JP3114490B2 - 耐転動疲労損傷性に優れた低電気抵抗レール - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鉄道においてレールの
寿命を左右する頭頂並びに頭部コーナー部に生じる転動
疲労損傷に対する耐損傷性に優れ、また信号の誤動作防
止の観点から電気抵抗を低くしたレールに関する。

【０００２】

【従来技術】鉄道輸送は他の輸送機関と比較して輸送効
率が高く、年々高速化、ダイヤの過密化が指向されてお
り、レールに対する負荷が年々過酷になっている。この
ため、直線部においてはレール頭頂面の、曲線部におい
ては頭部コーナー部の転動疲労損傷が増加している。

【０００３】従って、レールに求められる特性もより高
性能化しつつあり、これまで以上に転動疲労特性に対す
る耐損傷性に優れるレールが求められている。また、ダ
イヤの過密化により列車運行の制御がこれまで以上に重
要となっており、このため信号の誤動作を起こしにくい
レールが求められている。

【０００４】耐転動疲労損傷性に優れたレールとして
は、例えば特公昭５５−２３８８号公報に開示されてい
るような頭部を高温に再加熱して所定の温度域から冷却
し、７００〜６５０℃の温度域を１０．５〜１５℃／秒
の速度で冷却することにより得られる熱処理レールが知
られている。このような熱処理レールは特に頭部の硬度
が高いことから軸重の高い鉄道に使用され、優れた特性
を示している。

【０００５】また特開平２−２８２４４８号公報には、
Ｃ量を従来レールよりも低くして、さらに頭頂部と頭部
コーナー部に硬度差を形成したレールが知られている。
一方、信号の誤作動を防止するためには、レールに流す
信号電流の抵抗損失を少なくすることが必要であり、現
在ＪＩＳで規格化されてはいないが、鉄道会社からの要
求に応じて普通レールの固有抵抗値を一定範囲内に制御
している。電気抵抗を考慮したものとして、特開平３−
２０４４２号公報に高炭素鋼で合金元素を添加したレー
ルが開示されているが、これは耐摩耗性を考慮したパー
ライト鋼であり、耐転動疲労性は考慮されていない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】最近高速化の進んでい
る在来線において、これまで新幹線に敷設したレールに
しか認められなかったレール頭頂面シェリングが発生す
るようになり、この対応に苦慮している。

【０００７】頭頂面シェリングの発生原因については、
全てが解明されているわけではないが、その原因の一つ
として、車輪の走行、スリップ時のレール表面の急速加
熱・急速冷却によりレールの表面に白色層と称されるマ
ルテンサイト層の生成が報告されている。この場合、白
色層は非常に硬いことからマトリクスとの境界に割れが
発生し、進展することによりシェリング損傷に至るとさ
れている。

【０００８】白色層の硬さは一般にＣ量によって決ま
り、Ｃ量が多いほど白色層の硬さが高くなる。従来のレ
ールは、特公昭５５−２３８８号公報に開示されたもの
を含め、Ｃ量が０．６５〜０．８５％と多いことから白
色層が生成した場合、硬さが高くなる点が弱点となって
いる。また、従来のレールはミクロ組織がパーライト組
織となっており、軟らかいフェライト層と硬いセメンタ
イト層がラメラー状となっていることから摩耗し難く、
一度生成した白色層が、列車の通過時の車輪とレールの
接触に伴う摩耗によっても除去されず、損傷の起点とな
りやすい点も欠点となっている。

【０００９】本発明者たちは、この問題に対処するため
白色層の硬さが低く、また白色層が生成しても列車通過
時の車輪とレールの接触による摩耗によって除去される
ようなレールを検討した。白色層すなわちマルテンサイ
トの硬さはＣ量によって一義的に決まることからこの硬
さを低くするためにはＣ量を低くすることが有効であ
る。

【００１０】しかし、Ｃ量を低くしただけのレールで
は、強度が低くなりレール表面に大きな塑性フローが生
じ、これがきしみ割れ等の別種の損傷となるという問題
が生じた。これに対しては、例えば前述の特開平２−２
８２４４８で開示されているようにＣ量の低いレールで
頭部コーナー部のみを熱処理等で高硬度とするレールが
開発されている。けれども実際の鉄道における列車の走
行においては、車輪とレールの接触は一様ではなく、高
硬度化した頭部コーナー近傍部が車輪と接触することが
あり、この場合には頭頂部に接触が生じず、摩耗量を増
やすことにより白色層の除去を行うという当初の目的が
達成されないため白色層は除去され難く、耐転動疲労損
傷性が必ずしも良好とはいえないという欠点があった。

【００１１】一方、鋼の電気抵抗は、合金元素及びミク
ロ組織により変化し、合金元素を多量に含有するほど、
またミクロ組織が転位密度の高い組織となっているほど
高くなるが、合金添加量、組織の固有抵抗値に対する定
量的な影響は詳細には知られていない。

【００１２】従って、従来は電気抵抗をＪＩＳ普通レー
ルと同等の低いレベルに保ったまま耐転動疲労性を向上
させるという観点からの検討は行われていない。本発明
はかかる事情に鑑みてなされたものであって、優れた耐
転動疲労損傷性を有し、電気抵抗が低いレールを提供す
ることを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段及び作用】本願発明者ら
は、上記のような従来技術の欠点を考慮した結果、複雑
な熱処理を行うことなく頭頂部及び頭部コーナー部が共
に塑性フローによる損傷が生じない程度の均一な硬さを
有し、疲労強度及び硬さが従来レールと同等であり、さ
らに頭部のミクロ組織を全面ベイナイト組織とすること
で従来レールよりも１．２〜３．０倍摩耗量を多くする
ことによって、白色層の除去が可能となり、転動疲労損
傷に対する耐損傷性に優れることを見出した。また、鋼
の合金成分を適切に調節することにより、このような全
面ベイナイト組織を維持しつつ、所望の低い電気抵抗と
なることを見出した。さらに微量合金元素を加えること
により摩耗量は全面ベイナトイ組織の場合と同等で、か
つ白色層の生成を抑制し、頭部が内部まで同一硬さを示
すことから使用寿命が著しく延びることも明らかにし
た。

【００１４】本発明は以上の知見に基づいてなされたも
のであり、重量％で、Ｃ：０．１５〜０．５５％、Ｓ
ｉ：０．０５〜０．５％、Ｍｎ：０．１０〜０．５％、
Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｃｒ：０．
１０〜０．４５％、Ｍｏ：０．００５〜２．００％を含
有し、残部が鉄及び不可避不純物からなり、頭部が均一
ベイナイト組織であり、硬さが頭頂及び頭部コーナ部の
いずれの位置においてもＨｖで２４０〜３９０の間であ
り、室温における固有抵抗値ρ（２０℃）が２３．７μ
Ω・ｃｍ以下であることを特徴とする耐転動疲労損傷性
に優れた低電気抵抗レールを提供するものである。

【００１５】また、重量％で、Ｎｂ：０．００５〜０．
０１％、Ｔｉ：０．００１〜０．０１％、Ｖ：０．００
５〜０．０５％の１種又は２種以上をさらに含有するこ
とを特徴とする耐転動疲労損傷性に優れた低電気抵抗レ
ールを提供するものである。

【００１６】さらに、上記基本組成に、又は上記Ｎｂな
どの元素をさらに含有した組成に、さらにＣｕ：０．０
５〜２．０％、Ｎｉ：０．０５〜２．０％の１種又は２
種を含有させたことを特徴とする耐転動疲労損傷性に優
れたレールを提供するものである。

【００１７】以下、本発明について詳細に説明する。ま
ず、本発明の根拠となる実験例について説明する。図１
は摩耗減量比に及ぼすマトリクス組織、硬さの影響を調
査した結果である。供試鋼は表１に成分範囲を示すよう
に、Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ｖ，Ｎ
ｂ，Ｔｉを種々変化させた成分で、いずれも熱間圧延に
より１６ｍｍの鋼板とし、一部の鋼板はエアー冷却を行
っている。これらの鋼板から外径３０ｍｍ、幅８ｍｍの
西原式摩耗試験片を採取し、在来線のレールと車輪の接
触をシミュレートした接触荷重１３５ｋｇ、すべり率−
１０％、無潤滑条件で摩耗試験を行い、１０万回転後の
摩耗減量を測定した。評価においては、普通レールの摩
耗量を測定し、普通レールに対する供試鋼の摩耗減量比
を用いた。なお、表１の組織の欄において、Ｐはパーラ
イトを示し、Ｂはベイナイトを示す。

【００１８】

【表１】

【００１９】図１から明らかなように、マトリクス硬さ
の増加に伴い摩耗減量が減少している。パーライト組織
の普通レールはＨｖ２４０以上の硬さを有しており、こ
の硬さでレール頭部コーナー部のきしみ割れが重大な問
題となっていないこと、きしみ割れはレールコーナー部
の塑性変形によるものであり、コーナー部の強度（硬
さ）のみで規定されるものであることから、硬さの下限
値はＨｖ２４０以上であれば問題ないことが理解でき
る。また、同一マトリクス硬さにおいてはパーライト組
織よりもベイナイト組織の方が摩耗減量が大きい。この
ことから、普通レールよりも摩耗減量を多くして耐損傷
性に優れるようにするためには、頭部をベイナイト組織
とする必要があることが理解できる。

【００２０】これまでの各種検討から、摩耗による疲労
層の除去には摩耗減量比が１．２倍以上あることが必要
であると考えられている。さらにレールの計画寿命の観
点からは、摩耗減量が普通レールの３．０倍を超えると
計画寿命に達する前にレール頭部の摩耗による減肉が著
しくなり使用不可能となることから、摩耗減量比の上限
は３．０倍となる。現在使用されているパーライト組織
を有する普通レールの硬さはＨｖ２４０〜２６０程度で
あるが、これよりも摩耗減量比が１．３〜３．０倍の値
を示すベイナイト組織の硬さはＨｖ２４０〜３９０であ
ることが図１から理解できる。従って、本発明の目的と
するベイナイト組織の硬さがＨｖ２４０〜３９０であれ
ば、摩耗による疲労層の除去、レール頭部の減肉による
寿命、レール頭部コーナー部のきしみ割れのいずれの観
点からも満足できるレールとなることがこの図から見出
される。

【００２１】図２はレール頭頂部表面に生成する白色層
の硬さ、厚さに及ぼすマトリクスのＣ量の影響を示した
ものである。供試鋼は表２に成分範囲を示すようにＣ量
を変化させた成分で、熱間圧延により１６ｍｍの鋼板と
した。これらの鋼板から直径３ｍｍの円柱試験片を採取
し、西原式転動疲労試験機のレールサンプルを取り付け
る側にこの円柱試験片をセットし、車輪試験片と瞬間的
に接触させて、強制滑りによる急速加熱、急速冷却の実
レールにおけるすべりによる白色層生成をシミュレート
して生成した白色層の硬さ、厚さを評価した。

【００２２】

【表２】

【００２３】図２からわかるように、白色層の厚さはＣ
量の減少により薄くなる。これはＣ量の低下に伴い白色
層生成における臨界冷却速度が高冷速側にシフトするた
めに冷却速度の遅い内部では白色層が形成されないため
であると考えられる。白色層の硬さはＣ量に大きく依存
し、Ｃ量の減少に伴い硬度が低下している。白色層とマ
トリクスとに硬度差が有りすぎると摩耗による白色層の
除去に対する抵抗となることから、白色層の硬さはマト
リクス硬さの２．００倍以内であることが必要と考えら
れる。図１に示したように摩耗減量比の観点からマトリ
クス硬さの上限をＨｖ３９０としていることから、白色
層硬さはＨｖ６８０以下とすることが必要である。従っ
て、Ｃ量の上限は０．５５％となる。

【００２４】図３はレール頭頂部表面に生成する白色層
の厚さに及ぼす微量添加物の影響を示したものである。
供試鋼は表３に成分範囲を示すようにＣｕ，Ｎｉ，Ｍ
ｏ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔｉを変化させた成分で、熱間圧延によ
りレール頭部の形状にシミュレート圧延した後、頭部中
央の表面から内部３０ｍｍ位置までビッカース硬さを測
定した。

【００２５】

【表３】

【００２６】図３から、内部硬さの低下は、ベイナイト
焼入性を増加させる合金元素であるＭｎ，Ｃｒ，Ｍｏ，
Ｃｕ，Ｎｉの単独もしくは複合添加により小さくなるこ
とがわかる。また、析出硬化元素であるＶ，Ｎｂ，Ｔｉ
の単独もしくは複合添加によっても小さくなることがわ
かる。ただし、焼入性向上元素の多量の添加は、表層に
マルテンサイト層を形成しやすくなるため望ましくな
い。また析出硬化元素を多量に添加してもレール内部の
硬さ低下を抑制する効果が飽和する。

【００２７】図４は、表４に示す供試鋼の室温における
固有抵抗の計算値と実測値を示すものである。ここで固
有抵抗値の計算は、各元素の固有抵抗への寄与を考慮
し、実測値に基づいて計算したものであり、その値ρ
（２０℃）ｃａｌ．は、以下の式で示される。

【００２８】ρ（２０℃）ｃａｌ．＝（0.14×Ｃ）＋
（12.7×Ｓｉ）＋（5.8 ×Ｍｎ）＋（2.8 ×Ｃｕ）＋
（2.9 ×Ｎｉ）＋（3.1 ×Ｍｏ）＋（4.5 ×Ｎｂ）＋
（4.7 ×Ｖ）＋（4.1 ×Ｔｉ）＋１１．７ （μΩ・ｃ
ｍ） なお、上記式の各元素記号は、各元素の重量％を表わ
す。

【００２９】図４に示すように、上記式によりシミュレ
ートされた計算値は、ほぼ実測値と一致する。従って、
この計算式を用いて鋼の固有抵抗値を把握することがで
きる。上記式からわかるように、合金元素のうちＳｉ，
Ｍｎ，Ｃｒは係数が高く、Ｃ，Ｍｏ，Ｃｕ，Ｎｉは係数
が低くなっている。従って、これら係数を考慮して固有
抵抗値が現状の普通レールと同様の２３．７μΩ・ｃｍ
以下となるようにする必要がある。すなわち、係数の大
きいＳｉ，Ｍｎ，Ｃｒの添加量を低めに設定し、さらに
Ｃ，Ｍｏ，Ｃｕ，Ｎｉの量を調節することによって、電
気抵抗を低く維持しつつ、強度及び組織を満足する成分
系を選定することが重要であることが理解される。

【００３０】

【表４】

【００３１】次に、化学成分、ミクロ組織、硬さ、電気
抵抗の限定理由について説明する。なお、以下の説明に
おいて、％表示は全て重量％を表わす。 （１）化学成分 Ｃ：０．１５〜０．５５％ Ｃは白色層の硬さとレールそのものの強度に重要な影響
を与える元素であり、その含有量が０．５５％を超える
と、上述したようにレール頭頂部における白色層の硬さ
が著しく硬くなり、母材の硬度差が高くなりすぎること
からシェリング損傷の起点となる。一方、０．１５％未
満では母材の強度が低くなり、塑性フローが著しく、こ
れを起点とする損傷が発生する。従って、Ｃ量を０．１
５〜０．５５％に規定する。

【００３２】Ｓｉ：０．０５〜０．５％ Ｓｉは、脱酸剤として有効なだけでなく、マトリクスに
固溶して強度を上昇させる元素であるが、その含有量が
０．０５％未満ではその効果が認められない。また０．
５％を超えると、マトリクスが脆化すること、硬いＳｉ
Ｏ₂ がマトリクス中に分散してこれがシェリングの起点
となること、マトリクスの固有低耕地を著しく高めるこ
となどの問題が生じる。従って、Ｓｉ量を０．０５〜
１．０％に規定する。

【００３３】Ｍｎ：０．１０〜０．５％ Ｍｎはマトリクスに固溶して焼入性を高め高強度化する
元素であるが、０．１０％未満ではその効果が認められ
ず、０．５％を超えると偏析部にマルテンサイトを生成
しやすくなって損傷の起点となり、またマトリクスの固
有抵抗を高くする。従って、Ｍｎ量を０．１０〜０．５
％に規定する。

【００３４】Ｐ：０．０３％以下 Ｐは靭性を劣化させることから、０．０３％以下に規定
する。 Ｓ：０．０３％以下 Ｓは主に介在物の形態で鋼中に存在するが、０．０３％
を超えるとこの介在物量が著しく増加し、マトリクスを
脆化せしめることから、０．０３％以下に規定する。

【００３５】Ｃｒ：０．１０〜０．４５％ Ｃｒはベイナイト焼入れ性を増加する元素であり、本発
明鋼のようにミクロ組織をベイナイト組織として高強度
化を図るために非常に重要な元素であるが、０．１０％
未満ではベイナイト焼入れ性が低く、ミクロ組織が均一
なベイナイト組織とならない。一方、０．４５％を超え
るとマルテンサイトが生成しやすくなって損傷の起点と
なり、またマトリクスの固有抵抗値を高くする。従っ
て、Ｃｒ量を０．１０〜０．４５％に規定する。

【００３６】Ｍｏ：０．００５〜２．００％ Ｍｏは固有抵抗値の増加を低く抑えてベイナイト組織を
安定化する元素であり、本発明のように固有抵抗値を一
定の範囲として均一なベイナイト組織とするために非常
に有効な元素であるが、０．００５％未満ではベイナイ
ト焼入性が低く、ミクロ組織が均一なベイナイト組織と
はならない。一方、２．０％を超えるとマルテンサイト
が生成し、損傷の起点となる。従って、Ｍｏ量を０．０
０５〜２．００％に規定する。

【００３７】Ｖ：０．００５〜０．０５％ Ｖはマトリクス中のＣと結び付いて圧延後に析出するこ
とから、頭部の内部まで析出強化により硬度を高くし、
レールの寿命を延ばすために有効である。ただし、ただ
し、その量が０．００５％未満ではその効果を有効に発
揮することができない。また０．０５％を超えて添加し
てもその効果は飽和してしまう。従って、Ｖを添加する
場合にはその量を０．００５〜０．０５％に規定する。

【００３８】Ｎｂ：０．００５〜０．０１％ Ｔｉ：０．００１〜０．０１％ Ｎｂ，ＴｉはＶと同様にマトリクス中のＣと結び付いて
圧延後に析出することから、頭部の内部まで析出強化に
より硬度を高くし、レールの寿命を延ばすために有効で
ある。その効果はＶと複合添加とすることで著しいが、
Ｎｂで０．００５％未満、Ｔｉで０．００１％未満の添
加では有効ではない。またＮｂ、Ｔｉともに０．０１％
を超えて添加してもその効果は飽和してしまうだけでな
く、析出物が粗大化しやすく別の損傷原因となる可能性
が生じる。従って、Ｎｂ、Ｔｉを添加する場合には、そ
の量をＮｂ：０．００５〜０．０１％、Ｔｉ：０．００
１〜０．０１％に規定する。

【００３９】以上のＶ，Ｎｂ，Ｔｉはレールの寿命を延
ばす観点から、これらのうち１種又は２種以上を上記範
囲内で添加する。 Ｃｕ：０．０５〜２．０％ Ｎｉ：０．０５〜２．０％ Ｃｕ，Ｎｉは、いずれもベイナイト焼入性を向上する元
素であり、固有抵抗値上昇率を著しく上昇させることは
ない。しかし、これらが０．０５％未満では、上記効果
が認められず、またこれらが２．０％を超えるとマルテ
ンサイトが生成しやすくなりシェリング損傷の起点とな
る。従って、Ｃｕ、Ｎｉを含有させる場合には、その量
はいずれも０．０５〜２．０％に規定され、これらの１
種又は２種が添加される。

【００４０】（２）ミクロ組織 本発明ではレール頭部を均一ベイナイト組織とする。ベ
イナイト組織は従来レールのパーライト組織と比較して
転位密度を増やして高強度化していることからＣ量をパ
ーライト鋼よりも低くすることが可能である。また、パ
ーライト組織では硬い炭化物（セメンタイト）が層状に
配向していることから摩耗し難いのに対し、ベイナイト
組織は炭化物がマトリクス中に微細な炭化物として分散
しているため、マトリクスの摩耗時に同時に除去される
ことからパーライト組織と比較して摩耗しやすいという
特徴を有している。

【００４１】転動疲労損傷は、レール表面近傍において
疲労層が蓄積して発生する場合、もしくは白色層と母材
の境界から亀裂が生じてこれが進展して発生する場合が
考えられるが、いずれの場合においても蓄積した疲労層
もしくは生じた白色層を、列車が通過する時のレールと
車輪の接触により摩耗させて除去することにより損傷発
生を抑制することが可能である。従って、上述したよう
にレール頭部を所定の硬さを有する均一ベイナイト組織
にして摩耗しやすくすれば、転動疲労損傷性に優れたも
のとなるのである。このように白色層を摩耗により有効
に除去するためには、普通レール（ＪＩＳによる、以下
同じ）と比較して摩耗量が多いことが必要であるが、著
しく摩耗量が多いとレール頭部の減肉が著しくなり、必
要な寿命が確保できない。本発明の成分組成の鋼で製造
され、以下に示す範囲の硬さを有するベイナイト組織で
あれば、摩耗量が普通レールより多く、減肉による寿命
の問題もない。なお、このようなベイナイト組織は、圧
延後、レール素材を空冷又は加速冷却することにより得
ることができる。

【００４２】なお、レールの摩耗量については実際に敷
設した場合の摩耗量で評価することが最も望ましいが、
実敷設レールの接触条件をシミュレートした西原式摩耗
試験機を用いた比較試験により評価した値も有効であ
り、この比較試験の場合には普通レールの１．２〜３．
０倍の摩耗量であれば必要な寿命を確保しつつ、転動疲
労損傷性に優れたものとなる。

【００４３】（３）硬さ 硬さについては、頭頂部・頭部コーナー部いずれの位置
においてもＨｖで２４０〜３９０の硬さ有することが必
要である。ベイナイト組織で、かつこの範囲の硬さを有
していれば、普通レールよりも摩耗量が多く、転動疲労
損傷性が良好である。この場合に、頭頂部はベイナイト
組織であれば摩耗量が多いため、その硬さを頭部コーナ
と同等としても問題はなく、むしろベイナイト組織で頭
頂部、頭部コーナー部を実質的に均一硬さとすること
は、複雑な熱処理が不要であるためコスト的に望まし
い。

【００４４】また、頭部コーナー部はＨｖで２４０〜３
９０あれば塑性フローは従来レールと同等であり、塑性
フローを起点とする損傷は発生しない。Ｈｖで３９０を
超えると摩耗量が低下するため不都合が生じること、ベ
イナイト組織でＨｖ３９０以上とするには合金添加量を
増加する必要があるため、コスト的に有効でないことか
ら３９０以下に規定する。

【００４５】（４）電気抵抗（固有抵抗値） 本発明では室温における固有抵抗値ρ（２０℃）が２
３．７μΩ・ｃｍ以下と規定する。列車の運行におい
て、信号の誤作動を防止することは極めて重要である。
このような信号の誤作動は、レールの電気抵抗が高くな
る程著しく、一部の鉄道会社では、信号の誤作動を引き
起こさないために、レールの室温における固有抵抗値ρ
（２０℃）が２３．７μΩ・ｃｍ以下となるように管理
し、信号の誤動作を防止している。すなわち、レールの
固有抵抗値がこの値を超えると信号の誤動作を引き起こ
しやすくなるのである。従って、室温における固有抵抗
値ρ（２０℃）をこのように規定する。

【００４６】

【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について説明
する。 （実施例１）表５に示す組成、ミクロ組織、硬さを有す
る供試鋼について摩耗試験を行った。摩耗試験は、外径
３０ｍｍ、幅８ｍｍの試験片を供試鋼より採取し、鉄道
車輪材から同一寸法のタイヤ試験片を採取し、これらを
西原式摩耗試験機を用いて、在来線における接触状況と
して報告されている接触荷重１３５ｋｇ、すべり率−１
０％、潤滑剤無しの条件で接触させることで行った。そ
して、その際の摩耗減量と、比較として行った普通レー
ル材の摩耗減量との比をとり、その摩耗減量比によって
摩耗性を評価した。また、各供試鋼について固有抵抗値
を測定した。その結果を表５に併記する。なお、供試鋼
製造の際の加速冷却の有無も表５に併記した。

【００４７】

【表５】

【００４８】表５に示すように、本発明よりもＣ量が高
く、パーライト組織を示しているＥ−４，７，９につい
ては、Ｅ−４，９が硬さがＨｖで３５６，２５０と本発
明の範囲内を満たすが、摩耗減量比が０．９５，１．０
０と１．２より低く、Ｅ−７は摩耗減量比が１．４０と
良好であるが硬さがＨｖで２００と本発明の下限値であ
る２４０未満である。

【００４９】Ｅ−１，２，６，８はベイナイト組織を呈
しているが、Ｅ−２はＣが０．１４％と本発明の範囲未
満であることから、硬さがＨｖで２２９と低く、摩耗減
量比が３．５８と多すぎる結果となっている。Ｅ−６は
Ｍｎが３．０５％と本発明の範囲を超えており、硬さが
Ｈｖで４１９と高く、摩耗減量比も１．１９と磨耗性が
不十分である。

【００５０】ベーナイト組織を有するもので、全ての成
分が本発明の範囲内であるＥ−１，８は、硬さも本発明
の範囲内であり、摩耗減量及び固有抵抗値も適正な値と
なっていることが確認された。

【００５１】（実施例２）表６の組成、ミクロ組織、硬
さを有する供試鋼について、実施例１と同様に摩耗試験
を行った。その際の摩耗減量比も表６に併記した。ま
た、実施例１と同様に固有抵抗値も測定した。供試鋼製
造の際の加速冷却の有無も表６に併記した。なお、供試
鋼は全てベイナイト組織を呈していた。

【００５２】

【表６】

【００５３】表６に示すように、Ｍｎの含有量が本発明
の範囲よりも高いＦ−２は、硬さ及び摩耗減量比は良好
な値を示すが、固有抵抗値が本発明の範囲を超えてい
る。Ｆ−３は、各成分が本発明の範囲内であるが、硬さ
が高く摩耗減量比が低くなっている。また、固有抵抗値
も本発明の範囲から外れている。Ｍｎ，Ｍｏの含有量が
本発明の範囲を越えるＦ−４は、硬さが本発明に規定す
る範囲よりも低いため摩耗減量比が高すぎ、また固有抵
抗値も本発明で規定する範囲を超えている。Ｍｎ含有量
が極めて低いＦ−７は固有抵抗値は本発明の範囲内であ
るが、硬さが低すぎ、摩耗減量比が高すぎる結果となっ
た。Ｓｉを低下することにより固有抵抗値を下げたＦ−
９は、他の合金元素が比較的多量に添加されていること
から硬さが高く、摩耗減量比が１．０と低い値となっ
た。これに対し、Ｆ−１，８は合金元素の添加量を組
織、硬さ、及び固有抵抗値の観点から調整しており、硬
さ及び固有抵抗値が本発明の範囲内であり、摩耗減量比
も適正な範囲であることが確認された。

【００５４】（実施例３）表７の組成、ミクロ組織、硬
さを有する供試鋼について、実施例１と同様に摩耗試験
を行った。その際の摩耗減量比も表７に併記した。ま
た、実施例１と同様に固有抵抗値も測定した。供試鋼製
造の際の加速冷却の有無も表７に併記した。供試鋼のミ
クロ組織は、Ｈｖが３９０を超えているものについて
は、一部ベイナイトとマルテンサイトの混合組織となっ
た。なお、表７のミクロ組織の欄において、Ｍ＋Ｂはマ
ルテンサイトとベイナイトとの混合組織を示す。

【００５５】

【表７】

【００５６】表７に示すように、合金元素の添加量が本
発明の範囲を満たしているＧ−７は硬さがＨｖで２７１
と本発明の範囲内であり、摩耗減量比が２．８４と適正
な範囲となっていた。しかし、合金元素のうちＭｏの添
加量が本発明の範囲を超えているＧ−２，Ｃｕ添加量が
本発明の範囲を超えているＧ−４，Ｎｉ添加量が本発明
の範囲をＧ−６，Ｍｎ添加量が本発明の範囲を超えてい
るＧ−８は、いずれもＨｖ３９０を超える硬さを示し、
摩耗減量比が１．２以下、固有抵抗値が２３．７μΩ・
ｃｍ以上であることが確認された。

【００５７】（実施例４）ここでは、表８の組成を有す
る鋼を実際にレール形状に圧延し、圧延後空冷もしくは
加速冷却を行っている。そして、これら供試鋼の表面硬
さを各圧延材の頭頂面でＨｖ１０ｋｇで測定した。ま
た、頭頂面から３０ｍｍ深さの位置で内部硬さをＨｖ１
０ｋｇで測定した。摩耗減量比は、圧延材頭部（但し、
マルテンサイトとベイナイトの混合組織となっている供
試材についてはベイナイト単層部）から実施例１に示し
た摩耗試験用サンプルを採取し、実施例１と同様の試験
法により評価した。これらの値を表９に示す。また、各
サンプルの固有抵抗値及び供試鋼製造の際の加速冷却の
有無についても表９に併記した。なお、表９に表層組織
を示すが、その欄におけるＭ＋Ｂはマルテンサイト＋ベ
イナイトを示す。

【００５８】

【表８】

【００５９】

【表９】

【００６０】供試鋼Ｈ−１はＭｏ含有量を０．００２％
と低くしたもので、内部硬さが著しく低下している。

【００６１】Ｈ−３，４はＭｏの含有量の高い領域にお
いて比較したものであるが、Ｈ−４はＭｏ含有量が本発
明の範囲を超える２．１％であるため表層にマルテンサ
イトが生成しており、多量のＭｏ添加は有効でないこと
が確認された。

【００６２】Ｈ−５とＨ−６，Ｈ−９とＨ−１０は、そ
れぞれＣ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｃｒ、Ｍｏ含有量をほぼ同じと
して、Ｎｉ，Ｃｕの単独もしくは複合添加の影響を比較
している。Ｎｉ，Ｃｕの含有量を本発明の範囲を超えて
添加したＨ−６，Ｈ−１０はいずれも表層にマルテンサ
イトの生成が認められ、固有抵抗値も高くなっているこ
とが確認された。尚、Ｎｉ含有量が高いＨ−８も同様の
傾向であった。

【００６３】Ｈ−１１とＨ−１２，Ｈ−１５とＨ−１
６，Ｈ−１９とＨ−２０，Ｈ−２１とＨ−２２はそれぞ
れＣ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｍｏ含有量を同程度として、
Ｎｂ，Ｖ，Ｔｉの単独もしくは複合添加の影響を比較し
ている。Ｎｂ，Ｖ，Ｔｉを本発明の範囲を超えて添加し
たＨ−１２，Ｈ−１６，Ｈ−２０、Ｈ−２２はいずれも
内部硬さの低下の程度が本発明の範囲の鋼であるＨ−１
１，１５，１９，２１と同等であり、Ｎｂ，Ｖ，Ｔｉを
多量に添加してもその効果が飽和していることが確認さ
れた。尚、Ｈ−１４，１８，２４も、Ｎｂ，Ｖ，Ｔｉを
本発明の範囲を超えて単独もしくは複合添加したもの
で、同様の傾向が認められた。

【００６４】Ｈ−２５，２６はＭｎの影響を比較したも
のであるが、Ｍｎ含有量が本発明の範囲内のＨ−２５は
表層硬さがＨｖ３７９と請求範囲を満たしており、また
内部硬さの低下が少なく、摩耗減量比も１．３７と適正
な値を示すのに対し、Ｈ−２６はＭｎが高いために表層
にマルテンサイトが生成し、表層が著しく硬化するばか
りでなく、固有抵抗値も高いことが確認された。

【００６５】Ｈ−２７，２８はＣの影響について比較し
たもであるが、Ｃ量が本発明の範囲内であるＨ−２７は
表層組織、表面硬度が本発明の範囲内であり、摩耗減量
比も適正な値であるのに対し、Ｈ−２８はＣ量が高いこ
とから表層にマルテンサイトが生成し、表層硬さが著し
く高くなっている。

【００６６】Ｈ−２９，３０はＳｉの影響について比較
したものであるが、Ｓｉ量が０．５１％と本発明の範囲
をわずかに超えるＨ−３０は、表層組織、表層硬さ、内
部硬さ、摩耗減量比とも良好な値を示しているが、固有
抵抗値が高くなっている。

【００６７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
頭部を特定組成の均一ベイナイト組織とし、硬さを頭頂
部・頭部コーナー部のいずれの位置においてもＨｖで２
４０〜３９０のとすることにより、摩耗量を普通レール
よりも増大させたので、耐転動疲労特性に優れ、かつ成
分組成を調節することにより低い電気抵抗を有するレー
ルが提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】摩耗減量比に及ぼすマトリクス組織、硬さの影
響を示す図。

【図２】白色層の硬さ、厚さに及ぼすＣ量の影響を示す
図。

【図３】レール頭頂面から内部までの硬さ分布に及ぼす
成分の影響を示す図。

【図４】鋼の固有抵抗値の計算値と実測値との関係を示
す図。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−248347（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−90494（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−271871（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−20442（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−205242（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−99438（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C22C 38/00 - 38/60

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量％で、Ｃ：０．１５〜０．５５％、
   Ｓｉ：０．０５〜０．５％、Ｍｎ：０．１０〜０．５
   ％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｃｒ：
   ０．１０〜０．４５％、Ｍｏ：０．００５〜２．００％
   を含有し、残部が鉄及び不可避不純物からなり、頭部が
   均一ベイナイト組織であり、硬さが頭頂及び頭部コーナ
   部のいずれの位置においてもＨｖで２４０〜３９０の間
   であり、室温における固有抵抗値ρ（２０℃）が２３．
   ７μΩ・ｃｍ以下であることを特徴とする耐転動疲労損
   傷性に優れた低電気抵抗レール。
2. 【請求項２】 重量％で、Ｎｂ：０．００５〜０．０１
   ％、Ｔｉ：０．００１〜０．０１％、Ｖ：０．００５〜
   ０．０５％の１種又は２種以上をさらに含有することを
   特徴とする請求項１に記載の耐転動疲労損傷性に優れた
   低電気抵抗レール。
3. 【請求項３】 重量％で、Ｃｕ：０．０５〜２．０％、
   Ｎｉ：０．０５〜２．０％の１種又は２種をさらに含有
   することを特徴とする請求項１又は２に記載の耐転動疲
   労損傷性に優れた低電気抵抗レール。