JP3516189B2 - 耐摩耗性および耐熱亀裂性に優れた鉄道車両用車輪およびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、耐摩耗性および耐
熱亀裂性に優れた鉄道車両用車輪およびその製造方法に
関し、さらに詳しくは、機関車、客車、貨車等の鉄道車
両の高速化にも対応できる耐摩耗性および耐熱亀裂性を
備えた寿命の長い一体型の鉄道車両用車輪とその製造方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】鉄道車両用車輪には、機関車用、客車
用、貨車用などがあり、それぞれ機能、形状等が相違し
ている。そのために、それぞれの用途に応じた寸法、形
状および材質の車輪が用いられている。通常、これらの
車輪の寿命は、その踏面およびフランジ面の摩耗の程度
によって決定されるので、車輪用の材料としては、基本
的には耐摩耗性の良い材質が要求されている。

【０００３】通常、焼きばめ等の手法によらない一体型
の鉄道車両用車輪は、次の製造方法によって製造され
る。まず、所定の化学組成に調製された溶鋼を、造塊法
または連続鋳造法によって、径３６０〜４５０ｍｍ程度
の横断面の形状が円形の鋼塊に鋳造する。この鋼塊を３
００〜５００ｍｍ程度の厚さに切断し、鍛造、圧延、穿
孔等の工程によって、ほぼ製品の形状の車輪に成形した
後、踏面部に対して焼入、焼戻などの熱処理を施す。さ
らに、機械加工等の工程を経て製品に仕上げられる。

【０００４】上記の焼入工程においては、図７に示すよ
うに、円形の車輪のリム部１を囲むように配置された焼
入リング２の冷却水噴射用のノズル３から、踏面４に向
けて冷却水を噴射し、踏面４から数１０ｍｍの範囲の深
さまでの焼入を行う。このような焼入処理の場合、通常
の車輪鋼では、金属組織はパーライトとなる。踏面を含
む領域がパーライト組織を備えた車輪は耐摩耗性に優れ
ているので、通常用いられる鉄道車両用車輪としては十
分な性能を備えている。

【０００５】しかし、近年、鉄道の高速化に伴い、ブレ
ーキをかけた際の発熱量が増大するといった変化が生じ
ている。このような変化に伴って、従来あまり問題には
ならなかった車輪の熱亀裂が問題になってきた。鉄道の
高速化においては、この車輪の耐熱亀裂性が鉄道車両用
車輪（以下、単に車輪と記すこともある）の寿命を決定
付ける重要な要因となっている。ここで、車輪の熱亀裂
とは、ブレーキから発生する熱に起因する熱応力によっ
て、車輪の踏面やフランジ面に引張り応力が発生し、そ
の繰り返しにより亀裂が生じる現象をいう。この熱亀裂
が発生すると、車輪の踏面あるいはフランジ面を切削加
工し、亀裂発生部を取り除かなければならないので、車
輪の寿命が短くなる。さらに、この熱亀裂が限界長さに
達した場合には、車輪の割損という重大事態を招く。

【０００６】したがって、最近の高速化された鉄道車両
用車輪には、 イ．耐摩耗性が大であること ロ．耐熱亀裂性が大であること の２つの性能を同時に備えることが強く要求されてい
る。

【０００７】耐摩耗性と耐熱亀裂性は、車輪用材料にと
っては相反する性質であり、一般的には両立させにくい
性質である。その理由は次のとおりである。耐摩耗性を
高めるためには、踏面部の金属組織をパーライト組織の
ままとして硬さをできるだけ高くする必要がある。しか
し、硬さを上げるために焼入性を向上させる合金成分を
添加すると、焼入時あるいは車輪の使用中にマルテンサ
イトやベーナイトが生じやすくなる。そのために、使用
中には熱亀裂を生じやすく、耐熱亀裂性を満足させるこ
とができない。一方、耐熱亀裂性を得るためには、金属
組織を靱性のあるパーライトとし、硬さを低くする必要
があるが、この場合には十分な耐摩耗性が得られない。
したがって、耐摩耗性と耐熱亀裂性を同時に満足させる
ことは、基本的には、解決することが難しい課題であ
る。

【０００８】そのため、従来は耐摩耗性が重視される場
合には、多少耐熱亀裂性に欠けることを犠牲にして、硬
度が高く耐摩耗性に優れた比較的高い炭素含有率の中炭
素鋼（Ｃ：０．６５〜０．７５重量％、以下化学組成の
％表示は重量％を表す）が適用されてきた。また、耐熱
亀裂性が重視される場合には、耐力および耐摩耗性をあ
る程度無視して、靱性が高く耐熱亀裂性に優れた炭素含
有率の低い中炭素鋼（Ｃ：０．４５〜０．５５％）が用
いられてきた。

【０００９】一方、本出願人は、適正な化学組成の選択
によって、上記の２つの性能、すなわち、耐摩耗性と耐
熱亀裂性を同時に満足する車輪用鋼を既に提案した（特
開昭５７−１４３４６５号公報）。その化学組成は、
Ｃ：０．５５〜０．８０％、Ｓｉ：０．４０〜１．２０
％、Ｍｎ：０．６０〜１．２０％、Ｃｒ：０．２０〜
０．７０％を含有し、残部がＦｅおよびその他の不可避
の不純物からなり、金属組織がパーライト主体であるこ
とを特徴としている。しかし、この車輪用鋼は、Ｓｉお
よびＣｒの含有率が、それぞれ０．４〜１．２％、０．
２〜０．７％といずれも高いため（通常の車輪の場合
は、Ｓｉ：約０．２５％、Ｃｒ：約０．１０％）、熱感
受性（焼入性）が高めであった。そのために、最近の高
速化された鉄道車両のように、ブレーキ等での発熱が多
い場合には、使用中の車輪の表層部に少量のマルテンサ
イト組織が生成する傾向があった。このような金属組織
の変化が起こると、踏面における熱亀裂の発生あるいは
マルテンサイトの剥離が生じることがあり、車輪の寿命
については必ずしも満足できるものではなかった。

【００１０】また、車輪は、踏面部またはフランジ部に
摩耗変形あるいは熱亀裂が生じた際には、表層部を切削
加工により除去し、繰り返し使用される。この場合に
は、寿命の点から、金属組織、硬さともに、最初の踏面
からできるだけ深い領域まで均一であることが望まし
い。しかし、Ｓｉ含有率の低いタイプの従来の車輪は、
耐摩耗性の高いパーライト組織を得るために、焼入性を
抑えているので、所定の硬さが得られる深さが、踏面か
ら比較的に浅い領域に限られる。したがって、車輪の寿
命の観点でも満足できるものではなかった。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の課題
を解決するためになされたものであって、鉄道の高速化
にも耐え得る耐摩耗性および耐熱亀裂性を同時に満足す
るとともに、寿命の長い一体型の鉄道車両用車輪および
その製造方法を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記の課
題を解決するために、耐摩耗性を確保できる所定の硬さ
を有するとともに、耐熱亀裂性の低下を抑制することが
できるパーライト組織を備え、かつ、踏面から深い領域
までほぼ均一な硬さおよびパーライト組織とすることに
より、寿命の長い車輪を開発することを目的として、車
輪用鋼の化学組成と踏面の焼入方法の２つの観点から研
究を重ねた。その結果、次の知見を得た。

【００１３】(a) 車輪用鋼の特性としては、適度の焼入
性（熱感受性）と同時に、パーライト組織が得られる性
質を持たせるのがよい。

【００１４】(b) 車輪用鋼の化学組成としては、(a) の
特性を持たせるために、Ｃｒ含有率を低く抑え、かつ、
適量のＳｉを含有させるのがよい。

【００１５】(c) (a) および(b) の条件を満たす車輪用
鋼に対して、踏面部近傍にマルテンサイトを生成させる
ことなく、パーライト組織とすることができる焼入方法
を採用することによって、踏面から深い領域まで、ほぼ
完全なパーライト組織と均一な硬さとすることができ
る。

【００１６】(d) 焼入方法としては、焼入の際の踏面部
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
時間側を通るようにするのがよい。そのためには、パー
ライト変態開始温度まで降下する前の段階、またはマル
テンサイト変態開始温度に降下する前の段階で、冷却を
中断または弱くする処理が適している。この処理によ
り、(c) を実現できる。

【００１７】(e) 上記(a) 〜(d) の組み合わせによっ
て、耐熱亀裂性の低下を抑制して耐摩耗性を向上させる
ことができる。さらに、車輪の高寿命化の観点から要求
される踏面から深さ５０ｍｍまでの領域で、ほぼ均一な
硬さとパーライト組織を付与することができる。

【００１８】本発明は、上記の知見を基になされたもの
であって、下記（１）〜（３）を要旨とする。

【００１９】（１）重量％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％以下、
Ｓ ：０．０３％以下を含有し、残部がＦｅおよびその
他不可避の不純物からなる化学組成の鋼で構成された鉄
道車両用車輪であって、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
耐摩耗性および耐熱亀裂性に優れた鉄道車両用車輪。

【００２０】（２）上記（１）の鉄道車両用車輪の製造
方法であって、車輪踏面部の焼入の際に、下記(1) およ
び(2) の連続した冷却処理を施すことにより、ベーナイ
ト変態およびマルテンサイト変態を回避する鉄道車両用
車輪の製造方法。

【００２１】(1) 車輪踏面部の温度が連続冷却変態曲線
図におけるパーライト変態開始温度に降下する前の段階
で冷却を中断または弱くする処理、(2) さらに冷却する
処理。

【００２２】（３）上記（１）の鉄道車両用車輪の製造
方法であって、車輪踏面部の焼入の際に、下記〜の
連続した冷却処理を施すことにより、ベーナイト変態お
よびマルテンサイト変態を回避する鉄道車両用車輪の製
造方法。

【００２３】 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る条件で冷却す
る処理、 車輪踏面部の温度がマルテンサイト変態温度に降下
する前の段階で冷却を中断または弱くする処理、 さらに冷却する処理。

【００２４】

【発明の実施の形態】本発明の鉄道車両用車輪に用いら
れる鋼（以下、単に本車輪用鋼と記す）の化学組成およ
び本発明の車輪の踏面近傍の金属組織とその組織を得る
ための焼入方法について、以下に具体的に説明する。

【００２５】（ａ）化学組成 Ｃ：Ｃは、パーライト組織を生成させ、車輪に良好な耐
摩耗性を付与するために必要な元素である。Ｃ含有率が
０．４％以下の場合には、車輪の摩耗が著しいので０．
４％以上必要である。一方、０．７５％を超えると、セ
メンタイトが析出するので、靱性が低下し、耐熱亀裂性
が低下する。したがって、上限は０．７５％とした。

【００２６】Ｓｉ：Ｓｉは、焼入性（熱感受性）を高め
る作用があるので、耐摩耗性の向上に有効な元素であ
る。その効果を得るためには、０．４％以上必要であ
る。しかし、Ｓｉ含有率が０．９５％を超えると焼入性
が高くなりすぎ、耐熱亀裂性が低下するので、上限は
０．９５％とした。なお、Ｓｉ含有率が０．４〜０．９
５％の場合には、従来の車輪用鋼のＳｉ含有率約０．２
５％より高いので、焼入性が高すぎることが懸念され
る。しかし、本発明の場合は、この高めの焼入性と後述
の焼入方法との組み合わせにより、踏面から５０ｍｍと
いうように深い領域までパーライト組織となり、ほぼ均
一な硬さを得ることができる。

【００２７】Ｍｎ：Ｍｎは、鋼中のＳをＭｎＳとして固
定し、鋼の熱間加工性を向上する元素であり、その効果
を得るためには、０．６％以上を必要とする。一方、
１．２％を超えると、その効果が飽和するので、上限は
１．２％とした。

【００２８】Ｃｒ：Ｃｒは、Ｓｉと同様に焼入性を高め
る働きがあり、耐摩耗性を高める作用を持っている。焼
入性の過度の上昇を抑制する観点から、Ｃｒ含有率は
０．２％未満と定めた。本車輪用鋼の場合には、特にＣ
ｒは必要としないので、添加しなくてもよい。

【００２９】ＰおよびＳ：ＰおよびＳは、原料等から不
可避的に混入してくる元素である。

【００３０】Ｐはミクロ的に偏析し、Ｓは硫化物系介在
物を生成して、これらの偏析あるいは非金属介在物は、
いずれも鋼の靱性を低下させ、耐熱亀裂性を害する。し
たがって、極力少ない方が望ましい。しかし、いずれの
元素も、含有率が０．０３％以下であればその影響は小
さいので、ＰおよびＳの含有率はそれぞれ０．０３％以
下と定めた。

【００３１】なお、Ｎｉについては、鋼の靱性を向上さ
せる働きを持っているが、焼入性を高める働きもある。
したがって、Ｎｉを含む場合には、焼入時にベーナイト
やマルテンサイト組織が生成しやすく、車輪の使用中に
踏面において、これらの金属組織部が剥離しやすいとい
う問題が起こる。また、車輪の製造工程における鍛造の
ための素材加熱時に発生するスケールが、除去しにくい
性質のスケールに変わる。そのため、スケールの除去が
不十分になり、良品率の低下等の重大な問題が起こる。
このような観点から、Ｎｉ含有率は低い方が望ましく、
０．１％以下程度が好ましい。

【００３２】（ｂ）踏面部の焼入方法と金属組織 本発明の車輪を得るための焼入方法は、本車輪用鋼の連
続冷却変態曲線図を基に、本発明に適した冷却条件を選
ぶのが望ましい。以下に、従来の車輪用鋼とその焼入方
法および本発明の車輪用鋼に適した焼入方法を比較して
説明する。

【００３３】図１は、パーライト変態開始曲線Ｐｓ、同
完了曲線Ｐｆ、ベーナイト変態開始曲線Ｂｓ、同完了曲
線Ｂｆおよびマルテンサイト変態開始曲線Ｍｓと従来の
車輪用鋼の冷却曲線の関係を模式的に示す図である。ま
た、図１（ａ）はＳｉ含有率が０．２５％程度のＳｉが
低い車輪用鋼、（ｂ）はＳｉ含有率が１％程度のＳｉ含
有率が高い車輪用鋼の場合である。

【００３４】Ｓｉ含有率が低い場合には、焼入性が低い
ためにマルテンサイト変態領域が狭い。したがって、冷
却速度が多少速くてもマルテンサイト変態が起こりにく
いので、焼入によってパーライト組織を得ることは比較
的容易である。しかし、この車輪用鋼には、前述のよう
に、焼入性が低いために踏面から深い領域までは十分な
硬さが得られないこと、硬さが低めであること等の難点
がある。

【００３５】また、Ｓｉ含有率が高い従来の車輪用鋼の
場合には、図１（ｂ）から明かなように、焼入性が高い
ために、ベーナイト変態およびマルテンサイト変態領域
が広い。したがって、ベーナイトやマルテンサイト組織
が生じやすい傾向がある（冷却曲線Ａ参照）。マルテン
サイトの生成を避けるために、図中の冷却速度の遅い冷
却曲線Ｂのような条件で冷却すると、Ｍｓ変態曲線に近
い冷却曲線にはなりにくいので、十分な硬さが得られな
い。さらに、車輪として使用している際に、マルテンサ
イトが生成し、熱亀裂を起こしやすいという問題があっ
た。

【００３６】図２に、本発明の車輪用鋼の変態曲線と冷
却曲線の関係を示す。本発明の車輪用鋼は、マルテンサ
イト変態領域からも判断できるように、図１（ａ）と
（ｂ）に示した２つの従来の車輪用鋼に対して、焼入性
が中間的であることを特徴としている。また、図２中の
冷却曲線ａは、ベーナイト変態を起こさず、かつ、マル
テンサイト変態も起こさない臨界の冷却曲線を示してお
り、この臨界の冷却曲線ａが重要な意味を持っている。
そして、本発明の焼入条件は、この冷却曲線ａの長時間
側、特にＭｓ変態曲線に近い領域で、冷却曲線ａにでき
るだけ近い冷却条件を選ぶことを特徴としている。

【００３７】上記の冷却条件の選択によって、本発明の
車輪用鋼の特徴が一層顕著に発揮され、本発明の目的と
する車輪を容易に得ることができる。すなわち、上記冷
却曲線ａのわずかに右側の条件で冷却すると、ベーナイ
ト、マルテンサイトはともにほとんど生成しないので、
金属組織としてはパーライト組織となる。ただし、冷却
速度がもっとも速い踏面の表面で、局部的にベーナイト
が生成することがあるが、その程度のベーナイト組織に
ついては、例え存在しても車輪の性能上、特に差し支え
ない。また、硬さは同じパーライト組織の中でも最も高
くなる。そのために、耐熱亀裂性と耐摩耗性の両者に優
れた車輪が得られる。それに加えて、本発明の車輪用鋼
は適度の焼入性を持っているので、踏面から比較的に深
い領域まで、踏面に近い硬さとパーライト組織を得るこ
とができる。本発明の車輪用鋼の化学組成と焼入条件と
の組み合わせによれば、本発明の車輪は、踏面から深さ
５０ｍｍの領域まで、硬さがほぼ均一である。

【００３８】なお、本発明の車輪用鋼の連続冷却変態曲
線図は、試験片を焼き入れる際の冷却曲線と金属組織お
よび冷却過程の熱膨張測定による通常の手段を用いるこ
とによって求めればよい。また、臨界の曲線ａは、この
連続冷却変態曲線図から求めることができる。冷却条件
としては、前記の冷却曲線ａのわずかに長時間側とする
のが理想的である。しかし、実操業上では、その冷却速
度を選ぶことが難しく、ベーナイト変態曲線あるいはマ
ルテンサイト変態曲線に掛かりやすい。

【００３９】図２に、本発明を実施するのに好適な冷却
方法を、連続冷却変態曲線図で示す。実操業上、最も実
施容易なのは、踏面部の温度を冷却曲線に従って冷却
することである。パーライト変態開始までの温度領域
は、遅い冷却速度とする。その後、冷却速度を速くする
ことによって、ベーナイト変態、マルテンサイト変態の
両者を起こすことなく、臨界の冷却曲線ａに近い条件で
冷却を行うことができる。この冷却方法で特に有効な手
段は、冷却過程で冷却を一旦中断することである。この
手段は、実操業上、実施するのが極めて容易であり、か
つ、安定した品質管理を行う上でも好適である。なお、
冷却の中断は、パーライト変態完了後のマルテンサイト
変態開始温度前、すなわち、図２に示す冷却曲線のよ
うな条件でもよい。この焼入方法によれば、特にマルテ
ンサイト変態曲線に掛かることを防止しやすい。

【００４０】ここで、上記の踏面部の温度とは、基本的
にはもっとも冷却速度の速い踏面表面の温度を意味す
る。しかし、現実的には、焼入時の表面温度の測定ある
いは管理は困難であるので、踏面近傍の表面から数ｍｍ
の領域としても、実操業上では差し支えない。

【００４１】目標の金属組織と硬さを得るためには、予
め各材質毎に、冷却曲線（冷却条件）と金属組織と硬さ
との関係を求めておき、目標の金属組織および硬さに応
じた冷却曲線、すなわち冷却条件を採用するようにすれ
ばよい。

【００４２】

【実施例】本発明の効果を確認するために、本車輪用鋼
（本発明例）および従来の車輪用鋼（比較例）の化学組
成の車輪を製造し、耐熱亀裂性および耐摩耗性を評価し
た。

【００４３】（１）試験方法 表１に、実施例に用いた車輪用鋼の化学組成を示す。こ
こで、車輪Ｎｏ．１および２は本発明例、車輪Ｎｏ．３
〜５は比較例である。

【００４４】

【表１】

【００４５】上記の車輪の耐熱亀裂性は、焼入性によっ
て評価し、耐摩耗性は、踏面近傍のリム部の硬さ分布、
焼入後の金属組織および摩耗試験における摩耗量によっ
て評価した。これらの調査の内、焼入性の試験片は、焼
入前の車輪から、また、摩耗試験、金属組織観察および
リム部の硬さ分布測定用の試験片は、焼入後の車輪から
機械加工によって採取した。

【００４６】車輪の大きさは、直径１２００ｍｍ、リム
部の幅１４５ｍｍ、リム部の踏面からの厚さ６５ｍｍで
ある。この車輪に対する焼入処理は、図７に示した装置
を用いて、表１に示した条件で実施した。なお、焼入条
件は、それぞれの材料に最も適した条件とした。したが
って、Ｓｉ含有率が高いために、焼入性が高い車輪Ｎ
ｏ．４については、焼準処理（８５０℃より空冷）を行
った。表１の焼入条件の中で、１次冷却とは冷却途中で
の冷却中断前の冷却、２次冷却とは中断後の冷却を表
し、冷却水量は１次、２次とも一定とした。

【００４７】焼入性は、焼入性評価用の焼入端部径２８
ｍｍのジョミニー一端焼入試験片を用いて、ＪＩＳ Ｇ
０５６１に規定されているジョミニー一端焼入試験法
によって調査した。

【００４８】リム部の硬さ分布は、車軸に平行な半径方
向の切断面について、ブリネル硬さを測定する方法で調
査した。

【００４９】また、摩耗量は、図３に示すように、耐摩
耗性評価用の外径３０ｍｍ、内径１７ｍｍ、厚さ８ｍｍ
のリング状の摩耗試験片５とほぼ同一形状のレール材
（Ｃ含有率約０．７％の炭素鋼）６との外周部同士を８
０ｋｇｆで押し付け、滑り率３％の条件で５０万回回転
させた後、試験片の摩耗減量を測定する方法によって調
査した。

【００５０】金属組織は、摩耗試験に用いた試験片の断
面を光学顕微鏡（倍率１００倍）によって観察する方法
で調査した。

【００５１】（２）冷却曲線 図４に、表１に示した車輪Ｎｏ．１、２および３の踏面
から深さ５ｍｍの位置について、焼入時の冷却時間と温
度との関係を測定した結果を示す。図４（ａ）、
（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ車輪Ｎｏ．１、２、３の冷
却曲線である。図４には、同時にパーライト変態開始曲
線Ｐｓ、同変態完了曲線Ｐｆ、ベーナイト変態開始曲線
Ｂｓ、同完了曲線Ｂｆおよびマルテンサイト変態開始曲
線Ｍｓを示した。

【００５２】車輪Ｎｏ．１の冷却は、１次冷却時間を短
くしてパーライト変態開始前に冷却を中断した場合であ
る。車輪Ｎｏ．１については、図４に示した冷却曲線
から明かなように、車輪踏面から５ｍｍの深さの位置の
温度は、パーライト変態開始前に復熱しており、パーラ
イト変態完了後の冷却曲線が、マルテンサイト変態開始
曲線のわずかに長時間側にある。なお、さらに深い位置
の冷却曲線については図示していないが、浅い位置に比
べて冷却が遅れるので、深さ５ｍｍの冷却曲線よりやや
長時間側となる。車輪Ｎｏ．２については、１次冷却時
間が長いので、冷却の中断がパーライト変態完了後に相
当している。したがって、図４に示した冷却曲線が、
マルテンサイト変態開始曲線にかかる前に長時間側にず
れている。

【００５３】本発明の車輪は、このような冷却曲線ま
たはに相当する冷却条件の選択によって、ベーナイト
変態およびマルテンサイト変態を避け、かつ、臨界冷却
曲線のわずかに長時間側で冷却を完了させた。

【００５４】（３）試験結果 表２に、各車輪について、焼入性、金属組織、硬さおよ
び摩耗量を調査した結果をまとめて示す。また、図５
に、ジョミニー一端焼入性試験結果、図６に、車輪Ｎ
ｏ．１、２および３についてのリム部断面のブリネル硬
さ分布測定結果を示す。なお、図５におけるロックウェ
ル硬さは、「ロックウェルＣ硬さ」を意味する。

【００５５】

【表２】

【００５６】焼入性は、表２および図５から明かなよう
に、本発明例の車輪Ｎｏ．１および２は、比較例の車輪
Ｎｏ．３より高く、車輪Ｎｏ．５より低く、従来の車輪
用鋼に対して中程度である。Ｃｒ含有率の高い車輪Ｎ
ｏ．５の焼入性は異常に高く、耐熱亀裂性に問題がある
ことが分かる。

【００５７】金属組織は、いずれもパーライトであっ
た。

【００５８】硬さについては、表２に示した表リム端面
部（踏面より２５ｍｍ）のブリネル硬さは、Ｓｉ含有率
の低い比較例の車輪Ｎｏ．３が低めである以外は、問題
のない値であった。図６に示したリム部の硬さ分布を見
ると、当然のことながら、冷却速度の遅い踏面から深い
領域では硬さが低い傾向がある。踏面から深さ５５ｍｍ
の範囲について、硬さの最大値と最小値の差を比較する
と、本発明例の車輪Ｎｏ．１（図６（ａ））および２
（図６（ｂ））は、それぞれ４９、６７であるのに対し
て、比較例の車輪Ｎｏ．３（図６（ｃ））は８０であ
り、本発明例に比べてかなり大きい。この結果から、本
発明の車輪用鋼では、従来の車輪用鋼に比べて、深い領
域まで踏面に近い硬さが得られることが確認された。こ
の理由は、比較例の車輪Ｎｏ．３に比べて、本発明例の
場合は焼入性が高いためである。

【００５９】摩耗量については、表２に示されているよ
うに、本発明例の方が比較例の車輪Ｎｏ．３および４よ
り少なく、耐摩耗性に優れていることが分かる。比較例
の車輪Ｎｏ．５は、摩耗量は少ないが、前述のように、
焼入性が高すぎるという欠点を持っている。

【００６０】このように、本発明例の車輪は、焼入性が
適度であるため、耐熱亀裂性に優れている。また、パー
ライト組織でありながら硬さも比較的に高いので、耐摩
耗性にも優れている。さらに、適度の焼入性を備えてい
るので、踏面から５０ｍｍ程度の深い領域まで、踏面に
近い硬さのリム部が得られる。したがって、摩耗変形、
熱亀裂等が生じた踏面を削除して、車輪を再生利用する
場合の寿命が長い。

【００６１】この本発明の車輪は、本発明の車輪用鋼の
化学組成と本発明の焼入方法とを組み合わせることによ
って、その性能がいっそう顕著に発揮される。

【００６２】このように、本発明の製造方法によって得
られる車輪は、鉄道の高速化にも十分耐えることができ
る耐熱亀裂性と耐摩耗性を備えていることが裏付けられ
た。

【００６３】

【発明の効果】本発明の鉄道車両用車輪および本発明の
製造方法で得られる鉄道車両用車輪は、車輪踏面から深
さ５０ｍｍ程度の深い領域まで、耐熱亀裂性および耐摩
耗性ともに良好である。そのため、耐割損性に優れるば
かりでなく、寿命も長いので、車輪としての安全性が高
く、メンテナンスに要する工数の削減も可能である。し
たがって、近年の高速化された鉄道車両用車輪として特
に好適であり、産業上極めて有用な効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】パーライト変態開始曲線Ｐｓ、同完了曲線Ｐ
ｆ、ベーナイト変態開始曲線Ｂｓ、同完了曲線Ｂｆおよ
びマルテンサイト変態開始曲線Ｍｓと従来の車輪用鋼の
冷却曲線の関係を模式的に示す図であり、（ａ）は焼入
性が低い場合、（ｂ）は焼入性が高い場合である。

【図２】本発明の車輪用鋼の変態曲線と冷却曲線との関
係を示す図である。

【図３】車輪の摩耗試験方法の説明図である。

【図４】本発明の車輪の焼入における踏面から深さ５ｍ
ｍの位置の冷却時間と温度との関係を示す図であり、
（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、それぞれ、車輪Ｎｏ．
１、２、３に関する測定結果である。

【図５】ジョミニー一端焼入試験結果を示す図である。

【図６】車輪リム部の踏面から深さ方向のブリネル硬さ
の変化を示す図であり、（ａ）、（ｂ）および（ｃ）
は、それぞれ車輪Ｎｏ．１、２、３に関する測定結果で
ある。

【図７】車輪踏面部の焼入方法の説明図である。

【符号の説明】

１：車輪リム部 ２：焼入リング ４：車輪踏面 ５：摩耗試験片 ６：レール材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安食 眞男 大阪府大阪市此花区島屋５丁目１番109 号住友金属工業株式会社関西製造所製鋼 品事業所内 (72)発明者 牧野 泰三 大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号 住友金属工業株式会社内 (72)発明者 大藤 善弘 大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号 住友金属工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−277721（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−233439（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−143465（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−158227（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−340951（ＪＰ，Ａ) 米国特許3753789（ＵＳ，Ａ)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】重量％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％以下、 Ｓ ：０．０３％以下 を含有し、残部がＦｅおよびその他不可避の不純物から
   なる化学組成の鋼で構成された一体型の鉄道車両用車輪
   であって、車輪踏面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ことを特徴とす
   る耐摩耗性および耐熱亀裂性に優れた鉄道車両用車輪。
2. 【請求項２】請求項１に記載の鉄道車両用車輪の製造方
   法であって、車輪踏面部の焼入の際に、下記(1) および
   (2) の連続した冷却処理を施すことにより、ベーナイト
   変態およびマルテンサイト変態を回避することを特徴と
   する鉄道車両用車輪の製造方法。 (1) 車輪踏面部の温度が連続冷却変態曲線図におけるパ
   ーライト変態開始温度に降下する前の段階で冷却を中断
   または弱くする処理、 (2) さらに冷却する処理。
3. 【請求項３】請求項１に記載の鉄道車両用車輪の製造方
   法であって、車輪踏面部の焼入の際に、下記〜の連
   続した冷却処理を施すことにより、ベーナイト変態およ
   びマルテンサイト変態を回避することを特徴とする鉄道
   車両用車輪の製造方法。 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る条件で冷却する処理、 車輪踏面部の温度がマルテンサイト変態温度に降下
   する前の段階で冷却を中断または弱くする処理、 さらに冷却する処理。