JP3731962B2

JP3731962B2 - 反りの少ない残留応力制御レールの製造方法

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Publication number: JP3731962B2
Application number: JP35181696A
Authority: JP
Inventors: 俊哉黒木; 耕一内野; 献久多良木
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1996-12-12
Filing date: 1996-12-12
Publication date: 2006-01-05
Anticipated expiration: 2016-12-12
Also published as: JPH10166057A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はレール製造中に生じる残留応力を制御する軽圧下圧延に際してこれに伴う形状不良、特に反りを解消する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レールは上下方向の形状を矯正する目的で、垂直のローラー矯正を行っている。この矯正工程では残留応力として頭部と底部に長手方向引張応力、柱部に圧縮応力が生じる。これらの残留応力によって頭部は上へ、足部は下へと逆方向に反りかえろうとするので、腹部に脆性亀裂ができた場合、亀裂の伝播を著しく促進させる危険性がある。かつて、米国で実際に腹部脆性亀裂の伝播によるレールの破損事故があり、大きな問題となり、この原因の１つにこの残留応力分布が考えられていた。
【０００３】
そこで、このような残留応力を冶金的にもしくは機械的に緩和する方法が提案された。
【０００４】
冶金的な残留応力制御方法としては、特開平２−２８２４２６号開示での「パーライト変態を利用した、脆性亀裂が頭頂側へ抜けないことを目的とした方法」が知られているが、腹部脆性亀裂自体をそれほど短くできていない。
【０００５】
機械的な残留応力制御方法としては特開平７−１８５６６０号開示での「ローラー矯正での塑性変形を軽くすることにより残留応力を軽減する方法」特開平６−３１２２１６号開示での「ローラー矯正後段で小径ロールで軽く圧延する方法」が知られている。
【０００６】
これらのうち、後者の技術はレールの頭部と足裏の表層に圧縮応力を付加するので、腹部脆性亀裂の伝播を抑制する残留応力分布が得られ、手段として比較的簡単であるにもかかわらず抜本的に残留応力分布が改善される点で、非常に有効である。特に小径ロールとした理由は塑性変形を頭頂と足裏に限定するためであり、全体としての形状をほとんど変えることなく残留応力が付与できるからである。
【０００７】
さらに、この技術では、生産性を落とすことなく実施例に示されるように４億通トン以上の長寿命のレールが得られることがわかった。しかし、特開平６−３１２２１６号開示の方法は、矯正後であるにも関わらず、特に上反り等の形状不良が生じることがある。この上反りは最大で１２ｍあたり６０ｍｍ（曲率半径で３００ｍ、二次係数換算の曲率（以降単に曲率）で１６７×１０^-3ｍ^-1）にも達し、ＡＲＥＡの規格である１２ｍあたり１９ｍｍの反り量を遙かに上回る。このような場合、仕上げにプレス矯正を行ったり、再度曲げ矯正を負荷する等の対応が必要になる。特に、再度の曲げ矯正を与えることは残留応力制御の効果がなくなるので、好ましくない。
【０００８】
なお、二次係数換算の曲率では、反りを二次関数ｙ＝ａｘ²に近似させたときのａを２次係数とする。
【０００９】
ａ＝１／２Ｒ（Ｒ＝曲率半径）の関係があり、また反り量をδとすると、
δ≒ａ×（１２）²／４（ｍ）の関係にある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はローラー矯正後に残留応力制御するレールの冷間軽圧下圧延（以後単に軽圧下圧延）で生じる上下方向の反りを、その後にプレス矯正や曲げ矯正を行わないで制御することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明者らは、ローラー矯正機で真直に矯正されたレールについてロールとの摩擦条件を変えた軽圧下圧延実験と圧延解析を数多く試み、低コストでの反りの発生しない残留応力制御方法を検討した。
【００１２】
当初はこの上反りを防止するために異周速での異周速圧延による制御方法が考えられた。これができれば発生する上反りに合わせて周速を設定すればよいので、簡単に反りの制御ができるはずであった。
【００１３】
しかし、まず、この基本データとしてロールからレールへのマーキングの転写で先進率を測定したところ、反りの曲率よりも先進率の方が大きく測定され、レールとロールの間に既にスべリが存在することが判明した。また、反りで生じるひずみ差より十分大きい２％までの異周速圧延を行ったところ、上反りのなくなる条件を発見できなかった。さらに、異周速圧延では、レールに不安定な挙動が生じ、圧延自体が不安定となった。したがって、異周速圧延で反りを制御することはほとんど不可能であることがわかった。
【００１４】
軽圧下圧延の実験や製造をくり返すうち、上ロールが新品で表面粗度の細かいときに反りが小さいことが傾向として現れた。この事実は頭頂側の摩擦係数が低いと反りが小さくなることを意味している。
【００１５】
一般に、板圧延については同じ圧下率のとき、摩擦係数が高いと荷重が高くなることがわかっている。この原理によれば、同じ荷重のとき摩擦係数が低くなると圧下率が高くなることが言える。この軽圧下圧延でも上下で同じ荷重で圧延するのであるから、摩擦係数の低い方に大きい塑性変形が生じ、これを外側にするような反りが生じると考えられる。
【００１６】
なお、薄板の冷間圧延では、潤滑剤が至る所で使われており、摩擦係数が上下で異なればそこで生じる塑性変形量の差によて反りが生じやすいことも既知である。ただし、板圧延での摩擦の差による反りの発生はその素材のあまり剛性の高くない方向に生じるものであるので、レールの反りのように剛性の大きいものにも摩擦の差による反りの発生が生じるとはにわかには考えがたい。
【００１７】
しかも、レールのローラー矯正では潤滑油を用いることはほとんどなくレールの上下で摩擦係数が相違することはマクロ的には存在しないはずである。また、ローラー矯正では潤滑による形状の影響はほとんど見られていない。したがって、従来の実験や製造において、レールとロールとの摩擦条件についてはほとんど注意が払われておらず、これを用いた対策も考えられていなかった。
【００１８】
しかし、摩擦条件が反りへ大きい影響を及ぼすと推察されたので、この関係を詳細に検討した結果、以下のような知見が得られた。
【００１９】
１）現状の技術では残留応力制御冷間軽圧下圧延ではスケールの噛み込み等により頭頂側の摩擦係数が足裏側に比べて大きくなり、これが上反りの原因の１つとなっている。
【００２０】
２）反りの発生は摩擦条件（摩擦係数）に大きく左右され、上反りを減少させるには頭頂側をスケール除去、洗浄、潤滑して摩擦係数を下げることが有効である。
【００２１】
３）逆に足裏側を洗浄、脱脂して摩擦係数を上げることによって上反りを減少させることができる。
【００２２】
４）酸化スケールはレールとロールの間の摩擦係数を上げ、レールやロールに疵を入れることがある。
【００２３】
５）スケール除去方法としては化学薬品を用いる方法もあるが、ローラー矯正で機械的に剥離しかけている状態であるので、水や圧縮空気を当てることや機械的にブラシでかき落とすような洗浄によってでも十分に取れることが多い。
【００２４】
６）洗浄はスケールを落とす意味では摩擦係数を下げることになるが、金属接触を起こさせるという意味では摩擦係数を上げることにもなる。
【００２５】
７）頭頂はその表面が上を向いているのでローラー矯正で剥離したスケールが載ったまま残りやすく、逆に足裏はその表面が下を向いているのでスケールが落ちやすい。
【００２６】
８）頭頂に残ったスケールは摩擦係数の上昇によって上反りを助長する傾向がある。
【００２７】
９）脱脂は汚れていた部分に金属接触を起こさせる意味で、摩擦係数を上げる意味がある。
【００２８】
１０）摩擦係数を下げる潤滑剤として、グリース等の潤滑油が有効であるが、粘度の高い廃油でも有効である。
【００２９】
１１）潤滑油の摩擦低減効果を下げる（摩擦係数を上げる）ためには砂やスケールを混ぜることが有効である。
【００３０】
１２）汚れやスケールがわずかな場合はスケール除去、洗浄、脱脂の工程を飛ばして潤滑剤をその上に塗布して摩擦条件を安定化させることができる。
【００３１】
１３）実ラインでは、軽圧下冷間圧延ロールにレール頭頂に乗ったまま残った酸化スケールが直接触れ、これによってロール表面が粗くなり、圧延の度に摩擦係数が高くなっていく傾向がある。
【００３２】
１４）一方、足裏では酸化スケールが落ち、また、機械油、疵防止油等の潤滑効果のあるものに触れたり、この機械油等が足裏側のローラーに転写されて不均一に潤滑されたり、レール毎に摩擦条件が異なったりした。
【００３３】
１５）軽圧下圧延で生じる上反りの曲率の発生量は圧延前の曲率に関係しない。すなわち、先に逆方向に軽圧下圧延での上反り分の反りを与えておけば、圧延後に反りのないレールができる。
【００３４】
１６）図５に示すように、潤滑条件を頭頂で無潤滑、足裏で一定量の油塗布による潤滑として安定させると、上反りの発生量は圧延荷重を変化させても、頭方向へほぼ曲率半径で７７０ｍ前後で一定となる。
【００３５】
１７）矯正後の軽圧下圧延で生じる反りは、頭頂と足裏で長手方向の塑性ひずみ量の差によって生じる。
【００３６】
１８）下ロールの幅方向の曲率半径がレールに加わる長手方向ひずみ量に大きく影響する。
【００３７】
１９）下ロールの幅方向曲率半径が１６００ｍｍ以上とした場合は、接触領域が分散しすぎて足裏側に塑性変形ができず、ほとんど圧縮応力を付与することができない。
【００３８】
２０）下ロールの幅方向曲率半径が７００ｍｍ以下にした場合は、塑性変形が十分生じるので、足裏側に圧縮の応力ができるが、塑性変形が集中しすぎ、上反りが生じる。
【００３９】
２１）適正と思われる負荷荷重に広い範囲があり、この範囲内では制御されるレールの残留応力分布やレール断面形状が大きくは変化しない。
【００４０】
２２）下ロールとレール足裏との接触面がほぼ楕円形状になり、上ロールとレール頭頂との接触は適当な範囲にロール形状と製品形状の曲率を等しくすれば、接触面がほぼ長方形になる。
【００４１】
２３）図３に示すように上ロールとレール頭頂との幅方向曲率を等しくし、下ールの幅方向曲率半径が、７００ｍｍ以上１６００ｍｍ以下の時、荷重の増加に伴て接触面積の上下での逆転が起きる。
【００４２】
本発明は．これらの知見に基づいて構成され、その要旨は次の通りである。
【００４３】
ロールを上下に千鳥配置したローラー矯正機を通過させて曲がりを矯正した後、その矯正レール頭部及び底部の長手方向に生じた引張残留応力をその後に配置した５０〜３００ｍｍの小径ロールをもつ圧延機で上下方向圧下の冷間圧延をすることによって圧縮残留応力とするに際して、矯正機入り側から冷間圧延の入り側の間で、少なくともレールの頭部と底部表面のどちらかについて、少なくともスケール除去、洗浄、脱脂、またはこれらに潤滑剤塗布することのどれか１つ以上を施すことにより摩擦係数を調整し、これを冷間圧延することにより反りを実質的に許容範囲に調整することを特徴とする反りの少ない残留応力制御レールの製造方法。
【００４４】
（２）上記（１）において頭部側の摩擦係数を、足部側に比べて低調整することを特徴とする反りの少ない残留応力制御レールの製造方法。
【００４５】
（３）上記（１）において、矯正の時点で足側へ反りを付与してから、逆方向に同じだけの反りを発生させる条件の上下方向に圧下する冷間圧延を施すことを特徴とする反りの少ない残留応力制御レールの製造方法。
【００４６】
（４）上記（３）において頭部側の摩擦係数を足部側に比べて低く調整して冷間圧延することを特徴とする反りの少ない残留応力制御レールの製造方法。
【００４７】
（５）上記（１）の冷間圧延において、頭部寸法と等しい曲率を持つ上ロールと、半径７００〜１６００ｍｍの曲率を持つ下ロールを用いて、荷重を変化させて反り量の調整をすることを特徴とする反りの少ない残留応力制御レールの製造方法。
【００４８】
（６）上記（５）において、頭部と足部とで無潤滑または同一潤滑剤を使用することを特徴とする反りの少ない残留応力制御レールの製造方法。
【００４９】
以下本発明について詳細に説明する。
【００５０】
実際に反り防止を実現するためには、反りを生じないように軽圧下圧延でのレールとロールとの摩擦条件を意図的に調整する手段と、摩擦の条件を揃えることで反り量に再現性を持たせて、予測される反りに対して逆方向に同じだけの反りを発生させる条件を付与する手段とがある。
【００５１】
まず、反りを生じないように軽圧下圧延でのレールとロールとの摩擦条件を意図的に調整する手段について考える。
【００５２】
まず、１２）と１３）の知見に示すようにレール頭頂と足裏では安定していない摩擦条件になっていた。
【００５３】
第１の手段として、本発明者らはスケール除去、洗浄、脱脂、潤滑材塗布による摩擦条件の調整による反り制御手段を考えた。請求項１および２はこの考え方に基づくものである。
【００５４】
一般に上反りが多いので、好ましくは頭頂に摩擦係数を下げるような処理を行い、足裏に摩擦係数を上げるような処理をすることが望ましい。この場合、上記知見（２〜１１）に示したように、摩擦係数を上げる処理は、脱脂、洗浄、砂やスケールの塗布（添加）であり、摩擦係数を下げる処理は、潤滑剤塗布である。
【００５５】
ただし、下反りが生じた場合、上反りとは逆の措置が必要になるので、この場合、好ましくは頭頂に摩擦係数を下げるような処理を行い、足裏に摩擦係数を上げるような処理をすることが望ましい。
【００５６】
【発明の実施の形態】
図１に本発明の請求項１、２を実施した例を示す。
【００５７】
ローラー矯止機１で矯正を加えるとレール３の表面に付着していたスケールが剥離しやすくなる。これをスケール除去装置４で除去し、洗浄脱脂装置５で洗浄および脱脂し、潤滑剤塗布装置６で潤滑油を塗布する。これらの４、５、６は軽圧下圧延の摩擦条件を安定化させるためのものである。これらの処理のうち、付着していたスケール量が少ない等の状況に応じて、スケール除去、洗浄、脱脂、潤滑剤塗布の各工程の内幾つかを省略することが可能である。これらの手段４、５、６は矯正機の入り側でもよいが図１のように軽圧下ロール２に入る直前の方が望ましい。このように処理されたレール３は軽圧下圧延ロール２によて圧延され、残留応力分布の制御が成される。
【００５８】
第２の手段として、摩擦の条件を揃えることで反り量に再現性を持たせて、予測される反りに対して逆方向に同じだけの反りを発生させる条件を付与する手段を説明する。
【００５９】
もし、これらの潤滑による処置で反りがなくならなくても、１５）の知見により、必要な矯正量が予測できた場合には、軽圧下圧延またはローラー矯正で安定的に逆方向へ反る条件を付与して反り制御することが可能である。
【００６０】
請求項３はこの１５）の知見に基づいて、予めローラーレベラーで予想される反りに対して逆方向の反りを付与するものである。特に１６）の知見によると、潤滑条件を安定させれば反り量が安定し、逆方向の反り発生量の予測がし易くなることになる。そこで、反りの発生量を安定化させるため、好ましくは少なくとも頭頂もしくは足裏でスケール除去、脱脂、洗浄、潤滑剤塗布をして摩擦条件を安定化しておくことが望ましい。
【００６１】
請求項４は請求項３において頭頂の摩擦係数を低くすることでその発生する反り量を少なくさせる意味がある。
【００６２】
なお、反りの規格は例えばＡＲＥＡで１２ｍで１９ｍｍ以内と決められており、下反りとして、１３００ｍｍより大きい曲率半径を与えた場合、上反りとしてこの規格からはずれる恐れが出る。反り量を１５ｍｍ以内に治めるとすれば曲率半で６００〜１１００ｍにすればよい。したがって、好ましくは足側ヘ６００〜１１００ｍの反りを与えることが望ましい。
【００６３】
図１で本発明の請求項３、４について説明する。
【００６４】
ローラー矯正機１で微量の下反りの曲率を付与されたレール３を４〜６で処理した後、軽圧下圧延ロール２で圧延する。とくに、４〜６の処理で頭頂を無潤滑、足裏を油潤滑とすると、軽圧下圧延で頭方向へほぼ曲率半径７７０ｍの上反りが生じるので、この潤滑条件に固定すると、ローラー矯正機１で付与する下反りは曲率半径７７０ｍである。
【００６５】
次に軽圧下圧延だけで安定的に反りを制御することを説明する。
【００６６】
請求項５〜６は知見１６）〜２３）に基づいて、軽圧下圧延で安定的に反りを制御するものである。
【００６７】
２１）の知見によれば、荷重は、具体的には４００〜１４００ｋＮの範囲であればよく、このとき、腹部脆性亀裂が伝播し難い残留応力分布に制御され、１２００ｋＮでもレール高さは０．２ｍｍ程度しか減少しないことがわかている。また、１４００ｋＮ以上では柱部の座屈の危険が現れ、４００ｋＮ以下では残留応力制御が不十分となる。したがって、好ましくは荷重は４００ｋＮ〜１４００ｋＮの範囲で調節することが望ましい。
【００６８】
２２）の知見に述べた接触面形状の模式図を図２に示す。これによると、荷重を上げていくと、下ロールとレールの接触面は長手方向と幅方向の両方に伸びるので２次関数的に、上ロールとレールの接触面は長手方向のみに伸びるので１次関数的に、それぞれ接触面が広がる。荷重の増加に対して上ロール側は接触面の広がり方が少ないので、下ロール側に比べて変形が集中し、大きく変形する。変形の大きい方が外側になるように反るので、結局、荷重を大きくすると下反りへ変化する傾向が出てくる。これを応用して荷重を変化させることによって反り制御することが可能となる。
【００６９】
図３に弾性解析で得られた接触面積と荷重の関係を示す。頭頂側の解析値は接触幅が４０ｍｍのときを想定している。下ロールの曲率半径が７００ｍｍのとき、１４００ｋＮ近傍で接触面積が等しくなる。また、曲率半径が１２００ｍｍのとき６００ｋＮ近傍で接触面積が等しくなると計算された。このようにして１５）の知見が得られた。
【００７０】
これらの解析結果に対しては次のような考察を加える。
【００７１】
頭の接触面積＞足裏の接触面積のとき、足側に高い応力が集中するので、足側が大きく変形し、上反りとなる。逆に頭の接触面積＜足裏の接触面積のとき、頭側に高い応力が集中するので、頭側が大きく変形し、下反りとなる。しかし、軽圧下圧延では荷重が０から急にかかるわけではな低い荷重で一旦、上反りを生じさせた後、下反りへの効果が出る。こう考えると、接触面積が頭部と足裏でほぼ等しい辺りで反りのピークとなるはずであるが、実際にはこれより少し軽荷重側でピークとなる。したがて、図３において直線が交差するあたりより高荷重側が荷重による反り制御できる範囲となる。この領域では荷重を上げると反りは小さくなる方向になる。知見２３）によれば下ロールの幅方向曲率半径が、７００ｍｍ以上１６００ｍｍ以下の時、微妙に制御できる範囲が存在する。
【００７２】
これらを考慮に入れて解析結果を見れば、下ロールの曲率半径が７００ｍｍの場合は１４００ｋＮより荷重が十分低ければ上反りとなり、下ロールの曲率半径が１２００ｍの場合は６００ｋＮより荷重が十分高ければ、上反りのピークのあと下反り方向に移行し、δで７ｍ程度の上反りに収束する。足裏付近での残留応力の分布を考慮すると、好ましくは反りの発生の少な８００〜１２００ｍｍの範囲が望ましい。
【００７３】
ただし、スケール、潤滑油等の付着が上下で非対称に生じた場合、この解析結果から大きく異なることがある。これを避けるために図１中の４〜６で示す矯正前の洗浄または脱脂等の工程や、図１中の２で示す圧延工程での潤滑が上下で等質であることが必要となる。したがって請求項６に示すように、好ましくは圧延前または矯正前に洗浄または脱脂等の工程を入れ、さらに潤滑が上下で等質であることが望ましい。ただし、これらの影響が小さいときは荷重の調節で反り制御ができる。
【００７４】
図４で本発明の請求項５、６を説明する。これは図１中の２の部分に相当する。
【００７５】
上ロール７はレール９下ロール８頭部と接している面ではほぼ等しい幅方向曲率を持っている。一方、下ロール８は幅方向曲率半径が７００〜１６００ｍｍの曲率を持っている。請求項５ではレール９は図１の４〜６の処理の後に圧延され、荷重を調節することで反りを制御する。このとき、請求項６ではそのときの潤滑条件を規定したものである。
【００７６】
【実施例】
本発明者らは摩擦条件を変えてローラー矯正機で真直に矯正されたレールの軽圧下圧延を数多く行っており、本発明は、レール軽圧下圧延機において実験および検証された。この時の請求項１、２に関連する実験条件を表１に示し、請求項３、４に関連する実験条件を表２に示し、請求項５〜６に関連する実験条件を表３に示す。
【００７７】
表１に関してはローラー矯正前での潤滑はなく、圧延荷重８００ｋＮ、下ロール軸方向曲率半径は６００ｍｍ、上ロール曲率半径は２５０ｍｍ、供試レールＤＨＨ３７０−１３６１ｂＲＥで統一した。
【００７８】
まず実施例１〜３でスケール除去の効果を示す。比較例１と比較してみるとスケール除去だけでも規格をクリアし、反りの改善は大きいことがわかる。ただし、足裏に残ったスケールが足裏表面を傷つけるので、足裏のスケール除去は行われるのが望ましい。
【００７９】
実施例４、５は頭頂、足裏共にスケール除去を行ったものに対して頭頂側に油潤滑したものである。頭頂を潤滑したことによって反りは少なくなる。これは頭頂の潤滑によって頭頂での長手方向へのひずみが増加したからである。実施例６は頭頂に付着していたスケールの少なかったものについてスケール除去を省略して頭頂側に潤滑をおこなったものである。これも実施例４、５と同様に反りは少なくなった。
【００８０】
比較例２、３、４は実施例４、５、６に対して頭頂の潤滑を行わなかったものである。頭頂の潤滑がなく、足裏の摩擦係数がスケール除去無しより反りが大きくなった。特に比較例４では頭頂の摩擦係数が足裏より高くなり、反りは大きくなる。
【００８１】
比較例５は足裏に廃油が付着したものの例である。このときは頭頂のスケール除去も行わなかったので、頭頂は足裏に比べて非常に高い摩擦係数を持っていた。このことによって反りは非常に大きくなり、この廃油の除去は必須と考えられた。
【００８２】
比較例６では比較例５ほど大きく反りが発生したわけではないが、反り発生量が比較例４と同様になるまで下がった。
【００８３】
比較例７では比較例１、２程度まで反りが小さくなるが、十分ではなかった。
【００８４】
実施例８は足裏の廃油を脱脂した上で頭頂にスキット油を塗布して反りを抑えたものである。このように廃油が足裏に付着した場合は脱脂を行った上で頭頂にスキット油等の潤滑剤を塗布することが望ましい。
【００８５】
実施例９および１０は廃油を落とさないで反りを調整する方法の例である。廃油が付着した場合は頭頂を潤滑して摩擦条件を上下で対称にしてやればよい。これらは評価はどちらも良好であるが、実施例８はやや上反りであり、廃油に砂やスケールをまぜれば摩擦係数を上げることができ、実施例９のほうが反りとしては良好である。ただし砂やスケールは圧延ロールの表面を粗くしてしまうので、この点では好ましくない。
【００８６】
表２に関しては表１同様にロール径６００ｍｍ、上ロール曲率半径は２５０ｍｍとし、全数スケールを上下で除去したもので比較した。
【００８７】
実施例１１〜２０は頭頂無潤滑、足裏廃油潤滑の同一潤滑条件で荷重を変化させて、その反りの発生量を比較したものである。これらの反りはδで２３ｍｍ程度で、荷重の変化に対して大きい変化は見られなかた。そこで、矯正でδで２３ｍｍ程度の逆方向の反りを与えてから、再度この条件で軽圧下圧延したところ、形状の良好なレールが得られた。
【００８８】
実施例２１〜２４は頭頂と足裏ともに無潤滑にした条件で、荷重を変えてその発生量を比較したものである。これらの反りはδで１２ｍ程度で荷重の変化に対して大きい変化は見られなかた。そこで、矯正でδで１２ｍｍ（二次係数で６．５×１０^-4ｍ^-1）程度の逆方向の反りを与えてから、再度この条件で軽圧下圧延したところ、形状の良好なレールが得られた。
【００８９】
実施例２１〜２３は頭頂と足裏ともに無潤滑にした条件で、荷重を変えてその発生量を比較したものである。これらの上反りはδで１２ｍｍ程度で荷重の変化に対して大きい変化は見られなかった。そこで、矯正でδで１２ｍｍ（二次係数で３．３×１０^-4ｍ^-1）程度の逆方向の反りを与えてから、再度この条件で軽圧下圧延したところ、形状の良好なレールが得られた。
【００９０】
実施例２４〜２６は頭頂で廃油潤滑と足裏で無潤滑にした条件で、荷重を変えてその発生量を比較したものである。これらの下反りはδで１２ｍｍ程度で荷重の変化に対して大きい変化は見られなかった。そこで、矯正で、δで１２ｍｍ（二次係数で３．３×１０^-4ｍ^-1）程度の逆方向の反りを与えてから、再度この条件で軽圧下圧延したところ、形状の良好なレールが得られた。
【００９１】
実施例２７〜２９は頭頂でパーム油潤滑と足裏で廃油に砂を混ぜた潤滑にした条件で、荷重を変えてその発生量を比較したものである。これらの上反りは基準範囲内であり、矯正等での調整をしないで、形状の良好なレールが得られた。
【００９２】
表３に、下ロールの曲率半径を変え、その上で荷重で反りを調節する方法での実施例と比較例を示す。
【００９３】
比較例８は実施例２２と同じ条件である。幅方向ロール曲率半径が６００ｍｍであるので上反りがある。
【００９４】
比較例９は幅方向ロール曲率半径が７００ｍｍと大きくしたので、上反りが小さくなったが、δが１０ｍｍ以上であった。
【００９５】
比較例１０は幅方向ロール曲率半径が７００ｍｍで上反りのδがｌ０ｍｍ以下になったが、１４００ｋＮの荷重のときは、柱の座屈の危険が考えられた。
【００９６】
比較例１１、１２、実施例３０は幅方向ロール曲率半径を９００ｍｍｋＮのときにはさらに上反りが少なくなるが、柱部の座屈の危険が出てきた。
【００９７】
実施例３１〜３３は幅方向ロール曲率半径を１２００ｍｍに大きくした条件である。この半径では荷重６００ｋＮのときでも１０ｍｍ以下に納まり、８００ｋＮ、１０００ｋＮでも良好であった。
【００９８】
実施例３４、３５は幅方向ロール曲率半径を１６００ｍｍに大きくした条件である。荷重４００ｋＮ、８００ｋＮで上反りは小さかった。ただし残留応力の評価では２０ｋｇｆ／ｍｍ²以上の圧縮を付与できなかった。
【００９９】
比較例１３はさらに２０００まで大きくしたものであるが、荷重８００ｋＮでも圧縮の残留応力を十分付与できなかった。
【０１００】
【表１】

【０１０１】
【表２】

【０１０２】
【表３】

【０１０３】
【発明の効果】
軽圧下圧延前の摩擦条件を安定化させることによって発生する反り量が予測できるようになり、矯正量や圧下量等の圧延制御を組み合わせることによって、低コストの上で、残留応力制御されて、かつ、反りを実質的に許容できる範囲内に制御した形状のよいレールの製造ができるようになった。また、潤滑油の組み合わせによっては圧延制御の組み合わせ無しに制御できるため、さらに低コストの上で、残留応力制御されて、かつ、反りを制御した形状のよいレールの製造ができる可能性もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施するための装置を示す図である。
【図２】レールとロールとの接触面形状を示す図である。
【図３】軽圧下圧延荷重と接触面積との関係を示す図である。
【図４】軽圧下圧延方法を示す図である。
【図５】軽圧下圧延で生じた反りを示す図である。
【符号の説明】
１矯正ローラー
２軽圧下圧延ロール
３製造されるレール
４スケール除去装置
５洗浄脱脂装置
６潤滑剤塗布装置
７圧延上ロール
８圧延下ロール
９レール
１０接触面形状

Claims

ロールを上下に千鳥配置したローラー矯正機を通過させて曲がりを矯正した後、その矯正レール頭部及び底部の長手方向に生じた引張残留応力をその後に配置した５０〜３００ｍｍの小径ロールをもつ圧延機で上下方向圧下の冷間圧延をすることによって圧縮残留応力とするに際して、矯正機入り側から冷間圧延の入り側の間で、少なくともレールの頭部と底部表面のどちらかについて、少なくともスケール除去、洗浄、脱脂、またはこれらに潤滑剤塗布することのどれか１つ以上を施すことにより摩擦係数を調整し、これを冷間圧延することにより反りを実質的に許容範囲に調整することを特徴とする反りの少ない残留応力制御レールの製造方法。
請求項１において頭部側の摩擦係数を、足部側に比べて低く調整することを特徴とする反りの少ない残留応力制御レールの製造方法。
請求項１において、矯正の時点で足側へ反りを付与してから、逆方向に同じだけの反りを発生させる条件の上下方向に圧下する冷間圧延を施すことを特徴とする反りの少ない残留応力制御レールの製造方法。
請求項３において頭部側の摩擦係数を足部側に比べて低く調整して冷間圧延することを特徴とする反りの少ない残留応力制御レールの製造方法。
請求項１の冷間圧延において、頭部寸法と等しい曲率を持つ上ロールと、半径７００〜１６００ｍｍの曲率を持つ下ロールを用いて、荷重を変化させて反り量の調整をすることを特徴とする反りの少ない残留応力制御レールの製造方法。
請求項５において、頭部と足部とで無潤滑または同一潤滑剤を使用することを特徴とする反りの少ない残留応力制御レールの製造方法。