JP2021063258A - Railway wheel - Google Patents

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Abstract

To provide a railway wheel excellent in abrasion resistance and in machinability when a production step is performed.SOLUTION: A chemical component of a railway wheel according to this embodiment comprises, by mass: 0.85 to 1.15% of C; 0.80% or less of Si; 1.50% or less of Mn; P:0.050% or less of P; S:0.050% or less of S; and the balance comprising Fe and impurities. In the railway wheel, Fn1 defined by formula (1): Fn1=30.52+6.96×C+4.96×Si+1.85×Mn+4.85×Cr+34.77×V is 42.0 or less; Fn2 defined by formula (2): Fn2=18.18+21.82×C+2.39×Si+1.01×Mn+6.97×Cr+24.79×V is 39.0 or more; a gross area ratio of perlite in a cross section perpendicular to a tread of a rim part is 95.0% or more; and an area ratio of a spheroidized cementite-containing minute region is 40.0% or less.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本開示は、鉄道車輪に関する。 The present disclosure relates to railroad wheels.

鉄道車両は、線路を構成するレール上を走行する。鉄道車両は、複数の鉄道車輪を備える。鉄道車輪は、車両を支持し、レールと接触して、レール上を回転しながら移動する。鉄道車輪は、レールとの接触により摩耗する。最近、鉄道輸送の高効率化を目的として、鉄道車両への積載重量の増加、及び、鉄道車両の高速化が進められている。その結果、鉄道車輪の耐摩耗性の向上が求められている。 Railroad vehicles run on the rails that make up the railroad tracks. Railroad vehicles include a plurality of railroad wheels. Railroad wheels support the vehicle, come into contact with the rails, and move while rotating on the rails. Railroad wheels wear due to contact with rails. Recently, for the purpose of improving the efficiency of railway transportation, the load weight on railway vehicles has been increased and the speed of railway vehicles has been increased. As a result, improvement in wear resistance of railway wheels is required.

鉄道車輪の耐摩耗性を高める技術が、特開平9−202937号公報(特許文献1)、特開2012−107295号公報(特許文献2)、特開2013−231212号公報(特許文献3)、特開2004−315928号公報(特許文献4)に提案されている。 Techniques for improving the wear resistance of railway wheels are described in JP-A-9-202937 (Patent Document 1), JP-A-2012-107295 (Patent Document 2), JP-A-2013-231212 (Patent Document 3). It is proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-315928 (Patent Document 4).

特許文献1に開示された鉄道車両用車輪は、質量%で、C:0.4〜0.75%、Si:0.4〜0.95%、Mn:0.6〜1.2%、Cr:0〜0.2%未満、P:0.03%未満、S:0.03%以下を含有し、残部がFe及びその他不可避の不純物からなる。この鉄道車輪において、車輪踏面部の表面から少なくとも深さ50mmまでの領域が、パーライト組織からなる。特許文献1の鉄道車輪の製造方法は、車輪踏面部の冷却曲線が、連続冷却変態曲線図におけるパーライト生成領域を通り、かつ、マルテンサイト変態曲線より長時間側にある条件で、車輪踏面部を冷却する焼入工程を含む。 The wheels for railway vehicles disclosed in Patent Document 1 have a mass% of C: 0.4 to 0.75%, Si: 0.4 to 0.95%, Mn: 0.6 to 1.2%, and so on. It contains Cr: 0 to less than 0.2%, P: less than 0.03%, S: 0.03% or less, and the balance consists of Fe and other unavoidable impurities. In this railway wheel, a region from the surface of the wheel tread to a depth of at least 50 mm is composed of a pearlite structure. In the method for manufacturing a railway wheel of Patent Document 1, the wheel tread portion is formed under the condition that the cooling curve of the wheel tread portion passes through the pearlite generation region in the continuous cooling transformation curve diagram and is on the martensitic transformation curve side for a long time. Includes a quenching step to cool.

特許文献2に開示された車輪用鋼は、質量%で、C:0.65〜0.84%、Si:0.02〜1.00%、Mn:0.50〜1.90%、Cr:0.02〜0.50%、V:0.02〜0.20%、S≦0.04%を含み、残部がFeと不純物からなり、P≦0.05%、Cu≦0.20%、Ni≦0.20%の化学組成を有する。この化学組成はさらに、次の関係式を満たす。〔34≦2.7+29.5×C+2.9×Si+6.9×Mn+10.8×Cr+30.3×Mo+44.3×V≦43〕かつ〔0.76×exp(0.05×C)×exp(1.35×Si)×exp(0.38×Mn)×exp(0.77×Cr)×exp(3.0×Mo)×exp(4.6×V)≦25〕。この車両用鋼は、上記化学組成及び上記式を満たすことにより、耐摩耗性、耐転動疲労特性、耐スポークリング性に優れる、と特許文献2には記載されている。 The steel for wheels disclosed in Patent Document 2 has a mass% of C: 0.65 to 0.84%, Si: 0.02 to 1.00%, Mn: 0.50 to 1.90%, and Cr. : 0.02 to 0.50%, V: 0.02 to 0.20%, S ≤ 0.04%, the balance is composed of Fe and impurities, P ≤ 0.05%, Cu ≤ 0.20 It has a chemical composition of% and Ni ≦ 0.20%. This chemical composition further satisfies the following relational expression. [34 ≦ 2.7 + 29.5 × C + 2.9 × Si + 6.9 × Mn + 10.8 × Cr + 30.3 × Mo + 44.3 × V ≦ 43] and [0.76 × exp (0.05 × C) × exp ( 1.35 × Si) × exp (0.38 × Mn) × exp (0.77 × Cr) × exp (3.0 × Mo) × exp (4.6 × V) ≦ 25]. Patent Document 2 describes that this vehicle steel is excellent in wear resistance, rolling fatigue resistance, and spoke resistance by satisfying the above chemical composition and the above formula.

特許文献3に開示された車輪用鋼は、質量%で、C:0.65〜0.84%、Si:0.4〜1.0%、Mn:0.50〜1.40%、Cr:0.02〜0.13%、S:0.04%以下、V:0.02〜0.12%を含有し、式(1)で定義されるFn1が32〜43で、かつ、式(2)で表されるFn2が25以下であり、残部がFe及び不純物からなる。ここで、式(1)は、Fn1=2.7+29.5C+2.9Si+6.9Mn+10.8Cr+30.3Mo+44.3Vであり、式(2)は、Fn2=exp(0.76)×exp(0.05C)×exp(1.35Si)×exp(0.38Mn)×exp(0.77Cr)×exp(3.0Mo)×exp(4.6V)である。この車輪用鋼は、上記化学組成を有し、Fn1及びFn2が上記範囲を満たすことにより、耐摩耗性、耐転動疲労特性、耐スポーリング性に優れる、と特許文献3には記載されている。 The steel for wheels disclosed in Patent Document 3 is, in mass%, C: 0.65 to 0.84%, Si: 0.4 to 1.0%, Mn: 0.50 to 1.40%, Cr. : 0.02 to 0.13%, S: 0.04% or less, V: 0.02 to 0.12%, Fn1 defined in the formula (1) is 32 to 43, and the formula Fn2 represented by (2) is 25 or less, and the balance is composed of Fe and impurities. Here, the formula (1) is Fn1 = 2.7 + 29.5C + 2.9Si + 6.9Mn + 10.8Cr + 30.3Mo + 44.3V, and the formula (2) is Fn2 = exp (0.76) × exp (0.05C). × exp (1.35Si) × exp (0.38Mn) × exp (0.77Cr) × exp (3.0Mo) × exp (4.6V). Patent Document 3 describes that this wheel steel has the above chemical composition and is excellent in wear resistance, rolling fatigue resistance, and spalling resistance when Fn1 and Fn2 satisfy the above ranges. There is.

特許文献4に開示された鉄道車両用車輪は、質量%で、C:0.85〜1.20%、Si:0.10〜2.00%、Mn:0.05〜2.00%、必要に応じてさらにCr、Mo、V、Nb、B、Co、Cu、Ni、Ti、Mg、Ca、Al、Zr、及びNの1種又は2種以上を所定量含有し、残部がFe及びその他不可避的不純物からなる化学成分を含有する鋼で構成された一体型の鉄道車両用車輪であって、車輪の踏面及び/又はフランジ面の少なくとも一部がパーライト組織である。特許文献4では、鉄道車両用車輪の寿命は、踏面及びフランジ面の摩耗量に依存し(特許文献4の段落[0002])、さらに、高速鉄道においてブレーキを掛けたときの発熱量の増大にともない発生する踏面及びフランジ面での亀裂に依存すると記載されている。そして、鉄道車両用車輪が上記構成を有することにより、踏面及びフランジ面の耐摩耗性及び熱亀裂を抑制できる、と記載されている。 The wheels for railway vehicles disclosed in Patent Document 4 have a mass% of C: 0.85 to 1.20%, Si: 0.10 to 2.00%, Mn: 0.05 to 2.00%, and so on. If necessary, it further contains one or more of Cr, Mo, V, Nb, B, Co, Cu, Ni, Ti, Mg, Ca, Al, Zr, and N in a predetermined amount, and the balance is Fe and An integrated railroad vehicle wheel made of steel containing a chemical component consisting of other unavoidable impurities, and at least a part of the tread and / or flange surface of the wheel has a pearlite structure. In Patent Document 4, the life of wheels for railway vehicles depends on the amount of wear on the tread and flange surfaces (paragraph [0002] of Patent Document 4), and further, the amount of heat generated when braking is applied in a high-speed railway is increased. It is stated that it depends on the cracks on the tread and flange surfaces that occur with it. It is described that the wheels for railway vehicles have the above configuration, so that the wear resistance and thermal cracks of the tread surface and the flange surface can be suppressed.

特開平9−202937号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 9-202937 特開2012−107295号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-107295 特開2013−231212号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-231212 特開2004−315928号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2004-315928

特許文献1に提案されている鉄道車両用車輪は、適度の焼入れ性と同時に、パーライト組織が得られる性質を持たせるために、Cr含有量を低く抑え、かつ、適量のSiを含有する。しかしながら、特許文献1に記載の鉄道車両用車輪のC含有量は0.4〜0.75%であり、この車輪はいわゆる亜共析鋼からなる。そのため、耐摩耗性の向上には限界がある。同様に、特許文献2及び特許文献3に提案されている車輪用鋼も亜共析鋼からなる。特許文献2及び3では、亜共析鋼にVを含有することにより、パーライト組織を強化して、耐摩耗性を高めている。しかしながら、Vを含有するだけでは、耐摩耗性の向上に限界がある。 The wheel for a railway vehicle proposed in Patent Document 1 has a low Cr content and contains an appropriate amount of Si in order to have a property of obtaining a pearlite structure at the same time as an appropriate hardenability. However, the C content of the railroad vehicle wheel described in Patent Document 1 is 0.4 to 0.75%, and the wheel is made of so-called subeutectoid steel. Therefore, there is a limit to the improvement of wear resistance. Similarly, the wheel steels proposed in Patent Documents 2 and 3 are also made of subeutectoid steel. In Patent Documents 2 and 3, the pearlite structure is strengthened and the wear resistance is enhanced by containing V in the subeutectoid steel. However, there is a limit to the improvement of wear resistance only by containing V.

一方、特許文献4に提案されている鉄道車両用車輪では、C含有量を高めた過共析鋼を用いることにより、耐摩耗性を高めている。しかしながら、過共析鋼からなる鉄道車輪を製造する場合、亜共析鋼とは異なる新たな問題点が生じることが判明した。 On the other hand, in the wheels for railway vehicles proposed in Patent Document 4, wear resistance is improved by using hypereutectoid steel having a high C content. However, it has been found that when manufacturing a railway wheel made of hypereutectoid steel, a new problem different from that of subeutectoid steel arises.

通常、鉄道車輪は、次の工程で製造される。熱間鍛造及び熱間圧延による中間品を製造する。中間品に対して、踏面焼入れを実施する。そして、踏面焼入れ後の中間品のリム部の踏面に形成されたマルテンサイト層を切削して除去し、踏面のミクロ組織をパーライト組織とする。 Railroad wheels are usually manufactured in the following steps. Manufacture intermediate products by hot forging and hot rolling. Tread quenching is performed on intermediate products. Then, the martensite layer formed on the tread surface of the rim portion of the intermediate product after the tread surface quenching is cut and removed, and the microstructure of the tread surface is made into a pearlite structure.

以上のとおり、鉄道車輪の製造では、リム部の踏面に形成されたマルテンサイト層を切削して除去する工程が含まれる。亜共析鋼の鉄道車輪の場合、マルテンサイト層の切削は比較的容易に実施することができた。しかしながら、過共析鋼の場合、マルテンサイト層の硬さが非常に高いため、切削加工が困難となる。 As described above, the manufacture of railway wheels includes a step of cutting and removing the martensite layer formed on the tread surface of the rim portion. In the case of subeutectoid steel railroad wheels, the cutting of the martensite layer could be carried out relatively easily. However, in the case of hypereutectoid steel, the hardness of the martensite layer is very high, which makes cutting difficult.

そこで、本開示の目的は、耐摩耗性に優れ、かつ、製造工程時における被削性に優れた、鉄道車輪を提供することである。 Therefore, an object of the present disclosure is to provide a railway wheel having excellent wear resistance and excellent machinability during a manufacturing process.

本開示による鉄道車輪は、
リム部と、
ボス部と、
前記リム部と前記ボス部との間に配置される板部とを備え、
前記鉄道車輪の化学組成は、質量%で、
C:0.85〜1.15%、
Si:0.80%以下、
Mn:1.50%以下、
P:0.050%以下、
S:0.050%以下、
Cr:0〜0.50%、
V:0〜0.10%、
Mo:0〜0.20%、
Cu:0〜0.50%、
Ni:0〜0.50%、
Al:0〜0.500%、及び、
残部がFe及び不純物からなり、
式(1)で定義されるFn1が42.0以下であり、
式(2)で定義されるFn2が39.0以上であり、
前記リム部の踏面に垂直な断面におけるパーライトの総面積率は95.0%以上であり、
前記リム部の前記踏面に垂直な断面の前記パーライトのうち、縦20μm×横20μmの矩形の観察視野において、縦方向に0.5μmピッチで40等分し、横方向に0.5μmピッチで40等分して、40×40個の微小領域を区画し、前記微小領域のうち、前記微小領域内に全体が収まるセメンタイトを少なくとも1つ含む前記微小領域を、球状化セメンタイト含有微小領域と定義したとき、
前記微小領域の総個数に対する、前記球状化セメンタイト含有微小領域の総個数の割合である、球状化セメンタイト含有微小領域面積率が40.0%以下である。
Fn1=30.52+6.96×C+4.96×Si+1.85×Mn+4.85×Cr+34.77×V・・・(1)
Fn2=18.18+21.82×C+2.39×Si+1.01×Mn+6.97×Cr+24.79×V・・・(2)
ここで、式(1)及び式(2)中の各元素記号には、対応する元素の含有量(質量%)が代入される。
Railway wheels according to this disclosure
With the rim
With the boss
A plate portion arranged between the rim portion and the boss portion is provided.
The chemical composition of the railway wheel is mass%.
C: 0.85 to 1.15%,
Si: 0.80% or less,
Mn: 1.50% or less,
P: 0.050% or less,
S: 0.050% or less,
Cr: 0 to 0.50%,
V: 0 to 0.10%,
Mo: 0-0.20%,
Cu: 0-0.50%,
Ni: 0 to 0.50%,
Al: 0 to 0.500% and
The rest consists of Fe and impurities
Fn1 defined by the equation (1) is 42.0 or less, and
Fn2 defined by the equation (2) is 39.0 or more, and
The total area ratio of pearlite in the cross section perpendicular to the tread of the rim portion is 95.0% or more.
Of the pearlite having a cross section perpendicular to the tread of the rim portion, in a rectangular observation field of view of 20 μm in length × 20 μm in width, it is divided into 40 equal parts at a pitch of 0.5 μm in the vertical direction and 40 at a pitch of 0.5 μm in the horizontal direction. 40 × 40 microregions were divided into equal parts, and the microregion containing at least one cementite that fits within the microregion was defined as a spheroidized cementite-containing microregion. When
The spheroidized cementite-containing microregion area ratio, which is the ratio of the total number of the spheroidized cementite-containing microregions to the total number of the microregions, is 40.0% or less.
Fn1 = 30.52 + 6.96 × C + 4.96 × Si + 1.85 × Mn + 4.85 × Cr + 34.77 × V ... (1)
Fn2 = 18.18 + 21.82 × C + 2.39 × Si + 1.01 × Mn + 6.97 × Cr + 24.79 × V ... (2)
Here, the content (mass%) of the corresponding element is substituted for each element symbol in the formula (1) and the formula (2).

本開示による鉄道車輪は、耐摩耗性に優れ、かつ、製造工程時における被削性に優れる。 The railway wheel according to the present disclosure has excellent wear resistance and excellent machinability during the manufacturing process.

図1は、鉄道車輪の中心軸を含む断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view including a central axis of a railway wheel. 図2は、球状化セメンタイト含有微小領域面積率の測定方法を説明するための観察視野の模式図である。FIG. 2 is a schematic view of an observation field of view for explaining a method of measuring the spheroidized cementite-containing minute region area ratio. 図3は、図2に示す観察視野のうち、3×3=9個の微小領域を拡大した一例を示す模式図である。FIG. 3 is a schematic view showing an example in which 3 × 3 = 9 minute regions of the observation field of view shown in FIG. 2 are enlarged. 図4は、図3中の9個の微小領域の定義を説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining the definition of the nine minute regions in FIG. 図5は、観察視野の一部のミクロ組織の一例を示す写真画像(SEM画像)の図である。FIG. 5 is a diagram of a photographic image (SEM image) showing an example of a microstructure of a part of the observation field of view. 図6は、中間品を冷却するための冷却装置の一例を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing an example of a cooling device for cooling an intermediate product.

[鉄道車輪の構成]
図1は本実施形態による鉄道車輪の中心軸を含む断面図である。図1を参照して、鉄道車輪1は円盤状であり、ボス部2と、板部3とリム部4とを備える。ボス部2は円筒状であり、鉄道車輪1の径方向(中心軸に対して垂直な方向)において、中央部に配置される。ボス部2は貫通孔21を有する。貫通孔21の中心軸は、鉄道車輪1の中心軸と一致する。貫通孔21には、図示しない鉄道車軸が挿入される。ボス部2の厚さT2は、板部3の厚さT3よりも厚い。リム部4は、鉄道車輪1の外周の縁部に形成されている。リム部4は、踏面41と、フランジ42とを含む。踏面41は、フランジ42と繋がっている。鉄道車輪1の使用時において、踏面41及びフランジ42はレール表面と接触する。リム部4の厚さT4は、板部3の厚さT3よりも厚い。板部3は、ボス部2とリム部4との間に配置され、ボス部2及びリム部4とつながっている。具体的には、板部3の内周縁部はボス部2とつながっており、板部3の外周縁部はリム部4とつながっている。板部3の厚さT3は、ボス部2の厚さT2及びリム部4の厚さT4よりも薄い。鉄道車輪1の直径は特に限定されるものではないが、たとえば、700mm〜1000mmである。
[Railway wheel configuration]
FIG. 1 is a cross-sectional view including a central axis of a railway wheel according to the present embodiment. With reference to FIG. 1, the railroad wheel 1 has a disk shape and includes a boss portion 2, a plate portion 3, and a rim portion 4. The boss portion 2 has a cylindrical shape and is arranged at the center portion in the radial direction (direction perpendicular to the central axis) of the railway wheel 1. The boss portion 2 has a through hole 21. The central axis of the through hole 21 coincides with the central axis of the railway wheel 1. A railway axle (not shown) is inserted into the through hole 21. The thickness T2 of the boss portion 2 is thicker than the thickness T3 of the plate portion 3. The rim portion 4 is formed on the outer peripheral edge portion of the railway wheel 1. The rim portion 4 includes a tread surface 41 and a flange 42. The tread 41 is connected to the flange 42. When the railroad wheel 1 is used, the tread 41 and the flange 42 come into contact with the rail surface. The thickness T4 of the rim portion 4 is thicker than the thickness T3 of the plate portion 3. The plate portion 3 is arranged between the boss portion 2 and the rim portion 4, and is connected to the boss portion 2 and the rim portion 4. Specifically, the inner peripheral edge portion of the plate portion 3 is connected to the boss portion 2, and the outer peripheral edge portion of the plate portion 3 is connected to the rim portion 4. The thickness T3 of the plate portion 3 is thinner than the thickness T2 of the boss portion 2 and the thickness T4 of the rim portion 4. The diameter of the railroad wheel 1 is not particularly limited, but is, for example, 700 mm to 1000 mm.

本発明者らは、耐摩耗性及び被削性を両立できる、鉄道車輪について検討を行った。初めに、本発明者らは、質量%で、C:0.85〜1.15%、Si:0.80%以下、Mn:1.50%以下、P:0.050%以下、S:0.050%以下、Cr:0〜0.50%、V:0〜0.10%、Mo:0〜0.20%、Cu:0〜0.50%、Ni:0〜0.50%、Al:0〜0.500%、及び、残部がFe及び不純物からなる化学組成であれば、耐摩耗性及び被削性を両立できる可能性があると考えた。 The present inventors have studied a railway wheel that can achieve both wear resistance and machinability. First, the present inventors, in terms of mass%, C: 0.85 to 1.15%, Si: 0.80% or less, Mn: 1.50% or less, P: 0.050% or less, S: 0.050% or less, Cr: 0 to 0.50%, V: 0 to 0.10%, Mo: 0 to 0.20%, Cu: 0 to 0.50%, Ni: 0 to 0.50% , Al: 0 to 0.500%, and if the balance is a chemical composition composed of Fe and impurities, it is considered that there is a possibility that both wear resistance and machinability can be achieved at the same time.

ところで、鉄道車輪の被削性を高めるためには、踏面焼入れにより形成されるマルテンサイトの硬さが抑えられるのが好ましい。さらに、鉄道車輪の耐摩耗性を高めるには、パーライトの硬さを高めるのが好ましい。そこで、マルテンサイト層の硬さを抑えつつ、パーライトの硬さを高める方法を化学組成の観点から検討した。その結果、次の式(1)で定義されるFn1が42.0以下であり、式(2)で定義されるFn2が39.0以上であれば、踏面焼入れにより形成されるマルテンサイト層の硬さが過剰に高くなるのを抑えつつ、かつ、パーライトの硬さを高めることができることを見出した。
Fn1=30.52+6.96×C+4.96×Si+1.85×Mn+4.85×Cr+34.77×V・・・(1)
Fn2=18.18+21.82×C+2.39×Si+1.01×Mn+6.97×Cr+24.79×V・・・(2)
ここで、式(1)及び式(2)中の各元素記号には、対応する元素の含有量(質量%)が代入される。
By the way, in order to improve the machinability of railway wheels, it is preferable that the hardness of martensite formed by tread quenching is suppressed. Further, in order to increase the wear resistance of the railway wheel, it is preferable to increase the hardness of pearlite. Therefore, a method for increasing the hardness of pearlite while suppressing the hardness of the martensite layer was investigated from the viewpoint of chemical composition. As a result, if Fn1 defined by the following formula (1) is 42.0 or less and Fn2 defined by the formula (2) is 39.0 or more, the martensite layer formed by tread quenching It has been found that the hardness of pearlite can be increased while suppressing the hardness from becoming excessively high.
Fn1 = 30.52 + 6.96 × C + 4.96 × Si + 1.85 × Mn + 4.85 × Cr + 34.77 × V ... (1)
Fn2 = 18.18 + 21.82 × C + 2.39 × Si + 1.01 × Mn + 6.97 × Cr + 24.79 × V ... (2)
Here, the content (mass%) of the corresponding element is substituted for each element symbol in the formula (1) and the formula (2).

しかしながら、化学組成が上述の範囲内であり、かつ、Fn1が42.0以下であり、かつ、Fn2が39.0以上であっても、耐摩耗性が低い場合があった。そこで、本発明者らはさらに検討を行った。その結果、本発明者らは、次の知見を得た。 However, even if the chemical composition is within the above range, Fn1 is 42.0 or less, and Fn2 is 39.0 or more, the wear resistance may be low. Therefore, the present inventors further investigated. As a result, the present inventors obtained the following findings.

過共析鋼からなる鉄道車輪の製造工程において、踏面焼入れ後の焼戻しは必須の工程となる。焼戻しにおいて、焼戻し温度が高いほど、マルテンサイト(焼戻しマルテンサイト)の硬さが低くなり、被削性が高まる。したがって、過共析鋼からなる鉄道車輪の場合、マルテンサイトの硬さを低くして被削性を高めるために、焼戻し温度を高くするのが好ましいように考えられる。 Tempering after tread quenching is an indispensable process in the manufacturing process of railway wheels made of hypereutectoid steel. In tempering, the higher the tempering temperature, the lower the hardness of martensite (tempering martensite) and the higher the machinability. Therefore, in the case of railway wheels made of hypereutectoid steel, it seems preferable to raise the tempering temperature in order to lower the hardness of martensite and improve the machinability.

しかしながら、過共析鋼からなる鉄道車輪において、焼戻し温度が高すぎれば、パーライトのラメラが崩れ、パーライト中のセメンタイトが球状化してしまう。セメンタイトが過剰に球状化すれば、化学組成が上述の範囲内であり、かつ、Fn1が42.0以下であり、かつ、Fn2が39.0以上であっても、鉄道車輪の耐摩耗性が低くなる。 However, in railway wheels made of hypereutectoid steel, if the tempering temperature is too high, the pearlite lamellae will collapse and the cementite in the pearlite will spheroidize. If cementite is excessively spheroidized, the wear resistance of the railway wheel becomes high even if the chemical composition is within the above range, Fn1 is 42.0 or less, and Fn2 is 39.0 or more. It gets lower.

そこで、本発明者らは、過共析鋼からなる鉄道車輪において、被削性と耐摩耗性とを両立可能なミクロ組織の形態についてさらに検討を行った。その結果、次の事項が判明した。 Therefore, the present inventors further investigated the form of a microstructure capable of achieving both machinability and wear resistance in a railway wheel made of hypereutectoid steel. As a result, the following matters were found.

過共析鋼の鉄道車輪のリム部の踏面に垂直な断面中のパーライト領域に注目する。このパーライト領域のうち、縦20μm×横20μmの矩形の観察視野において、縦方向に0.5μmピッチで40等分し、横方向に0.5μmピッチで40等分して、40×40個の微小領域を区画する。そして、これらの微小領域のうち、微小領域内に全体が収まるセメンタイト(球状化セメンタイト)を少なくとも1つ含む微小領域を、「球状化セメンタイト含有微小領域」と定義する。ここで、「微小領域内に全体が収まるセメンタイトを少なくとも1つ含む」とは、複数のセメンタイトのうち、少なくとも1つのセメンタイト全体が、微小領域内に収まっていることを意味する。つまり、微小領域内から一部でもはみ出るセメンタイトは、「微小領域内に全体が収まるセメンタイト」に該当しない。 Note the pearlite region in the cross section perpendicular to the tread of the rim of the hypereutectoid steel railroad wheel. In this pearlite region, in a rectangular observation field of 20 μm in length × 20 μm in width, 40 equal parts are divided into 40 equal parts at a pitch of 0.5 μm in the vertical direction and 40 equal parts at a pitch of 0.5 μm in the horizontal direction. Partition a small area. Then, among these microregions, a microregion containing at least one cementite (spheroidized cementite) that can be entirely contained within the microregion is defined as a “spheroidized cementite-containing microregion”. Here, "containing at least one cementite that can be entirely contained in the minute region" means that at least one cementite among the plurality of cementites is completely contained in the minute region. That is, cementite that partially protrudes from the minute region does not fall under "cementite that fits entirely within the minute region".

さらに、球状化セメンタイト含有微小領域面積率(%)を次の式で定義する。
球状化セメンタイト含有微小領域面積率(%)=球状化セメンタイト含有微小領域の総個数/微小領域の総個数×100
Further, the spheroidized cementite-containing minute region area ratio (%) is defined by the following equation.
Spheroidized cementite-containing microregion area ratio (%) = total number of spheroidized cementite-containing microregions / total number of microregions x 100

上記式で定義された球状化セメンタイト含有微小領域面積率が40.0%以下であれば、高い被削性及び高い耐摩耗性の両立が可能であることを本発明者らは見出した。以上の知見に基づいて完成した本実施形態の鉄道車輪は次の構成を備える。 The present inventors have found that when the spheroidized cementite-containing minute region area ratio defined by the above formula is 40.0% or less, both high machinability and high wear resistance can be achieved at the same time. The railway wheel of the present embodiment completed based on the above findings has the following configuration.

[1]
鉄道車輪であって、
リム部と、
ボス部と、
前記リム部と前記ボス部との間に配置される板部とを備え、
前記鉄道車輪の化学組成は、質量%で、
C:0.85〜1.15%、
Si:0.80%以下、
Mn:1.50%以下、
P:0.050%以下、
S:0.050%以下、
Cr:0〜0.50%、
V:0〜0.10%、
Mo:0〜0.20%、
Cu:0〜0.50%、
Ni:0〜0.50%、
Al:0〜0.500%、及び、
残部がFe及び不純物からなり、
式(1)で定義されるFn1が42.0以下であり、
式(2)で定義されるFn2が39.0以上であり、
前記リム部の踏面に垂直な断面におけるパーライトの総面積率は95.0%以上であり、
前記リム部の前記踏面に垂直な断面の前記パーライトのうち、縦20μm×横20μmの矩形の観察視野において、縦方向に0.5μmピッチで40等分し、横方向に0.5μmピッチで40等分して、40×40個の微小領域を区画し、前記微小領域のうち、前記微小領域内に全体が収まるセメンタイトを少なくとも1つ含む前記微小領域を、球状化セメンタイト含有微小領域と定義したとき、
前記微小領域の総個数に対する、前記球状化セメンタイト含有微小領域の総個数の割合である、球状化セメンタイト含有微小領域面積率が40.0%以下である、
鉄道車輪。
Fn1=30.52+6.96×C+4.96×Si+1.85×Mn+4.85×Cr+34.77×V・・・(1)
Fn2=18.18+21.82×C+2.39×Si+1.01×Mn+6.97×Cr+24.79×V・・・(2)
ここで、式(1)及び式(2)中の各元素記号には、対応する元素の含有量(質量%)が代入される。
[1]
Railroad wheels
With the rim
With the boss
A plate portion arranged between the rim portion and the boss portion is provided.
The chemical composition of the railway wheel is mass%.
C: 0.85 to 1.15%,
Si: 0.80% or less,
Mn: 1.50% or less,
P: 0.050% or less,
S: 0.050% or less,
Cr: 0 to 0.50%,
V: 0 to 0.10%,
Mo: 0-0.20%,
Cu: 0-0.50%,
Ni: 0 to 0.50%,
Al: 0 to 0.500% and
The rest consists of Fe and impurities
Fn1 defined by the equation (1) is 42.0 or less, and
Fn2 defined by the equation (2) is 39.0 or more, and
The total area ratio of pearlite in the cross section perpendicular to the tread of the rim portion is 95.0% or more.
Of the pearlite having a cross section perpendicular to the tread of the rim portion, in a rectangular observation field of view of 20 μm in length × 20 μm in width, it is divided into 40 equal parts at a pitch of 0.5 μm in the vertical direction and 40 at a pitch of 0.5 μm in the horizontal direction. 40 × 40 microregions were divided into equal parts, and the microregion containing at least one cementite that fits within the microregion was defined as a spheroidized cementite-containing microregion. When
The spheroidized cementite-containing microregion area ratio, which is the ratio of the total number of the spheroidized cementite-containing microregions to the total number of the microregions, is 40.0% or less.
Railroad wheels.
Fn1 = 30.52 + 6.96 × C + 4.96 × Si + 1.85 × Mn + 4.85 × Cr + 34.77 × V ... (1)
Fn2 = 18.18 + 21.82 × C + 2.39 × Si + 1.01 × Mn + 6.97 × Cr + 24.79 × V ... (2)
Here, the content (mass%) of the corresponding element is substituted for each element symbol in the formula (1) and the formula (2).

[2]
[1]に記載の鉄道車輪であって、
前記鉄道車輪の化学組成は、
Al:0.010〜0.500%を含有する、
鉄道車輪。
[2]
The railway wheel according to [1].
The chemical composition of the railway wheel is
Al: Containing 0.010 to 0.500%,
Railroad wheels.

[3]
[1]又は[2]に記載の鉄道車輪であって、
前記鉄道車輪の化学組成は、
Cr:0.01〜0.50%、
V:0.01〜0.10%、
Mo:0.01〜0.20%、
Cu:0.01〜0.50%、及び、
Ni:0.01〜0.50%からなる群から選択される1元素又は2元素以上を含有する、
鉄道車輪。
[3]
The railway wheel according to [1] or [2].
The chemical composition of the railway wheel is
Cr: 0.01-0.50%,
V: 0.01 to 0.10%,
Mo: 0.01 to 0.20%,
Cu: 0.01 to 0.50%, and
Ni: Contains one element or two or more elements selected from the group consisting of 0.01 to 0.50%.
Railroad wheels.

以下、本実施形態の鉄道車輪について詳述する。本明細書において、元素に関する「%」は、特に断りがない限り、質量%を意味する。 Hereinafter, the railway wheels of the present embodiment will be described in detail. In the present specification, "%" for an element means mass% unless otherwise specified.

[鉄道車輪の化学組成]
本実施形態の鉄道車輪1は、図1に示すとおり、ボス部2と、板部3と、リム部4とを備える。板部3は、リム部4とボス部2との間に配置される。本実施形態の鉄道車輪1の化学組成は、次の元素を含有する。
[Chemical composition of railway wheels]
As shown in FIG. 1, the railway wheel 1 of the present embodiment includes a boss portion 2, a plate portion 3, and a rim portion 4. The plate portion 3 is arranged between the rim portion 4 and the boss portion 2. The chemical composition of the railway wheel 1 of the present embodiment contains the following elements.

C:0.85〜1.15%
炭素(C)は、鋼の硬度を高め、鉄道車輪1の耐摩耗性を高める。C含有量が0.85%未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、この効果が得られない。一方、C含有量が1.15%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、初析セメンタイトが過剰に生成して、鉄道車輪1の靱性が低下する。したがって、C含有量は0.85〜1.15%である。C含有量の好ましい下限は0.86%であり、さらに好ましくは0.87%である。C含有量の好ましい上限は1.10%であり、さらに好ましくは1.05%であり、さらに好ましくは1.00%であり、さらに好ましくは0.95%である。
C: 0.85 to 1.15%
Carbon (C) increases the hardness of steel and enhances the wear resistance of the railway wheel 1. If the C content is less than 0.85%, this effect cannot be obtained even if the content of other elements is within the range of this embodiment. On the other hand, if the C content exceeds 1.15%, even if the content of other elements is within the range of the present embodiment, pro-eutectoid cementite is excessively generated, and the toughness of the railway wheel 1 is lowered. Therefore, the C content is 0.85 to 1.15%. The lower limit of the C content is preferably 0.86%, more preferably 0.87%. The preferable upper limit of the C content is 1.10%, more preferably 1.05%, still more preferably 1.00%, still more preferably 0.95%.

Si:0.80%以下
シリコン(Si)は不可避に含有される。つまり、Si含有量は0%超である。Siは、フェライトを固溶強化して鋼の硬さを高める。しかしながら、Si含有量が0.80%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼の焼入れ性が高くなりすぎ、マルテンサイトが生成しやすくなる。この場合、踏面焼入れ時に踏面41上に形成される焼入れ層の厚みが増大する。その結果、切削量が増大して歩留りが低下する。Si含有量が0.80%を超えればさらに、鉄道車輪1の使用中に、ブレーキとの間に発生する摩擦熱によりリム部4に焼きが入る。この場合、鋼の耐き裂性が低下する場合がある。したがって、Si含有量は0.80%以下である。Si含有量の好ましい上限は0.78%であり、さらに好ましくは0.75%であり、さらに好ましくは0.70%であり、さらに好ましくは0.50%である。Si含有量の下限は特に制限されない。しかしながら、Si含有量の過剰な低減は製造コストを高める。したがって、Si含有量の好ましい下限は0.01%であり、さらに好ましくは0.05%である。鋼の硬さを高める観点では、Si含有量のさらに好ましい下限は0.10%であり、さらに好ましくは0.15%である。
Si: 0.80% or less Silicon (Si) is inevitably contained. That is, the Si content is more than 0%. Si enhances the hardness of steel by solid solution strengthening ferrite. However, if the Si content exceeds 0.80%, the hardenability of the steel becomes too high and martensite is likely to be generated even if the content of other elements is within the range of the present embodiment. In this case, the thickness of the quenching layer formed on the tread 41 at the time of tread quenching increases. As a result, the cutting amount increases and the yield decreases. If the Si content exceeds 0.80%, the rim portion 4 is further burned by the frictional heat generated between the railroad wheels 1 and the brakes during use. In this case, the crack resistance of the steel may decrease. Therefore, the Si content is 0.80% or less. The preferred upper limit of the Si content is 0.78%, more preferably 0.75%, still more preferably 0.70%, still more preferably 0.50%. The lower limit of the Si content is not particularly limited. However, excessive reduction of Si content increases manufacturing costs. Therefore, the preferred lower limit of the Si content is 0.01%, more preferably 0.05%. From the viewpoint of increasing the hardness of the steel, the lower limit of the Si content is more preferably 0.10%, still more preferably 0.15%.

Mn:1.50%以下
マンガン(Mn)は不可避に含有される。つまり、Mn含有量は0%超である。Mnはフェライトを固溶強化して鋼の硬さを高める。Mnはさらに、MnSを形成し、鋼の被削性を高める。しかしながら、Mn含有量が1.50%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼の焼入れ性が高くなりすぎる。この場合、マルテンサイト層の厚みが増大する。その結果、切削量が増大して歩留りが低下する。さらに、鉄道車輪1の使用時に、ブレーキとの間に発生する摩擦熱によりリム部4に焼きが入る。この場合、鋼の耐き裂性が低下する場合がある。したがって、Mn含有量は1.50%以下である。Mn含有量の好ましい上限は1.40%であり、さらに好ましくは1.30%であり、さらに好ましくは1.20%であり、さらに好ましくは1.10%であり、さらに好ましくは1.00%である。鋼の硬さを高める観点では、Mn含有量の好ましい下限は0.10%であり、さらに好ましくは0.30%であり、さらに好ましくは0.50%であり、さらに好ましくは0.60%であり、さらに好ましくは0.70%である。
Mn: 1.50% or less Manganese (Mn) is inevitably contained. That is, the Mn content is more than 0%. Mn strengthens ferrite by solid solution to increase the hardness of steel. Mn further forms MnS and enhances the machinability of steel. However, if the Mn content exceeds 1.50%, the hardenability of the steel becomes too high even if the content of other elements is within the range of the present embodiment. In this case, the thickness of the martensite layer increases. As a result, the cutting amount increases and the yield decreases. Further, when the railroad wheel 1 is used, the rim portion 4 is burnt due to the frictional heat generated between the railroad wheel 1 and the brake. In this case, the crack resistance of the steel may decrease. Therefore, the Mn content is 1.50% or less. The preferred upper limit of the Mn content is 1.40%, more preferably 1.30%, still more preferably 1.20%, still more preferably 1.10%, still more preferably 1.00%. %. From the viewpoint of increasing the hardness of the steel, the preferable lower limit of the Mn content is 0.10%, more preferably 0.30%, further preferably 0.50%, still more preferably 0.60%. It is more preferably 0.70%.

P:0.050%以下
りん(P)は、不可避に含有される不純物である。つまり、P含有量は0%超である。Pは粒界に偏析して鋼の靭性を低下させる。したがって、P含有量は0.050%以下である。P含有量の好ましい上限は0.030%であり、さらに好ましくは0.020%である。P含有量はなるべく低い方が好ましい。しかしながら、P含有量の過剰な低減は製造コストを高める。したがって、通常の工業生産を考慮した場合、P含有量の好ましい下限は0.001%であり、さらに好ましくは0.002%である。
P: 0.050% or less Phosphorus (P) is an impurity that is inevitably contained. That is, the P content is more than 0%. P segregates at the grain boundaries and reduces the toughness of the steel. Therefore, the P content is 0.050% or less. The preferred upper limit of the P content is 0.030%, more preferably 0.020%. The P content is preferably as low as possible. However, excessive reduction of P content increases manufacturing costs. Therefore, when considering normal industrial production, the preferable lower limit of the P content is 0.001%, and more preferably 0.002%.

S:0.050%以下
硫黄(S)は、不可避に含有される。つまり、S含有量は0%超である。SはMnSを形成し、鋼の被削性を高める。一方、S含有量が高すぎれば、鋼の靭性が低下する。したがって、S含有量は0.050%以下である。S含有量の好ましい上限は0.035%であり、さらに好ましくは0.020%である。S含有量の過剰な低減は製造コストを高める。したがって、S含有量の好ましい下限は0.001%であり、さらに好ましくは0.002%であり、さらに好ましい下限は0.005%である。
S: 0.050% or less Sulfur (S) is inevitably contained. That is, the S content is more than 0%. S forms MnS and enhances the machinability of steel. On the other hand, if the S content is too high, the toughness of the steel will decrease. Therefore, the S content is 0.050% or less. The preferred upper limit of the S content is 0.035%, more preferably 0.020%. Excessive reduction of S content increases manufacturing costs. Therefore, the preferred lower limit of the S content is 0.001%, more preferably 0.002%, and even more preferably 0.005%.

本実施形態による鉄道車輪1の化学組成の残部は、Fe及び不純物からなる。ここで、不純物とは、上記鉄道車輪1を工業的に製造する際に、原料としての鉱石、スクラップ、又は製造環境などから混入されるものであって、本実施形態の鉄道車輪1に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。上述の不純物以外の不純物はたとえば、N:0.0150%以下、O:0.0070%以下等である。 The balance of the chemical composition of the railway wheel 1 according to the present embodiment is composed of Fe and impurities. Here, the impurities are those mixed from ore, scrap, manufacturing environment, etc. as a raw material when the railway wheel 1 is industrially manufactured, and adversely affect the railway wheel 1 of the present embodiment. It means what is allowed within the range not given. Impurities other than the above-mentioned impurities are, for example, N: 0.0150% or less, O: 0.0070% or less, and the like.

[任意元素(Optional Elements)について]
本実施形態の鉄道車輪1の化学組成はさらに、Feの一部に代えて、Cr、V、Mo、Cu、及び、Niからなる群から選択される1元素又は2元素以上を含有してもよい。これらの元素はいずれも、パーライトの硬さを高める。
[About Optional Elements]
The chemical composition of the railway wheel 1 of the present embodiment may further contain one element or two or more elements selected from the group consisting of Cr, V, Mo, Cu, and Ni instead of a part of Fe. Good. Both of these elements increase the hardness of pearlite.

Cr:0〜0.50%
クロム(Cr)は、任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Cr含有量は0%であってもよい。含有される場合、Crは、パーライトのラメラ間隔を狭める。これにより、パーライトの硬さが増大して、鉄道車輪1の耐摩耗性が高まる。Crが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Cr含有量が0.50%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、焼入れ性が過剰に高くなり、踏面焼入れ後のマルテンサイト層の厚さが過剰に増大する。この場合、切削量が多くなり、歩留まりが低下する。したがって、Cr含有量は0〜0.50%である。Cr含有量の好ましい下限は0%超であり、さらに好ましくは0.01%であり、さらに好ましくは0.03%である。Cr含有量の好ましい上限は0.40%であり、さらに好ましくは0.20%である。
Cr: 0 to 0.50%
Chromium (Cr) is an optional element and may not be contained. That is, the Cr content may be 0%. When included, Cr narrows the lamella spacing of perlite. As a result, the hardness of the pearlite is increased, and the wear resistance of the railway wheel 1 is increased. If even a small amount of Cr is contained, the above effect can be obtained to some extent. However, if the Cr content exceeds 0.50%, the hardenability becomes excessively high even if the content of other elements is within the range of the present embodiment, and the thickness of the martensite layer after tread quenching becomes thick. Excessively increase. In this case, the amount of cutting increases and the yield decreases. Therefore, the Cr content is 0 to 0.50%. The lower limit of the Cr content is preferably more than 0%, more preferably 0.01%, still more preferably 0.03%. The preferred upper limit of the Cr content is 0.40%, more preferably 0.20%.

V:0〜0.10%
バナジウム(V)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、V含有量は0%であってもよい。含有される場合、Vは、炭化物、窒化物、及び炭窒化物のいずれかを形成して、鋼(具体的にはパーライト中のフェライト)を析出強化する。その結果、パーライトの硬さが増大して、鉄道車輪1の耐摩耗性が高まる。Vが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、V含有量が0.10%を超えれば、焼入れ性が過剰に高くなり、踏面焼入れ後のマルテンサイト層の厚さが過剰に増大する。したがって、V含有量は0〜0.10%である。V含有量の好ましい下限は0%超であり、さらに好ましくは0.01%であり、さらに好ましくは0.02%であり、さらに好ましくは0.03%である。V含有量の好ましい上限は0.09%であり、さらに好ましくは0.08%である。
V: 0 to 0.10%
Vanadium (V) is an optional element and may not be contained. That is, the V content may be 0%. When contained, V forms any of carbides, nitrides, and carbonitrides to precipitate and reinforce steel (specifically, ferrite in pearlite). As a result, the hardness of the pearlite is increased, and the wear resistance of the railway wheel 1 is increased. If even a small amount of V is contained, the above effect can be obtained to some extent. However, if the V content exceeds 0.10%, the hardenability becomes excessively high, and the thickness of the martensite layer after tread quenching becomes excessively high. Therefore, the V content is 0 to 0.10%. The preferable lower limit of the V content is more than 0%, more preferably 0.01%, still more preferably 0.02%, still more preferably 0.03%. The preferred upper limit of the V content is 0.09%, more preferably 0.08%.

Mo:0〜0.20%
モリブデン(Mo)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Mo含有量は0%であってもよい。含有される場合、Moは、パーライト中のフェライトを固溶強化する。その結果、パーライトの硬さが増大して、鉄道車輪1の耐摩耗性が高まる。Moが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Mo含有量が0.20%を超えれば、焼入れ性が過剰に高くなり、踏面焼入れ後のマルテンサイト層の厚さが過剰に増大する。したがって、Mo含有量は0〜0.20%である。Mo含有量の好ましい下限は0%超であり、さらに好ましくは0.01%であり、さらに好ましくは0.02%であり、さらに好ましくは0.03%である。Mo含有量の好ましい上限は0.10%であり、さらに好ましくは0.07%であり、さらに好ましくは0.05%である。
Mo: 0-0.20%
Molybdenum (Mo) is an optional element and may not be contained. That is, the Mo content may be 0%. When contained, Mo dissolves and strengthens ferrite in pearlite. As a result, the hardness of the pearlite is increased, and the wear resistance of the railway wheel 1 is increased. If even a small amount of Mo is contained, the above effect can be obtained to some extent. However, if the Mo content exceeds 0.20%, the hardenability becomes excessively high, and the thickness of the martensite layer after tread quenching becomes excessively high. Therefore, the Mo content is 0 to 0.20%. The lower limit of the Mo content is more than 0%, more preferably 0.01%, still more preferably 0.02%, still more preferably 0.03%. The preferred upper limit of the Mo content is 0.10%, more preferably 0.07%, still more preferably 0.05%.

Cu:0〜0.50%
銅(Cu)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Cu含有量は0%であってもよい。含有される場合、Cuは、パーライト中のフェライトを固溶強化する。その結果、パーライトの硬さが増大して、鉄道車輪1の耐摩耗性が高まる。Cuが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Cu含有量が0.50%を超えれば、鋳造時又は熱間加工時に表面割れが発生しやすくなる。したがって、Cu含有量は0〜0.50%である。Cu含有量の好ましい下限は0%超であり、さらに好ましくは0.01%であり、さらに好ましくは0.02%であり、さらに好ましくは0.03%である。Cu含有量の好ましい上限は0.40%であり、さらに好ましくは0.25%であり、さらに好ましくは0.10%である。
Cu: 0 to 0.50%
Copper (Cu) is an optional element and may not be contained. That is, the Cu content may be 0%. When contained, Cu dissolves and strengthens ferrite in pearlite. As a result, the hardness of the pearlite is increased, and the wear resistance of the railway wheel 1 is increased. If even a small amount of Cu is contained, the above effect can be obtained to some extent. However, if the Cu content exceeds 0.50%, surface cracks are likely to occur during casting or hot working. Therefore, the Cu content is 0 to 0.50%. The lower limit of the Cu content is more than 0%, more preferably 0.01%, still more preferably 0.02%, still more preferably 0.03%. The preferred upper limit of the Cu content is 0.40%, more preferably 0.25%, still more preferably 0.10%.

Ni:0〜0.50%
ニッケル(Ni)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ni含有量は0%であってもよい。含有される場合、Niはパーライト中のフェライトを固溶強化する。その結果、パーライトの硬さが増大して、鉄道車輪1の耐摩耗性が高まる。Niが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ni含有量が0.50%を超えれば、焼入れ性が過剰に高くなり、踏面焼入れ後のマルテンサイト層の厚さが過剰に増大する。したがって、Ni含有量は0〜0.50%である。Ni含有量の好ましい下限は0%超であり、さらに好ましくは0.01%であり、さらに好ましくは0.02%であり、さらに好ましくは0.03%である。Ni含有量の好ましい上限は0.40%であり、さらに好ましくは0.25%であり、さらに好ましくは0.10%である。
Ni: 0 to 0.50%
Nickel (Ni) is an optional element and may not be contained. That is, the Ni content may be 0%. When contained, Ni dissolves and strengthens ferrite in pearlite. As a result, the hardness of the pearlite is increased, and the wear resistance of the railway wheel 1 is increased. If even a small amount of Ni is contained, the above effect can be obtained to some extent. However, if the Ni content exceeds 0.50%, the hardenability becomes excessively high, and the thickness of the martensite layer after tread quenching becomes excessively high. Therefore, the Ni content is 0 to 0.50%. The lower limit of the Ni content is preferably more than 0%, more preferably 0.01%, still more preferably 0.02%, still more preferably 0.03%. The preferred upper limit of the Ni content is 0.40%, more preferably 0.25%, still more preferably 0.10%.

本実施形態の鉄道車輪1の化学組成はさらに、Feの一部に代えて、Alを含有してもよい。 The chemical composition of the railway wheel 1 of the present embodiment may further contain Al instead of a part of Fe.

Al:0〜0.500%
アルミニウム(Al)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Al含有量は0%であってもよい。含有される場合、Alは初析セメンタイトの生成を抑制し、鋼の靱性を高める。Alはさらに、Nと結合してAlNを形成し、結晶粒を微細化する。結晶粒を微細化することにより、鋼の靱性がさらに高まる。Alが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Al含有量が0.500%を超えれば、製鋼工程にて粗大な非金属介在物が生成して、鋼の靱性が低下する場合がある。したがって、Al含有量は0〜0.500%である。Al含有量の好ましい下限は0%超であり、さらに好ましくは0.010%であり、さらに好ましくは0.020%であり、さらに好ましくは0.030%である。Al含有量の好ましい上限は0.400%であり、さらに好ましくは0.300%であり、さらに好ましくは、0.200%であり、さらに好ましくは0.100%である。本明細書でいうAl含有量は、酸可溶Al(sol.Al)の含有量を意味する。
Al: 0 to 0.500%
Aluminum (Al) is an optional element and may not be contained. That is, the Al content may be 0%. When contained, Al suppresses the formation of proeutectoid cementite and enhances the toughness of the steel. Al further combines with N to form AlN, which refines the crystal grains. By refining the crystal grains, the toughness of the steel is further increased. If Al is contained even in a small amount, the above effect can be obtained to some extent. However, if the Al content exceeds 0.500%, coarse non-metal inclusions may be formed in the steelmaking process, and the toughness of the steel may decrease. Therefore, the Al content is 0 to 0.500%. The lower limit of the Al content is more than 0%, more preferably 0.010%, still more preferably 0.020%, still more preferably 0.030%. The upper limit of the Al content is preferably 0.400%, more preferably 0.300%, still more preferably 0.200%, still more preferably 0.100%. The Al content as used herein means the content of acid-soluble Al (sol.Al).

[Fn1について]
本実施形態の鉄道車輪1の化学組成はさらに、式(1)で定義されるFn1が42.0以下である。
Fn1=30.52+6.96×C+4.96×Si+1.85×Mn+4.85×Cr+34.77×V・・・(1)
ここで、式(1)中の各元素記号には、対応する元素の含有量(質量%)が代入される。
[About Fn1]
The chemical composition of the railway wheel 1 of the present embodiment further has Fn1 defined by the formula (1) of 42.0 or less.
Fn1 = 30.52 + 6.96 × C + 4.96 × Si + 1.85 × Mn + 4.85 × Cr + 34.77 × V ... (1)
Here, the content (mass%) of the corresponding element is substituted for each element symbol in the formula (1).

Fn1は鉄道車輪1の化学組成中の各元素含有量が本実施形態の範囲内であることを前提とした、マルテンサイトの硬さの指標である。Fn1が42.0を超えれば、鉄道車輪1のマルテンサイトの硬さが高すぎる。この場合、鉄道車輪1の被削性が低下する。Fn1が42.0以下であれば、マルテンサイトの硬さが十分に低く抑えられている。そのため、化学組成中の各元素含有量が本実施形態の範囲内である鉄道車輪1において、被削性を高めることができる。 Fn1 is an index of the hardness of martensite on the premise that the content of each element in the chemical composition of the railway wheel 1 is within the range of the present embodiment. If Fn1 exceeds 42.0, the hardness of the martensite of the railway wheel 1 is too high. In this case, the machinability of the railway wheel 1 is reduced. When Fn1 is 42.0 or less, the hardness of martensite is sufficiently kept low. Therefore, the machinability can be improved in the railway wheel 1 in which the content of each element in the chemical composition is within the range of the present embodiment.

Fn1の好ましい上限は41.5であり、さらに好ましくは41.0であり、さらに好ましくは40.5であり、さらに好ましくは40.0である。Fn1は、対応する元素含有量を式(1)に代入して得られた値の小数第二位を四捨五入して得られた値である。 The preferred upper limit of Fn1 is 41.5, more preferably 41.0, even more preferably 40.5, still more preferably 40.0. Fn1 is a value obtained by rounding off the second decimal place of the value obtained by substituting the corresponding element content into the equation (1).

[Fn2について]
本実施形態の鉄道車輪1の化学組成はさらに、式(2)で定義されるFn2が39.0以上である。
Fn2=18.18+21.82×C+2.39×Si+1.01×Mn+6.97×Cr+24.79×V・・・(2)
ここで、式(2)中の各元素記号には、対応する元素の含有量(質量%)が代入される。
[About Fn2]
The chemical composition of the railway wheel 1 of the present embodiment further has Fn2 defined by the formula (2) of 39.0 or more.
Fn2 = 18.18 + 21.82 × C + 2.39 × Si + 1.01 × Mn + 6.97 × Cr + 24.79 × V ... (2)
Here, the content (mass%) of the corresponding element is substituted for each element symbol in the formula (2).

Fn2は鉄道車輪1の化学組成中の各元素含有量が本実施形態の範囲内であることを前提とした、パーライトの硬さの指標である。Fn2が39.0未満であれば、鉄道車輪1のパーライトの硬さが低すぎる。この場合、鉄道車輪1の耐摩耗性が低下する。Fn2が39.0以上であれば、パーライトの硬さが十分に高い。そのため、化学組成中の各元素含有量が本実施形態の範囲内である鉄道車輪1において、耐摩耗性を高めることができる。 Fn2 is an index of the hardness of pearlite on the premise that the content of each element in the chemical composition of the railway wheel 1 is within the range of the present embodiment. If Fn2 is less than 39.0, the hardness of the pearlite of the railway wheel 1 is too low. In this case, the wear resistance of the railway wheel 1 is lowered. When Fn2 is 39.0 or more, the hardness of pearlite is sufficiently high. Therefore, it is possible to improve the wear resistance of the railway wheel 1 in which the content of each element in the chemical composition is within the range of the present embodiment.

Fn2の好ましい下限は39.5であり、さらに好ましくは40.0であり、さらに好ましくは40.5であり、さらに好ましくは41.0である。Fn2は、対応する元素含有量を式(2)に代入して得られた値の小数第二位を四捨五入して得られた値である。 The preferred lower limit of Fn2 is 39.5, more preferably 40.0, even more preferably 40.5, still more preferably 41.0. Fn2 is a value obtained by rounding off the second decimal place of the value obtained by substituting the corresponding element content into the equation (2).

[鉄道車輪1のミクロ組織におけるパーライト総面積率]
本実施形態の鉄道車輪1のリム部4のミクロ組織において、踏面41に垂直な断面におけるパーライトの総面積率は95.0%以上である。ここで、踏面41に垂直な断面は、踏面41から踏面41の垂直方向に深さ15mmの範囲内の任意の面とする。リム部4のミクロ組織において、パーライト以外の相は、マルテンサイト、ベイナイト、フェライト及び初析セメンタイトの少なくとも1種以上である。
[Total area ratio of pearlite in the microstructure of railway wheel 1]
In the microstructure of the rim portion 4 of the railway wheel 1 of the present embodiment, the total area ratio of pearlite in the cross section perpendicular to the tread 41 is 95.0% or more. Here, the cross section perpendicular to the tread 41 is an arbitrary surface within a depth of 15 mm in the vertical direction from the tread 41 to the tread 41. In the microstructure of the rim portion 4, the phase other than pearlite is at least one of martensite, bainite, ferrite and proeutectoid cementite.

好ましくは、本実施形態の鉄道車輪1のボス部2のミクロ組織では、パーライトの総面積率は95.0%以上である。ボス部2のミクロ組織において、パーライト以外の相は、マルテンサイト、ベイナイト、フェライト及び初析セメンタイトの少なくとも1種以上である。 Preferably, in the microstructure of the boss portion 2 of the railway wheel 1 of the present embodiment, the total area ratio of pearlite is 95.0% or more. In the microstructure of the boss portion 2, the phase other than pearlite is at least one of martensite, bainite, ferrite and proeutectoid cementite.

好ましくは、本実施形態の鉄道車輪1の板部3のミクロ組織では、パーライトの総面積率は95.0%以上である。板部3のミクロ組織において、パーライト以外の相は、マルテンサイト、ベイナイト、フェライト及び初析セメンタイトの少なくとも1種以上である。 Preferably, in the microstructure of the plate portion 3 of the railway wheel 1 of the present embodiment, the total area ratio of pearlite is 95.0% or more. In the microstructure of the plate portion 3, the phase other than pearlite is at least one of martensite, bainite, ferrite and proeutectoid cementite.

リム部4のミクロ組織におけるパーライトの総面積率は、次の方法で求める。リム部4の踏面41から踏面41の垂直方向に深さ15mmの範囲内から、踏面41に垂直な断面を有するサンプルを採取する。サンプルのうち、踏面41に垂直な断面を、観察面と定義する。観察面を機械研磨により鏡面仕上げする。鏡面仕上げされた観察面に対して、硝酸とエタノールとの混合溶液を用いたエッチングを実施する。エッチング後のサンプルの観察面内の任意の1視野(200μm×200μm)に対して、500倍の光学顕微鏡を用いて写真画像を生成する。観察面において、パーライトと、他の相(マルテンサイト等)とは、コントラストが異なる。そのため、ミクロ組織の各相はコントラストに基づいて、判別可能である。そこで、コントラストに基づいて、パーライトを特定する。パーライトの総面積率は、特定されたパーライトの総面積と観察視野の面積(40000μm)とに基づいて求める。 The total area ratio of pearlite in the microstructure of the rim portion 4 is determined by the following method. A sample having a cross section perpendicular to the tread 41 is collected from a depth of 15 mm in the direction perpendicular to the tread 41 of the rim portion 4. Of the samples, the cross section perpendicular to the tread 41 is defined as the observation surface. The observation surface is mirror-finished by mechanical polishing. Etching using a mixed solution of nitric acid and ethanol is performed on the mirror-finished observation surface. A photographic image is generated using a 500x optical microscope for any one field of view (200 μm × 200 μm) in the observation plane of the sample after etching. On the observation surface, pearlite and other phases (such as martensite) have different contrasts. Therefore, each phase of the microstructure can be discriminated based on the contrast. Therefore, the pearlite is specified based on the contrast. The total area ratio of pearlite is determined based on the total area of the specified pearlite and the area of the observation field of view (40,000 μm 2 ).

なお、板部3のミクロ組織におけるパーライトの総面積率(%)及びボス部2のミクロ組織におけるパーライトの総面積率(%)も、リム部4のミクロ組織におけるパーライトの総面積率と同じ方法により測定できる。具体的には、板部3の厚さ方向の中央位置(図1の厚さT3の中央位置)、ボス部2(図1の厚さT2の中央位置)からサンプルを採取する。各サンプルの観察面を機械研磨により鏡面仕上げする。その後、鏡面仕上げされた観察面に対して、硝酸とエタノールとの混合溶液を用いたエッチングを実施する。エッチング後のサンプルの観察面内の任意の1視野(200μm×200μm)に対して、500倍の光学顕微鏡を用いて写真画像を生成する。観察面において、コントラストに基づいて、パーライトを特定する。パーライトの総面積率は、特定されたパーライトの総面積と観察視野の面積(40000μm)とに基づいて求める。 The total area ratio of pearlite in the microstructure of the plate portion 3 (%) and the total area ratio of pearlite in the microstructure of the boss portion 2 (%) are the same as the total area ratio of pearlite in the microstructure of the rim portion 4. Can be measured by. Specifically, a sample is taken from the center position in the thickness direction of the plate portion 3 (the center position of the thickness T3 in FIG. 1) and the boss portion 2 (the center position of the thickness T2 in FIG. 1). The observation surface of each sample is mirror-finished by mechanical polishing. Then, the mirror-finished observation surface is etched with a mixed solution of nitric acid and ethanol. A photographic image is generated using a 500x optical microscope for any one field of view (200 μm × 200 μm) in the observation plane of the sample after etching. On the observation surface, identify pearlite based on contrast. The total area ratio of pearlite is determined based on the total area of the specified pearlite and the area of the observation field of view (40,000 μm 2 ).

[球状化セメンタイト含有微小領域面積率について]
本実施形態の鉄道車輪1のリム部4において、踏面41に垂直な断面でのパーライト組織に注目する。ここで、踏面41に垂直な断面は、踏面41から踏面41の垂直方向に深さ15mmの範囲内の任意の面とする。踏面41に垂直な断面を、観察面とする。
[Regarding the area ratio of spheroidized cementite-containing minute regions]
Attention is paid to the pearlite structure in the cross section perpendicular to the tread 41 in the rim portion 4 of the railway wheel 1 of the present embodiment. Here, the cross section perpendicular to the tread 41 is an arbitrary surface within a depth of 15 mm in the vertical direction from the tread 41 to the tread 41. The cross section perpendicular to the tread 41 is used as the observation surface.

上述の観察面のパーライト組織領域中の任意の観察視野を選択する。観察視野は縦20μm×横20μmの矩形(正方形)とする。観察視野は、5000倍の走査型電子顕微鏡(SEM)により観察する。図2に示すとおり、観察視野410を、縦方向に0.5μmピッチで40等分し、横方向に0.5μmピッチで40等分する。これにより、観察視野410は、40×40=1600個の微小領域SAに区画される。 Select any observation field in the pearlite tissue region of the observation surface described above. The observation field of view is a rectangle (square) having a length of 20 μm and a width of 20 μm. The observation field of view is observed with a 5000 times scanning electron microscope (SEM). As shown in FIG. 2, the observation field of view 410 is divided into 40 equal parts at a pitch of 0.5 μm in the vertical direction and 40 equal parts at a pitch of 0.5 μm in the horizontal direction. As a result, the observation field of view 410 is divided into 40 × 40 = 1600 minute regions SA.

各微小領域SAでのセメンタイトの態様を観察する。図3は、図2に示す観察視野410のうち、3×3=9個の微小領域SAを拡大した一例を示す模式図である。図3を参照して、ハッチングされている領域はパーライト中のフェライト200を示す。図3中の白色の領域はセメンタイト100を示す。後述の説明を容易にするために、図4に示すとおり、図3中の9個の微小領域SAを、微小領域SAの配置位置に基づいて、微小領域SA11、SA12、SA13、SA21、SA22、SA23、SA31、SA32、SA33と定義する。 Observe the aspects of cementite in each microregion SA. FIG. 3 is a schematic view showing an enlarged example of 3 × 3 = 9 minute region SAs in the observation field of view 410 shown in FIG. With reference to FIG. 3, the hatched region shows ferrite 200 in pearlite. The white region in FIG. 3 shows cementite 100. In order to facilitate the explanation described later, as shown in FIG. 4, the nine microregions SA in FIG. 3 are divided into the microregions SA11, SA12, SA13, SA21, SA22, based on the arrangement position of the microregion SA. It is defined as SA23, SA31, SA32, and SA33.

図2に示す観察視野410の1600個の微小領域SAのうち、微小領域SA内に全体が収まっているセメンタイト100を少なくとも1個以上含む微小領域SAの個数をカウントする。ここで、「微小領域SA内に全体が収まるセメンタイト100」とは、セメンタイト100の全体が、1つの微小領域SA内に含まれているセメンタイト100を意味する。セメンタイト100のうち少なくとも一部が1つの微小領域SAからはみ出している場合、「微小領域SA内に全体が収まっているセメンタイト100」に相当しない。 Of the 1600 micro-regions SA of the observation field of view 410 shown in FIG. 2, the number of micro-region SAs containing at least one cementite 100 that is entirely contained within the micro-region SA is counted. Here, "cementite 100 in which the whole is contained in the minute region SA" means cementite 100 in which the entire cementite 100 is contained in one minute region SA. When at least a part of cementite 100 protrudes from one micro region SA, it does not correspond to "cementite 100 in which the whole is contained in the micro region SA".

たとえば、図3及び図4を参照して、SA11に注目する。SA11中には、セメンタイト100A〜100Fが存在する。このうち、セメンタイト100A及び100Bは、その全体が微小領域SA11内に収まっておらず、セメンタイト100A及び100Bの一部が微小領域SA11からはみ出ている。一方、セメンタイト100C〜100Fは、全体が微小領域SA11内に収まっている。 For example, note SA11 with reference to FIGS. 3 and 4. Cementite 100A-100F is present in SA11. Of these, the cementites 100A and 100B as a whole do not fit in the micro-region SA11, and a part of the cementites 100A and 100B protrudes from the micro-region SA11. On the other hand, the entire cementite 100C to 100F is contained in the minute region SA11.

微小領域SA11のように、少なくとも1つのセメンタイトの全体が微小領域SA内に収まっている微小領域SAを「球状化セメンタイト含有微小領域SAx」と定義する。図3の9個の微小領域SAのうち、微小領域SA11、SA21、SA22、SA31及びSA32は、球状化セメンタイト含有微小領域SAxに相当する。したがって、図3において、球状化セメンタイト含有微小領域SAxは5個である。 A micro-region SA in which at least one cementite is entirely contained within the micro-region SA, such as the micro-region SA11, is defined as a “spheroidized cementite-containing micro-region SAx”. Of the nine microregions SA in FIG. 3, the microregions SA11, SA21, SA22, SA31 and SA32 correspond to the spheroidized cementite-containing microregions SAx. Therefore, in FIG. 3, there are five spheroidized cementite-containing microregions SAx.

図5は、観察視野410の一部のミクロ組織の一例を示す写真画像(SEM画像)の図である。図5において、白色の領域がセメンタイト100である。黒色の領域がフェライト200である。破線で区切られた領域が微小領域SAである。そして、太枠の実線で区切られた領域が、球状化セメンタイト含有微小領域SAxに相当する。 FIG. 5 is a diagram of a photographic image (SEM image) showing an example of a part of the microstructure of the observation field of view 410. In FIG. 5, the white region is cementite 100. The black region is ferrite 200. The region separated by the broken line is the minute region SA. The region delimited by the solid line in the thick frame corresponds to the spheroidized cementite-containing microregion SAx.

以上の判定方法により、図2に示す観察視野410の1600個の微小領域SAにおいて、微小領域SA内に全体が収まるセメンタイト100を少なくとも1つ含む微小領域SAの個数をカウントする。つまり、観察視野410の微小領域SAのうち、球状化セメンタイト含有微小領域SAxの総個数をカウントする。得られた球状化セメンタイト含有微小領域SAxの総個数を用いて、次式により、球状化セメンタイト含有微小領域面積率(%)を求める。
球状化セメンタイト含有微小領域面積率(%)=球状化セメンタイト含有微小領域SAxの総個数/微小領域SAの総個数(1600個)×100
By the above determination method, in the 1600 micro-regions SA of the observation field of view 410 shown in FIG. 2, the number of micro-region SAs containing at least one cementite 100 that can be entirely contained in the micro-region SA is counted. That is, the total number of spheroidized cementite-containing microregions SAx in the microregions SA of the observation field of view 410 is counted. Using the total number of spheroidized cementite-containing microregions SAx obtained, the spheroidized cementite-containing microregion area ratio (%) is obtained by the following equation.
Spheroidized cementite-containing microregion area ratio (%) = total number of spheroidized cementite-containing microregions SAx / total number of microregions SA (1600) x 100

鉄道車輪1において、化学組成中の各元素が上述の範囲内であり、かつ、式(1)で定義されるFn1が42.0以下であり、式(2)で定義されるFn2が39.0以上であっても、球状化セメンタイト含有微小領域面積率が40.0%を超えれば、リム部4の踏面41近傍部分のパーライトにおいて十分な硬さが得られない。この場合、鉄道車輪1の耐摩耗性が低下する。 In the railway wheel 1, each element in the chemical composition is within the above range, Fn1 defined by the formula (1) is 42.0 or less, and Fn2 defined by the formula (2) is 39. Even if it is 0 or more, if the spheroidized cementite-containing minute region area ratio exceeds 40.0%, sufficient hardness cannot be obtained in the pearlite in the vicinity of the tread surface 41 of the rim portion 4. In this case, the wear resistance of the railway wheel 1 is lowered.

本実施形態の鉄道車輪1では、化学組成中の各元素が上述の範囲内であり、かつ、Fn1が42.0以下であり、Fn2が39.0以上であり、さらに、球状化セメンタイト含有微小領域面積率が40.0%以下である。そのため、優れた被削性及び優れた耐摩耗性の両立が可能である。 In the railway wheel 1 of the present embodiment, each element in the chemical composition is within the above range, Fn1 is 42.0 or less, Fn2 is 39.0 or more, and spheroidized cementite-containing minute amounts. The area area ratio is 40.0% or less. Therefore, it is possible to achieve both excellent machinability and excellent wear resistance.

球状化セメンタイト含有微小領域面積率の好ましい上限は38.0%であり、さらに好ましくは35.0%であり、さらに好ましくは30.0%であり、さらに好ましくは25.0%であり、さらに好ましくは20.0%である。 The preferred upper limit of the spheroidized cementite-containing microregional area ratio is 38.0%, more preferably 35.0%, further preferably 30.0%, still more preferably 25.0%, and further. It is preferably 20.0%.

[鉄道車輪1の製造方法]
上述の鉄道車輪1を製造する方法の一例を説明する。本製造方法は、鉄道車輪用鋼材を製造する工程(素材製造工程)と、熱間加工により、鉄道車輪用鋼材から車輪形状の中間品を成形する工程(成形工程)と、成形された中間品に対して熱処理(踏面焼入れ)を実施する工程(焼入れ工程)と、踏面焼入れ後に焼戻しを実施する工程(焼戻し工程)と、焼戻し工程後の中間品の踏面等からマルテンサイト層(焼入れ層)を切削加工により除去して鉄道車輪1とする工程(切削加工工程)とを含む。以下、各工程について説明する。
[Manufacturing method of railway wheel 1]
An example of the method for manufacturing the above-mentioned railway wheel 1 will be described. This manufacturing method includes a process of manufacturing steel materials for railway wheels (material manufacturing process), a process of forming a wheel-shaped intermediate product from steel materials for railway wheels by hot working (molding process), and a molded intermediate product. A process of performing heat treatment (quenching) (quenching process), a process of performing tempering after tread quenching (tempering process), and a martensite layer (quenching layer) from the tread surface of an intermediate product after the tempering process. It includes a process (cutting process) of removing by cutting to obtain a railroad wheel 1. Hereinafter, each step will be described.

[素材製造工程]
素材製造工程では、電気炉又は転炉等を用いて上述の化学組成を有する溶鋼を溶製する。溶鋼を鋳造して、鋳造材にする。なお、鋳造材は連続鋳造による鋳片であってもよいし、鋳型によって鋳込まれたインゴットであってもよい。
[Material manufacturing process]
In the material manufacturing process, molten steel having the above-mentioned chemical composition is melted using an electric furnace, a converter, or the like. The molten steel is cast into a casting material. The cast material may be a slab obtained by continuous casting or an ingot cast by a mold.

鋳片又はインゴットを熱間加工して、所望のサイズの鉄道車輪用鋼材を製造する。熱間加工はたとえば、熱間鍛造、熱間圧延等である。熱間圧延により鉄道車輪用鋼材を製造する場合、たとえば、次の方法で鉄道車輪用鋼材を製造する。熱間圧延ではたとえば、分塊圧延機を用いる。分塊圧延機により素材に対して分塊圧延を実施して、鉄道車輪用鋼材を製造する。分塊圧延機の下流に連続圧延機が設置されている場合、分塊圧延後の鋼材に対してさらに、連続圧延機を用いて熱間圧延を実施して、鉄道車輪用鋼材を製造してもよい。連続圧延機では、一対の水平ロールを有する水平スタンドと、一対の垂直ロールを有する垂直スタンドとが交互に一列に配列される。熱間圧延での加熱炉の加熱温度は特に限定されないが、たとえば、1100〜1350℃である。以上の製造工程により、鉄道車輪用鋼材が製造される。 The slabs or ingots are hot-worked to produce steel for railroad wheels of the desired size. Hot working is, for example, hot forging, hot rolling, and the like. When the steel material for railway wheels is manufactured by hot rolling, for example, the steel material for railway wheels is manufactured by the following method. In hot rolling, for example, a block matrix rolling mill is used. A block rolling machine is used to perform block rolling on the material to produce steel materials for railway wheels. When a continuous rolling mill is installed downstream of the block rolling mill, hot rolling is further performed on the steel material after block rolling using the continuous rolling mill to manufacture steel materials for railway wheels. May be good. In a continuous rolling mill, horizontal stands having a pair of horizontal rolls and vertical stands having a pair of vertical rolls are alternately arranged in a row. The heating temperature of the heating furnace in hot rolling is not particularly limited, but is, for example, 1100 to 1350 ° C. A steel material for railway wheels is manufactured by the above manufacturing process.

なお、鉄道車輪用鋼材は、鋳造材(鋳片又はインゴット)であってもよい。つまり、上述の熱間加工工程は省略されてもよい。以上の工程により、鉄道車輪1の素材である鉄道車輪用鋼材が製造される。 The steel material for railway wheels may be a cast material (slab or ingot). That is, the above-mentioned hot working step may be omitted. Through the above steps, a steel material for railway wheels, which is a material for railway wheels 1, is manufactured.

[成形工程]
成形工程では、準備された鉄道車輪用鋼材を用いて、熱間加工により車輪形状の中間品を成形する。中間品は車輪形状を有するため、ボス部と、板部と、踏面及びフランジを含むリム部とを備える。熱間加工はたとえば、熱間鍛造、熱間圧延等である。成形工程では、たとえば、初めに、熱間鍛造により車輪形状の粗中間品を成形する荒地鍛造を実施する。荒地鍛造後の粗中間品に対して、車輪圧延機を用いた熱間圧延を実施する。熱間圧延後の粗中間品に対して回転鍛造を実施して、ボス部に相当する中央部に貫通孔を形成する。以上の工程により、車輪形状の中間品を成形する。
[Molding process]
In the forming process, the prepared steel material for railway wheels is used to form an intermediate wheel-shaped product by hot working. Since the intermediate product has a wheel shape, it includes a boss portion, a plate portion, and a rim portion including a tread and a flange. Hot working is, for example, hot forging, hot rolling, and the like. In the forming step, for example, first, rough ground forging is performed in which a rough intermediate product having a wheel shape is formed by hot forging. Hot rolling using a wheel rolling mill is carried out on the rough intermediate product after rough terrain forging. Rotational forging is performed on the rough intermediate product after hot rolling to form a through hole in the central portion corresponding to the boss portion. Through the above steps, a wheel-shaped intermediate product is formed.

成形工程における熱間加工時の鉄道車輪用鋼材の好ましい加熱温度は1220℃以上である。この場合、熱間加工時の加熱温度の好ましい下限は1230℃であり、さらに好ましくは1250℃であり、さらに好ましくは1300℃である。熱間加工時の加熱温度の好ましい上限は1350℃である。 The preferable heating temperature of the steel material for railway wheels during hot working in the forming process is 1220 ° C. or higher. In this case, the preferable lower limit of the heating temperature during hot working is 1230 ° C, more preferably 1250 ° C, still more preferably 1300 ° C. The preferred upper limit of the heating temperature during hot working is 1350 ° C.

なお、熱間加工後の中間品の冷却方法は特に限定されない。放冷でもよいし、水冷でもよい。 The cooling method of the intermediate product after hot working is not particularly limited. It may be left to cool or water cooled.

[焼入れ工程]
焼入れ工程では、成形された車輪形状の中間品に対して踏面焼入れを実施する。具体的には、熱間加工(熱間鍛造又は熱間圧延)後の中間品をAcm変態点以上に再加熱する(再加熱処理)。加熱後、中間品の踏面及びフランジに対して急冷(踏面焼入れ)を実施する。
[Quenching process]
In the quenching process, tread quenching is performed on the molded wheel-shaped intermediate product. Specifically, the intermediate product after hot working (hot forging or hot rolling) is reheated to the A cm transformation point or higher (reheat treatment). After heating, quench (quench) the tread and flange of the intermediate product.

図6は、中間品を冷却するための冷却装置の一例を示す図である。図6を参照して、冷却装置10は、回転軸を有する回転装置11と、1又は複数の踏面冷却ノズル14とを備える。踏面冷却ノズル14は、冷却装置10の回転軸の周りに配置される。踏面冷却ノズル14のノズル口は、中間品の踏面41に対向して配置される。踏面冷却ノズル14のノズル口は、中間品のフランジ42の表面に対向して配置してもよい。踏面冷却ノズル14は、ノズル口から冷却液を噴射して、主としてリム部4の踏面41及びフランジ42の表面を冷却する。冷却液はたとえば、水、ミスト、スプレー等である。冷却装置10は、複数の測温計20を備えてもよい。 FIG. 6 is a diagram showing an example of a cooling device for cooling an intermediate product. With reference to FIG. 6, the cooling device 10 includes a rotating device 11 having a rotating shaft and one or more tread cooling nozzles 14. The tread cooling nozzle 14 is arranged around the rotation axis of the cooling device 10. The nozzle port of the tread cooling nozzle 14 is arranged so as to face the tread 41 of the intermediate product. The nozzle port of the tread cooling nozzle 14 may be arranged so as to face the surface of the flange 42 of the intermediate product. The tread cooling nozzle 14 injects a cooling liquid from the nozzle port to mainly cool the surfaces of the tread 41 and the flange 42 of the rim portion 4. The coolant is, for example, water, mist, spray or the like. The cooling device 10 may include a plurality of temperature gauges 20.

焼入れ工程では、Acm変態点以上に加熱された中間品を冷却装置10に配置する。回転装置11により中間品を回転させながら、踏面冷却ノズル14から冷却液を噴射して、踏面焼入れを実施する。 In the quenching step, an intermediate product heated to the A cm transformation point or higher is placed in the cooling device 10. While rotating the intermediate product by the rotating device 11, the coolant is injected from the tread cooling nozzle 14 to perform tread quenching.

踏面焼入れにより、踏面41に微細なパーライトが生成する。本実施形態の鉄道車輪1のC含有量は0.85〜1.15%と高い。そのため、鉄道車輪1の耐摩耗性が高まる。なお、踏面焼入れにより、踏面41上には、マルテンサイト層が形成される。 By quenching the tread surface, fine pearlite is generated on the tread surface 41. The C content of the railway wheel 1 of this embodiment is as high as 0.85 to 1.15%. Therefore, the wear resistance of the railway wheel 1 is increased. The martensite layer is formed on the tread 41 by quenching the tread.

上記説明では中間品を再加熱するが、熱間加工後の中間品に対して直接(再加熱せずに)、踏面焼入れを実施してもよい。 In the above description, the intermediate product is reheated, but the intermediate product after hot working may be subjected to tread quenching directly (without reheating).

[焼戻し工程]
焼戻し工程では、踏面焼入れ後の中間品に対して焼戻しを実施する。焼戻し温度は400〜550℃である。焼戻し温度が550℃を超えれば、リム部4の踏面41でのパーライトのラメラ構造が崩れ、セメンタイトが球状化される。その結果、球状化セメンタイト含有微小領域面積率(%)が40.0%を超えてしまう。この場合、鉄道車輪1の耐摩耗性が低下する。
[Tempering process]
In the tempering process, the intermediate product after quenching on the tread is tempered. The tempering temperature is 400 to 550 ° C. If the tempering temperature exceeds 550 ° C., the lamellar structure of pearlite on the tread 41 of the rim portion 4 is broken, and cementite is spheroidized. As a result, the spheroidized cementite-containing minute region area ratio (%) exceeds 40.0%. In this case, the wear resistance of the railway wheel 1 is lowered.

焼戻し温度が400〜550℃であれば、リム部4の踏面41でのパーライトのラメラ構造が維持され、球状化セメンタイト含有微小領域面積率(%)が40.0%以下となる。その結果、鉄道車輪1は優れた耐摩耗性が得られる。 When the tempering temperature is 400 to 550 ° C., the lamellar structure of pearlite on the tread 41 of the rim portion 4 is maintained, and the spheroidized cementite-containing minute region area ratio (%) is 40.0% or less. As a result, the railway wheel 1 has excellent wear resistance.

[切削加工工程]
上述のとおり、熱処理後の中間品の踏面の表層には微細パーライトが形成されるが、その上層にはマルテンサイト層(焼入れ層)が形成されている。鉄道車輪1の使用において、マルテンサイト層の耐摩耗性は低いため、切削加工によりマルテンサイト層を除去する。本実施形態の中間品の化学組成では、各元素の含有量が本実施形態の範囲内であって、かつ、Fn1が42.0以下であり、Fn2が39.0以上である。そのため、本実施形態では、マルテンサイト層の硬さが抑制されている。そのため、本実施形態の鉄道車輪1の製造工程では、十分な被削性が得られる。なお、切削加工は周知の方法で行えば足りる。
[Cutting process]
As described above, fine pearlite is formed on the surface layer of the tread surface of the intermediate product after the heat treatment, and a martensite layer (quenched layer) is formed on the upper layer. Since the wear resistance of the martensite layer is low in the use of the railway wheel 1, the martensite layer is removed by cutting. In the chemical composition of the intermediate product of the present embodiment, the content of each element is within the range of the present embodiment, Fn1 is 42.0 or less, and Fn2 is 39.0 or more. Therefore, in the present embodiment, the hardness of the martensite layer is suppressed. Therefore, in the manufacturing process of the railway wheel 1 of the present embodiment, sufficient machinability can be obtained. It is sufficient to perform the cutting process by a well-known method.

以上の工程により本実施形態の鉄道車輪1が製造される。上記製造工程で製造された本実施形態の鉄道車輪1では、化学組成中の各元素が本実施形態の範囲内であって、かつ、Fn1が42.0以下であり、Fn2が39.0以上である。さらに、球状化セメンタイト含有微小領域面積率が40.0%以下である。そのため、本実施形態の鉄道車輪1では、優れた耐摩耗性と優れた被削性とを両立させることができる。 The railway wheel 1 of the present embodiment is manufactured by the above steps. In the railway wheel 1 of the present embodiment manufactured in the above manufacturing process, each element in the chemical composition is within the range of the present embodiment, Fn1 is 42.0 or less, and Fn2 is 39.0 or more. Is. Further, the spheroidized cementite-containing minute region area ratio is 40.0% or less. Therefore, in the railway wheel 1 of the present embodiment, both excellent wear resistance and excellent machinability can be achieved at the same time.

表1に示す化学組成を有する試験番号1〜25の溶鋼を製造した。 Molten steels of test numbers 1 to 25 having the chemical compositions shown in Table 1 were produced.

Figure 2021063258
Figure 2021063258

表1中の空欄は、対応する元素含有量が検出限界未満であった(つまり、含有されていなかった)ことを示す。上記溶鋼を用いて連続鋳造法により丸鋳片を製造した。丸鋳片に対して、分塊圧延機及び連続圧延機による熱間圧延(熱間加工)を実施して、丸鋼片(鉄道車輪用鋼材)を製造した。熱間加工時の加熱温度は1250℃であった。鉄道車輪用鋼材に対して成形工程を実施した。具体的には、鉄道車輪用鋼材に対して、熱間鍛造(荒地鍛造)を実施して、車輪形状の粗中間品を成形した。荒地鍛造後の粗中間品に対して、車輪圧延機を用いた熱間圧延を実施した。熱間圧延後の粗中間品に対して回転鍛造を実施して、ボス部に相当する中央部に貫通孔を形成した。以上の成形工程により、車輪形状の中間品を成形した。なお、成形工程時の鋼材の加熱温度は1250℃であった。 The blanks in Table 1 indicate that the corresponding element content was below the detection limit (ie, was not contained). A round slab was produced by a continuous casting method using the molten steel. Round slabs were hot-rolled (hot-worked) by a slabbing mill and a continuous rolling mill to produce round steel pieces (steel materials for railway wheels). The heating temperature during hot working was 1250 ° C. A forming process was carried out on steel materials for railway wheels. Specifically, hot forging (rough ground forging) was carried out on the steel material for railway wheels to form a rough intermediate product having a wheel shape. Hot rolling using a wheel rolling mill was carried out on the rough intermediate product after roughland forging. Rotational forging was performed on the rough intermediate product after hot rolling to form a through hole in the central portion corresponding to the boss portion. By the above molding process, a wheel-shaped intermediate product was molded. The heating temperature of the steel material during the molding step was 1250 ° C.

製造された中間品に対して、踏面焼入れを実施した。踏面焼入れでは、図6に示す冷却装置を用いて、中間品の踏面及びフランジを水冷した。踏面焼入れ後の中間品に対して、焼戻しを実施した。各試験番号の中間品の焼戻し温度は、表1に示すとおりであった。表1中の「焼戻し温度」欄の「適正」は、焼戻し温度が400〜550℃の範囲内であったことを示す。「不適」は、焼戻し温度が550℃超〜650℃の範囲内であったことを示す。以上の製造工程により、マルテンサイト層が形成された鉄道車輪を製造した。 Tread quenching was performed on the manufactured intermediate products. In tread quenching, the tread and flange of the intermediate product were water-cooled using the cooling device shown in FIG. Tempering was carried out on the intermediate products after the tread quenching. The tempering temperature of the intermediate product of each test number was as shown in Table 1. “Appropriate” in the “Tempering temperature” column in Table 1 indicates that the tempering temperature was in the range of 400 to 550 ° C. “Inappropriate” indicates that the tempering temperature was in the range of more than 550 ° C to 650 ° C. Through the above manufacturing process, a railway wheel on which a martensite layer was formed was manufactured.

[マルテンサイト層のビッカース硬さ測定試験]
各試験番号の鉄道車輪のマルテンサイト層のビッカース硬さを次の方法で測定した。各試験番号の鉄道車輪のリム部の踏面近傍部分から、マルテンサイト層を含む試験片を1つ採取した。試験片のマルテンサイト層の任意の3箇所において、JIS Z 2241(2009)に準拠したビッカース硬さ試験を実施した。試験力はいずれも2.9421Nとした。得られた3つのビッカース硬さの算術平均値を、マルテンサイトのビッカース硬さ(HV)と定義した。マルテンサイトのビッカース硬さは、被削性と相関する。そこで、マルテンサイトのビッカース硬さが410HV以下であれば、十分な被削性が得られると判断した。得られたマルテンサイトのビッカース硬さを表1の「マルテンサイト硬さ(HV)」欄に示す。
[Vickers hardness measurement test of martensite layer]
The Vickers hardness of the martensite layer of the railway wheel of each test number was measured by the following method. One test piece containing the martensite layer was collected from the portion near the tread of the rim portion of the railway wheel of each test number. A Vickers hardness test conforming to JIS Z 2241 (2009) was carried out at any three points of the martensite layer of the test piece. The test force was 2.9421N in each case. The arithmetic mean of the three Vickers hardnesses obtained was defined as the Vickers hardness (HV) of martensite. Vickers hardness of martensite correlates with machinability. Therefore, it was determined that sufficient machinability can be obtained if the Vickers hardness of martensite is 410 HV or less. The Vickers hardness of the obtained martensite is shown in the "Martensite hardness (HV)" column of Table 1.

[リム部のミクロ組織観察試験]
各試験番号の鉄道車輪のマルテンサイト層を切削加工により除去した。除去後の鉄道車輪において、リム部のパーライト総面積率を、次の方法により求めた。リム部の踏面から踏面の垂直方向に深さ15mmの範囲内から、踏面に垂直な断面を有するサンプルを採取した。サンプルのうち、踏面に垂直な断面を、観察面と定義した。観察面を機械研磨により鏡面仕上げした。鏡面仕上げされた観察面に対して、硝酸とエタノールとの混合溶液を用いたエッチングを実施した。エッチング後のサンプルの観察面内の任意の1視野(200μm×200μm)に対して、500倍の光学顕微鏡を用いて写真画像を生成した。観察面において、パーライトと、他の相(マルテンサイト等)とは、コントラストが異なる。そのため、ミクロ組織の各相はコントラストに基づいて、判別可能であった。そこで、コントラストに基づいて、パーライトを特定した。パーライトの総面積率(%)は、特定されたパーライトの総面積と観察視野の面積(40000μm)とに基づいて求めた。得られたパーライト総面積率を表1中の「パーライト総面積率(%)」欄に示す。いずれの試験番号においても、リム部の踏面に垂直な断面でのパーライトの総面積率は95.0%以上であった。
[Microstructure observation test of rim part]
The martensite layer of the railway wheel of each test number was removed by cutting. The total area ratio of pearlite on the rim of the removed railway wheel was determined by the following method. A sample having a cross section perpendicular to the tread was taken from within a depth of 15 mm in the direction perpendicular to the tread from the tread of the rim portion. Of the samples, the cross section perpendicular to the tread was defined as the observation surface. The observation surface was mirror-finished by mechanical polishing. The mirror-finished observation surface was etched with a mixed solution of nitric acid and ethanol. A photographic image was generated using a 500x optical microscope for any one field of view (200 μm × 200 μm) in the observation plane of the sample after etching. On the observation surface, pearlite and other phases (such as martensite) have different contrasts. Therefore, each phase of the microstructure could be discriminated based on the contrast. Therefore, pearlite was identified based on the contrast. The total area ratio (%) of pearlite was determined based on the total area of the specified pearlite and the area of the observation field of view (40,000 μm 2 ). The obtained total area ratio of pearlite is shown in the "total area ratio of pearlite (%)" column in Table 1. In all the test numbers, the total area ratio of pearlite in the cross section perpendicular to the tread of the rim portion was 95.0% or more.

なお、リム部と同様に、各試験番号の鉄道車輪の板部、及びボス部におけるパーライトの総面積率も求めた。具体的には、板部の厚さ方向の中央位置(図1の厚さT3の中央位置に相当)、ボス部厚さ方向の中央位置(図1の厚さT2の中央位置に相当)からサンプルを採取した。各サンプルの表面の1つを観察面とした。各サンプルの観察面を機械研磨により鏡面仕上げした。その後、鏡面仕上げされた観察面に対して、硝酸とエタノールとの混合溶液を用いたエッチングを実施した。エッチング後のサンプルの観察面内の任意の1視野(200μm×200μm)に対して、500倍の光学顕微鏡を用いて写真画像を生成した。観察面において、コントラストに基づいて、パーライトを特定した。パーライトの総面積率は、特定されたパーライトの総面積と観察視野の面積(40000μm)とに基づいて求めた。各試験番号の板部及びボス部ではいずれも、パーライトの総面積率が95.0%以上であった。 As with the rim portion, the total area ratio of pearlite in the plate portion and the boss portion of the railway wheel of each test number was also determined. Specifically, from the center position in the thickness direction of the plate portion (corresponding to the center position of the thickness T3 in FIG. 1) and the center position in the thickness direction of the boss portion (corresponding to the center position of the thickness T2 in FIG. 1). A sample was taken. One of the surfaces of each sample was used as an observation surface. The observation surface of each sample was mirror-finished by mechanical polishing. Then, the mirror-finished observation surface was etched with a mixed solution of nitric acid and ethanol. A photographic image was generated using a 500x optical microscope for any one field of view (200 μm × 200 μm) in the observation plane of the sample after etching. On the observation surface, pearlite was identified based on the contrast. The total area ratio of pearlite was determined based on the total area of the specified pearlite and the area of the observation field of view (40,000 μm 2 ). The total area ratio of pearlite was 95.0% or more in both the plate portion and the boss portion of each test number.

[球状化セメンタイト含有微小領域面積率測定試験]
マルテンサイト層を除去した各試験番号の鉄道車輪のリム部の踏面から踏面の垂直方向に深さ15mmの範囲内から、踏面に垂直な断面を有するサンプルを採取した。サンプルのうち、踏面に垂直な断面を、観察面と定義した。観察面を機械研磨により鏡面仕上げした。鏡面仕上げされた観察面に対して、硝酸とエタノールとの混合溶液を用いたエッチングを実施した。エッチング後、上述の観察面のパーライト組織領域中の任意の観察視野を選択した。観察視野は縦20μm×横20μmの正方形とした。観察視野は、5000倍の走査型電子顕微鏡(SEM)により観察した。図2に示すとおり、観察視野410を、縦方向に0.5μmピッチで40等分し、横方向に0.5μmピッチで40等分した。これにより、観察視野410は、40×40=1600個の微小領域SAに区画した。
[Spheroidized cementite-containing micro-region area ratio measurement test]
A sample having a cross section perpendicular to the tread was taken from within a depth of 15 mm in the vertical direction of the tread from the tread of the rim portion of the railway wheel of each test number from which the martensite layer was removed. Of the samples, the cross section perpendicular to the tread was defined as the observation surface. The observation surface was mirror-finished by mechanical polishing. The mirror-finished observation surface was etched with a mixed solution of nitric acid and ethanol. After etching, any observation field in the pearlite structure region of the observation surface described above was selected. The observation field of view was a square of 20 μm in length × 20 μm in width. The observation field of view was observed with a 5000 times scanning electron microscope (SEM). As shown in FIG. 2, the observation field of view 410 was divided into 40 equal parts at a pitch of 0.5 μm in the vertical direction and 40 equal parts at a pitch of 0.5 μm in the horizontal direction. As a result, the observation field of view 410 was divided into 40 × 40 = 1600 minute regions SA.

1600個の微小領域SAのうち、少なくとも1つのセメンタイトの全体が微小領域SA内に収まっている微小領域SAを「球状化セメンタイト含有微小領域SAx」と定義した。観察視野410の1600個の微小領域SAにおいて、微小領域SA内に全体が収まっているセメンタイトを少なくとも1個以上含む微小領域SAの個数をカウントした。つまり、観察視野410の微小領域SAのうち、球状化セメンタイト含有微小領域SAxの個数をカウントした。得られた球状化セメンタイト含有微小領域SAxの個数を用いて、次式により、球状化セメンタイト含有微小領域面積率(%)を求めた。
球状化セメンタイト含有微小領域面積率(%)=球状化セメンタイト含有微小領域SAxの総個数/微小領域SAの総個数(1600個)×100
得られた球状化セメンタイト含有微小領域面積率(%)を、表1中の「球状化セメンタイト含有微小領域面積率(%)」欄に示す。
Of the 1600 microregions SA, the microregion SA in which the entire cementite is contained within the microregion SA is defined as "spheroidized cementite-containing microregion SAx". In the 1600 micro-regions SA of the observation field of view 410, the number of micro-region SAs containing at least one cementite that is entirely contained in the micro-region SA was counted. That is, the number of spheroidized cementite-containing microregions SAx in the microregions SA of the observation field of view 410 was counted. Using the number of spheroidized cementite-containing microregions SAx obtained, the spheroidized cementite-containing microregion area ratio (%) was determined by the following formula.
Spheroidized cementite-containing microregion area ratio (%) = total number of spheroidized cementite-containing microregions SAx / total number of microregions SA (1600) x 100
The obtained spheroidized cementite-containing micro-region area ratio (%) is shown in the “Spheroidized cementite-containing micro-region area ratio (%)” column in Table 1.

[パーライトのビッカース硬さ試験]
各試験番号の鉄道車輪のリム部のパーライトのビッカース硬さを次の方法で測定した。各試験番号の鉄道車輪のリム部の踏面から踏面の垂直方向に深さ15mmの範囲内の断面を含むサンプルを採取した。この断面を測定面とした。測定面の任意の3箇所において、JIS Z 2241(2009)に準拠したビッカース硬さ試験を実施した。試験力はいずれも2.9421Nとした。得られた3つのビッカース硬さの算術平均値を、パーライトのビッカース硬さ(HV)と定義した。パーライトのビッカース硬さは、耐摩耗性と相関する。そこで、パーライトのビッカース硬さが380HV以上であれば、十分な耐摩耗性が得られると判断した。得られたパーライトのビッカース硬さを表1中の「パーライト硬さ(HV)」欄に示す。
[Perlite Vickers hardness test]
The Vickers hardness of the pearlite on the rim of the railway wheel of each test number was measured by the following method. A sample was taken including a cross section within a depth of 15 mm in the vertical direction of the tread from the tread of the rim portion of the railway wheel of each test number. This cross section was used as the measurement surface. A Vickers hardness test conforming to JIS Z 2241 (2009) was carried out at any three points on the measurement surface. The test force was 2.9421N in each case. The arithmetic mean of the three Vickers hardnesses obtained was defined as the Vickers hardness (HV) of perlite. Vickers hardness of perlite correlates with wear resistance. Therefore, it was determined that if the Vickers hardness of pearlite is 380 HV or more, sufficient wear resistance can be obtained. The Vickers hardness of the obtained pearlite is shown in the "Pearlite hardness (HV)" column in Table 1.

[試験結果]
表1を参照して、試験番号4〜6、9、11〜13、15〜18、20、21、及び、24の鉄道車輪では、化学組成が適切であり、Fn1が42.0以下であり、Fn2が39.0以上であった。さらに、焼戻し温度も適切であった。そのため、鉄道車輪のリム部、板部、ボス部のパーライト総面積率はいずれも95.0%以上であり、球状化セメンタイト含有微小領域面積率は40.0%以下であった。そのため、マルテンサイトのビッカース硬さがいずれも410HV以下であり、優れた被削性が得られることが予想できた。さらに、パーライトのビッカース硬さはいずれも380HV以上であり、優れた耐摩耗性が得られることが予想できた。
[Test results]
With reference to Table 1, the railroad wheels of test numbers 4-6, 9, 11-13, 15-18, 20, 21, and 24 have a suitable chemical composition and Fn1 of 42.0 or less. , Fn2 was 39.0 or more. In addition, the tempering temperature was also appropriate. Therefore, the total area ratio of pearlite in the rim portion, the plate portion, and the boss portion of the railway wheel was 95.0% or more, and the area ratio of the spheroidized cementite-containing minute region was 40.0% or less. Therefore, it was expected that the Vickers hardness of martensite was 410 HV or less, and excellent machinability could be obtained. Further, the Vickers hardness of pearlite was 380 HV or more, and it was expected that excellent wear resistance could be obtained.

一方、試験番号1及び2では、C含有量が低すぎ、鉄道車輪の素材は亜共析鋼材であった。そのため、パーライトのビッカース硬さが380HV未満となり、十分な耐摩耗性が得られないと予想された。 On the other hand, in Test Nos. 1 and 2, the C content was too low, and the material of the railway wheel was subeutectoid steel. Therefore, it was expected that the Vickers hardness of pearlite would be less than 380 HV, and sufficient wear resistance could not be obtained.

試験番号3、8及び14では、化学組成中の各元素の含有量は適切であったものの、Fn2が39.0未満であった。そのため、パーライトのビッカース硬さが380HV未満となり、十分な耐摩耗性が得られないと予想された。 In Test Nos. 3, 8 and 14, the content of each element in the chemical composition was appropriate, but Fn2 was less than 39.0. Therefore, it was expected that the Vickers hardness of pearlite would be less than 380 HV, and sufficient wear resistance could not be obtained.

試験番号7では、C含有量が高すぎた。そのため、マルテンサイトのビッカース硬さが410HVを超え、十分な被削性が得られないと予想された。 In test number 7, the C content was too high. Therefore, it was expected that the Vickers hardness of martensite would exceed 410 HV and sufficient machinability could not be obtained.

試験番号10では、Si含有量が高すぎた。そのため、マルテンサイトのビッカース硬さが410HVを超え、十分な被削性が得られないと予想された。 In test number 10, the Si content was too high. Therefore, it was expected that the Vickers hardness of martensite would exceed 410 HV and sufficient machinability could not be obtained.

試験番号19及び25では、化学組成中の各元素の含有量は適切であったものの、Fn1が42.0を超えた。そのため、マルテンサイトのビッカース硬さが410HVを超え、十分な被削性が得られないと予想された。 In Test Nos. 19 and 25, although the content of each element in the chemical composition was appropriate, Fn1 exceeded 42.0. Therefore, it was expected that the Vickers hardness of martensite would exceed 410 HV and sufficient machinability could not be obtained.

試験番号22及び23では、化学組成中の各元素の含有量は適切であり、Fn1が42.0以下であり、Fn2が39.0以上であった。しかしながら、焼戻し温度が550℃を超えた。そのため、球状化セメンタイト含有微小領域面積率は40.0%を超えた。そのため、パーライトのビッカース硬さが380HV未満となり、十分な耐摩耗性が得られないと予想された。 In test numbers 22 and 23, the content of each element in the chemical composition was appropriate, Fn1 was 42.0 or less, and Fn2 was 39.0 or more. However, the tempering temperature exceeded 550 ° C. Therefore, the area ratio of the spheroidized cementite-containing minute region exceeded 40.0%. Therefore, it was expected that the Vickers hardness of pearlite would be less than 380 HV, and sufficient wear resistance could not be obtained.

以上、本発明の実施形態を説明した。しかしながら、上述した実施形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。したがって、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施形態を適宜変更して実施することができる。 The embodiments of the present invention have been described above. However, the embodiments described above are merely examples for carrying out the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and the above-described embodiment can be appropriately modified and implemented within a range that does not deviate from the gist thereof.

1 鉄道車輪
2 ボス部
3 板部
4 リム部
41 踏面
42 フランジ
1 Railroad wheel 2 Boss part 3 Plate part 4 Rim part 41 Tread 42 Flange

Claims (3)

鉄道車輪であって、
リム部と、
ボス部と、
前記リム部と前記ボス部との間に配置される板部とを備え、
前記鉄道車輪の化学組成は、質量%で、
C:0.85〜1.15%、
Si:0.80%以下、
Mn:1.50%以下、
P:0.050%以下、
S:0.050%以下、
Cr:0〜0.50%、
V:0〜0.10%、
Mo:0〜0.20%、
Cu:0〜0.50%、
Ni:0〜0.50%、
Al:0〜0.500%、及び、
残部がFe及び不純物からなり、
式(1)で定義されるFn1が42.0以下であり、
式(2)で定義されるFn2が39.0以上であり、
前記リム部の踏面に垂直な断面におけるパーライトの総面積率は95.0%以上であり、
前記リム部の前記踏面に垂直な断面の前記パーライトのうち、縦20μm×横20μmの矩形の観察視野において、縦方向に0.5μmピッチで40等分し、横方向に0.5μmピッチで40等分して、40×40個の微小領域を区画し、前記微小領域のうち、前記微小領域内に全体が収まるセメンタイトを少なくとも1つ含む前記微小領域を、球状化セメンタイト含有微小領域と定義したとき、
前記微小領域の総個数に対する、前記球状化セメンタイト含有微小領域の総個数の割合である、球状化セメンタイト含有微小領域面積率が40.0%以下である、
鉄道車輪。
Fn1=30.52+6.96×C+4.96×Si+1.85×Mn+4.85×Cr+34.77×V・・・(1)
Fn2=18.18+21.82×C+2.39×Si+1.01×Mn+6.97×Cr+24.79×V・・・(2)
ここで、式(1)及び式(2)中の各元素記号には、対応する元素の含有量(質量%)が代入される。
Railroad wheels
With the rim
With the boss
A plate portion arranged between the rim portion and the boss portion is provided.
The chemical composition of the railway wheel is mass%.
C: 0.85 to 1.15%,
Si: 0.80% or less,
Mn: 1.50% or less,
P: 0.050% or less,
S: 0.050% or less,
Cr: 0 to 0.50%,
V: 0 to 0.10%,
Mo: 0-0.20%,
Cu: 0-0.50%,
Ni: 0 to 0.50%,
Al: 0 to 0.500% and
The rest consists of Fe and impurities
Fn1 defined by the equation (1) is 42.0 or less, and
Fn2 defined by the equation (2) is 39.0 or more, and
The total area ratio of pearlite in the cross section perpendicular to the tread of the rim portion is 95.0% or more.
Of the pearlite having a cross section perpendicular to the tread of the rim portion, in a rectangular observation field of view of 20 μm in length × 20 μm in width, it is divided into 40 equal parts at a pitch of 0.5 μm in the vertical direction and 40 at a pitch of 0.5 μm in the horizontal direction. 40 × 40 microregions were divided into equal parts, and the microregion containing at least one cementite that fits within the microregion was defined as a spheroidized cementite-containing microregion. When
The spheroidized cementite-containing microregion area ratio, which is the ratio of the total number of the spheroidized cementite-containing microregions to the total number of the microregions, is 40.0% or less.
Railroad wheels.
Fn1 = 30.52 + 6.96 × C + 4.96 × Si + 1.85 × Mn + 4.85 × Cr + 34.77 × V ... (1)
Fn2 = 18.18 + 21.82 × C + 2.39 × Si + 1.01 × Mn + 6.97 × Cr + 24.79 × V ... (2)
Here, the content (mass%) of the corresponding element is substituted for each element symbol in the formula (1) and the formula (2).
請求項1に記載の鉄道車輪であって、
前記鉄道車輪の化学組成は、
Al:0.010〜0.500%を含有する、
鉄道車輪。
The railway wheel according to claim 1.
The chemical composition of the railway wheel is
Al: Containing 0.010 to 0.500%,
Railroad wheels.
請求項1又は請求項2に記載の鉄道車輪であって、
前記鉄道車輪の化学組成は、
Cr:0.01〜0.50%、
V:0.01〜0.10%、
Mo:0.01〜0.20%、
Cu:0.01〜0.50%、及び、
Ni:0.01〜0.50%からなる群から選択される1元素又は2元素以上を含有する、
鉄道車輪。
The railway wheel according to claim 1 or 2.
The chemical composition of the railway wheel is
Cr: 0.01-0.50%,
V: 0.01 to 0.10%,
Mo: 0.01 to 0.20%,
Cu: 0.01 to 0.50%, and
Ni: Contains one element or two or more elements selected from the group consisting of 0.01 to 0.50%.
Railroad wheels.
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