JP3950212B2

JP3950212B2 - Manufacturing method of high-strength pearlitic rail with excellent wear resistance

Info

Publication number: JP3950212B2
Application number: JP32000097A
Authority: JP
Inventors: 正治上田; 耕一内野
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1997-11-20
Filing date: 1997-11-20
Publication date: 2007-07-25
Anticipated expiration: 2017-11-20
Also published as: JPH11152521A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、重荷重鉄道レールに要求される耐摩耗性を大きく向上させた高強度パーライト系レールの製造法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
海外の重荷重鉄道では、鉄道輸送の高効率化の手段として、列車速度の向上や列車積載重量の増加が図られている。このような鉄道輸送の効率化はレール使用環境の過酷化を意味し、レール材質の一層の改善が要求されるに至っている。
具体的には、曲線区間に敷設されたレールでは、Ｇ．Ｃ．（ゲージ・コーナー）部や頭側部の摩耗が急激に増加し、レールの使用寿命の点で問題視されるようになった。
【０００３】
しながら、最近の高強度化熱処理技術の進歩により、共析炭素鋼を用いた微細パーライト組織を呈した下記に示すような高強度（高硬度）レールが発明され、重荷重鉄道の曲線区間のレール寿命を飛躍的に改善してきた。
▲１▼ 頭部がソルバイト組織、または微細なパーライト組織の超大荷重用の熱処理レール（特公昭５４−２５４９０号公報）。
▲２▼ 圧延終了後あるいは、再加熱したレール頭部をオーステナイト域温度から８５０〜５００℃間を１〜４℃／sec で加速冷却する１３０kgf/mm²以上の高強度レールの製造法（特公昭６３−２３２４４号公報）。
【０００４】
これらのレールの特徴は、共析炭素含有鋼（炭素量：０．７〜０．８％）による微細パーライト組織を呈する高強度レールであり、その目的とするところは、パーライト組織中のラメラ間隔の微細化により耐摩耗性を向上させるところにあった。
【０００５】
しかし、近年海外の重荷重鉄道ではより一層の鉄道輸送の高効率化のために、貨物の高積載化を強力に進めており、特に急曲線のレールでは上記開発のレールを用いてもＧ．Ｃ．部や頭側部の耐摩耗性が確保できず、摩耗によるレール寿命の低下が問題となってきた。このような背景から、現状の共析炭素鋼の高強度レール以上の耐摩耗性を有するレールの開発が求められるようになってきた。
【０００６】
従来の共析炭素成分のパーライト組織を呈したレール鋼では、耐摩耗性の向上を図るため、パーライト組織中のラメラ間隔を微細化し、硬さを向上させる方法が用いられている。しかし、共析炭素成分のパーライト組織を呈したレール鋼では現状の硬さが上限（Ｈｖ４２０）であり、硬さの向上を狙って熱処理冷却速度や合金添加量を増加させると、パーライト組織中にベイナイトやマルテンサイト組織が生成し、レールの耐摩耗性や靭性を低下させるといった問題があった。
【０００７】
また、このような問題が発生した場合の解決方法としては、パーライト組織より耐摩耗性の優れた金属組織を呈した材料をレール鋼として使用する方法が考えられるが、レールと車輪のようなころがり摩耗環境下では微細パーライト組織よりも安価で耐摩耗性に優れた材料は見いだされていないのが現状である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来、高強度レール鋼として用いられている共析炭素成分のパーライト組織は、柔らかいフェライト相と板状の硬いセメンタイト相の層状構造になっている。
本発明者らはパーライト組織の摩耗機構を解析した結果、先ずはじめに車輪の通過により柔らかなフェライト相が絞り出され、その後、ころがり面直下に硬いセメンタイト相のみが積層化し、耐摩耗性が確保されていることを確認した。
【０００９】
そこで、本発明者らは耐摩耗性を向上させるため、パーライト組織の硬さを向上させると同時に、鋼の炭素量を高くし、耐摩耗性を確保しているパーライト組織中の板状の硬いセメンタイト相の比率を増加させ、ころがり面直下でのセメンタイト相の密度を高めることにより、耐摩耗性が飛躍的に向上することを実験により見いだした。
【００１０】
図１はパーライト鋼の硬さと摩耗量の関係を実験室的に評価し、炭素量と摩耗量の関係で比較したものである。炭素量の増加により、同一硬さにおいても摩耗量が減少しており、高炭素化（過共析化）により従来の共析鋼（炭素量：０．７〜０．８％）と比較して耐摩耗性が飛躍的に改善することがわかる。
【００１１】
しかし、耐摩耗性を向上させるため炭素量を共析炭素（炭素量：０．８％）以上に増加させると、パーライト組織中に初析セメンタイトが生成し、レールの靭性や延性が大きく低下するといった問題があった。
【００１２】
炭素量を増加させた時に生成するこの初析セメンタイトは、冷却速度が比較的遅く、パーライト変態が始まる前の高温度域で生成することが知られている。そこで、この初析セメンタイトの生成を防止する方法として、熱間圧延直後のレール、または再加熱により高温の熱を保有したレールに加速冷却を行う下記に示すレールの製造法が発明された。
▲３▼ レール頭部をオーステナイト域温度から冷却停止温度７００〜５００℃までの間を１〜１０℃／sec で加速冷却するレールの製造法（特開平８−２４６１００号公報）。
【００１３】
また、図２の炭素量とパーライト変態特性の関係に示すように、共析炭素以上に炭素量を増加した鋼においは、炭素量の増加により従来の共析鋼と比較してパーライト変態ノーズが短時間側へ移動する特徴を有している。そこで、パーライト変態が高冷却速度範囲でも容易に生成することに着目して、次のようなレールの製造法が発明された。
▲４▼ レール頭部をオーステナイト域温度から冷却停止温度７５０〜６００℃までの間を１０超〜３０℃／sec で加速冷却し、引き続き、７５０〜６００℃の間の温度から５５０〜４５０℃の間の温度まで１〜１０℃／sec 未満で制御冷却するレールの製造法（特開平９−１３７２２７号公報）。
【００１４】
これらのレールの製造法の特徴は、先ず、オーステナイト域からの加速冷却により、パーライト変態が始まる前の高温度域で生成する初析セメンタイト組織の生成を防止し、その後の加速冷却領域において、レールの靭性に有害な低温度域で生成するマルテンサイト組織の生成を防止するため、６００℃以上の高温度域からパーライト変態を開始させ、５００℃前後の温度域で完全にパーライト変態を終了させる方法であり、その目的とするところは、レールの靭性や延性に有害な初析セメンタイト組織やマルテンサイト組織の生成を防止し、微細なパーライト組織をできるだけ多く生成させ、硬さを向上させるところにあった。
【００１５】
しかし、これらの方法では加速冷却中に完全にパーライト変態を終了させることを目的としているため、６００℃以上の比較的高温度域からパーライト変態が開始するような冷却条件となっている。したがって、部分的には高温度域で生成する硬さの低いパーライト組織の混入が避けられず、上記発明の熱処理レール以上のより一層の高強度化には一定の限界があった。
【００１６】
かかる状況から本発明は、重荷重鉄道のレールに要求される耐摩耗性を大きく向上させた高強度レールを熱処理により低コストで提供することを目的とするものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは重荷重鉄道用レールの耐摩耗性をよリー層向上させるため、上記発明の熱処理レール以上に高強度化する冷却方法を実験により検討した。その結果、初析セメンタイト組織の生成を防止し、かつ、高温度域で生成する硬さの低いパーライト組織の生成を防止するため、熱間圧延直後のレール、または再加熱により高温度の熱を保有したレール、すなわちオーステナイト温度域にあるレール頭部に、パーライト変態開始までの高温度域を１０超〜３０℃／sec の冷却速度で加速冷却を行うことにより、初析セメンタイト組織および硬さの低いパーライト組織の生成を防止できることを実験により確認した。
【００１８】
さらに、本発明者らは上記加速冷却後に硬さの高いパーライト組織を安定的に生成させる冷却方法を検討した。その結果、レール頭部が５８０〜５００℃に達した時点で加速冷却を停止し、引き続き、レール頭部を５８０〜５００℃の温度範囲内で一定時間保定することにより、硬さの高いパーライト組織が安定的に生成することを実験により確認した。
【００１９】
以上の結果から、本発明者らは重荷重鉄道用レールの耐摩耗性の向上を図るため、先ず、レール鋼の炭素量を増加させ、同時に、熱間圧延直後のレール、または再加熱により高温の熱を保有したレールに加速冷却を行い、引き続き、所定の温度範囲で一定時間保定することにより、レールの延性や靭性に有害な初析セメンタイト組織や高温度域で生成する硬さの低いパーライト組織の生成を防止することが可能となり、その結果、セメンタイト相の密度が高く、硬さの高いパーライト組織を呈した耐摩耗性に優れた高強度レールが製造できることを確認した。
【００２０】
本発明は上記知見に基づくものであって、その要旨とするところは、重量％で、
Ｃ：０．８５超〜１．４０％、Ｓｉ：０．１０〜１．００％、
Ｍｎ：０．１０〜１．５０％を含有し、さらに必要に応じて、
Ｃｒ：０．０５〜１．００％、Ｍｏ：０．０１〜０．２０％、
Ｖ：０．０１〜０．３０％、Ｎｂ：０．００２〜０．０５％、
Ｃｏ：０．１０〜２．００％
の１種または２種以上を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼を熱間圧延した、高温度の熱を保有する鋼レール、あるいは高温度に再加熱された鋼レールの頭部を、オーステナイト域温度から１０超〜３０℃／sec の冷却速度で加速冷却し、該鋼レール頭部の温度が５８０〜５００℃に達した時点で加速冷却を停止し、引き続き、５８０〜５００℃の温度範囲内で２〜２０分の保定を行い、保定中にパーライト変態が完了する場合は冷媒を用いて常温域まで冷却し、保定後の冷却中にパーライト変態が完了する場合は放冷（自然冷却）することを特徴とする、耐摩耗性に優れた高強度パーライト系レールの製造法である。
【００２１】
ここで、本発明の請求項およびその説明で用いている「高温度」、「レール頭部」、「保定」の用語は、以下の内容を有する。
「高温度」とは、鋼がオーステナイト化し、安定している温度域であり、具体的には、圧延直後のレール頭部においてはＡｒ₃点以上の温度域であり、また再加熱されたレール頭部ではＡｃ₃から約３０℃以上の温度域を示すものである。
「レール頭部」とは、レール頭部の外郭表面近傍を示すものであり、具体的には、図４に示すようにレール頭部頂面（図４の符号１）およびコーナー部（図４の符号２）の表面から内部へ少なくとも１〜１０mmの範囲を示すものである。
「保定」とは、レール頭部をある温度範囲内において、一定時間保持することを意味するものである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
先ず、本発明においてレールの化学成分を上記のように限定した理由について説明する。
Ｃはパーライト変態を促進させ、かつ耐摩耗性を確保する有効な元素であり、通常のレール鋼としてはＣ量０．６０〜０．８５％が添加されているが、Ｃ量０．８５％以下では耐摩耗性の向上を図るためのパーライト組織中のセメンタイト相の密度が確保できず、さらに、レール頭部内部に疲労損傷の起点となる粒界フェライトが生成し易くなり、レール寿命が低下する。また、Ｃ量が１．４０％を超えると、成分系によっては上記加速冷却を行っても、パーライト組織中に初析セメンタイトが生成し、レールの靭性や延性が大きく低下することや、パーライト組織中のセメンタイト相の密度が増加し、レールに必要とされる延性を十分に確保できなくなるため、Ｃ量を０．８５超〜１．４０％に限定した。
【００２３】
Ｓｉはパーライト組織中のフェライト相への固溶体硬化により、レール母材やオーステナイト域まで再加熱された溶接継手部の硬度（強度）を向上させる元素であるが、０．１０％未満ではその効果が十分に期待できず、また１．００％を超えると、熱間圧延時に表面疵が多く生成することや、溶接性も低下するため、Ｓｉ量を０．１０〜１．００％に限定した。
【００２４】
Ｍｎはパーライト変態温度を低下させ、焼入れ性を高めることによって高強度化に寄与し、さらに、初析セメンタイトの生成を抑制する元素であるが、０．１０％未満の含有量ではその効果が小さく、レール頭部に必要とされる硬さの確保が困難となる。また、１．５０％を超えると、パーライト変態速度が低下し、加速冷却後の保定領域においてパーライト変態が終了せず、その後の冷却中にレールの靭性に有害なマルテンサイト組織が生成するため、Ｍｎ量を０．１０〜１．５０％に限定した。
【００２５】
また、上記の成分組成で製造されるレールは、強度、延性、靭性を向上させる目的で以下の元素を必要に応じて１種または２種以上を添加する。
Ｃｒ：０．０５〜１．００％、Ｍｏ：０．０１〜０．２０％、
Ｖ：０．０１〜０．３０％、Ｎｂ：０．００２〜０．０５０％、
Ｃｏ：０．１０〜２．００％
【００２６】
次に、これらの化学成分を上記のように定めた理由について説明する。
Ｃｒはパーライトの平衡変態点を上昇させ、結果としてパーライト組織を微細にして高強度化に寄与すると同時に、パーライト組織中のセメンタイト相を強化することによって耐摩耗性を向上させる元素であるが、０．０５％未満ではその効果が小さく、１．００％を超える過剰な添加を行うと、パーライト変態速度が著しく低下し、加速冷却後の保定領域においてパーライト変態が終了せず、その後の冷却中にレールの靭性に有害なマルテンサイト組織が生成することや、偏析が助長され、偏析部の共析炭素量の低下により初析メンタイト組織が生成し易くなるため、Ｃｒ添加重を０．０５〜１．００％に限定した。
【００２７】
ＭｏはＣｒ同様パーライトの平衡変態点を上昇させ、結果としてパーライト組織を微細にすることにより高強度化に寄与し、耐摩耗性を向上させる元素であるが、０．０１％未満ではその効果が小さく、０．２０％を超える過剰な添加を行うと、偏析が助長され、さらに、パーライト変態速度が低下するため、加速冷却後の保定領域中にパーライト変態が終了せず、その後の冷却において偏析部にマルテンサイト組織が生成してレールの靭性を低下させるため、Ｍｏ量を０．０１〜０．２０％に限定した。
【００２８】
Ｖは熱間圧延時の冷却過程で生成したＶ炭・窒化物による析出硬化で強度を高め、さらに、高温度に加熱する熱処理が行われる際に結晶粒の成長を抑制する作用によりオーステナイト粒を微細化させ、パーライト組織の強度、延性および靭性を向上させるのに有効な成分であるが、０．０１％未満ではその効果が十分に期待できず、０．３０％を超えて添加してもそれ以上の効果が期待できないことから、Ｖ量を０．０１〜０．３０％に限定した。
【００２９】
ＮｂはＶと同様にＮｂ炭・窒化物を形成してオーステナイト粒を細粒化する有効な元素であり、そのオーステナイト粒成長抑制効果はＶよりも高温度域（１２００℃近傍）まで作用し、パーライト組織の延性と靭性を改善する。その効果は、０．００２％未満では期待できず、また、０．０５０％を超える過剰な添加を行ってもそれ以上の効果が期待できない。従って、Ｎｂ量を０．００２〜０．０５０％に限定した。
【００３０】
Ｃｏはパーライトの変態エネルギーを増加させて、パーライト組織を微細にすることにより強度を向上させる元素であるが、０．１０％未満ではその効果が期待できず、また、２．００％を超える過剰な添加を行ってもその効果が飽和域に達してしまうため、Ｃｏ量を０．１０〜２．００％に限定した。
【００３２】
上記のような成分組成で構成されるレール鋼は、転炉、電気炉などの通常使用される溶解炉で溶製を行い、この溶鋼を造塊・分塊法あるいは連続鋳造法、さらに熱間圧延を経てレールとして製造される。次に、この熱間圧延した高温度の熱を保有するレール、あるいは熱処理する目的で高温に加熱されたレールの頭部を加速冷却し、引き続き、上記温度範囲において一定時間保定することにより、レール頭部のパーライト組織の硬さを向上させる。
【００３３】
次に、加速冷却速度および加速冷却停止温度範囲を上記のように定めた理由について詳細に説明する。
先ず、オーステナイト域温度から１０超〜３０℃／sec の冷却速度でレール頭部を加速冷却する理由について説明する。
加速冷却速度が１０℃／sec 以下になると、成分系によっては加速冷却途中の高温度域で初析セメンタイト組織が生成し、レールの靭性や延性が低下することや、加速冷却途中の高温度域でパーライト変態が始まり、硬さの低いパーライト組織が生成し、高強度化が困難となるため、１０℃／sec 超に限定した。
また、３０℃／sec を超えると、空気およびミスト等のいずれの冷媒を用いても冷却速度が安定せず、冷却停止温度の制御が困難となり、過冷却によりレールの耐摩耗性に有害なベイナイト組織が生成し易くなることや、本成分系においては冷却速度が３０℃／sec 以下であれば、初析セメンタイト組織の生成の防止が可能となり、十分に高温度域で生成する硬さの低いパーライト組織の生成が抑制できるため、３０℃／sec 以下に限定した。
【００３４】
次に、レール頭部の温度が５８０〜５００℃に達した時点で加速冷却を停止する理由について説明する。
オーステナイト温度域から１０℃／sec 超の冷却速度で加速冷却し、レール温度が５８０℃を超える温度域で加速冷却を停止すると、その後の保定領域において硬さの低いパーライト組織が多く生成し、高強度化が困難となるため、５８０℃以下に限定した。また、５００℃未満の温度域で加速冷却を停止すると、その後の保定領域においてレールの耐摩耗性に有害なベイナイト組織が生成し易くなるため、５００℃以上に限定した。
【００３５】
次に、保定温度時間および保定時間を上記のように定めた理由について詳細に説明する。
まず、加速冷却後にレール頭部を５８０〜５００℃の温度範囲内で保定する理由について説明する。
保定温度が５８０℃を超えると、硬さの低いパーライト組織が多く生成し、高強度化が困難となるため、５８０℃以下に限定した、また、５００℃未満の温度域で保定すると、レールの耐摩耗性に有害なベイナイト組織が生成し易くなるため、５００℃以上に限定した。
【００３６】
次に、加速冷却後にレール頭部を５８０〜５００℃の温度範囲内で２〜２０分の保定を行う理由について説明する。
保定時間が２分未満になると、成分系や圧延後のオーステナイト粒度によっては、上記温度範囲内の保定中およびその後の放冷（自然冷却）中にパーライト変態が完全に終了せず、パーライト組織中にレールの靭性や耐摩耗性に有害なマルテンサイト組織やベイナイト組織が生成するため、２分以上に限定した。また、保定時間が２０分を超えると、保定温度の選択によっては保定中に生成した高強度のパーライト組織が焼き戻され、硬さの低下により高強度化が困難となるため、２０分以下に限定した。
【００３７】
なお、この製造法においては、保定時間中にパーライト変態が完了する場合と、その後の放冷（自然冷却）中にパーライト変態が完全に終了する場合がある。
したがって、この保定時間はパーライト変態が完全に終了する時間を示すものではない。
保定中にパーライト変態が終了しなくても、復熱を含むあるいは含まない保定後の冷却過程で変態が終了するため、問題はない。
なお、図３に示す様に保定終了後にレール内部からの復熱が生じる場合と生じない場合がある。保定後の冷却については、特に限定していないが、放冷（自然冷却）することが望ましい。
【００３８】
従って、パーライト組織を呈した耐摩耗性に優れた高強度レールを製造するには、図３に示すように、レールの靭性や延性に有害な初析セメンタイト組織の生成を防止し、さらに、加速冷却途中の高温度域において、硬さの低いパーライト組織の生成を防止するため、レール頭部をオーステナイト域温度から５８０〜５００℃までの間を１０超〜３０℃／sec の冷却速度で加速冷却し、さらに、微細なパーライト組織を安定的に生成させるため、５８０〜５００℃の温度範囲内で２〜２０分の保定を行い、低温度域で硬さの高いパーライト組織を安定的に生成させる必要がある。
【００３９】
なお、本保定領域では、５８０〜５００℃の温度範囲内において、できるだけ低い温度で恒温保定することが望ましいが、冷媒の選択やその制御方法によっては、図３に示すように保定中に不規則な温度変化を生じることがある。しかし、保定温度が５８０〜５００℃の温度範囲内であれば、いずれの温度においても十分な硬さを有したパーライト組織が得られる。したがって、本熱処理では保定中の不規則な温度変化の発生も含んでいる。
【００４０】
また、冷却後の金属組織はパーライト組織であることが望ましが、冷却停止温度および保定温度の選択によってはパーライト組織中に微量な初析セメンタイト組織やベイナイト組織が混入することがある。しかし、パーライト組織中に微量な初析セメンタイト組織やベイナイト組織が混入しても、レールの耐摩耗性や靭性に大きな影響をおよぼさないため、本パーライト系レールの組織としては若干のセメンタイト組織やベイナイト組織の混在も含んでいる。
【００４１】
加速冷却時の冷却媒体としては、エアーおよび水とエアーの混合噴射冷却、あるいはこれらの組み合わせ、および油、熱湯、ポリマー＋水、ソルトバスへのレール頭部あるいは全体を浸漬等を用いて、所定の冷却速度を得ることが可能である。また、加速冷却後の保定領域での冷却媒体としては、パーライト変態時の大量の発熱を抑制するため、水および水とエアーの混合噴射による制御冷却、あるいは油、熱湯、ポリマー＋水、ソルトバスへの浸漬等を行い、変態発熱を抑えることが望ましい。
【００４２】
ここで、硬度の低いパーライトが発生してレール硬さが低くなることを防ぐため、保定終了後に復熱のある場合は保定上限温度である５８０℃を超えないことが望ましい。
また、保定中にパーライト変態が完遂する場合には、パーライト組織の焼き戻しによる硬さ低下を抑える目的から、水等の冷媒を用いてレールをできるだけ早く常温域まで冷却することが望ましい。
【００４３】
また、加速冷却、保定後のレール頭部の硬さについては、耐摩耗性をより一層向上させるため、Ｈｖ３７０以上とすることが望ましい。また、Ｈｖ３７０以上の硬さの領域は、レールの摩耗寿命を確保するため、図４に示すようにレールの頭頂部１の表面および頭部コーナー部２（頭側部全体を含む）表面を起点として少なくとも深さ２０mmの範囲であることが望ましい。
【００４４】
上記のように、本発明熱処理方法によって製造された高強度パーライト系レールは、海外重荷重鉄道用のレールとして要求される耐摩耗性を十分に満足している。
【００４５】
【実施例】
次に、本発明の実施例について説明する。
表１に本発明レール鋼、また表２に比較レール鋼の、それぞれの化学成分および熱処理条件を示す。さらに、表１、表２には熱処理後のレール頭部の硬さ、組織、および図５に示す西原氏摩耗試験機によるレール頭部材料の摩耗特性評価結果も併記した。
【００４６】
なお、レールの構成は以下のとおりである。
・本発明レール鋼（１０本）符号：Ａ〜Ｆ、Ｈ〜Ｋ
上記成分範囲でレール頭部に上記限定範囲内の加速冷却を行い、引き続き上記限定範囲内の温度と時間で保定熱処理を行ったパーライト組織を呈した高強度レール鋼。
・比較レール鋼（１１本）符号：Ｌ〜Ｖ
共析炭素含有鋼によるパーライト組織を呈した現行の熱処理高強度レール鋼（符号：Ｌ〜Ｎ）、および上記限定範囲内でレール頭部に上記限定範囲外の加速冷却や保定熱処理を行ったレール鋼（符号：Ｏ〜Ｖ）。
【００４７】
摩耗試験条件は以下のとおりとした。
・試験機：西原氏摩耗試験機
・試験片形状：円盤状試験片（外径：３０mm、厚さ：８mm）
・試験荷重：６８６Ｎ
・すべり率：２０％
・相手材：パーライト鋼（Ｈｖ３９０）
・雰囲気：大気中
・冷却：圧搾空気による強制冷却（流量：１００Ｎｌ／min ）
・繰返し回数：７０万回。
【００４８】
【表１】

【００４９】
【表２】

【００５０】
表１に示すように、現行のパーライト組織を呈した熱処理高強度レール鋼（符号：Ｌ〜Ｎ）よりも炭素量が高い本発明レール鋼は、適切な条件で熱処理を行うことにより、不適切な熱処理を行ったレール鋼（符号：Ｏ〜Ｖ）で生成するセメンタイト、ベイナイトおよびマルテンサイトなどのレールの延性、靭性、および耐摩耗性に有害な組織の生成を防止し、同時に、セメンタイト相の密度が高く、硬さ（強度）の高いパーライト組織を安定的に得ることが可能である。
また、図６に示すように、本発明レール鋼は現行のパーライト組織を呈した熱処理高強度レール鋼（符号：Ｌ〜Ｎ）と比較して、耐摩耗性が大きく向上している。
【００５１】
【発明の効果】
上記のように、本発明によれば、重荷重鉄道の曲線区間において、より一層耐摩耗性に優れた高強度レールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】炭素量と摩耗量の関係を示した図。
【図２】炭素量とパーライト変態特性の関係を示した図。
【図３】本発明レール熱処理製造法の模式図。
【図４】レール頭部断面表面位置の呼称を表示した図。
【図５】西原氏摩耗試験機の概略図。
【図６】表１に示す本発明レール鋼（符号：Ａ〜Ｆ，Ｈ〜Ｋ）と、表２に示す現行の熱処理高強度レール鋼（符号：Ｌ〜Ｎ）の摩耗試験結果を、硬さと摩耗量の関係で比較した図。
【符号の説明】
１：頭頂部
２：頭部コーナー部
３：レール試験片
４：相手材
５：冷却用ノズル[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a high-strength pearlite rail that greatly improves the wear resistance required for heavy-duty railway rails.
[0002]
[Prior art]
In overseas heavy-duty railways, as a means of improving the efficiency of railway transportation, the train speed is increased and the train load is increased. Such an increase in the efficiency of rail transportation means that the rail use environment becomes severe, and further improvements in rail materials have been required.
Specifically, for rails laid in curved sections, G. C. (Gauge corner) and head side wear increased rapidly, and it became a problem in terms of the service life of the rail.
[0003]
However, due to the recent progress of heat treatment technology for strengthening, the following high strength (hardness) rails with fine pearlite structure using eutectoid carbon steel were invented, Rail life has been dramatically improved.
(1) Heat-treated rail for super-heavy loads having a sorbite structure on the head or a fine pearlite structure (Japanese Patent Publication No. 54-25490).
(2) A method for producing a high-strength rail of 130 kgf / mm ² or more that accelerates and cools the reheated rail head from austenite to 850 to 500 ° C. at 1 to 4 ° C./sec. 63-23244).
[0004]
The characteristics of these rails are high-strength rails that exhibit a fine pearlite structure made of eutectoid carbon-containing steel (carbon content: 0.7 to 0.8%). The purpose of the rails is the lamellar spacing in the pearlite structure. It was in the place which improves abrasion resistance by refinement | miniaturization.
[0005]
However, in recent years, overseas heavy-duty railroads have been making efforts to increase the load of freight in order to further increase the efficiency of rail transport. C. The wear resistance of the head portion and the head side portion cannot be ensured, and the deterioration of the rail life due to wear has been a problem. Against this background, there has been a demand for the development of a rail having wear resistance higher than that of the current high eutectoid carbon steel high-strength rail.
[0006]
In a conventional rail steel exhibiting a pearlite structure of a eutectoid carbon component, in order to improve the wear resistance, a method of reducing the lamella spacing in the pearlite structure and improving the hardness is used. However, the current hardness is the upper limit (Hv420) in the rail steel exhibiting the pearlite structure of the eutectoid carbon component, and if the heat treatment cooling rate and the amount of alloy addition are increased with the aim of improving the hardness, There was a problem that a bainite or martensite structure was formed, and the wear resistance and toughness of the rail were lowered.
[0007]
In addition, as a solution when such a problem occurs, a method of using a material having a metal structure having better wear resistance than a pearlite structure as rail steel can be considered. Under the wear environment, no material is found that is cheaper than the fine pearlite structure and has excellent wear resistance.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
Conventionally, the pearlite structure of a eutectoid carbon component used as a high-strength rail steel has a layered structure of a soft ferrite phase and a plate-like hard cementite phase.
As a result of analyzing the wear mechanism of the pearlite structure, the inventors first squeezed out the soft ferrite phase by passing through the wheel, and then only the hard cementite phase was laminated just below the rolling surface to ensure wear resistance. Confirmed that.
[0009]
Therefore, in order to improve the wear resistance, the present inventors improve the hardness of the pearlite structure, and at the same time, increase the carbon content of the steel and ensure the wear resistance of the plate-like hard in the pearlite structure. Experiments have found that the wear resistance is dramatically improved by increasing the ratio of the cementite phase and increasing the density of the cementite phase just below the rolling surface.
[0010]
FIG. 1 is a laboratory evaluation of the relationship between the hardness of pearlite steel and the amount of wear, and compares the relationship between the amount of carbon and the amount of wear. The amount of wear decreases even with the same hardness due to the increase in carbon content, and compared with conventional eutectoid steel (carbon content: 0.7-0.8%) due to high carbonization (hypereutectification). It can be seen that the wear resistance is dramatically improved.
[0011]
However, if the carbon content is increased to more than eutectoid carbon (carbon content: 0.8%) in order to improve wear resistance, proeutectoid cementite is generated in the pearlite structure and the toughness and ductility of the rail are greatly reduced. There was a problem.
[0012]
It is known that the pro-eutectoid cementite produced when the carbon content is increased is produced at a high temperature range before the start of pearlite transformation because the cooling rate is relatively slow. Thus, as a method for preventing the formation of proeutectoid cementite, the following rail manufacturing method has been invented in which accelerated cooling is performed on a rail immediately after hot rolling or on a rail having high-temperature heat by reheating.
(3) A method for manufacturing a rail in which the rail head is accelerated and cooled at a rate of 1 to 10 ° C./sec between an austenite temperature and a cooling stop temperature of 700 to 500 ° C. (JP-A-8-246100).
[0013]
In addition, as shown in the relationship between the carbon content and the pearlite transformation characteristics in FIG. 2, the pearlite transformation nose is higher in the steel in which the carbon content is increased than the eutectoid carbon compared to the conventional eutectoid steel due to the increase in the carbon content. It has the feature of moving to the short time side. Thus, paying attention to the fact that the pearlite transformation is easily generated even in the high cooling rate range, the following rail manufacturing method has been invented.
(4) The rail head is accelerated and cooled at a temperature exceeding 10 to 30 ° C./sec between the austenite temperature and the cooling stop temperature of 750 to 600 ° C., and subsequently from 750 to 600 ° C. to 550 to 450 ° C. A method of manufacturing a rail that is controlled and cooled at a temperature between 1 to 10 ° C./sec to a temperature in between (Japanese Patent Laid-Open No. 9-137227).
[0014]
The feature of these rail manufacturing methods is that firstly, the accelerated cooling from the austenite region prevents the formation of proeutectoid cementite structure generated in the high temperature region before the start of the pearlite transformation. In order to prevent the formation of martensite structure generated in a low temperature range that is harmful to the toughness of steel, pearlite transformation is started from a high temperature range of 600 ° C. or higher, and the pearlite transformation is completely terminated in a temperature range of about 500 ° C. The purpose is to prevent the formation of pro-eutectoid cementite and martensite structures that are detrimental to the toughness and ductility of the rails, to generate as much fine pearlite structure as possible, and to improve the hardness. It was.
[0015]
However, since these methods aim to complete the pearlite transformation during accelerated cooling, the cooling conditions are such that the pearlite transformation starts from a relatively high temperature range of 600 ° C. or higher. Therefore, it is inevitable that the pearlite structure having a low hardness generated in a high temperature region is partially mixed, and there is a certain limit to further increasing the strength beyond the heat-treated rail of the invention.
[0016]
Under such circumstances, an object of the present invention is to provide a high-strength rail having greatly improved wear resistance required for a heavy-duty railroad rail at low cost by heat treatment.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
In order to further improve the wear resistance of heavy-duty railroad rails, the present inventors have studied through experiments a cooling method that provides higher strength than the heat-treated rails of the above invention. As a result, in order to prevent the formation of pro-eutectoid cementite structure and the formation of pearlite structure with low hardness generated in the high temperature range, the high temperature heat is generated by the rail immediately after hot rolling or by reheating. By performing accelerated cooling at a cooling rate of more than 10 to 30 ° C./sec on the rail head held in the austenite temperature range at the high temperature range until the start of pearlite transformation, Experiments confirmed that the formation of a low pearlite structure could be prevented.
[0018]
Furthermore, the present inventors examined a cooling method for stably generating a pearlite structure having high hardness after the accelerated cooling. As a result, accelerated cooling is stopped when the rail head reaches 580 to 500 ° C., and then the rail head is held for a certain time within a temperature range of 580 to 500 ° C. It was confirmed by experiment that the product was stably formed.
[0019]
From the above results, in order to improve the wear resistance of heavy-duty railway rails, the present inventors first increased the carbon content of the rail steel, and at the same time, the rail immediately after hot rolling, or at a high temperature by reheating. Accelerated cooling is applied to the rails that hold the heat of the steel, and then maintained for a certain period of time in the specified temperature range. It became possible to prevent the formation of the structure, and as a result, it was confirmed that a high-strength rail excellent in wear resistance and having a pearlite structure with a high cementite phase density and high hardness could be produced.
[0020]
The present invention is based on the above findings, the gist of which is weight%,
C: more than 0.85 to 1.40%, Si: 0.10 to 1.00%,
Mn: 0.10 to 1.50%, if necessary,
Cr: 0.05 to 1.00%, Mo: 0.01 to 0.20%,
V: 0.01-0.30%, Nb: 0.002-0.05%,
Co: 0.10 to 2.00 %
A steel rail containing high temperature heat, or a steel rail head reheated to a high temperature, which is hot-rolled steel containing one or more of the above, the balance being iron and inevitable impurities Is accelerated and cooled at a cooling rate of more than 10 to 30 ° C./sec from the austenite temperature, and when the temperature of the steel rail head reaches 580 to 500 ° C., the accelerated cooling is stopped, and subsequently 580 to 500 ° C. There lines 2-20 minutes retention within a temperature range of using the refrigerant when the pearlite transformation is completed by cooling to a normal temperature range during the retention, if the pearlite transformation is completed during cooling after the retention is allowed to cool This is a method for producing a high-strength pearlitic rail excellent in wear resistance, characterized by (natural cooling) .
[0021]
Here, the terms “high temperature”, “rail head”, and “holding” used in the claims of the present invention and the description thereof have the following contents.
“High temperature” is a temperature range in which steel is austenitized and is stable. Specifically, in the rail head immediately after rolling, it is a temperature range of Ar ₃ points or more, and a reheated rail. The head shows a temperature range from Ac ₃ to about 30 ° C. or higher.
The “rail head” indicates the vicinity of the outer surface of the rail head, and specifically, as shown in FIG. 4, the rail head top surface (reference numeral 1 in FIG. 4) and the corner (FIG. 4). 2) indicates a range of at least 1 to 10 mm from the surface to the inside.
“Standing” means holding the rail head within a certain temperature range for a certain period of time.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
First, the reason why the chemical components of the rail are limited as described above in the present invention will be described.
C is an effective element for accelerating pearlite transformation and ensuring wear resistance. As a normal rail steel, a C amount of 0.60 to 0.85% is added, but a C amount of 0.85% In the following, the density of cementite phase in the pearlite structure to improve wear resistance cannot be secured, and moreover, grain boundary ferrite that tends to cause fatigue damage is easily generated inside the rail head, resulting in a reduction in rail life. To do. When the C content exceeds 1.40%, depending on the component system, proeutectoid cementite is generated in the pearlite structure even if the accelerated cooling is performed, and the toughness and ductility of the rail are greatly reduced. Since the density of the cementite phase inside increases and the ductility required for the rail cannot be sufficiently secured, the C content is limited to more than 0.85 to 1.40%.
[0023]
Si is an element that improves the hardness (strength) of the welded joint part reheated to the rail base material and austenite region by solid solution hardening to the ferrite phase in the pearlite structure, but its effect is less than 0.10%. If it cannot be expected sufficiently, and if it exceeds 1.00%, a large amount of surface flaws are generated during hot rolling, and weldability is also lowered, so the Si amount is limited to 0.10 to 1.00%.
[0024]
Mn is an element that lowers the pearlite transformation temperature and contributes to high strength by increasing hardenability, and further suppresses the formation of pro-eutectoid cementite, but its effect is small at a content of less than 0.10%. Therefore, it is difficult to secure the hardness required for the rail head. Further, if it exceeds 1.50%, the pearlite transformation rate decreases, the pearlite transformation does not end in the holding region after accelerated cooling, and a martensite structure harmful to the toughness of the rail is generated during the subsequent cooling, The amount of Mn was limited to 0.10 to 1.50%.
[0025]
Moreover, the rail manufactured with said component composition adds the 1 type (s) or 2 or more types of the following elements as needed for the purpose of improving intensity | strength, ductility, and toughness.
Cr: 0.05 to 1.00%, Mo: 0.01 to 0.20%,
V: 0.01 to 0.30%, Nb: 0.002 to 0.050%,
Co: 0.10 to 2.00 %
[0026]
Next, the reason why these chemical components are determined as described above will be described.
Cr is an element that raises the equilibrium transformation point of pearlite and, as a result, refines the pearlite structure to contribute to high strength, and at the same time improves the wear resistance by strengthening the cementite phase in the pearlite structure. If the amount is less than 0.05%, the effect is small. If excessive addition exceeding 1.00% is performed, the pearlite transformation speed is remarkably reduced, and the pearlite transformation does not end in the holding region after accelerated cooling, and during the subsequent cooling. Since a martensite structure that is harmful to the toughness of the rail is generated, segregation is promoted, and a proeutectoid menthite structure is easily generated due to a decrease in the amount of eutectoid carbon in the segregation part. Limited to 0.00%.
[0027]
Mo is an element that raises the equilibrium transformation point of pearlite like Cr and, as a result, contributes to higher strength by making the pearlite structure finer, and improves wear resistance, but its effect is less than 0.01%. If it is small and excessive addition exceeding 0.20% is promoted, segregation is promoted and the pearlite transformation rate is lowered. Therefore, the pearlite transformation does not end in the holding region after accelerated cooling, and segregation occurs in the subsequent cooling. In order to reduce the toughness of the rail by forming a martensite structure in the part, the Mo amount was limited to 0.01 to 0.20%.
[0028]
V increases the strength by precipitation hardening with V charcoal / nitride generated in the cooling process during hot rolling, and further suppresses the growth of crystal grains when heat treatment is performed at a high temperature. It is an effective component to refine and improve the strength, ductility and toughness of the pearlite structure, but if it is less than 0.01%, the effect cannot be sufficiently expected, and even if added over 0.30% Since no further effect could be expected, the V amount was limited to 0.01 to 0.30%.
[0029]
Nb is an effective element that forms Nb charcoal / nitride in the same way as V to refine austenite grains, and its austenite grain growth inhibitory effect acts to a temperature range higher than V (near 1200 ° C.), Improves ductility and toughness of pearlite structure. The effect cannot be expected if it is less than 0.002%, and no further effect can be expected even if excessive addition exceeding 0.050% is performed. Therefore, the Nb content is limited to 0.002 to 0.050%.
[0030]
Co is an element that improves the strength by increasing the transformation energy of pearlite and making the pearlite structure fine. However, if it is less than 0.10%, the effect cannot be expected, and the excess exceeds 2.00%. Even if this addition is performed, the effect reaches the saturation region, so the Co content is limited to 0.10 to 2.00%.
[0032]
Rail steel composed of the above components is melted in a commonly used melting furnace such as a converter, electric furnace, etc., and this molten steel is ingot-bundled, continuously cast, or hot. It is manufactured as a rail after rolling. Next, the hot-rolled rail having high temperature heat or the head of the rail heated to a high temperature for the purpose of heat treatment is accelerated and cooled, and subsequently maintained in the above temperature range for a certain time. Improves the hardness of the pearlite structure on the head.
[0033]
Next, the reason why the accelerated cooling rate and the accelerated cooling stop temperature range are determined as described above will be described in detail.
First, the reason why the rail head is accelerated and cooled from the austenite temperature at a cooling rate exceeding 10 to 30 ° C./sec will be described.
If the accelerated cooling rate is 10 ° C / sec or less, depending on the component system, a proeutectoid cementite structure may be formed in the high temperature range during accelerated cooling, resulting in a decrease in the toughness and ductility of the rail, or in the high temperature range during accelerated cooling. Since pearlite transformation started and a pearlite structure with low hardness was formed, and it was difficult to increase the strength, it was limited to more than 10 ° C./sec.
Also, if it exceeds 30 ° C / sec, the cooling rate will not be stable even if any refrigerant such as air or mist is used, and it will be difficult to control the cooling stop temperature, and bainite will be harmful to the wear resistance of the rail due to overcooling. If it becomes easy to form a structure and the cooling rate is 30 ° C./sec or less in this component system, it is possible to prevent the formation of a pro-eutectoid cementite structure, and the hardness generated sufficiently in a high temperature range is low. Since the formation of a pearlite structure can be suppressed, it was limited to 30 ° C./sec or less.
[0034]
Next, the reason why the accelerated cooling is stopped when the rail head temperature reaches 580 to 500 ° C. will be described.
When accelerated cooling is performed at a cooling rate of more than 10 ° C / sec from the austenite temperature range, and accelerated cooling is stopped at a temperature range where the rail temperature exceeds 580 ° C, a lot of pearlite structure with low hardness is generated in the subsequent holding region. Since strengthening becomes difficult, it was limited to 580 ° C. or lower. In addition, when accelerated cooling is stopped in a temperature range of less than 500 ° C., a bainite structure that is harmful to the wear resistance of the rail is likely to be generated in the subsequent holding region.
[0035]
Next, the reason why the holding temperature time and the holding time are determined as described above will be described in detail.
First, the reason why the rail head is held within a temperature range of 580 to 500 ° C. after accelerated cooling will be described.
When the holding temperature exceeds 580 ° C., many pearlite structures with low hardness are generated and it becomes difficult to increase the strength. Therefore, when the holding temperature is limited to 580 ° C. or lower and less than 500 ° C., Since it becomes easy to produce a bainite structure harmful to wear resistance, the temperature is limited to 500 ° C. or higher.
[0036]
Next, the reason why the rail head is held for 2 to 20 minutes within the temperature range of 580 to 500 ° C. after accelerated cooling will be described.
If the retention time is less than 2 minutes, depending on the component system and the austenite grain size after rolling, the pearlite transformation may not be completed completely during the retention within the above temperature range and during the subsequent cooling (natural cooling). Further, since a martensite structure and a bainite structure which are harmful to the toughness and wear resistance of the rail are formed, the time is limited to 2 minutes or more. In addition, if the holding time exceeds 20 minutes, depending on the selection of the holding temperature, the high-strength pearlite structure generated during the holding is tempered, and it is difficult to increase the strength due to the decrease in hardness. Limited.
[0037]
In this production method, the pearlite transformation may be completed during the holding time, or the pearlite transformation may be completely completed during the subsequent cooling (natural cooling).
Therefore, this holding time does not indicate the time at which the pearlite transformation is completely completed.
Even if the pearlite transformation does not end during the holding, there is no problem because the transformation ends in the cooling process after the holding including or not including the recuperation.
As shown in FIG. 3, there are cases where recuperation from the inside of the rail occurs or does not occur after the holding is completed. The cooling after the retention is not particularly limited, but it is preferable to cool (natural cooling).
[0038]
Therefore, in order to produce a high-strength rail with a pearlite structure and excellent wear resistance, as shown in FIG. 3, the generation of a pro-eutectoid cementite structure, which is harmful to the toughness and ductility of the rail, is prevented and accelerated. In order to prevent the formation of a pearlite structure with low hardness in the high temperature range during cooling, the rail head is accelerated and cooled at a cooling rate of more than 10 to 30 ° C / sec from the austenite temperature to 580 to 500 ° C. In addition, in order to stably generate a fine pearlite structure, holding is performed for 2 to 20 minutes in a temperature range of 580 to 500 ° C., and a pearlite structure having high hardness is stably generated in a low temperature range. There is a need.
[0039]
In this holding region, it is desirable to keep the temperature constant at as low a temperature as possible within a temperature range of 580 to 500 ° C. However, depending on the selection of the refrigerant and its control method, irregularity may occur during holding as shown in FIG. May cause temperature changes. However, if the retention temperature is within the temperature range of 580 to 500 ° C., a pearlite structure having sufficient hardness can be obtained at any temperature. Therefore, this heat treatment includes the occurrence of irregular temperature changes during holding.
[0040]
Further, the metal structure after cooling is desirably a pearlite structure, but depending on the selection of the cooling stop temperature and the holding temperature, a trace amount of pro-eutectoid cementite structure or bainite structure may be mixed in the pearlite structure. However, even if a small amount of pro-eutectoid cementite structure or bainite structure is mixed in the pearlite structure, it does not greatly affect the wear resistance and toughness of the rail. And a mixture of bainite structures.
[0041]
As the cooling medium for accelerated cooling, air, water and air mixed jet cooling, or a combination of these, oil, hot water, polymer + water, rail head to the salt bath or the whole is immersed, etc. It is possible to obtain a cooling rate of In addition, as a cooling medium in the holding region after accelerated cooling, controlled cooling by water and mixed injection of water and air, or oil, hot water, polymer + water, salt bath to suppress a large amount of heat generation during pearlite transformation It is desirable to suppress the transformation heat generation by immersing it in the surface.
[0042]
Here, in order to prevent pearlite having low hardness from being generated and lowering the rail hardness, it is desirable not to exceed the retention upper limit temperature of 580 ° C. when recuperation occurs after the completion of the retention.
Further, when the pearlite transformation is completed during the holding, it is desirable to cool the rail to the room temperature as quickly as possible using a refrigerant such as water for the purpose of suppressing the decrease in hardness due to the tempering of the pearlite structure.
[0043]
In addition, the hardness of the rail head after accelerated cooling and holding is preferably Hv370 or higher in order to further improve the wear resistance. In addition, in order to ensure the wear life of the rail, the region having a hardness of Hv370 or higher starts from the surface of the top 1 of the rail and the surface of the head corner 2 (including the entire head side) as shown in FIG. It is desirable that the depth is within a range of at least 20 mm.
[0044]
As described above, the high-strength pearlite rail manufactured by the heat treatment method of the present invention sufficiently satisfies the wear resistance required as a rail for overseas heavy-duty railways.
[0045]
【Example】
Next, examples of the present invention will be described.
Table 1 shows the chemical components and heat treatment conditions of the rail steel of the present invention, and Table 2 shows the comparative rail steel. Further, Tables 1 and 2 also show the hardness and structure of the rail head after the heat treatment, and the results of evaluating the wear characteristics of the rail head material by the Nishihara wear tester shown in FIG.
[0046]
The configuration of the rail is as follows.
-Rail steel of the present invention ( 10 pieces) Codes: A to F, H to K
A high-strength rail steel that exhibits a pearlite structure that has been subjected to accelerated cooling within the above-mentioned limited range on the rail head within the above-mentioned component range, followed by a holding heat treatment at a temperature and time within the above-mentioned limited range.
-Comparison rail steel (11 pieces) Code: L ~ V
Current heat-treated high-strength rail steel (symbol: L to N) that exhibits a pearlite structure of eutectoid carbon-containing steel, and rail that has been subjected to accelerated cooling or holding heat treatment outside the limited range on the rail head within the limited range. Steel (symbol: O to V).
[0047]
The wear test conditions were as follows.
・ Testing machine: Mr. Nishihara wear testing machine ・ Shape shape: disk-shaped test piece (outer diameter: 30 mm, thickness: 8 mm)
・ Test load: 686N
・ Slip rate: 20%
-Partner material: Pearlite steel (Hv390)
-Atmosphere: In air-Cooling: Forced cooling with compressed air (flow rate: 100 Nl / min)
-Number of repetitions: 700,000 times.
[0048]
[Table 1]

[0049]
[Table 2]

[0050]
As shown in Table 1, the rail steel of the present invention having a higher carbon content than the heat-treated high-strength rail steel (symbol: L to N) exhibiting the current pearlite structure is inadequate when heat-treated under appropriate conditions. Prevents the formation of structures that are harmful to the ductility, toughness, and wear resistance of rails such as cementite, bainite and martensite, which are produced in rail steel (sign: O to V) that has been subjected to various heat treatments. It is possible to stably obtain a pearlite structure having high density and high hardness (strength).
Further, as shown in FIG. 6, the rail steel of the present invention has greatly improved wear resistance as compared with the heat-treated high-strength rail steel (symbol: L to N) exhibiting the current pearlite structure.
[0051]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a high-strength rail that is further excellent in wear resistance in a curved section of a heavy-duty railway.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a graph showing the relationship between the amount of carbon and the amount of wear.
FIG. 2 is a graph showing the relationship between carbon content and pearlite transformation characteristics.
FIG. 3 is a schematic diagram of the rail heat treatment manufacturing method of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing names of rail head cross-sectional surface positions.
FIG. 5 is a schematic view of Mr. Nishihara's wear tester.
FIG. 6 shows the results of wear tests of the rail steels of the present invention shown in Table 1 (symbols: A to F, H to K) and the current heat-treated high-strength rail steels shown in Table 2 (symbols: L to N). The figure which compared in relation to the amount of wear.
[Explanation of symbols]
1: Top part 2: Head corner part 3: Rail test piece 4: Mating material 5: Cooling nozzle

Claims

% By weight
C: more than 0.85 to 1.40%,
Si: 0.10 to 1.00%,
Mn: 0.10 to 1.50%
A steel rail having high temperature heat, or a steel rail head reheated to a high temperature, which is hot-rolled from the steel containing iron and the inevitable impurities in the balance. Accelerated cooling is performed at a cooling rate of super to 30 ° C./sec, and the accelerated cooling is stopped when the temperature of the steel rail head reaches 580 to 500 ° C. There rows retention of 20 minutes, that using a refrigerant when the pearlite transformation is completed by cooling to a normal temperature range during the retention, if the pearlite transformation is completed during cooling after retention is allowed to cool (cooled naturally) A manufacturing method for high-strength pearlite rails with excellent wear resistance.

% By weight
C: more than 0.85 to 1.40%,
Si: 0.10 to 1.00%,
Mn: 0.10 to 1.50%
In addition,
Cr: 0.05 to 1.00%, Mo: 0.01 to 0.20%,
V: 0.01-0.30%, Nb: 0.002-0.05%,
Co: 0.10 to 2.00 %
A steel rail containing high temperature heat, or a steel rail head reheated to a high temperature, which is hot-rolled steel containing one or more of the above, the balance being iron and inevitable impurities Is accelerated and cooled at a cooling rate of more than 10 to 30 ° C./sec from the austenite temperature, and when the temperature of the steel rail head reaches 580 to 500 ° C., the accelerated cooling is stopped, and subsequently 580 to 500 ° C. There lines 2-20 minutes retention within a temperature range of using the refrigerant when the pearlite transformation is completed by cooling to a normal temperature range during the retention, if the pearlite transformation is completed during cooling after the retention is allowed to cool A method for producing a high-strength pearlitic rail excellent in wear resistance, characterized by (natural cooling) .