
If an excessive addition exceeding 50% is performed, an intermetallic compound of Nb or a coarse precipitate is formed to lower the toughness, and no further effect can be expected, resulting in an increase in steel cost. The amount was limited to 0.002 to 0.050%.
【００３４】Ｂは、鉄炭ほう化物（Ｆｅ23（ＣＢ）6 ）
を生成し、パーライト変態を促進させ、同時に、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、パーライト変態とセメンタイト等の炭化物の球状
化を促進させる元素である。しかし０．０００１％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０．０００１〜０．２０
００％に限定した。B is iron boride (Fe 23 (CB) 6 )
Is an element that promotes pearlite transformation, and at the same time, an iron compound (Fe 2 B) acts as a nucleation site for cementite to promote pearlite transformation and spheroidization of carbides such as cementite. However, if the content is less than 0.0001%, the effect is weak, and if it is added more than 0.2000%, coarse iron borides are generated, and the ductility and toughness of the rail are deteriorated. 0.20
Limited to 00%.
【００３５】Ｃｕは、固溶強化によりフェライト相の硬
さを高め、球状化炭化物を含有するパーライト組織の延
性と強度を確保する元素であるが、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 which increases the hardness of the ferrite phase by solid solution strengthening and secures the ductility and strength of the pearlite structure containing spheroidized carbides.
% Is not expected, and if it exceeds 1.00%, red embrittlement occurs. Therefore, the Cu content is set to 0.05 to 1.00%.
Limited to.
【００３６】Ｎｉは、Ｃｕと同様、固溶強化によりフェ
ライト相の硬さを高め、球状化炭化物を含有するパーラ
イト組織の延性と強度を確保する元素である。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。Like Cu, Ni is an element that increases the hardness of the ferrite phase by solid solution strengthening and ensures the ductility and strength of the pearlite structure containing spheroidized carbide. Furthermore, in the weld heat affected zone, an intermetallic compound of Ni 3 Ti is finely precipitated in combination with Ti and is an element that suppresses softening by precipitation strengthening. Even if the addition exceeds 2.00%, the effect is saturated.
%.
【００３７】Ｔｉは、析出したＴｉ炭化物、Ｔｉ窒化物
が高温度域まで溶解しないことを利用して、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。また溶接熱影響部においては、Ｔｉ炭化物
を生成し、さらにＮｉ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。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。Titanium refines the structure of the heat-affected zone, which is heated to the austenitic zone during rail welding heat, by utilizing the fact that the precipitated Ti carbide and Ti nitride do not melt up to the high temperature range, It is an effective component for preventing embrittlement. In the weld heat affected zone, Ti carbide is generated, and an intermetallic compound of Ni 3 Ti is finely precipitated in combination with Ni to suppress softening by precipitation strengthening. However, if the content is less than 0.0050%, the effect is small, and if the content exceeds 0.0500%, coarse Ti carbides and Ti nitrides are generated, which becomes a starting point of fatigue damage during use of the rail and cause cracks. Therefore, the Ti amount is 0.0
It was limited to 0.050 to 0.050%.
【００３８】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、０．０１００
％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０．００１
０〜０．０１００％に限定した。Mg combines with O, S, Al, etc. to form a fine oxide, refines the structure of the heat-affected zone heated to the austenite region during rail welding heat, and embrittles the weld joint. It is an effective ingredient for preventing However, at less than 0.0010%, the effect is weak, and 0.0100%
%, Mg coarse oxides are formed to degrade rail ductility and toughness.
Limited to 0-0.0100%.
【００３９】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加熱されたレールの頭部を放
冷または加速冷却を施し、前組織をマルテンサイト組
織、パーライト組織、ベイナイト組織、および初析セメ
ンタイト組織、またはその混合組織とし、これをＡ1 点
直下およびＡ1 点以上の温度に再加熱し、その後、加速
冷却を行うことにより、レール頭部に、パーライト組織
のラメラ間隔が４００ｎｍ以下で、かつ長径と短径の比
が２以下、長径と短径の平均値５０〜６００ｎｍの範囲
である炭化物の数が、視野面積５０μｍ2 中で３０個以
上、２００個以下である球状化炭化物を含有するパーラ
イト組織を安定的に生成させることが可能となる。な
お、熱処理をする前組織は、前記のように特に限定する
ものではないが、熱処理後の組織において炭化物を微細
に分散させるためには、前組織はセメンタイト（炭化
物）の厚さが微細なパーライト組織であることが望まし
い。The rail steel having the above-described composition is melted in a commonly used melting furnace such as a converter or an electric furnace, and the molten steel is formed by ingot casting / bulking method or continuous casting method.
Further, it is manufactured as a rail through hot rolling. next,
This hot-rolled rail holding high-temperature heat, or the head of the rail heated to a high temperature for the purpose of heat treatment, is subjected to cooling or accelerated cooling, and the pre-structure is martensite structure, pearlite structure, bainite structure, And a proeutectoid cementite structure or a mixed structure thereof, reheat this to a temperature immediately below the A1 point and a temperature higher than the A1 point, and then perform accelerated cooling, so that the lamella spacing of the pearlite structure is 400 nm or less on the rail head. And the ratio of the major axis to the minor axis is 2 or less, and the number of carbides having an average of the major axis and the minor axis in the range of 50 to 600 nm is 30 or more and 200 or less in the visual field area of 50 μm 2. Can be stably generated. The structure before the heat treatment is not particularly limited as described above, but in order to finely disperse carbide in the structure after the heat treatment, the prestructure is made of pearlite having a fine cementite (carbide) thickness. An organization is desirable.
【００４０】[0040]
【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、ミクロ組織、および炭
化物の長径と短径の平均値範囲、炭化物の長径と短径の
比の範囲、視野面積５０μｍ2 断面内に存在する短径の
比が２以下、平均粒界が５０〜６００ｎｍである炭化物
の数を示す。なお各レール鋼は、表示した成分以外にＦ
ｅおよび不可避的不純物を含有する。さらに表１には、
図３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４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, microstructure and average value range of the major axis and minor axis of the carbide, the range of the ratio of major axis to minor axis of the carbide, and the ratio of minor axis existing in the cross-section of the visual field of 50 μm 2 in Table 1 of the present invention. Indicates the number of carbides having an average grain boundary of 50 to 600 nm. In addition, each rail steel has F
e and unavoidable impurities. Table 1 also shows
The results of evaluating the wear characteristics of the rail steel of the present invention using the Nishihara type abrasion tester shown in FIG. 3 and the results of a water lubricated rolling fatigue test using a disk test piece obtained by reducing the shape of the rail and wheel shown in FIG. Also described.
【００４１】また表２に、比較レール鋼の化学成分、ミ
クロ組織、および炭化物の長径と短径の平均値範囲、炭
化物の長径と短径の比の範囲、視野面積５０μｍ2 の断
面内に存在する短径の比が２以下、平均粒界が５０〜６
００ｎｍである炭化物の数を示す。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３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４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。Table 2 shows the chemical composition of the comparative rail steel, the microstructure, the average value range of the major axis and minor axis of the carbide, the range of the ratio of the major axis to minor axis of the carbide, and the existence in the cross section of the visual field area of 50 μm 2. And the average grain boundary is 50-6.
Shows the number of carbides that are 00 nm. Each rail steel is
Fe and unavoidable impurities are contained in addition to the indicated components. 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. 3, and the water lubrication by a disk test piece obtained by reducing the rail and wheel shapes shown in FIG. The surface damage generation life of the rolling fatigue damage test is shown.
【００４２】さらに、図５に本発明レール鋼：符号Ｆ、
図６に本発明レール鋼：符号Ｉの１００００倍のミクロ
組織において、炭化物の生成状態の一例を示す模式図を
示す。図５、６は本発明レール鋼を５％ナイタール液で
腐食し、走査型電子顕微鏡により観察したものであり、
図中の白い粒状および塊状の部分が球状化炭化物を含有
する組織中の炭化物であり、白い層状の部分はパーライ
ト組織である。また斜線部は本発明の限定外の炭化物で
ある。FIG. 5 shows the rail steel of the present invention: symbol F,
FIG. 6 is a schematic diagram showing an example of the state of carbide formation in the rail steel of the present invention: a microstructure of 10,000 times the symbol I. FIGS. 5 and 6 show the results of corroding the rail steel of the present invention with a 5% nital solution and observing it with a scanning electron microscope.
The white granular and massive portions in the figure are carbides in the structure containing the spheroidized carbide, and the white layered portions are the pearlite structure. The shaded portions are carbides not limited in the present invention.
【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：成分範囲が本発明の限定範囲内であり、
球状化炭化物を含有するパーライト組織を呈し、球状化
炭化物を含有するパーライト組織の任意断面内に含まれ
る炭化物において、視野面積５０μｍ2 の断面内に存在
する、長径と短径の比が２以下、平均粒界が５０〜６０
０ｎｍである炭化物の数が３０〜１００個であるレール
鋼。 ・比較レール鋼（１０本） 符号 Ｍ〜Ｏ：共析炭素含有鋼によるパーライト組織を
呈した現行のレール鋼。 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〜Ｖ：成分範囲が本発明の限定範囲内である
が、任意断面内に含まれる 視野面積５０μｍ2 の断面内に存在する炭化物におい
て、炭化物のサイズ、形態およびその数が本発明の限定
範囲外であるレール。The configuration of the rail is as follows. -Rail steel of the present invention (12) Symbols A to L: Component range is within the limited range of the present invention,
Presenting a pearlite structure containing a spheroidized carbide, in a carbide contained in an arbitrary cross section of the pearlite structure containing a spheroidized carbide, present in a cross section of a visual field area of 50 μm 2 , the ratio of the major axis to the minor axis is 2 or less, Average grain boundary is 50-60
A rail steel in which the number of carbides of 0 nm is 30 to 100. -Comparative rail steel (10 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 S to V: The component range is within the limitation range of the present invention, but in the carbide present in a cross section having a visual field area of 50 μm 2 included in an arbitrary cross section, the size, form and number of the carbide are limited by the present invention. Rails that are out of range.
【００４４】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：１００Ｎｌ／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: 8 mm)-Test load: 686 N-Slip ratio: 20%-Partner 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
【００４５】 ［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)-Rotation speed: Drying (0 to 5000 times): 100 rpm Drying + water lubrication (5000 times-): 300 rpm・ Repeat count: 0 to 5000 times in a dry state, then 2 million times by water lubrication or until damage occurs
【００４６】表１に示すように、球状化炭化物を含有す
るパーライト組織中の炭化物のサイズ、形態およびその
数を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
した。また本発明レール鋼は、化学成分を限定範囲内に
収めることにより、炭化物のサイズ、形態およびその数
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た。さらに本発明レール鋼は、炭化
物のサイズ、形態およびその数を制御することにより、
比較レール鋼（符号：Ｓ〜Ｖ）と比べて、耐摩耗性や耐
表面損傷性が大きく向上した。As shown in Table 1, the rail steels of the present invention in which the size, form and number of carbides in the pearlite structure containing spheroidized carbides were controlled (symbols: A to L) exhibited a pearlite structure. Rail steel (active rail, code:
M to O), the wear amount was smaller, and the wear resistance was greatly improved. In addition, the rail steel of the present invention makes it possible to secure the size, form and number of carbides by keeping the chemical composition within the limited range.
To R), it was possible to prevent the reduction in wear resistance and the occurrence of surface damage. Furthermore, by controlling the size, form and number of carbides, the rail steel of the present invention
Compared with the comparative rail steel (symbols: S to V), wear resistance and surface damage resistance were greatly improved.
【００４７】[0047]
【表１】 [Table 1]
【００４８】[0048]
【表２】 [Table 2]
【００４９】[0049]
【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】球状化炭化物を含有するパーライト組織におい
て、パーライトラメラと炭化物の生成状態の一例を示す
模式図。FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of a pearlite lamellar and carbide formation state in a pearlite structure containing a spheroidized carbide.
【図２】レール頭部断面表面位置の呼称を表示した図。FIG. 2 is a diagram showing names of cross-sectional surface positions of rail heads.
【図３】西原式摩耗試験機の概略図。FIG. 3 is a schematic view of a Nishihara type abrasion tester.
【図４】ころがり疲労損傷試験機の概略図。FIG. 4 is a schematic diagram of a rolling fatigue damage tester.
【図５】本発明レール鋼の球状化炭化物を含有するパー
ライト組織において、パーライトラメラと炭化物の生成
状態の一例を示す模式図（符号：Ｆ）。FIG. 5 is a schematic diagram (symbol: F) showing an example of a state of generation of pearlite lamella and carbide in a pearlite structure containing spheroidized carbide of the rail steel of the present invention.
【図６】本発明レール鋼の球状化炭化物を含有するパー
ライト組織において、パーライトラメラと炭化物の生成
状態の一例を示す模式図（符号：Ｉ）。FIG. 6 is a schematic diagram (symbol: I) showing an example of a state of pearlite lamella and carbide formation in a pearlite structure containing spheroidized carbide of the rail steel of the present invention.
【符号の説明】 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[Explanation of Signs] 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 内野 耕一 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 (72)発明者 平上 大輔 富津市新富20−１ 新日本製鐵株式会社技 術開発本部内Continuing from the front page (72) Inventor Koichi Uchino 1-1 Hiba-cho, Tobata-ku, Kitakyushu-shi Nippon Steel Corporation Yawata Works (72) Inventor Daisuke Hiragami 20-1 Shintomi, Futtsu-shi Nippon Steel Corporation Technology Development Division
Claims (9)
の比が２以下の球状化炭化物を含有するパーライト組織
を呈し、前記パーライト組織の任意断面において、パー
ライト組織のラメラ間隔が４００ｎｍ以下で、かつ、長
径と短径の平均値が５０〜６００ｎｍの範囲である球状
化炭化物の数が、視野面積５０μｍ2 中で３０個以上、
２００個以下であることを特徴とする球状化炭化物を含
有する耐摩耗性に優れたパーライト系レール。1. A pearlite structure containing, by mass%, C: 0.85 to 2.00% and at least a part of a rail head containing a spheroidized carbide having a ratio of major axis to minor axis of 2 or less. In any cross section of the pearlite structure, the number of spheroidized carbides whose lamella spacing of the pearlite structure is 400 nm or less, and whose average value of the major axis and the minor axis is in the range of 50 to 600 nm, has a visual field area of 50 μm 2 . More than 30
A pearlitic rail containing spheroidized carbide and having excellent wear resistance, wherein the number is 200 or less.
ール頭部の少なくとも一部が、長径と短径の比が２以下
の球状化炭化物を含有するパーライト組織を呈し、前記
パーライト組織の任意断面において、パーライト組織の
ラメラ間隔が４００ｎｍ以下で、かつ、長径と短径の平
均値が５０〜６００ｎｍの範囲である球状化炭化物の数
が、視野面積５０μｍ2 中で３０個以上、２００個以下
であることを特徴とする球状化炭化物を含有する耐摩耗
性に優れたパーライト系レール。2. The composition contains, by mass%, C: 0.85 to 2.00%, Si: 0.10 to 2.00%, and Mn: 0.10 to 3.00%, with the balance being Fe and unavoidable. Consisting of impurities, at least a part of the rail head has a pearlite structure containing a spheroidized carbide having a ratio of major axis to minor axis of 2 or less, and in any cross section of the pearlite structure, the lamella spacing of the pearlite structure is 400 nm or less. And, the number of spheroidized carbides whose average value of the major axis and the minor axis is in the range of 50 to 600 nm is 30 or more in the visual field area of 50 μm 2 , and the spheroidized carbide is characterized by being 200 or less. A pearlitic rail with excellent wear resistance.
化物を含有する耐摩耗性に優れたパーライト系レール。3. The pearlitic rail containing spheroidized carbide and having excellent wear resistance according to claim 2, further comprising Cr: 0.05 to 3.00% by mass. .
状化炭化物を含有する耐摩耗性に優れたパーライト系レ
ール。4. The pearlite containing spheroidized carbide according to claim 2 and having excellent abrasion resistance, further comprising: Mo: 0.01 to 1.00% by mass. System rail.
ないし４のいずれか１項に記載の球状化炭化物を含有す
る耐摩耗性に優れたパーライト系レール。5. The composition according to claim 2, further comprising one or more of V: 0.01 to 0.50% and Nb: 0.002 to 0.050% by mass%.
5. A pearlitic rail containing the spheroidized carbide according to any one of the above items 4 to 4 and having excellent wear resistance.
か１項に記載の球状化炭化物を含有する耐摩耗性に優れ
たパーライト系レール。6. Abrasion resistance containing a spheroidized carbide according to claim 2, further comprising B: 0.0001 to 0.2000% by mass%. A perlite rail with excellent properties.
ないし６のいずれか１項に記載の球状化炭化物を含有す
る耐摩耗性に優れたパーライト系レール。7. The composition according to claim 2, further comprising one or more of Cu: 0.05 to 1.00% and Ni: 0.05 to 2.00% by mass%.
7. A pearlitic rail comprising the spheroidized carbide according to any one of the above items 6 to 6 and having excellent wear resistance.
ないし７のいずれか１項に記載の球状化炭化物を含有す
る耐摩耗性に優れたパーライト系レール。8. The composition according to claim 2, further comprising one or two of Ti: 0.0050 to 0.0500% and Mg: 0.0010 to 0.0100% by mass%.
8. A pearlitic rail containing the spheroidized carbide according to any one of the above items 7 to 7 and having excellent wear resistance.
表面を起点として少なくとも深さ２０ｍｍの範囲が、球
状化炭化物を含有するパーライト組織を呈することを特
徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の球状
化炭化物を含有する耐摩耗性に優れたパーライト系レー
ル。9. The pearlite structure containing a spheroidized carbide at least in a range of a depth of 20 mm starting from surfaces of a corner portion and a crown portion of a rail head. A pearlitic rail containing the spheroidized carbide according to claim 1 and having excellent wear resistance.
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