JP2002327244A - 靭性および延性に優れた高強度パーライト系レール及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 寒冷地用の高靭性・高延性の高強度パーライ
ト系レールを提供する。 【解決手段】 質量％で、Ｃ：０．５５〜１．２％、Ｓ
ｉ：０．１〜１．２％、Ｍｎ：０．１〜１．５％、Ｓ：
０．００２〜０．０３５％、Ｍｇ：０．０００４〜０．
０２％、Ｏ：０．００１以下含有し、或いは更にＡｌ，
Ｔｉ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｍｏ，Ｎｂ，Ｖ，Ｂの１種又
は２種以上を所定量含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純
物からなりなり、少なくともレール頭部が面積率で９０
％以上のパーライト組織からなり、前記パーライト組織
中の任意断面において直径が０．０１〜１０μｍのＭｇ
酸化物若しくはＭｇ硫化物又はこれらの複合析出物が１
ｍｍ ² 中に５００〜１００，０００個存在し、前記Ｍｇ
酸化物の直径（円相当径）の平均値が２μｍ以下である
ことを特徴とする靭性及び延性に優れた高強度パーライ
ト系レール。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レール鋼のパーラ
イト組織を微細化して靭性および延性の向上を図った高
強度レールおよびその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】現在、鉄道輸送は輸送効率向上のための
重積載化、輸送迅速化のための高速化が進められてお
り、レールの特性に対する要求が厳しくなっている。重
荷重鉄道では急曲線区間の耐磨耗性、耐頭部内部疲労損
傷性がより要求され、高速鉄道では主に直線区間の頭部
表面損傷によるレール取替割合の増加が問題となってい
る。これらに加えて、寒冷地の鉄道では冬季にレールク
ラック発生によるレール取替が集中しており、レール材
の靭性改善がレール寿命の延伸に必要な課題になってい
る。

【０００３】輸送効率向上のための重積載化はレール頭
部の磨耗を促進し、また疲労損傷の増加によりレール寿
命が短くなってきている。この重荷重鉄道でのレール短
寿命化を改善するために、耐磨耗性の優れた高強度レー
ル鋼の技術開発が活発に行われてきた。その結果、曲線
区間ではほぼ高強度レールが使用されるようになった。

【０００４】一方、レール鋼の耐磨耗性の向上と共に、
本来磨耗によって削り取られるべき疲労ダメージ層がレ
ール頭表面や車輪フランジ付け根部が押し付けられるゲ
ージ・コーナー（ＧＣ）表面に残存し、表面損傷生成が
認められるようになってきた。さらにレール鋼の耐磨耗
性の向上は、車輪荷重による応力集中をレールＧＣ内部
の一点に固定させることになり、このレールＧＣ内部か
らの疲労損傷を増加させることとなった。このようなレ
ールの耐頭部表面損傷性および耐内部疲労損傷性の改善
には、レール材の靭性および延性を向上させることが重
要である。

【０００５】高強度レールの靭性および延性改善の方策
としては以下の方法が考えられる。 （１）普通圧延後、一旦室温まで冷却したレールを低温
度で再加熱した後加速冷却する方法。 （２）制御圧延によりオーステナイト粒を微細化した
後、レール頭部を加速冷却する方法。 （３）制御圧延した後、パーライト変態前で低温度に再
加熱し、その後加速冷却する方法。

【０００６】上記（１）の方法では、例えば特開昭５５
−１２５３２１号公報に記載されているように、通常の
加熱温度よりも低い８５０℃以下の低温度に再加熱し、
オーステナイト粒を細粒化することによって大幅に靭性
および延性を改善しようとする発明がある。また上記
（２）の方法は、例えば特開昭５２−１３８４２７号公
報および特開昭５２−１３８４２８号公報に記載されて
いるように、制御圧延によるオーステナイト粒の細粒化
で靭性・延性の向上を図ろうとする発明がある。さらに
上記（３）の方法は、例えば特公平４−４３７１号公報
に記載されているように、８００℃以下で５％以上の圧
延を実施した後、再度７５０〜９００℃に加熱すること
によりオーステナイト粒を微細にし、靭性および延性を
改善しようとする発明がある。

【０００７】またレール鋼の靭性・延性を改善する発明
としては、例えば特開平８−１０４９４６号、特開平８
−１０４９４７号公報および特開平８−１０９４３８号
公報に記載されているように、脱酸元素としてＭｇを添
加し、０．１〜１０μｍのＭｎＳの個数が１ｍｍ² あた
り６００〜１２０００個存在する靭性・延性の優れた高
強度パーライト系レールがあり、この発明により靭性お
よび延性に優れたレールの製造が可能となった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】前記特開昭５５−１２
５３２１号公報に記載されている発明により、低温度で
加熱し、かつレール頭部内部まで加熱を深めようとする
と、投入熱量を下げて長時間加熱する必要があり、この
熱処理のため生産性を阻害し製造コストを高める難点が
ある。また、前記特開昭５２−１３８４２７号公報およ
び特開昭５２−１３８４２８号公報に記載されている発
明では、大きな圧下力等がなければレールの断面形状や
長手方向の寸法精度が容易に得られないという形状制御
性の観点からも問題を含んでいる。さらに前記特公平４
−４３７１号公報に記載されている発明は、圧延後に低
温再加熱のための加熱炉を必要とするため作業性、生産
性、製造コスト等の問題がある。

【０００９】また前記特開平８−１０４９４６号公報、
特開平８−１０４９４７号公報および特開平８−１０９
４３８号公報に記載されている発明により、靭性および
延性に優れたレールの製造が可能となったが、重荷重鉄
道ではなお一層の重積載化および高速化の検討されてお
り、さらに靭性および延性の特性を改善することが要求
されてきている。本発明は上記のような課題を解決し、
重積載化の下でも靭性および延性の優れた高強度パーラ
イト系レール及びその製造方法を提供することを目的と
する。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では以下の構成を要旨とする。 （１） 質量％で（以下同じ）、 Ｃ ：０．５５〜１．２％、 Ｓｉ：０．１〜１．２％、 Ｍｎ：０．１〜１．５％、 Ｓ ：０．００２〜０．０３５％、 Ｍｇ：０．０００４〜０．０２％、 Ｏ ：０．００１以下 を含有し、必要に応じてさらに、 Ａｌ：０．０００５〜０．０５％、 Ｔｉ：０．００１〜０．０５％、 Ｃｒ：０．１〜１％、 Ｎｉ：０．１〜４％、 Ｃｕ：０．１〜４％、 Ｍｏ：０．０１〜０．５％、 Ｎｂ：０．００１〜０．０５％、 Ｖ ：０．０１〜１％、 Ｂ ：０．０００１〜０．００５％ の１種または２種以上を含有し、残部が鉄および不可避
的不純物からなり、少なくとも前記レール頭部が面積率
で９０％以上のパーライト組織からなり、前記パーライ
ト組織中の任意の断面において直径が０．０１〜１０μ
ｍのＭｇ酸化物若しくはＭｇ硫化物又はこれらの複合析
出物が１ｍｍ² 中に５００〜１００，０００個存在し、
前記Ｍｇ系介在物の直径（円相当径）の平均値が２μｍ
以下であることを特徴とする靭性および延性に優れた高
強度パーライト系レール。

【００１１】（２） 前記（１）に記載の成分を有する
鋼片を、熱延ままあるいは熱延後、Ａｃ1 変態温度〜Ａ
ｃ3 変態温度＋２５０℃に加熱し、前記レールの少なく
とも頭部を７００〜５００℃間を１〜５/secで加速冷却
して、少なくとも前記レール頭部を面積率で９０％以上
のパーライト組織とし、前記パーライト組織中の任意の
断面において直径が直径が０．０１〜１０μｍのＭｇ酸
化物若しくはＭｇ硫化物又はこれらの複合析出物が１ｍ
ｍ² 中に５００〜１００，０００個存在し、前記Ｍｇ酸
化物の直径（円相当径）の平均値が２μｍ以下であるレ
ールを製造する方法。 （３） 更に、望ましくは脱酸元素として少なくともＭ
ｇを添加して脱酸処理を行うこと、及び／または二次脱
酸元素として少なくともＭｇを添加し、Ｍｇ酸化物また
はＭｇ硫化物もしくはこれらの複合析出物を二次脱酸生
成物として生成させることを特徴とする靭性および延性
に優れた高強度パーライト系レールの製造方法。

【００１２】

【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、Ｍｇを添加した綱片でのＭｇ酸化物
若しくはＭｇ硫化物又はこれらの複合析出物の生成に及
ぼす鋼中のＯ濃度の影響を詳細に検討した。その結果、
鋼中のＯ濃度を０．００１％以下にすると、Ｍｇ酸化物
若しくはＭｇ硫化物又はこれらの複合析出物が二次脱酸
生成物として生成しやすくなり、Ｍｇ酸化物が微細分散
されること、このＭｇ酸化物が粒成長抑制することで、
オーステナイト粒を微細な状態にし、オーステナイト粒
界の変態サイトを増加させ変態後のパーライト組織を微
細にすることを見出した。

【００１３】また、パーライト変態時のＭｇ酸化物を核
にして生成したＭｎＳの影響について詳細に検討した結
果、前記特開平８−１０４９４６号公報、特開平８−１
０４９４７公報および特開平８−１０９４３８号公報で
本出願人が明らかにした、オーステナイト粒内に分散し
たＭｇ酸化物を核に析出したＭｎＳがパーライト変態サ
イトとなるというメカニズムにおいて、Ｍｇ酸化物若し
くはＭｇ硫化物又はこれらの複合析出物が更に微細に分
散生成することにより、パーライトがオーステナイト粒
内から変態する割合が著しく増加し、パーライト組織が
微細になることを見出した。

【００１４】このように、Ｍｇ添加した鋼材のＯ濃度を
制御することにより、脱酸時に生成するＭｇ酸化物若し
くはＭｇ硫化物又はこれらの複合析出物を微細に分散さ
せることによって、オーステナイト細粒化からもたらさ
れるパーライト組織の微細化、ならびにオーステナイト
粒内に微細分散したＭｇ酸化物若しくはＭｇ硫化物又は
これらの複合析出物を核に生成したＭｎＳからの粒内変
態によるパーライト組織の微細化の相乗効果により、優
れた靭性および延性を有するレール鋼を得ることができ
ることを知見し、本発明を完成した。

【００１５】次に、上記レール鋼の成分を限定した理由
について述べる。 Ｃ：Ｃはレール鋼における高強度化およびパーライト組
織生成のための必須元素である。０．５５％未満では必
要とする高強度のパーライト組織が得がたく、また１．
２０％を超えるとオーステナイト粒界を脆化させる有害
な初析セメンタイトを生成させるばかりか、レール頭部
熱処理層や溶接部の微小偏析部にマルテンサイトが生成
し、靭性延性を著しく低下させるため、０．５５〜１．
２０％に限定した。

【００１６】Ｓｉ：Ｓｉはパーライト組織中のフェライ
ト相への固溶強化による高強度化への寄与のみでなく、
若干の靭性および延性改善効果がある。０．１０％未満
ではその効果は少なく、１．２０％を超えると脆化をも
たらし溶接接合性も低下するので、０．１０〜１．２０
％に限定した。

【００１７】Ｍｎ：ＭｎはＣ同様にパーライト変態温度
を低下させ焼入れ性を高めることによって高強度化に寄
与する元素である。しかし、０．１０％未満ではその効
果が小さく、１．５０％を超えると偏析部にマルテンサ
イト組織を生成させ易くするため、０．１０〜１．５０
％に限定した。

【００１８】Ｓ：Ｓは一般に有害元素として知られてい
るが、本発明においてはオーステナイト中の介在物を核
としてＭｎＳが生成し、オーステナイト粒の粗大化を抑
制およびＭｎＳがパーライトの変態核になることによる
パーライト組織の微細化に重大な元素のひとつである。
しかし、０．００２％未満では十分なＭｎＳ量を得るこ
とができず、また０．０３５％を超えると粗大なＭｎＳ
が生成し始め、靭性および延性を著しく低下させるた
め、０．００２〜０．０３５％に限定した。

【００１９】Ｍｇ：Ｍｇは本発明の重要な構成元素であ
り、製鋼での脱酸剤が残存含有するものである。Ｍｇ酸
化物若しくはＭｇ硫化物又はこれらの複合析出物を核に
して析出したＭｎＳは、それぞれピン止め効果によるオ
ーステナイト粒の粒成長抑制効果があり、変態後のパー
ライト組織を微細化する。またこの効果に加えて、Ｍｇ
酸化物若しくはＭｇ硫化物又はこれらの複合析出物自身
およびこれらを核として析出したＭｎＳからパーライト
が生成し、更にパーライト組織を微細にする機能を有す
る。その結果、レール鋼の大幅な靭性、延性の向上を果
たすことができた。しかし、０．０００４％未満ではオ
ーステナイト粒成長抑制効果および粒内変態によるパー
ライト組織微細化がほとんど無く、０．０２％を超える
と粗大なＭｇ系介在物が生成して靭性が著しく低下する
ため、０．０００４〜０．０２％の範囲に限定した。

【００２０】Ｏ：Ｏは不純物であり不可避的に含有する
が、Ｍｇと共に本発明の重要な構成元素である。Ｍｇ酸
化物は１次脱酸時あるいは２次脱酸時に生成するが、２
次脱酸時に生成したものの方が著しく微細分散する。鋼
中のＯ濃度を０．００１％以下に抑制すると、Ｍｇ酸化
物の１次脱酸生成を抑制し、２次脱酸生成が促進され、
Ｍｇ酸化物若しくはＭｇ硫化物又はこれらの複合析出物
が著しく微細分散することができる。したがってＯは
０．００１％以下に限定した。

【００２１】さらに本発明においては、上記成分の他に
必要に応じて１種または２種以上のＡｌ，Ｔｉ，Ｃｒ，
Ｎｉ，Ｃｕ，Ｍｏ，Ｎｂ，Ｖ，Ｂの添加によって、フェ
ライト地の靭性改善、レール圧延のための加熱時におけ
るオーステナイト粒の、あるいは制御圧延時におけるオ
ーステナイト粒の細粒化によって高靭性を得ることがで
き、さらに冷却過程における加速冷却によって、より高
強度と同時に高靭性を得ることができる。なお、上記成
分の添加において、Ａｌ，Ｔｉ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｎｂは靭
性改善を、Ｃｒ，Ｍｏ，Ｖ，Ｂは高靭性化と同時に高強
度と硬さを改善することを主目的とする。

【００２２】これらの化学成分を限定した理由を以下に
説明する。 Ａｌ：Ａｌは製鋼時の脱酸剤が残存含有するものであ
る。ＡｌはＭｇとの複合酸化物を生成し、オーステナイ
ト粒成長の抑制、およびこのＭｇ−Ａｌ複合酸化物がＭ
ｎＳ析出の核になり、これらの析出物からパーライト変
態して組織が微細になる。この複合析出の効果は０．０
００５％以上で有効であり、０．０５％を超えるとＡｌ
酸化物およびＭｇ−Ａｌ酸化物が粗大化し、靭性の低下
をもたらすことから、Ａｌの含有量を０．０００５〜
０．０５％に限定した。

【００２３】Ｔｉ：ＴｉはＭｇやＡｌと同様にTi酸化物
を生成し、このＴｉ酸化物を核にして析出したＭｎＳと
共にピン止め効果によるオーステナイト粒の粒成長を抑
制し、変態後のパーライト組織を微細化する。またこの
効果に加えて、微細に生成したＭｇ酸化物若しくはＭｇ
硫化物又はこれらの複合析出物を核に析出したＭｎＳ上
にＴｉ窒化物、Ｔｉ炭化物およびこれらの複合介在物を
起点として著しくオーステナイト粒内変態し易くなり、
パーライト組織が微細になる。その結果、レール鋼の大
幅な靭性、延性の向上を果たすことができる。しかし、
０．００１％未満ではオーステナイト粒成長抑制効果お
よび粒内変態によるパーライト組織微細化がほとんど無
く、０．０５％を超えると粗大なＴｉ系析出物が生成
し、著しく靭性を低下するため、０．００１〜０．０５
％に限定した。

【００２４】Ｃｒ：Ｃｒはパーライト変態温度を低下さ
せることによって高強度化に寄与すると共に、パーライ
ト組織中のセメンタイト相を強化する作用を有すること
から、溶接継ぎ手部軟化防止の観点から０．１％以上の
含有が有効である。一方、１．５％を超えて含有する
と、強制冷却時に元素偏析部のみでなく、過冷却傾向の
強いレールの肩部にベイナイトやマルテンサイトが生成
し靭性の低下をもたらす。したがって強度確保に一定の
寄与が期待され、かつ靭性および延性を損なわない範囲
から、０．１〜１．５％に限定した。

【００２５】Ｎｉ：Ｎｉはフェライト中に固溶し、フェ
ライトの靭性を向上させるのに有効な元素である。０．
１％未満の場合にはその効果が極めて少なく、また４．
０％を超えて含有してもその効果は飽和する。したがっ
て靭性向上の観点から、０．１〜４．０％の範囲に限定
した。

【００２６】Ｃｕ：ＣｕはＮｉと同様にフェライト中に
固溶し、フェライトの靭性を向上させるのに有効な元素
である。０．１％未満の場合にはその効果が極めて少な
く、また４．０％を超えて含有してもその効果は飽和す
る。したがって靭性向上の観点から、０．１〜４．０％
の範囲に限定した。

【００２７】Ｍｏ：Ｍｏはパーライトの変態速度を抑制
し、パーライト組織を微細化することから靭性向上に有
効な元素である。さらにＭｏは加速冷却時にレール内部
において、表面層のパーライト変態にともなう発熱に連
動した高温での変態誘起を防止し、レール内部の高強度
化に寄与して強度を高める。しかし、０．０１％未満で
は上記の効果は少なく、また、０．５０％を超える含有
量ではパーライト変態速度が低下し、パーライト組織中
にベイナイトやマルテンサイトを生成させ靭性低下をも
たらす。したがって、０．０１〜０．５０％に範囲を限
定した。

【００２８】Ｎｂ：Ｎｂは熱間圧延時に低温加熱するこ
とによって、Ｎｂの炭窒化物がオーステナイト粒成長を
抑制し細粒化に寄与する。また、高温加熱・低温仕上げ
圧延によって熱間圧延後のオーステナイト粒を細粒化
し、加速冷却後に得られるパーライト組織を微細にす
る。この効果を得るためには０．００１％以上必要であ
り、０．０５％を超えると粗大なＮｂ炭化物、Ｎｂ窒化
物、Ｎｂ炭窒化物を生成によって靭性が低下する。した
がって０．００１〜０．０５％の範囲に限定した。

【００２９】Ｖ：Ｖはフェライト中に析出し、強度を向
上させるために有効な元素であり、０．０１％未満では
強度増加は得られず、１％を超えると粗大なＶ炭化物を
生成し靭性が低下する。したがって、０．０１％〜１％
の範囲に限定した。

【００３０】Ｂ：Ｂは微量添加においてもオーステナイ
ト粒界に偏析し、変態を遅らせることにより焼入れ性を
著しく改善する元素である。この効果を得るためには
０．０００１％以上必要であり、０．００５％を超える
とＢの炭窒化物が生成し、靭性が著しく低下する。した
がって０．０００１〜０．００５％の範囲に限定した。

【００３１】不可避的元素であるＰはレール鋼の靭性を
下げるため、できるだけ低減させ、０．０３％以下にす
ることが望ましい。

【００３２】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前述
した脱酸を含む溶製を行うか、この溶鋼を造塊・分塊あ
るいは連続鋳造法により凝固させるときに、Ｍｇ酸化物
若しくはＭｇ硫化物又はこれらの複合析出物を一次脱酸
生成および二次脱酸生成させること、望ましくは凝固中
の二次脱酸時に多く生成させることで、著しく微細に分
散したＭｇ酸化物若しくはＭｇ硫化物又はこれらの複合
析出物を得ることができ、さらに熱間圧延法を経て製造
する。

【００３３】熱間圧延を終えたレールは、冷却中におい
てオーステナイト粒内のＭｎＳに加えてＭｇ酸化物若し
くはＭｇ硫化物又はこれらの複合析出物からもパーライ
トが生成し、オーステナイト粒界から生成するパーライ
トと共に微細なパーライト組織を形成する。その結果、
圧延ままで靭性の優れた高強度レールを製造することが
できる。

【００３４】さらに、高靭性と共に１２００ＭＰａ以上
の高強度が要求される場合には、圧延終了後、あるいは
一度室温まで冷却した後熱処理する目的でＡｃ1 変態温
度〜Ａｃ3 変態温度＋２５０℃まで再加熱し、７００〜
５００℃間を１〜５℃/secで加速冷却を行うことが望ま
しい。加熱温度がＡｃ1 変態温度より低いとオーステナ
イトに変態しないため、その後の冷却によっても微細な
パーライトを得ることができず、Ａｃ3 変態温度＋２５
０℃を超えて加熱するとオーステナイト粒が粗大になり
靭性が低下するため、前記の加熱温度の範囲に限定す
る。

【００３５】また、加速冷却すると低温でパーライト変
態を生じるため、レール鋼はパーライトの変態核の生成
速度が向上し、パーライト粒が微細になる。この加速冷
却時の冷却速度が１℃/sec未満のときは必要強度を得る
ことができず、５℃/secを超える場合はマルテンサイト
が生成する。従って冷却速度は１〜５℃/secに限定し
た。

【００３６】以上述べたように、加速冷却は強度増加に
加えて、オーステナイト粒界、Ｍｇ酸化物若しくはＭｇ
硫化物又はこれらの複合析出物およびこれらのＭｇ系介
在物を核にしたＭｎＳからのパーライト変態において変
態核の増加をもたらし、パーライトの細粒化に寄与する
結果、一層のレール鋼の靭性向上を達成することができ
る。この際冷却媒体は空気あるいはミストなどの気液混
合物を用いることが望ましい。

【００３７】次に、レール鋼のパーライト組織中の直径
０．０１〜１０μｍのＭｇ酸化物若しくはＭｇ硫化物又
はこれらの複合析出物の個数を任意の断面１ｍｍ² 中に
おいて５００〜１００，０００個に限定した理由を述べ
る。レール鋼中のＭｇ酸化物若しくはＭｇ硫化物又はこ
れらの複合析出物は、ピンニングにより加工後の微細γ
粒の粒成長を抑制し、変態後のパーライト組織を微細に
する。また、γ粒内にあるＭｇ酸化物若しくはＭｇ硫化
物又はこれらの複合析出物、およびこれらのＭｇ系介在
物を核にして生成したＭｎＳからパーライト変態するこ
とで、パーライト組織が微細になり靭性値が向上する。

【００３８】このとき任意の断面において、Ｍｇ系介在
物の断面積から算出したその断面での円相当径（直径）
が０．０１μｍ未満のＭｇ酸化物若しくはＭｇ硫化物又
はこれらの複合析出物はパーライト粒内変態核になら
ず、１０μｍを超える大きさでは破壊の起点となり靭性
値を低下させてしまうことから、Ｍｇ酸化物若しくはＭ
ｇ硫化物又はこれらの複合析出物の大きさを０．００１
〜１０μｍに限定した。１ｍｍ² 中に５００個未満の場
合、ピンニングおよびパーライト粒内変態の効果が弱
く、靭性向上の効果が得られない。また、１００，００
０個を超える場合はレール鋼自体が汚染され、靭性値が
低下することから、１ｍｍ² 中のＭｇ酸化物若しくはＭ
ｇ硫化物又はこれらの複合析出物の個数を５００〜１０
０，０００個に限定した。

【００３９】また、Ｍｇ酸化物若しくはＭｇ硫化物又は
これらの複合析出物の直径の平均値が２μｍ以下であれ
ば、粒成長抑制および粒内変態によるパーライト組織微
細化に伴い靭性が著しく向上するので、この範囲に限定
する。Ｍｇ酸化物の直径の下限は特に定めないが、粒内
変態の促進のためには０．０５μｍ以上であることが好
ましい。

【００４０】

【実施例】次に、本発明により製造した高靭性および延
性を有する高強度レールの製造実施例について述べる。
表１は、溶鋼にＭｇを添加した場合と、添加しなかった
場合のレール鋼の化学成分を示す。表２は、レール鋼の
冷却後の組織中に存在する任意の断面中の直径０．０１
〜１０μｍのＭｇ系介在物の個数の測定結果、Ｍｇ酸化
物の直径の平均値、加工後焼き入れた試料のγ粒度番号
およびパーライト粒内変態の有無の観察結果を示す。

【００４１】Ｍｇ酸化物若しくはＭｇ硫化物又はこれら
の複合析出物の粒径は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）も
しくは透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用い、任意の断面
において１，０００〜５０，０００倍の倍率で、測定下
限を０．０１μｍ、測定上限を１０μｍとして個々のＭ
ｇ系介在物の面積を求め、この面積に等しい円の直径
（円相当径）を用いた。

【００４２】また、ＭｎＳ中のＭｇ系介在物もＳＥＭや
ＴＥＭのイメージ中でコントラストが異なるため、この
コントラストが異なる部分をＭｇ系介在物として、Ｍｇ
系介在物単独のときと同様に粒径を算出した。Ｍｇ系介
在物の個数は、この直径０．０１〜１０μｍのＭｇ介在
物の個数を２０視野測定し、この２０視野中のＭｇ介在
物個数が正規分布に従うとして平均を出し、この１視野
の面積での個数から面積１ｍｍ² に換算したときの値を
用いた。

【００４３】Ｍｇ酸化物の直径の平均値は、ＴＥＭによ
り、レール頭部の頭頂部下５ｍｍ、１０ｍｍ、１５ｍ
ｍ、４０ｍｍの場所を、５０００倍および１００００倍
の倍率で、各場所とも４視野、計２０視野を対象に測定
下限を０．０１μｍ、測定上限を２０μｍとして観察し
た結果から求めた。

【００４４】Ｍｇ添加による脱酸を行った本発明鋼で
は、所定の量のＭｇ酸化物若しくはＭｇ硫化物又はこれ
らの複合析出物が微細に分散し、粒内にあるこのＭｇ系
介在物およびこのＭｇ系介在物を核に生成したＭｎＳか
らパーライトが粒内変態し、パーライト組織が微細にな
ることが確認された。

【００４５】表３は、圧延ままおよび強度を一定にする
ために、それぞれの鋼種につき７００〜５００℃間の冷
却速度を１〜５℃/secの範囲で変化させたレール鋼の引
張試験強度、伸びおよび２ｍｍＵノッチシャルピー試験
における＋２０℃での衝撃吸収エネルギー測定結果を示
す。引張試験はレール頭部ゲージ・コーナー内部１０ｍ
ｍ深さから採取した平行部径６ｍｍ、平行部長さ３０ｍ
ｍの試験片で行った。

【００４６】この結果、本発明鋼は従来鋼に比べて十分
にパーライト組織微細化による延性の改善が認められ
た。衝撃試験片はレール頭部１ｍｍ下より採取した。こ
の試験条件はロシアのΓoct 規格に基づくものであり、
同規格では高強度熱処理レールの＋２０℃での衝撃吸収
エネルギーは２５Ｊ／ｃｍ² 以上が必要とされており、
本発明のＭｇ添加鋼は、加工後のオーステナイト微細粒
の粒成長抑制およびオーステナイト粒内からのパーライ
ト粒内変態で微細パーライト組織になり、いずれもΓoc
t 規格に定められたシャルピー吸収エネルギーを十分に
満たしている。

【００４７】

【表１】

【００４８】

【表２】

【００４９】

【表３】

【００５０】

【発明の効果】本発明により、良好な延性と安定して２
５Ｊ／ｃｍ² 以上の衝撃吸収エネルギーを示す高強度パ
ーライト系レールを得ることができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ２２Ｃ 38/04 Ｃ２２Ｃ 38/04 38/54 38/54 (72)発明者 狩峰 健一 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 樽井 敏三 富津市新富20−１ 新日本製鐵株式会社技 術開発本部内 Ｆターム(参考） 4K013 BA08 EA24 FA02 4K042 AA04 BA01 BA02 BA05 CA02 CA05 CA06 CA08 CA09 CA10 CA12 CA13 DA01 DC02 DE05 DE06

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 質量％で、 Ｃ ：０．５５〜１．２％、 Ｓｉ：０．１〜１．２％、 Ｍｎ：０．１〜１．５％、 Ｓ ：０．００２〜０．０３５％、 Ｍｇ：０．０００４〜０．０２％、 Ｏ ：０．００１％以下を含有し、残部がＦｅおよび不
   可避的不純物からなり、少なくともレール頭部が面積率
   で９０％以上のパーライト組織からなり、前記パーライ
   ト組織中の任意断面において直径が０．０１〜１０μｍ
   のＭｇ酸化物若しくはＭｇ硫化物又はこれらの複合析出
   物が１ｍｍ² 中に５００〜１００，０００個存在し、前
   記Ｍｇ酸化物若しくはＭｇ硫化物又はこれらの複合析出
   物の直径の平均値が２μｍ以下であることを特徴とする
   靭性および延性に優れた高強度パーライト系レール。
2. 【請求項２】 質量％でさらに、 Ａｌ：０．０００５〜０．０５％、 Ｔｉ：０．００１〜０．０５％、 Ｃｒ：０．１〜１．５％、 Ｎｉ：０．１〜４％、 Ｃｕ：０．１〜４％、 Ｍｏ：０．０１〜０．５％、 Ｎｂ：０．００１〜０．０５％、 Ｖ ：０．０１〜１％、 Ｂ ：０．０００１〜０．００５％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１記載の靭性およ
   び延性に優れた高強度パーライト系レール。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の成分を有する鋼片
   を、熱延ままあるいは熱延後、Ａｃ1 変態温度〜Ａｃ3
   変態温度＋２５０℃に加熱し、前記レールの少なくとも
   頭部を７００〜５００℃間を１〜５℃/secで加速冷却し
   て、少なくとも前記レール頭部を面積率で９０％以上の
   パーライト組織とし、前記パーライト組織中の任意断面
   において直径が０．１〜１０μｍのＭｇ酸化物若しくは
   Ｍｇ硫化物又はこれらの複合析出物が１ｍｍ² 中に５０
   ０〜１００，０００個存在し、前記Ｍｇ酸化物若しくは
   Ｍｇ硫化物又はこれらの複合析出物の直径の平均値が２
   μｍ以下であるレールを得ることを特徴とする靭性およ
   び延性に優れた高強度パーライト系レールの製造方法。
4. 【請求項４】 脱酸元素として少なくともＭｇを添加し
   て脱酸処理を行ない、溶製した溶鋼を鋳造して前記鋼片
   を製造することを特徴とする請求項３記載の靭性および
   延性に優れた高強度パーライト系レールの製造方法。
5. 【請求項５】 二次脱酸元素として少なくともＭｇを添
   加し、Ｍｇ酸化物またはＭｇ硫化物もしくはこれらの複
   合析出物を二次脱酸生成物として鋼片中に生成させるこ
   とを特徴とする請求項３又は４記載の靭性および延性に
   優れた高強度パーライト系レールの製造方法。