JP2003293087A - Pearlitic rail having excellent wear resistance and internal fatigue damage resistance - Google Patents
Pearlitic rail having excellent wear resistance and internal fatigue damage resistanceInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、重荷重鉄道のレー
ル頭部に要求される耐摩耗性を向上させ、同時に、冷却
速度の遅いレール頭部内部に発生しやすい初析セメンタ
イト組織の生成を抑制し、レール頭部内部から発生する
疲労損傷を防止することを目的としたパーライト系レー
ルに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention improves the wear resistance required for rail heads of heavy-duty railways and, at the same time, produces a pro-eutectoid cementite structure that easily occurs inside rail heads with a slow cooling rate. The present invention relates to a pearlite rail for the purpose of suppressing and preventing fatigue damage generated from inside the rail head.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、海外の重荷重鉄道ではより一層の
鉄道輸送の高効率化のために、貨物の高積載化を強力に
進めており、特に急曲線のレールでは上記開発のレール
を用いてもＧ．Ｃ．（ゲージコーナー）部や頭側部の耐
摩耗性が十分確保できず、摩耗によるレール寿命の低下
が問題となってきた。このような背景から、現状の共析
炭素鋼の高強度レール以上の耐摩耗性を有するレールの
開発が求められるようになってきた。2. Description of the Related Art In recent years, overseas heavy-duty railroads have been strongly promoted to be loaded with freight in order to further improve the efficiency of railroad transportation. But G. C. Since the wear resistance of the (gauge corner) portion and the head side portion cannot be sufficiently secured, the reduction in rail life due to wear has become a problem. Against this background, there has been a demand for the development of a rail having wear resistance higher than that of the current high-strength rail of eutectoid carbon steel.
【０００３】これらの問題を解決するため、本発明者ら
は下記に示すようなレールを開発した。
過共析鋼（Ｃ：０．８５超〜１．２０％）を用いて、
パーライト組織中のラメラ中のセメンタイト密度を増加
させた耐摩耗性に優れたレール（特開平８−１４４０１
６号公報）
過共析鋼（Ｃ：０．８５超〜１．２０％）を用いて、
パーライト組織中のラメラ中のセメンタイト密度を増加
させ、同時に、硬さを制御した耐摩耗性に優れたレール
（特開平８−２４６１００号公報）
これらのレールの特徴は、鋼の炭素量を増加し、パーラ
イトラメラ中のセメタイト相の密度を増加させ、さら
に、硬さを制御することによりパーライト組織の耐摩耗
性を向上させるものであった。In order to solve these problems, the present inventors have developed a rail as shown below. Using hyper-eutectoid steel (C: more than 0.85 to 1.20%),
A rail having excellent wear resistance with an increased cementite density in the lamella in the pearlite structure (Japanese Patent Laid-Open No. 14401/1996).
No. 6 publication) Using hyper-eutectoid steel (C: over 0.85 to 1.20%),
Rails that increase the cementite density in lamella in the pearlite structure and at the same time have excellent hardness and controlled wear resistance (Japanese Patent Laid-Open No. 8-246100). These rails are characterized by increasing the carbon content of steel. In addition, the wear resistance of the pearlite structure was improved by increasing the density of the cementite phase in the pearlite lamella and controlling the hardness.
【０００４】上記の，に示された発明レールでは、
高炭素化により耐摩耗性の向上は図れる。しかし、鋼の
成分系やレール頭部の熱処理製造条件によっては、比較
的冷却速度の遅いレール頭部内部において、パーライト
組織中に粗大な初析セメンタイト組織が生成し、疲労損
傷の起点となり、レール頭部の耐内部疲労損傷性が低下
するといった問題があった。In the invention rail shown in the above,
Wear resistance can be improved by increasing the carbon content. However, depending on the composition system of steel and the heat treatment manufacturing conditions of the rail head, a coarse proeutectoid cementite structure is generated in the pearlite structure inside the rail head where the cooling rate is relatively slow, which becomes the starting point of fatigue damage. There was a problem that the internal fatigue damage resistance of the head was reduced.
【０００５】そこで、レール頭部内部で発生する粗大な
初析セメンタイト組織の生成を抑制するため、本発明者
らは下記に示すようなレールを開発した。
過共析鋼（Ｃ：０．８５超ないし１．２０％）にＡ
ｌ、Ｓｉを添加し、耐摩耗性と耐内部疲労損傷性を同時
に向上させたレール（特願２０００−３８３９６４
号）。
このレールの特徴は、Ａｌ，Ｓｉを添加することによ
り、パーライト組織中に生成する初析セメンタイト組織
の生成を抑制し、主に、耐内部疲労損傷性を向上させる
ものであった。Therefore, in order to suppress the formation of a coarse pro-eutectoid cementite structure generated inside the rail head, the present inventors have developed a rail as shown below. A for hyper-eutectoid steel (C: over 0.85 to 1.20%)
1 and Si are added to the rail to simultaneously improve wear resistance and internal fatigue damage resistance (Japanese Patent Application No. 2000-383964).
issue). The characteristic of this rail is that the addition of Al and Si suppresses the formation of pro-eutectoid cementite structure generated in the pearlite structure, and mainly improves the internal fatigue damage resistance.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】上記のに示された発
明レールでは、Ａｌ，Ｓｉの添加により、レール頭部内
部において、初析セメンタイト組織の生成の抑制が可能
となる。しかし、Ａｌの添加は、疲労損傷の起点となる
粗大なＡｌ酸化物（Ａｌ2 Ｏ3 ）の生成を促進させ、疲
労強度を低下させること、また、Ｓｉの添加は、溶接時
にＳｉ酸化物の生成を促進させ、溶接性が著しく低下す
るといった問題があった。さらに、初析セメンタイト組
織の生成を抑制するには、ＡｌやＳｉを多量に添加しな
ければならず、現行のレール鋼と比べて、合金コストが
上昇し、経済性が大きく損なわれるといった問題があっ
た。In the invention rail described above, the addition of Al and Si makes it possible to suppress the formation of pro-eutectoid cementite structure inside the rail head. However, the addition of Al promotes the generation of coarse Al oxide (Al 2 O 3 ) that is the starting point of fatigue damage and reduces the fatigue strength, and the addition of Si causes the formation of Si oxide during welding. There is a problem that the production is promoted and the weldability is significantly reduced. Further, in order to suppress the formation of pro-eutectoid cementite structure, it is necessary to add a large amount of Al or Si, which causes a problem that the alloy cost is increased and the economical efficiency is greatly deteriorated as compared with the current rail steel. there were.
【０００７】このような背景から、高炭素含有のパーラ
イト鋼レールにおいて、レール頭部内部で発生する粗大
な初析セメンタイト組織の生成を抑制し、耐摩耗性と耐
内部疲労損傷性を同時にさせ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、重荷重鉄道で使用
される高炭素含有のパーライト鋼レールにおいて、レー
ル頭部内部において、粗大な初析セメンタイト組織の生
成を抑制し、耐摩耗性と耐内部疲労損傷性を同時に向上
させることを目的とする。From such a background, in the pearlite steel rail having a high carbon content, the generation of the coarse pro-eutectoid cementite structure generated inside the rail head is suppressed, and the wear resistance and the internal fatigue damage resistance are simultaneously achieved. The development of rails came to be desired. That is, the present invention, in the high carbon content pearlite steel rail used in heavy-duty railway, inside the rail head, to suppress the formation of coarse proeutectoid cementite structure, wear resistance and internal fatigue damage resistance The aim is to improve at the same time.
【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）質量％で、Ｃ：０．７５〜１．４０％、元素周期
表で族番号１３〜１５かつ４周期〜５周期の元素から選
ばれる１種または２種以上の元素を質量％の合計で０．
００１０〜０．１０％を含有し、残部がＦｅおよび不可
避的不純物からなることを特徴とする耐摩耗性および耐
内部疲労損傷性に優れたパーライト系レール。The present invention achieves the above object, and the gist thereof is as follows. (1) C: 0.75 to 1.40% by mass, 1 or 2 or more kinds of elements selected from elements having group numbers 13 to 15 and 4 to 5 periods in the periodic table of elements in mass% 0 in total.
A pearlite rail excellent in wear resistance and internal fatigue damage resistance, characterized by containing 0010 to 0.10% and the balance being Fe and inevitable impurities.
【０００９】（２）質量％で、Ｃ：０．７５〜１．４０
％、Ｓｉ：０．０５〜２．００％、Ｍｎ：０．０５〜
２．００％、さらに、元素周期表で族番号１３〜１５か
つ４周期〜５周期の元素から選ばれる１種または２種以
上の元素を質量％の合計で０．００１０〜０．１０％を
含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなること
を特徴とする耐摩耗性および耐内部疲労損傷性に優れた
パーライト系レール。(2) C: 0.75 to 1.40 in mass%
%, Si: 0.05 to 2.00%, Mn: 0.05 to
2.00%, and 0.0010 to 0.10% by mass in total of one or two or more elements selected from elements having group numbers 13 to 15 and 4 to 5 periods in the periodic table of elements. A pearlite rail having excellent wear resistance and internal fatigue damage resistance, characterized in that it contains Fe and unavoidable impurities as the balance.
【００１０】（３）上記（１）または（２）のレール
が、質量％で、Ｃ：０．８５超〜１．４０％を含有する
ことを特徴とする耐摩耗性および延性に優れたパーライ
ト系レール。(3) A pearlite excellent in wear resistance and ductility, characterized in that the rail of (1) or (2) contains C: more than 0.85 to 1.40% in mass%. System rail.
【００１１】（４）上記（１）〜（３）のレールに、質
量％でさらに、下記〜の成分の１以上を選択的に含
有させ、残部Ｆｅおよび不可避的不純物よりなることを
特徴とする耐摩耗性および延性に優れたパーライト系レ
ール。
Ｃｒ：０．０５〜２．００％、Ｍｏ：０．０１〜０．
５０％の１種または２種、
Ｖ：０．００５〜０．５０％、Ｎｂ：０．００２〜
０．０５０％の１種または２種、
Ｂ：０．０００１〜０．００５０％、
Ｃｏ：０．１０〜２．００％、Ｃｕ：０．０５〜１．
００％の１種または２種、
Ｎｉ：０．０１〜１．００％、
Ｔｉ：０．００５０〜０．０５００％、Ｍｇ：０．０
００５〜０．０２００％、Ｃａ：０．０００５〜０．０
１５０％の１種または２種以上、
Ａｌ：０．００８０〜１．００％、
Ｚｒ：０．０００１〜０．２０００％(4) The rails of (1) to (3) described above are characterized by further containing, in mass%, one or more of the following components (1) to (5) selectively, with the balance being Fe and inevitable impurities. Perlite rail with excellent wear resistance and ductility. Cr: 0.05-2.00%, Mo: 0.01-0.
50% 1 type or 2 types, V: 0.005-0.50%, Nb: 0.002-
0.050% of 1 type or 2 types, B: 0.0001 to 0.0050%, Co: 0.10 to 2.00%, Cu: 0.05 to 1.
00% 1 type or 2 types, Ni: 0.01 to 1.00%, Ti: 0.0050 to 0.0500%, Mg: 0.0
005-0.0200%, Ca: 0.0005-0.0
150% 1 type or 2 types or more, Al: 0.0080 to 1.00%, Zr: 0.0001 to 0.2000%
【００１２】（４）前記鋼レールの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３０ｍｍの
範囲がパーライト組織であり、かつ、その硬さがＨｖ３
００〜５００の範囲であることを特徴とする耐摩耗性お
よび耐内部疲労損傷性に優れたパーライト系レール。(4) The pearlite structure is present in a depth of at least 30 mm and the hardness thereof is Hv3, starting from the corners of the head and the surface of the crown of the steel rail.
A pearlite rail with excellent wear resistance and internal fatigue damage resistance, which is characterized by being in the range of 0 to 500.
【００１３】[0013]
【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、高炭素含有の鋼において、冷却速
度の遅いレール頭部内部に発生しやすい粗大な初析セメ
ンタイト組織を抑制する手段として、Ａｌ，Ｓｉ以外の
添加元素について、セメンタイトとフェライトへの固溶
挙動について調査した。その結果、セメンタイト相に固
溶し難い、すなわち、初析セメンタイト組織の生成を抑
制する元素として、元素周期表で族番号１３〜１５かつ
４周期〜５周期の元素、すなわち、Ｇａ，Ｇｅ，Ａｓ，
Ｉｎ，Ｓｎ，Ｓｂを添加することが有効であることを発
見した。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be described in detail below. As a means for suppressing the coarse pro-eutectoid cementite structure that is likely to occur inside the rail head where the cooling rate is low, in the steel containing a high amount of carbon, the inventors of the present invention have changed the added elements other than Al and Si to cementite and ferrite. The solid solution behavior of was investigated. As a result, as an element that is difficult to form a solid solution in the cementite phase, that is, an element that suppresses the formation of a pro-eutectoid cementite structure, elements with group numbers 13 to 15 and 4 to 5 periods in the periodic table of the elements, that is, Ga, Ge, As. ，
It has been discovered that adding In, Sn, and Sb is effective.
【００１４】次に、本発明者らは、上記添加元素の最適
添加量の検討を行った。上記添加元素の添加量をそれぞ
れ変化させた高炭素含有鋼を用いて、実レール形状の試
験片の熱間圧延冷却実験を行い、レール頭部内部の初析
セメンタイト組織の生成状況を調査した。その結果、上
記の添加元素は、初析セメンタイト組織の生成抑制に対
してそれぞれ有効性を示し、その効果は各元素において
相互作用もなく、添加量に応じて累積的に作用すること
が確認された。また、上記の添加元素の添加量の総和が
ある一定範囲内にあれば、比較的冷却速度の遅いレール
頭部内部においても、疲労損傷の起点となりやすい粗大
な初析セメンタイト組織が生成し難くなり、添加元素に
よる弊害も抑制され、高炭素含有鋼においても、レール
頭表部から内部まで高い強度を有するパーライト組織が
得られ易いことを見出した。Next, the present inventors examined the optimum addition amount of the above-mentioned additional element. Using high carbon content steels with different addition amounts of the above additive elements, hot rolling and cooling experiments of actual rail-shaped test pieces were conducted to investigate the generation state of proeutectoid cementite structure inside the rail head. As a result, it was confirmed that the above-mentioned additional elements are effective in suppressing the formation of the pro-eutectoid cementite structure, and that the effect does not interact in each element, and acts cumulatively according to the addition amount. It was Further, if the total amount of the above additive elements is within a certain range, it becomes difficult to generate a coarse pro-eutectoid cementite structure that easily becomes the starting point of fatigue damage even inside the rail head where the cooling rate is relatively slow. It has been found that the adverse effect of the additive element is suppressed and that a pearlite structure having high strength from the rail head surface portion to the inside can be easily obtained even in the high carbon content steel.
【００１５】以上の実験室での検討の結果、元素周期表
で族番号１３〜１５かつ４周期〜５周期の元素の添加量
の総和の最適化を図ることにより、レールの内部疲労損
傷の起点となる粗大な初析セメンタイト組織の生成を抑
制し、レール頭表部から内部まで高い強度を有したパー
ライト組織が得られるとこを発見した。すなわち、本発
明は、重荷重鉄道で使用される高炭素含有のパーライト
鋼レールにおいて、耐摩耗性を向上させ、同時に、粗大
な初析セメンタイト組織の生成を抑制し、耐内部疲労損
傷性を向上させることを目的としたものである。As a result of the above-mentioned examination in the laboratory, by optimizing the total addition amount of the elements of group numbers 13 to 15 and 4 to 5 periods in the periodic table of elements, the starting point of internal fatigue damage of the rail It was discovered that the formation of a coarse pro-eutectoid cementite structure that suppresses the formation of a pearlite structure with high strength from the rail head surface to the inside can be obtained. That is, the present invention, in the high carbon content pearlite steel rail used in heavy-duty railway, improve wear resistance, at the same time, suppress the formation of coarse proeutectoid cementite structure, improve internal fatigue damage resistance The purpose is to make it.
【００１６】次に、本発明の限定理由について詳細に説
明する。
（１）鋼レールの化学成分
本発明において、レール鋼の化学成分を上記請求範囲に
限定した理由について詳細に説明する。Ｃは、パーライ
ト変態を促進させて、かつ、耐摩耗性を確保する有効な
元素である。Ｃ量が０．７５％未満では、パーライト組
織の硬度やパーライト組織中のセメンタイト相の密度が
確保できず、重荷重鉄道において耐摩耗性が維持できな
い。また、レール頭部内部に疲労損傷の起点となる粒界
フェライトが多量に生成し、レールの使用寿命が低下す
る。また、Ｃ量が１．４０％を超えると、上記添加元素
を添加した本成分系においても、レール頭部内部のパー
ライト組織中に初析セメンタイト組織が生成し、内部疲
労損傷が発生しやすくなることや、パーライト組織中の
セメンタイト相の密度が増加し、レールに必要とされる
延性や耐表面損傷性を十分に確保できなくなる。このた
め、Ｃ量を０．７５〜１．４０％に限定した。なお、耐
摩耗性をより一層向上させるには、パーライト組織中の
セメンタイト相の密度がさらに増加し、耐摩耗性の一層
の向上が図れるＣ量０．８５％超とすることが望まし
い。Next, the reasons for limitation of the present invention will be described in detail. (1) Chemical composition of steel rail In the present invention, the reason why the chemical composition of the rail steel is limited to the above-mentioned claims will be described in detail. C is an effective element that promotes pearlite transformation and secures wear resistance. If the C content is less than 0.75%, the hardness of the pearlite structure and the density of the cementite phase in the pearlite structure cannot be secured, and the wear resistance cannot be maintained in a heavy-duty railway. In addition, a large amount of grain boundary ferrite, which is the starting point of fatigue damage, is generated inside the rail head, which reduces the service life of the rail. Further, if the C content exceeds 1.40%, even in this component system containing the above-mentioned additional elements, a pro-eutectoid cementite structure is generated in the pearlite structure inside the rail head, and internal fatigue damage is likely to occur. In addition, the density of the cementite phase in the pearlite structure increases, and it becomes impossible to sufficiently secure the ductility and surface damage resistance required for the rail. Therefore, the amount of C is limited to 0.75 to 1.40%. In order to further improve the wear resistance, it is desirable that the density of the cementite phase in the pearlite structure be further increased and the C content be more than 0.85%, which can further improve the wear resistance.
【００１７】元素周期表で族番号１３〜１５かつ４周期
〜５周期の元素、すなわちＧａ，Ｇｅ，Ａｓ，Ｉｎ，Ｓ
ｎ，Ｓｂは、セメンタイト相に固溶し難い、すなわち、
初析セメンタイト組織の生成を抑制する元素である。そ
の効果は各元素において相互作用もなく、添加量に応じ
て累積的に作用する。上記の添加元素の添加量の総和が
０．００１０％未満では、初析セメンタイト組織の生成
を抑制する効果はほとんどない。また、上記の添加元素
の添加量の総和が０．１０％を超えると、熱間圧延時や
溶接時において、粗大な酸化物（Ｇａ2 Ｏ3 ，Ｇｅ
2 Ｏ，ＩｎＯ3 ，ＳｎＯなど）や粗大な硫化物（Ａｓ4
Ｓ4 ，Ｓｂ2 Ｓ3 ）が生成し、疲労強度を低下させる。
また溶接時に酸化物が生成し、溶接性が著しく低下す
る。このため、元素周期表で族番号１３〜１５かつ４周
期〜５周期の素添加量の総和を０．００１０〜０．１０
％に限定した。In the periodic table of the elements, elements having group numbers 13 to 15 and 4 to 5 periods, that is, Ga, Ge, As, In, S
n and Sb are difficult to form a solid solution in the cementite phase, that is,
It is an element that suppresses the formation of pro-eutectoid cementite structure. The effect does not interact in each element, and acts cumulatively according to the added amount. When the total amount of the above-mentioned additional elements added is less than 0.0010%, there is almost no effect of suppressing the formation of pro-eutectoid cementite structure. Further, when the total amount of addition of the above-mentioned additional elements exceeds 0.10%, coarse oxides (Ga 2 O 3 , Ge) are generated during hot rolling and welding.
2 O, InO 3 , SnO, etc. and coarse sulfides (As 4
S 4 , Sb 2 S 3 ) is generated, and the fatigue strength is reduced.
In addition, an oxide is generated during welding, which significantly reduces weldability. Therefore, in the periodic table of elements, the sum of the elementary addition amounts of the group numbers 13 to 15 and 4 to 5 periods is 0.0010 to 0.10.
Limited to%.
【００１８】Ｓｉは、脱酸剤として必須の成分である。
また、パーライト組織中のフェライト相への固溶体硬化
によりレール頭部の硬度（強度）を上昇させる元素であ
り、同時に、初析セメンタイト組織の生成を抑制し、レ
ールの靭性を向上させる元素である。しかし、０．０５
％未満ではその効果が十分に期待できず、硬度や靭性の
向上が認められない。また、２．００％を超えると、熱
間圧延時に表面疵が多く生成することや、酸化物の生成
により溶接性が低下する。さらに、パーライト組織自体
が脆化し、レールの延性が低下するばかりでなく、スポ
ーリング等の表面損傷が発生し、レールの使用寿命が低
下する。このため、Ｓｉ量を０．０５〜２．００％に限
定した。Si is an essential component as a deoxidizer.
In addition, it is an element that increases the hardness (strength) of the rail head by solid solution hardening to the ferrite phase in the pearlite structure, and at the same time, suppresses the formation of pro-eutectoid cementite structure and improves the toughness of the rail. But 0.05
If it is less than%, the effect cannot be expected sufficiently, and no improvement in hardness or toughness is observed. Further, if it exceeds 2.00%, many surface defects are generated during hot rolling and the weldability is deteriorated due to the formation of oxides. Further, not only the pearlite structure itself becomes brittle and the ductility of the rail decreases, but also surface damage such as spalling occurs, and the service life of the rail decreases. Therefore, the amount of Si is limited to 0.05 to 2.00%.
【００１９】Ｍｎは、焼き入れ性を高め、パーライトラ
メラ間隔を微細化することにより、パーライト組織の硬
度を確保し、耐摩耗性を向上させる元素である。しか
し、０．０５％未満の含有量では、その効果が小さく、
レールに必要とされる耐摩耗性の確保が困難となる。ま
た、２．００％を超えると、焼入性が著しく増加し、耐
摩耗性や延性に有害なマルテンサイト組織が生成し易く
なることや、偏析が助長され、柱部などに初析セメンタ
イト組織が生成し、レールの靭性が低下する。このた
め、Ｍｎ量を０．０５〜２．００％に限定した。Mn is an element that enhances the hardenability and refines the pearlite lamella spacing to secure the hardness of the pearlite structure and improve the wear resistance. However, if the content is less than 0.05%, the effect is small,
It becomes difficult to secure the wear resistance required for the rail. Further, if it exceeds 2.00%, the hardenability is remarkably increased, the martensite structure harmful to wear resistance and ductility is easily generated, and segregation is promoted, so that the pro-eutectoid cementite structure is formed in the pillar portion. Is generated and the toughness of the rail is reduced. Therefore, the amount of Mn is limited to 0.05 to 2.00%.
【００２０】また、上記の成分組成で製造されるレール
は、パーライト組織の硬度（強化）の向上、パーライト
組織の延性や靭性の向上、溶接部の熱影響部の軟化の防
止、レール頭部内部の断面硬度分布の制御を図る目的
で、Ｃｒ，Ｍｏ，Ｖ，Ｎｂ，Ｂ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｔ
ｉ，Ｍｇ，Ｃａ，Ａｌ，Ｚｒの元素を必要に応じて添加
する。Further, the rail manufactured with the above-mentioned component composition is improved in hardness (strengthening) of the pearlite structure, improvement in ductility and toughness of the pearlite structure, prevention of softening of the heat-affected zone of the welded part, inside the rail head. Cr, Mo, V, Nb, B, Co, Cu, Ni, T for the purpose of controlling the cross-sectional hardness distribution of
Elements of i, Mg, Ca, Al, and Zr are added as needed.
【００２１】ここで、Ｃｒ，Ｍｏは、パーライトの平衡
変態点を上昇させ、主に、パーライトラメラ間隔を微細
化することによりパーライト組織の硬度を確保する。
Ｖ，Ｎｂは、熱間圧延やその後の冷却課程で生成した炭
化物や窒化物により、オーステナイト粒の成長を抑制
し、さらに、析出硬化により、パーライト組織の靭性と
硬度を向上させる。また、再加熱時に炭化物や窒化物を
安定的に生成させ、溶接継ぎ手熱影響部の軟化を防止す
る。Ｂは、パーライト変態温度の冷却速度依存性を低減
させ、レール頭部の硬度分布を均一にする。Ｃｏ，Ｃｕ
は、パーライト組織中のフェライトに固溶し、パーライ
ト組織の硬度を高める。Ｎｉは、Ｃｕ添加による熱間圧
延時の脆化を防止し、同時に、パーライト鋼の硬度を向
上させ、さらに、溶接継ぎ手熱影響部の軟化を防止す
る。Here, Cr and Mo raise the equilibrium transformation point of pearlite, and mainly secure the hardness of the pearlite structure by making the pearlite lamella spacing fine.
V and Nb suppress the growth of austenite grains due to the carbides and nitrides formed during hot rolling and the subsequent cooling process, and further improve the toughness and hardness of the pearlite structure through precipitation hardening. In addition, carbides and nitrides are stably generated during reheating and softening of the heat affected zone of the welding joint is prevented. B reduces the cooling rate dependence of the pearlite transformation temperature and makes the hardness distribution of the rail head uniform. Co, Cu
Dissolves in ferrite in the pearlite structure to increase the hardness of the pearlite structure. Ni prevents embrittlement during hot rolling due to the addition of Cu, at the same time improves the hardness of pearlite steel, and further prevents softening of the heat affected zone of the welding joint.
【００２２】Ｔｉは、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。Ｍｇ，Ｃａは、レール
圧延時においてオーステナイト粒の微細化を図り、同時
に、パーライト変態を促進し、パーライト組織の靭性を
向上させる。Ａｌは、共析変態温度を高温側へ、同時
に、共析炭素濃度を高炭素側へ移動させ、パーライト組
織の強化と初析セメンタイトの生成を抑制し、レールの
耐摩耗性の向上と靭性低下の防止する。Ｚｒは、ＺｒＯ
2 介在物が高炭素レール鋼の凝固核となり、凝固組織の
等軸晶化率を高めることにより、鋳片中心部の偏析帯の
形成を抑制し、レールの靭性に有害な初析セメンタイト
組織の生成を抑制することが主な添加目的である。Ti is used for refining the structure of the heat-affected zone,
Prevents the weld joint from becoming brittle. Mg and Ca aim to refine the austenite grains during rail rolling, and at the same time accelerate the pearlite transformation and improve the toughness of the pearlite structure. Al shifts the eutectoid transformation temperature to a high temperature side and simultaneously shifts the eutectoid carbon concentration to a high carbon side, strengthens the pearlite structure and suppresses the formation of proeutectoid cementite, improves the wear resistance of the rail and reduces the toughness. Prevent. Zr is ZrO
2 The inclusions become the solidification nuclei of high carbon rail steel, and by increasing the equiaxed crystallization rate of the solidification structure, the formation of segregation zones at the center of the slab is suppressed, and the proeutectoid cementite structure harmful to the toughness of the rail The main purpose is to suppress the formation.
【００２３】これらの成分の個々の限定理由について、
以下に詳細に説明する。Ｃｒは、パーライトの平衡変態
点を上昇させ、結果としてパーライト組織を微細にして
高硬度（強度）化に寄与すると同時に、セメンタイト相
を強化して、パーライト組織の硬度（強度）を向上させ
る元素であるが、０．０５％未満ではその効果は小さ
く、レール鋼の硬度を向上させる効果が見られない。ま
た、２．００％を超える過剰な添加を行うと、焼入れ性
が増加し、マルテンサイト組織が多量に生成し、レール
の靭性が低下する。このため、Ｃｒ量を０．０１〜１．
００％に限定した。For the reasons for the individual limitations of these ingredients,
The details will be described below. Cr is an element that raises the equilibrium transformation point of pearlite and, as a result, makes the pearlite structure finer and contributes to higher hardness (strength), and at the same time strengthens the cementite phase and improves the hardness (strength) of the pearlite structure. However, if it is less than 0.05%, the effect is small and the effect of improving the hardness of the rail steel is not seen. Further, if added in excess of 2.00%, the hardenability increases, a large amount of martensite structure is generated, and the toughness of the rail decreases. Therefore, the Cr amount is 0.01 to 1.
Limited to 00%.
【００２４】Ｍｏは、Ｃｒ同様パーライトの平衡変態点
を上昇させ、結果としてパーライト組織を微細にするこ
とにより高硬度（強度）化に寄与し、パーライト組織の
硬度（強度）を向上させる元素であるが、０．０１％未
満ではその効果が小さく、レール鋼の硬度を向上させる
効果が全く見られなくなる。また、０．５０％を超える
過剰な添加を行うと、パーライト組織の変態速度が著し
く低下し、靭性に有害なマルテンサイト組織が生成しや
すくなる。このため、Ｍｏ添加量を０．０１〜０．５０
％に限定した。Mo is an element which, like Cr, raises the equilibrium transformation point of pearlite and consequently contributes to higher hardness (strength) by making the pearlite structure finer and improves the hardness (strength) of the pearlite structure. However, if it is less than 0.01%, the effect is small, and the effect of improving the hardness of the rail steel cannot be seen at all. Further, if added in excess of 0.50%, the transformation rate of the pearlite structure is significantly reduced, and a martensite structure harmful to toughness is likely to be formed. Therefore, the amount of Mo added is 0.01 to 0.50.
Limited to%.
【００２５】Ｖは、高温度に加熱する熱処理が行われる
場合に、Ｖ炭化物やＶ窒化物のピニング効果により、オ
ーステナイト粒を微細化し、さらに、熱間圧延後の冷却
課程で生成したＶ炭化物、Ｖ窒化物による析出硬化によ
り、パーライト組織の硬度（強度）を高めると同時に、
延性を向上させるのに有効な元素である。またＡｃ1点
以下の温度域に再加熱された熱影響部において、比較的
高温度域でＶ炭化物やＶ窒化物を生成させ、溶接継ぎ手
熱影響部の軟化を防止するのに有効な元素である。しか
し、０．００５％未満ではその効果が十分に期待でき
ず、パーライト組織の硬度の向上や靭性の改善は認めら
れない。また、０．５００％を超えて添加すると、粗大
なＶの炭化物やＶの窒化物が生成し、レールの靭性や耐
内部疲労損傷性が低下する。このため、Ｖ量を０．００
５〜０．５００％に限定した。When V is heat-treated by heating to a high temperature, V refines the austenite grains by the pinning effect of V carbide and V nitride, and further, V carbide produced in the cooling process after hot rolling, The precipitation hardening by V-nitride increases the hardness (strength) of the pearlite structure and
It is an element effective in improving ductility. Further, in the heat-affected zone reheated to a temperature range below the Ac1 point, V carbide and V-nitride are produced in a relatively high temperature range, and it is an element effective for preventing softening of the weld joint heat-affected zone. . However, if it is less than 0.005%, the effect cannot be sufficiently expected, and no improvement in hardness or toughness of the pearlite structure is observed. Further, if added in excess of 0.500%, coarse V carbides and V nitrides are produced, and the toughness and internal fatigue damage resistance of the rail are reduced. Therefore, the V amount is 0.00
It was limited to 5 to 0.500%.
【００２６】Ｎｂは、Ｖと同様に、高温度に加熱する熱
処理が行われる場合に、Ｎｂ炭化物やＮｂ窒化物のピニ
ング効果により、オーステナイト粒を微細化し、さら
に、熱間圧延後の冷却課程で生成したＮｂ炭化物、Ｎｂ
窒化物による析出硬化により、パーライト組織の硬度
（強度）を高めると同時に、延性を向上させるのに有効
な元素である。また、Ａｃ1 点以下の温度域に再加熱さ
れた熱影響部において、低温度域から高温度域までＮｂ
の炭化物やＮｂ窒化物を安定的に生成させ、溶接継ぎ手
熱影響部の軟化を防止するのに有効な元素である。しか
し、その効果は、０．００２％未満では期待できず、パ
ーライト組織の硬度の向上や靭性の改善は認められな
い。また、０．０５０％を超える添加すると、粗大なＮ
ｂの炭化物やＮｂの窒化物が生成し、レールの靭性や耐
内部疲労損傷性が低下する。このため、Ｎｂ量を０．０
０２〜０．０５０％に限定した。Similar to V, when Nb is heat-treated at a high temperature, Nb makes the austenite grains fine by the pinning effect of Nb carbides and Nb nitrides, and further, in the cooling process after hot rolling. Nb carbide formed, Nb
It is an element effective for increasing the hardness (strength) of the pearlite structure and at the same time improving the ductility by precipitation hardening by nitride. In the heat-affected zone reheated to a temperature below the Ac1 point, Nb from low temperature to high temperature
It is an element effective in stably forming carbides and Nb nitrides and preventing softening of the heat affected zone of the welding joint. However, the effect cannot be expected if it is less than 0.002%, and no improvement in hardness or toughness of the pearlite structure is observed. Also, if added in excess of 0.050%, coarse N
Carbide of b and nitride of Nb are generated, and the toughness of the rail and the internal fatigue damage resistance are reduced. Therefore, the Nb amount is 0.0
It was limited to 02 to 0.050%.
【００２７】Ｂは、鉄炭ほう化物を形成し、初析セメン
タイトの生成を抑制し、同時に、パーライト変態温度の
冷却速度依存性を低減させ、頭部の硬度分布を均一に
し、レールの靭性低下を防止し、高寿命化を図る元素で
あるが、０．０００１％未満ではその効果は十分でな
く、レール頭部の硬度分布には改善が認められない。ま
た、０．００５０％を超えて添加すると、粗大な鉄の炭
ほう化物が生成し、延性や靭性、さらには、耐内部疲労
損傷性が大きく低下することから、Ｂ量を０．０００１
〜０．００５０％に限定した。B forms iron carbon boride and suppresses the formation of proeutectoid cementite, and at the same time reduces the cooling rate dependence of the pearlite transformation temperature, makes the hardness distribution of the head uniform, and lowers the toughness of the rail. However, if the content is less than 0.0001%, the effect is not sufficient and no improvement is observed in the hardness distribution of the rail head. Further, when added in excess of 0.0050%, coarse iron carboride is generated, and ductility and toughness, and further, internal fatigue damage resistance is greatly reduced, so the B content is 0.0001.
It was limited to ~ 0.0050%.
【００２８】Ｃｏは、パーライト組織中のフェライトに
固溶し、固溶強化によりパーライト組織の硬度（強度）
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、パーライト組織を微細にするこ
とにより靭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ない。また、２．００％を超
えて添加すると、フェライト相の延性が著しく低下し、
ころがり面にスポーリング損傷が発生し、レールの耐表
面損傷性が低下する。このため、Ｃｏ量を０．１０〜
２．００％に限定した。Co dissolves in ferrite in the pearlite structure as a solid solution, and the solid solution strengthens the hardness (strength) of the pearlite structure.
It is an element that improves the toughness by increasing the transformation energy of pearlite and making the pearlite structure finer, but if it is less than 0.10%, its effect cannot be expected. Moreover, if added in excess of 2.00%, the ductility of the ferrite phase is significantly reduced,
Spalling damage occurs on the rolling surface, which reduces the surface damage resistance of the rail. Therefore, the Co amount is 0.10 to
Limited to 2.00%.
【００２９】Ｃｕは、パーライト組織中のフェライトに
固溶し、固溶強化によりパーライト組織の硬度（強度）
を向上させる元素であるが、０．０１％未満ではその効
果が期待できない。また、１．００％を超えて添加する
と、著しい焼入れ性向上により靭性に有害なマルテンサ
イト組織が生成しやすくなる。さらに、フェライト相の
延性が著しく低下し、レールの延性が向上しない。この
ため、Ｃｕ量を０．０１〜１．００％に限定した。Cu dissolves in ferrite in the pearlite structure as a solid solution, and the solid solution strengthens the hardness (strength) of the pearlite structure.
Although it is an element that improves the above, if less than 0.01%, its effect cannot be expected. If added in excess of 1.00%, martensite structure, which is harmful to toughness, is likely to be formed due to remarkable improvement in hardenability. Further, the ductility of the ferrite phase is significantly reduced, and the ductility of the rail is not improved. Therefore, the amount of Cu is limited to 0.01 to 1.00%.
【００３０】Ｎｉは、Ｃｕ添加による熱間圧延時の脆化
を防止し、同時に、フェライトへの固溶強化によりパー
ライト鋼の高硬度（強度）化を図る元素である。さら
に、溶接熱影響部においては、Ｔｉと複合でＮｉ3 Ｔｉ
の金属間化合物が微細に析出し、析出強化により軟化を
抑制する元素であるが、０．０１％未満では、その効果
が著しく小さく、また、１．００％を超えて添加する
と、フェライト相の延性が著しく低下し、ころがり面に
スポーリング損傷が発生し、レールの耐表面損傷性が低
下する。このため、Ｎｉ量を０．０１〜１．００％に限
定した。Ni is an element that prevents brittleness during hot rolling due to the addition of Cu, and at the same time increases the hardness (strength) of the pearlite steel by strengthening the solid solution in ferrite. Furthermore, in the heat-affected zone of welding, Ni 3 Ti
Is an element that suppresses the softening due to precipitation strengthening by finely precipitating the intermetallic compound. However, if it is less than 0.01%, its effect is extremely small, and if it is added in excess of 1.00%, the ferrite phase of Ductility is significantly reduced, spalling damage occurs on the rolling surface, and surface damage resistance of the rail is reduced. Therefore, the amount of Ni is limited to 0.01 to 1.00%.
【００３１】Ｔｉは、溶接時の再加熱において析出した
Ｔｉの炭化物、Ｔｉの窒化物が溶解しないことを利用し
て、オーステナイト域まで加熱される熱影響部の組織の
微細化を図り、溶接継ぎ手部の脆化を防止するのに有効
な成分である。しかし、０．００５０％未満ではその効
果が少なく、０．０５００％を超えて添加すると、粗大
なＴｉの炭化物、Ｔｉの窒化物が生成して、レールの延
性や靭性、これに加えて耐内部疲労損傷性が大きく低下
することから、Ｔｉ量を０．００５０〜０．０５０％に
限定した。By utilizing the fact that Ti carbide and Ti nitride precipitated during reheating at the time of welding do not dissolve in Ti, the structure of the heat-affected zone heated to the austenite region is miniaturized, and the weld joint is It is an effective component for preventing embrittlement of parts. However, if it is less than 0.0050%, its effect is small, and if it is added over 0.0500%, coarse Ti carbide and Ti nitride are generated, and the ductility and toughness of the rail, as well as the internal resistance The Ti content was limited to 0.0050 to 0.050% because the fatigue damage was significantly reduced.
【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、パーライト組織の延性を向上させるのに有効
な元素である。さらに、ＭｇＯ，ＭｇＳがＭｎＳを微細
に分散させ、ＭｎＳの周囲にＭｎの希薄帯を形成し、パ
ーライト変態の生成に寄与し、その結果、パーライトブ
ロックサイズを微細化することにより、パーライト組織
の延性を向上させるのに有効な元素である。しかし、
０．０００５％未満ではその効果は弱く、０．０２００
％を超えて添加すると、Ｍｇの粗大酸化物が生成し、レ
ールの延性や靭性、さらには、耐内部疲労損傷性を低下
させるため、Ｍｇ量を０．０００５〜０．０２００％に
限定した。Mg combines with O, S, Al or the like to form a fine oxide, suppresses grain growth of crystal grains during reheating during rail rolling, and aims to refine austenite grains. , Is an element effective in improving the ductility of the pearlite structure. In addition, MgO and MgS finely disperse MnS, form a thin strip of Mn around MnS, and contribute to the formation of pearlite transformation. As a result, the pearlite block size is made finer, thereby reducing the ductility of the pearlite structure. Is an effective element to improve the. But,
If less than 0.0005%, the effect is weak and 0.0200.
%, Mg coarse oxide is generated, and the ductility and toughness of the rail and further the internal fatigue damage resistance are deteriorated. Therefore, the Mg content is limited to 0.0005 to 0.0200%.
【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、パーラ
イト変態の生成に寄与し、その結果、パーライトブロッ
クサイズを微細化することにより、パーライト組織の延
性を向上させるのに有効な元素である。しかし、０．０
００５％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，レールの
延性や靭性，さらには，耐内部疲労損傷性を低下させる
ため、Ｃａ量を０．０００５〜０．０１５０％に限定し
た。Ca has a strong binding force with S and forms a sulfide as CaS, and further, CaS finely disperses MnS and forms a thin band of Mn around MnS to form a pearlite transformation. It is an element that contributes and, as a result, reduces the size of the pearlite block to improve the ductility of the pearlite structure. But 0.0
If it is less than 005%, its effect is weak, and if it exceeds 0.0150%, coarse oxides of Ca are formed, which reduces the ductility and toughness of the rail, and further the internal fatigue damage resistance. It was limited to 0.0005 to 0.0150%.
【００３４】Ａｌは、共析変態温度を高温側へ、同時
に、共析炭素濃度を高炭素側へそれぞれ移動させる元素
であり、パーライト組織の高強度化と初析セメンタイト
組織の生成の抑制により靭性低下を防止する元素である
が、０．００８０％以下では、その効果が弱く、１．０
０％を超えて添加すると、鋼中に固溶させることが困難
となり、疲労損傷の起点となる粗大なアルミナ系介在物
が生成し、レールの延性や靭性、さらには、耐内部疲労
損傷性が低下する。また、溶接時に酸化物が生成し、溶
接性が著しく低下するため、Ａｌ量を０．００８０〜
１．００％に限定した。Al is an element that shifts the eutectoid transformation temperature to the high temperature side and at the same time shifts the eutectoid carbon concentration to the high carbon side, and toughness is achieved by increasing the strength of the pearlite structure and suppressing the formation of the proeutectoid cementite structure. It is an element that prevents the decrease, but if it is 0.0080% or less, its effect is weak and 1.0
If it is added in excess of 0%, it becomes difficult to form a solid solution in steel, and coarse alumina-based inclusions, which are the starting point of fatigue damage, are generated, and ductility and toughness of the rail, and further, internal fatigue damage resistance descend. In addition, since an oxide is generated during welding and the weldability is significantly reduced, the Al content is 0.0080 to
It was limited to 1.00%.
【００３５】Ｚｒは、ＺｒＯ2 介在物がγ−Ｆｅとの格
子整合性が良いため、γ−Ｆｅが凝固初晶である高炭素
レール鋼の凝固核となり、凝固組織の等軸晶化率を高め
ることにより、鋳片中心部の偏析帯の形成を抑制し、レ
ールの靭性に有害な初析セメンタイト組織の生成を抑制
する元素である。しかし、Ｚｒ量が０．０００１％以下
では、ＺｒＯ2 系介在物の数が少なく、凝固核として十
分な作用を示さない。その結果、初析セメンタイト組織
の生成抑制の効果が低下する。また、Ｚｒ量が０．２０
００％を超えると、粗大Ｚｒ系介在物が多量に生成し、
レールの延性が低下することや、粗大Ｚｒ系介在物を起
点とした内部疲労損傷が発生しやすくなり、レールの使
用寿命が低下する。このため、Ｚｒ量を０．０００１〜
０．２０００％に限定した。Since Zr has a good lattice matching with γ-Fe in ZrO 2 inclusions, γ-Fe becomes a solidification nucleus of high carbon rail steel, which is a primary solidification crystal, and the equiaxed crystallization rate of the solidification structure is increased. By increasing the content, it is an element that suppresses the formation of a segregation zone at the center of the slab and suppresses the formation of a pro-eutectoid cementite structure harmful to the toughness of the rail. However, when the amount of Zr is 0.0001% or less, the number of ZrO 2 -based inclusions is small, and the ZrO 2 -based inclusions do not sufficiently function as a solidification nucleus. As a result, the effect of suppressing the formation of pro-eutectoid cementite structure decreases. Further, the Zr amount is 0.20
If it exceeds 00%, a large amount of coarse Zr-based inclusions are formed,
The ductility of the rail is reduced, and internal fatigue damage starting from coarse Zr-based inclusions is likely to occur, and the service life of the rail is reduced. Therefore, the Zr amount is 0.0001 to
It was limited to 0.2000%.
【００３６】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・分塊あるいは連続鋳造し、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頭部に熱処
理を施すことにより、レール頭部に硬さの高いパーライ
ト組織を安定的に生成させることが可能となる。The rail steel composed of the above-described composition is melted in a commonly used melting furnace such as a converter or an electric furnace, and this molten steel is ingot-agglomerated or continuously cast. It is manufactured as a rail through hot rolling. Next, heat treatment is applied to the rails that retain the high temperature heat of this hot rolling, or to the rail head that has been reheated to a high temperature for the purpose of heat treatment, to stabilize the pearlite structure with high hardness on the rail head. It is possible to generate it.
【００３７】（２）パーライト組織の呈する範囲および
その硬さ
まず、パーライト組織の呈する範囲を、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
の呈する範囲が３０ｍｍ未満では、レールの使用寿命か
ら考えると、重荷重鉄道のレールに要求される耐摩耗性
や耐内部疲労損傷性を必要とされている領域としては小
さく、十分なレール使用寿命の改善効果が得られない。
また、パーライト組織の呈する範囲が、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４０ｍｍ
以上であれば、レール使用寿命がさらに向上し、より望
ましい。(2) Range of pearlite structure and hardness thereof First, the reason why the range of pearlite structure is limited to a range of 30 mm in depth from the head surface of the head corners and the crown is explained. To do. If the range exhibited by the pearlite structure is less than 30 mm, considering the service life of the rail, it is small as a region requiring the wear resistance and internal fatigue damage resistance required for the rail of heavy-duty railway, and it is a sufficient rail. The effect of improving the service life cannot be obtained.
Further, the range exhibited by the pearlite structure is 40 mm in depth from the head surface of the head corner and the head top.
If it is above, the rail service life is further improved, which is more desirable.
【００３８】次に、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の範囲のパーライト組
織の硬さをＨｖ３００〜５００の範囲に限定した理由に
ついて説明する。本成分系では、硬さがＨｖ３００未満
になると、ころがり面に塑性変形起因のフレーキング損
傷が発生することや、重荷重鉄道での使用においては、
耐摩耗性や耐内部疲労損傷性の確保が困難となり、レー
ルの使用寿命が低下する。また、硬さがＨｖ５００を超
えると、耐摩耗性の著しい向上により、ころがり面に疲
労ダメージが蓄積することや、集合組織が発達し、ダー
クスポット損傷等のころがり疲労損傷が発生し、耐表面
損傷性が大きく損なわれる。このためパーライト組織の
硬さをＨｖ３００〜５００の範囲に限定した。Next, the reason why the hardness of the pearlite structure in the depth range of 30 mm from the head surface of the head corner portion and the head top portion as the starting point is limited to the range of Hv 300 to 500 will be described. In this component system, if the hardness is less than Hv300, flaking damage due to plastic deformation occurs on the rolling surface, and in use on heavy-duty railway,
It becomes difficult to secure wear resistance and internal fatigue damage resistance, which shortens the service life of the rail. Further, if the hardness exceeds Hv500, the wear resistance is remarkably improved, and fatigue damage is accumulated on the rolling surface, and the texture develops, resulting in rolling fatigue damage such as dark spot damage and surface damage resistance. Sex is greatly impaired. Therefore, the hardness of the pearlite structure is limited to the range of Hv 300 to 500.
【００３９】ここで、図１に本発明の耐摩耗性および耐
内部疲労損傷性に優れたパーライト系レールの頭部断面
表面位置での呼称、および、硬さＨｖ３００〜５００の
パーライト組織が必要な領域を示す。レール頭部におい
て１は頭頂部、２は頭部コーナー部であり、頭部コーナ
ー部２の一方は車輪と主に接触するゲージコーナー
（Ｇ．Ｃ．）部である。硬さＨｖ３００〜５００のパー
ライト組織は少なくとも図中の斜線内に配置されていれ
ば、レールの耐摩耗性や耐内部疲労損傷性の向上が可能
となる。したがって、硬さを制御したパーライト組織
は、車輪とレールが主に接するレール頭部表面近傍に配
置することが望ましく、それ以外の部分はパーライト組
織以外の金属組織であってもよい。Here, FIG. 1 requires the name at the cross-sectional surface position of the head of the pearlite rail having excellent wear resistance and internal fatigue damage resistance according to the present invention, and a pearlite structure having a hardness Hv of 300 to 500. Indicates the area. In the rail head portion, 1 is a crown portion, 2 is a head corner portion, and one of the head corner portions 2 is a gauge corner (GC) portion that mainly contacts the wheel. If the pearlite structure having a hardness of Hv 300 to 500 is arranged at least in the shaded area in the figure, the wear resistance and the internal fatigue damage resistance of the rail can be improved. Therefore, it is desirable to arrange the pearlite structure whose hardness is controlled in the vicinity of the rail head surface where the wheel and the rail are mainly in contact with each other, and the other part may be a metal structure other than the pearlite structure.
【００４０】本発明レールの金属組織は、上記限定のよ
うなパーライト組織であることが望ましい。しかし、レ
ールの成分系や熱処理製造方法によっては、レール柱
部、頭表部、頭部内部のパーライト組織中に、初析フェ
ライト組織、初析セメンタイト組織、ベイナイト組織や
マルテンサイト組織が混入することがある。しかし、こ
れらの組織が若干量混入しても、本発明のパーライト系
レールの耐摩耗性や延性には大きな悪影響を及ぼさな
い。The metal structure of the rail of the present invention is preferably a pearlite structure as described above. However, depending on the component system of the rail and the heat treatment manufacturing method, the proeutectoid ferrite structure, proeutectoid cementite structure, bainite structure or martensite structure may be mixed in the pearlite structure in the rail column part, head surface part, and head part. There is. However, even if a small amount of these structures is mixed, it does not have a great adverse effect on the wear resistance and ductility of the pearlite rail of the present invention.
【００４１】[0041]
【実施例】次に、本発明の実施例について説明する。表
１に本発明レール鋼の化学成分、頭部ミクロ組織（頭表
面下５ｍｍと２８ｍｍ）、レール頭部（頭表面下５ｍ
ｍ）の硬さを示す。また、表１には図２に示す強制冷却
条件下における西原式摩耗試験での７０万回繰り返し後
のレール頭部材料の摩耗量、図３に示す転動疲労試験の
結果も併記した。表２に比較レール鋼の化学成分、頭部
ミクロ組織（頭表面下５ｍｍと２８ｍｍ）、レール頭部
（頭表面下５ｍｍ）の硬さを示す。また、表１には図２
に示す強制冷却条件下における西原式摩耗試験での７０
万回繰り返し後のレール頭部材料の摩耗量、図３に示す
転動疲労試験の結果も併記した。EXAMPLES Next, examples of the present invention will be described. Table 1 shows the chemical composition of the rail steel of the present invention, head microstructure (5 mm and 28 mm below the head surface), rail head (5 m below the head surface).
The hardness of m) is shown. In addition, Table 1 also shows the amount of wear of the rail head material after the 700,000 times repetition in the Nishihara type wear test under the forced cooling condition shown in FIG. 2 and the result of the rolling fatigue test shown in FIG. Table 2 shows the chemical composition of comparative rail steel, the microstructure of the head (5 mm and 28 mm below the head surface), and the hardness of the rail head (5 mm below the head surface). In addition, FIG.
70 in the Nishihara wear test under the forced cooling conditions shown in
The amount of wear of the rail head material after repeated 10,000 times and the result of the rolling fatigue test shown in FIG. 3 are also shown.
【００４２】なお、レールの構成は以下のとおりであ
る。
・本発明レール鋼（１２本） 符号Ａ〜Ｌ
上記成分範囲内で、鋼レールの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３０ｍｍの範囲
がパーライト組織であり、かつ、その硬さがＨｖ３００
〜５００の範囲であることを特徴とする耐摩耗性および
耐内部疲労損傷性に優れたパーライト系レール。
・比較レール鋼（９本） 符号Ｍ〜Ｕ
符号Ｍ〜Ｐ：Ｃ，ＳｉおよびＭｎの添加量が上記請求範
囲外の比較レール鋼（４本）。
符号Ｑ〜Ｕ：族番号１３〜１５かつ４周期〜５周期の元
素から選ばれる１種または２種以上の元素の添加量が上
記請求範囲外の比較レール鋼（５本）。The structure of the rail is as follows. -Invention rail steel (12 pieces) Codes A to L Within the above composition range, starting from the head corner portion and the top surface of the steel rail, at least a depth of 30 mm is a pearlite structure and its hardness is Saga Hv300
A perlite rail having excellent wear resistance and internal fatigue damage resistance, which is characterized by being in the range of up to 500. -Comparative rail steel (9 pieces) Codes M to U Codes M to P: Comparative rail steels (4 pieces) in which the amounts of C, Si and Mn added are outside the above claims. Reference numerals Q to U: Comparative rail steels (5 pieces) in which the addition amount of one or more elements selected from elements of group numbers 13 to 15 and 4 to 5 periods is out of the above claims.
【００４３】ここで、本明細書中の図について説明す
る。図１は本発明の耐摩耗性および耐内部疲労損傷性に
優れたパーライト系レールの頭部断面表面位置での呼称
および耐摩耗性および耐内部疲労損傷性が必要とされる
領域を示したものである。図２は西原式摩耗試験機の概
略を示したものである。図３は転動疲労試験機の概要を
示したものである。また、図４は、表１と表２に示す摩
耗試験における試験片採取位置を図示したものである。
さらに、図５は表１に示す本発明レール鋼（符号：Ａ〜
Ｌ）と表２に示す比較レール鋼（符号：Ｍ〜Ｎ）の摩耗
試験結果における炭素量と摩耗量の関係を示したもので
ある。なお、図２において、３はレール試験片、４は相
手材、５は冷却用ノズルである。また、図３において、
６はレール移動用スライダーであり、この上にレール７
が設置される。１０はモーター９で回転する車輪８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７上を車輪８が転動する。Now, the drawings in this specification will be described. FIG. 1 shows the names of the pearlite rails of the present invention having excellent wear resistance and internal fatigue damage resistance at the cross-sectional surface position of the head and the areas where wear resistance and internal fatigue damage resistance are required. Is. FIG. 2 shows an outline of the Nishihara abrasion tester. FIG. 3 shows an outline of the rolling fatigue tester. Further, FIG. 4 illustrates the test piece sampling positions in the wear tests shown in Tables 1 and 2.
Further, FIG. 5 shows the rail steel of the present invention shown in Table 1 (reference: A to
L) and the comparative rail steel (symbols: MN) shown in Table 2 show the relationship between the amount of carbon and the amount of wear in the wear test results. In FIG. 2, 3 is a rail test piece, 4 is a mating member, and 5 is a cooling nozzle. In addition, in FIG.
6 is a slider for moving the rail, on which the rail 7
Is installed. Reference numeral 10 is a load applying device that controls the lateral movement and the load of the wheel 8 rotated by the motor 9. In the test, wheels 8 roll on rails 7 that move to the left and right.
【００４４】各種試験は次のとおりとした。 ・摩耗試験 試験機 ：西原式摩耗試験機（図２参照） 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４参照） 試験荷重 ：６８６Ｎ（接触面圧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：１００Ｎｌ／ｍｉｎ） 繰返し回数 ：７０万回Various tests were conducted as follows. ・ Abrasion test Testing machine: Nishihara abrasion tester (see Fig. 2) Test piece shape: Disc-shaped test piece (outer diameter: 30 mm, thickness: 8 mm) Test piece sampling position: 2 mm below the rail head surface (see Fig. 4) Test load: 686N (contact surface pressure 640MPa) Slip rate: 20% Counterpart material: Perlite steel (Hv380) Atmosphere: In the air Cooling: Forced cooling with compressed air (flow rate: 100 Nl / min) Number of repetitions: 700,000 times
【００４５】・転動疲労試験 試験機：転動疲労試験機（図６参照） 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：１４７０００Ｎ（１５トン） スラスト荷重： ９８００Ｎ（ １トン） 潤滑条件 ドライ＋油（間欠給油）・ Rolling fatigue test Testing machine: Rolling fatigue testing machine (see Fig. 6) Test piece shape Rail: 136 lbs rail x 2m Wheel: AAR type (diameter 920mm) Load condition (reproduction of heavy-duty railway) Radial load: 147,000N (15 tons) Thrust load: 9800N (1 ton) Lubrication condition Dry + oil (intermittent lubrication)
【００４６】表１、表２に示すように、本発明レール鋼
（符号：Ａ〜Ｌ）は、比較レール鋼（符号：Ｍ〜Ｐ）と
比べて、Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎの添加量をある一定範囲内に納
めることにより、レールの耐内部疲労損傷性、耐摩耗性
に悪影響を与える初析セメンタイト組織、初析フェライ
ト組織やマルテンサイト組織などを生成させず、耐表面
損傷性を確保したパーライト組織とすることができる。
また、図５に示すように、本発明レール鋼（符号：Ａ〜
Ｌ）は、比較レール鋼（符号：Ｍ〜Ｎ）と比べて、炭素
量をある一定範囲内に納めることにより、パーライト組
織を呈するレールの耐摩耗性を向上させることが可能と
なる。特に、本発明レール鋼（符号：Ｅ〜Ｌ，炭素量
０．８５％超）は、本発明レール鋼（符号：Ａ〜Ｄ，炭
素量０．８５％以下）と比べて、炭素量をさらに増加さ
せることにより、耐摩耗性をより一層向上させることが
できた。さらに、表１、表２に示すように、本発明レー
ル鋼（符号：Ａ〜Ｌ）は、比較レール鋼（符号：Ｑ〜
Ｕ）と比べて、族番号１３〜１５かつ４周期〜５周期の
元素から選ばれる１種または２種以上の元素の添加量を
制御することにより、レール頭部内部で生成し易い初析
セメンタイト組織の生成を抑制し、高い耐内部疲労損傷
性を確保することが可能となる。As shown in Tables 1 and 2, the rail steels of the present invention (symbols: A to L) have the addition amounts of C, Si and Mn as compared with the comparative rail steels (symbols of MP). By keeping it within a certain range, pearlite has secured surface damage resistance without generating proeutectoid cementite structure, proeutectoid ferrite structure, martensite structure, etc. that adversely affect the internal fatigue damage resistance and wear resistance of the rail. It can be an organization.
Further, as shown in FIG. 5, the rail steel of the present invention (reference numeral: A to
L) can improve the wear resistance of the rail exhibiting a pearlite structure by keeping the carbon content within a certain fixed range as compared with the comparative rail steel (reference numerals: M to N). In particular, the rail steel of the present invention (code: E to L, carbon content over 0.85%) has a higher carbon content than the rail steel of the invention (code: A to D, carbon content of 0.85% or less). By increasing the amount, the wear resistance could be further improved. Further, as shown in Tables 1 and 2, the rail steels of the present invention (codes: A to L) are comparative rail steels (codes: Q to
Compared to U), by controlling the addition amount of one or more elements selected from the elements of group numbers 13 to 15 and 4 to 5 periods, proeutectoid cementite that is easily generated inside the rail head. It becomes possible to suppress the generation of tissue and secure high resistance to internal fatigue damage.
【００４７】[0047]
【表１】 [Table 1]
【００４８】[0048]
【表２】 [Table 2]
【００４９】[0049]
【発明の効果】以上のように本発明によれば、重荷重鉄
道で使用される高炭素含有のパーライト組織の鋼レール
において、Ｃの添加量、さらには、族番号１３〜１５か
つ４周期〜５周期の元素から選ばれる１種または２種以
上の元素の添加量を制御することにより、耐摩耗性を向
上させ、同時に、粗大な初析セメンタイト組織の生成を
抑制し、耐内部疲労損傷性を同時に達成することができ
る。As described above, according to the present invention, in a steel rail having a high carbon content and having a pearlite structure, which is used in heavy-duty railways, the amount of C added, and further, Group Nos. 13 to 15 and 4 cycles By controlling the addition amount of one or more elements selected from the elements of 5 periods, wear resistance is improved, and at the same time, generation of coarse proeutectoid cementite structure is suppressed, and internal fatigue damage resistance Can be achieved at the same time.
【図１】本発明の耐摩耗性および耐内部疲労損傷性に優
れたパーライト系レールの頭部断面表面位置での呼称お
よび耐摩耗性および耐内部疲労損傷性が必要とされる領
域を示した図。FIG. 1 shows a name at a head cross-sectional surface position of a pearlite rail having excellent wear resistance and internal fatigue damage resistance of the present invention and a region where the wear resistance and internal fatigue damage resistance are required. Fig.
【図２】西原式摩耗試験機の概略を示した図。FIG. 2 is a diagram showing an outline of a Nishihara-type abrasion tester.
【図３】転動疲労試験機の概要を示した図。FIG. 3 is a diagram showing an outline of a rolling fatigue tester.
【図４】摩耗試験における試験片採取位置を示した図。FIG. 4 is a view showing a test piece sampling position in a wear test.
【図５】本発明レール鋼（符号：Ａ〜Ｌ）と比較レール
鋼（符号：Ｍ〜Ｎ）の摩耗試験結果における炭素量と摩
耗量の関係。FIG. 5 shows the relationship between the amount of carbon and the wear amount in the wear test results of the rail steel of the present invention (symbols: A to L) and the comparative rail steel (symbols: M to N).
１：頭頂部 ２：頭部コーナー部 ３：レール試験片 ４：相手材 ５：冷却用ノズル ６：レール移動用スライダー ７：レール ８：車輪 ９：モーター １０：荷重負荷装置 1: Top of the head 2: Head corner 3: Rail test piece 4: Counterpart material 5: Nozzle for cooling 6: Slider for rail movement 7: Rail 8: Wheel 9: Motor 10: Load device
Claims (12)
含有し、さらに、元素周期表で族番号１３〜１５かつ４
周期〜５周期の元素から選ばれる１種または２種以上の
元素を質量％の合計で０．００１０〜０．１０％を含有
し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなることを特
徴とする耐摩耗性および耐内部疲労損傷性に優れたパー
ライト系レール。1. C: 0.75 to 1.40% by mass%, and further contains group numbers 13 to 15 and 4 in the periodic table of the elements.
1 to 2 or more elements selected from the elements of the period to 5 periods are contained in a total amount of 0.0010 to 0.10% by mass, and the balance is Fe and inevitable impurities. Perlite rail with excellent wear resistance and internal fatigue damage resistance.
Ｓｉ：０．０５〜２．００％、Ｍｎ：０．０５〜２．０
０％、さらに、元素周期表で族番号１３〜１５かつ４周
期〜５周期の元素から選ばれる１種または２種以上の元
素を質量％の合計で０．００１０〜０．１０％を含有
し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなることを特
徴とする耐摩耗性および耐内部疲労損傷性に優れたパー
ライト系レール。2. C: 0.75 to 1.40% by mass%,
Si: 0.05 to 2.00%, Mn: 0.05 to 2.0
0%, and further contains one or more elements selected from elements having group numbers 13 to 15 and 4 to 5 periods in the periodic table of elements in an amount of 0.0010 to 0.10% in total of mass%. A pearlite rail having excellent wear resistance and internal fatigue damage resistance, characterized in that the balance is Fe and inevitable impurities.
を含有することを特徴とする請求項１または２に記載の
耐摩耗性および耐内部疲労損傷性に優れたパーライト系
レール。3. C: 0.85 to 1.40% in mass%
The pearlite-based rail having excellent wear resistance and internal fatigue damage resistance according to claim 1 or 2, further comprising:
２．００％、Ｍｏ：０．０１〜０．５０％の１種または
２種を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からな
ることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載
の耐摩耗性および耐内部疲労損傷性に優れたパーライト
系レール。4. In mass%, further Cr: 0.05-
2.00%, Mo: 0.01 to 0.50% of 1 type or 2 types are contained, and the balance consists of Fe and unavoidable impurities. Perlite rails with excellent wear resistance and internal fatigue damage resistance as described.
０．５０％、Ｎｂ：０．００２〜０．０５０％の１種ま
たは２種を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物か
らなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に
記載の耐摩耗性および耐内部疲労損傷性に優れたパーラ
イト系レール。5. In mass%, further, V: 0.005-
0.50%, Nb: 0.002 to 0.050% of 1 type or 2 types are contained, and the balance consists of Fe and inevitable impurities. Perlite rails with excellent wear resistance and internal fatigue damage resistance as described.
０．００５０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不
純物からなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか
１項に記載の耐摩耗性および耐内部疲労損傷性に優れた
パーライト系レール。6. In mass%, further, B: 0.0001-
A pearlite rail excellent in wear resistance and internal fatigue damage resistance according to any one of claims 1 to 5, characterized in that it contains 0.0050% and the balance is Fe and inevitable impurities. .
２．００％、Ｃｕ：０．０５〜１．００％の１種または
２種を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からな
ることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載
の耐摩耗性および耐内部疲労損傷性に優れたパーライト
系レール。7. In mass%, further, Co: 0.10-
2.00%, Cu: 0.05 to 1.00% of 1 type or 2 types are contained, and the balance consists of Fe and inevitable impurities. Perlite rails with excellent wear resistance and internal fatigue damage resistance as described.
１．００％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物
からなることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項
に記載の耐摩耗性および耐内部疲労損傷性に優れたパー
ライト系レール。8. In mass%, further, Ni: 0.01-
The pearlite rail having excellent wear resistance and internal fatigue damage resistance according to any one of claims 1 to 7, characterized in that it contains 1.00% and the balance is Fe and inevitable impurities. .
〜０．０５００％、Ｍｇ：０．０００５〜０．０２００
％、Ｃａ：０．０００５〜０．０１５０％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
らなることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に
記載の耐摩耗性および耐内部疲労損傷性に優れたパーラ
イト系レール。9. In mass%, Ti: 0.0050
~ 0.0500%, Mg: 0.0005-0.0200
%, Ca: 0.0005 to 0.0150% of 1 type or 2 types or more, and the balance consists of Fe and unavoidable impurities. A perlite rail with excellent wear resistance and internal fatigue damage resistance.
０〜１．００％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不
純物からなることを特徴とする請求項１〜９のいずれか
１項に記載の耐摩耗性および耐内部疲労損傷性に優れた
パーライト系レール。10. In mass%, further, Al: 0.008
Perlite excellent in wear resistance and internal fatigue damage resistance according to any one of claims 1 to 9, characterized in that it contains 0 to 1.00%, and the balance is Fe and inevitable impurities. System rail.
１〜０．２０００％を含有し、残部がＦｅおよび不可避
的不純物からなることを特徴とする請求項１〜１０のい
ずれか１項に記載の耐摩耗性および耐内部疲労損傷性に
優れたパーライト系レール。11. In mass%, further Zr: 0.000
1 to 0.2000%, the balance being Fe and inevitable impurities, The pearlite excellent in wear resistance and internal fatigue damage resistance according to any one of claims 1 to 10. System rail.
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３０ｍｍの範囲がパーライト組織であ
り、かつ、その硬さがＨｖ３００〜５００の範囲である
ことを特徴とする耐摩耗性および耐内部疲労損傷性に優
れたパーライト系レール。12. The steel rail according to claim 1, wherein the head corner portion and the top surface are used as starting points.
A pearlite rail having excellent wear resistance and internal fatigue damage resistance, characterized in that at least a depth of 30 mm has a pearlite structure, and its hardness is in a range of Hv300 to 500.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002104458A JP2003293087A (en) | 2002-04-05 | 2002-04-05 | Pearlitic rail having excellent wear resistance and internal fatigue damage resistance |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002104458A JP2003293087A (en) | 2002-04-05 | 2002-04-05 | Pearlitic rail having excellent wear resistance and internal fatigue damage resistance |
Publications (1)
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|---|---|
| JP2003293087A true JP2003293087A (en) | 2003-10-15 |
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| JP2002104458A Withdrawn JP2003293087A (en) | 2002-04-05 | 2002-04-05 | Pearlitic rail having excellent wear resistance and internal fatigue damage resistance |
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| JP (1) | JP2003293087A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014084507A (en) * | 2012-10-24 | 2014-05-12 | Jfe Steel Corp | Rail |
-
2002
- 2002-04-05 JP JP2002104458A patent/JP2003293087A/en not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014084507A (en) * | 2012-10-24 | 2014-05-12 | Jfe Steel Corp | Rail |
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