JP2013224472A - 耐遅れ破壊特性に優れたレール - Google Patents
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Abstract
【解決手段】質量%で、C:0.85超〜1.20%、Si:0.10〜2.00%、Mn:0.10〜2.00%、P≦0.0100%、S:0.0200〜0.0350%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、質量%で式1に示すU値が50〜200の範囲であり、かつ、前記鋼レールの頭部コーナー部および頭頂部の表面を起点として深さ20mmまでの範囲である頭表部の95%以上がパーライト組織であることを特徴とするレール。
U=P×S×106 ・・・式1
【選択図】 図3
Description
U=P×S×106 ・・・式1
(3)質量%で、さらに、H≦2.0ppm以下であることを特徴とする(2)に記載のレール。
(a)Mg:0.0005〜0.0200%、
(b)Ca:0.0005〜0.0200%、
(c)REM:0.0005〜0.0500%、
(d)Cr:0.01〜2.00%、
(e)Mo:0.01〜0.50%、
(f)Co:0.01〜1.00%、
(g)B:0.0001〜0.0050%、
(h)Cu:0.01〜1.00%、
(i)Ni:0.01〜1.00%、
(j)V:0.005〜0.50%、
(k)Nb:0.001〜0.050%、
(l)Ti:0.0030〜0.0500%、
(m)Zr:0.0001〜0.0200%、
(n)N:0.0060〜0.0200%
(o)N:0.0060〜0.0200%
本実施形態として、耐遅れ破壊特性に優れたレールにつき、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。
U=P×S×106 ・・・式1
本発明のレールにおいて、鋼の化学成分を前述した数値範囲に限定する理由について詳細に説明する。
また、MnS系硫化物の生成量を増加させ、耐遅れ破壊特性を確実に向上させるには、本発明の一態様に限定したようにS含有量を0.0250〜0.0350%に限定する。
本発明のレールにおいて、レールの頭表部の少なくとも一部がパーライト組織に限定する理由について詳細に説明する。
車輪と接触するレール頭表部では耐摩耗性の確保が最も重要である。金属組織と耐摩耗性の関係を調査した結果、パーライト組織が最もよいことが確認された。さらに、耐遅れ破壊特性についても、パーライト組織を用いることにより、その低下がないことが実験により確認された。そこで、耐摩耗性および耐遅れ破壊特性を確保する目的からパーライト組織に限定した。
本発明の一態様において質量%で式1に示すU値を50〜200の範囲に限定した理由について詳細に説明する。
U=P×S×106 ・・・式1
P量を制御する望ましい製造方法を説明する。
溶銑段階ではPは不純物として多量に含まれている。P量の制御は転炉で行われるのが一般的である。転炉ではCaOを添加し、CaO・P2O5としてPをスラグへ排出する。一般的な転炉での精錬を行うとP量は0.0020〜0.0300%まで低減する。この転炉での脱燐処理の時間やCaOの添加量を制御することにより、P量を0.0100以下に制御することが望まし。この結果、限界応力値が向上し、耐遅れ破壊特性が安定的に向上する。
S量を制御する望ましい製造方法を説明する。
溶銑段階ではSは不純物として多量に含まれている。S量の制御は転炉での精錬前の溶銑鍋で行われるのが一般的である。溶銑鍋ではCaOを添加し、CaSとしてSをスラグへ排出する。一般的な溶銑鍋での脱硫を行うとS量は0.0030〜0.0500%まで低減する。この脱硫処理の時間やCaOの添加量を調整することにより、S量を0.0200〜0.0350%または0.0250〜0.0350%に制御することが望まし。この結果、MnS系硫化物の生成量が増加し、耐遅れ破壊特性が向上する。
S添加量とP添加量の積(U=P×S×106)の制御方法を説明する。
溶銑の精錬は、転炉精錬前の溶銑鍋での脱硫、転炉での脱燐の順で行われるのが一般的である。溶銑鍋での脱硫後、溶鋼の分析を行い、そのS量をベースに転炉での脱燐量を定め、脱燐処理の時間やCaOの添加量を制御することにより、S添加量とP添加量の積のU値を制御する。この結果、MnS系硫化物の生成量の確保、Pの含有量の低減が可能となり、水素脆化の抑制、水素脆化の破壊から最終的な脆性破壊へ遅延が生じ、耐遅れ破壊特性が大幅に向上する。
遅れ破壊特性をさらに改善するH量の制御について望ましい製造方法を説明する。
溶銑段階ではHは不純物して含まれている。H量の制御は転炉の後の二次精錬(脱ガス)で行われるのが一般的である。二次精錬ではレードルを真空状態にし、鋼中のHを排出する。この二次精錬での処理時間を制御することにより、H量を2.0ppm以下に制御し、さらに耐遅れ破壊特性を向上させることが望ましい。
表1に本発明レールの化学成分と諸特性を示す。表1には、化学成分値、S添加量とP添加量の積(U=P×S×106)の値、頭表部のミクロ組織、頭表部の硬さを示す。さらに、図7に示す方法で行った遅れ破壊試験の結果(限界応力値)も併記した。尚、頭表部のミクロ組織は、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しているものも含んでいる。
表1、表2に示した本発明レールおよび比較レールの水素量分析の方法は下記のとおりである。
(1)分析工程:鋼片鋳造時のモールド内より溶鋼をサンプリング
(2)サンプル保持方法:サンプリング後、急速冷却⇒液体窒素に浸漬
(3)分析方法 熱伝導度法
サンプルサイズ:直径6mm、厚さ1mmの円筒
加熱温度:1900℃(黒鉛るつぼ上でサンプルをインダクションヒーティング)
雰囲気:不活性ガス(Ar)
キャリアガス:N2
分析装置:熱伝導度検出器
表1、表2に示した本発明レールおよび比較レールの頭表部のミクロ組織、頭表部の硬さは、レール頭表部表面から3mm深さの位置で行った。また、硬さはビッカース硬度計で測定した。測定方法は下記に示すとおりである。
(1)事前処理:レール切断⇒横断面研摩。
(2)測定方法:JIS Z 2244に準じて測定。
(3)測定機:ビッカース硬度計(荷重98N)。
(4)測定箇所:レール頭表部表面から3mm深さの位置。
(5)測定数:5点以上測定し、平均値を鋼レールの代表値とすることが望ましい。
表1、表2に示した本発明レールおよび比較レールの遅れ破壊試験の条件は下記に示すとおりである。
(1)レール形状:136ポンドレール(67kg/m)
(2)遅れ破壊試験
試験方法:3点曲げ(スパン長:1.5m、図6参照)
試験姿勢:レール底部に荷重負荷(頭部に引張応力作用)。
応力条件:200〜500MPa(レール頭部表面)
応力負荷時間:500時間
(3)限界応力値 :所定の応力で500時間負荷した場合に未破断であった場合の応力の最大値
(1)本発明レール(49本)
符号 A1〜A51:化学成分値、S添加量とP添加量の積(P×S×106)の値、頭表部のミクロ組織が本願発明範囲内のレール。
(2)比較レール(20本)
符号 B1〜B10(10本):C、Si、Mn、P、Sの添加量、頭表部のミクロ組織が本願発明範囲外のレール。
符号 B11〜B20:S添加量とP添加量の積(P×S×106)の値が本願発明範囲外のレール。
2:頭部コーナー部
3:レール頭部
3a:頭表部(頭部コーナー部および頭頂部の表面を起点として深さ20mmまでの範囲、斜線部)
Claims (4)
- 質量%で、C:0.85超〜1.20%、Si:0.10〜2.00%、Mn:0.10〜2.00%、P≦0.0100%、S:0.0200〜0.0350%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、質量%で式1に示すU値が50〜200の範囲であり、かつ、前記鋼レールの頭部コーナー部および頭頂部の表面を起点として深さ20mmまでの範囲である頭表部の95%以上がパーライト組織であることを特徴とするレール。
U=P×S×106 ・・・式1 - 質量%で、さらに、S:0.0250〜0.0350%を含有し、式1に示すU値が50〜150の範囲であることを特徴とする請求項1に記載のレール。
- 質量%で、さらに、H:2.0ppm以下であることを特徴とする請求項2に記載のレール。
- 質量%で、さらに、
Mg:0.0005〜0.0200%、
Ca:0.0005〜0.0200%、
REM:0.0005〜0.0500%、
Cr:0.01〜2.00%、
Mo:0.01〜0.50%、
Co:0.01〜1.00%、
B:0.0001〜0.0050%、
Cu:0.01〜1.00%、
Ni:0.01〜1.00%、
V:0.005〜0.50%、
Nb:0.0010〜0.050%、
Ti:0.0030〜0.0500%、
Zr:0.0001〜0.0200%、
N:0.0060〜0.0200%、
Al:0.0100〜1.00%
の1種または2種以上を含有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のレール。
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