JP2716127B2 - 高低抗性レールの製造方法 - Google Patents

高低抗性レールの製造方法

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JP2716127B2
JP2716127B2 JP62172713A JP17271387A JP2716127B2 JP 2716127 B2 JP2716127 B2 JP 2716127B2 JP 62172713 A JP62172713 A JP 62172713A JP 17271387 A JP17271387 A JP 17271387A JP 2716127 B2 JP2716127 B2 JP 2716127B2
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マリオス・エコノモポーロス
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サントル・ド・ルシェルシュ・メタリュルジュク
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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
    • C21D1/00General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/18Hardening; Quenching with or without subsequent tempering
    • C21D1/19Hardening; Quenching with or without subsequent tempering by interrupted quenching
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    • C21D9/00Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、高抵抗性レールの製造方法ならびにその方
法を実施するための装置に関する。この方法は、レール
が圧延機を出たあとの、すなわち圧延熱を帯びたレール
を熱処理することからなる。 (従来の技術) 鉄道輸送の積荷と速度は増大の傾向にあるため、レー
ルに対する要求は益々厳しくなってきており、常に高水
準の諸性質が要求されている。この点では、レールは高
水準の損耗抵抗、脆性破壊抵抗、延性、疲労およびショ
ックに対する抵抗、ならびに硬さを有すると共に、でき
るだけ完全な直線性を維持することが特に重要である。 更には、レールは溶接性も満足できるものでなければ
ならない。 経済的観点からは、妥当な価格を維持することも必要
であり、特に合金元素に依存することは回避乃至制限さ
れねばならない。 前記の各種抵抗性は、レールの頭部で特に重要であ
る。というのは、最高の要求とくに損耗およびショック
に対する要求を受けるのは、この部分とくにその表面域
だからである。 要求諸特性を満すには、レール頭部が初析フェライト
やマルテンサイトを含まず、場合により少率のベイナイ
トを含有する微細パーライトから構成されねばならぬこ
とは知られており、かつまた頭部内の硬さ勾配ができる
だけ小さいと良いことも知られている。 高抵抗性レールの製造に使用される鋼は、一般に炭素
0.4乃至0.85%、マンガン0.4乃至1%およびケイ素0.1
乃至0.4%を含有し、残りが実質的に鉄からなる鋼であ
る。 本出願人はベルギー特許第899,617号で、頭部断面の
どの点にもマルテンサイトが形成されぬよう、かつま
た、冷却ランプ(rampe)を出る際にオーステナイト−
パーライト同素変態が頭部断面の60%以下となるよう冷
却ランプ長、レールの進行速度およびレールの頭部、腹
部および底部に適用する熱流束の平均密度を調節する方
法を提案した。 この方法は、望ましい諸性質とくにブリネル硬さ380
程度の真直なレールを経済的に製造できる方法であり、
鋼は再現性の高い組成を有する。 しかしながら、実質的にはこの硬さ水準はもはや全て
の場合に十分ではなく、使用者は更に高い約400のブリ
ネル硬さを要求している。 前記の方法ではマルテンサイトの形成を伴わずにその
硬さを達する十分な冷却ができないので、この新しい要
求に応えることはできない。 そこで合金元素たとえば0.1乃至0.5%のクロムおよび
1%までのケイ素を鋼に添加して頭部の硬さを増大させ
ることが探索された。 しかしながら,前記の方法を用いる場合には、合金元
素を添加しても所望の結果、すなわち頭部内でマルテン
サイトの形成を伴わずにブリネル400の硬さを達成でき
ないのは明らかである。この結果の達成には、実際、前
記ベルギー特許の方法および装置が相容れない水準まで
冷却強度を極めて減少させると同時に、冷却時間をかな
り増大させる必要があろう。この冷却時間は例えば5倍
ほどに延長しなければならず、従ってレールの速度が低
下するか或いは冷却ランプの長さが増大し、結局は装置
の故障が増えて資本支出が増大することになる。 しかも、レールの速度を極めて減少させると、レール
列の空中滞留時間が長過ぎる結果となり、調節冷却開始
前に同素変態が始まるので望ましいことではない。 (発明が解決しょうとする問題点) 本発明は、頭部の上部域のブリネル硬さが約400以上
で、前記諸欠点の全くないレールの製造を可能とする方
法を提案するものである。 (問題点を解決するための手段) 本発明の目的であるこの方法は、圧延機列を出た直後
のレールに適用される。この方法は、レール頭部の冷却
がレール腹部の冷却の管理によりかなりの程度影響され
るという本出願が確認した驚くべき事実に基づくもので
ある。この点に関して本出願人は、「圧延機列をレール
が出た直後」なる表現の実際的意味を明確にしたい。圧
延機を出たレールは極めて不揃いな形態にあって切断を
要することは知られており、このため圧延機と調節冷却
装置の間にある熱間鋸びき個所にレールを運搬する。こ
の熱間鋸びき操作の間、レールがある程度空冷されるの
は避けられないが、レール温度がレール内での同素変態
開始を触発するまで低下するには不十分な時間にすぎな
い。本発明の目的である調節冷却を開始するには、この
空冷後である。 本出願人は、レール頭部の硬さを増大させんとする研
究の過程で、レール腹部の強冷と頭部の適正冷却を組み
合わせると好ましいパーライト構造が出現して硬さが望
ましく増大するという驚くべき事実を確認した。 この条件で本発明の目的である高抵抗性レールを製造
する方法は、熱間圧延機の出口で縦列をなして連続する
レールに鋼のA3変態点以上の温度から出発する調節冷却
を施し、引続き常温までレールを冷却するのであるが、
前記の調節冷却が下記冷却の同時実施からなることを本
質的特徴とする。 (a)レール頭部が微細パーライト構造を獲得するよ
う、レール構成鋼のMs点以上の温度まで、かつまた、前
記鋼の焼入れ臨界速度より小なる速度で頭部を冷却する
こと、 (b)レール腹部にマルテンサイトおよび/またはベイ
ナイトから構成される表面層が形成されるよう鋼の前記
Ms点以下の温度まで、かつまた、頭部の冷却速度より大
なる速度でレールの腹部表面を冷却すること、但し前記
の腹部表面の冷却は、この冷却の終期にマルテンサイト
および/またはベイナイトに変態していない腹部の内部
が、前記最終冷却の過程で腹部の変態表面を伝導により
焼戻すのに十分な熱量を保持するように調節されるこ
と、および (c)レールの直線性を保証するよう、レールの腹部と
底部の間の熱変形差をなくすため、腹部の冷却速度に比
例した速度でレール底部を冷却すること。 本発明では、常温までの冷却は静止空気中にレールを
滞留させることからなり、その過程で腹部の表面層は腹
部の内部から伝導により受け取る熱の作用により焼戻さ
れる。同様に、腹部の内部は、腹部より冷却強度が低い
頭部の熱を抜き取る。この最終冷却の間、腹部の内部は
パーライトに変態する。 本発明の方法による頭部の補足的冷却は、頭部内にマ
ルテンサイトを全く形成することなく望ましい400ブリ
ネル硬さの達成を可能とする。 本発明では、この冷却強度は冷却を特徴ずける熱流速
の平均密度により表現されるであろう。これは、単位時
間当たり、冷却される表面の単位面積(m2)当たりのレ
ールの抜き取り熱量(ジュール)であり、MJ/秒−m2
たはMW/m2で表される。 以下の図面を引用しながら例として提示する好適実施
態様の説明により、本発明の理解は更に容易となり、本
発明の他の特定例も明らかとなるであろう。 第1図は、調節冷却域内でレールに同時に施される種
々の冷却ならびに腹部中に生じた構造の概要を示す。 第2図は、熱間圧延機から出るレールの調節冷却装置
を極く単純に示す。 第3図は、本発明の装置における冷却水循環路の概要
を示す。 第1図は、頭部1、腹部2および底部3から構成され
るレールの断面図を示す。レールの構成部分は、本発明
による調節冷却の間に、矢印1,およびで夫々
示す冷却強度に付される。頭部の熱流束密度は、頭
部にパーライト変態を生起し、マルテンサイトを形成せ
ぬように冷却する。腹部2での熱流束密度
りかなり大であって、腹部表面を実質的に硬化させる。
腹部2の両面に焼入れされた、すなわちマルテンサイト
および/またはベイナイトで構成された表面層4が形成
される。底部での熱流束平均密度は、腹部と底部の
間の熱変形差を無くすよう、かつまた、処理時および処
理後のレールの直線性を保つように比例する。腹部
2のエネルギー冷却は、頭部の熱を抜き取ってそれを冷
却する効果も有する。しかしながら、この効果は著しく
強いわけでなく、頭部内にマルテンサイトを形成するこ
とはない。それでもこの効果は熱流束の平均密度を
減少させ、従って頭部の外部冷却を穏やかにする。 この調節差別冷却のあとレールは静止空気中で冷却さ
れ、その間に腹部の焼入れされていない部分に留る熱
は、表面層4を焼戻すのである。 本発明は、これまで説明してきた調節冷却方法を実施
するための装置にも関する。この装置は、圧延機6から
出るレール5の移動方向にあるレールの端切りすなわち
レール長を定める切断機7、調節冷却装置8および静止
空気中での冷却装置9からなる。周知のように、レール
はローラコンベア上を切断機7および冷却装置を経て冷
却装置9まで連続的に通過する。 第3図は、本発明の調節冷却装置の概要を冷却水の循
環と共に示すものである。本発明の理解に本質的でない
装置は省略している。 本図にはその断面を示すレール5の周囲に、噴射管1
0,11,12を公知の方法で取り付けた冷却箱が配置されて
おり、噴射管10,11,12は頭部1、腹部2および底部3
(第1図を参照されたい)を夫々冷却する。続いてレー
ルの冷却水は水槽に一定の水準で回収され、そこからポ
ンプ14により混合弁15に向けて戻される。この混合弁は
補給水源(図示していない)に連結されている。次にこ
の水は、ポンプ16およびフィルタ17を経由して噴射管1
0,11,12に再送される。本装置は噴射管に送る水の温度
を測定する装置18と調節計19も有する。調節計19は、所
定温度に維持するため補給水量を調節するよう、水温に
基づいて混合弁15の位置を定める。 第3図では水の導管を実線で示し、電気導体を破線で
示す。 本発明における冷却水温度は、40乃至70℃の範囲が有
利である。 本実施態様は、噴射管からの流量を適当に制御するこ
とに係り、レールの種々の部分で熱流速の平均密度の調
節を可能とするものであり、特に頭部内にマルテンサイ
トが形成されぬような水準にの値を下げることを可
能とする。 本発明では、冷却水は閉じた回路内を循環する。 必要ならば、18で測定される水温が前記の40乃至70℃
範囲に留るよう、混合弁15により常温水を一定量添加す
る。時々過剰となる水は、水槽13内に予かじめ準備され
た溢流により排出される。 同様に本発明では、比較的高温の水を使用した際の
の減少を補償し、かつまた、レール腹部表面の強い冷
却に必要な冷却強度にするため、必要な範囲内で噴射管
11の水流量を増大させる。 本発明の方法は、頭部がブリネル硬度400を有し、本
願のはじめに指摘したような他の機械的諸性質または形
状を何等変化させないレールの連続製造を可能にするも
のである。
【図面の簡単な説明】 第1図は、調節冷却域内でレールに同時に施される種々
の冷却ならびに腹部中に生じた構造の概要を示す。 第2図は、熱間圧延機から出るレールの調節冷却装置を
極く単純に示す。 第3図は、本発明の装置における冷却水循環路の概要を
示す。 1……レール頭部、2……レール腹部 3……レール底部、1,……熱流速密度 4……表面層、5……レール 6……圧延機、7……切断機 8……調節冷却装置、9……冷却装置 10,11,12……噴射管、14,16……ポンプ 15……混合弁、17……フィルター

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 1.レール頭部、レール腹部及びレール底部を有する鋼
    レールを、前記レールに熱間圧延機を出た直後に該鋼の
    A3変態点以上の温度から出発する調節冷却を施して前記
    レールを最終的には周辺温度まで冷却することにより、
    連続的に製造するにあたり、 前記調節冷却により、同時に、 該レール頭部が微細パーライト構造となるよう、該レー
    ル頭部を該鋼のMs点以上の温度まで該鋼の焼き入れ臨界
    冷却速度より遅い速度で冷却し、 該レール底部と該レール腹部との間の熱変形差を無くし
    て該レールの直線性を保証するよう、該レール底部を該
    レール腹部の冷却速度に比例した速度で冷却し、 且つ、 該レール腹部の表面層がマルテンサイト構造若しくはベ
    イナイト構造又はその両方を含む構造となるよう、該レ
    ール腹部を該鋼のMs点以下の温度まで該レール頭部の冷
    却速度より大きい速度で表面冷却し、かつ該レール腹部
    の表面冷却はこの調節冷却の終期にマルテンサイト構造
    にもベイナイト構造にも変態していない該レール腹部の
    内部が該レール腹部の表面層を複熱により焼戻すのに十
    分な程度の熱量を有するよう調整する、 ことを特徴とする鋼レールの製造方法。 2.該レールの各部分に水を噴射することにより該部分
    を調節冷却することを特徴とする、特許請求の範囲第1
    項に記載の方法。 3.冷却水温度が40乃至70℃の範囲にあることを特徴と
    する、特許請求の範囲第2項に記載の方法。 4.冷却水が閉じた回路を循環することを特徴とする、
    特許請求の範囲第2項又は第3項に記載の方法。 5.冷却水の噴射前にその温度を測定すること、及び場
    合により常温の水を加えてその温度を調節することを特
    徴とする特許請求の範囲第2項乃至第4項のいずれか1
    項に記載の方法。
JP62172713A 1986-07-10 1987-07-10 高低抗性レールの製造方法 Expired - Lifetime JP2716127B2 (ja)

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