JP2651677B2 - レールの熱処理方法 - Google Patents

レールの熱処理方法

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JP2651677B2
JP2651677B2 JP62244136A JP24413687A JP2651677B2 JP 2651677 B2 JP2651677 B2 JP 2651677B2 JP 62244136 A JP62244136 A JP 62244136A JP 24413687 A JP24413687 A JP 24413687A JP 2651677 B2 JP2651677 B2 JP 2651677B2
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孟文 鈴木
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    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/04Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for rails

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Description

【発明の詳細な説明】 (発明の属する技術分野) 本発明は、耐摩耗性、耐損傷性に優れた高強度レール
製造のための熱処理方法に関するものである。
(従来の技術) 近年、鉄道輸送は高軸荷重化、高速化を指向し、それ
にともなってレール頭部の摩耗や疲労が激しく、レール
に要求される特性も一層厳しさを増し、特に急曲線では
耐摩耗性や耐損傷性などのより優れた高強度レベルのレ
ールが要求されている。
このような要求に対して、これまでの研究から微細パ
ーライト組織を有する鋼レールが提案され、かかるレー
ルは耐摩耗性や耐損傷性などの点でも優れた特性を示す
ことが知られている。このような鋼レールの製造方法と
して、例えば特開昭50−140316号公報に開示されている
ような、炭素鋼にSi,Mn,Ni,Cr,Mo,Tiなどの元素を添加
して得られる成分系を有する圧延ままの合金鋼レール
や、特公昭55−23885号公報または特開昭59−74227号公
報に開示されているような、特段の合金成分を添加する
ことなくレールを高温度に最加熱し、所定の温度域から
冷却するとともに、ある温度区間を冷却制御して得られ
る熱処理レールがある。
(発明が解決しようとする課題) そして、上に述べた従来のいずれのレール製造法も、
合金元素を添加すること、あるいは高温度に加熱された
レール頭部に空気または噴霧水などを冷却媒体として噴
射し、強制冷却するレール熱処理を施すことで、レール
頭部全体としての硬度の均質化を狙ったものであった。
しかし、レール使用に際しての高速運転、通トン量の
さらなる増大は、頭頂面およびゲージコーナー部にシェ
リングを発生しやすくなり、レールの交換頻度が高くな
るという問題を生じている。ここで、曲線部内軌レール
頭頂面に発生する頭頂面シェリングの発生頻度は、レー
ル頭頂面中央部(軸心)に集中していること、その原因
として、中央部では組成変形層が極く薄く、ほとんど硬
度の増加が認められず、シェリングの発生は材質因子と
して母材組織が直接関与していると考えられている。ま
た、曲線部外軌レールゲージコーナーにおいてしばしば
発生し、レール頭頂面シェリングとは区別される、ゲー
ジコーナーシェリングと呼ばれる損傷がある。これらの
損傷に対しては、高強度化された微細パーライト組織
が、その損傷発生を抑制する点で優れていることが知ら
れている。
しかし、微細パーライト組織であっても、従来の頭部
全体としての硬度の均質化を狙った高強度レールでは、
曲線部レールのシェリング発生状況についてみると、内
軌レールはレール頭頂部の、外軌レールはレールゲージ
コーナー部のシエリング発生頻度が高いことが、本発明
者らの研究で明らかとなった。
この理由は、以下のように推定される。
外軌レールに対しては、曲線部を列車が通過する時に
遠心力が働くが、この遠心力で列車の車輪のフランジが
レールゲージコーナー部に押し付けられるため、前記レ
ールゲージコーナー部において頭頂部より摩耗やシェリ
ング損傷が発生しやすい。
また、逆に内軌レールに対しては、遠心力で列車の車
輪のフランジがレールゲージコーナー部から離されるた
め、前記頭頂面においてレールゲージコーナー部より摩
耗やシェリング損傷が発生しやすい。
そして、上記摩耗やシェリング損傷は、高速運転、通
トン量の増大によってますます顕在化してきたのであ
る。
本発明者らはこの点に着目し、上記曲線部で、曲線レ
ールの内軌レールに対してはレール頭頂部の、外軌レー
ルに対してはレールゲージコーナーの硬度を高くして高
強度化したレールとすれば、シェリング発生を大幅に抑
制でき、しかもレール頭頂部やレールゲージコーナー部
の摩耗量を均一化できることを知見し、本発明を創案す
るに至ったのである。
すなわち、本発明は、従来の問題点を解決するために
上記知見に基づいてなされたもので、レール全断面を安
定した微細パーライト組織とし、曲線レールの内軌レー
ルはレール頭頂部がレールゲージコーナー部より高い硬
度となるように、外軌レールはレールゲージコーナー部
がレール頭頂部より高い硬度となるように、レール頭頂
部およびレールゲージコーナー(頭側部を含む)の硬度
をそれぞれ独立に制御して異なる硬度とした高強度レー
ルを製造するレール熱処理方法を提供することを目的と
するものである。
(課題を解決するための手段および作用) 本発明は、前記の目的を達成するために、有害なマル
テンサイト、ベーナイト組織を生成させず、安定して微
細パーライト組織を確保しながら、レール頭頂部および
レールゲージコーナー部(頭側部を含む)の強度を各々
独立に制御して、硬度の異るレールを作り分けるレール
の熱処理方法である。
すなわち、本発明の要旨とするところは下記のとおり
である。
(1)オーステナイト域温度以上の熱を保有する高温度
レールを冷却するに際して、曲線レールの外軌レールは
レールゲージコーナー部がレール頭頂部より高い硬度を
もつように、内軌レールはレール頭頂部がレールゲージ
コーナー部より高い硬度をもつように冷却することを特
徴とするレールの熱処理方法。
(2)オーステナイト域温度以上の熱を保有する高温度
レールを冷却するに際して、レールとレール頭頂部を指
向する冷却ノズル及びレールゲージコーナー部を指向す
る冷却ノズル間の距離を個別に調整して、前記各々の冷
却ノズルから冷媒を噴射してレール頭部のパーライト変
態が終了するまで、曲線レールの外軌レールはレールゲ
ージコーナー部がレール頭頂部より高い硬度をもつよう
に、内軌レールはレール頭頂部がレールゲージコーナー
部より高い硬度をもつように冷却することを特徴とする
レールの熱処理方法。
本発明では、熱間圧延を終え、あるいは熱処理する目
的で加熱されたオーステナイト域温度(Ar3)以上の熱
を保有する高温レールを、例えば第1図に示すレール頭
頂面冷却用ノズル3とレール頭側面冷却用ノズル6を予
め所望の頭頂部およびゲージコーナー部の強度レベルが
製造できる距離(ノズルとレール頭頂面または頭側面の
距離、Ht,Hs)にそれぞれ設定し、一定の冷媒(空気な
ど)の圧力(流量)を噴射し、レール頭部のパーライト
変態が終了するまで制御冷却して熱処理する。
この方法によると、レール頭部はもちろんのこと、レ
ール全断面にわたって、安定したパーライト組織を確保
し、レール頭頂部硬度に対してレールゲージコーナー部
(頭側部)の硬度を相対的に高く、あるいは低くでき
る。
すなわち、曲線部内軌レールのようなレール頭頂部の
シェリングが問題となるレールでは、レール頭頂部硬度
(Hv:390)をレールゲージコーナー部硬度(Hv:370)よ
り高く、また曲線部外軌レールのようなレールゲージコ
ーナー部のシェリングが問題となるレールでは、レール
頭頂部硬度(Hv:37)よりレールゲージコーナー部硬度
(Hv:390)を高く、異なる硬度をもたせることが可能で
ある。
以下、本発明について図面に示す実施態様を参照しな
がら詳細に説明する。
第1図は、本発明を実施する時のノズル構成の一例を
示す概略図である。第1図において、1は高温レールで
熱間圧延を終え、あるいは熱処理する目的で加熱されAr
3以上の温度域に保持される。この場合のAr3以上の温度
域は、制御冷却後、耐摩耗性、耐損傷性に富んだ微細パ
ーライト組織を得るために必要な温度である。2はレー
ル頭頂面冷却用上部ヘッダー(以下上部ヘッダーと記
す)、5はレール頭側面と顎下面冷却用側部ヘッダー
(以下側部ヘッダーと記す)で、いずれもレール長手方
向に沿って、それぞれ分離して設けられ、かつレール頭
頂面冷却用ノズル3(以下上部ノズルと記す)はレール
頭頂面に、レール頭側面および顎下面冷却用ノズル6
(以下側部ノズルと記す)はレール頭側面と顎下部に指
向して冷媒(空気など)を噴射するように設けている。
また、上部ヘッダー2には、上部ノズル3とレール頭頂
面との距離Htを制御駆動する上部ヘッダー駆動装置4
が、側部ヘッダー5には側部ノズル6とレール側面との
距離Hsを制御駆動する側部ヘッダー駆動装置7が連接さ
れ、それぞれ独立して駆動することができるようになっ
ており、該ヘッダー駆動装置4および7は、予め所望す
る強度によってNtおよびHsを設定する機構になってい
る。HtおよびHsは、第2図と第3図に示す関係から製造
目標硬度Hvによってヘッダー圧力P、レール炭素当量Ce
qにより決定されるが、上部ヘッダーおよび側部ヘッダ
ーはともに同一圧力で操業するのが好ましい。Hvにおよ
ぼす効果はPよりH(レールとノズルの距離)の方が大
きく、操業上でも制御しやすく設備的にもコンパクトに
なる利点がある。
本発明は、実施態様に説明した如くレール頭頂部また
頭側部に向けて噴射する上部ヘッダーおよび側部ヘッダ
ーの距離(Ht,Hs)を変化させて制御冷却することによ
って、レール頭頂部およびレールゲージコーナー部の硬
度を独立に制御することができる。例えば、HtをHsに対
して相対的に大きくとるとレールゲージコーナー部はレ
ール頭頂部より高い硬度が得られ、またHtをHsに対して
相対的に小さくするとレールゲージコーナー部はレール
頭頂部より小さな硬度が得られることが可能となった。
(実施例) 次に本発明の実施例について説明する。
第1表に示す化学成分を含有せしめた136ポンド/ヤ
ードの圧延ままでオーステナイト域以上の高温域にある
レールを本発明の方法により熱処理した。
圧延レールは、製造目標を熱処理(a)はレール頭頂
部硬度Hv=370,レールゲージコーナー部硬度Hv=350、
および熱処理(b)はレール頭頂部硬度Hv=350,レール
ゲージコーナー部硬度Hv=370の2つの硬度分布を目標
として熱処理した。
熱処理(a)の条件は、第2図および第3図から得ら
れる実験式からヘッダー圧力Pは約1500mmAq、ノズル距
離はそれぞれHt=50mm、Hs=150mmに設定し、熱処理
(b)の条件は熱処理(a)と同様に第2図と第3図の
関係からP=1500mmAq、Ht=150mm、Hs=50mmに設定し
た。
得られたレール頭部断面硬度分布を熱処理(a)は第
4図(a)に、熱処理(b)は第4図(b)に示す。第
4図(a)、(b)に示す如く、本発明によるとレール
頭頂部とレールゲージコーナー部の硬度とその差につい
て、ほぼ目標値が得られ、また全断面微細パーライト組
織であり、ベーナイト等の有害な組織は認められず、作
り分けることができる。
(発明の効果) 本発明に従い、曲線レールの内軌レールはレール頭頂
部をレールゲージコーナー部より高い硬度、外軌レール
はレールゲージコーナー部をレール頭頂部より高い硬度
とすることで、シェリングの発生しにくい耐摩耗性、耐
損傷性にすぐれた均質な曲線用の熱処理高強度レールを
安定して製造できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明を実施するためのノズルヘッダーとそ
の駆動装置の構成図、第2図はレール頭部表面下−5mm
の760℃から660℃までの平均冷却速度Viとヘッダー圧力
Pおよびノズルとレール頭頂面までの距離Htの関係を示
す図、第3図は硬度Hvとレール頭部表面下−5mmの760℃
から660℃までの平均冷却速度Viおよびレール炭素当量C
eqの関係を示す図、第4図(a)、(b)は、本発明の
実施により得られたレール頭部断面硬度分布測定結果例
である。 1……高温度レール、2……レール頭頂面冷却用ヘッダ
ー、3……レール頭頂面冷却用ノズル、4……レール頭
頂面と頭頂面冷却用ノズルとの距離を制御するレール頭
頂面冷却用ヘッダー駆動装置、5……レール頭側部およ
び顎下面冷却用ヘッダー、6……レール頭側部および顎
下面冷却用ノズル、7……レール頭側部と頭側部冷却用
ノズルとの距離を制御するレール頭側部および顎下面冷
却用ヘッダー駆動装置。
フロントページの続き (72)発明者 吉武 弘樹 福岡県北九州市八幡東区枝光1―1―1 新日本製鐵株式會社八幡製鐵所内 (56)参考文献 特開 昭61−279626(JP,A) 特公 昭60−34610(JP,B2)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】オーステナイト域温度以上の熱を保有する
    高温度レールを冷却するに際して、曲線レールの外軌レ
    ールはレールゲージコーナー部がレール頭頂部より高い
    硬度をもつように、内軌レールはレール頭頂部がレール
    ゲージコーナー部より高い硬度をもつように冷却するこ
    とを特徴とするレールの熱処理方法。
  2. 【請求項2】オーステナイト域温度以上の熱を保有する
    高温度レールを冷却するに際して、レールとレール頭頂
    部を指向する冷却ノズル及びレールゲージコーナー部を
    指向する冷却ノズル間の距離を個別に調整して、前記各
    々の冷却ノズルから冷媒を噴射してレール頭部のパーラ
    イト変態が終了するまで、曲線レールの外軌レールはレ
    ールゲージコーナー部がレール頭頂部より高い硬度をも
    つように、内軌レールはレール頭頂部がレールゲージコ
    ーナー部より高い硬度をもつように冷却することを特徴
    とするレールの熱処理方法。
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JPS6487719A JPS6487719A (en) 1989-03-31
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