【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は熱間圧延を終え、高温度の熱を保有するレー
ルの冷却法に関するものである。
（従来の技術）
最近、世界的に鉄道輸送が見直され海外の鉱山鉄道の
ような高軸重車輌あるいは急曲線区間用に使用されるレ
ールは、そのレールのゲージコーナー側（レール頭部隅
角部）で車輪との接触によって著しく変形し、摩耗する
ため、耐摩耗性、対損傷性の優れたレールの開発が望ま
れている。
このような要求を満足し得るレールは、特公昭54−25
490号公報に開示されているCr、Nbなどの合金元素を微
量添加したソルバイトまたは微細パーライト組織の熱処
理レール、さらには特公昭57−61093号公報に開示され
ているNb、Tiを含有したレールを再加熱後、制御冷却し
た高強度レールの製造法、あるいは特公昭58−35573号
公報に開示されている普通鋼成分のレールを制御冷却す
る高頭熱処理レールの耐破壊性を高める熱処理法など、
各種の高強度レールまたは冷却法が示されている。
このように耐摩耗性、耐損傷性は強度が高く、組織的
にもパーライト組織が優れていることが知られている。
さらにまた特開昭59−74227号公報のように「レール
頭部に冷却水を噴射するノズルを多数配設した冷却ヘッ
ダーと空気地帯とを交互配列した冷却装置」など各種の
冷却装置（冷却方法）が示されているが、一般には噴射
ノズルを多数配列し、水または空気冷媒による連続熱処
理を行う一過式冷却装置または冷却方法である。
（発明が解決しようとする問題点）
しかしながら、これまでの冷却装置または冷却方法
は、ノズルから噴射される冷媒量を調整して、拘束ロー
ルなどで拘束され、走行する高温レールを一過式に熱処
理を行っているため、レールの後端部の列客開始時期は
先端部より大幅に遅れ、そのため冷却開始温度の低下が
生じ、単一レールの長手方向の硬度など材質に著しい差
を生じることになる。
特にレール先端部と後端部との材質差は極めて大きく
なるという問題があった。そのために冷却装置前面に保
熱炉を設けることなど、冷却開始温度の確保のための装
置を必要としている。
また次第に高温レールは冷却されながら装入されるか
ら冷却装置出側ではレールが到達するまでの間、冷媒の
空吹きとなり、コスト的にも無駄が多くなる問題点があ
る。
これらの点を解消しようとすると、高温レールの熱処
理に必要な所要時間を加えて、冷却装置を検討すると非
常に長い装置となり、設備費、建屋の点からも非現実的
な長さとなり、とても熱間圧延熱を利用したインライン
の直接熱処理の実現は困難である。
またノズルは冷媒がレール頭部に均一に噴射されるよ
う一定の間隔毎に多数配列して設けられているが、冷却
速度の制御を冷媒量の調整および冷媒噴射帯と自然放冷
帯または空気冷却等のくりかえし冷却で行うため、さら
に拘束搬送ロールなどの影響を受け、一過式冷却でさえ
材質的にも有害なベーナイトやマルテンサイトなどの異
組織の生成、レール頭部断面硬度およびレール長手方向
の局部的な硬度ばらつきが生じる欠点があった。
（問題点を解決するための手段および作用）
本発明は、このような従来の問題点を解決するため、
冷却開始温度を確保するための冷却装置前面の保熱炉を
設けることなく、しかもレール熱処理に必要な最短の冷
却装置で、一過式冷却方法でさえ困難であった微細パー
ライト組織で硬度レベルの均一性に優れたレール頭部が
得られる高温レールの冷却法を提供することを目的とし
たものである。
その要旨は、熱間圧延を終えた高温レールを静止状態
に保ち、レールの頭部に指向する口径Ｄなる冷媒噴射ノ
ズルを、レール長手方向に10mmないし40mmの間隔で配列
したレール長さとほぼ同じ冷却長を有する冷却装置よ
り、該ノズルと該レール頭部表面との距離ＨをH/D≧５
とする位置から前記レールの全長にわたり冷媒を噴射冷
却して、均一な材質と硬度のレールを製造することを特
徴とする高温レールの冷却法である。
この方法によると、圧延熱を利用するインライン直接
熱処理でも、熱処理レール長の冷却装置長で、レール長
手方向も含めて均質で所望の硬度の微細パーライト組織
の高強度レールを製造することができる。
以下本発明について詳細に説明する。
第１図に本発明の一実施例の冷却装置断面図を示す。
第１図において、１は高温レールである。高温レール
１は熱間圧延を終えたオーステナイト域以上の温度、そ
の他適宜な温度の熱を保有する。２は冷却装置である。
冷却装置２は第２図にその横断面を示すように高温レ
ール１の頭部に指向する口径Ｄなる冷媒噴射ノズル３
を、レール長手方向に複数列各々ノズルの間隔Pnを10mm
ないし40mmで設け、さらに両端部まで同一冷却速度を得
るため高温レール１と同じ長さに多数配列して構成され
ている。４は冷媒供給管で冷却装置２に連結して、気体
などの冷媒を噴射ノズル３に供給するものである。
本発明の目的において、多数配列される冷媒噴射ノズ
ル３のレール長手方向の間隔Pnはレール頭頂部の硬度ば
らつきを防止する上で、極めて重要である。その間隔Pn
は10mmないし40mmがよい。
それは流量一定の場合、間隔Pnが10mm以下になると、
ノズル孔数が多くなり、そのためノズル口径Ｄが小さく
なり目詰りの心配がある。また40mmを超えるとノズル孔
数は少なくなり、口径Ｄは大きくなるが、ノズル直下部
に対してノズルとノズル間の部位の冷却速度が低下し、
そのため硬度が低くなり、硬度ばらつきの差が大きくな
るからである。
またH/D≧５で規定するからＨは大きくなり、冷却強
さが低下して高硬度が得られにくくなる。
このように構成された冷却装置２は、レール頭部表面
がどの部分も同一硬度（同一冷却速度）を得るために
は、高温レール１の頭部からのノズル距離ＨはH/D≧５
の位置に設置する。
噴射冷媒両を少なくし、冷却強さを向上させるにはノ
ズル距離Ｈを可能な限り近接させるのが望ましいが、冷
却装置２がH/D＜５の場合、ノズル距離Ｈが近接しすぎ
て噴射された冷媒に、コア部（芯）と拡散部とが生じる
範疇になり、ノズル直下部とそれ以外の部間に硬度差
（冷却速度差）が発生してしまう。
したがって冷却装置２は、H/D≧５、好ましくはH/D≧
10の位置に設置するとよい。
ここで冷却装置２の長さは、レール全長に亘ってほぼ
同じ冷却開始温度を確保する上で、熱処理を行う高温レ
ール１の長さに同じ長さで構成すると高速で短時間に高
温レール１を装入することが可能になるし、また冷却無
効地帯をなくすこともでき、設備的にもコスト的にも有
利になる。
以上、本発明によると、高温レールは全長に亘ってほ
ぼ同一冷却開始温度で冷却が開始され、同一冷却速度で
冷却されるから、静止状態にもかかわらずレール長手方
向も含めて均質化した単一レールを製造することができ
る。
（実施例）
熱間圧延を終えオーステナイト域温度の熱を保有する
136ポンド／ヤード鋼レール（C:0.78％、Si:0.24％、M
n:0.87％、長さ:12.5m）に口径D:6mmの冷媒噴射ノズル
をPn:25mmの間隔で多数配列した冷却装置（12.5mm）
を、高温レールの頭部から60mm（H/D＝10）の位置に設
置し、冷媒（空気）を噴射して冷却した。
その得られたレール頭部の長手方向の硬度分布の結果
を第３図に示す。
なお図中に比較法として上記の冷却装置前面に保熱炉
を設けないで高温レールを連続的に通過させながら、一
過式に冷却した場合の結果を示す。
比較材は、レール先端部では微細パーライト組織を確
保するに必要な温度は確保され、本発明と同じレベルの
硬度が得られるが、後端部になるにつれて温度が降下し
て、熱処理に必要な冷却開始温度の確保が困難となり、
硬度の低下は避けられないことがわかる。
（発明の効果）
上記の結果から明らかなように、本発明によると熱間
圧延レールの熱を利用したインライン直接熱処理も可能
で、冷却装置の前面に保熱炉を設けることなく、レール
全長に亘って均質な高強度レールを得ることができる。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for cooling a rail that has been subjected to hot rolling and that retains high-temperature heat. (Prior Art) Recently, rail transport has been reviewed worldwide, and rails used for high axle heavy vehicles or sharply curved sections such as mining railways abroad are located on the gauge corner side of the rail (rail corner angle). The part (1) is significantly deformed and worn by contact with the wheels, and therefore development of a rail having excellent wear resistance and damage resistance is desired. Rails that can satisfy such requirements are described in JP-B-54-25
No. 490 disclosed Cr, Nb and other alloying elements such as a trace amount of sorbite or a fine pearlite structure heat treatment rail, further disclosed in JP-B-57-61093 disclosed Nb, Ti containing rail. After reheating, a method of manufacturing a high-strength rail controlled and cooled, or a heat treatment method of increasing the fracture resistance of a high-head heat-treated rail that controls and cools a rail of ordinary steel component disclosed in Japanese Patent Publication No. 58-35573.
Various high strength rails or cooling methods are shown. It is known that the abrasion resistance and the damage resistance are high in strength and the pearlite structure is excellent in terms of structure. Furthermore, various cooling devices (such as a cooling device in which cooling headers having a large number of nozzles for spraying cooling water on the rail heads and a cooling device in which air zones are alternately arranged) as disclosed in JP-A-59-74227. ), But is generally a one-time cooling device or a cooling method in which a large number of injection nozzles are arranged and continuous heat treatment with water or air refrigerant is performed. (Problems to be Solved by the Invention) However, the conventional cooling device or cooling method adjusts the amount of the refrigerant injected from the nozzle, and constrains the high-temperature rail traveling by being constrained by a constraining roll or the like. Due to the heat treatment, the start time of passengers at the rear end of the rail is significantly delayed from that at the front end, which causes a drop in cooling start temperature and a significant difference in the material such as the longitudinal hardness of a single rail. become. In particular, there is a problem that the material difference between the front end and the rear end of the rail becomes extremely large. Therefore, a device for securing the cooling start temperature is required, such as providing a heat retaining furnace in front of the cooling device. Further, since the high-temperature rail is gradually charged while being cooled, the refrigerant is blown off at the outlet of the cooling device until the rail arrives, and there is a problem that waste is increased in cost. In order to solve these problems, the time required for heat treatment of the high-temperature rail is added, and if the cooling system is considered, it will be a very long system, and it will be unrealistic in terms of equipment cost and building. It is difficult to realize in-line direct heat treatment using hot rolling heat. In addition, a large number of nozzles are arranged at regular intervals so that the refrigerant is uniformly jetted to the rail head, but the cooling rate is controlled by adjusting the amount of the refrigerant and the refrigerant injection zone and the natural cooling zone or air. Because of repeated cooling such as cooling, it is further affected by constrained transport rolls, etc. Even with transient cooling, formation of different structures such as bainite and martensite, which are harmful to the material, rail cross section hardness and rail length There is a drawback that local hardness variation in the direction occurs. (Means and Actions for Solving the Problems) The present invention has been made in order to solve such conventional problems.
It is the shortest cooling device required for rail heat treatment without providing a heat retention furnace on the front of the cooling device to secure the cooling start temperature, and has a fine pearlite structure that is difficult even with a one-time cooling method, and has a hardness level of It is an object of the present invention to provide a method for cooling a high-temperature rail that can provide a rail head having excellent uniformity. The gist of this is that the hot-rolled high-temperature rail is kept stationary, and the refrigerant injection nozzles having a diameter D directed toward the head of the rail are almost the same as the rail length in which the rails are arranged at intervals of 10 mm to 40 mm in the longitudinal direction of the rail. From the cooling device having a cooling length, the distance H between the nozzle and the rail head surface is set to H / D ≧ 5.
A cooling method for a high-temperature rail, characterized in that a coolant having a uniform material and hardness is manufactured by injecting and cooling a refrigerant over the entire length of the rail from a position described above. According to this method, even in-line direct heat treatment using the rolling heat, a high-strength rail having a fine pearlite structure having a uniform and desired hardness including the rail longitudinal direction can be manufactured with the cooling device length of the heat treatment rail length. Hereinafter, the present invention will be described in detail. FIG. 1 is a sectional view of a cooling device according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a high-temperature rail. The high-temperature rail 1 retains heat at a temperature equal to or higher than the austenite region after hot rolling and other appropriate temperatures. 2 is a cooling device. The cooling device 2 has a refrigerant injection nozzle 3 having a diameter D directed toward the head of the high-temperature rail 1 as shown in a cross section in FIG.
In the longitudinal direction of the rail, the interval Pn of each nozzle in multiple rows is 10 mm
The length of the high-temperature rail 1 is the same as that of the high-temperature rail 1 in order to obtain the same cooling rate at both ends. Reference numeral 4 denotes a refrigerant supply pipe connected to the cooling device 2 to supply refrigerant such as gas to the injection nozzle 3. For the purpose of the present invention, the interval Pn in the rail longitudinal direction between the refrigerant injection nozzles 3 arranged in a large number is extremely important in preventing the hardness variation at the top of the rail. The interval Pn
Should be 10mm to 40mm. That is, when the flow rate is constant, when the interval Pn becomes 10 mm or less,
The number of nozzle holes is increased, so that the nozzle diameter D is reduced, and there is a fear of clogging. When the diameter exceeds 40 mm, the number of nozzle holes decreases and the diameter D increases, but the cooling rate of the portion between the nozzles and the nozzle immediately below the nozzle decreases,
This is because the hardness becomes low and the difference in hardness variation becomes large. Further, since H / D ≧ 5, H becomes large, and the cooling strength decreases, so that it becomes difficult to obtain high hardness. In order to obtain the same hardness (same cooling rate) in any part of the rail head surface, the cooling device 2 configured as described above requires the nozzle distance H from the head of the high-temperature rail 1 to be H / D ≧ 5.
Install in the position. It is desirable to make the nozzle distance H as close as possible in order to reduce the amount of the injected refrigerant and improve the cooling strength. However, when the cooling device 2 is H / D <5, the nozzle distance H is too close and the injection distance is too small. In this case, a core portion (core) and a diffusion portion are generated in the refrigerant, and a hardness difference (cooling speed difference) is generated between a portion immediately below the nozzle and other portions. Therefore, the cooling device 2 has an H / D ≧ 5, preferably an H / D ≧ 5.
It should be installed at 10 positions. Here, the length of the cooling device 2 is set to be the same as the length of the high-temperature rail 1 to be subjected to the heat treatment in order to secure substantially the same cooling start temperature over the entire length of the rail. Can be charged, and the zone where cooling is disabled can be eliminated, which is advantageous in terms of equipment and cost. As described above, according to the present invention, the high-temperature rail starts cooling at substantially the same cooling start temperature over the entire length, and is cooled at the same cooling rate. One rail can be manufactured. (Example) After hot rolling, retain heat at austenite temperature
136 pounds / yard steel rail (C: 0.78%, Si: 0.24%, M
n: 0.87%, length: 12.5m) Cooling device (12.5mm) in which a number of refrigerant injection nozzles of diameter D: 6mm are arranged at intervals of Pn: 25mm
Was installed at a position 60 mm (H / D = 10) from the head of the high-temperature rail, and cooled by injecting a refrigerant (air). FIG. 3 shows the results of the obtained hardness distribution in the longitudinal direction of the rail head. In the figure, as a comparative method, a result in the case where cooling is performed in a transient manner while continuously passing through a high-temperature rail without providing a heat retaining furnace in front of the cooling device is shown. In the comparative material, the temperature required to secure the fine pearlite structure is secured at the tip of the rail, and the same level of hardness as that of the present invention can be obtained. It is difficult to secure the cooling start temperature,
It can be seen that a decrease in hardness is inevitable. (Effects of the Invention) As is clear from the above results, according to the present invention, in-line direct heat treatment utilizing the heat of the hot-rolled rail is also possible, and without providing a heat retaining furnace in front of the cooling device, the entire length of the rail can be reduced. A uniform high-strength rail can be obtained.
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の冷却装置縦断面図、第２図はその冷
却装置の横断面図、第３図は、本発明の実施例の結果を
示す。
1:高温レール、2:冷却装置、
3:冷媒噴射ノズル、4:冷媒供給管。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a cooling device of the present invention, FIG. 2 is a transverse sectional view of the cooling device, and FIG. 3 shows the results of an embodiment of the present invention. 1: High temperature rail, 2: Cooling device, 3: Refrigerant injection nozzle, 4: Refrigerant supply pipe.
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フロントページの続き
(72)発明者 福田 敬爾
福岡県北九州市八幡東区枝光１―１―１
新日本製鐵株式会社第三技術研究所内
(72)発明者 影山 英明
福岡県北九州市八幡東区枝光１―１―１
新日本製鐵株式会社八幡製鐵所内
(72)発明者 石井 道明
福岡県北九州市八幡東区枝光１―１―１
新日本製鐵株式会社八幡製鐵所内
(72)発明者 佐藤 学
福岡県北九州市八幡東区枝光１―１―１
新日本製鐵株式会社八幡製鐵所内
(56)参考文献 特開 昭61−149436（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−60827（ＪＰ，Ａ)
特公 昭61−51008（ＪＰ，Ｂ２)
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Continuation of front page
(72) Inventor Keiji Fukuda
1-1-1 Edamitsu, Yawatahigashi-ku, Kitakyushu-shi, Fukuoka
Nippon Steel Corporation 3rd Technology Research Laboratory
(72) Inventor Hideaki Kageyama
1-1-1 Edamitsu, Yawatahigashi-ku, Kitakyushu-shi, Fukuoka
Nippon Steel Corporation Yawata Works
(72) Inventor Michiaki Ishii
1-1-1 Edamitsu, Yawatahigashi-ku, Kitakyushu-shi, Fukuoka
Nippon Steel Corporation Yawata Works
(72) Inventor Manabu Sato
1-1-1 Edamitsu, Yawatahigashi-ku, Kitakyushu-shi, Fukuoka
Nippon Steel Corporation Yawata Works
(56) References JP-A-61-149436 (JP, A)
JP-A-61-60827 (JP, A)
Tokiko Sho 61-51008 (JP, B2)