JP2010180443A - 高炭素パーライト系レールの熱処理方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】質量%で、C:0.85〜1.40%、V:0.05〜0.50%、N:0.0060〜0.0300、Si:0.10〜2.00%、Mn:0.10〜2.00%を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる熱間圧延用鋼片を用いてレールを製造するに際して、熱間圧延工程における仕上圧延工程後、前記レールの頭部を頭部表面温度が700℃以上のオーステナイト域温度から、5〜30℃/secの冷却速度で加速冷却を施し、レール頭部の表面温度が550〜650℃に達した時点で加速冷却を停止し、引き続き550〜650℃の温度範囲内で5〜180sec保定する。
【選択図】なし
Description
(1)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(特許文献1)。
(2)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(特許文献2)。
(3)過共析鋼(C:0.85超〜1.20%)にV、さらにはNを添加し、圧延後、オーステナイト域温度にあるレール頭部を加速冷却することにより、耐摩耗性と耐内部疲労損傷性を向上させたレールおよびその製造方法(特許文献3)。
(1)質量%で、C:0.85〜1.40%、V:0.05〜0.50%、N:0.0060〜0.0300、Si:0.10〜2.00%、Mn:0.10〜2.00%を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる熱間圧延用鋼片を用いてレールを製造するに際して、熱間圧延工程における仕上圧延工程後、前記レールの頭部を頭部表面温度が700℃以上のオーステナイト域温度から、5〜30℃/secの冷却速度で加速冷却を施し、レール頭部の表面温度が550〜650℃に達した時点で加速冷却を停止し、引き続き550〜650℃の温度範囲内で5〜180sec保定することを特徴とする高炭素パーライト系レールの熱処理方法。
H=710−60×log(104×C2)−20×log(103×V)−log(105×N)−2×105/Th・・・ (式1)
で示される値(H)に対し、
H−20<th<H+20
の範囲にあることを特徴とする(1)に記載の高炭素パーライト系レールの熱処理方法。
P=750−100×C+400×V−3.0×103×N ・・・ (式2)
で示される値(P)に対し、
P−25<FT<P+25
の範囲にあることを特徴とする(1)〜(2)のいずれか1項に記載の高炭素パーライト系レールの熱処理方法。
(1)熱間圧延用鋼片の化学成分の限定理由
まず、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。以下、組成における質量%は単に%と記載する。
Pは、レール鋼の延性を劣化させる元素であり、0.035%を越えて含有すると、その影響が無視できなくなる。そのためPの含有量は0.035%以下が望ましい。好ましくは、0.020%以下である。
(1)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により、熱間圧延用鋼片を鋳造する。次に、熱間圧延用鋳片を所定の温度及び所定の保持時間で再加熱し、熱間圧延工程を施す。この熱間圧延工程は、粗圧延工程、中間圧延工程、仕上圧延工程からなり、仕上圧延工程は複数回のパス(圧延)が行われる工程であり、仕上圧延工程の最終1パスを仕上最終圧延という。
次に、請求項1において熱間圧延の際の仕上圧延後の冷却条件を限定した理由について詳細に説明する。
レール頭部表面の加速冷却速度開始温度が700℃未満になると、加速冷却前にパーライト変態が始まり、ラメラ間隔が粗大となってしまうため、レール頭部の高硬度化が図れず、耐摩耗性が確保できない。また、鋼の炭素量や合金成分によっては、初析セメンタイト組織が生成し、レール頭部表面の延性が低下する。このため、レール頭部表面の加速冷却速度開始温度を700℃以上とした。
先ず、オーステナイト域温度から5〜30℃/secの冷却速度でレール頭部を加速冷却する理由について説明する。加速冷却速度が5℃/sec以下になると、成分系によっては加速冷却途中の高温度域で初析セメンタイト組織が生成し、レールの靭性や延性が低下することや、加速冷却途中の高温度域でパーライト変態が始まり、硬さの低いパーライト組織が生成し、高強度化が困難となるため、加速冷却速度の下限を5℃/secに限定した。また、加速冷却速度が30℃/secを超えると、空気およびミスト等のいずれの冷媒を用いても冷却速度が安定せず、冷却停止温度の制御が困難となり、過冷却によりレールの耐摩耗性に有害なベイナイト組織が生成し易くなることや、本成分系においては冷却速度が30℃/sec以下であれば、初析セメンタイト組織の生成の防止が可能となり、十分に高温度域で生成する硬さの低いパーライト組織の生成が抑制できるため、加速冷却速度の上限を30℃/sec以下に限定した。
次に、レール頭部の温度が650〜550℃に達した時点で加速冷却を停止する理由について説明する。オーステナイト温度域から5℃/secの冷却速度で加速冷却し、レール温度が650℃を超える温度域で加速冷却を停止すると、その後の保定領域において硬さの低いパーライト組織が多く生成し、高強度化が困難となるため、加速冷却停止温度の上限を650℃以下に限定した。また、550℃未満の温度域で加速冷却を停止すると、その後の保定領域においてレールの耐摩耗性に有害なベイナイト組織が生成し易くなるばかりでなく、フェライト中でのV系析出物の生成が抑制されるため、加速冷却停止温度の下限を550℃以上に限定した。
次に、加速冷却後にレール頭部を550〜650℃の温度範囲内で5〜180secの保定を行う理由について説明する。保定時間が5sec未満になると、成分系や圧延後のオーステナイト粒度によっては、上記温度範囲内の保定中およびその後の放冷(自然冷却)中にパーライト変態が完全に終了せず、パーライト組織中にレールの靭性や耐摩耗性に有害なマルテンサイト組織やベイナイト組織が生成するため、5sec以上に限定した。また、保定時間が180secを超えると、保定温度の選択よっては保定中に生成した高強度のパーライト組織中の、ラメラ状セメンタイトが部分的に分断し、球状化し始め、硬さが低下してしまうため、180sec以下に限定した。
請求項2において加速冷却後の保定時間(th)の範囲を、鋼片の炭素量(C、質量%)、V量(V、質量%)、N量(N、質量%)、保定温度(Th、℃)からなる式1で算定される値(H)に対し、H−20<th<H+20に限定した理由について詳細に説明する。
H=710−60×log(104×C2)−20×log(103×V)−log(105×N)−2×105/Th・・・ (式1)
で示される値(H)に対し、
H−20<th<H+20
の範囲にあれば、パーライト組織中のフェライト相にV系析出物が多量に生成し、パーライト組織を安定的に強化できる。
請求項3において仕上最終圧延温度(FT、℃)範囲を、鋼片の炭素量(C、質量%)、V量(V、質量%)、N量(N、質量%)からなる下記の式2で算定される値(P)に対し、P−25<th<P+25に限定した理由について詳細に説明する。
P=750−100×C+400×V−3.0×103×N ・・・ (式2)
で示される値(P)に対し、
P−25<FT<P+25
の範囲にあれば、オーステナイト中にV系析出物が多量に生成し、保定後のオーステナイト粒成長を抑制することができる。
表1に実施例に用いたレールの化学成分を示す。
(1)本発明鋼レール(13本)
符号A〜M:C、V、N、Si、Mnの添加量が上記請求範囲内の鋼レール。
(2)比較鋼レール(10本)
符号a〜j: C、V、N、Si、Mnの添加量が上記請求範囲外の鋼レール。
試験機:万能小型引張試験機
試験片形状:JIS4号相似
試験片採取位置:頭表面より6mm下
平行部長さ:25mm、平行部直径:6mm、伸び測定評点間距離: 21mm
引張速度:10mm/min、試験温度: 常温(20℃)
評価基準:全伸びが7%以上
測定位置:レール頭頂面下2mm
荷重:30kgf
負荷時間:15sec
評価基準:硬度が420Hv以上
ミクロ組織現出液:3%ナイタール溶液
腐食時間:10sec
評価基準:レール頭部がパーライト組織であること(面積率で2%以内のマルテンサイト、ベイナイト、初析フェライト、初析セメンタイトは許容する)
Claims (3)
- 質量%で、C:0.85〜1.40%、V:0.05〜0.50%、N:0.0060〜0.0300、Si:0.10〜2.00%、Mn:0.10〜2.00%を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる熱間圧延用鋼片を用いてレールを製造するに際して、熱間圧延工程における仕上圧延工程後、前記レールの頭部を頭部表面温度が700℃以上のオーステナイト域温度から、5〜30℃/secの冷却速度で加速冷却を施し、レール頭部の表面温度が550〜650℃に達した時点で加速冷却を停止し、引き続き550〜650℃の温度範囲内で5〜180sec保定することを特徴とする高炭素パーライト系レールの熱処理方法。
- 前記保定の時間(th、sec)が、鋼片の炭素量(C、質量%)、V量(V、質量%)、N量(N、質量)、保定温度(Th、℃)からなる式1
H=710−60×log(104×C2)−20×log(103×V)−log(105×N)−2×105/Th・・・ (式1)
で示される値(H)に対し、
H−20<th<H+20
の範囲にあることを特徴とする請求項1に記載の高炭素パーライト系レールの熱処理方法。 - 前記仕上圧延工程の仕上最終圧延温度(FT、℃)が、鋼片の炭素量(C、質量%)、V量(V、質量%)およびN量(N、質量)からなる式2
P=750−100×C+400×V−3.0×103×N ・・・ (式2)
で示される値(P)に対し、
P−25<FT<P+25
の範囲にあることを特徴とする請求項1〜2のいずれか1項に記載の高炭素パーライト系レールの熱処理方法。
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