JP2010018843A - Pearlite-based rail having excellent wear resistance and ductility - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the service life of a rail used for a heavy-load railroad by controlling the components of a rail steel, further controlling an Li oxide (LiO<SB>2</SB>), so as to improve the wear resistance and ductility of a pearlite texture, and further controlling its hardness. <P>SOLUTION: The pearlite-based rail having excellent wear resistance and ductility is characterized in that, in a steel rail comprising, by mass, 0.65 to 1.20% C, 0.05 to 2.00% Si, 0.05 to 2.00% Mn and 0.0005 to 0.10% Li, and the balance Fe with inevitable impurities, at least a part of the head surface part of the steel rail has a pearlite texture. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、重荷重鉄道で使用されるレールにおいて、頭部の耐摩耗性と延性を同時に向上させ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。   The present invention relates to a pearlite rail intended to simultaneously improve wear resistance and ductility of a head in a rail used in heavy-duty railways.

海外の重荷重鉄道では、鉄道輸送の高効率化を図るため、貨物の高積載化を進めており、特に急曲線のレールでは、G.C.部や頭側部の耐摩耗性が十分確保できず、摩耗によるレール使用寿命の低下が問題となってきた。このような背景から、現用の共析炭素鋼含有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。これらの問題を解決するため、下記に示すようなレールが開発された。これらのレールの主な特徴は、耐摩耗性を向上させるため、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体積比率を増加させ、さらに、硬さを制御している(例えば、特許文献1、2参照)。   In overseas heavy-duty railroads, we are increasing the load of freight in order to increase the efficiency of rail transport. Especially for sharply curved rails, sufficient wear resistance is ensured in the GC section and the head side. However, the deterioration of the service life of the rail 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 a high-strength rail containing current eutectoid carbon steel. In order to solve these problems, the following rails have been developed. The main features of these rails are to increase the carbon content of the steel, to increase the volume ratio of the cemetite phase in the pearlite lamella, and to control the hardness (for example, to improve wear resistance) (See Patent Documents 1 and 2).

特許文献1の開示技術では、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体積比率を増加させ、耐摩耗性に優れたレールを提供することができる。   In the disclosed technique of Patent Document 1, a hypereutectoid steel (C: more than 0.85 to 1.20%) is used to increase the cementite volume ratio in the lamellae in the pearlite structure, and the rail has excellent wear resistance. Can be provided.

また、特許文献2の公開技術では、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体積比率を増加させ、同時に、硬さを制御し、耐摩耗性に優れたレールを提供することができる。   Moreover, in the open technology of patent document 2, using hypereutectoid steel (C: more than 0.85 to 1.20%), the cementite volume ratio in the lamella in the pearlite structure is increased, and at the same time, the hardness is increased. The rail can be controlled and has excellent wear resistance.

しかし、特許文献1〜2の開示技術では、パーライト組織中のセメタイト相の体積比率を増加させる、すなわち、鋼の炭素量を増加させることにより、ある一定レベルの耐摩耗性の向上が図れる。しかし、パーライト組織自体の延性や靭性が著しく低下し、レール折損が発生しやすくなるいという問題点があった。さらに、レールの延性や靭性に有害な初析セメンタイト組織が生成しやすくなり、レール折損が発生しやすくなるいという問題点があった。   However, in the disclosed technologies of Patent Documents 1 and 2, a certain level of wear resistance can be improved by increasing the volume ratio of the cemetite phase in the pearlite structure, that is, by increasing the carbon content of the steel. However, there is a problem that the ductility and toughness of the pearlite structure itself are remarkably lowered, and the rail breakage is liable to occur. Furthermore, there is a problem that a pro-eutectoid cementite structure which is harmful to the ductility and toughness of the rail is likely to be generated, and the rail breakage is liable to occur.

一般にパーライト鋼の延性や靭性を向上させるには、パーライト組織(パーライトブロックサイズ)の微細化、具体的には、パーライト変態前のオーステナイト組織の細粒化やパーライト組織の微細化が有効であると言われている。オーステナイト組織の細粒化を達成するには、熱間圧延時の圧延温度の低減、圧下量の増加、さらには、レール圧延後に低温再加熱による熱処理が行われている。また、パーライト組織の微細化を図るには、変態核を利用したオーステナイト粒内からのパーライト変態の促進等が行われている。   Generally, to improve the ductility and toughness of pearlite steel, it is effective to refine the pearlite structure (pearlite block size), specifically, to refine the austenite structure before pearlite transformation and refine the pearlite structure. It is said. In order to achieve the fine graining of the austenite structure, reduction of the rolling temperature during hot rolling, increase of the reduction amount, and heat treatment by low temperature reheating after rail rolling are performed. In order to refine the pearlite structure, pearlite transformation is promoted from the austenite grains using transformation nuclei.

しかし、レールの製造においては、熱間圧延時の成形性確保の観点から、圧延温度の低減、圧下量の増加には限界があり、十分なオーステナイト粒の微細化が達成できなかった。また、変態核を利用したオーステナイト粒内からのパーライト変態については、変態核の量の制御が困難なことや粒内からのパーライト変態が安定しない等の問題があり、十分なパーライト組織の微細化が達成できなかった。   However, in the production of rails, from the viewpoint of securing formability during hot rolling, there are limits to the reduction in rolling temperature and the increase in rolling reduction, and sufficient austenite grain refinement cannot be achieved. In addition, pearlite transformation from austenite grains using transformation nuclei has problems such as difficulty in controlling the amount of transformation nuclei and instability of pearlite transformation from within grains, and sufficient pearlite structure refinement. Could not be achieved.

これらの諸問題から、パーライト組織のレールにおいて延性や靭性を抜本的に改善するには、レール圧延後に低温再加熱を行い、その後、加速冷却によりパーライト変態をさせ、パーライト組織を微細化する方法が用いられてきた。しかし、近年、耐摩耗性改善のためレールの高炭素化が進み、上記の低温再加熱熱処理をする時に、オーステナイト粒内に粗大な炭化物が溶け残り、加速冷却後のパーライト組織の延性や靭性が低下するといった問題がある。また、再加熱であるため、製造コストが高く、生産性も低い等の経済性の問題もある。   In order to drastically improve the ductility and toughness of a pearlite structure rail due to these problems, a method of refining the pearlite structure by performing low-temperature reheating after rail rolling and then performing pearlite transformation by accelerated cooling is a method. Has been used. However, in recent years, the carbon of rails has been increased to improve wear resistance, and when the above-mentioned low-temperature reheating heat treatment is performed, coarse carbides remain undissolved in the austenite grains, and the ductility and toughness of the pearlite structure after accelerated cooling are reduced. There is a problem that it falls. Moreover, since it is reheating, there are also economical problems such as high manufacturing cost and low productivity.

そこで、圧延時成形性を確保し、圧延後のパーライト組織の微細化する高炭素鋼レールの製造方法の開発が求められるようになってきた。この問題を解決するため、下記に示すような高炭素鋼レールの製造方法が開発された。これらのレールの主な特徴は、パーライト組織を微細化するため、高炭素鋼のオーステナイト粒が比較的低温で、かつ、小さい圧下量でも再結晶し易いことを利用して、小圧下の連続圧延によって整粒の微細粒を得、パーライト鋼の延性や靭性を向上させている(例えば、特許文献3、4、5参照)。   Therefore, development of a method for producing a high carbon steel rail that secures formability during rolling and refines the pearlite structure after rolling has been demanded. In order to solve this problem, a method for producing a high carbon steel rail as described below has been developed. The main feature of these rails is the continuous rolling under small reduction by making use of the fact that the austenite grains of high carbon steel are relatively low temperature and easy to recrystallize even with a small reduction amount in order to refine the pearlite structure. Thus, finely sized particles are obtained, and the ductility and toughness of pearlite steel are improved (for example, see Patent Documents 3, 4, and 5).

特許文献3の開示技術では、高炭素鋼含有の鋼レールの仕上げ圧延において、所定のパス間時間で連続3パス以上の圧延を行うことにより高延性レールを提供することができる。   In the disclosed technology of Patent Document 3, a high ductility rail can be provided by rolling three or more consecutive passes in a predetermined time between passes in finish rolling of a steel rail containing high carbon steel.

また、特許文献4の公開技術では、高炭素鋼含有の鋼レールの仕上げ圧延において、所定のパス間時間で連続2パス以上の圧延を行い、さらに、連続圧延を行った後、圧延後に加速冷却を行うことにより高耐摩耗・高靭性レールを提供することができる。   Moreover, in the disclosed technique of Patent Document 4, in the finish rolling of a steel rail containing high carbon steel, rolling is performed continuously for two or more passes at a predetermined time between passes, and further, after performing continuous rolling, accelerated cooling is performed after rolling. By performing the above, a high wear resistance and high toughness rail can be provided.

さらに、特許文献5の公開技術では、高炭素鋼含有の鋼レールの仕上げ圧延において、パス間で冷却を施し、さらに、連続圧延を行った後、圧延後に加速冷却を行うことにより高耐摩耗・高靭性レールを提供することができる。   Furthermore, in the disclosed technology of Patent Document 5, in the finish rolling of a steel rail containing high carbon steel, cooling is performed between passes, and further, continuous rolling is performed, and then accelerated cooling is performed after rolling. High toughness rails can be provided.

しかし、特許文献3〜5の開示技術では、鋼の炭素量、連続熱間圧延時の温度、圧延パス数やパス間時間の組合せによっては、オーステナイト組織の微細化が図れず、パーライト組織が粗大化し、延性や靭性が向上しないといった問題がある。   However, in the disclosed technologies of Patent Documents 3 to 5, depending on the combination of the carbon content of steel, the temperature during continuous hot rolling, the number of rolling passes and the time between passes, the austenite structure cannot be refined and the pearlite structure is coarse. There is a problem that ductility and toughness are not improved.

特開平8−144016号公報JP-A-8-144016 特開平8−246100号公報JP-A-8-246100 特開平7−173530号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 7-173530 特開2001−234238号公報JP 2001-234238 A 特開2002−226915号公報JP 2002-226915 A

このような背景から、パーライト組織の耐摩耗性を向上させ、同時に、延性を向上させた耐摩耗性および延性に優れたパーライト系レールの提供が望まれるようになった。   Against this background, it has been desired to provide a pearlite rail that has improved wear resistance of the pearlite structure and at the same time has improved wear resistance and ductility.

そこで、本発明は、上述した問題点に鑑み案出されたものであり、その目的とするところは、重荷重鉄道のレールで要求される、頭部の耐摩耗性と延性を同時に向上させることを目的としたものである。   Therefore, the present invention has been devised in view of the above-mentioned problems, and its object is to simultaneously improve the head wear resistance and ductility required for heavy-duty railroad rails. It is aimed at.

(1)質量%で、C:0.65〜1.20%、Si:0.05〜2.00%、Mn:0.05〜2.00%、Li:0.0005〜0.10%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において、該鋼レールの頭表部の少なくとも一部がパーライト組織であ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。 (1) By mass%, C: 0.65-1.20%, Si: 0.05-2.00%, Mn: 0.05-2.00%, Li: 0.0005-0.10% A pearlite-based rail excellent in wear resistance and ductility, characterized in that, in a steel rail that contains Fe and the balance of Fe and inevitable impurities, at least a part of the head surface of the steel rail has a pearlite structure.

(2)上記(1)において、前記パーライト組織中の任意断面において、直径1〜100nmの大きさのLi酸化物の合計個数が1μm中に50〜1000個存在することを特徴と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。 (2) In the above (1), the total number of Li oxides having a diameter of 1 to 100 nm is present in 50 to 1000 in 1 μm 2 in an arbitrary cross section in the pearlite structure. A pearlite rail with excellent wear resistance and ductility.

(3)また、上記(1)又は(2)のレールには、質量%でさらに、下記[1]〜[10]の成分を選択的に含有させることができる。
[1]Co:0.05〜1.00%の1種、
[2]Cr:0.05〜2.00%、Mo:0.01〜0.50%の1種または2種、
[3]V:0.005〜0.50%、Nb:0.002〜0.050%の1種または2種、
[4]B:0.0001〜0.0050%の1種、
[5]Cu:0.05〜1.00%の1種、
[6]Ni:0.01〜1.00%の1種、
[7]Ti:0.0050〜0.0500%、Mg:0.0005〜0.0200%、Ca:0.0005〜0.0150%の1種または2種以上、
[8]Al:0.0100〜1.00%の1種、
[9]Zr:0.0001〜0.2000%の1種、
[10]N:0.0060〜0.0200%の1種、
を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる。
(3) Moreover, the following (1)-[10] component can be further selectively contained by the mass in the rail of said (1) or (2).
[1] Co: 0.05% to 1.00%,
[2] One or two of Cr: 0.05 to 2.00%, Mo: 0.01 to 0.50%,
[3] V: 0.005 to 0.50%, Nb: 0.002 to 0.050%, 1 type or 2 types,
[4] B: One kind of 0.0001 to 0.0050%,
[5] Cu: 0.05% to 1.00%,
[6] Ni: 0.01% to 1.00%,
[7] One or more of Ti: 0.0050 to 0.0500%, Mg: 0.0005 to 0.0200%, Ca: 0.0005 to 0.0150%,
[8] Al: one of 0.0100 to 1.00%,
[9] Zr: one of 0.0001 to 0.2000%,
[10] N: one of 0.0060 to 0.0200%,
And the balance consists of Fe and inevitable impurities.

(4)上記(1)〜(3)のいずれかにおいて、前記鋼レールにおける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の範囲がパーライト組織であり、かつ、その硬さがHv320〜500の範囲であ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。 (4) In any one of the above (1) to (3), at least a range of 20 mm in depth is a pearlite structure starting from the head corner portion and the top surface of the steel rail, and the hardness thereof is A pearlite rail excellent in wear resistance and ductility, characterized by being in the range of Hv 320 to 500.

本発明によれば、レール鋼の成分、さらには、Li酸化物(LiO)を制御することにより、パーライト組織の耐摩耗性と延性を向上させ、さらには、組織と硬さを制御することにより、重荷重鉄道に使用されるレールの使用寿命を向上させることが可能となる。 According to the present invention, the wear resistance and ductility of the pearlite structure are improved by controlling the components of the rail steel, and further Li oxide (LiO 2 ), and further the structure and hardness are controlled. This makes it possible to improve the service life of rails used in heavy-duty railways.

以下に本発明を実施する形態として、耐摩耗性および延性に優れたパーライト系レールにつき、詳細に説明する。以下、組成における質量は、単に%と記載する。   Hereinafter, a pearlite rail excellent in wear resistance and ductility will be described in detail as an embodiment of the present invention. Hereinafter, the mass in the composition is simply described as%.

まず、本発明者らは、析出物の適用により、オーステナイト粒の粒成長を抑制する方法を検討した。炭素量0.65〜1.20%を添加したレール鋼をベースに、様々な酸化物を添加した材料を溶製し、レール相当の圧延条件を模擬したラボ圧延実験を行い、引張試験により延性を評価した。なお、素材の硬さは熱処理条件の制御によりHv400レベルに揃えた。   First, the present inventors examined a method for suppressing grain growth of austenite grains by applying precipitates. Based on rail steel with 0.65 to 1.20% carbon added, materials with various oxides added are melted, laboratory rolling experiments simulating rolling conditions equivalent to rails are conducted, and ductility is determined by tensile tests. Evaluated. The hardness of the material was adjusted to the Hv400 level by controlling the heat treatment conditions.

その結果、一定量のLiを添加することにより、Li酸化物(LiO)が生成し、ピンニングによりオーステナイト粒が微細化し、結果的にパーライト組織が微細化し、延性が向上することを見出した。図1に鋼の炭素量と全伸び値の関係を示す。図1は炭素量0.65〜1.20%の鋼、さらには、Liを添加した鋼を用いて、レール相当の圧延条件を模擬したラボ圧延実験を行い、引張試験を行った結果を鋼の炭素量と全伸び値の関係で示したものである。なお、ここではLi酸化物の量を鋼中のLi添加量で示した値で示した。Liの添加量はいずれの鋼においても0.02%である。いずれの炭素量においても、Liを添加することにより、γ粒がピンニングされ、パーライト組織の微細化により全伸び値が向上することが確認された。 As a result, it was found that by adding a certain amount of Li, Li oxide (LiO 2 ) was generated, and austenite grains were refined by pinning, resulting in refined pearlite structure and improved ductility. FIG. 1 shows the relationship between the carbon content of steel and the total elongation value. Fig. 1 shows the result of a tensile test conducted by conducting a laboratory rolling experiment simulating rolling conditions equivalent to rails using steel having a carbon content of 0.65 to 1.20%, and further steel added with Li. It is shown by the relationship between the amount of carbon and the total elongation value. Here, the amount of Li oxide is shown by the value indicated by the amount of Li added in the steel. The amount of Li added is 0.02% in any steel. In any carbon content, it was confirmed that by adding Li, γ grains were pinned and the total elongation value was improved by refinement of the pearlite structure.

さらに、本発明者らは上記のLi酸化物量の最適範囲を検討した。炭素量1.00%のレール鋼をベースに、Li酸化物量を変化させるため、Li添加量を変化させた材料を溶製し、レール相当の圧延条件を模擬したラボ圧延実験を行い、引張試験を行い、延性におよぼすLi酸化物量の影響を調査した。なお、素材の硬さは熱処理条件の制御によりHv400レベルに揃えた。   Furthermore, the present inventors examined the optimal range of said Li oxide amount. Based on rail steel with a carbon content of 1.00%, in order to change the amount of Li oxide, a material in which the amount of Li addition was changed was melted, and a laboratory rolling experiment simulating rolling conditions equivalent to the rail was conducted, and a tensile test was performed. The effect of the amount of Li oxide on the ductility was investigated. The hardness of the material was adjusted to the Hv400 level by controlling the heat treatment conditions.

図2、図3にLi酸化物数と全伸び値の関係を示す。図2は、炭素量1.00%のレール鋼をベースに、Li酸化物量を変化させるため、Li添加量を変化させた材料を溶製し、レール相当の圧延条件を模擬したラボ圧延実験を行い、引張試験を行った結果をLi酸化物数と全伸び値の関係で示したものである。図3は図2においてLi酸化物数が0〜100個の部分を拡大したものである。なお、Li酸化物数は、直径1〜100nmの範囲大きさのLi酸化物のみを評価対象し、1μmの断面中における個数をカウントした。Li酸化物数が少ないと全伸び値には大きな変化は認められず、Li酸化物数がある一定量以上になると全伸び値が増加し、延性が向上することが確認された。さらに、Li酸化物数が一定量を超えると、逆に全伸び値が低下し、延性が低下することが確認された。 2 and 3 show the relationship between the number of Li oxides and the total elongation value. Figure 2 shows a lab rolling experiment that simulated the rolling conditions equivalent to the rail by melting the material with the Li addition amount changed to change the Li oxide amount based on the rail steel with 1.00% carbon content. The results of the tensile test are shown in relation to the number of Li oxides and the total elongation value. FIG. 3 is an enlarged view of a portion where the number of Li oxides is 0 to 100 in FIG. Note that the number of Li oxides was evaluated only for Li oxides having a diameter in the range of 1 to 100 nm, and the number in a cross section of 1 μm 2 was counted. When the number of Li oxides is small, no significant change is observed in the total elongation value. When the number of Li oxides exceeds a certain amount, it is confirmed that the total elongation value increases and the ductility is improved. Furthermore, it was confirmed that when the number of Li oxides exceeds a certain amount, the total elongation value decreases and ductility decreases.

これらの材質試験の結果から、高炭素含有の鋼レールにおいて延性を改善するには、Liの添加が有効であることが確認された。さらに、延性を確実に向上させ、耐摩耗性を確保するには、Li酸化物量に最適な範囲が存在ことを新たに知見した。   From the results of these material tests, it was confirmed that the addition of Li is effective for improving the ductility in a steel rail containing high carbon. Furthermore, in order to improve ductility reliably and to secure wear resistance, it has been newly found that there is an optimum range for the amount of Li oxide.

すなわち、本発明は、高炭素含有の鋼レールにおいて、Liを添加し、さらに、Li酸化物量を制御し、パーライト組織の耐摩耗性と延性を向上させ、レールの使用寿命を向上させ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。   That is, the present invention aims to improve the service life of a rail by adding Li in a high-carbon steel rail, further controlling the amount of Li oxide, improving the wear resistance and ductility of the pearlite structure. It is related to the pearlite rail.

次に、本発明の限定理由について詳細に説明する。以下、組成における質量は、単に%と記載する。   Next, the reason for limitation of the present invention will be described in detail. Hereinafter, the mass in the composition is simply described as%.

(1)化学成分の限定理由
請求項1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。
(1) Reason for limitation of chemical component In claim 1, the reason why the chemical component of the rail steel is limited to the above-mentioned claims will be described in detail.

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0.65%未満では、レールに要求される最低限の強度や耐摩耗性が維持できない。また、C量が1.20%を超えると、粗大な初析セメンタイト組織が多量に生成し、耐摩耗性や延性が低下する。このため、C添加量を0.65〜1.20%に限定した。   C is an effective element that promotes pearlite transformation and ensures wear resistance. If the amount of C is less than 0.65%, the minimum strength and wear resistance required for the rail cannot be maintained. On the other hand, if the C content exceeds 1.20%, a large amount of coarse pro-eutectoid cementite structure is generated, and the wear resistance and ductility are lowered. For this reason, C addition amount was limited to 0.65-1.20%.

なお、C量を0.90%以上にすると、耐摩耗性がより一層向上し、レールの使用寿命が一段と改善する。このため、過酷な使用条件の軌道において、レールの耐摩耗性をより一層向上させ、高寿命化を図るには、請求項3に示すように、C添加量を0.90〜1.20%に限定することが望ましい。   When the C content is 0.90% or more, the wear resistance is further improved, and the service life of the rail is further improved. For this reason, in order to further improve the wear resistance of the rail and increase the life in a track under severe usage conditions, the C addition amount is 0.90 to 1.20% as shown in claim 3. It is desirable to limit to.

Siは、脱酸材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強化によりレール頭部の硬度(強度)を上昇させる元素である。さらに、過共析鋼において、初析セメンタイト組織の生成を抑制し、延性の低下を抑制する元素である。しかし、Si量が0.05%未満では、これらの効果が十分に期待できない。また、Si量が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、焼入性が著しく増加し、レールの耐摩耗性や延性に有害なマルテンサイト組織が生成する。このため、Si添加量を0.05〜2.00%に限定した。   Si is an essential component as a deoxidizing material. Moreover, it is an element which raises the hardness (strength) of a rail head by the solid solution strengthening to the ferrite phase in a pearlite structure | tissue. Furthermore, in hypereutectoid steel, it is an element that suppresses the formation of proeutectoid cementite structure and suppresses the decrease in ductility. However, when the Si content is less than 0.05%, these effects cannot be sufficiently expected. On the other hand, if the Si content exceeds 2.00%, many surface defects are generated during hot rolling, and weldability is deteriorated due to generation of oxides. Furthermore, the hardenability is remarkably increased, and a martensite structure is generated which is harmful to the wear resistance and ductility of the rail. For this reason, Si addition amount was limited to 0.05 to 2.00%.

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、Mn量が0.05%未満では、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、Mn量が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。このため、Mn添加量を0.05〜2.00%に限定した。   Mn is an element that increases the hardenability and refines the pearlite lamella spacing to ensure the hardness of the pearlite structure and improve the wear resistance. However, if the amount of Mn is less than 0.05%, the effect is small, and it is difficult to ensure the wear resistance required for the rail. Moreover, when the amount of Mn exceeds 2.00%, hardenability will increase remarkably and it will become easy to produce | generate the martensitic structure harmful to abrasion resistance and ductility. For this reason, Mn addition amount was limited to 0.05 to 2.00%.

LiはLiの酸化物(LiO)を形成し、酸化物がオーステナイト組織中に生成し、ピンニングによりオーステナイト粒が微細化し、結果的にパーライト組織が微細化することにより、延性を向上させる元素である。しかし、Li量が0.0005%未満ではその効果は弱く、さらに、直径1〜100nmの大きさの微細なLiの酸化物の数が確保できず、レールの延性の向上が図れない。また、Li量が0.10%を超えると、直径100nm超の大きさのLiの粗大酸化物が急激に生成・増加し、微細なLiの酸化物の数が確保できず、レールの延性が低下し、また、レール頭表部においてポーリング損傷などの表面損傷が発生するため、Li添加量を0.0005〜0.10%に限定した。 Li is an element that improves the ductility by forming an oxide of Li (LiO 2 ), the oxide is formed in the austenite structure, the austenite grains are refined by pinning, and the pearlite structure is refined as a result. is there. However, if the amount of Li is less than 0.0005%, the effect is weak, and further, the number of fine Li oxides having a diameter of 1 to 100 nm cannot be secured, and the ductility of the rail cannot be improved. When the Li content exceeds 0.10%, a coarse Li oxide with a diameter of more than 100 nm is rapidly generated and increased, the number of fine Li oxides cannot be secured, and the ductility of the rail decreases. In addition, since surface damage such as polling damage occurs in the rail head surface, the Li addition amount is limited to 0.0005 to 0.10%.

また、上記の成分組成で製造されるレールは、パーライト組織や初析フェライト組織の硬度(強化)の向上、延性の向上、溶接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、Co、Cr、Mo、V、Nb、B、Cu、Ni、Ti、Mg、Ca、Al、Zr、Nの元素を必要に応じて添加する。   In addition, the rail manufactured with the above component composition improves the hardness (strengthening) of the pearlite structure and pro-eutectoid ferrite structure, improves the ductility, prevents softening of the weld heat affected zone, and the cross-sectional hardness distribution inside the rail head. For the purpose of control, elements of Co, Cr, Mo, V, Nb, B, Cu, Ni, Ti, Mg, Ca, Al, Zr, and N are added as necessary.

ここで、Coは、摩耗面のラメラ構造やフェライト粒径を微細化し、パーライト組織の耐摩耗性を高める。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、フェライト組織やパーライト組織中に析出硬化することにより、パーライト組織の靭性と硬度を向上させる。また、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。Cuは、フェライト組織や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、フェライト組織やパーライト組織の靭性と硬度を向上させ、同時に、溶接継ぎ手熱影響部の軟化を防止する。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、フェライトやパーライト変態を促進し、靭性を向上させる。Alは、共析変態温度を高温側へ移動させ、パーライト組織の硬度を高める。Zrは、ZrO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、レールの延性低下を防止する。Nはオーステナイト粒界からのパーライト変態を促進させ、パーライト組織を微細にすることより、延性を向上させることが主な添加目的である。 Here, Co refines the lamellar structure and ferrite grain size of the wear surface and enhances the wear resistance of the pearlite structure. Cr and Mo increase the equilibrium transformation point of pearlite and ensure the hardness of the pearlite structure mainly by refining the pearlite lamella spacing. V, Nb suppresses the growth of austenite grains by carbides and nitrides generated in the hot rolling and subsequent cooling process, and further precipitates and hardens in the ferrite structure and pearlite structure. Improve hardness. In addition, carbides and nitrides are stably generated, and the weld joint heat-affected zone is prevented from being softened. B reduces the cooling rate dependence of the pearlite transformation temperature and makes the hardness distribution of the rail head uniform. Cu dissolves in the ferrite in the ferrite structure or pearlite structure, and increases the hardness of the pearlite structure. Ni improves the toughness and hardness of the ferrite structure and pearlite structure, and at the same time, prevents softening of the heat-affected zone of the weld joint. Ti refines the structure of the heat-affected zone and prevents embrittlement of the weld joint. Mg and Ca reduce the austenite grains during rail rolling, and at the same time, promote ferrite and pearlite transformation and improve toughness. Al moves the eutectoid transformation temperature to the high temperature side and increases the hardness of the pearlite structure. Zr suppresses the formation of segregation zone at the center of the slab and prevents the deterioration of the ductility of the rail by increasing the equiaxed crystallization rate of the solidification structure by the inclusion of ZrO 2 inclusions as the solidification nucleus of the high carbon rail steel. . N is mainly intended to improve ductility by promoting pearlite transformation from the austenite grain boundary and making the pearlite structure fine.

これらの成分の限定理由について、以下に詳細に説明する。   The reasons for limiting these components will be described in detail below.

Coは、パーライト組織中のフェライト相に固溶し、レール頭部の摩耗面において、車輪との接触により形成させる微細なフェライト組織をより一層微細化し、耐摩耗性を向上させる元素である。Co量が0.05%未満では、フェライト組織の微細化が図れず、耐摩耗性の向上効果が期待できない。また、Co量を1.00%以上添加しても、上記の効果が飽和し、添加量に応じたフェライト組織の微細化が図れない。また、合金添加コストの増大により経済性が低下する。このため、Co添加量を0.05〜1.00%に限定した。   Co is an element that dissolves in the ferrite phase in the pearlite structure, further refines the fine ferrite structure formed by contact with the wheel on the wear surface of the rail head, and improves the wear resistance. If the Co content is less than 0.05%, the ferrite structure cannot be refined, and the effect of improving the wear resistance cannot be expected. Further, even if the Co amount is added to 1.00% or more, the above effect is saturated, and the ferrite structure corresponding to the addition amount cannot be refined. In addition, the economic efficiency decreases due to the increase in the alloy addition cost. For this reason, Co addition amount was limited to 0.05 to 1.00%.

Crは、平衡変態温度を上昇させ、結果としてフェライト組織や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、Cr量が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全く見られなくなる。また、Cr量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生成し、頭部コーナー部や頭頂部にマルテンサイト組織を起点としたスポーリグ損傷が発生し、耐表面損傷性が低下する。このため、Cr添加量を0.05〜2.00%に限定した。   Cr increases the equilibrium transformation temperature, and as a result, refines the ferrite structure and pearlite structure and contributes to high hardness (strength), and at the same time, strengthens the cementite phase and improves the hardness (strength) of the pearlite structure However, when the Cr content is less than 0.05%, the effect is small, and the effect of improving the hardness of the rail steel is not seen at all. In addition, when excessive addition exceeding Cr amount of 2.00% is performed, hardenability increases, martensite structure is generated, and sprig damage starting from the martensite structure occurs at the head corner or the top of the head. , Surface damage resistance is reduced. Therefore, the Cr addition amount is limited to 0.05 to 2.00%.

Moは、Crと同様に平衡変態温度を上昇させ、結果としてフェライト組織や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、硬度(強度)を向上させる元素であるが、Mo量が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、Mo量が0.50%を超える過剰な添加を行うと、変態速度が著しく低下し、頭部コーナー部や頭頂部にマルテンサイト組織を起点としたスポーリグ損傷が発生し、耐表面損傷性が低下する。このため、Mo添加量を0.01〜0.50%に限定した。   Mo, like Cr, is an element that increases the equilibrium transformation temperature and, as a result, contributes to higher hardness (strength) by making the ferrite structure and pearlite structure finer, and improves hardness (strength). If the amount is less than 0.01%, the effect is small, and the effect of improving the hardness of the rail steel is not seen at all. In addition, when the Mo amount exceeds 0.50%, the transformation rate is remarkably reduced, and sprig damage starting from the martensite structure occurs at the head corner and the top of the head, resulting in surface damage resistance. Decreases. For this reason, Mo addition amount was limited to 0.01 to 0.50%.

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、フェライト組織や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、V量が0.005%未満ではその効果が十分に期待できず、フェライト組織やパーライト組織の硬度の向上や延性の改善は認められない。また、V量が0.50%を超えると、Vの炭化物や窒化物の析出硬化が過剰となり、フェライト組織やパーライト組織の延性が低下し、頭部コーナー部や頭頂部にスポーリグ損傷が発生し、耐表面損傷性が低下する。このため、V添加量を0.005〜0.50%に限定した。   V is a V carbide or V nitride produced by a cooling process after hot rolling by refining austenite grains due to the pinning effect of V carbide or V nitride when heat treatment is performed at a high temperature. It is an element effective for improving the ductility by increasing the hardness (strength) of ferrite structure and pearlite structure by precipitation hardening. In addition, it is an element effective in preventing V softening of the weld joint heat affected zone by generating V carbide and V nitride in a relatively high temperature range in the heat affected zone reheated to a temperature range below Ac1 point. is there. However, if the amount of V is less than 0.005%, the effect cannot be sufficiently expected, and no improvement in the hardness or ductility of the ferrite structure or pearlite structure is observed. If the V content exceeds 0.50%, the precipitation and hardening of V carbides and nitrides will be excessive, the ductility of the ferrite structure and pearlite structure will be reduced, and sprig damage will occur at the head corner and the top of the head. , Surface damage resistance is reduced. For this reason, V addition amount was limited to 0.005-0.50%.

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、フェライト組織や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、Nb量が0.002%未満では、その効果が期待できず、フェライト組織や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、Nb量が0.050%を超えると、Nbの炭化物や窒化物の析出硬化が過剰となり、フェライト組織やパーライト組織の延性が低下し、頭部コーナー部や頭頂部にスポーリグ損傷が発生し、耐表面損傷性が低下する。このため、Nb添加量を0.002〜0.050%に限定した。   Nb, like V, is refined by the pinning effect of Nb carbide or Nb nitride when heat treatment is performed at a high temperature, and further Nb produced in the cooling process after hot rolling. It is an element effective for improving the ductility as well as increasing the hardness (strength) of ferrite structure and pearlite structure by precipitation hardening with carbide and Nb nitride. Moreover, in the heat affected zone reheated to a temperature range below the Ac1 point, Nb carbide and Nb nitride are stably generated from the low temperature range to the high temperature range, and the weld joint heat affected zone is prevented from being softened. It is an effective element. However, when the Nb content is less than 0.002%, the effect cannot be expected, and no improvement in hardness or toughness of the ferrite structure or pearlite structure is observed. If the Nb content exceeds 0.050%, the precipitation hardening of Nb carbides and nitrides becomes excessive, the ductility of the ferrite structure and pearlite structure decreases, and the sprig damage occurs at the head corner and the top of the head. , Surface damage resistance is reduced. For this reason, the amount of Nb added is limited to 0.002 to 0.050%.

Bは、オーステナイト粒界に鉄炭ほう化物(Fe23(CB)6)を形成し、パーライト変態の促進効果により、パーライト変態温度の冷却速度依存性を低減させ、頭表面から内部までより均一な硬度分布をレールに付与し、レールを高寿命化する元素であるが、B量が0.0001%未満では、その効果が十分でなく、レール頭部の硬度分布には改善が認められない。また、B量が0.0050%を超えると、粗大な鉄炭ほう化物が生成し、延性や靭性の低下を招く。このため、B添加量を0.0001〜0.0050%に限定した。   B forms iron boride (Fe23 (CB) 6) at the austenite grain boundary, reduces the cooling rate dependence of the pearlite transformation temperature due to the accelerating effect of the pearlite transformation, and has a more uniform hardness from the head surface to the inside. An element that imparts a distribution to the rail and prolongs the life of the rail. However, if the amount of B is less than 0.0001%, the effect is not sufficient, and the hardness distribution of the rail head is not improved. On the other hand, if the amount of B exceeds 0.0050%, a coarse borohydride is formed, resulting in a decrease in ductility and toughness. For this reason, B addition amount was limited to 0.0001 to 0.0050%.

Cuは、フェライト組織やパーライト組織中のフェライト相に固溶し、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、Cu量が0.01%未満では、その効果が期待できない。また、Cu量が1.00%を超えると、著しい焼入れ性向上により延性に有害なマルテンサイト組織が生成し、頭部コーナー部や頭頂部にスポーリグ損傷が発生し、耐表面損傷性が低下する。このため、Cu量を0.01〜1.00%に限定した。   Cu is an element which dissolves in the ferrite phase in the ferrite structure and pearlite structure and improves the hardness (strength) of the pearlite structure by solid solution strengthening, but the effect is expected when the Cu content is less than 0.01%. Can not. Further, if the Cu content exceeds 1.00%, martensite structure harmful to ductility is generated due to remarkable hardenability improvement, and sprig damage occurs in the head corner portion and the top of the head, and the surface damage resistance decreases. . For this reason, the amount of Cu was limited to 0.01 to 1.00%.

Niは、フェライト組織やパーライト組織の靭性を向上させ、同時に、固溶強化により高硬度(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Ni3Ti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、Ni量が0.01%未満では、その効果が著しく小さく、また、Ni量が1.00%を超えると、フェライト組織やパーライト組織の延性が著しく低下し、頭部コーナー部や頭頂部にスポーリグ損傷が発生し、耐表面損傷性が低下する。このため、Ni添加量を0.01〜1.00%に限定した。   Ni is an element that improves the toughness of the ferrite structure and the pearlite structure, and at the same time increases the hardness (strength) by solid solution strengthening. Furthermore, in the weld heat affected zone, an intermetallic compound of Ni3Ti that is compounded with Ti is finely precipitated and is an element that suppresses softening by precipitation strengthening. However, when the Ni content is less than 0.01%, the effect is remarkable. If it is small and the Ni content exceeds 1.00%, the ductility of the ferrite structure and the pearlite structure is remarkably reduced, and the sprig damage is generated at the head corner and the top, and the surface damage resistance is lowered. For this reason, Ni addition amount was limited to 0.01 to 1.00%.

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、Ti量が0.0050%未満ではその効果が少なく、Ti量が0.0500%を超えると、粗大なTiの炭化物、Tiの窒化物が生成して、レールの靭性が低下すると同時に、粗大な析出物から疲労損傷が発生する。このため、Ti添加量を0.0050〜0.050%に限定した。   By utilizing the fact that Ti carbide and Ti nitride precipitated during reheating during welding are not dissolved, the structure of the heat-affected zone heated to the austenite region is refined and brittleness of the welded joint is achieved. It is an effective ingredient for preventing oxidization. However, if the Ti amount is less than 0.0050%, the effect is small, and if the Ti amount exceeds 0.0500%, coarse Ti carbides and Ti nitrides are generated, and at the same time, the toughness of the rail is lowered. Fatigue damage occurs from coarse precipitates. For this reason, Ti addition amount was limited to 0.0050 to 0.050%.

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、フェライト組織や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、フェライトやパーライト変態の生成に寄与し、その結果、主に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、Mg量が0.0005%未満ではその効果は弱く、Mg量が0.0200%を超えると、Mgの粗大酸化物が生成し、レールの靭性が低下すると同時に、粗大な析出物から疲労損傷が発生する。このため、Mg添加量を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 during reheating during rail rolling, refines austenite grains, and produces a ferrite structure It is an element effective for improving the ductility of pearlite structure. Furthermore, MgO, MgS finely disperses MnS, forms a thin Mn band around MnS, contributes to the generation of ferrite and pearlite transformation, and as a result, mainly by reducing the pearlite block size, It is an element effective for improving the ductility of the pearlite structure. However, if the amount of Mg is less than 0.0005%, the effect is weak. If the amount of Mg exceeds 0.0200%, a coarse oxide of Mg is generated, and the toughness of the rail is lowered, and at the same time, fatigue is caused from coarse precipitates. Damage will occur. For this reason, Mg addition amount was limited to 0.0005 to 0.0200%.

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、フェライトやパーライト変態の生成に寄与し、その結果、主に、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、Ca量が0.0005%未満ではその効果は弱く、Ca量が0.0150%を超えると、Caの粗大酸化物が生成し、レールの靭性を低下させるため、Ca添加量を0.0005〜0.0150%に限定した。
Alは、脱酸材として必須の成分である。また、共析変態温度を高温側へ移動させる元素であり、パーライト組織の高硬度(強度)化に寄与する元素であるが、Al量が0.0100%未満では、その効果が弱い。また、Al量が1.00%を超えると、鋼中に固溶させることが困難となり、粗大なアルミナ系介在物が生成し、レールの靭性が低下すると同時に、粗大な析出物から疲労損傷が発生する。さらに、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添加量を0.0100〜1.00%に限定した。
Ca has a strong binding force with S and forms a sulfide as CaS. Further, CaS finely disperses MnS, forming a Mn dilute band around MnS, contributing to the generation of ferrite and pearlite transformation. As a result, the element is effective in improving the ductility of the pearlite structure mainly by reducing the pearlite block size. However, when the Ca content is less than 0.0005%, the effect is weak. When the Ca content exceeds 0.0150%, a coarse oxide of Ca is generated and the toughness of the rail is reduced. It was limited to 0005 to 0.0150%.
Al is an essential component as a deoxidizing material. Moreover, although it is an element which moves a eutectoid transformation temperature to the high temperature side and contributes to high hardness (strength) of a pearlite structure | tissue, the effect is weak if Al amount is less than 0.0100%. Also, if the Al content exceeds 1.00%, it becomes difficult to make a solid solution in the steel, coarse alumina inclusions are generated, the toughness of the rail is lowered, and at the same time fatigue damage is caused from the coarse precipitates. appear. Furthermore, since oxides are generated during welding and weldability is remarkably reduced, the amount of Al added is limited to 0.0100 to 1.00%.

Zrは、ZrO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、偏析部の特性を向上させる元素である。しかし、Zr量が0.0001%以下では、ZrO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。また、Zr量が0.2000%を超えると、粗大Zr系介在物が多量に生成し、靭性が低下すると同時に、粗大な析出物から疲労損傷が発生する。このため、Zr量を0.0001〜0.2000%に限定した。 Zr has a good lattice matching with γ-Fe because ZrO 2 inclusions have a good lattice matching with γ-Fe, so that γ-Fe becomes a solidification nucleus of high-carbon rail steel that is a solidification primary crystal and increases the equiaxed crystallization rate of the solidification structure An element that suppresses the formation of a segregation band at the center of the slab and improves the characteristics of the segregation. However, when the amount of Zr is 0.0001% or less, the number of ZrO 2 inclusions is small, and a sufficient action as a solidification nucleus is not exhibited. On the other hand, when the amount of Zr exceeds 0.2000%, a large amount of coarse Zr-based inclusions are generated, and the toughness is lowered, and at the same time, fatigue damage occurs from the coarse precipitates. For this reason, the amount of Zr was limited to 0.0001 to 0.2000%.

Nは、オーステナイト粒界に偏析することにより、オーステナイト粒界からのフェライトやパーライト変態を促進させ、主に、パーライトブロックサイズを微細化することにより、延性を向上させるのに有効な元素である。しかし、N量が0.0060%未満では、その効果が弱い。N量が0.0200%を超えると、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気泡が生成し、レール頭部内部に疲労損傷が発生する。このため、N添加量を0.0060〜0.0200%に限定した。   N is an element effective for improving ductility by mainly segregating at the austenite grain boundary to promote ferrite and pearlite transformation from the austenite grain boundary and mainly by reducing the pearlite block size. However, if the N content is less than 0.0060%, the effect is weak. When the N content exceeds 0.0200%, it becomes difficult to make a solid solution in the steel, and bubbles that become the starting point of fatigue damage are generated, and fatigue damage occurs inside the rail head. For this reason, N addition amount was limited to 0.0060-0.0200%.

上記のような成分組成で構成されるレール鋼は、転炉、電気炉などの通常使用される溶解炉で溶製を行い、この溶鋼を造塊・分塊法あるいは連続鋳造法、さらに熱間圧延を経てレールとして製造される。   Rail steel composed of the above components is melted in a commonly used melting furnace such as a converter, electric furnace, etc., and this molten steel is ingot-bundled, continuously cast, or hot. It is manufactured as a rail after rolling.

微細な酸化物(LiO)を均一に分散させるには、高温の転炉などでLiを添加することが望ましい。さらに、鋳造残段階での酸化物の凝集を防止するため、電磁力などで凝固途中の溶鋼を攪拌する、また、鋳造時の溶綱の流れを制御するため鋳造ノズルの形状を最適化することが望ましい。 In order to uniformly disperse the fine oxide (LiO 2 ), it is desirable to add Li using a high-temperature converter or the like. Furthermore, in order to prevent agglomeration of oxides in the remaining casting stage, the molten steel being solidified is stirred by electromagnetic force, and the shape of the casting nozzle is optimized to control the flow of the molten steel during casting. Is desirable.

(2)Li酸化物(LiO)の限定理由
オーステナイト粒を微細する析出物として、Li酸化物(LiO)に着目した理由について詳細に説明する。
(2) as Li oxide reasons for limiting the austenite grains fine precipitates (LiO 2), the reason for focusing on the Li oxide (LiO 2) will be described in detail.

本発明者らは、変態後のパーライト組織に析出し難く、パーライト組織の耐摩耗性や延性に悪影響しない析出物の検討を行った。その結果、析出物のサイズ自体が非常に微細であり、さらに、オーステナイト組織中に粗大化し難く、微細に分散する析出物として、酸化力の強いLiをベースとした酸化物(LiO)が最適であることを実験により確認した。 The inventors of the present invention examined precipitates that hardly precipitate in the transformed pearlite structure and do not adversely affect the wear resistance and ductility of the pearlite structure. As a result, the size of the precipitate itself is very fine. Further, it is difficult to coarsen in the austenite structure, and an oxide (LiO 2 ) based on Li having strong oxidizing power is optimal as a finely dispersed precipitate. It was confirmed by experiment.

(3)Li酸化物(LiO)の大きさおよび数の限定理由
まず、パーライト組織1μm中のLi酸化物(LiO)の個数を限定する場合に、Li酸化物(LiO)の大きさを限定した理由について詳細に説明する。
(3) Reason for limiting the size and number of Li oxide (LiO 2 ) First, when limiting the number of Li oxides (LiO 2 ) in 1 μm 2 of pearlite structure, the size of Li oxide (LiO 2 ) The reason for the limitation will be described in detail.

パーライト組織中のLi酸化物(LiO)の直径が1〜100nmの範囲であれば、オーステナイト組織中に生成した場合、粒界において十分なピンニング効果を示し、結果的にパーライト組織を微細化し、確実に延性を向上させる。したがって、評価対象とするLi酸化物(LiO)の直径を1〜100nmの範囲に限定した。 If the diameter of the Li oxide (LiO 2 ) in the pearlite structure is in the range of 1 to 100 nm, when produced in the austenite structure, it exhibits a sufficient pinning effect at the grain boundary, resulting in a refined pearlite structure, Make sure to improve ductility. Therefore, the diameter of Li oxide (LiO 2 ) to be evaluated was limited to a range of 1 to 100 nm.

次に、パーライト組織1μm中のLiの酸化物(LiO)の合計個数を限定した理由について詳細に説明する。 Next, the reason why the total number of Li oxides (LiO 2 ) in the pearlite structure 1 μm 2 is limited will be described in detail.

Li酸化物(LiO)の合計個数が50個未満になると、オーステナイト組織中のピンニング効果が十分にあらわれず、レールの延性が向上しない。また、Li酸化物(LiO)の合計個数が1000個以上になると、パーライト組織自体が脆化し、延性が低下し、さらに、レール頭表部においてスポーリング損傷などの表面損傷が発生するため、Li酸化物(LiO)の合計個数を1μm中に50〜1000個に限定した。 When the total number of Li oxides (LiO 2 ) is less than 50, the pinning effect in the austenite structure is not sufficiently exhibited, and the ductility of the rail is not improved. In addition, when the total number of Li oxides (LiO 2 ) is 1000 or more, the pearlite structure itself becomes brittle, ductility is reduced, and furthermore, surface damage such as spalling damage occurs in the rail head surface portion. The total number of Li oxides (LiO 2 ) was limited to 50 to 1000 in 1 μm 2 .

なお、上記のLi酸化物(LiO)の大きさや数を上記の範囲に限定する方法としては、まず、Li添加量を上記限定範囲内に納めると同時に、レールとして圧延する鋼片の製造段階での調整が必要である。具体的には、レールの溶鋼を製造する際の転炉でのLi添加方法を制御する必要がある。 In addition, as a method of limiting the size and number of the Li oxide (LiO 2 ) to the above range, first, the manufacturing stage of the steel slab to be rolled as a rail at the same time that the Li addition amount is within the limited range. Adjustment in is necessary. Specifically, it is necessary to control the Li addition method in the converter when manufacturing the molten steel of the rail.

まず、Li酸化物(LiO)効率的に添加するため、P等の不純物の精錬がほぼ終了した後に、Li酸化物を添加することが望ましい。このことにより、溶鋼の上部にあるスラグに吸着されることなく、溶鋼にLi酸化物を添加することが可能となる。 First, in order to efficiently add Li oxide (LiO 2 ), it is desirable to add Li oxide after the refining of impurities such as P is almost completed. This makes it possible to add Li oxide to the molten steel without being adsorbed by the slag at the top of the molten steel.

次に、Li酸化物(LiO)の大きさや数を制御するため、添加後に転炉内で溶鋼を酸素や不活性ガスで攪拌させることが望ましい。このことにより、Liの酸化が促進される。さらに、攪拌により、溶鋼中のLi酸化物の粗大化が抑制され、凝集することなく微細な酸化物となり、溶鋼中に分散させることが可能となる。 Next, in order to control the size and number of Li oxide (LiO 2 ), it is desirable to stir the molten steel with oxygen or an inert gas in the converter after the addition. This promotes the oxidation of Li. Furthermore, the agitation suppresses the coarsening of the Li oxide in the molten steel, and it becomes a fine oxide without agglomeration and can be dispersed in the molten steel.

これらの制御を行うことにより、Li酸化物(LiO)の大きさや数を上記の範囲に制御することが可能である。 By performing these controls, the size and number of Li oxides (LiO 2 ) can be controlled within the above range.

析出物は、任意断面より薄膜を採取し、透過型電子顕微鏡を用いて観察し、倍率50000〜500000の倍率で観察した。析出物の粒径は、観察により個々の析出物の面積を求め、その面積に相当する円の直径を用いた。析出物は20視野の観察を行い、所定の直径に該当する析出物の数をカウントし、これを所定の視野面積に相当する数に換算した。各レール鋼の代表値はこれら20視野の平均値とした。   As for the precipitate, a thin film was collected from an arbitrary cross section, and observed using a transmission electron microscope, and observed at a magnification of 50,000 to 500,000. As the particle size of the precipitate, the area of each precipitate was obtained by observation, and the diameter of a circle corresponding to the area was used. The precipitates were observed in 20 fields of view, the number of precipitates corresponding to a predetermined diameter was counted, and this was converted into a number corresponding to a predetermined field area. The representative value of each rail steel was the average value of these 20 fields of view.

(4)レール頭部のパーライト組織の硬さとその範囲の限定理由
次に、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の範囲を、硬さHv320〜500の範囲のパーライト組織に限定した理由について説明する。
(4) Hardness of pearlite structure of rail head and reason for limitation of range Next, a pearlite structure having a depth of at least 20 mm and a hardness of Hv320 to 500 starting from the head corner and the top surface. The reason for the limitation will be described.

まず、パーライト組織の硬さをHv320〜500の範囲に限定した理由について説明する。
本成分系では、パーライト組織の硬さがHv320未満になると、レール頭部の耐摩耗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、ころがり面に塑性変形起因のフレーキング損傷が発生し、レール頭部の耐表面損傷性が大きく低下する。また、パーライト組織の硬さがHv500を超えると、パーライト組織の延性が著しく低下し、ころがり面のスポーリング損傷が発生し、レール頭部の耐表面損傷性が低下する。このためパーライト組織の硬さをHv320〜500の範囲に限定した。
First, the reason why the hardness of the pearlite structure is limited to the range of Hv 320 to 500 will be described.
In this component system, when the hardness of the pearlite structure is less than Hv320, it is difficult to ensure the wear resistance of the rail head, and the service life of the rail is reduced. Further, flaking damage caused by plastic deformation occurs on the rolling surface, and the surface damage resistance of the rail head is greatly reduced. Further, when the hardness of the pearlite structure exceeds Hv500, the ductility of the pearlite structure is remarkably lowered, the spalling damage of the rolling surface is generated, and the surface damage resistance of the rail head is lowered. For this reason, the hardness of the pearlite structure | tissue was limited to the range of Hv320-500.

次に、硬さHv320〜500のパーライト組織の必要範囲を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の範囲に限定した理由を説明する。   Next, the reason why the necessary range of the pearlite structure having a hardness of Hv 320 to 500 is limited to a range of at least a depth of 20 mm starting from the head corner and the top surface will be described.

硬さHv320〜500のパーライト組織の存在する範囲が、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20mm未満では、重荷重鉄道のレールにおいて、耐摩耗性を維持するには小さく、十分なレール使用寿命の向上が図れない。また、硬さHv300〜500のパーライト組織の存在する範囲が、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30mm以上であれば、さらにレール使用寿命が向上し、より望ましい。   If the range where the pearlite structure having a hardness of Hv 320 to 500 is less than 20 mm from the head surface at the head corner and the top of the head is less than 20 mm in depth, in order to maintain wear resistance on the rails of heavy-duty railways It is too small to improve the service life of the rail. Moreover, if the range where the pearlite structure | tissue of hardness Hv300-500 exists is 30 mm or more in depth starting from this head surface of a head corner part and a head part, a rail service life will improve further and it is more desirable.

ここで、図4に本発明の耐摩耗性および延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Hv320〜500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。   Here, FIG. 4 shows the designation of the pearlite rail excellent in wear resistance and ductility according to the present invention at the head cross-sectional surface position, and the region where the pearlite structure having a hardness of Hv 320 to 500 is required. In the rail head portion, 1 is a top portion, 2 is a head corner portion, and one of the head corner portions 2 is a gauge corner (GC) portion that mainly contacts a wheel.

レール頭表部とは、頭部コーナー部、頭頂部表面を起点として深さ5mmまでの範囲を示し、少なくともこの部位に上記の成分範囲のパーライト組織が配置されていれば、レールにおいて耐摩耗性の向上が図れる。   The rail head surface portion indicates a range up to a depth of 5 mm starting from the head corner portion and the top surface, and if the pearlite structure having the above component range is disposed at least in this portion, the rail has wear resistance. Can be improved.

また、硬さHv320〜500のパーライト組織は、頭部コーナー部、頭頂部表面を起点として深さ20mmまでの範囲、すなわち、少なくとも図中の斜線内に配置されていれば、レールの耐摩耗性がより一層確保され、レールの使用寿命の向上が図れる。   In addition, the pearlite structure having a hardness of Hv320 to 500 has a wear resistance of the rail as long as the pearlite structure is arranged in a range up to a depth of 20 mm starting from the head corner portion and the top surface, that is, at least within the oblique line in the figure. Is further secured, and the service life of the rail can be improved.

したがって、硬さHv320〜500のパーライト組織は、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。   Therefore, the pearlite structure having a hardness of Hv 320 to 500 is desirably arranged in the vicinity of the rail head surface where the wheel and the rail mainly contact each other, and the other part may be a metal structure other than the pearlite structure.

なお、レール頭部において、硬さHv320〜500のパーライト組織を得る方法としては、圧延後、または、再加熱後のオーステナイト領域のある高温のレール頭部に加速冷却を行うことが望ましい。加速冷却の方法としては、特開平8−246100号公報、特開平9−111352号公報等に記載されているような方法で熱処理を行うことにより、所定の組織と硬さを得ることができる。   As a method for obtaining a pearlite structure having a hardness of Hv 320 to 500 in the rail head, it is desirable to perform accelerated cooling on a high-temperature rail head having an austenite region after rolling or after reheating. As a method of accelerated cooling, a predetermined structure and hardness can be obtained by performing heat treatment by a method as described in JP-A-8-246100, JP-A-9-111352 and the like.

また、本発明レールの頭部金属組織は、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、パーライト組織中に面積率で、5%以下の微量な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、これらの組織が混入しても、レール頭部の耐摩耗性には大きな悪影響を及ぼさないため、耐摩耗性に優れたパーライト系レールの組織としては、5%以下の微量な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、マルテンサイト組織の混在も含んでいてもよい。言い換えれば、本発明レールの頭部金属組織は、95%以上がパーライト組織であれば良く、耐摩耗性や延性を十分に確保するためには、頭部金属組織の98%以上をパーライト組織とすることが望ましい。なお、表1及び表2におけるミクロ 組織の欄で微量と記載しているのは5%以下の量を意味し、パーライト組織以外の組織において微量と記載していないのは5%超の量を意味する。   The head metal structure of the rail of the present invention is desirably a pearlite structure as described above. However, depending on the component system of the rail and the heat treatment production method, a trace amount of pro-eutectoid ferrite structure, pro-eutectoid cementite structure, bainite structure and martensite structure of 5% or less may be mixed in the pearlite structure. However, even if these structures are mixed, there is no significant adverse effect on the wear resistance of the rail head. Therefore, as a pearlitic rail structure with excellent wear resistance, a very small amount of pro-eutectoid ferrite of 5% or less. A mixture of a structure, a proeutectoid cementite structure, a bainite structure, and a martensite structure may also be included. In other words, 95% or more of the head metal structure of the rail of the present invention may be a pearlite structure. In order to sufficiently secure wear resistance and ductility, 98% or more of the head metal structure is a pearlite structure. It is desirable to do. In Tables 1 and 2, the amount of trace in the column of microstructure refers to an amount of 5% or less, and the amount other than the pearlite structure not described as trace is an amount exceeding 5%. means.

次に、本発明の実施例について説明する。
表1に供試レール鋼の化学成分、直径1〜100nmの大きさのLi酸化物(LiO)の数(1μm中)、レール頭部のミクロ組織、硬さを示す。尚、ミクロ組織および硬さは頭表面下2mm位置のデータであり、ミクロ組織におけるパーライトは、面積率で95%以上がパーライト組織であることを意味し、パーライト組織以外の組織の微量は面積率が5%以下であることを意味する。さらに、図5に示す位置から試験片を採取し、図6に示す方法で行った摩耗試験の結果、図7に示す位置から試験片を採取して行った引張試験の結果も併記した。なお、図5は、表1、表2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り、図6は、表1、表2に示す摩耗試験の概要を示したものであり、図6おいて、3レール試験片、4相手材、5冷却用ノズルである。図7は、表1、表2に示す引張試験における試験片採取位置を図示したものである。
Next, examples of the present invention will be described.
Table 1 shows the chemical composition of the test rail steel, the number of Li oxides (LiO 2 ) having a diameter of 1 to 100 nm (in 1 μm 2 ), the microstructure of the rail head, and the hardness. The microstructure and hardness are data at a position 2 mm below the head surface. The pearlite in the microstructure means that the area ratio is 95% or more of the pearlite structure, and the trace amount of the tissue other than the pearlite structure is the area ratio. Is 5% or less. Furthermore, the test piece was sampled from the position shown in FIG. 5, the result of the abrasion test conducted by the method shown in FIG. 6, and the result of the tensile test conducted by collecting the test specimen from the position shown in FIG. FIG. 5 illustrates the specimen collection positions in the wear tests shown in Tables 1 and 2, and FIG. 6 shows the outline of the wear test shown in Tables 1 and 2. FIG. 3 rail test piece, 4 mating material, 5 cooling nozzle. FIG. 7 illustrates test specimen collection positions in the tensile tests shown in Tables 1 and 2.

Figure 2010018843
Figure 2010018843

表2は、比較レール鋼の化学成分、直径1〜100nmの大きさのLi酸化物(LiO)の数(1μm中)、レール頭部のミクロ組織、硬さを示す。尚、ミクロ組織および硬さは頭表面下2mm位置のデータであり、ミクロ組織におけるパーライト組織以外の組織は面積率が5%超であることを意味するが、パーライト組織以外の組織の微量は面積率が5%以下であることを意味する。さらに、図5に示す位置から試験片を採取し、図6に示す方法で行った摩耗試験の結果、図7に示す位置から試験片を採取して行った引張試験の結果も併記した。 Table 2 shows the chemical composition of the comparative rail steel, the number of Li oxides (LiO 2 ) having a diameter of 1 to 100 nm (in 1 μm 2 ), the microstructure of the rail head, and the hardness. Note that the microstructure and hardness are data at a position 2 mm below the head surface, and the structure other than the pearlite structure in the microstructure means that the area ratio is more than 5%, but the trace amount of the tissue other than the pearlite structure is the area. It means that the rate is 5% or less. Furthermore, the test piece was sampled from the position shown in FIG. 5, the result of the abrasion test conducted by the method shown in FIG. 6, and the result of the tensile test conducted by collecting the test specimen from the position shown in FIG.

Figure 2010018843
Figure 2010018843

また、各種試験条件は下記のとおりである。
[1]頭部引張試験
試験機:万能小型引張試験機
試験片形状:JIS4号相似
平行部長さ:30mm、平行部直径:6mm、伸び測定評点間距離:25mm
試験片採取位置:レール頭部表面下6mm(図7参照)
引張速度:10mm/min、試験温度:常温(20℃)
Various test conditions are as follows.
[1] Head tensile tester: Universal small tensile tester Test piece shape: JIS No. 4 similar parallel part length: 30 mm, parallel part diameter: 6 mm, distance between elongation measurement scores: 25 mm
Test piece sampling position: 6mm below the rail head surface (see Fig. 7)
Tensile speed: 10 mm / min, test temperature: normal temperature (20 ° C.)

[2]頭部摩耗試験
試験機:西原式摩耗試験機(図6参照)
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(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
[2] Head wear tester: Nishihara type wear tester (see Fig. 6)
Test piece shape: disk-shaped test piece (outer diameter: 30 mm, thickness: 8 mm)
Test piece sampling position: 2mm below the rail head surface (see Fig. 5)
Test load: 686 N (contact surface pressure 640 MPa)
Slip rate: 20%
Opposite material: Pearlite steel (Hv380)
Atmosphere: Air cooling: Forced cooling with compressed air (flow rate: 100 Nl / min)
Repeat count: 700,000 times

(1)本発明レール(32本) 符号1〜32
上記限定成分範囲内で、かつ、直径1〜100nmの大きさの微細Li酸化物(LiO)の数(1μm中)、レール頭部のミクロ組織、硬さが規定の範囲の耐摩耗性および延性に優れたパーライト系レール。
(1) Invention rail (32) Reference numerals 1 to 32
Abrasion resistance within the above-mentioned limited component range, and the number of fine Li oxides (LiO 2 ) having a diameter of 1 to 100 nm (in 1 μm 2 ), the microstructure of the rail head, and hardness within a specified range. Perlite rail with excellent ductility.

(2)比較レール(25本) 符号33〜57
鋼:33〜40:成分範囲が本願発明範囲外のレール。
鋼:41〜51:成分範囲が本願発明範囲内であるが、微細Li酸化物(LiO)の数(1μm中)が本願発明範囲外であるレール。
鋼:52〜54:成分範囲が本願発明範囲内であるが、頭部のミクロ組織が上記限定外のレール。
鋼:55〜57:成分範囲が本願発明範囲内であるが、頭部の硬さが上記限定外のレール。
(2) Comparison rail (25) Reference numerals 33 to 57
Steel: 33-40: Rail whose component range is outside the scope of the present invention.
Steel: 41 to 51: Rail whose component range is within the scope of the present invention, but the number of fine Li oxides (LiO 2 ) (in 1 μm 2 ) is outside the scope of the present invention.
Steel: 52-54: Rail whose component range is within the scope of the present invention, but whose head microstructure is outside the above limits.
Steel: 55-57: Rail whose component range is within the scope of the present invention, but whose head hardness is not limited to the above.

表1、表2に示すように、本発明レール鋼(鋼:1〜32)は、比較レール鋼(鋼:33〜38)と比べて、鋼の化学成分を限定範囲内に収めることにより、延性や耐摩耗性に悪影響する初析セメンタイト組織、マルテンサイト組織やベイナイト組織等の組織を生成させることなく、安定的に一定の硬さ範囲内のパーライト組織を得ることが可能となる。   As shown in Tables 1 and 2, the rail steel of the present invention (steel: 1 to 32) is compared with the comparative rail steel (steel: 33 to 38), by keeping the chemical composition of the steel within a limited range. It is possible to stably obtain a pearlite structure within a certain hardness range without generating a structure such as a pro-eutectoid cementite structure, a martensite structure, and a bainite structure that adversely affects ductility and wear resistance.

表1、表2、に示すように、本発明レール鋼(鋼:1〜32)は、比較レール鋼(鋼:39〜40)と比べて、Liの添加量をある一定範囲内に納めることにより、パーライト組織のレールの延性を大きく向上させることができる。   As shown in Tables 1 and 2, the rail steel of the present invention (steel: 1 to 32) has an added amount of Li within a certain range as compared with the comparative rail steel (steel: 39 to 40). Thereby, the ductility of the rail of a pearlite structure | tissue can be improved significantly.

さらに、図8に示すように、本発明レール鋼(鋼:1〜32)は、比較レール鋼(鋼:41〜51)と比べて、レールの溶鋼を製造する際の転炉でのLi添加方法等を制御し、Li酸化物の大きさや数をある一定範囲内に納めることにより、パーライト組織のレールの延性を大きく向上させることができる。なお、図8は、表1に示す本発明レール鋼と表2に示す比較レール鋼の頭部引張試験の結果を炭素量と全伸び値の関係を示したものである。   Furthermore, as shown in FIG. 8, the rail steel of the present invention (steel: 1 to 32) is compared with the comparative rail steel (steel: 41 to 51), and Li is added in the converter when manufacturing the molten steel of the rail. By controlling the method and the like and keeping the size and number of Li oxides within a certain range, the ductility of the rail of the pearlite structure can be greatly improved. FIG. 8 shows the relationship between the carbon amount and the total elongation value of the results of the head tensile test of the present rail steel shown in Table 1 and the comparative rail steel shown in Table 2.

表1、表2に示すように、本発明レール鋼(鋼:1〜32)は、比較レール鋼(鋼:52〜54)と比べて、ミクロ組織をパーライト組織にすることにより、耐摩耗性や延性を確保することができる。   As shown in Tables 1 and 2, the rail steel of the present invention (steel: 1 to 32) has a wear resistance by making the microstructure a pearlite structure compared to the comparative rail steel (steel: 52 to 54). And ductility can be secured.

表1、表2に示すように、本発明レール鋼(鋼:1〜32)は、比較レール鋼(鋼:55〜57)と比べて、パーライト組織の硬さをある一定範囲内に納めることにより、耐摩耗性や延性を確保することができる。   As shown in Tables 1 and 2, the rail steel of the present invention (steel: 1 to 32) has a pearlite structure hardness within a certain range as compared with the comparative rail steel (steel: 55 to 57). Thus, wear resistance and ductility can be ensured.

さらに、表1、表2、図9に示すように、本発明レール鋼(鋼:1〜32)は、炭素量を0.90%以上とすることにより、耐摩耗性が飛躍的に向上する。なお、図9は、表1に示す本発明レール鋼の頭部摩耗試験の結果を炭素量と摩耗量の関係を示したものである。   Furthermore, as shown in Table 1, Table 2, and FIG. 9, the rail steel of the present invention (steel: 1 to 32) dramatically improves the wear resistance by setting the carbon content to 0.90% or more. . FIG. 9 shows the relationship between the amount of carbon and the amount of wear in the results of the head wear test of the rail steel of the present invention shown in Table 1.

炭素量0.65〜1.20%の鋼、さらには、Liを添加した鋼を用いて、レール相当の圧延条件を模擬したラボ圧延実験を行い、引張試験を行った結果を鋼の炭素量と全伸び値の関係で示した図。Using steel with a carbon content of 0.65 to 1.20%, and further steel with addition of Li, a laboratory rolling experiment simulating rolling conditions equivalent to rails was conducted, and the result of a tensile test was calculated as the carbon content of the steel. The figure shown in relation to the total elongation value. 炭素量1.00%のレール鋼をベースに、Li酸化物量を変化させるため、Li添加量を変化させた材料を溶製し、レール相当の圧延条件を模擬したラボ圧延実験を行い、引張試験を行った結果をLi酸化物数と全伸び値の関係で示した図。Based on rail steel with a carbon content of 1.00%, in order to change the amount of Li oxide, a material in which the amount of Li addition was changed was melted, and a laboratory rolling experiment simulating rolling conditions equivalent to the rail was conducted, and a tensile test was performed. The figure which showed the result of having performed by the relationship between the number of Li oxides, and total elongation value. 図2に示したLi酸化物量数が100個以下の部分を拡大した図。The figure which expanded the part whose quantity of Li oxide shown in FIG. 2 is 100 or less. 本発明のレールの頭部断面表面位置での呼称を示した図。The figure which showed the name in the head cross-section surface position of the rail of this invention. 表1、表2示す摩耗試験における試験片採取位置を示した図。The figure which showed the test piece collection position in the abrasion test shown in Table 1 and Table 2. FIG. 表1、表2に示す摩耗試験の概要を示した図。The figure which showed the outline | summary of the abrasion test shown in Table 1 and Table 2. FIG. 表1、表2に示す引張試験における試験片採取を示した図。The figure which showed specimen collection in the tension test shown in Table 1 and Table 2. FIG. 表1に示す本発明レール鋼と表2に示す比較レール鋼の頭部引張試験の結果を炭素量と全伸び値の関係を示した図。The figure which showed the relationship between carbon amount and the total elongation value as a result of the head tensile test of the present invention rail steel shown in Table 1 and the comparative rail steel shown in Table 2. 表1に示す本発明レール鋼の頭部摩耗試験の結果を炭素量と摩耗量の関係を示した図。The figure which showed the result of the head abrasion test of this invention rail steel shown in Table 1 with the relationship between carbon amount and abrasion amount.

符号の説明Explanation of symbols

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
1: the top of the head,
2: Head corner,
3: Rail test piece,
4: Opponent material,
5: Cooling nozzle

Claims (14)

質量%で、C:0.65〜1.20%、Si:0.05〜2.00%、Mn:0.05〜2.00%、Li:0.0005〜0.10%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において、該鋼レールの頭表部の少なくとも一部がパーライト組織であ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。   In mass%, C: 0.65-1.20%, Si: 0.05-2.00%, Mn: 0.05-2.00%, Li: 0.0005-0.10% A pearlite rail excellent in wear resistance and ductility, characterized in that in the steel rail, the balance being Fe and inevitable impurities, at least part of the head surface of the steel rail has a pearlite structure. 請求項1において、前記パーライト組織中の任意断面において、直径1〜100nmの大きさのLi酸化物の合計個数が1μm中に50〜1000個存在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。 The wear resistance and ductility according to claim 1, wherein the total number of Li oxides having a diameter of 1 to 100 nm is present in 1 μm 2 in an arbitrary cross section in the pearlite structure. Excellent perlite rail. 請求項1又は2において、C:0.90〜1.20%の範囲であ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 rail excellent in wear resistance and ductility according to claim 1, wherein C is in the range of 0.90 to 1.20%. 請求項1〜3のいずれか1項において、質量%で、さらに、Co:0.05〜1.00%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。   The pearlitic rail excellent in wear resistance and ductility according to any one of claims 1 to 3, further comprising Co: 0.05 to 1.00% by mass. 請求項1〜4のいずれか1項において、質量%で、さらに、Cr:0.05〜2.00%、Mo:0.01〜0.50%の1種または2種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。   In any 1 item | term of Claims 1-4, it is the mass% and contains further 1 type or 2 types of Cr: 0.05-2.00%, Mo: 0.01-0.50%. A pearlite rail with excellent wear resistance and ductility. 請求項1〜5のいずれか1項において、質量%で、さらに、V:0.005〜0.50%、Nb:0.002〜0.050%の1種または2種を含有することを特徴とする耐摩耗性および延性に優れたパーライト系レール。   In any 1 item | term of Claims 1-5, it contains 1 type or 2 types of V: 0.005-0.50% and Nb: 0.002-0.050% further by the mass%. A pearlite rail with excellent wear resistance and ductility. 請求項1〜6のいずれか1項において、質量%で、さらに、B:0.0001〜0.0050%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。   The pearlite rail excellent in wear resistance and ductility according to any one of claims 1 to 6, further comprising B: 0.0001 to 0.0050% in mass%. 請求項1〜7のいずれか1項において、質量%で、さらに、Cu:0.05〜1.00%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。   The pearlite rail excellent in wear resistance and ductility according to any one of claims 1 to 7, further comprising Cu: 0.05 to 1.00% by mass%. 請求項1〜8のいずれか1項において、質量%で、さらに、Ni:0.01〜1.00%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。   The pearlite rail excellent in wear resistance and ductility according to any one of claims 1 to 8, further comprising Ni: 0.01 to 1.00% by mass%. 請求項1〜9のいずれか1項において、質量%で、さらに、Ti:0.0050〜0.0500%、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。   In any 1 item | term of Claims 1-9, in mass%, Ti: 0.0050-0.0500%, Mg: 0.0005-0.0200%, Ca: 0.0005-0.0150% A pearlite rail excellent in wear resistance and ductility, characterized by containing one or more of the above. 請求項1〜10のいずれか1項において、質量%で、さらに、Al:0.0100〜1.00%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。   The pearlite rail excellent in wear resistance and ductility according to any one of claims 1 to 10, further comprising Al: 0.0100 to 1.00% by mass. 請求項1〜11のいずれか1項において、質量%で、さらに、Zr:0.0001〜0.2000%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。   The pearlite rail excellent in abrasion resistance and ductility according to any one of claims 1 to 11, further comprising Zr: 0.0001 to 0.2000% by mass. 請求項1〜12のいずれか1項において、質量%で、さらに、N:0.0060〜0.0200%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。   The pearlite rail excellent in wear resistance and ductility according to any one of claims 1 to 12, further comprising N: 0.0060 to 0.0200% in mass%. 請求項1〜13のいずれか1項において、前記鋼レールにおける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の範囲がパーライト組織であり、かつ、その硬さがHv320〜500の範囲であ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。   In any 1 item | term of Claims 1-13, the range of at least 20 mm in depth is a pearlite structure | tissue from the head corner part in the said steel rail, and the head top surface, and the hardness is Hv320-500 A pearlite rail with excellent wear resistance and ductility characterized by being in a range.
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