JP2021063248A - rail - Google Patents

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JP2021063248A
JP2021063248A JP2019187315A JP2019187315A JP2021063248A JP 2021063248 A JP2021063248 A JP 2021063248A JP 2019187315 A JP2019187315 A JP 2019187315A JP 2019187315 A JP2019187315 A JP 2019187315A JP 2021063248 A JP2021063248 A JP 2021063248A
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和也 徳永
Kazuya Tokunaga
和也 徳永
佳祐 安藤
Keisuke Ando
佳祐 安藤
木村 達己
Tatsuki Kimura
達己 木村
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Abstract

To provide a rail in which cracks caused in a web section of the rail can be prevented from progressing, thereby preventing the rail from being broken.SOLUTION: A rail 1 comprises a foot section 2, a web section 3, and a head section 4. The component composition of the head section includes, by mass: 0.70 to 1.00% of C; 0.20 to 1.00% of Si; 0.50 to 1.50% of Mn; 0.035% or less of P; 0.0005 to 0.010% of S; 0.20 to 1.00% of Cr; 0.05 to 0.10% of V; 0.0015 to 0.0150% of N; and the balance of Fe and inevitable impurities, wherein the rail satisfies formula (1): [%Mn]/([%Si]+[%Cr])≥0.60, formula (2): ([%Si]+2[%Cr])-[%Mn]≥0.30, and formula (3): [%Mn]×[%S]≤0.004. In the formulae (1) to (3), [%X] expresses mass% of a component composition X. In the rail, the hardness from a surface layer of the head section to the depth of 25 mm is 380 to 480 HV, and a hardness difference between the surface layer of the head section and a position at a depth of 25 mm is less than 40 HV.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、足部と腹部と頭部とを有する鉄道用のレールに関する。 The present invention relates to rails for railroads having feet, abdomen and head.

鉱石の運搬等を主体とするような積載重量の大きい高軸重鉄道は、貨車の車軸にかかる荷重は客車に比べて遥かに高く、レールの使用環境も過酷なものとなる。さらに、鉄道による輸送の効率化のため、貨車への積載重量のさらなる増加が進められており、耐摩耗性、耐疲労損傷性および耐遅れ破壊特性の向上が求められている。 In a high-axle heavy railway with a large load weight, which mainly transports ore, the load applied to the axle of a freight car is much higher than that of a passenger car, and the rail usage environment becomes harsh. Further, in order to improve the efficiency of transportation by rail, the weight loaded on freight cars is being further increased, and it is required to improve wear resistance, fatigue damage resistance and delayed fracture resistance.

従来から、レールの耐摩耗性等を向上するために、レールの材質を制御し、もしくは製造方法時において特殊な熱処理を行う等の種々の提案がなされている(例えば特許文献1〜8参照)。特許文献1、2には、C量を0.85質量%超1.20質量%以下に増加させて耐摩耗性の向上させたレールが開示されている。さらに、特許文献3、4には、C量を0.85質量%超1.20質量%以下とするとともにレールの頭部に熱処理を施すことにより、セメンタイト分率を増加させることによって耐摩耗性の向上させたレールが開示されている。 Conventionally, various proposals have been made to control the material of the rail or to perform a special heat treatment at the time of manufacturing method in order to improve the wear resistance of the rail (see, for example, Patent Documents 1 to 8). .. Patent Documents 1 and 2 disclose rails in which the amount of C is increased from more than 0.85% by mass to 1.20% by mass or less to improve wear resistance. Further, in Patent Documents 3 and 4, the amount of C is set to more than 0.85% by mass and 1.20% by mass or less, and the head of the rail is heat-treated to increase the cementite fraction and thereby wear resistance. Improved rails are disclosed.

一方、高軸重鉄道の曲線区間のレールには、車輪による転がり応力と遠心力による滑り力が加わるためレールの摩耗がより厳しくなるとともに、滑りに起因した疲労損傷が発生する。上記のように単にC量を0.85質量%超え1.20質量%以下にすると、熱処理条件によっては初析セメンタイト組織が生成し、また脆いパーライト層状組織のセメンタイト層の量が増加するため、耐疲労損傷性の向上は見込めない。 On the other hand, the rails in the curved section of the high-axis heavy railway are subject to rolling stress due to the wheels and slipping force due to centrifugal force, so that the rails are more severely worn and fatigue damage due to slipping occurs. If the amount of C is simply more than 0.85% by mass and 1.20% by mass or less as described above, a proeutectoid cementite structure is formed depending on the heat treatment conditions, and the amount of the cementite layer of the brittle pearlite layered structure increases. No improvement in fatigue damage resistance is expected.

そのため、特許文献5には、Al、Siの添加により初析セメンタイト生成を抑制し、耐疲労損傷性を向上させたレールが提案されている。特許文献6には、レールの頭部のコーナー部および頭頂部の表面を起点として少なくとも深さ20mmの範囲のビッカース硬さをHv370以上として、レールの使用寿命を向上させたレールが開示されている。 Therefore, Patent Document 5 proposes a rail in which the formation of proeutectoid cementite is suppressed by adding Al and Si, and the fatigue damage resistance is improved. Patent Document 6 discloses a rail in which the service life of the rail is improved by setting the Vickers hardness in a range of at least 20 mm from the corner portion of the head portion and the surface of the crown portion of the rail to Hv370 or more. ..

特許文献7では、パーライトブロックを制御することにより、レールの頭部のコーナー部および頭頂部の表面を起点として少なくとも深さ20mmの範囲の硬さがHv300〜500の範囲となるようにすることでレールの使用寿命向上を図っている。さらに、特許文献8では25mm位置における横断面において、平均粒径が5〜20nmのVの炭窒化物が被検面積1.0μmあたり50〜500個存在し、炭素の原子数をCA、窒素の原子数をNAとしたとき、CA/NAが0.7以下であり、深さ25mmまでの範囲の組織が95%以上パーライト組織でビッカース硬さがHv350〜Hv480の範囲となる様にすることでレールの寿命延長を図っている。 In Patent Document 7, by controlling the pearlite block, the hardness in the range of at least 20 mm in depth from the surface of the corner portion and the crown portion of the rail head is set to be in the range of Hv300 to 500. We are trying to improve the service life of the rail. Further, in Patent Document 8, in the cross section at the 25 mm position, 50 to 500 V carbonitrides having an average particle size of 5 to 20 nm are present per 1.0 μm 2 of the test area, and the number of carbon atoms is CA and nitrogen. When the number of atoms is NA, CA / NA is 0.7 or less, the structure in the range up to a depth of 25 mm is 95% or more, and the Vickers hardness is in the range of Hv350 to Hv480. To extend the life of the rail.

また、レールの遅れ破壊を防止する技術として、たとえば特許文献9〜12に開示されているようなA系介在物の形態と量の制御が有効であることが知られている。特に、特許文献10では、A系介在物の大きさを0.1〜20μmとし、A系介在物の個数を1mmあたり25〜11000個に制御することによってレールの靭性および延性を向上させている。 Further, as a technique for preventing delayed fracture of rails, it is known that control of the form and amount of A-based inclusions as disclosed in Patent Documents 9 to 12, for example, is effective. In particular, in Patent Document 10, the toughness and ductility of the rail are improved by setting the size of the A-based inclusions to 0.1 to 20 μm and controlling the number of A-based inclusions to 25 to 11000 per 1 mm 2. There is.

特開平8−109439号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 8-109439 特開平8−144016号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 8-144016 特開平8−246100号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 8-246100 特開平8−246101号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 8-246101 特開2002−69585号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2002-69585 特開平10−195601号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 10-195601 特開2003−293086号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2003-293086 特許第6341298号公報Japanese Patent No. 6341298 特開2000−328190号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-328190 特開平6−279928号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 6-279928 特許第3323272号公報Japanese Patent No. 3323272 特開平6−279929号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 6-279929

しかしながら、上記特許文献1〜8のレールの場合、レールの高強度化を図ることができるが、遅れ破壊を防止する効果が不十分である。また、特許文献9〜特許文献12の場合、A系介在物の形態と量を制御することで、レールの靭性や延性を改善することができる。しかしながら、この場合にも良好な耐遅れ破壊性が得られるとは限らない。 However, in the case of the rails of Patent Documents 1 to 8, although the strength of the rail can be increased, the effect of preventing delayed fracture is insufficient. Further, in the case of Patent Documents 9 to 12, the toughness and ductility of the rail can be improved by controlling the form and amount of the A-based inclusions. However, even in this case, good delayed fracture resistance is not always obtained.

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、レールの頭部の耐摩耗性、耐疲労損傷性を充足しながら耐遅れ破壊特性を向上させることができるレールを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a rail capable of improving delayed fracture resistance while satisfying wear resistance and fatigue damage resistance of the rail head. With the goal.

本発明者らは、上記目的を達成すべくなされたものであり、その要旨は次の通りである。
[1] 足部と、腹部と、頭部とを備えたレールであって、
前記頭部の成分組成が、
C:0.70〜1.00質量%、
Si:0.20〜1.00質量%、
Mn:0.50〜1.50質量%、
P:0.035質量%以下、
S:0.0005〜0.010質量%、
Cr:0.20〜1.00質量%、
V:0.005〜0.10質量%、
N:0.0015〜0.0150質量%、
を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなるとともに、下記式(1)〜(3)を満足し、
前記頭部の表層から25mmの深さ位置までの領域のビッカース硬さは、Hv380以上Hv480未満であり、
前記頭部の表層の硬度と表層からの深さ25mmの位置の硬度との硬度差がHv40未満である
を有することを特徴とするレール。
[%Mn]/([%Si]+[%Cr])≧0.60 ・・・(1)
([%Si]+2[%Cr])−[%Mn]≧0.30 ・・・(2)
[%Mn]×[%S]≦0.004 ・・・(3)
但し、[%X]は成分組成Xの質量%を表す。
[2] 前記頭部は、さらにCu:1.0質量%以下、Ni:1.0質量%以下、Nb:0.05質量%以下、Mo:1.0質量%以下およびV:0.005〜0.10質量%、W:1.0質量%以下、B:0.005質量%以下のいずれか1種または2種以上の成分組成を含有することを特徴とする請求項1に記載のレール。
The present inventors have been made to achieve the above object, and the gist thereof is as follows.
[1] A rail provided with a foot, an abdomen, and a head.
The composition of the head component is
C: 0.70 to 1.00% by mass,
Si: 0.25 to 1.00% by mass,
Mn: 0.50 to 1.50% by mass,
P: 0.035% by mass or less,
S: 0.0005 to 0.010% by mass,
Cr: 0.25 to 1.00% by mass,
V: 0.005 to 0.10% by mass,
N: 0.0015 to 0.0150% by mass,
The balance is composed of Fe and unavoidable impurities, and the following formulas (1) to (3) are satisfied.
The Vickers hardness of the region from the surface layer of the head to the depth position of 25 mm is Hv380 or more and less than Hv480.
A rail characterized in that the hardness difference between the hardness of the surface layer of the head and the hardness at a depth of 25 mm from the surface layer is less than Hv40.
[% Mn] / ([% Si] + [% Cr]) ≧ 0.60 ・ ・ ・ (1)
([% Si] + 2 [% Cr])-[% Mn] ≥ 0.30 ... (2)
[% Mn] x [% S] ≤ 0.004 ... (3)
However, [% X] represents the mass% of the component composition X.
[2] The head further includes Cu: 1.0% by mass or less, Ni: 1.0% by mass or less, Nb: 0.05% by mass or less, Mo: 1.0% by mass or less, and V: 0.005. The first aspect of claim 1, wherein any one or more of the component compositions of ~ 0.10% by mass, W: 1.0% by mass or less, and B: 0.005% by mass or less are contained. rail.

本発明によれば、レールの頭部の耐摩耗性、耐疲労損傷性を充足しながら耐遅れ破壊特性を向上させることができる。 According to the present invention, it is possible to improve the delayed fracture resistance while satisfying the wear resistance and fatigue damage resistance of the rail head.

本発明のレールの好ましい実施形態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the preferable embodiment of the rail of this invention. レールの頭部におけるビッカース硬さの計測位置の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the measurement position of the Vickers hardness in the head of a rail. レールの頭部における2ケ所の摩耗試験片の採取場所を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the collection place of two wear test pieces in the head of a rail. 摩耗試験装置の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the wear test apparatus. 耐疲労損傷試験装置の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the fatigue resistance damage test apparatus. レールの頭部におけるSSRT(Slow Strain Rate Technique)試験片の採取場所を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the collection place of the SSRT (Slow Straight Rate Technique) test piece in the head of a rail. SSRT試験片TPの寸法形状の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the dimension and shape of the SSRT test piece TP.

以下、本発明の実施形態について説明する。図1は本発明のレールの好ましい実施形態を示す模式図である。図1のレール1は、旅客鉄道用もしくは貨物鉄道用の荷重を支持するとともに、鉄道車両を走行方向(矢印Y方向)に誘導するものであって、足部(底部)2、腹部3及び頭部4を備える。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. FIG. 1 is a schematic view showing a preferred embodiment of the rail of the present invention. The rail 1 in FIG. 1 supports a load for a passenger railroad or a freight railroad, and guides a railroad vehicle in the traveling direction (arrow Y direction), and has a foot (bottom) 2, an abdomen 3, and a head. A part 4 is provided.

足部2は、枕木の上に載置されるものであり、幅方向(矢印X方向)に広がった断面形状を有する。腹部3は、足部2から上下方向(矢印Z方向)へ向かって延びた形状を有し、レール1自体の梁としての曲げ剛性を確保する機能を有する。頭部4は、腹部3の上部に設けられており、列車の車輪に接触し、列車の荷重を直接支えるものである。列車がレール1の上を走行したとき、列車の車輪からの荷重は、頭部4から腹部3へ伝達され、腹部3から足部2へ伝達される。 The foot portion 2 is placed on a sleeper and has a cross-sectional shape extending in the width direction (arrow X direction). The abdomen 3 has a shape extending from the foot 2 in the vertical direction (arrow Z direction), and has a function of ensuring bending rigidity of the rail 1 itself as a beam. The head 4 is provided on the upper part of the abdomen 3 and comes into contact with the wheels of the train to directly support the load of the train. When the train travels on the rail 1, the load from the wheels of the train is transmitted from the head 4 to the abdomen 3 and from the abdomen 3 to the foot 2.

頭部4は、車輪が直接接触する部位であるため、耐摩耗特性が重要であるとともに、耐摩耗性、耐疲労損傷性を充足しながら耐遅れ破壊特性も満足する必要がある。そこで、レール1の頭部4は下記のような成分組成及び鋼組織を有するようになっている。 Since the head 4 is a portion where the wheels come into direct contact with each other, wear resistance is important, and delay fracture resistance must be satisfied while satisfying wear resistance and fatigue damage resistance. Therefore, the head 4 of the rail 1 has the following composition and steel structure.

レール1は、C:0.70〜1.00質量%、Si:0.20〜1.00質量%、Mn:0.50〜1.50質量%、P:0.035質量%以下、S:0.0005〜0.010質量%、Cr:0.20〜1.00質量%、V:0.005〜0.10質量%、N:0.0015〜0.0150質量%、を含有している。以下、各組成成分について分説する。 Rail 1 has C: 0.70 to 1.00% by mass, Si: 0.25 to 1.00% by mass, Mn: 5.00 to 1.50% by mass, P: 0.035% by mass or less, S. : 0.0005 to 0.010% by mass, Cr: 0.25 to 1.00% by mass, V: 0.005 to 0.10% by mass, N: 0.0015 to 0.0150% by mass. ing. Hereinafter, each composition component will be described separately.

C:0.70〜1.00質量%
Cはパーライト組織の強度すなわち耐疲労損傷性を確保するための必須元素であり、含有量の増加に伴い耐疲労損傷性が向上する。しかし、C量が0.70質量%未満では従来の熱処理型パーライト鋼レールと比較して優れた耐疲労損傷性を得ることが難しい。また、C量が1.00質量%を超えると熱間圧延後のパーライト変態時に初析セメンタイトがオーステナイト粒界に生成し、耐疲労損傷性が著しく低下する。したがって、C量は0.70〜1.00質量%とする。好ましくは0.75〜0.85質量%である。
C: 0.70 to 1.00 mass%
C is an essential element for ensuring the strength of the pearlite structure, that is, the fatigue damage resistance, and the fatigue damage resistance improves as the content increases. However, if the amount of C is less than 0.70% by mass, it is difficult to obtain excellent fatigue damage resistance as compared with the conventional heat-treated pearlite steel rail. Further, when the amount of C exceeds 1.00% by mass, proeutectoid cementite is generated at the austenite grain boundaries during the pearlite transformation after hot rolling, and the fatigue damage resistance is remarkably lowered. Therefore, the amount of C is set to 0.70 to 1.00% by mass. It is preferably 0.75 to 0.85% by mass.

Si:0.20〜1.00質量%
Siは脱酸素剤及びパーライト組織の強化元素として0.20質量%以上必要である。しかし、Si量が1.00質量%を超えると、Siはフェライトを安定化させるため、オーステナイトからパーライトへ変態するときのTTT曲線(Time−Temperature−Transformation:恒温変態曲線)の傾きが大きくなり、表面から広い範囲で変態が一気に生じる。その結果、変態発熱により内部の冷却速度が低下し硬度も低下する。したがってSi量は0.20〜1.00質量%とする。好ましくは0.50〜0.80質量%である。
Si: 0.25 to 1.00 mass%
Si is required to be 0.20% by mass or more as an oxygen scavenger and a strengthening element of the pearlite structure. However, when the amount of Si exceeds 1.00% by mass, Si stabilizes ferrite, so that the slope of the TTT curve (Time-Temperature-Transformation: constant temperature transformation curve) when transforming from austenite to pearlite becomes large. Metamorphosis occurs at once in a wide range from the surface. As a result, the internal cooling rate decreases due to the transformation heat generation, and the hardness also decreases. Therefore, the amount of Si is set to 0.25 to 1.00% by mass. It is preferably 0.50 to 0.80% by mass.

Mn:0.50〜1.50質量%
Mnは強度向上および表面〜内部の硬度差を小さくするため、0.50質量%以上の添加が必要である。硬度差が小さくなる要因は、Mnはオーステナイトを安定化させるため、TTT曲線の傾きが小さくなる。その結果、表面と内部との変態温度差が小さくなる。しかし、Mn量が1.50質量%を超えると、マルテンサイト組織を生じ易く、レールの熱処理時及び溶接時に硬化や脆化を生じ材質が劣化し易い。また、Mnの過剰添加はパーライトの平衡変態温度を低下させるため、ラメラー間隔の粗大化により、所望の硬度を得ることが困難となる。したがって、Mn含有量は0.50〜1.50質量%とする。好ましくは0.70〜1.00質量%である。
Mn: 0.50 to 1.50% by mass
Mn needs to be added in an amount of 0.50% by mass or more in order to improve the strength and reduce the difference in hardness between the surface and the inside. The reason why the hardness difference becomes small is that Mn stabilizes austenite, so that the slope of the TTT curve becomes small. As a result, the transformation temperature difference between the surface and the inside becomes small. However, if the amount of Mn exceeds 1.50% by mass, a martensite structure is likely to be formed, and the material is likely to be deteriorated due to hardening or embrittlement during heat treatment and welding of the rail. Further, since excessive addition of Mn lowers the equilibrium transformation temperature of pearlite, it becomes difficult to obtain a desired hardness due to the coarsening of the lamellar interval. Therefore, the Mn content is set to 0.50 to 1.50% by mass. It is preferably 0.70 to 1.00% by mass.

P:0.035質量%以下
P量が0.035質量%を超えるPの含有は延性を劣化する。したがって、P量は0.035質量%以下とする。好ましくは0.020質量%以下である。なお、0.001質量%未満とするためには、製鋼コストの増加が余儀なくされることから、0.001質量%以上の含有は許容される。
P: 0.035% by mass or less The content of P in which the amount of P exceeds 0.035% by mass deteriorates ductility. Therefore, the amount of P is set to 0.035% by mass or less. It is preferably 0.020% by mass or less. In addition, in order to make it less than 0.001% by mass, the steelmaking cost must be increased, so that the content of 0.001% by mass or more is allowed.

S:0.0005〜0.010質量%
Sは主にA系介在物の形態で鋼材中に存在するが、0.010質量%を超えるとこの介在物量が著しく増加し、同時に粗大な介在物を生成するため、鋼材の清浄性が悪化する。また、S量が0.0005質量%未満になると、製鋼コストの増加を招く。したがって、S量は0.0005〜0.010質量%とする。好ましくは0.0005〜0.008質量%である。
S: 0.0005 to 0.010 mass%
S is mainly present in the steel material in the form of A-based inclusions, but when it exceeds 0.010% by mass, the amount of these inclusions increases remarkably, and at the same time, coarse inclusions are generated, so that the cleanliness of the steel material deteriorates. To do. Further, when the amount of S is less than 0.0005% by mass, the steelmaking cost increases. Therefore, the amount of S is set to 0.0005 to 0.010% by mass. It is preferably 0.0005 to 0.008% by mass.

Cr:0.20〜1.00質量%以下
Crはパーライト組織強度向上のため、0.20質量%以上の添加が必要である。しかしながら、Cr量が1.00質量%を超えると、マルテンサイト組織を生じ易く、レールの熱処理時及び溶接時に硬化や脆化を生じ材質が劣化し易い。またCrはフェライトを安定化させるため、TTT曲線におけるパーライト変態の開始点Psとパーライト変態の終了点Pfとを結ぶ線の傾きが大きくなり、表面から広い範囲で変態が一気に生じる。その結果、変態発熱により内部の冷却速度が低下し硬度も低下する。したがって、Cr量は0.20〜1.00質量%とする。好ましくは0.60〜0.80質量%である。
Cr: 0.20 to 1.00% by mass or less Cr needs to be added in an amount of 0.20% by mass or more in order to improve the pearlite structure strength. However, if the amount of Cr exceeds 1.00% by mass, a martensite structure is likely to be formed, and the material is likely to be deteriorated due to hardening or embrittlement during heat treatment and welding of the rail. Further, since Cr stabilizes ferrite, the inclination of the line connecting the start point Ps of the pearlite transformation and the end point Pf of the pearlite transformation in the TTT curve becomes large, and the transformation occurs at once in a wide range from the surface. As a result, the internal cooling rate decreases due to the transformation heat generation, and the hardness also decreases. Therefore, the amount of Cr is set to 0.25 to 1.00% by mass. It is preferably 0.60 to 0.80% by mass.

V:0.005〜0.10質量%
Vは炭窒化物を形成し、基地中へ分散析出し、耐疲労損傷性および耐遅れ破壊特性を向上させる。しかしながら、V量が0.005質量%未満ではその効果が少なくなる。一方、V量が0.10質量%を超えると、加工性が劣化し、合金コストも増加するため、レール材の製造コストが増加する。したがって、V量は0.005〜0.10質量%とする。好ましくは0.01〜0.08質量%である。
V: 0.005 to 0.10% by mass
V forms a carbonitride and is dispersed and precipitated in the matrix to improve fatigue damage resistance and delayed fracture resistance. However, if the amount of V is less than 0.005% by mass, the effect is reduced. On the other hand, if the amount of V exceeds 0.10% by mass, the workability deteriorates and the alloy cost also increases, so that the manufacturing cost of the rail material increases. Therefore, the amount of V is set to 0.005 to 0.10% by mass. It is preferably 0.01 to 0.08% by mass.

N:0.0015〜0.0150質量%
Nは窒化物を形成し、基地中へ分散析出し、耐疲労損傷性、耐遅れ破壊性を向上させる。しかしながらN量が0.0015質量%未満ではその効果が少ない。一方、N量が0.0150質量%を超えると、レール中に粗大な窒化物が形成されるようになり、耐疲労損傷性、耐遅れ破壊性が低下する。したがって、N量は0.0015〜0.0150質量%とする。好ましくは0.0030〜0.0100質量%である。
N: 0.0015 to 0.0150% by mass
N forms a nitride and is dispersed and precipitated in the matrix to improve fatigue damage resistance and delayed fracture resistance. However, if the amount of N is less than 0.0015% by mass, the effect is small. On the other hand, when the amount of N exceeds 0.0150% by mass, coarse nitrides are formed in the rail, and fatigue damage resistance and delayed fracture resistance are lowered. Therefore, the amount of N is set to 0.0015 to 0.0150% by mass. It is preferably 0.0030 to 0.0100% by mass.

さらに、頭部4の成分組成は、下記式(1)〜(3)を満足させるようになっている。なお、式(1)〜(3)において、[%X]は成分組成Xの質量%を表す。 Further, the component composition of the head 4 satisfies the following formulas (1) to (3). In the formulas (1) to (3), [% X] represents the mass% of the component composition X.

[%Mn]/([%Si]+[%Cr])≧0.60 ・・・(1)
Mn量の増加は、TTT曲線の傾きを小さくするため、頭部4の表面と内部との硬度差を低減させるには有利である。一方、Si量及びCr量の増加はTTT曲線のパーライト変態の開始点Psと終了点Pfとの傾きを大きくし、硬度差が大きくなる方向に働く。そのため、硬度差の低減の観点でMn、Si、Cr添加量のバランスは重要である。[%Mn]/([%Si]+[%Cr])が0.60未満であれば、頭部4の表層と深さ25mm位置との硬度差が大きくなり、内部まで高硬度を達成できない。したがって、硬度低下抑制のため、[%Mn]/([%Si]+[%Cr])の値は0.60以上とする。好ましくは0.80以上である。
[% Mn] / ([% Si] + [% Cr]) ≧ 0.60 ・ ・ ・ (1)
Increasing the amount of Mn reduces the inclination of the TTT curve, which is advantageous for reducing the difference in hardness between the surface and the inside of the head 4. On the other hand, the increase in the amount of Si and the amount of Cr increases the slope between the start point Ps and the end point Pf of the pearlite transformation of the TTT curve, and acts in the direction of increasing the hardness difference. Therefore, the balance of the addition amounts of Mn, Si, and Cr is important from the viewpoint of reducing the difference in hardness. If [% Mn] / ([% Si] + [% Cr]) is less than 0.60, the hardness difference between the surface layer of the head 4 and the 25 mm depth position becomes large, and high hardness cannot be achieved to the inside. .. Therefore, the value of [% Mn] / ([% Si] + [% Cr]) is set to 0.60 or more in order to suppress the decrease in hardness. It is preferably 0.80 or more.

([%Si]+2[%Cr])−[%Mn]≧0.30 ・・・(2)
Mn量の増加は表面〜内部の硬度差を低減するには有利である。一方、Mnは過冷度を小さくする元素であるため、硬度の低下を引き起こす可能性がある。Si、Crは過冷度を大きくする元素であるため、硬度上昇には必要な元素である。そのため、高硬度の観点でMn、Si、Cr添加量のバランスは重要である。([%Si]+2[%Cr])−[%Mn]が0.30未満であれば硬度が低く、レールの頭部4の上面(表層)から深さ25mmの位置までの領域におけるビッカース硬さがHv380以上Hv480未満を達成できない。したがって、過冷度確保のため、([%Si]+2[%Cr])−[%Mn]の値は0.30以上とする。好ましくは0.6以上である。
([% Si] + 2 [% Cr])-[% Mn] ≥ 0.30 ... (2)
Increasing the amount of Mn is advantageous for reducing the difference in hardness between the surface and the inside. On the other hand, since Mn is an element that reduces the degree of supercooling, it may cause a decrease in hardness. Since Si and Cr are elements that increase the degree of supercooling, they are elements necessary for increasing the hardness. Therefore, the balance of the addition amounts of Mn, Si, and Cr is important from the viewpoint of high hardness. ([% Si] + 2 [% Cr])-If [% Mn] is less than 0.30, the hardness is low, and the Vickers hardness in the region from the upper surface (surface layer) of the rail head 4 to the position of 25 mm in depth. Cannot achieve Hv380 or more and less than Hv480. Therefore, in order to secure the supercooling degree, the value of ([% Si] + 2 [% Cr])-[% Mn] is set to 0.30 or more. It is preferably 0.6 or more.

[%Mn]×[%S]≦0.004 ・・・(3)
MnおよびSは水素のトラップサイトとなるMn系硫化物を形成する重要な元素であり、Mn系硫化物を形成するため添加量を制御しなければならない。[%Mn]×[%S]が0.004より大きいと、Mn系硫化物の形成が多く、水素のトラップサイトが増大し、耐遅れ破壊特性の悪化を引き起こす。したがって、遅れ破壊抑制のため、[%Mn]×[%S]の値は0.004以下とする。
[% Mn] x [% S] ≤ 0.004 ... (3)
Mn and S are important elements for forming Mn-based sulfides that serve as hydrogen trap sites, and the amount of Mn and S added must be controlled in order to form Mn-based sulfides. When [% Mn] × [% S] is larger than 0.004, Mn-based sulfides are often formed, hydrogen trap sites increase, and delayed fracture resistance deteriorates. Therefore, the value of [% Mn] × [% S] is set to 0.004 or less in order to suppress delayed fracture.

本発明のレールの成分組成は、上記の組成成分の他に、Cu:1.0質量%以下、Ni:1.0質量%以下、Nb:0.05質量%以下、Mo:1.0質量%以下のいずれか1種もしくは2種以上を含有していてもよい。以下、各組成成分について分説する。 In addition to the above composition components, the component composition of the rail of the present invention is Cu: 1.0% by mass or less, Ni: 1.0% by mass or less, Nb: 0.05% by mass or less, Mo: 1.0% by mass. It may contain any one or more of% or less. Hereinafter, each composition component will be described separately.

Cu:1.0質量%以下
Cuは、Crと同様に固溶強化により鋼の更なる高強度化を図ることができる元素である。ただし、その含有量が1.0質量%を超えるとCu割れが生じ易くなる。したがって、成分組成がCuを含有する場合は、Cu量は1.0質量%以下とすることが好ましい。より好ましくは0.005〜0.5質量%である。
Cu: 1.0% by mass or less Cu is an element that can further increase the strength of steel by solid solution strengthening like Cr. However, if the content exceeds 1.0% by mass, Cu cracking is likely to occur. Therefore, when the component composition contains Cu, the amount of Cu is preferably 1.0% by mass or less. More preferably, it is 0.005 to 0.5% by mass.

Ni:1.0質量%以下
Niは、延性を劣化することなく鋼の高強度化を図ることができる元素である。また、Cuと複合添加することによりCu割れを抑制することができるため、成分組成がCuを含有する場合にはNiも含有することが望ましい。ただし、Ni含有量が1.0質量%を超えると、鋼の焼入れ性がより上昇し、マルテンサイトが生成するようになり、耐疲労損傷性と耐疲労損傷性が低下しがちとなる。したがって、Niが含有される場合は、Ni含有量は1.0質量%以下とすることが好ましい。より好ましくは0.005〜0.5質量%である。
Ni: 1.0% by mass or less Ni is an element that can increase the strength of steel without deteriorating ductility. Further, since Cu cracking can be suppressed by compound addition with Cu, it is desirable that Ni is also contained when the component composition contains Cu. However, when the Ni content exceeds 1.0% by mass, the hardenability of the steel is further increased and martensite is generated, and the fatigue damage resistance and the fatigue damage resistance tend to be lowered. Therefore, when Ni is contained, the Ni content is preferably 1.0% by mass or less. More preferably, it is 0.005 to 0.5% by mass.

Nb: 0.05質量%以下
Nbは、鋼中のCと結び付いてレールを成形するため熱間圧延中および熱間圧延後に炭化物として析出し、旧オーステナイト粒径の微細化に有効に作用する。その結果、耐疲労損傷性、耐疲労損傷性、延性を大きく向上させ、レールの長寿命化に大きく寄与する。ただし、Nb量が0.05質量%超えても、耐摩耗性、耐疲労損傷性の向上効果が飽和し、含有量上昇に見合う効果が得られない。したがって、Nbは、その含有量の上限を0.05質量%として含有されていてもよい。なお、上記の効果はNb量が0.001質量%以上で発現する。したがって、Nbを含有させる場合は、Nb含有量は0.001質量%以上であることが好ましい。より好ましくは0.001〜0.03質量%である。
Nb: 0.05% by mass or less Nb is combined with C in steel to form a rail, so that it is precipitated as carbide during hot rolling and after hot rolling, and effectively acts on the miniaturization of the old austenite particle size. As a result, fatigue damage resistance, fatigue damage resistance, and ductility are greatly improved, which greatly contributes to extending the life of the rail. However, even if the amount of Nb exceeds 0.05% by mass, the effect of improving wear resistance and fatigue damage resistance is saturated, and an effect commensurate with the increase in content cannot be obtained. Therefore, Nb may be contained with the upper limit of its content being 0.05% by mass. The above effect is exhibited when the amount of Nb is 0.001% by mass or more. Therefore, when Nb is contained, the Nb content is preferably 0.001% by mass or more. More preferably, it is 0.001 to 0.03% by mass.

Mo:1.0質量%以下
Moは焼入れ性を向上させ、固溶強化によってさらなる鋼の高強度化を図ることができる元素である。ただし、1.0質量%を超えると、鋼中にマルテンサイトが生成するようになり、耐摩耗性と耐疲労損傷性が低下しがちとなる。したがって、レールの成分組成がMoを含有する場合は、Mo含有量は1.0質量%以下とすることが好ましい。より好ましくは0.005〜0.5質量%である。
Mo: 1.0% by mass or less Mo is an element that can improve hardenability and further increase the strength of steel by solid solution strengthening. However, if it exceeds 1.0% by mass, martensite is formed in the steel, and the wear resistance and fatigue damage resistance tend to decrease. Therefore, when the component composition of the rail contains Mo, the Mo content is preferably 1.0% by mass or less. More preferably, it is 0.005 to 0.5% by mass.

なお、レール1において上記組成成分の残部にはFeおよび不可避不純物が含まれる。不可避不純物とは、原料中に存在し、あるいは製造工程において不可避的に混入するもので、本来は不要なものであるが、微量であり、特性に影響を及ぼさないため、含有が許容されている不純物を意味する。不可避不純物としては、例えばO等が挙げられ、Oは0.004質量%まで許容できる。さらに本発明では不純物として混入するTiは酸化物を形成し、レールの基本特性である耐疲労損傷性の低下を招くので、0.0010質量%以下に制御することが好ましい。 In the rail 1, Fe and unavoidable impurities are contained in the remainder of the composition component. Inevitable impurities are those that are present in the raw material or are inevitably mixed in the manufacturing process, and are originally unnecessary, but they are allowed to be contained because they are in trace amounts and do not affect the characteristics. Means impurities. Examples of the unavoidable impurities include O and the like, and O can be allowed up to 0.004% by mass. Further, in the present invention, Ti mixed as an impurity forms an oxide and causes a decrease in fatigue damage resistance, which is a basic characteristic of the rail. Therefore, it is preferable to control it to 0.0010% by mass or less.

次に、レール1の頭部4の硬さについて説明する。レール1の頭部4の表層(表面)から深さ25mm位置までの領域のビッカース硬さは、Hv380以上Hv480未満になっている。なお、頭部4の内部硬さの定義域を深さ25mmの位置までの領域としたのは、耐摩耗性が低下して使用寿命が低下するからである。また、ビッカース硬さがHv380未満になると耐摩耗性が低下し、レールの使用寿命が低下する。一方、Hv480以上になるとマルテンサイトが生成し、鋼の耐疲労損傷性が低下する。よって、頭部4の上記領域のビッカース硬さはHv380以上Hv480未満とする。好ましくはHv400以上Hv460未満である。 Next, the hardness of the head 4 of the rail 1 will be described. The Vickers hardness of the region from the surface layer (surface) of the head 4 of the rail 1 to the depth of 25 mm is Hv380 or more and less than Hv480. The domain of the internal hardness of the head 4 is defined as a region up to a depth of 25 mm because the wear resistance is lowered and the service life is shortened. Further, when the Vickers hardness is less than Hv380, the wear resistance is lowered and the service life of the rail is shortened. On the other hand, when the Hv is 480 or higher, martensite is generated and the fatigue damage resistance of the steel is lowered. Therefore, the Vickers hardness of the above region of the head 4 is Hv380 or more and less than Hv480. It is preferably Hv400 or more and less than Hv460.

さらに、頭部4の表層の硬度と表層からの深さ25mmの位置の硬度との硬度差がHv40未満になっている。硬度差がHv40以上である場合、使用により摩耗が進むにつれて、耐摩耗性向上代及び耐疲労損傷性向上代が劣化するためである。 Further, the hardness difference between the hardness of the surface layer of the head 4 and the hardness at a depth of 25 mm from the surface layer is less than Hv40. This is because when the hardness difference is Hv40 or more, the wear resistance improvement allowance and the fatigue damage resistance improvement allowance deteriorate as the wear progresses due to use.

以下、実施例に従って、本発明の構成および作用効果をより具体的に説明する。なお、本発明は下記の実施例によって制限を受けるものではなく、本発明の趣旨に適合し得る範囲内にて適宜変更することも可能であり、これらは何れも本発明の技術的範囲に含まれる。 Hereinafter, the constitution and the action and effect of the present invention will be described more specifically according to Examples. The present invention is not limited by the following examples, and can be appropriately modified within a range that can be adapted to the gist of the present invention, all of which are included in the technical scope of the present invention. Is done.

<試験片の作製>
はじめに、組成成分の異なる鋼A0、B1〜B27、C1〜C14が作製される。下記表1に鋼A0、B1〜B27、C1〜C14の成分を示す。なお、表1において空白の部分は含有されてない、もしくは含有量が不可避不純物の範疇であって無視できることを意味する。
<Preparation of test piece>
First, steels A0, B1 to B27, and C1 to C14 having different composition components are produced. Table 1 below shows the components of steels A0, B1 to B27, and C1 to C14. It should be noted that the blank portion in Table 1 is not contained, or the content is in the category of unavoidable impurities and can be ignored.

Figure 2021063248
Figure 2021063248

次に、表1の組成成分を含有する鋼A0、B1〜B27、C1〜C14を用いてレール1をそれぞれ製造した。この際、表1に示す成分組成の鋼材について、圧延仕上げ温度を850〜950℃として熱間圧延した後、レール1の頭部4の表面をパーライト変態開始温度以上の温度から400〜600℃の温度域までを1〜5℃/secの冷却速度で加速冷却した。冷却はレール1の頭部4のみに行ない、冷却停止後は放冷した。なお、圧延仕上げ温度は、最終圧延ミル入側のレール1の頭部4の側面の表面温度を放射温度計で測定した値を圧延仕上げ温度として示している。冷却停止温度は、冷却停止時のレール頭部側面表層の温度を放射温度計で測定した値を冷却停止温度として示している。冷却速度は、冷却開始から冷却停止までの間の温度変化を単位時間(秒)あたりに換算して冷却速度(℃/sec)とした。 Next, rail 1 was manufactured using steels A0, B1 to B27, and C1 to C14 containing the composition components shown in Table 1, respectively. At this time, the steel materials having the component compositions shown in Table 1 are hot-rolled at a rolling finish temperature of 850 to 950 ° C., and then the surface of the head 4 of the rail 1 is heated to 400 to 600 ° C. from a temperature equal to or higher than the pearlite transformation start temperature. The temperature range was accelerated and cooled at a cooling rate of 1 to 5 ° C./sec. Cooling was performed only on the head 4 of the rail 1, and after the cooling was stopped, the material was allowed to cool. As the rolling finish temperature, the value obtained by measuring the surface temperature of the side surface of the head 4 of the rail 1 on the entry side of the final rolling mill with a radiation thermometer is shown as the rolling finish temperature. As for the cooling stop temperature, the value obtained by measuring the temperature of the surface layer on the side surface of the rail head at the time of cooling stop with a radiation thermometer is shown as the cooling stop temperature. The cooling rate was defined as the cooling rate (° C./sec) by converting the temperature change from the start of cooling to the stop of cooling per unit time (seconds).

得られたレールについて、頭部の硬さ、耐摩耗性、耐疲労損傷性および耐遅れ破壊特性を評価した。表2にレールの頭部の評価結果を示す。なお、表1及び表2において、本発明の適用範囲から外れる数値には下線を付している。 The obtained rails were evaluated for head hardness, wear resistance, fatigue damage resistance, and delayed fracture resistance. Table 2 shows the evaluation results of the rail head. In Tables 1 and 2, numerical values outside the scope of the present invention are underlined.

Figure 2021063248
Figure 2021063248

<頭部の表層硬さ、深さ25mm位置の硬さ及び硬度差ΔHv>
図2に示すレール1の頭部4の幅方向(矢印X方向)における中央部分について、深さ
方向(矢印Z方向)に沿って、表層1.0mmから25mm深さまでの範囲のビッカース硬さを荷重98N、1.0mmピッチ間隔で測定した。なお、測定した複数の硬さのうち、中央ラインの表層の硬さが最大の値となり、中央ラインにおける深さ位置25mmの硬さが最小の値となる傾向がある。この表層の硬さと深さ位置25mmの硬さの差分を硬度差ΔHvとして算出した。
<Surface hardness of the head, hardness at a depth of 25 mm and hardness difference ΔHv>
For the central portion of the head 4 of the rail 1 shown in FIG. 2 in the width direction (arrow X direction), the Vickers hardness in the range of 1.0 mm to 25 mm depth of the surface layer is measured along the depth direction (arrow Z direction). It was measured at a load of 98 N and a pitch interval of 1.0 mm. Of the plurality of measured hardnesses, the hardness of the surface layer of the central line tends to be the maximum value, and the hardness of the depth position 25 mm in the central line tends to be the minimum value. The difference between the hardness of the surface layer and the hardness of the depth position of 25 mm was calculated as the hardness difference ΔHv.

<組織>
表2中の「P」とはパーライト組織の面積率が95%以上であって、合計5%以下の微量なベイナイト組織、マルテンサイト組織、初析セメンタイト組織、初析フェライト組織が含まれる場合を意味する。
<Organization>
“P” in Table 2 refers to the case where the area ratio of the pearlite structure is 95% or more and a total of 5% or less contains a trace amount of bainite structure, martensite structure, proeutectoid cementite structure, and proeutectoid ferrite structure. means.

<耐摩耗性>
耐摩耗性に関しては、レールを実際に敷設して評価するのが最も望ましいが試験に長時間を要する。そこで、短時間で耐摩耗性を評価することができる摩耗試験機を用いて、実際のレールと車輪との接触条件をシミュレートした比較試験により、摩耗量及び耐摩耗性向上代を計測し、耐摩耗性を評価した。
<Abrasion resistance>
Regarding wear resistance, it is most desirable to actually lay the rail and evaluate it, but the test takes a long time. Therefore, using a wear tester that can evaluate the wear resistance in a short time, the amount of wear and the wear resistance improvement allowance are measured by a comparative test that simulates the actual contact conditions between the rail and the wheel. Abrasion resistance was evaluated.

まず、図3に示すように、レール1の頭部4の2ケ所から外径30mmの西原式摩耗試験片TP1、TP2を採取した。なお、西原式摩耗試験片TP1はレール頭部4の表層から採取され、西原式摩耗試験片TP2は頭部4の上面から24〜26mm(平均値25mm)の深さから採取されたものである。 First, as shown in FIG. 3, Nishihara-type wear test pieces TP1 and TP2 having an outer diameter of 30 mm were collected from two places on the head 4 of the rail 1. The Nishihara-type wear test piece TP1 was collected from the surface layer of the rail head 4, and the Nishihara-type wear test piece TP2 was collected from a depth of 24 to 26 mm (average value 25 mm) from the upper surface of the head 4. ..

図4は、摩耗試験装置の一例を示す模式図である。図4に示すように、摩耗試験は、試験片TP1(もしくは試験片TP2)とタイヤ試験片10とが接触した状態で回転することで行われる。タイヤ試験片10は、JIS規格E1101に記載のレールの頭部から直径32mmの丸棒を採取したものである。タイヤ試験片10は、ビッカース硬さ(荷重98N)はHv390であり、組織が焼戻しマルテンサイト組織となるように熱処理を行った後、円柱形状に加工を施したものである。なお、図4中の矢印は、それぞれ西原式摩耗試験片TP1(TP2)とタイヤ試験片10の回転方向を示す。 FIG. 4 is a schematic view showing an example of a wear test apparatus. As shown in FIG. 4, the wear test is performed by rotating the test piece TP1 (or the test piece TP2) in contact with the tire test piece 10. The tire test piece 10 is obtained by collecting a round bar having a diameter of 32 mm from the head of the rail described in JIS standard E1101. The tire test piece 10 has a Vickers hardness (load 98N) of Hv390, and is processed into a cylindrical shape after being heat-treated so that the structure becomes a tempered martensite structure. The arrows in FIG. 4 indicate the rotation directions of the Nishihara-type wear test piece TP1 (TP2) and the tire test piece 10, respectively.

図4における試験環境条件は乾燥状態とし、接触圧力:1.2GPa、滑り率:−10%、回転速度:675回/min(タイヤ試験片は750回/min)の条件で10万回転後の摩耗量を測定した。摩耗量の大小を比較する際、評価基準を熱処理型パーライト鋼レールである基準鋼A0とし、この基準鋼A0よりも15%以上摩耗量が少ない場合に耐摩耗性が向上したと判定した。なお、耐摩耗性向上代は、西原式摩耗試験片TP1のそれぞれについて、{(基準鋼A0の摩耗量−試験材の摩耗量)/(基準鋼A0の摩耗量)}×100で算出した。 The test environment condition in FIG. 4 is a dry state, and after 100,000 rotations under the conditions of contact pressure: 1.2 GPa, slip ratio: -10%, rotation speed: 675 times / min (tire test piece is 750 times / min). The amount of wear was measured. When comparing the magnitude of the amount of wear, the evaluation standard was the standard steel A0, which is a heat-treated pearlite steel rail, and it was determined that the wear resistance was improved when the amount of wear was 15% or more smaller than that of the standard steel A0. The wear resistance improvement allowance was calculated by {(wear amount of reference steel A0-wear amount of test material) / (wear amount of reference steel A0)} × 100 for each of the Nishihara-type wear test pieces TP1.

<耐疲労損傷性>
図5は、耐疲労損傷試験装置の一例を示す模式図である。なお、図5の耐疲労損傷試験装置で使用される試験片TP11、TP12及びタイヤ試験片10の採取位置及び寸法は図3と同様である。ただし、試験片TP11、TP12の接触面には、曲率半径15mmの曲面加工が施されている。なお、図5中の矢印は、それぞれ西原式摩耗試験片TP1(TP2)とタイヤ試験片10の回転方向を示す。
<Fatigue damage resistance>
FIG. 5 is a schematic view showing an example of a fatigue resistance damage test apparatus. The sampling positions and dimensions of the test pieces TP11, TP12 and the tire test piece 10 used in the fatigue resistance test piece of FIG. 5 are the same as those of FIG. However, the contact surfaces of the test pieces TP11 and TP12 are curved with a radius of curvature of 15 mm. The arrows in FIG. 5 indicate the rotation directions of the Nishihara-type wear test piece TP1 (TP2) and the tire test piece 10, respectively.

図5における試験環境は油潤滑条件とし、接触圧力:2.2GPa、滑り率:−20%、回転速度:600rpm(タイヤ試験片は750rpm)で、2万5千回毎に試験片表面を観察し、0.5mm以上の亀裂が発生した時点での回転数をもって、疲労損傷寿命とした。疲労損傷寿命の大小を比較する際、上記耐摩耗性の評価のときと同様、評価基準を基準鋼A0とし、基準鋼A0よりも10%以上疲労損傷時間が長い場合に耐疲労損傷性が向上したと判定した。なお、耐疲労損傷性向上代は、西原式摩耗試験片TP11、TP12のそれぞれについて、〔{(試験材の疲労損傷発生までの回転数)−(基準鋼A0の疲労損傷発生までの回転数)}/(基準鋼A0の疲労損傷発生までの回転数)〕×100で算出した。 The test environment in FIG. 5 is an oil-lubricated condition, the contact pressure is 2.2 GPa, the slip ratio is -20%, the rotation speed is 600 rpm (the tire test piece is 750 rpm), and the surface of the test piece is observed every 25,000 times. The number of rotations at the time when a crack of 0.5 mm or more was generated was defined as the fatigue damage life. When comparing the magnitude of fatigue damage life, the evaluation standard is set to the standard steel A0 as in the above evaluation of wear resistance, and the fatigue damage resistance is improved when the fatigue damage time is 10% or more longer than that of the standard steel A0. It was judged that it was done. The fatigue damage resistance improvement allowance for each of the Nishihara-type wear test pieces TP11 and TP12 is [{(rotation speed until fatigue damage occurs in the test material)-(rotation speed until fatigue damage occurs in the reference steel A0). } / (Rotation speed until fatigue damage of reference steel A0 occurs)] × 100 was calculated.

<耐遅れ破壊性>
図6に示すようにレール1の頭部4の上面から深さ位置25mmからSSRT(Slow Strain Rate Technique)試験片TP20を採取する。図7は、SSRT試験片TP20の寸法形状の一例を示す模式図である。図6及び図7のように、ねじ部21とR部以外は▽▽▽仕上げ(微鏡面仕上げ)とし、平行部22は#600までエメリー研磨する。SSRT試験片TP20は図示しない試験装置に装着され、大気中25℃で歪速度3.3×10−6/秒にてSSRT試験が行なわれ、大気中でのSSRT試験片の伸びE0を測定した。また、20質量%チオシアン酸アンモニウム水溶液中25℃で歪速度3.3×10−6/秒にてSSRT試験を行ない、チオシアン酸アンモニウム水溶液中でのSSRT試験片の伸びE1を測定した。
<Delay resistance>
As shown in FIG. 6, the SSRT (Slow Strain Rate Technology) test piece TP20 is collected from the upper surface of the head 4 of the rail 1 at a depth position of 25 mm. FIG. 7 is a schematic view showing an example of the dimensions and shape of the SSRT test piece TP20. As shown in FIGS. 6 and 7, the parts other than the screw portion 21 and the R portion are finished with ▽▽▽ finish (micro mirror finish), and the parallel portion 22 is emery-polished to # 600. The SSRT test piece TP20 was mounted on a test device (not shown), and the SSRT test was performed at a strain rate of 3.3 × 10-6 / sec at 25 ° C. in the atmosphere, and the elongation E0 of the SSRT test piece in the atmosphere was measured. .. Further, an SSRT test was carried out at 25 ° C. in a 20 mass% ammonium thiocyanate aqueous solution at a strain rate of 3.3 × 10-6 / sec, and the elongation E1 of the SSRT test piece in the ammonium thiocyanate aqueous solution was measured.

そして、耐遅れ破壊性を評価する指標となる遅れ破壊感受性(すなわちDF)は、DF(%)=100×(1−E1/E0)で算出した。そして基準材A0(すなわちC量0.68質量%の熱処理型パーライト鋼レール)の遅れ破壊感受性に対して向上代が10%以上であるものを耐遅れ破壊性が向上したと判定した。なお、遅れ破壊感受性向上代は、〔{(試験材の遅れ破壊感受性)−(基準鋼A0の遅れ破壊感受性)}/(基準鋼A0の遅れ破壊感受性)〕×100で算出した。 Then, the delayed fracture sensitivity (that is, DF), which is an index for evaluating the delayed fracture resistance, was calculated by DF (%) = 100 × (1-E1 / E0). Then, it was determined that the delayed fracture resistance was improved when the reference material A0 (that is, the heat-treated pearlite steel rail having a C amount of 0.68 mass%) had an improvement allowance of 10% or more with respect to the delayed fracture sensitivity. The delay fracture susceptibility improvement allowance was calculated by [{(delayed fracture susceptibility of test material)-(delayed fracture susceptibility of reference steel A0)} / (delayed fracture susceptibility of reference steel A0)] × 100.

表2に示すように、本発明の成分組成を満足する適合鋼を用いて作製したレール材の試験結果(表2中の試験No.B1〜B27)は、基準材に対して耐摩耗特性が15%以上、耐疲労損傷性が10%以上、耐遅れ破壊特性が10%以上向上していた。 As shown in Table 2, the test results of the rail material (test Nos. B1 to B27 in Table 2) produced by using the conforming steel satisfying the component composition of the present invention show the wear resistance characteristics with respect to the reference material. The fatigue damage resistance was improved by 15% or more, the delayed fracture resistance was improved by 10% or more.

一方、比較例(表2中の試験No.C1〜C14)は、レール材の成分組成が本発明の条件を満足せず、結果的に本発明の鋼組織を満足していないため、少なくとも耐摩耗性、耐疲労損傷性および耐遅れ破壊特性のいずれかの基準材に対する向上代が発明例に対して低く、もしくはマルテンサイト組織を一部含むものも存在した。 On the other hand, in Comparative Examples (Test Nos. C1 to C14 in Table 2), the component composition of the rail material did not satisfy the conditions of the present invention, and as a result, the steel structure of the present invention was not satisfied. The improvement allowance for any of the wear resistance, fatigue damage resistance, and delayed fracture resistance with respect to the reference material was lower than that of the invention example, or some of them contained a part of martensite structure.

以上、本発明によれば、頭部4の組成成分及び頭部4内の硬度を制御することにより、レール1の頭部4の耐摩耗性、耐疲労損傷性を充足しながら耐遅れ破壊特性を向上させることができる。 As described above, according to the present invention, by controlling the composition component of the head 4 and the hardness in the head 4, the delayed fracture resistance while satisfying the wear resistance and the fatigue damage resistance of the head 4 of the rail 1. Can be improved.

1 レール
2 足部
3 腹部
4 頭部
10 タイヤ試験片
TP1、TP2、TP11、TP12 西原式摩耗試験片
TP20 SSRT試験片
1 Rail 2 Foot 3 Abdominal 4 Head 10 Tire test piece TP1, TP2, TP11, TP12 Nishihara type wear test piece TP20 SSRT test piece

Claims (2)

足部と、腹部と、頭部とを備えたレールであって、
前記頭部の成分組成が、
C:0.70〜1.00質量%、
Si:0.20〜1.00質量%、
Mn:0.50〜1.50質量%、
P:0.035質量%以下、
S:0.0005〜0.010質量%、
Cr:0.20〜1.00質量%、
V:0.005〜0.10質量%、
N:0.0015〜0.0150質量%、
を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなるとともに、下記式(1)〜(3)を満足し、
前記頭部の表層から25mmの深さ位置までの領域のビッカース硬さは、Hv380以上Hv480未満であり、
前記頭部の表層の硬度と表層からの深さ25mmの位置の硬度との硬度差がHv40未満である
ことを特徴とするレール。
[%Mn]/([%Si]+[%Cr])≧0.60 ・・・(1)
([%Si]+2[%Cr])−[%Mn]≧0.30 ・・・(2)
[%Mn]×[%S]≦0.004 ・・・(3)
但し、[%X]は成分組成Xの質量%を表す。
A rail with legs, abdomen, and head
The composition of the head component is
C: 0.70 to 1.00% by mass,
Si: 0.25 to 1.00% by mass,
Mn: 0.50 to 1.50% by mass,
P: 0.035% by mass or less,
S: 0.0005 to 0.010% by mass,
Cr: 0.25 to 1.00% by mass,
V: 0.005 to 0.10% by mass,
N: 0.0015 to 0.0150% by mass,
The balance is composed of Fe and unavoidable impurities, and the following formulas (1) to (3) are satisfied.
The Vickers hardness of the region from the surface layer of the head to the depth position of 25 mm is Hv380 or more and less than Hv480.
A rail characterized in that the hardness difference between the hardness of the surface layer of the head and the hardness at a depth of 25 mm from the surface layer is less than Hv40.
[% Mn] / ([% Si] + [% Cr]) ≧ 0.60 ・ ・ ・ (1)
([% Si] + 2 [% Cr])-[% Mn] ≥ 0.30 ... (2)
[% Mn] x [% S] ≤ 0.004 ... (3)
However, [% X] represents the mass% of the component composition X.
前記頭部は、さらにCu:1.0質量%以下、Ni:1.0質量%以下、Nb:0.05質量%以下、Mo:1.0質量%以下のいずれか1種または2種以上の成分組成を含有することを特徴とする請求項1に記載のレール。 The head is further one or more of Cu: 1.0% by mass or less, Ni: 1.0% by mass or less, Nb: 0.05% by mass or less, Mo: 1.0% by mass or less. The rail according to claim 1, wherein the rail contains the component composition of.
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