JP2002256392A

JP2002256392A - 耐摩耗性に優れたレール

Info

Publication number: JP2002256392A
Application number: JP2001053820A
Authority: JP
Inventors: Masaharu Ueda; 正治上田; Koichi Uchino; 耕一内野
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2001-02-28
Filing date: 2001-02-28
Publication date: 2002-09-11

Abstract

(57)【要約】【課題】レール鋼の摩耗面の基地フェライト中の平均
炭素濃度をある一定値以下に制御し、さらにレール鋼の
炭素量を増加させることにより、基地フェライトの固溶
強化を促進させ、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、基地フェライト中
にセメンタイトもしくは炭化物を含む混合組織を呈し、
かつ、前記基地フェライト中の任意断面における平均炭
素濃度が０．３〜１．５原子％の範囲であることを特徴
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５４−２５４９
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℃/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）。

【０００４】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。

【０００５】

【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。

【０００６】また本発明者らは、実軌道で使用されてい
るレールの摩耗特性を調査した。その結果、従来、レー
ル頭部の耐摩耗性は敷設前のレールの硬さとの良い相関
があったが、上記のような敷設環境の非常に厳しい軌道
においては、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に
より摩耗が促進し、耐摩耗性が低下することが明らかと
なった。

【０００７】そこで、敷設環境の非常に厳しい軌道にお
いて、レール鋼の摩耗特性を決定付けている支配因子を
明らかにし、レールの耐摩耗性をより一層向上させるこ
とが新たな技術的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。

【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、基地フェライト中にセメン
タイトもしくは炭化物を含む混合組織を呈し、かつ、前
記基地フェライト中の任意断面における平均炭素濃度が
０．３〜１．５原子％の範囲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：０．００２
〜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。

【０００９】

【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、レール鋼の耐摩耗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
量が少ない状態（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良い相関
が認められるが、レールの使用寿命を決定づけている摩
耗量がさらに増加した状態では、敷設前のレール頭部の
硬さとの相関が非常に少なくなることを確認した。

【００１０】次に本発明者らは、レール鋼の耐摩耗性を
支配している因子を明らかにするため、まず上記のよう
な実軌道で長期間使用され、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組織形態は全く存在せず、基
地フェライト中に微細に破砕された硬質なセメンタイト
や炭化物を含む混合組織となっていることを確認した。

【００１１】さらに本発明者らは、摩耗面の微視組織の
内部構造についてさらに詳細な観察および分析を行っ
た。その結果この組織では、微細に破砕されたセメンタ
イトや炭化物が車輪から受ける強い歪みにより分解し、
セメンタイトや炭化物から分解した炭素が、基地フェラ
イト中に過飽和に固溶していることが明らかとなった。

【００１２】次に本発明者らは、基地フェライト中に固
溶している炭素濃度とレールの摩耗量の関係について調
査した。その結果、基地フェライト中に固溶している炭
素濃度とレールの摩耗量には直線的な相関があり、摩耗
量が少ないレールでは、基地フェライト中に固溶してい
る炭素濃度が高く、レールの耐摩耗性は、摩耗面の基地
フェライト中に固溶している炭素濃度の増加により向上
することを知見した。

【００１３】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基地フェライト中
に固溶する炭素濃度の適正範囲を確認した。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、ある一定範囲の炭素濃度が必要であり、摩耗
面の基地フェライト中に固溶する平均的な炭素濃度がこ
の範囲内であれば、耐摩耗性が著しく向上することを知
見した。

【００１４】次に本発明者らは、レール頭部の摩耗面の
基地フェライト中に固溶する炭素濃度を決定している因
子を解析した。その結果、摩耗面の基地フェライト中に
固溶する炭素濃度は、敷設する前のレール組織中の炭化
物やセメンタイトの密度、すなわち、レール鋼の炭素量
と良い相関があり、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基地フェライト中に固溶する炭素
濃度が増加し、より一層耐摩耗性が向上することを見出
した。

【００１５】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基地フェライト中に固溶する炭素濃
度がある一定範囲内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させることによ
り、摩耗面の基地フェライト中に固溶する炭素濃度が増
加し、より一層耐摩耗性が向上することを知見した。

【００１６】次に、本発明の限定理由について詳細に説
明する。（１）摩耗面における基地フェライト中に固溶する炭素
濃度測定時のレール頭部表面の摩耗量の規定：まず、摩
耗面における基地フェライト中に固溶する炭素濃度測定
時の、レール頭部表面の摩耗量を１ｍｍ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１
ｍｍ未満では初期摩耗の状態であり、摩耗面でのセメン
タイトや炭化物の分解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ている摩耗面での基地フ
ェライト中に固溶する炭素濃度を測定できないからであ
る。

【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。本願請求項において、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。

【００１８】（２）摩耗面の基地フェライト中に固溶す
る平均炭素濃度の規定：次に、摩耗面の基地フェライト
中に固溶する平均炭素濃度を０．３〜１．５原子％の範
囲に限定した理由について説明する。摩耗面の基地フェ
ライト中に固溶する平均炭素濃度が０．３原子％未満に
なると、固溶炭素によるころがり面の強化が不足し、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。また、摩耗面の基地フェライト中に固溶する平均炭
素濃度が１．５原子％を超えると、固溶炭素によるころ
がり面の強化が過剰となり、ころがり面での塑性変形領
域での延性が低下し、スポーリングなどの表面損傷が発
生しやすくなり、レールの使用寿命が低下するため、摩
耗面の基地フェライト中に固溶する平均炭素濃度を０．
３〜１．５原子％の範囲に限定した。

【００１９】なお、レール頭部の耐摩耗性と耐表面損傷
性を確実に両立させる観点からは、基地フェライト中に
固溶する平均炭素濃度は０．５〜１．０原子％の範囲に
することが望ましい。また、レール頭部の摩耗面の基地
フェライト中に固溶する平均炭素濃度を限定している部
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。

【００２０】摩耗面の基地フェライト中に固溶する炭素
濃度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１００μ
ｍの範囲から薄膜を採取し、アトムプローブ電界イオン
顕微鏡を用いれば、簡単に且つ正確に測定することがで
きる。本発明において、フェライト中の炭素濃度（Ｘ
％）は、アトムプローブ電界イオン顕微鏡による分析か
ら、炭素の検出イオン数（Ｂ）を、全検出イオン数
（Ａ）で除した（Ｂ／Ａ×１００）値を用いた。

【００２１】なお、ころがり面では基地組織のフェライ
トと炭化物が複雑に混合した微細な組織状態となってい
るため、基地フェライトの部分を正確に選択して、基地
フェライトの炭素量を正確に分析するのは困難である
が、ＴＥＭやＳＥＭ等を用いてフェライトの部分を正確
に捕らえて分析することが望ましい。なお、誤って炭化
物自体を分析した場合は、分析値の炭素濃度が基地フェ
ライトの部分比べて非常に高くなるため、分析位置が的
確に選択されているかの判断は容易にできる。

【００２２】また上記方法では、ころがり面直下におい
て、限られた領域での基地フェライト中に固溶する炭素
濃度の測定を行うため、測定値に大きなばらつきが発生
しやすい。そこで正確に炭素濃度の測定を行うには、上
記範囲の中でころがり面になるべく近い部位を１０点以
上測定し、その平均的な値を代表値とすることが望まし
い。

【００２３】さらに、基地フェライト中には破砕された
セメンタイトや炭化物が存在している。基地フェライト
中に固溶する炭素濃度測定においてこれらの影響を無く
すため、ＴＥＭ等の暗視野像を用いて、基地フェライト
とセメンタイトや炭化物の存在状態を確認した上で炭素
濃度の測定を行うことが望ましい。

【００２４】（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０．８５
％以下では、金属組織中の炭化物やセメンタイトの密度
の確保が困難となり、摩耗面の基地フェライト中に十分
な炭素を固溶させることが困難となり、固溶炭素による
ころがり面の強化が不足し、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。

【００２５】また、上記の成分組成で製造されるレール
は、摩耗面での基地フェライトの強化、炭化物やセメン
タイトの生成促進による固溶炭素量の増加、溶接部熱影
響部の軟化や脆化を防止を図る目的で、Ｓｉ，Ｍｎ，Ｃ
ｒ，Ｍｏ，Ｖ，Ｎｂ，Ｂ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｔｉ，Ｍ
ｇ，Ｃａの元素を必要に応じて添加する。

【００２６】ここで、Ｓｉ，Ｍｎは、摩耗面での基地フ
ェライトの強度を確保し、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
を強化し、さらに炭化物やセメンタイトの生成を促進さ
せ、摩耗面での固溶炭素量の増加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、摩耗面での
固溶炭素量の増加により耐摩耗性の向上を図る。また炭
化物の析出効果により、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。

【００２７】また、Ｂは、鉄炭ほう化物を生成し、炭化
物やセメンタイトの生成を促進させ、摩耗面での固溶炭
素量の増加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。

【００２８】それらの成分の個々について、以下に詳細
に説明する。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の硬さを高め、炭化
物やセメンタイト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。

【００２９】Ｍｎは、鋼の焼入れ性を確保し、基地フェ
ライトの硬さを高め、炭化物やセメンタイトが分散した
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てセメンタイトを強化する
元素であるが、０．１０％未満では基地組織の強化とし
ては不十分であり、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、Ｍｎがセメンタイトに過剰に固溶し、セメン
タイトの強化が過剰となり、延性の低下によりレール頭
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。

【００３０】Ｃｒは、焼入れ性を高め、基地フェライト
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元素
であるが、０．０５％未満では炭化物密度の増加が図れ
ず、固溶炭素の増加も少なく、耐摩耗性の向上が期待で
きない。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、延性の低
下によ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。

【００３１】Ｍｏは、Ｃｒと同様に焼入れ性を高め、基
地フェライトを強化し、さらに独自の炭化物を形成し、
炭化物密度の増加により、摩耗面の基地フェライト中に
固溶する炭素量を増加させる元素であるが、０．０１％
未満では炭化物密度の増加が図れず、固溶炭素の増加も
少なく、耐摩耗性の向上が期待できない。また１．００
％を超えると炭化物密度が上昇し、延性の低下によりレ
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、Ｍｏ量を０．０１〜１．００％に限定した。

【００３２】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固溶炭素量の増加を図る元素であ
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、
固溶炭素量の増加による耐摩耗性の向上が少なく、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。

【００３３】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固溶炭素量の増加
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、固溶炭素量の増加による耐摩耗性の向上が
少なく、溶接熱影響部の軟化も抑制できない。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０．００２〜０．０５０％に限定した。

【００３４】Ｂは、Ｂの鉄炭化合物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基地フェライト中
に固溶する炭素量を増加させる元素である。しかし、
０．０００１％未満ではその効果は弱く、また０．２０
００％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。

【００３５】Ｃｏは、固溶強化により基地フェライトの
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２．００％
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。

【００３６】Ｃｕは、Ｃｏと同様に固溶強化により基地
フェライトの硬さを高め、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、Ｃ
ｕ量を０．０５〜１．００％に限定した。

【００３７】Ｎｉは、Ｃｕと同様に固溶強化により基地
フェライトの硬さを高め、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Ｎ
ｉ₃Ｔｉ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。

【００３８】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Ｔ
ｉ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．
００５０〜０．０５０％に限定した。

【００３９】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。

【００４０】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。

【００４１】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。

【００４２】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
耗面の基地フェライト中に十分な炭素を固溶させ、基地
組織の十分な強化を図るため、炭化物密度の高い、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。

【００４３】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、本発明
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。

【００４４】

【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２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、
試験後摩耗面の基地フェライト中の平均炭素濃度につい
て示す。また、表２に比較レール鋼の化学成分、図２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、試験後摩耗面の基地フェライト中の平均
炭素濃度について示す。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。

【００４５】図２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。図３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における最大摩耗量と試験後摩
耗面の基地フェライト中の平均炭素濃度の関係を示した
ものである。

【００４６】なお、試験に用いた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
させた摩耗面の基地フェライト中の平均炭素濃度が０．
３〜１．５原子％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）。

【００４７】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。

【００４８】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基
地フェライト中の平均炭素濃度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３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。

【００４９】

【表１】

【００５０】

【表２】

【００５１】

【発明の効果】以上に示したように、レール鋼の摩耗面
の基地フェライト中の平均炭素濃度をある一定値以下に
制御し、さらに、レール鋼の炭素量を増加させることに
より、基地フェライトの固溶強化を促進させ、耐摩耗性
の向上を図り、レールの高寿命化を達成することができ
るので、産業上の効果は大きい。

【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
基地フェライト中の平均炭素濃度の測定位置を示した
図。

【図２】ころがり摩耗疲労損傷試験機の概略図。

【図３】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における、最大摩耗量
と試験後摩耗面の基地フェライト中の平均炭素濃度の関
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

【特許請求の範囲】

【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、基地フェライト中
にセメンタイトもしくは炭化物を含む混合組織を呈し、
かつ、前記基地フェライト中の任意断面における平均炭
素濃度が０．３〜１．５原子％の範囲であることを特徴
とする耐摩耗性に優れたレール。
【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、基地フェライト中にセ
メンタイトもしくは炭化物を含む混合組織を呈し、か
つ、前記基地フェライト中の任意断面における平均炭素
濃度が０．３〜１．５原子％の範囲であることを特徴と
する耐摩耗性に優れたレール。
【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、基地フェライト中に
セメンタイトもしくは炭化物を含む混合組織を呈し、か
つ前記基地フェライト中の任意断面における平均炭素濃
度が０．３〜１．５原子％の範囲であることを特徴とす
る耐摩耗性に優れたレール。
【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２
ないし３のいずれか１項に記載の耐摩耗性に優れたレー
ル。
【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２
ないし４のいずれか１項に記載の耐摩耗性に優れたレー
ル。
【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２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。
【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２
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。
【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２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。
【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２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。