JP2002363698A - Rail having excellent rolling fatigue damage resistance and wear resistance, and production method therefor - Google Patents

Rail having excellent rolling fatigue damage resistance and wear resistance, and production method therefor

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JP2002363698A
JP2002363698A JP2001173113A JP2001173113A JP2002363698A JP 2002363698 A JP2002363698 A JP 2002363698A JP 2001173113 A JP2001173113 A JP 2001173113A JP 2001173113 A JP2001173113 A JP 2001173113A JP 2002363698 A JP2002363698 A JP 2002363698A
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rolling fatigue
steel
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Masaharu Ueda
正治 上田
Koichi Uchino
耕一 内野
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To simultaneously improve the rolling fatigue damage resistance and wear resistance in a passenger railroad and a freight railroad. SOLUTION: The steel rail having excellent rolling fatigue damage resistance and wear resistance has a mixed metallic structure of a bainitic structure and a pearlitic structure. In the optional cross section of the steel rail, the range of the area ratio of the pearlitic structure in the whole structure is 10 to 50%. The rail has components containing, by mass, 0.25 to 0.60% C, 0.05 to 2.00% Si, 0.10 to 3.00% Mn and 0.10 to 3.00% Cr, and the balance Fe with inevitable impurities.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、旅客鉄道や貨物鉄
道に要求される、耐ころがり疲労損傷性、耐摩耗性を向
上させたレールおよびその製造法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a rail which is required for a passenger railroad or a freight railroad and has improved rolling fatigue damage resistance and abrasion resistance, and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、旅客鉄道や貨物鉄道では、輸送効
率の向上を目的として列車の高速化や貨車の高積載化が
進められている。これに伴い主に直線区間のレールにお
いてはレール使用環境が苛酷化し、レールと車輪の繰り
返し接触によるダークスポット損傷等のレール頭表面の
ころがり疲労損傷の発生が増加している。このダークス
ポット損傷をはじめとしたころがり疲労損傷は、従来か
らのパーライト組織を呈したレールが使用されている旅
客鉄道や貨物鉄道の直線区間のレールで発生しやすい特
徴を有している。
2. Description of the Related Art In recent years, in passenger railways and freight railways, the speed of trains and the loading of freight cars have been increased in order to improve transportation efficiency. As a result, the rail use environment has become severer, mainly in straight section rails, and the occurrence of rolling fatigue damage on the rail head surface such as dark spot damage due to repeated contact between the rails and wheels has increased. Rolling fatigue damage such as dark spot damage has a characteristic that it is likely to occur on rails in straight sections of passenger railways and freight railways in which rails having a conventional pearlite structure are used.

【0003】本発明者らは、このころがり疲労損傷の発
生源であると考えられる、車輪との繰り返し接触によっ
て生成するレール頭表面の疲労層(疲労ダメージ層、集
合組織)の形成と金属組織の関係を研究した。その結
果、フェライト相とセメンタイト相の層状構造を成して
いるパーライト組織では、疲労ダメージ層(組織が破砕
された層)が蓄積し易く、さらに集合組織が発達し易い
のに対して、柔らかなフェライト組織地に粒状の硬い炭
化物が分散したベイナイト組織は、疲労ダメージ層が蓄
積し難く、さらに疲労損傷の引き金となる集合組織が発
達し難く、結果としてころがり疲労損傷が発生しにくい
ことが明らかとなった。
[0003] The present inventors have considered the formation of a fatigue layer (fatigue damage layer, texture) on the rail head surface generated by repeated contact with wheels, which is considered to be the source of this rolling fatigue damage, and the formation of a metallic structure. Study the relationship. As a result, in a pearlite structure having a layer structure of a ferrite phase and a cementite phase, a fatigue damage layer (a layer in which the structure is crushed) easily accumulates, and further, a texture is easily developed, whereas It is clear that the bainite structure, in which granular hard carbides are dispersed in the ferrite structure, is unlikely to accumulate a fatigue damage layer, furthermore, it is difficult to develop a texture that triggers fatigue damage, and as a result, rolling fatigue damage is unlikely to occur. became.

【0004】さらに実験の結果、ベイナイト組織は同一
硬さのパーライト組織と比べて摩耗量が多いことが確認
され、この結果、摩耗の促進により頭表面の疲労層(疲
労ダメージ層、集合組織)自体が自己除去され、ころが
り疲労損傷の発生が抑制されることが明らかとなった。
これらの結果により、ベイナイト組織はパーライト組織
と比べて耐ころがり疲労損傷性に優れていることが確認
された。
Further, as a result of experiments, it has been confirmed that the bainite structure has a greater amount of wear than a pearlite structure having the same hardness, and as a result, the fatigue layer (fatigue damage layer, texture) itself on the head surface due to the promotion of wear. Was self-removed, and the occurrence of rolling fatigue damage was suppressed.
From these results, it was confirmed that the bainite structure was superior to the pearlite structure in rolling fatigue resistance.

【0005】そこで、ベイナイト組織を呈したレールと
して、下記に示すような製品および製造法が開発され
た。 低炭素成分でMn,Cr,Mo等の合金元素を多量
に添加して圧延ままでベイナイト組織を呈する高強度レ
ール(特開平5−271871号公報)。 低炭素成分でMn,Cr,Moなどの合金元素を添
加し、熱間圧延後の高温の熱を保有するレール、あるい
は高温に加熱されたレールの頭部を加速冷却する高強度
ベイナイトレールの製造法(特開平7−34132号公
報)。 これらのレールの特徴は、耐表面疲労損傷性に優れたベ
イナイト組織を安定に生成させるため、従来の普通炭素
鋼レールと比較して炭素量を低減させると同時に、M
n,Cr,Moなどの合金元素を多く添加し、さらに強
度を確保するため適切な熱処理を施したものである。
Therefore, the following products and manufacturing methods have been developed as rails having a bainite structure. A high-strength rail which exhibits a bainite structure as it is rolled by adding a large amount of alloying elements such as Mn, Cr, and Mo in a low-carbon component (Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-271871). Manufacture of high-strength bainite rails with low carbon content, alloy elements such as Mn, Cr, Mo, etc. added, and high temperature heat-treated rails after hot rolling, or accelerated cooling of rail heads heated to high temperatures Method (Japanese Patent Laid-Open No. 7-34132). The feature of these rails is that, in order to stably generate a bainite structure excellent in surface fatigue damage resistance, the amount of carbon is reduced as compared with conventional plain carbon steel rails,
The alloy element is added with a large amount of alloy elements such as n, Cr, and Mo, and is subjected to an appropriate heat treatment to further secure the strength.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】上記のベイナイト組織
のレールは、パーライト組織を呈した従来のレールと比
較して優れた耐ころがり疲労損傷性を有しているが、ベ
イナイト組織の硬さが低い場合や貨物鉄道のように旅客
鉄道と比べてレール/車輪の接触面圧や接線力が著しく
高い場合には、上記の組織的な効果(レール頭表面の疲
労層の形成が少ない)により、ダークスポット損傷等の
ようなころがり疲労損傷の防止は可能であるが、ベイナ
イト組織は同一硬さのパーライト組織と比べて摩耗量が
多いため、耐摩耗性の低下により、レール使用寿命が大
幅に低下するといった問題があった。
The above-mentioned bainite structure rail has better rolling fatigue resistance than the conventional rail having a pearlite structure, but the bainite structure has a low hardness. If the contact surface pressure and tangential force of rails / wheels are significantly higher than that of passenger railways, such as in the case of freight railways, darkness may occur due to the above-mentioned systematic effect (the formation of a fatigue layer on the rail head surface is small). Rolling fatigue damage such as spot damage can be prevented, but the bainite structure has a greater amount of wear than the pearlite structure of the same hardness. There was such a problem.

【0007】このような背景から、ベイナイト組織を呈
した鋼レールにおいて、耐ころがり疲労損傷性と耐摩耗
性を有したレールの開発が望まれるようになった。すな
わち本発明は、旅客鉄道や貨物鉄道において、耐ころが
り疲労損傷性と耐摩耗性を、同時に向上させることを目
的としたものである。
[0007] From such a background, it has been desired to develop a rail having a rolling fatigue resistance and an abrasion resistance in a steel rail having a bainite structure. That is, an object of the present invention is to simultaneously improve the rolling fatigue resistance and the wear resistance in a passenger railway or a freight railway.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するものであって、その要旨とするところは次の通りで
ある。 (1) 鋼レールにおいて、その金属組織がベイナイト
組織とパーライト組織の混合組織からなり、前記鋼レー
ルの任意の断面において、全組織中のパーライト組織の
面積率の範囲が10〜50%であることを特徴とする耐
ころがり疲労損傷性および耐摩耗性に優れたレール。 (2)上記レールは、質量%で、 C :0.25〜0.60%、 Si:0.05〜2.00%、 Mn:0.10〜3.00%、 Cr:0.10〜3.00% を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物とすること
ができる。 (3) また上記(2)レールには、質量%でさらに、
下記の〜の成分を選択的に含有させることができ
る。 Mo:0.01〜1.00% Ni:0.05〜2.00%、Cu:0.05〜
1.00%、Co:0.10〜2.00%の1種または
2種以上、 V :0.01〜0.30%、Nb:0.005〜
0.050%の1種または2種、 Ti:0.005〜0.050% Mg:0.0001〜0.0300%、Ca:0.
0001〜0.0150%の1種または2種、 B :0.0001〜0.0050% (4)また上記(1)〜(3)に記載のレールには、頭
部コーナー部および頭頂部表面を起点として少なくとも
深さ20mmの範囲の硬さをHv300〜450の範囲
とすることができる。
The present invention attains the above-mentioned object, and its gist is as follows. (1) In the steel rail, the metal structure is a mixed structure of a bainite structure and a pearlite structure, and the area ratio of the pearlite structure in the entire structure is 10 to 50% in an arbitrary cross section of the steel rail. A rail with excellent rolling fatigue resistance and wear resistance characterized by: (2) The rail is expressed in mass%, C: 0.25 to 0.60%, Si: 0.05 to 2.00%, Mn: 0.10 to 3.00%, Cr: 0.10 to 0%. 3.00%, and the balance can be Fe and inevitable impurities. (3) Further, in the above (2) rail, in mass%,
The following components can be selectively contained. Mo: 0.01 to 1.00% Ni: 0.05 to 2.00%, Cu: 0.05 to
1.00%, one or more of Co: 0.10 to 2.00%, V: 0.01 to 0.30%, Nb: 0.005 to
One or two of 0.050%, Ti: 0.005 to 0.050% Mg: 0.0001 to 0.0300%, Ca: 0.
One or two kinds of 0001 to 0.0150%, B: 0.0001 to 0.0050% (4) Also, the rails described in the above (1) to (3) have a head corner portion and a top surface. From the starting point, the hardness at least in the range of 20 mm in depth can be in the range of Hv 300 to 450.

【0009】(5) 前記(2)〜(4)のいずれか1
項に記載の成分を含有する鋼片をレール形状に熱間圧延
した後、熱間圧延ままのAr1 点以上の温度の鋼レー
ル、あるいは熱処理する目的でAc1 点+30℃以上の
温度に加熱された鋼レールにおいて、少なくともレール
頭部を、オーステナイト域温度から0.5〜10℃/se
cの冷却速度で加速冷却し、前記鋼レールの頭部の温度
が500〜250℃に達した時点で加速冷却を停止し、
その後自然冷却することを特徴とする、請求項1に記載
の組織からなる耐ころがり疲労損傷性および耐摩耗性に
優れたレールの製造法。 (6) 前記(2)〜(4)のいずれか1項に記載の成
分を含有する鋼片をレール形状に熱間圧延した後、熱間
圧延ままのAr1 点以上の温度の鋼レール、あるいは熱
処理する目的でAc1 点+30℃以上の温度に加熱され
た鋼レールにおいて、少なくともレール頭部を、オース
テナイト域温度から0.5〜10℃/secの冷却速度で
加速冷却し、前記鋼レールの頭部の温度が700〜60
0℃に達した時点で加速冷却を停止し、15〜600s
ecで放冷した後に、さらに冷却速度3℃/sec 以上で
加速冷却し、前記鋼レールの頭部の温度が500〜25
0℃に達した時点で加速冷却を停止し、その後自然冷却
することを特徴とする耐ころがり疲労損傷性および耐摩
耗性に優れたレールの製造法。
(5) Any one of the above (2) to (4)
The steel slab containing the components described in the section was hot-rolled into a rail shape and then hot-rolled to a steel rail having a temperature of Ar1 point or higher, or heated to a temperature of Ac1 point + 30 ° C or higher for the purpose of heat treatment. In a steel rail, at least the rail head is 0.5 to 10 ° C./se from the austenitic zone temperature.
accelerated cooling at a cooling rate of c, stop accelerated cooling when the temperature of the head of the steel rail reaches 500 to 250 ° C.,
2. A method for producing a rail comprising the structure according to claim 1 and having excellent rolling fatigue damage resistance and wear resistance, wherein the rail is naturally cooled thereafter. (6) After hot rolling a steel slab containing the component according to any one of the above (2) to (4) into a rail shape, the steel rail having a temperature of at least the Ar1 point as hot rolled, or In a steel rail heated to a temperature of at least Ac1 point + 30 ° C. for the purpose of heat treatment, at least the rail head is accelerated and cooled at a cooling rate of 0.5 to 10 ° C./sec from the austenite region temperature, and the head of the steel rail Part temperature is 700-60
When the temperature reaches 0 ° C., the accelerated cooling is stopped and 15 to 600 s
After cooling at ec, accelerated cooling was performed at a cooling rate of 3 ° C./sec or more, and the temperature of the steel rail head was 500 to 25.
A method for producing a rail having excellent rolling fatigue resistance and wear resistance, wherein accelerated cooling is stopped when the temperature reaches 0 ° C., and then natural cooling is performed.

【0010】[0010]

【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。本発明者らは、ベイナイト組織を呈した鋼レール
において耐摩耗性を向上させる方法を検討した。まず本
発明者らは、ベイナイト鋼がパーライト組織と比べて耐
摩耗性が低下する原因を調査した。その結果、ベイナイ
ト組織はパーライト組織と比べてころがり面での加工硬
化量が少なく、耐摩耗性が低下することが明らかになっ
た。次に本発明者らは、耐摩耗性を向上させるため、こ
ろがり面での加工硬化量を増加させる方法を考えた。そ
の結果、加工硬化量は金属組織に大きく依存しているこ
とが確認され、金属組織の中でもパーライト組織が最も
加工硬化量が高いことが確認された。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail. The present inventors have studied a method for improving wear resistance of a steel rail having a bainite structure. First, the present inventors investigated the reason why the wear resistance of bainite steel was lower than that of pearlite structure. As a result, it became clear that the bainite structure had a smaller amount of work hardening on the rolling surface than the pearlite structure, and the wear resistance was reduced. Next, the present inventors considered a method of increasing the amount of work hardening on the rolling surface in order to improve the wear resistance. As a result, it was confirmed that the amount of work hardening greatly depends on the metal structure, and it was confirmed that the pearlite structure had the highest amount of work hardening among the metal structures.

【0011】そこで本発明者らは、ベイナイト組織の耐
摩耗性を向上させる方法として、耐ころがり疲労損傷性
に有害であるパーライト組織をベイナイト組織中に混在
させる方法を考案した。その結果、耐ころがり疲労損傷
性に有害であるパーライト組織をベイナイト組織中にあ
る一定量混在させても、ダークスポット損傷などの表面
損傷は発生せず、レール鋼の耐ころがり疲労損傷性が劣
化しないばかりか、パーライト組織によるころがり面の
加工硬化量の増加により、耐摩耗性が向上することが明
らかとなった。
Accordingly, the present inventors have devised a method of improving the wear resistance of the bainite structure by mixing a pearlite structure which is harmful to the rolling fatigue damage resistance into the bainite structure. As a result, even if a certain amount of pearlite structure, which is detrimental to rolling fatigue damage resistance, is mixed in bainite structure, surface damage such as dark spot damage does not occur, and the rolling fatigue resistance of rail steel does not deteriorate. In addition, it has been clarified that the abrasion resistance is improved by increasing the work hardening amount of the rolling surface due to the pearlite structure.

【0012】さらに本発明者らは、レール全組織中のパ
ーライト組織の最適面積率を検討した。その結果、ベイ
ナイト組織を基本とするレールにおいて、耐ころがり疲
労損傷性と耐摩耗性を同時に向上させるには、パーライ
ト組織の面積率を一定量の範囲に制御する必要があるこ
とを見出した。また本発明者らは、ベイナイト組織を基
本とするレールにおいて、パーライト組織の面積率を一
定量の範囲に制御する必要があるレール部位とその硬さ
を検討した。その結果、頭部コーナー部および頭頂部表
面を起点として少なくともある一定深さ範囲において、
その部位の硬さがある一定範囲内であれば、耐ころがり
疲労損傷性と耐摩耗性が同時に向上し、レール使用寿命
が最も効率良く向上することを知見した。
The present inventors further studied the optimum area ratio of the pearlite structure in the entire structure of the rail. As a result, it has been found that the area ratio of the pearlite structure needs to be controlled within a certain range in order to simultaneously improve the rolling fatigue resistance and the wear resistance of the rail based on the bainite structure. In addition, the present inventors have studied the rail site and the hardness of the rail based on the bainite structure, in which the area ratio of the pearlite structure needs to be controlled within a certain range. As a result, at least a certain depth range starting from the head corner and the top surface,
It was found that if the hardness of the part is within a certain range, the rolling fatigue resistance and the wear resistance are improved at the same time, and the service life of the rail is most efficiently improved.

【0013】これらの発明に加えて、本発明者らは、ベ
イナイト組織を基本とするレールにおいて、パーライト
組織の面積率を一定量の範囲に制御するレールの化学成
分と熱処理製造法について検討した。実験の結果、C,
Si,Mn,Crの添加量をある一定範囲内に制御し、
同時に高温の熱を有したレールの頭部を、オーステナイ
ト域温度からある一定範囲内の冷却速度で加速冷却し、
その後自然冷却するか、または高温度域で一定時間放冷
した後に、さらに加速冷却することにより、レール全組
織中のパーライト組織の面積率を制御できることを見出
した。
[0013] In addition to these inventions, the present inventors have studied the chemical composition of the rail for controlling the area ratio of the pearlite structure within a certain range and the heat treatment manufacturing method in the rail based on the bainite structure. As a result of the experiment, C,
By controlling the addition amounts of Si, Mn, and Cr within a certain range,
At the same time, accelerate the rail head with high temperature heat at a cooling rate within a certain range from the austenite temperature,
After that, it has been found that the area ratio of the pearlite structure in the entire structure of the rail can be controlled by natural cooling or by allowing it to cool for a certain period of time in a high temperature range and then further performing accelerated cooling.

【0014】以上の実験室での検討の結果、化学成分範
囲の最適化を図り、同時にレール頭部の熱処理製造条件
の適正化を行うことにより、耐ころがり疲労損傷性に有
効なベイナイト組織と耐摩耗性に有効な適正量のパーラ
イト組織の混合組織において、ある一定範囲の硬さを付
与することが可能となり、レール頭部において耐ころが
り疲労損傷性と耐摩耗性を同時に向上させることができ
る。すなわち本発明は、旅客鉄道や貨物鉄道に要求され
る、耐ころがり疲労損傷性と耐摩耗性を同時に向上させ
ることを目的としたものである。
As a result of the above examination in the laboratory, by optimizing the chemical composition range and at the same time, by optimizing the heat treatment manufacturing conditions of the rail head, the bainite structure effective for rolling fatigue resistance and the bainite structure are improved. In a mixed structure of an appropriate amount of pearlite structure effective for abrasion, a certain range of hardness can be imparted, and rolling fatigue damage resistance and abrasion resistance can be simultaneously improved at the rail head. That is, an object of the present invention is to simultaneously improve the rolling fatigue resistance and wear resistance required for a passenger railway or a freight railway.

【0015】以下に本発明の限定理由について詳細に説
明する。始めに、全組織中のパーライト組織の面積率、
レール鋼の化学成分、ベイナイト組織とパーライト組織
の混合組織の必要範囲と硬さ、およびレール熱処理製造
方法を上記請求範囲に限定した理由について詳細に説明
する。
Hereinafter, the reasons for limitation of the present invention will be described in detail. First, the area ratio of the pearlite structure in the whole structure,
The chemical composition of the rail steel, the necessary range and hardness of the mixed structure of the bainite structure and the pearlite structure, and the reason why the method for producing the rail heat treatment is limited to the above claims will be described in detail.

【0016】(1)全組織中のパーライト組織の面積
率:まず、全組織中のパーライト組織の面積率をある一
定の範囲に限定した理由について説明する。パーライト
組織の面積率が10%未満になると、ベイナイト組織を
主体とするレール鋼のころがり面での加工硬化量の増加
が期待できず、レール鋼の耐摩耗性の向上が図れない。
またパーライト組織の面積率が50%を超えると、パー
ライト組織の増加により、ころがり面での疲労層(疲労
ダメージ層、集合組織)の蓄積が進みやすく、ダークス
ポット損傷などが発生してレール頭部の耐ころがり疲労
損傷性が著しく低下し、レールの使用寿命が低下する。
これらの理由により、全組織中のパーライト組織の面積
率を10〜50%の範囲に限定した。なお、レール鋼の
耐ころがり疲労損傷性と耐摩耗性を最も向上させるに
は、耐ころがり疲労損傷性を十分に確保する観点から、
全組織中のパーライト組織の面積率を20〜40%の範
囲にすることが最も望ましい。
(1) Area ratio of pearlite structure in entire structure: First, the reason why the area ratio of pearlite structure in all structures is limited to a certain range will be described. When the area ratio of the pearlite structure is less than 10%, an increase in the amount of work hardening on the rolling surface of the rail steel mainly composed of bainite structure cannot be expected, and the wear resistance of the rail steel cannot be improved.
If the area ratio of the pearlite structure exceeds 50%, the accumulation of the fatigue layer (fatigue damage layer, texture) on the rolling surface is likely to progress due to the increase in the pearlite structure, causing dark spot damage and the like to cause the rail head. Significantly reduces the rolling fatigue resistance and the service life of the rail.
For these reasons, the area ratio of the pearlite structure in the entire structure was limited to the range of 10 to 50%. To maximize the rolling fatigue resistance and wear resistance of the rail steel, from the viewpoint of ensuring sufficient rolling fatigue resistance,
It is most desirable that the area ratio of the pearlite structure in the entire structure be in the range of 20 to 40%.

【0017】また本発明レール鋼の金属組織は、ベイナ
イト組織とパーライト組織の混合組織であることが望ま
しが、その製造方法によっては微量なマルテンサイト組
織やフェライト組織が混入することがある。しかし、上
記の混合組織中に微量なマルテンサイト組織やフェライ
ト組織が混入しても、レール鋼の耐ころがり疲労損傷性
や耐摩耗性には大きな影響を及ぼさないため、本発明レ
ールの金属組織としては若干の上記記述の組織の混在も
含んでいる。
The metal structure of the rail steel of the present invention is desirably a mixed structure of a bainite structure and a pearlite structure. However, a minute amount of martensite structure or ferrite structure may be mixed depending on the manufacturing method. However, even if a small amount of martensite structure or ferrite structure is mixed in the above mixed structure, it does not significantly affect the rolling fatigue resistance and wear resistance of the rail steel. Also includes some mixture of the organizations described above.

【0018】(2)レール鋼の化学成分:次に、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。なお、単位は質量%である。Cは、
ベイナイト組織の強度と耐摩耗性を確保するための必須
元素であり、さらに、パーライト組織の生成を促進させ
る元素であるが、0.25%未満ではパーライト組織の
生成が促進されず、レール鋼の耐摩耗性の向上が図れな
い。また0.60%を超えると、混合組織中のパーライ
ト組織の生成量が多量となり、ころがり面での疲労層の
蓄積が進み、レール頭部の耐ころがり疲労損傷性が著し
く低下するため、C量を0.25〜0.60%に限定し
た。
(2) Chemical composition of rail steel: Next, the reason for limiting the chemical composition of the rail in the present invention as described above will be described. The unit is mass%. C is
It is an essential element for ensuring the strength and wear resistance of the bainite structure, and is an element that promotes the formation of a pearlite structure. Abrasion resistance cannot be improved. On the other hand, if it exceeds 0.60%, the amount of pearlite structure generated in the mixed structure becomes large, the accumulation of the fatigue layer on the rolling surface proceeds, and the rolling head fatigue resistance to rolling is significantly reduced. Was limited to 0.25 to 0.60%.

【0019】Siは、ベイナイト組織やパーライト組織
のフェライト基地への固溶体硬化により強度を向上さ
せ、レール鋼の強度を確保するための必須元素である
が、0.05%未満ではその効果がほとんど期待でき
ず、ころがり面に塑性変形起因の表面損傷が発生し、耐
ころがり疲労損傷性が低下する。また2.00%を超え
ると、レール熱間圧延時に表面疵が発生し易くなること
や、パーライト組織の延性が著しく低下してスポーリン
グ等の表面損傷が発生するため、Si量を0.05〜
2.00%に限定した。
Si is an essential element for improving the strength by solid solution hardening of a bainite structure or a pearlite structure to a ferrite matrix and securing the strength of the rail steel. However, if the content is less than 0.05%, the effect is almost expected. It is not possible, and surface damage due to plastic deformation occurs on the rolling surface, and the rolling fatigue resistance is reduced. On the other hand, if the content exceeds 2.00%, surface flaws are likely to be generated during hot rolling of the rail, and the ductility of the pearlite structure is significantly reduced to cause surface damage such as spalling. ~
Limited to 2.00%.

【0020】Mnは、ベイナイト変態の促進効果により
ベイナイト組織を安定的に生成せる元素であり、同時に
焼入性の向上によりベイナイト変態温度やパーライト変
態温度を低下させ、レール鋼の強度を確保する元素であ
るが、Mn量が0.10%未満ではその効果が微弱であ
り、ころがり面に塑性変形起因の表面損傷が発生し、耐
ころがり疲労損傷性が低下する。また、添加元素の組合
わせによってはフェライト組織が多量に生成してレール
鋼の耐摩耗性が低下する。また3.00%を超えると、
ベイナイト組織やパーライト組織の変態速度が著しく低
下し、多量のマルテンサイト組織が生成してレールの耐
摩耗性が大きく低下することから、Mn量を0.10〜
3.00%に限定した。
Mn is an element that stably forms a bainite structure by promoting bainite transformation, and at the same time, lowers bainite transformation temperature and pearlite transformation temperature by improving hardenability, thereby securing the strength of rail steel. However, if the Mn content is less than 0.10%, the effect is weak, surface damage due to plastic deformation occurs on the rolling surface, and the rolling fatigue resistance is reduced. Further, depending on the combination of the additional elements, a large amount of ferrite structure is generated, and the wear resistance of the rail steel is reduced. If it exceeds 3.00%,
Since the transformation rate of the bainite structure or the pearlite structure is remarkably reduced and a large amount of martensite structure is generated and the wear resistance of the rail is greatly reduced, the Mn content is reduced to 0.10 to 0.10.
It was limited to 3.00%.

【0021】Crは、焼入性の向上によりベイナイト変
態温度を低下させ、ベイナイト組織を強化するために重
要な元素であると同時に、パーライトの平衡変態点を上
昇させ、パーライト組織を微細化することによりパーラ
イト組織を強化する元素であるが、0.10%未満では
その効果が微弱であり、レール鋼の強化が不十分とな
り、ころがり面に塑性変形起因の表面損傷が発生し、耐
ころがり疲労損傷性が低下する。また3.00%を超え
ると、Mnと同様にベイナイト組織やパーライト組織の
変態速度が著しく低下し、多量のマルテンサイト組織が
生成してレールの耐摩耗性が大きく低下することから、
Cr量を0.10〜3.00%に限定した。
Cr is an important element for lowering the bainite transformation temperature by strengthening hardenability and strengthening the bainite structure. At the same time, it raises the equilibrium transformation point of pearlite and refines the pearlite structure. However, if it is less than 0.10%, the effect is weak, the reinforcement of the rail steel becomes insufficient, and surface damage due to plastic deformation occurs on the rolling surface, and the rolling contact fatigue damage Is reduced. On the other hand, if the content exceeds 3.00%, the transformation rate of the bainite structure or the pearlite structure is remarkably reduced like Mn, and a large amount of martensite structure is generated, and the wear resistance of the rail is greatly reduced.
The amount of Cr was limited to 0.10 to 3.00%.

【0022】また、上記の成分組成で製造されるレール
は、ベイナイト組織の安定化やベイナイト組織やパーラ
イト組織の強化による耐ころがり疲労損傷性の確保、溶
接部熱影響部の軟化防止、ベイナイト組織やパーライト
組織の延性や靱性の改善、混合組織中に生成する微視組
織の制御を図る目的で、Mo,Ni,Cu,Co,V,
Nb,Ti,Mg,Ca,Bの元素を必要に応じて添加
する。
Further, the rail manufactured with the above-mentioned composition has a stable bainite structure, a sufficient rolling fatigue resistance by strengthening a bainite structure and a pearlite structure, prevention of softening of a heat-affected zone in a welded portion, and a bainite structure. In order to improve the ductility and toughness of the pearlite structure and to control the microstructure generated in the mixed structure, Mo, Ni, Cu, Co, V,
Elements of Nb, Ti, Mg, Ca, and B are added as needed.

【0023】ここでMoは、ベイナイト変態の安定化を
図り、さらにベイナイト変態温度の低下によりベイナイ
ト組織の硬さの向上を図る。Ni,Cu,Coは、ベイ
ナイト変態温度の低下、ベイナイト組織やパーライト組
織の基地フェライトへの固溶強化により、ベイナイト組
織やパーライト組織の強化を図る。V,Nbは、熱間圧
延後の冷却課程において生成した炭化物や窒化物によ
り、ベイナイト組織やパーライト組織の強度を図る元素
であると同時に、Ac1 点以下の温度域に再加熱された
熱影響部において炭化物を生成させ、溶接継ぎ手部熱影
響部の硬度低下の防止を図ることが主な添加目的であ
る。
Here, Mo stabilizes the bainite transformation, and further improves the hardness of the bainite structure by lowering the bainite transformation temperature. Ni, Cu, and Co aim to strengthen the bainite structure and the pearlite structure by lowering the bainite transformation temperature and strengthening the solid solution of the bainite structure and the pearlite structure in the base ferrite. V and Nb are elements that increase the strength of a bainite structure or a pearlite structure by carbides and nitrides generated in a cooling process after hot rolling and, at the same time, a heat-affected zone reheated to a temperature range below the Ac1 point. The main purpose of addition is to form carbides in the steel and prevent a decrease in the hardness of the heat-affected zone of the weld joint.

【0024】またTiは、レール圧延加熱時のオーステ
ナイト結晶粒の微細化を図り、ベイナイト組織やパーラ
イト組織の延性や靱性の改善を図る。Mg,Caは、微
細な酸化物や硫化物の生成させることによりMnSを微
細分散させ、ベイナイト変態やパーライト変態の促進と
組織の微細化により、ベイナイト組織の延性や靭性を向
上させる。Bは、旧オーステナイト粒界から生成する初
析フェライト組織の生成を抑制し、レール鋼の耐摩耗性
を安定化を図ることが主な添加目的である。
[0024] Further, Ti seeks to refine the austenite crystal grains during rail rolling heating, and to improve the ductility and toughness of the bainite structure and the pearlite structure. Mg and Ca finely disperse MnS by generating fine oxides and sulfides, and improve the ductility and toughness of the bainite structure by promoting bainite transformation and pearlite transformation and refinement of the structure. The main purpose of B is to suppress the formation of a pro-eutectoid ferrite structure formed from the prior austenite grain boundaries and to stabilize the wear resistance of the rail steel.

【0025】それらの成分の個々について、以下に詳細
に説明する。Moは、Mnと同様に、ベイナイト変態の
促進効果によりベイナイト組織を安定的に生成させる元
素であり、同時に焼入れ性の向上によりベイナイト変態
温度を低下させ、ベイナイト組織の硬さを向上させる元
素であると同時に、パーライトの平衡変態点を上昇させ
てパーライト組織を微細化することにより、パーライト
組織を強化する元素である。Mo量が0.01%未満で
はその効果が十分でなく、ベイナイト組織の安定化や強
化およびパーライト組織の強化が図れない。また1.0
0%を超えると、Mn,Crと同様にベイナイト組織や
パーライト組織の変態速度が低下し、多量のマルテンサ
イト組織が生成してレールの耐摩耗性が大きく低下する
ことから、Mo量を0.01〜1.00%に限定した。
Each of these components will be described in detail below. Mo, like Mn, is an element that stably forms a bainite structure by the effect of promoting bainite transformation, and at the same time, is an element that lowers the bainite transformation temperature by improving hardenability and improves the hardness of the bainite structure. At the same time, it is an element that strengthens the pearlite structure by increasing the equilibrium transformation point of the pearlite to refine the pearlite structure. If the Mo content is less than 0.01%, the effect is not sufficient, and stabilization and strengthening of the bainite structure and strengthening of the pearlite structure cannot be achieved. 1.0
If it exceeds 0%, the transformation rate of the bainite structure or the pearlite structure is reduced as in the case of Mn and Cr, and a large amount of martensite structure is formed, and the wear resistance of the rail is greatly reduced. It was limited to 01 to 1.00%.

【0026】Niは、オーステナイトを安定化させる元
素であり、ベイナイト変態温度を低下させ、ベイナイト
組織の硬さを向上させる元素であると同時に、ベイナイ
ト組織やパーライト組織中のフェライト基地へ固溶強化
により、ベイナイト組織やパーライト組織を強化する元
素であるが、0.05%未満ではその効果が著しく小さ
く、ベイナイト組織やパーライト組織の強化が図れな
い。また2.00%を超えて添加すると、ベイナイト組
織やパーライト組織の変態速度が低下し、多量のマルテ
ンサイト組織が生成してレールの耐摩耗性が大きく低下
することから、Ni量を0.05〜2.00%に限定し
た。
Ni is an element that stabilizes austenite, lowers the transformation temperature of bainite, and improves the hardness of the bainite structure. At the same time, Ni is solid-solution strengthened in the ferrite matrix in the bainite structure or pearlite structure. The element strengthens the bainite structure and the pearlite structure. If the content is less than 0.05%, the effect is extremely small, and the bainite structure and the pearlite structure cannot be strengthened. Further, if it is added in excess of 2.00%, the transformation rate of the bainite structure or the pearlite structure is reduced, and a large amount of martensite structure is generated, and the wear resistance of the rail is greatly reduced. To 2.00%.

【0027】Cuは、Niと同様にオーステナイトを安
定化させる元素であり、ベイナイト変態温度を低下さ
せ、ベイナイト組織の硬さを向上させる元素であると同
時に、ベイナイト組織やパーライト組織中のフェライト
基地へ固溶強化により、ベイナイト組織やパーライト組
織を強化する元素であるが、その効果は0.05〜1.
00%の範囲で最も大きく、また1.00%を超えると
赤熱脆化を生じやすくなることから、Cu量を0.05
〜1.00%に限定した。
Cu, like Ni, is an element that stabilizes austenite, lowers the bainite transformation temperature, and improves the hardness of the bainite structure, and at the same time, reduces the ferrite base in the bainite structure and the pearlite structure. It is an element that strengthens the bainite structure and the pearlite structure by solid solution strengthening.
The largest amount is in the range of 00%, and if it exceeds 1.00%, red heat embrittlement is likely to occur.
To 1.00%.

【0028】Coは、ベイナイト組織やパーライト組織
の基地フェライトに固溶し、固溶強化により耐摩耗性を
向上させる元素であり、さらに、パーライトの変態エネ
ルギーを増加させてパーライト組織を促進することによ
り、パーライト組織の安定生成を図る元素であるが、
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、添加量に見合った
その効果の改善が見られず、添加コストの増加により経
済性が著しく損なわれるため、Co量を0.10〜2.
00%に限定した。
Co is an element that forms a solid solution in the base ferrite having a bainite structure or a pearlite structure and improves wear resistance by solid solution strengthening. Further, Co is formed by increasing the transformation energy of pearlite to promote the pearlite structure. , Is an element that aims to produce a stable pearlite structure,
If it is less than 0.10%, the effect cannot be expected.
Even if excessive addition exceeding 0% is carried out, the effect corresponding to the addition amount is not improved, and the economical efficiency is significantly impaired due to the increase in the addition cost.
Limited to 00%.

【0029】Vは、CまたはNと結合して、熱間圧延後
の冷却課程においてVの炭化物やVの窒化物を形成し、
ベイナイト組織やパーライト組織中のフェライト基地に
析出することにより、ベイナイト組織やパーライト組織
の強化を図る元素であると同時に、Ac1 点以下の温度
域に再加熱された熱影響部において、Vの炭化物を生成
させ、溶接継ぎ手部熱影響部の硬度低下を防止するのに
有効な成分であるが、0.01%未満ではその効果が十
分に期待できず、0.30%を超えて添加すると、多量
のVの炭化物が生成してレールの延性や靭性が低下する
ことから、V量を0.01〜0.30%に限定した。
V combines with C or N to form V carbide or V nitride in the cooling process after hot rolling.
It is an element that strengthens the bainite structure and pearlite structure by precipitating in the ferrite matrix in the bainite structure and pearlite structure. It is an effective component to prevent the decrease in the hardness of the heat-affected zone of the welded joint. However, if it is less than 0.01%, its effect cannot be expected sufficiently. The V content is limited to 0.01 to 0.30% because carbides of V form and the ductility and toughness of the rail decrease.

【0030】Nbは、Vと同様に、熱間圧延後の冷却課
程においてNbの炭化物やNbの窒化物を形成し、ベイ
ナイト組織やパーライト組織中のフェライト基地に析出
することにより、ベイナイト組織やパーライト組織の強
化を図る元素であると同時に、Ac1 点以下の温度域に
再加熱された熱影響部においてNbの炭化物を生成さ
せ、溶接継ぎ手部熱影響部の硬度低下を防止するのに有
効な成分であるが、0.005%未満ではその効果が十
分に期待できず、また0.05%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レ
ールの延性や靭性を低下させることから、Nb量を0.
005〜0.05%に限定した。
Like V, Nb forms carbides of Nb and nitrides of Nb in a cooling process after hot rolling and precipitates on a ferrite matrix in a bainite structure or a pearlite structure, thereby forming a bainite structure or a pearlite structure. At the same time as an element that strengthens the structure, Nb carbide is generated in the heat-affected zone reheated to a temperature range below the Ac1 point, and is an effective component to prevent a decrease in the hardness of the heat-affected zone at the weld joint. However, if the content is less than 0.005%, the effect cannot be expected sufficiently. If the addition is excessively more than 0.05%, an intermetallic compound of Nb or a coarse precipitate is formed, and the ductility of the rail and Since the toughness is reduced, the amount of Nb is set to 0.1.
005-0.05%.

【0031】Tiは、溶解・凝固時に析出したTiの窒
化物がレール圧延時加熱の高温でも溶解しないことを利
用して、レール圧延加熱時のオーステナイト結晶粒の微
細化を図り、ベイナイト組織やパーライト組織の延性や
靱性の改善に寄与する元素であるが、0.005%未満
ではこれらの効果が十分に発揮されず、また0.050
%を超えて添加すると、粗大な窒化物(TiN)が生成
してレールの延性や靱性が低下すると同時に、レール使
用中の疲労損傷の起点となりレールの使用寿命が低下す
ることから、Ti量を0.005〜0.050%に限定
した。
Titanium is used for refining austenite crystal grains during rail rolling heating by utilizing the fact that Ti nitride precipitated during melting and solidification does not dissolve even at the high temperature of rail rolling heating. Although it is an element that contributes to the improvement of the ductility and toughness of the structure, if it is less than 0.005%, these effects are not sufficiently exhibited, and 0.050%
%, Coarse nitrides (TiN) are formed to reduce the ductility and toughness of the rail, and at the same time, become the starting point of fatigue damage during the use of the rail and shorten the service life of the rail. It was limited to 0.005 to 0.050%.

【0032】Mgは、OまたはSやAl等と結合して微
細な酸化物を形成し、レール圧延時の再加熱において結
晶粒の粒成長を抑制し、オーステナイト粒の微細化を図
り、ベイナイト組織やパーライト組織の延性や靭性を向
上させるのに有効な元素である。さらに、MgO,Mg
SがMnSを微細に分散させ、MnSの周囲にMnの希
薄帯を形成し、ベイナイト変態やパーライト変態を促進
させ、その結果、ベイナイト組織やパーライト組織を微
細化することにより、延性や靭性を向上させるのに有効
な元素である。しかし、0.0001%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0.0001〜0.0300%に限定し
た。
Mg combines with O or S or Al to form a fine oxide, suppresses the growth of crystal grains during reheating during rail rolling, refines austenite grains, and improves the bainite structure. And an element effective for improving the ductility and toughness of the pearlite structure. Furthermore, MgO, Mg
S finely disperses MnS, forms a dilute band of Mn around MnS, promotes bainite transformation and pearlite transformation, and as a result, refines bainite structure and pearlite structure, thereby improving ductility and toughness. It is an effective element to make it. However, if it is less than 0.0001%, the effect is weak, and if it exceeds 0.0300%, a coarse oxide of Mg is formed to deteriorate the ductility and toughness of the rail. Limited to 0300%.

【0033】Caは、Sとの結合力が強く、CaSとし
て硫化物を形成し、さらにCaSがMnSを微細に分散
させ、MnSの周囲にMnの希薄帯を形成してベイナイ
ト変態やパーライト変態を促進させ、その結果、ベイナ
イト組織やパーライト組織を微細化することにより、延
性や靭性を向上させるのに有効な元素である。しかし
0.0001%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0.000
1〜0.0150%に限定した。
Ca has a strong bonding force with S, forms a sulfide as CaS, and furthermore, CaS finely disperses MnS and forms a dilute band of Mn around MnS to form bainite transformation or pearlite transformation. It is an element effective for improving ductility and toughness by accelerating and, as a result, making the bainite structure and the pearlite structure finer. However, if less than 0.0001%, the effect is weak, and 0.0150%.
%, A coarse oxide of Ca is formed to deteriorate the ductility and toughness of the rail.
It was limited to 1 to 0.0150%.

【0034】Bは、旧オーステナイト粒界から生成する
初析フェライト組織の生成を抑制すると同時に、鉄炭ほ
う化物を形成してパーライト変態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、
0.0050%を超えて添加すると、オーステナイト粒
界に粗大なBの窒化物や炭化物が生成し、レール鋼の延
性や靱性が大きく低下することから、B量を0.000
1〜0.0050%に限定した。
B is an element that suppresses the formation of a pro-eutectoid ferrite structure formed from the prior austenite grain boundary, and at the same time, forms an iron carbide boride to promote the pearlite transformation. However, if it is less than 0.0001%, the effect is weak,
If added in excess of 0.0050%, coarse nitrides and carbides of B are formed at the austenite grain boundaries, and the ductility and toughness of the rail steel are greatly reduced.
It was limited to 1 to 0.0050%.

【0035】(3)ベイナイト組織とパーライト組織の
混合組織の必要範囲:次に、ベイナイト組織とパーライ
ト組織の混合組織の混合組織が必要な領域を、レール頭
部のある一定の領域に限定した理由について説明する。
レール頭部において、上記混合組織の存在する領域が、
頭部コーナー部および頭頂部の該頭部表面を起点として
20mm未満では、レール頭部において、耐ころがり疲
労損傷性および耐摩耗性が必要とされる領域としては小
さく、十分なレール使用寿命の改善効果が得られないた
めである。また上記混合組織の範囲が、頭部コーナー部
および頭頂部の該頭部表面を起点として深さ30mm以
上であれば、寿命改善効果がさらに増し、より望まし
い。
(3) Necessary range of mixed structure of bainite structure and pearlite structure: Next, the reason why the mixed structure of the mixed structure of bainite structure and pearlite structure is limited to a certain region of the rail head. Will be described.
In the rail head, the area where the mixed tissue exists,
If the head corners and the top of the head are less than 20 mm from the head surface as a starting point, the area where the rolling fatigue resistance and wear resistance are required in the rail head is small, and the rail service life is sufficiently improved. This is because the effect cannot be obtained. When the range of the mixed structure is 30 mm or more starting from the head surface of the head corner and the head, the effect of improving the life is further increased, which is more preferable.

【0036】ここで、図1に本発明の耐ころがり疲労損
傷性および耐摩耗性に優れたレールの頭部断面表面位置
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。こ
こで、ベイナイト組織とパーライト組織の混合組織は、
少なくとも図中の斜線部に存在すれば、十分なレール使
用寿命の改善が図れる。
Here, FIG. 1 shows the designation of the surface position of the cross section of the head of the rail of the present invention which is excellent in the rolling fatigue resistance and the wear resistance. 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. Here, the mixed structure of bainite structure and pearlite structure is
At least in the shaded area in the figure, sufficient rail service life can be improved.

【0037】(4)ベイナイト組織とパーライト組織の
混合組織の硬さ:次に、上記レール頭部の混合組織の硬
さをHv300〜450の範囲に限定した理由について
説明する。硬さがHv300未満になると、頭部のG.
C.部にレールと車輪の強い接触によるメタルフローが
生成し、これに伴いきしみ割れやフレーキング損傷など
の表面損傷が発生しやすくなるため、レール頭部の硬さ
をHv300以上に限定した。また硬さがHv450を
超えると、混合損傷の延性が著しく低下し、レール頭部
にスポーリング損傷などの表面損傷が発生しやすくなる
ことから、レール頭部の硬さをHv300〜450の範
囲に限定した。
(4) Hardness of Mixed Structure of Bainite Structure and Pearlite Structure: Next, the reason why the hardness of the mixed structure of the rail head is limited to the range of Hv 300 to 450 will be described. When the hardness becomes less than Hv300, the G.V.
C. Since metal flow is generated in the part due to strong contact between the rail and the wheel, and surface damage such as creaking and flaking is likely to occur with this, the hardness of the rail head is limited to Hv300 or more. Further, when the hardness exceeds Hv450, the ductility of the mixed damage is significantly reduced, and surface damage such as spalling damage is easily generated on the rail head. Therefore, the hardness of the rail head is set in the range of Hv300 to 450. Limited.

【0038】(5)レールの熱処理製造方法:請求項1
0,11において、レール製造時の加速冷却前の温度条
件、加速冷却条件を上記のように限定した理由について
詳細に説明する。まず、レール頭部を加速冷却する前の
温度条件について説明する。ベイナイト組織とパーライ
ト組織の混合組織を安定的に得るためには、少なくとも
レール頭部全体をオーステナイト化する必要がある。そ
の温度は、圧延直後のレール頭部においてはAr1 点以
上の温度域であり、また、再加熱されたレール頭部では
Ac1 点+30℃以上の温度域である。なお、温度の上
限は特に規定しないが、あまり高温度にすると液相が現
れてオーステナイト相が不安定になるため、温度は実質
1450℃が上限となる。
(5) A method for producing a rail by heat treatment:
The reasons why the temperature conditions and the accelerated cooling conditions before the accelerated cooling during the manufacture of the rails are limited as described above at 0 and 11 will be described in detail. First, a temperature condition before the rail head is accelerated and cooled will be described. In order to stably obtain a mixed structure of a bainite structure and a pearlite structure, at least the entire rail head must be austenitized. The temperature of the rail head immediately after rolling is in the temperature range of Ar1 point or higher, and the temperature of the reheated rail head is in the temperature range of Ac1 point + 30 ° C. or higher. Although the upper limit of the temperature is not particularly defined, if the temperature is too high, the liquid phase appears and the austenite phase becomes unstable, so that the upper limit of the temperature is substantially 1450 ° C.

【0039】ここで、上記の「レール頭部」とは、図1
に示すレール頭頂部(符号:1)および頭部コーナー部
(符号:2)を含む図中の斜線部分である。以下に説明
する加速冷却条件は、図1に示すレール頭頂部(符号:
1)および頭部コーナー部(符号:2)の頭部表面から
深さが2〜5mmの範囲で温度の測定を行えば、レール
頭部の少なくとも深さ20mmの範囲を代表させること
ができ、少なくとも図1に示す斜線部分の金属組織や硬
さを制御することができる。
Here, the above-mentioned "rail head" refers to the one shown in FIG.
Are the hatched parts in the figure including the rail top part (reference number: 1) and the head corner part (reference number: 2). The accelerated cooling conditions described below correspond to the top of the rail shown in FIG.
If the temperature is measured in a range of 1 to 5 mm from the head surface of the head corner (code: 2) and at a depth of 2 to 5 mm, at least a range of a depth of the rail head of 20 mm can be represented. It is possible to control at least the metal structure and hardness of the hatched portion shown in FIG.

【0040】次に、レール頭部を上記温度域から0.5
〜10℃/secの冷却速度で加速冷却し、前記鋼レー
ルの頭部が500〜250℃に達した時点で加速冷却を
停止し、その後自然冷却する方法において、加速冷却速
度、加速冷却停止温度を上記のように限定した理由につ
いて説明する。まず、オーステナイト域からの加速冷却
速度を0.5〜10℃/sec の範囲に限定した理由につ
いて説明する。
Next, the rail head is moved 0.5 degrees from the above temperature range.
In a method of performing accelerated cooling at a cooling rate of -10 ° C / sec, stopping accelerated cooling when the head of the steel rail reaches 500 to 250 ° C, and then naturally cooling, an accelerated cooling rate and an accelerated cooling stop temperature are provided. Will be described below. First, the reason why the accelerated cooling rate from the austenite region is limited to the range of 0.5 to 10 ° C./sec will be described.

【0041】上記成分系において0.5℃/sec 未満で
加速冷却すると、パーライト組織が多量に生成し、レー
ル頭部にダークスポット損傷などが生成し、レール頭部
の耐ころがり疲労損傷性が著しく低下する。さらに、高
温度域で硬さの低いベイナイト組織が多く生成し、塑性
変形起因のフレーキング損傷等の表面損傷も発生しやす
くなる。また10℃/sec を超えて加速冷却すると、成
分系によっては十分な量のパーライト組織が生成せず、
ベイナイト組織が生成してしまうため、レール鋼の耐摩
耗性を向上させることが困難となる。これら理由によ
り、この加速冷却速度範囲を0.5〜10℃/sec 範囲
に限定した。
When accelerated cooling at a rate of less than 0.5 ° C./sec in the above-mentioned component system, a large amount of pearlite structure is formed, dark spot damage is generated on the rail head, and rolling fatigue resistance of the rail head is remarkable. descend. Furthermore, many bainite structures with low hardness are generated in a high temperature range, and surface damage such as flaking damage due to plastic deformation is likely to occur. When accelerated cooling at more than 10 ° C./sec, a sufficient amount of pearlite structure is not generated depending on the component system.
Since a bainite structure is generated, it becomes difficult to improve the wear resistance of the rail steel. For these reasons, the accelerated cooling rate range was limited to the range of 0.5 to 10 ° C./sec.

【0042】次に、オーステナイト域温度からの加速冷
却停止温度を500〜250℃の範囲に限定した理由に
ついて説明する。本成分系において500℃を超えて冷
却を停止すると、加速冷却直後の高温度域でベイナイト
変態が始まり、硬さの低いベイナイト組織が多く生成
し、レール頭部において、塑性変形起因のフレーキング
損傷等の表面損傷が発生しやすくなる。また250℃未
満まで冷却すると、成分系によっては加速冷却中にマル
テンサイト組織が多量に生成する。さらに、加速冷却後
の放冷域においてもベイナイト変態が進行せず、残留し
た多量のオーステナイト組織がマルテンサイト組織に変
態し、レール鋼の耐摩耗性が著しく低下する。これら理
由により、オーステナイト域温度からの加速冷却停止温
度を500〜250℃の範囲に限定した。
Next, the reason why the accelerated cooling stop temperature from the austenite region temperature is limited to the range of 500 to 250 ° C. will be described. When cooling is stopped in this component system beyond 500 ° C, bainite transformation starts in the high temperature range immediately after accelerated cooling, bainite structure with low hardness is generated, and flaking damage due to plastic deformation occurs at the rail head. Etc. are likely to occur. Further, when the temperature is cooled to less than 250 ° C., a large amount of martensite structure is generated during accelerated cooling depending on the component system. Furthermore, even in the cooling zone after accelerated cooling, the bainite transformation does not proceed, and a large amount of the remaining austenite structure is transformed into a martensite structure, and the wear resistance of the rail steel is significantly reduced. For these reasons, the accelerated cooling stop temperature from the austenite region temperature is limited to the range of 500 to 250 ° C.

【0043】次に、レール頭部を上記温度域から0.5
〜10℃/secの冷却速度で加速冷却し、前記鋼レールの
頭部の温度が700〜600℃達した時点で加速冷却を
停止し、15〜600sec放冷した後に、さらに冷却
速度3℃/sec 以上で加速冷却し、前記鋼レールの頭部
の温度が500〜250℃に達した時点で加速冷却を停
止し、その後自然冷却する方法において、加速冷却速
度、加速冷却停止温度を上記のように限定した理由につ
いて説明する。
Next, the rail head is moved from the above temperature range by 0.5.
After accelerated cooling at a cooling rate of 〜1010 ° C./sec, the accelerated cooling is stopped when the temperature of the head of the steel rail reaches 700 to 600 ° C., and after cooling for 15 to 600 seconds, the cooling rate is further increased to 3 ° C./sec. In the method of accelerated cooling in seconds or more, and stopping the accelerated cooling when the temperature of the head of the steel rail reaches 500 to 250 ° C., and then naturally cooling, the accelerated cooling rate and the accelerated cooling stop temperature are set as described above. The reason for the limitation is described.

【0044】パーライト変態の促進効果の高いCの添加
量が少ない成分系やMn,Mo等のベイナイト変態を安
定化させる元素が多量に添加されている成分系では、パ
ーライト変態領域が長時間側へシフトし、オーステナイ
ト域温度からの加速冷却途中において、十分な量のパー
ライト組織が得られず、レール鋼の耐摩耗性が向上しな
い場合がある。そこで、ベイナイト組織とパーライト組
織の混合組織を安定的に得る目的で上記の熱処理を行
う。
In a component system having a small addition amount of C, which has a high effect of promoting the pearlite transformation, or a component system containing a large amount of an element stabilizing the bainite transformation such as Mn or Mo, the pearlite transformation region is shifted to a longer time side. During the accelerated cooling from the austenite region temperature, a sufficient amount of pearlite structure may not be obtained, and the wear resistance of the rail steel may not be improved. Therefore, the above heat treatment is performed for the purpose of stably obtaining a mixed structure of a bainite structure and a pearlite structure.

【0045】まず、オーステナイト域からの加速冷却速
度を0.5〜10℃/sec の範囲に限定した理由につい
て説明する。上記成分系において0.5℃/sec 未満で
加速冷却すると、その後の放冷領域でパーライト組織が
多量に生成し、レール頭部にダークスポット損傷などが
生成し、レール頭部の耐ころがり疲労損傷性が著しく低
下する。また10℃/sec を超えて加速冷却すると、成
分系によってはその後の放冷領域でパーライト組織が十
分に生成せず、レール鋼の耐摩耗性を向上させることが
困難となる。これら理由により、この加速冷却速度範囲
を0.5〜10℃/sec 範囲に限定した。
First, the reason why the accelerated cooling rate from the austenite region is limited to the range of 0.5 to 10 ° C./sec will be described. When accelerated cooling at less than 0.5 ° C / sec in the above component system, a large amount of pearlite structure is formed in the subsequent cooling zone, dark spot damage is generated on the rail head, and rolling fatigue damage of the rail head is caused. Properties are significantly reduced. Further, when accelerated cooling at more than 10 ° C./sec, depending on the component system, a pearlite structure is not sufficiently generated in the subsequent cooling region, and it becomes difficult to improve the wear resistance of the rail steel. For these reasons, the accelerated cooling rate range was limited to the range of 0.5 to 10 ° C./sec.

【0046】次に、オーステナイト域温度からの加速冷
却停止温度を700〜600℃の範囲に限定した理由に
ついて説明する。本成分系において700℃を超えて冷
却を停止すると、その後の放冷領域でフェライト変態が
始まり、硬さの低いフェライト組織の生成により、レー
ル頭部において塑性変形起因のフレーキング損傷等の表
面損傷が発生しやすくなる。また600℃未満まで冷却
すると、成分系によってはその後の放冷領域で十分なパ
ーライト組織が生成せず、レール鋼の耐摩耗性の向上が
図れない。これら理由により、オーステナイト域温度か
らの加速冷却停止温度を700〜600℃の範囲に限定
した。
Next, the reason why the accelerated cooling stop temperature from the austenite region temperature is limited to the range of 700 to 600 ° C. will be described. When the cooling is stopped in this component system above 700 ° C, ferrite transformation starts in the subsequent cooling zone, and the formation of a ferrite structure with low hardness causes surface damage such as flaking damage due to plastic deformation at the rail head. Is more likely to occur. Further, when the temperature is cooled to less than 600 ° C., a sufficient pearlite structure is not generated in the subsequent cooling region depending on the component system, and the wear resistance of the rail steel cannot be improved. For these reasons, the accelerated cooling stop temperature from the austenite region temperature is limited to the range of 700 to 600 ° C.

【0047】次に、放冷時間の限定理由について説明す
る。放冷時間15sec未満では、パーライト組織の生
成時間としては短く、十分な量のパーライト組織が得ら
れず、レールの耐摩耗性の向上が図れない。また放冷時
間が600secを超えると、成分系によってはパーラ
イト組織の生成量が過剰となり、レール頭部にダークス
ポット損傷などが生成し、レール頭部の耐ころがり疲労
損傷性が著しく低下する。これら理由により、加速冷却
後の放冷時間を15〜600secの範囲に限定した。
Next, the reason for limiting the cooling time will be described. If the cooling time is less than 15 seconds, the generation time of the pearlite structure is short, and a sufficient amount of the pearlite structure cannot be obtained, and the wear resistance of the rail cannot be improved. On the other hand, if the cooling time exceeds 600 sec, depending on the component system, the generation amount of the pearlite structure becomes excessive, dark spot damage is generated on the rail head, and the rolling fatigue resistance of the rail head is significantly reduced. For these reasons, the cooling time after accelerated cooling is limited to the range of 15 to 600 sec.

【0048】次に、700〜600℃からの加速冷却速
度を3℃/sec 以上に限定した理由について説明する。
700〜600℃からの加速冷却速度が3℃/sec 未満
では、成分系によっては、冷却途中の高温度域で硬さの
低いベイナイト組織が多く生成し、塑性変形起因のフレ
ーキング損傷等の表面損傷が発生しやすくなる。この理
由により、放冷後の加速冷却速度を3℃/sec 以上に限
定した。
Next, the reason why the accelerated cooling rate from 700 to 600 ° C. is limited to 3 ° C./sec or more will be described.
If the accelerated cooling rate from 700 to 600 ° C. is less than 3 ° C./sec, depending on the component system, many bainite structures with low hardness are generated in the high temperature range during cooling, and the surface such as flaking damage due to plastic deformation is generated. Damage is more likely to occur. For this reason, the accelerated cooling rate after cooling is limited to 3 ° C./sec or more.

【0049】次に、700〜600℃からの加速冷却停
止温度を500〜250℃の範囲に限定した理由につい
て説明する。本成分系において500℃を超えて冷却を
停止すると、加速冷却直後の高温度域でベイナイト変態
が始まり、硬さの低いベイナイト組織が多く生成し、レ
ール頭部において、塑性変形起因のフレーキング損傷等
の表面損傷が発生しやすくなる。また250℃未満まで
冷却すると、成分系によっては加速冷却中にマルテンサ
イト組織が多量に生成する。さらに、加速冷却後の放冷
域においてもベイナイト変態が進行せず、残留した多量
のオーステナイト組織がマルテンサイト組織に変態し、
レール鋼の耐摩耗性が著しく低下する。これら理由によ
り、オーステナイト域温度からの加速冷却停止温度を5
00〜250℃の範囲に限定した。
Next, the reason why the accelerated cooling stop temperature from 700 to 600 ° C. is limited to the range of 500 to 250 ° C. will be described. When cooling is stopped in this component system beyond 500 ° C, bainite transformation starts in the high temperature range immediately after accelerated cooling, bainite structure with low hardness is generated, and flaking damage due to plastic deformation occurs at the rail head. Etc. are likely to occur. Further, when the temperature is cooled to less than 250 ° C., a large amount of martensite structure is generated during accelerated cooling depending on the component system. Furthermore, bainite transformation does not progress even in the cooling zone after accelerated cooling, and a large amount of remaining austenite structure transforms to martensite structure,
The wear resistance of the rail steel is significantly reduced. For these reasons, the accelerated cooling stop temperature from the austenite region temperature is 5
The range was limited to 00 to 250 ° C.

【0050】すなわち、本発明において、この熱間圧延
ままのAr1 点以上の温度を保有する鋼レール、あるい
は熱処理する目的でAc1 点+30℃以上の温度に加熱
された鋼レールにおいて、少なくともレール頭部を、そ
れぞれの温度領域から、0.5〜10℃/secの冷却速度
で加速冷却し、前記鋼レールの頭部が500〜250℃
に達した時点で加速冷却を停止し、その後自然冷却、ま
たはそれぞれの温度領域から0.5〜10℃/secの冷却
速度で加速冷却し、前記鋼レールの頭部の温度が700
〜600℃に達した時点で加速冷却を停止し、15〜6
00sec放冷した後に、さらに冷却速度3℃/sec 以
上で加速冷却し、前記鋼レールの頭部の温度が500〜
250℃に達した時点で加速冷却を停止し、その後自然
冷却することによって、パーライト組織の生成を促進さ
せ、同時に高温度域でのベイナイト組織の生成を抑制
し、低温度域でベイナイト変態を安定的に完遂させ、あ
る一定範囲の硬さを有したベイナイト組織とパーライト
組織の混合組織を得ることが可能となる。
That is, in the present invention, at least the rail head of a steel rail having a temperature of not less than the Ar1 point as hot rolled or heated to a temperature of not less than the Ac1 point + 30 ° C. for the purpose of heat treatment. From each temperature range, accelerated cooling at a cooling rate of 0.5 to 10 ° C./sec, and the head of the steel rail is 500 to 250 ° C.
At the time when the temperature of the steel rail is reached, and then natural cooling, or accelerated cooling at a cooling rate of 0.5 to 10 ° C./sec from the respective temperature ranges, and the temperature of the head of the steel rail is 700.
When the temperature reaches 600600 ° C., the accelerated cooling is stopped.
After allowing to cool for 00 seconds, the steel rail was further accelerated and cooled at a cooling rate of 3 ° C./sec or more, and the temperature of the steel rail head was 500 to
When the temperature reaches 250 ° C, accelerated cooling is stopped and then spontaneous cooling promotes the formation of pearlite structure, and at the same time suppresses the formation of bainite structure in high temperature range and stabilizes bainite transformation in low temperature range And a mixed structure of a bainite structure and a pearlite structure having a certain range of hardness can be obtained.

【0051】なお上記加速冷却は、少なくとも耐ころが
り疲労損傷性および耐摩耗性が主に要求されており、ベ
イナイト組織とパーライト組織の生成量を正確に制御し
なければならないレール頭部について行うのが前提であ
る。しかし、熱処理時のレールの曲がりや熱処理後の残
留応力を制御するには、レール頭部に加えてレール柱部
や底部も同様な熱処理を行うことが望ましい。また加速
冷却時の冷却媒体としては、所定の冷却速度を得るた
め、空気、ミスト、水・空気混合冷媒、あるいはこれら
の組合わせ、および、油、熱湯、ポリマー+水、ソルト
バスへのレール頭部あるいは全体を浸漬等を用いること
が望ましい。
It is to be noted that the accelerated cooling is mainly performed on the rail head, which is required to have at least mainly the resistance to rolling fatigue damage and wear, and for which the amount of formation of the bainite structure and the pearlite structure must be accurately controlled. It is a premise. However, in order to control the bending of the rail during the heat treatment and the residual stress after the heat treatment, it is desirable to perform the same heat treatment on the rail pillars and the bottom in addition to the rail head. As a cooling medium at the time of accelerated cooling, to obtain a predetermined cooling rate, air, mist, a mixed refrigerant of water and air, or a combination thereof, and a rail head to oil, hot water, polymer + water, and a salt bath. It is desirable to use immersion or the like for part or the whole.

【0052】[0052]

【実施例】次に、本発明の実施例について説明する。表
1に、本発明レール鋼の化学成分、頭部のミクロ組織お
よびその面積率、頭部硬さ、部熱処理条件を示す。また
表1には、図2に示すころがり疲労損傷試験機による水
潤滑ころがり疲労試験結果、図3に示す摩耗試験結果も
併記した。また表2に、比較レール鋼の化学成分、頭部
のミクロ組織およびその面積率、頭部硬さ、部熱処理条
件を示す。また表2には、図2に示すころがり疲労損傷
試験機による水潤滑ころがり疲労試験結果、図3に示す
摩耗試験結果も併記した。さらに図4に、本発明レール
鋼(符号G〜J:0.4mass%C)と比較レール鋼(符
号U、W:0.4mass%C)の、全組織中のパーライト
組織の面積率と摩耗量の関係を示す。
Next, an embodiment of the present invention will be described. Table 1 shows the chemical composition of the rail steel of the present invention, the microstructure of the head, the area ratio thereof, the hardness of the head, and the heat treatment conditions for the parts. Table 1 also shows the results of a water lubricated rolling fatigue test performed by the rolling fatigue damage tester shown in FIG. 2 and the wear test results shown in FIG. Table 2 shows the chemical composition of the comparative rail steel, the microstructure of the head, the area ratio thereof, the hardness of the head, and the conditions of the partial heat treatment. Table 2 also shows the results of a water lubricated rolling fatigue test using the rolling fatigue damage tester shown in FIG. 2 and the results of the wear test shown in FIG. Further, FIG. 4 shows the area ratio and wear of the pearlite structure in the entire structure of the rail steel of the present invention (reference numerals G to J: 0.4 mass% C) and the comparative rail steel (reference numerals U and W: 0.4 mass% C). The relationship between the quantities is shown.

【0053】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(全12本) 符号:A〜L 化学成分が上記限定範囲内であり、その金属組織がベイ
ナイト組織とパーライト組織の混合組織からなり、任意
の断面において、全組織中のパーライト組織の面積率の
範囲が10〜50%であり、さらに、前記鋼レールの頭
部コーナー部および頭頂部の該頭部表面を起点として、
少なくとも深さ20mmまでの範囲において、その硬さ
がHv300〜450の範囲であることを特徴とする耐
ころがり疲労損傷性および耐破壊性に優れたレール。 ・比較レール鋼(全12本) 符号:M〜X 符号M〜O:化学成分が上記限定範囲外であり、現在旅
客鉄道で使用されているパーライト組織の比較レール鋼
(3本)。 符号P〜R:化学成分が上記限定範囲外である比較レー
ル鋼(3本)。 符号S〜X:化学成分は上記限定範囲内であるが、熱処
理条件が上記限定範囲外である比較レール鋼(6本)。
The configuration of the rail is as follows. -Rail steel of the present invention (12 in total) Code: A to L The chemical composition is within the above-mentioned limited range, the metal structure is a mixed structure of bainite structure and pearlite structure, and in any cross section, pearlite in the whole structure The range of the area ratio of the structure is 10 to 50%, and further, starting from the head surface of the head corner and the top of the steel rail,
A rail having excellent rolling fatigue damage resistance and fracture resistance, characterized in that its hardness is in the range of Hv 300 to 450 at least up to a depth of 20 mm. -Comparative rail steel (12 rails in total) Codes: M to X Codes M to O: Comparative rail steels (3) having a pearlite structure whose chemical composition is outside the above-mentioned limited range and currently used in passenger railways. Symbols P to R: comparative rail steels (three) whose chemical components are outside the above-mentioned limited range. Symbols S to X: Comparative rail steels (six pieces) whose chemical components are within the above-mentioned limited range but heat treatment conditions are outside the above-mentioned limited range.

【0054】各種試験条件は下記のとおりである。 ・ころがり疲労試験条件 試験機 :ころがり疲労試験機(図2参照) 試験片形状:円盤状試験片 (レール 外径:200mm、レール材断面形状:60
Kレールの1/4モデル) (車輪 外径:200mm、車輪材断面形状 :円弧
踏面車輪の1/4モデル) 試験荷重 :1.0トン(ラジアル荷重) 雰囲気 :乾燥+水潤滑(60cc/min ) 回転数 :乾燥;100rpm、水潤滑;300rp
m 繰返し回数:0〜5000回まで乾燥状態、その後水潤
滑により損傷発生および摩耗限界まで(損傷が発生しな
い場合は200万回で試験を中止)。 ・摩耗試験条件 試験機 :西原式摩耗試験機(図3参照) 試験片形状 :円盤状試験片(外径:30mm、厚
さ:8mm) 試験片採取位置:レール頭部表面下2mm(図5参照) 試験荷重 :686N(640MPa) すべり率 :20% 相手材 :パーライト鋼(Hv380) 雰囲気 :大気中 冷却 :圧搾空気による強制冷却(流量:10
0Nl/min) 繰返し回数 :70万回
The various test conditions are as follows. -Rolling fatigue test conditions Test machine: Rolling fatigue test machine (see Fig. 2) Specimen shape: Disc-shaped specimen (Rail outer diameter: 200 mm, rail material cross-sectional shape: 60)
(1/4 model of K rail) (wheel outer diameter: 200mm, cross section of wheel material: 1/4 model of circular tread wheel) Test load: 1.0 ton (radial load) Atmosphere: dry + water lubrication (60cc / min) ) Number of revolutions: dry; 100 rpm, water lubrication; 300 rpm
m Number of repetitions: Dry to 0 to 5000 times, then to damage and wear limit by water lubrication (if no damage occurs, stop the test after 2 million times). -Wear test conditions Test machine: Nishihara type wear test machine (see Fig. 3) Test specimen shape: Disc-shaped test specimen (outer diameter: 30mm, thickness: 8mm) Test specimen sampling position: 2mm below the rail head surface (Fig. 5) Test load: 686 N (640 MPa) Sliding rate: 20% Counterpart material: Pearlite steel (Hv380) Atmosphere: Air cooling: Forced cooling with compressed air (flow rate: 10)
0Nl / min) Number of repetitions: 700,000 times

【0055】[0055]

【表1】 [Table 1]

【0056】[0056]

【表2】 [Table 2]

【0057】[0057]

【発明の効果】表1,2に示したように本発明レール鋼
は、C,Si,Mn,Crの添加元素の適切な選択によ
り、ベイナイト組織とパーライト組織の混合組織とする
ことによって、現行のパーライト組織のレール鋼(比較
レール鋼、符号:M〜O)で問題となっていたダークス
ポット損傷等のころがり疲労損傷の発生を防止し、同時
に、図4に示したように適量なパーライト組織の存在に
より耐摩耗性を向上させ、耐ころがり疲労損傷性の低下
を引き起こさず、レールの摩耗寿命を向上させることが
できる。さらに、頭部熱処理時の加速冷却速度、加速冷
却停止温度、加速冷却後の冷却を適正に選ぶことによ
り、安定的にベイナイト組織とパーライト組織の混合組
織とすることができる。
As shown in Tables 1 and 2, the rail steel of the present invention has a mixed structure of a bainite structure and a pearlite structure by appropriately selecting the added elements of C, Si, Mn, and Cr. 4 prevents rolling fatigue damage such as dark spot damage, which has been a problem with the pearlite microstructured rail steel (compared rail steel, code: M to O), and at the same time, has an appropriate amount of pearlite microstructure as shown in FIG. The wear resistance of the rail can be improved by the presence of, and the wear life of the rail can be improved without lowering the rolling fatigue resistance. Furthermore, by appropriately selecting the accelerated cooling rate during the heat treatment of the head, the accelerated cooling stop temperature, and the cooled state after the accelerated cooling, a mixed structure of a bainite structure and a pearlite structure can be obtained stably.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】レール頭部断面表面位置の呼称とレール頭部に
おいて、ベイナイト組織とパーライト組織の混合組織の
必要範囲を示す図。
BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 is a diagram showing a designation of a rail head cross-sectional surface position and a required range of a mixed structure of bainite structure and pearlite structure in a rail head.

【図2】ころがり疲労損傷試験機の概要図。FIG. 2 is a schematic diagram of a rolling fatigue damage tester.

【図3】西原式摩耗試験機の概要図。FIG. 3 is a schematic diagram of a Nishihara type abrasion tester.

【図4】本発明レール鋼(符号G〜J:0.4mass%
C)と比較レール鋼(符号U、W:0.4mass%C)
の、全組織中のパーライト組織の面積率と摩耗量の関係
を示す図。
FIG. 4 shows the rail steel of the present invention (reference numerals G to J: 0.4 mass%).
C) and comparison rail steel (reference U, W: 0.4 mass% C)
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the area ratio of the pearlite structure in the entire structure and the wear amount.

【図5】レール頭部の摩耗試験片採取位置を示す図。FIG. 5 is a diagram showing a wear test piece sampling position on a rail head.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1:頭頂部 2:頭部コーナー部 3:車輪試験片 4:レール円盤試験片 5:モーター(車輪側) 6:モーター(レール側) 7:水潤滑装置 8:レール試験片 9:相手材 10:冷却用ノズル 1: Top of head 2: Head corner 3: Wheel test piece 4: Rail disc test piece 5: Motor (wheel side) 6: Motor (rail side) 7: Water lubrication device 8: Rail test piece 9: Counterpart material 10 : Cooling nozzle

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 鋼レールにおいて、その金属組織がベイ
ナイト組織とパーライト組織の混合組織からなり、前記
鋼レールの任意の断面において、全組織中のパーライト
組織の面積率の範囲が10〜50%であることを特徴と
する耐ころがり疲労損傷性および耐摩耗性に優れたレー
ル。
In a steel rail, a metal structure is a mixed structure of a bainite structure and a pearlite structure, and in an arbitrary cross section of the steel rail, a range of an area ratio of a pearlite structure in a whole structure is 10 to 50%. A rail with excellent rolling fatigue resistance and abrasion resistance.
【請求項2】 質量%で、 C :0.25〜0.60%、 Si:0.05〜2.00%、 Mn:0.10〜3.00%、 Cr:0.10〜3.00% を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる鋼
レールであって、その金属組織がベイナイト組織とパー
ライト組織の混合組織からなり、さらに、前記鋼レール
の任意の断面において、ベイナイト組織中のパーライト
組織の面積率の範囲が10〜50%であることを特徴と
する耐ころがり疲労損傷性および耐摩耗性に優れたレー
ル。
2. Mass%: C: 0.25 to 0.60%, Si: 0.05 to 2.00%, Mn: 0.10 to 3.00%, Cr: 0.10 to 3.0%. And a balance of Fe and unavoidable impurities, the metal structure of which is a mixed structure of bainite structure and pearlite structure. A rail having excellent rolling fatigue resistance and wear resistance, wherein the area ratio of the pearlite structure is 10 to 50%.
【請求項3】 質量%でさらに、 Mo:0.01〜1.00% を含有することを特徴とする請求項2に記載の耐ころが
り疲労損傷性および耐摩耗性に優れたレール。
3. The rail according to claim 2, wherein the rail further comprises Mo: 0.01 to 1.00% by mass%.
【請求項4】 質量%でさらに、 Ni:0.05〜2.00%、 Cu:0.05〜1.00%、 Co:0.10〜2.00% 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または3に記載の耐ころがり疲労損傷性および耐摩
耗性に優れたレール。
4. One or more of Ni: 0.05 to 2.00%, Cu: 0.05 to 1.00%, and Co: 0.10 to 2.00% by mass%. The rail according to claim 2 or 3, wherein the rail has excellent rolling fatigue damage resistance and wear resistance.
【請求項5】 質量%でさらに、 V :0.01〜0.30%、 Nb:0.005〜0.050% 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
〜4のいずれか1項に記載の耐ころがり疲労損傷性およ
び耐摩耗性に優れたレール。
5. The composition according to claim 2, further comprising one or more of V: 0.01 to 0.30% and Nb: 0.005 to 0.050% by mass%.
5. The rail excellent in rolling fatigue damage resistance and abrasion resistance according to any one of items 4 to 4.
【請求項6】 質量%でさらに、 Ti:0.005〜0.050% を含有することを特徴とする請求項2〜5のいずれか1
項に記載の耐ころがり疲労損傷性および耐摩耗性に優れ
たレール。
6. The method according to claim 2, further comprising: 0.005 to 0.050% by mass of Ti.
A rail with excellent rolling fatigue damage resistance and abrasion resistance as described in the item.
【請求項7】 質量%でさらに、 Mg:0.0001〜0.0300%、 Ca:0.0001〜0.0150% 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
〜6のいずれか1項に記載の耐ころがり疲労損傷性およ
び耐摩耗性に優れたレール。
7. The composition according to claim 2, further comprising one or more of Mg: 0.0001 to 0.0300% and Ca: 0.0001 to 0.0150% by mass%.
7. The rail having excellent rolling fatigue damage resistance and abrasion resistance according to any one of items 6 to 6.
【請求項8】 質量%でさらに、 B :0.0001〜0.0050% を含有することを特徴とする請求項2〜7のいずれか1
項に記載の耐ころがり疲労損傷性および耐摩耗性に優れ
たレール。
8. The method according to claim 2, further comprising: B: 0.0001 to 0.0050% by mass%.
A rail with excellent rolling fatigue damage resistance and abrasion resistance as described in the item.
【請求項9】 請求項1〜8のいずれか1項に記載の鋼
レールにおいて、頭部コーナー部および頭頂部表面を起
点として少なくとも深さ20mmの範囲の硬さが、Hv
300〜450の範囲であることを特徴とする耐ころが
り疲労損傷性および耐摩耗性に優れたレール。
9. The steel rail according to any one of claims 1 to 8, wherein a hardness of at least 20 mm in depth starting from the head corner portion and the top surface is Hv.
A rail having excellent rolling fatigue damage resistance and wear resistance, which is in the range of 300 to 450.
【請求項10】 請求項2〜9のいずれか1項に記載の
成分を含有する鋼片をレール形状に熱間圧延した後、熱
間圧延ままのAr1 点以上の温度の鋼レール、あるいは
熱処理する目的でAc1 点+30℃以上の温度に加熱さ
れた鋼レールにおいて、少なくともレール頭部を、オー
ステナイト域温度から0.5〜10℃/sec の冷却速度
で加速冷却し、前記鋼レールの頭部の温度が500〜2
50℃に達した時点で加速冷却を停止し、その後自然冷
却することを特徴とする、請求項1に記載の組織からな
る耐ころがり疲労損傷性および耐摩耗性に優れたレール
の製造法。
10. A hot-rolled steel slab containing the component according to any one of claims 2 to 9 and then hot-rolled as a steel rail at a temperature of Ar1 point or higher, or heat-treated. In a steel rail heated to a temperature of at least Ac1 point + 30 ° C. for the purpose of cooling, at least the rail head is accelerated and cooled at a cooling rate of 0.5 to 10 ° C./sec from the austenitic zone temperature, and the steel rail head is heated. Temperature of 500 ~ 2
The method according to claim 1, wherein the accelerated cooling is stopped when the temperature reaches 50 ° C, and then the natural cooling is performed.
【請求項11】 請求項2〜9のいずれか1項に記載の
成分を含有する鋼片をレール形状に熱間圧延した後、熱
間圧延ままのAr1 点以上の温度の鋼レール、あるいは
熱処理する目的でAc1 点+30℃以上の温度に加熱さ
れた鋼レールにおいて、少なくともレール頭部を、オー
ステナイト域温度から0.5〜10℃/sec の冷却速度
で加速冷却し、前記鋼レールの頭部の温度が700〜6
00℃に達した時点で加速冷却を停止し、15〜600
secで放冷した後に、さらに冷却速度3℃/sec 以上
で加速冷却し、前記鋼レールの頭部の温度が500〜2
50℃に達した時点で加速冷却を停止し、その後自然冷
却することを特徴とする、請求項1に記載の組織からな
る耐ころがり疲労損傷性および耐摩耗性に優れたレール
の製造法。
11. A steel slab containing the component according to any one of claims 2 to 9 is hot-rolled into a rail shape, and then hot-rolled as a steel rail having a temperature of at least the Ar1 point or a heat treatment. In a steel rail heated to a temperature of at least Ac1 point + 30 ° C. for the purpose of cooling, at least the rail head is accelerated and cooled at a cooling rate of 0.5 to 10 ° C./sec from the austenitic zone temperature, and the steel rail head is heated. The temperature of 700-6
When the temperature reaches 00 ° C., the accelerated cooling is stopped, and 15 to 600
After allowing the steel rail to cool at a rate of 3 ° C./sec or more, the temperature at the head of the steel rail is 500 to 2
The method according to claim 1, wherein the accelerated cooling is stopped when the temperature reaches 50 ° C, and then the natural cooling is performed.
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