JP2012132308A - ロングレールの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明は、2分割式鋳型を用いてレールをテルミット溶接することにより、ロングレールを製造する方法であって、レール足部の裏面が該レール足部の表面より2分割式鋳型の内面に近くなるように、前記レールを前記2分割式鋳型の内部に配置し、その後前記2分割式鋳型にテルミット反応で生じた溶湯を注入することにより、レールを溶接してロングレールを製造し、その後、前記ロングレールの溶接部の足表部に形成された鋳バリを除去し、かつ前記溶接部の足表部のビードの止端部を超音波ピーニング処理することを特徴とする。
【選択図】図10
Description
また、前記ハンマーピーニングは工具の先端を材料に打撃して溶接部に塑性変形を与えて、圧縮応力を導入するとともに、塑性変形により応力集中を低減することで疲労強度が向上すると言われている。しかし、打撃時の振動が大きく、作業者への負担が大きいことに加え、細かいコントロールが難しく、処理むらが生じやすい。例えば、非特許文献1によると、処理条件によっては加工によって生じるシワ状の溝部が影響し、疲労強度の向上効果は小さいことが示されている。
(1)2分割式鋳型を用いてレールをテルミット溶接することにより、ロングレールを製造する方法であって、
レール足裏部と2分割式鋳型の内面の間隔が、該レール足表部と2分割式鋳型の内面の間隔より近くなるように、前記レールを前記2分割式鋳型の内部に配置し、
その後前記2分割式鋳型にテルミット反応で生じた溶湯を注入することにより、レールを溶接してロングレールを製造し、
その後、前記ロングレールの溶接部の足表部に形成された鋳バリを除去し、かつ前記溶接部の足表部のビードの止端部を超音波ピーニング処理することを特徴とするロングレールの製造方法。
(3)前記鋳バリは、前記超音波ピーニング処理により除去されることを特徴とする上記(1)又は(2)に記載のロングレールの製造方法。
(4)荷重繰り返し回数200万回での疲労限界が、前記超音波ピーニング処理を行わない非処理材と比較して30MPa以上高いことを特徴とする上記(1)〜(3)のいずれか一つに記載のロングレールの製造方法。
また、上記した断面において止端部10aの表面から50μm以内のパーライトの10%以上のラメラー間隔(隣り合う2つのフェライト相の中心間隔)が70nm以下である場合も硬度が上昇する(例えばHv50以上)為、特に疲労強度が向上する。この場合、止端部10aの表面から50μm以内に位置するパーライトの5%以上のラメラー間隔が50nm以下である場合、さらに疲労強度が向上する。
荷重繰返し速度は5Hzとし、溶接部が破断した時点で試験を終了した。また、荷重繰返し回数が200万回まで非破断であった場合は、そこで試験を終了した。
また発明例A4〜A6は、表面とパーライトラメラーの角度が±45°以下の組織が60%以上であり、かつ表面とパーライトラメラーの角度が±15°以下の組織が40%以上であるため、200万回疲労限界が240MPaとなった。
また、発明例A10〜A12は、表面とパーライトラメラーの角度が±45°以下の組織が60%以上であり、かつラメラー間隔が50nm以下のパーライトが5%以上であるため、200万回疲労限界が260MPaとなった。
表5は様々な疲労強度改善方策をレールのテルミット溶接部に適用した場合の疲労試験の結果と処理時間を示したものである。
比較例C2は、鋼材表面に打撃される工具の先端曲率が15mmφの工具を用い、ビード10の止端部を集中的にハンマーピーニングした例である。加工は同じ位置を10パス繰り返した。加工部の凹みは深い部分ではレール母材表面から1.5mm程度あり、疲労強度は非処理材に比較してむしろ低下した。
比較例C5は、ビード10の止端部をTIG溶接機により幅約5mmの範囲で再溶融させて、滑らかな形状に再凝固させた例である。疲労強度は非処理材にくらべて向上したが、処理部の割れ防止のために400℃に予熱するために20分を要した。
このことから、超音波ピーニングは、他の疲労強度改善方法より効率的で効果的に疲労強度の向上が得られることが示された。
Claims (4)
- 2分割式鋳型を用いてレールをテルミット溶接することにより、ロングレールを製造する方法であって、
レール足裏部と2分割式鋳型の内面の間隔が、該レール足表部と2分割式鋳型の内面の間隔より近くなるように、前記レールを前記2分割式鋳型の内部に配置し、
その後前記2分割式鋳型にテルミット反応で生じた溶湯を注入することにより、レールを溶接してロングレールを製造し、 その後、前記ロングレールの溶接部の足表部に形成された鋳バリを除去し、かつ前記溶接部の足表部のビードの止端部を超音波ピーニング処理することを特徴とするロングレールの製造方法。 - 超音波ピーニング処理用の打撃用部材を、5mm/秒以上20mm/秒以下の速度で前記止端部に沿って3パス以上移動させることを特徴とする請求項1に記載のロングレールの製造方法。
- 前記鋳バリは、前記超音波ピーニング処理により除去されることを特徴とする請求項1又は2に記載のロングレールの製造方法。
- 荷重繰り返し回数200万回での疲労限界が、前記超音波ピーニング処理を行わない非処理材と比較して30MPa以上高いことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のロングレールの製造方法。
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