JP4010102B2 - 残留応力の少ないレールの製造方法および設備 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱処理レールの製造方法および設備であって、詳しくは熱処理レールの圧延・矯正の後に発生するレール端部残留応力の低減方法およびそのための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、鉄道車両の高速化や、車両重量化に伴う高荷重化に伴い、高強度レールの需要が増えつつある。高強度レールの製造の際には、一般にレールの頭部に熱処理が施され、このような処理が施されたレールは熱処理レールと呼ばれる。この熱処理は圧延後のＡｒ3温度以上のレールを、その頭部に対して強制冷却を行って、頭部を焼入れ処理するものである。この頭部強制冷却においては、熱処理後に上下方向に曲がりが生じやすいためにレールの足部にも強制冷却を行うことが一般的であり、そのための技術としては、特開昭６２−１３５２８号、特開昭６３−１１４９２３号、特開平５−３３０５７号、特開平１０−１３０７３０号等がある。
【０００３】
しかしながら、レールの頭部と足部に強制冷却を行うと常温になった後のレールの腹部に大きな引張残留応力が発生する。そこで、この腹部引張残留応力を低減するために、ローラー矯正機による繰返し曲げを実施するのが一般的である。
【０００４】
ところが、ローラー矯正機による残留応力の低減では、矯正ロールのロール間の距離分だけレールの両端部に圧下されない部分である未矯正部分が生じ、その部分の残留応力は矯正部分のレール中央部に比べ大きくなる。この残留応力の大きい部分については、従来は手作業によるプレス圧下によって残留応力を低減するか、あるいは未矯正部分だけ切り捨てる等の処理を行う必要があり、作業能率を著しく悪化させ或いは製品歩留まりを低下させる問題があった。
【０００５】
これまでに、レール腹部の残留応力をコントロールする技術としては、特開平２−２８２４２６号公報、特開平８−２９５９３８号公報に示す技術がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
特開平２−２８２４２６号に記載の発明では、熱処理を行わないレールの腹部に引張の残留応力を発生させる技術であって、もともと熱処理を行わないレールは、頭部、足部に引張の残留応力、腹部に圧縮の残留応力が働いており、それをレールあご下から腹部中立軸まで冷却することによって足部に引張の残留応力を発生させるものである。ところが今検討している頭部足部熱処理をしたレールの両端部では、図６で示すように頭部足部に圧縮の残留応力、腹部に引張の残留応力が働いており、足部ではその応力の符号が逆転しているので、この従来技術は検討している頭部足部熱処理をするレールに対しては効果がない。
【０００７】
特開平８−２９５９３８号に記載の発明では、レール頭部から噴射される冷媒をガイドによって腹部方向に冷媒を流し、腹部と足部のつなぎ目までを冷却することでレール全体を一様に冷却し、頭部と腹部の温度差の発生による残留応力の発生を軽減させようとする技術である。しかし、この方法はレール全長にわたって冷却を行なう必要があるため、冷却装置全体にわたってガイドを設ける必要がある。また、全長にわたって腹部を冷却すると、熱処理後の矯正段階で矯正機による繰返し曲げを受けるレール中央と、前記矯正機のロール間隔分に相当するレール端部の矯正繰返し曲げを受けない部分とで、矯正後の腹部の残留応力が異なってしまう問題がある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる問題点を解決するためになされた熱処理レールの残留応力低減方法であり、圧延後のレールの頭部を強制冷却、足部を強制冷却する際に、レール両端部の両腹部をも強制冷却し、その後矯正機で上下繰返し曲げによって、残留応力を低減する熱処理レールの製造方法である。
【０００９】
すなわち、本発明の残留応力の少ないレールの製造方法およびその設備は以下のような特徴を有する。
【００１０】
（１）圧延後の高温状態にあるレールを熱処理する際に、ローラー矯正機のロール間隔に相当する長さ分以上、当該長さ分の２倍以下の範囲のレール両端部の両腹部を強制冷却し、該レール両端部の両腹部の冷却と同時にまたは相前後して、レール頭部およびレール足部の全長を強制冷却し、前記両腹部の強制冷却および前記レール頭部およびレール足部の強制冷却後のレールにローラー矯正機による矯正を施すことを特徴とする残留応力の少ないレールの製造方法。
【００１１】
（２）圧延後のレールを冷却する冷却装置と、該冷却後のレールに矯正を施すローラー矯正機とを備えたレールの製造設備において、前記冷却装置はレール頭部およびレール足部に冷却媒体を噴出させて該レール頭部およびレール足部をレール全長にわたって強制冷却するための冷却装置と、ローラー矯正機のロール間隔に相当する長さ以上、当該長さ分の２倍以下の範囲のレールの両端部の両腹部に相対する位置にそれぞれ設置され、冷却媒体を噴出させて該両腹部を冷却するための腹部冷却装置とを備え、前記レール頭部およびレール足部を強制冷却するための冷却装置と前記腹部冷却装置とが、独立して冷却能力を調整可能であることを特徴とする残留応力の少ないレールの製造設備。
【００１２】
（３）腹部冷却装置は、レール端部ほど冷却能力を強くし、端部から離れるほどレール長手方向での冷却能力を弱くするようにレール長手方向での冷却能力分布を有することを特徴とする（２）に記載の残留応力の少ないレールの製造設備。
【００１３】
（４）腹部冷却装置はレール腹部に冷却媒体を噴出すための冷却媒体噴出しノズルを備え、該冷却媒体噴出しノズルを多孔板ノズルで構成するとともに、該多孔板ノズルのノズル孔形成密度をレール端部ほど密に、端部から離れるほど疎になるようにレール長手方向で変化させたことを特徴とする（３）に記載の残留応力の少ないレールの製造設備。
【００１４】
（５）腹部冷却装置はレール腹部に冷却媒体を噴出すための冷却媒体噴出しノズルを備え、該冷却媒体噴出しノズルをスリットノズルで構成するとともに、該スリットノズルのスリット幅をレール端部ほど広く、端部から離れるほど狭くなるようにレール長手方向で変化させたことを特徴とする（３）に記載の残留応力の少ないレールの製造設備。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図７はレール各部の名称を示す図である。図１および図２は本発明のレール製造設備において、圧延後のレールを冷却するための冷却装置の一実施形態を示すもので、図１はレール冷却装置の正面図、図２（ａ）は腹部冷却装置４の側面図、図２（ｂ）は該腹部冷却装置４の多孔板ノズル７ｂの平面図である。
【００１６】
本実施形態の冷却装置は、熱間圧延後の高温状態（一般にＡｒ3温度以上）にあるレールを冷却するためのもので、圧延後、搬送装置により搬送されてきたレールを定位置において冷却するものである。この冷却装置は、レール頭頂部の全長を強制冷却する頭頂部冷却ノズルヘッダー２ａおよびこの頭頂部冷却ノズルヘッダー２ａに設けられる頭頂部冷却ノズル２ｂと、レール両頭側部の全長を強制冷却する頭側部冷却ノズルヘッダー３ａおよびこの頭側部冷却ノズルヘッダー３ａに設けられる頭側部冷却ノズル３ｂと、レール足部の全長を強制冷却する足部冷却ノズルヘッダー５ａおよびこの足部冷却ノズルヘッダー５ａに設けられる足部冷却ノズル５ｂと、レール両端部の所定長さ部分の両腹部を冷却する腹部冷却装置４と、前記各ノズルヘッダーおよび前記腹部冷却装置に冷媒を供給する冷媒搬送管８とを備えている。
【００１７】
前記腹部冷却装置４は、レール両端部の両腹部に相対する位置にそれぞれ設置される腹部冷却ノズルヘッダー７ａとこの腹部冷却ノズルヘッダー７ａに設けられる多孔板ノズル７ｂとからなる。前記各多孔板ノズル７ｂは、その略全面に冷却媒体噴出し用のノズル孔が多数形成されている。
【００１８】
上記装置を使用して本発明法を実施する場合には、圧延後のＡｒ3温度以上のレールを、レール全長にわたって頭頂部冷却ノズルヘッダー２ａおよび頭頂部冷却ノズル２ｂにより頭頂部を、頭側部冷却ノズルヘッダー３ａおよび頭側部冷却ノズル３ｂにより両頭側部を、足部冷却ノズルヘッダー５ａおよび足部冷却ノズル５ｂにより足部をそれぞれ強制冷却するのに加えて、ローラー矯正機のロール間隔に相当する長さ分以上、当該長さ分の２倍以下の範囲のレール両端部の両腹部を腹部冷却装置４により放冷以上の冷却速度で冷却する。その後ローラー矯正機で上下繰返し曲げによって矯正し残留応力を低減する。
【００１９】
腹部冷却装置４により放冷以上の冷却速度で冷却する範囲をローラー矯正機のロール間隔に相当する長さ分以上、当該長さ分の２倍以下の範囲のレール両端部としたのは、ローラー矯正機による残留応力の低減では、矯正ロールのロール間の距離分だけレール両端部に圧下されない部分である未矯正部分が生じ、その部分の残留応力は矯正部分のレール中央部に比べ大きくなるためであり、この部分を腹部冷却装置４で冷却することにより、レールの頭部・足部と、腹部の温度差を小さくして、常温後の残留応力の発生を低減するものである。
【００２０】
この残留応力の大きい部分については、従来は手作業によるプレス圧下によって残留応力を低減するか、あるいは未矯正部分だけ切り捨てる等の処理を行っていた。また、未矯正部分の影響は、図８に示すように実際のレールで測定の結果、ロール間隔の２倍程度まで及ぼされていることがわかったので、腹部冷却はロール間隔の２倍程度まで行うこととした。
【００２１】
腹部冷却は頭部・足部強制冷却と同時、または頭部・足部強制冷却よりも早く、または頭部・足部強制冷却が終了する迄に冷却開始を行い、頭部・足部冷却平均終了温度と腹部冷却平均終了温度が近づいた状態で腹部冷却を終了させれば良い。また、本実施例での冷却媒体は空気を用いた。
【００２２】
図３は本発明のレール製造設備において、圧延後のレールを冷却するための冷却装置の他の実施形態を示すもので、図３（ａ）は２連の腹部冷却装置４の側面図、図３（ｂ）は２連の該腹部冷却装置４の多孔板ノズル７ｂの平面図である。
【００２３】
本実施形態の冷却装置は、腹部冷却装置４を用いたものでその他は図１および図２に示す第１の実施形態と同様である。
【００２４】
前記腹部冷却装置４は、レール両端部の両腹部に相対する位置にそれぞれ設置される２連の腹部冷却ノズルヘッダー７ａとこの２連の腹部冷却ノズルヘッダー７ａに設けられる同２連の多孔板ノズル７ｂとからなる。前記各多孔板ノズル７ｂは、その略全面に冷却媒体噴出し用のノズル孔が多数形成されている。
【００２５】
上記装置を使用して本発明法を実施する場合には、上述した図１および図２に示す第１の実施形態の方法と同様である。ただし本実施形態では、腹部冷却装置４が２連の腹部冷却ノズルヘッダー７ａとこの２連の腹部冷却ノズルヘッダー７ａに設けられる同２連の多孔板ノズル７ｂとからなり、該多孔板ノズル７ｂのノズル孔形成密度をレール長手方向で変化させている。これは、レール端部ほど残留応力が強いので、レール端部ほどレール腹部の冷却能力を強くし、必要に応じて端部から離れるほどレール長手方向での冷却能力を弱くする事により、レール全長で残留応力が少なく、安定した熱処理レールの製造を可能としているからである。
【００２６】
図４および図５は本発明のレール製造設備において、圧延後のレールを冷却するための冷却装置の他の実施形態を示すもので、図４はレール冷却装置の正面図、図５（ａ）は２連の腹部冷却装置６の側面図、図５（ｂ）は２連の該腹部冷却装置６のスリットノズル９ｂの平面図である。
【００２７】
本実施形態の冷却装置は、腹部冷却装置６を用いたものでその他は図１および図２に示す第１の実施形態と同様である。
【００２８】
前記腹部冷却装置６は、レール両端部の両腹部に相対する位置にそれぞれ設置される２連の腹部冷却ノズルヘッダー９ａとこの２連の腹部冷却ノズルヘッダー９ａに設けられる同２連のスリットノズル９ｂとからなる。
【００２９】
上記装置を使用して本発明法を実施する場合には、上述した図１および図２に示す第１の実施形態の方法と同様である。ただし本実施形態では、腹部冷却装置６が２連の腹部冷却ノズルヘッダー９ａとこの２連の腹部冷却ノズルヘッダー９ａに設けられる同２連のスリットノズル９ｂとからなり、該スリットノズル９ｂのスリット幅をレール長手方向で変化させている。これは、レール端部ほど残留応力が強いので、レール端部ほどレール腹部の冷却能力を強くし、必要に応じて端部から離れるほどレール長手方向での冷却能力を弱くする事により、レール全長で残留応力が少なく、安定した熱処理レールの製造を可能としているからである。
【００３０】
【実施例】
図９にソーカット（saw cut）法の試験方法を示す。このソーカットの試験方法は、長さ６００ｍｍ以上のレール腹部のほぼ中央部に長さ４００ｍｍ、切断間隔６mmのスリットを入れるもので、切断前のＨと切断後のＨ’のそれぞれの値から、ソーカット値（△Ｈ（＝Ｈ’−H)）を求める。頭部と足部の残留応力が圧縮、腹部の残留応力が引張の場合は一般に△Hはマイナス、頭部と足部の残留応力が引張、腹部の残留応力が圧縮の場合は一般に△Hはプラスとなり、引張と圧縮の残留応力差が大きいほどその△Hの値が大きい。
【００３１】
（実施例１）
図１および図２の装置を用いて本発明法を実施した。本設備においてレール矯正機のロール間隔は５００mmである。この実施例では図２に示すように長さ５００mmにわたって腹部冷却装置４を設置し、孔径φ２．５mmの多孔板ノズル７ｂを長手方向に均等に配置した。
【００３２】
図１に示す冷却ノズルヘッダー２ａ、３ａ、５ａおよびこれらの冷却ノズルヘッダー２ａ、３ａ、５ａに設けられる冷却ノズル２ｂ、３ｂ、５ｂと腹部冷却装置４により熱間圧延後の１３６ＲＥレールを約１００秒オシレーション（往復移動）させてエアーによる冷却を行った。頭頂部と頭側部の熱伝達率は約５１０[kcal/ m2hr℃]、足部の熱伝達率は約３８０[kcal/ m2hr℃]、腹部の熱伝達率は約２００[kcal/ m2hr℃]であった。この熱処理レール１を冷却後、常温まで放冷させ矯正機で圧下をかけて通過させた。
【００３３】
矯正後の熱処理レール１について、端部から１００ｍｍずつ、端部から１０００ｍｍ以降は５００ｍｍずつソーカット値１０を調査した結果、図１０に示すようにレール端部のソーカット値１０は全て０〜−２ｍｍの間となりレール全長の中央部でも−１〜−２ｍｍであった。
（実施例２）
図１および図３の装置を用いて本発明法を実施した。本設備においてレール矯正機のロール間隔は５００mmである。この実施例では図３に示すように長さ１０００mmにわたって５００mmの腹部冷却装置４を２台設置し、孔径φ２．５mmの多孔板ノズル７ｂを、端部はノズル孔形成密度を密に、端部から５００mmの位置でノズル孔形成密度を疎になるよう長手方向で変化を付けたノズル配置を、また端部から５００mm〜１０００mmの間においては一様に疎なノズル孔形成密度の多孔板ノズル７ｂの配置を行った。
【００３４】
図１に示す冷却ノズルヘッダー２ａ、３ａ、５ａおよびこれらの冷却ノズルヘッダー２ａ、３ａ、５ａに設けられる冷却ノズル２ｂ、３ｂ、５ｂと腹部冷却装置４により熱間圧延後の１３６ＲＥレールを約１００秒オシレーションさせてエアーによる冷却を行った。頭頂部と頭側部の熱伝達率は約５１０[kcal/ m2hr℃]、足部の熱伝達率は約３８０[kcal/ m2hr℃]、腹部のノズル孔形成密度が密な多孔板ノズル７ｂ配置部分は熱伝達率は約２００[kcal/ m2hr℃]、ノズル孔形成密度が疎な多孔板ノズル７ｂ配置部分では約９０[kcal/ m2hr℃]であった。この熱処理レール１を冷却後、常温まで放冷させ矯正機で圧下をかけて通過させた。
【００３５】
矯正後の熱処理レール１について、端部から１００ｍｍずつ、端部から１０００ｍｍ以降は５００ｍｍずつソーカット値１０を調査した結果、図１１に示すようにレール端部のソーカット値１０は全て−１〜−２ｍｍの間の値となりレール全長の中央部でも−１〜−２ｍｍであった。
（実施例３）
図４および図５の装置を用いて本発明法を実施した。本設備においてレール矯正機のロール間隔は５００mmである。この実施例では図５に示すように長さ１０００mmにわたって５００mmの腹部冷却装置４を２台設置し、端部はスリット幅０．８mm、端部から５００mmの位置ではスリット幅０．３ｍｍのスリットノズル９ｂをそのスリット幅を一様に変化させて配置し、端部から５００mm〜１０００mmの間においてはスリット幅０．３mmの長手方向に一定なスリットノズル９ｂを配置した。
【００３６】
図４に示す冷却ノズルヘッダー２ａ、３ａ、５ａおよびこれらの冷却ノズルヘッダー２ａ、３ａ、５ａに設けられる冷却ノズル２ｂ、３ｂ、５ｂと腹部冷却装置６により熱間圧延後の１３６ＲＥレールを約１００秒オシレーションさせてエアーによる冷却を行った。頭頂部と頭側部の熱伝達率は約５１０[kcal/ m2hr℃]、足部の熱伝達率は約３８０[kcal/ m2hr℃]、熱伝達率は端部のスリット直下付近で約２４０[kcal/ m2hr℃]、端部から５００ｍｍの位置でのスリット直下付近では約１１０[kcal/ m2hr℃]であった。この熱処理レール１を冷却後、常温まで放冷させ矯正機で圧下をかけて通過させた。
【００３７】
矯正後の熱処理レール１について、端部から１００ｍｍずつ、端部から１０００ｍｍ以降は５００ｍｍずつソーカット値１０を調査した結果、図１２に示すようにレール端部のソーカット値１０は全て−１〜−２ｍｍの間の値となりレール全長の中央部でも−１〜−２ｍｍであった。
（比較例１）
第１の比較例を図１３に示す。図１３の冷却装置は、レール頭頂部の全長を強制冷却する頭頂部冷却ノズルヘッダー２ａおよびこの頭頂部冷却ノズルヘッダー２ａに設けられる頭頂部冷却ノズル２ｂと、レール両頭側部の全長を強制冷却する頭側部冷却ノズルヘッダー３ａおよびこの頭側部冷却ノズルヘッダー３ａに設けられる頭側部冷却ノズル３ｂと、レール足部の全長を強制冷却する足部冷却ノズルヘッダー５ａおよびこの足部冷却ノズルヘッダー５ａに設けられる足部冷却ノズル５ｂとを備えている。本設備においてレール矯正機のロール間隔は５００mmである。
【００３８】
図１３に示す冷却ノズルヘッダー２ａ、３ａ、５ａおよびこれらの冷却ノズルヘッダー２ａ、３ａ、５ａに設けられる冷却ノズル２ｂ、３ｂ、５ｂにより熱間圧延後の１３６ＲＥレールを約１００秒オシレーションさせてエアーによる冷却を行った。頭頂部と頭側部の熱伝達率は約５１０[kcal/ m2hr℃]、足部の熱伝達率は約３８０[kcal/ m2hr℃]、腹部は放冷状態で冷却を行った。この熱処理レール１を冷却後、常温まで放冷させ矯正機で圧下をかけて通過させた。
【００３９】
矯正後の熱処理レール１について、ソーカット値１０を調査した結果、レール全長の中央部は−１〜−２mmであったが、図８に示すように最端部では−６ｍｍとなった。従ってこの場合、端部約５００mmを切落とすか、手作業のプレスにより端部の残留応力の解放を行うしかない。端部を切落とす場合は歩留まりの低下につながり、手作業でプレスを行う場合も作業効率を著しく悪化させていた。
【００４０】
（比較例２）
第２の比較例では、本発明の実施例１の図１に示す腹部冷却装置４をレール全長にわたって設置した。また、腹部冷却装置４は孔径φ２．５mmの多孔板ノズル７ｂを長手方向に均等に配置した。また、本設備においてレール矯正機のロール間隔は５００mmである。
【００４１】
図１に示す冷却ノズルヘッダー２ａ、３ａ、５ａおよびこれらの冷却ノズルヘッダー２ａ、３ａ、５ａに設けられる冷却ノズル２ｂ、３ｂ、５ｂと腹部冷却装置４により熱間圧延後の１３６ＲＥレールを約１００秒オシレーションさせてエアーによる冷却を行った。頭頂部と頭側部の熱伝達率は約５１０[kcal/ m2hr℃]、足部の熱伝達率は約３８０[kcal/m2hr℃]、腹部の熱伝達率は約２００[kcal/ m2hr℃]であった。この熱処理レール１を冷却後、常温まで放冷させ矯正機で圧下をかけて通過させた。
【００４２】
矯正後の熱処理レール１について、ソーカット値１０を調査した結果、図１４に示すようにレール端部では０〜−２ｍｍであったが、レール全長の中央部では１〜２mmと逆の符号の値となった。これは、レール端部のソーカット値１０を小さくなる様に矯正条件を調整すると、端部のソーカット値１０は小さくても逆にレール全長の中央部が過矯正となってソーカット値１０が逆の符号になる。
【００４３】
また、レール全長の中央部のソーカット値１０を０〜−１ｍｍになるように矯正条件を調整すると、腹部冷却をした端部側は腹部冷却の効果はあるものの矯正の効果が下がり、図１５に示すように端部のソーカット値１０は−２〜−４ｍｍとなった。つまり、全長にわたって腹部冷却を行うと、矯正条件を変えてもレール全長で均一な残留応力を得ることができない。
【００４４】
以上述べた実施例と比較例の端部と中央部のソーカット値の結果を表１に示す。表１から明らかなように、本発明の熱処理レール用腹部冷却装置を用いれば、矯正後の熱処理レールにおいても全長にわたって安定した残留応力を得ることができ、鉄道の安全性を高め、かつ歩留まりの低下や作業効率の悪化を防ぐことができる。
【００４５】
【表１】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のレール製造設備において圧延後のレールを冷却するための冷却装置の一実施形態を示す正面図（実施例１および２のレール冷却装置の正面図）
【図２】（ａ）図１に示す冷却装置における腹部冷却装置４の側面図
（ｂ）図１に示す冷却装置における腹部冷却装置４の多孔板ノズル７ｂの平面図
【図３】（ａ）図１に示す冷却装置における腹部冷却装置４の側面図
（ｂ）図１に示す冷却装置における腹部冷却装置４の多孔板ノズル７ｂの平面図
【図４】本発明のレール製造設備において圧延後のレールを冷却するための冷却装置の他の実施形態を示す正面図（実施例３のレール冷却装置の正面図）
【図５】（ａ）図４に示す冷却装置における腹部冷却装置６の側面図
（ｂ）図４に示す冷却装置における腹部冷却装置６のスリットノズル９ｂの平面図
【図６】（ａ）熱処理後未矯正レールの残留応力分布を示すグラフ
（ｂ）図６（ａ）の残留応力を測定した位置を示すレールの断面図
【図７】レールの各部の名称を説明する断面図
【図８】通常（比較例１）のレール端部のソーカット値を示すグラフ
【図９】ソーカットによるレール残留応力試験方法を説明する模式図
【図１０】図１に示す冷却装置により冷却されたレール端部のソ−カット値を示すグラフ（実施例１）
【図１１】図１に示す冷却装置により冷却されたレール端部のソ−カット値を示すグラフ（実施例２）
【図１２】図４に示す冷却装置により冷却されたレール端部のソ−カット値を示すグラフ（実施例３）
【図１３】比較例１のレール冷却装置の正面図
【図１４】比較例２におけるレール端部のソ−カット値を示すグラフ
【図１５】比較例２で矯正条件を調整した場合におけるレール端部のソ−カット値を示すグラフ
【符号の説明】
１ レール
２ａ 頭頂部冷却ノズルヘッダー
２ｂ 頭頂部冷却ノズル
３ａ 頭側部冷却ノズルヘッダー
３ｂ 頭側部冷却ノズル
４ 腹部冷却装置
５ａ 足部冷却ノズルヘッダー
５ｂ 足部冷却ノズル
６ 腹部冷却装置
７ａ 腹部冷却ノズルヘッダー
７ｂ 多孔板ノズル
８ 冷媒搬送管
９ａ 腹部冷却ノズルヘッダー
９ｂ スリットノズル
１０ ソーカット値
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱処理レールの製造方法および設備であって、詳しくは熱処理レールの圧延・矯正の後に発生するレール端部残留応力の低減方法およびそのための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、鉄道車両の高速化や、車両重量化に伴う高荷重化に伴い、高強度レールの需要が増えつつある。高強度レールの製造の際には、一般にレールの頭部に熱処理が施され、このような処理が施されたレールは熱処理レールと呼ばれる。この熱処理は圧延後のＡｒ3温度以上のレールを、その頭部に対して強制冷却を行って、頭部を焼入れ処理するものである。この頭部強制冷却においては、熱処理後に上下方向に曲がりが生じやすいためにレールの足部にも強制冷却を行うことが一般的であり、そのための技術としては、特開昭６２−１３５２８号、特開昭６３−１１４９２３号、特開平５−３３０５７号、特開平１０−１３０７３０号等がある。
【０００３】
しかしながら、レールの頭部と足部に強制冷却を行うと常温になった後のレールの腹部に大きな引張残留応力が発生する。そこで、この腹部引張残留応力を低減するために、ローラー矯正機による繰返し曲げを実施するのが一般的である。
【０００４】
ところが、ローラー矯正機による残留応力の低減では、矯正ロールのロール間の距離分だけレールの両端部に圧下されない部分である未矯正部分が生じ、その部分の残留応力は矯正部分のレール中央部に比べ大きくなる。この残留応力の大きい部分については、従来は手作業によるプレス圧下によって残留応力を低減するか、あるいは未矯正部分だけ切り捨てる等の処理を行う必要があり、作業能率を著しく悪化させ或いは製品歩留まりを低下させる問題があった。
【０００５】
これまでに、レール腹部の残留応力をコントロールする技術としては、特開平２−２８２４２６号公報、特開平８−２９５９３８号公報に示す技術がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
特開平２−２８２４２６号に記載の発明では、熱処理を行わないレールの腹部に引張の残留応力を発生させる技術であって、もともと熱処理を行わないレールは、頭部、足部に引張の残留応力、腹部に圧縮の残留応力が働いており、それをレールあご下から腹部中立軸まで冷却することによって足部に引張の残留応力を発生させるものである。ところが今検討している頭部足部熱処理をしたレールの両端部では、図６で示すように頭部足部に圧縮の残留応力、腹部に引張の残留応力が働いており、足部ではその応力の符号が逆転しているので、この従来技術は検討している頭部足部熱処理をするレールに対しては効果がない。
【０００７】
特開平８−２９５９３８号に記載の発明では、レール頭部から噴射される冷媒をガイドによって腹部方向に冷媒を流し、腹部と足部のつなぎ目までを冷却することでレール全体を一様に冷却し、頭部と腹部の温度差の発生による残留応力の発生を軽減させようとする技術である。しかし、この方法はレール全長にわたって冷却を行なう必要があるため、冷却装置全体にわたってガイドを設ける必要がある。また、全長にわたって腹部を冷却すると、熱処理後の矯正段階で矯正機による繰返し曲げを受けるレール中央と、前記矯正機のロール間隔分に相当するレール端部の矯正繰返し曲げを受けない部分とで、矯正後の腹部の残留応力が異なってしまう問題がある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる問題点を解決するためになされた熱処理レールの残留応力低減方法であり、圧延後のレールの頭部を強制冷却、足部を強制冷却する際に、レール両端部の両腹部をも強制冷却し、その後矯正機で上下繰返し曲げによって、残留応力を低減する熱処理レールの製造方法である。
【０００９】
すなわち、本発明の残留応力の少ないレールの製造方法およびその設備は以下のような特徴を有する。
【００１０】
（１）圧延後の高温状態にあるレールを熱処理する際に、ローラー矯正機のロール間隔に相当する長さ分以上、当該長さ分の２倍以下の範囲のレール両端部の両腹部を強制冷却し、該レール両端部の両腹部の冷却と同時にまたは相前後して、レール頭部およびレール足部の全長を強制冷却し、前記両腹部の強制冷却および前記レール頭部およびレール足部の強制冷却後のレールにローラー矯正機による矯正を施すことを特徴とする残留応力の少ないレールの製造方法。
【００１１】
（２）圧延後のレールを冷却する冷却装置と、該冷却後のレールに矯正を施すローラー矯正機とを備えたレールの製造設備において、前記冷却装置はレール頭部およびレール足部に冷却媒体を噴出させて該レール頭部およびレール足部をレール全長にわたって強制冷却するための冷却装置と、ローラー矯正機のロール間隔に相当する長さ以上、当該長さ分の２倍以下の範囲のレールの両端部の両腹部に相対する位置にそれぞれ設置され、冷却媒体を噴出させて該両腹部を冷却するための腹部冷却装置とを備え、前記レール頭部およびレール足部を強制冷却するための冷却装置と前記腹部冷却装置とが、独立して冷却能力を調整可能であることを特徴とする残留応力の少ないレールの製造設備。
【００１２】
（３）腹部冷却装置は、レール端部ほど冷却能力を強くし、端部から離れるほどレール長手方向での冷却能力を弱くするようにレール長手方向での冷却能力分布を有することを特徴とする（２）に記載の残留応力の少ないレールの製造設備。
【００１３】
（４）腹部冷却装置はレール腹部に冷却媒体を噴出すための冷却媒体噴出しノズルを備え、該冷却媒体噴出しノズルを多孔板ノズルで構成するとともに、該多孔板ノズルのノズル孔形成密度をレール端部ほど密に、端部から離れるほど疎になるようにレール長手方向で変化させたことを特徴とする（３）に記載の残留応力の少ないレールの製造設備。
【００１４】
（５）腹部冷却装置はレール腹部に冷却媒体を噴出すための冷却媒体噴出しノズルを備え、該冷却媒体噴出しノズルをスリットノズルで構成するとともに、該スリットノズルのスリット幅をレール端部ほど広く、端部から離れるほど狭くなるようにレール長手方向で変化させたことを特徴とする（３）に記載の残留応力の少ないレールの製造設備。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図７はレール各部の名称を示す図である。図１および図２は本発明のレール製造設備において、圧延後のレールを冷却するための冷却装置の一実施形態を示すもので、図１はレール冷却装置の正面図、図２（ａ）は腹部冷却装置４の側面図、図２（ｂ）は該腹部冷却装置４の多孔板ノズル７ｂの平面図である。
【００１６】
本実施形態の冷却装置は、熱間圧延後の高温状態（一般にＡｒ3温度以上）にあるレールを冷却するためのもので、圧延後、搬送装置により搬送されてきたレールを定位置において冷却するものである。この冷却装置は、レール頭頂部の全長を強制冷却する頭頂部冷却ノズルヘッダー２ａおよびこの頭頂部冷却ノズルヘッダー２ａに設けられる頭頂部冷却ノズル２ｂと、レール両頭側部の全長を強制冷却する頭側部冷却ノズルヘッダー３ａおよびこの頭側部冷却ノズルヘッダー３ａに設けられる頭側部冷却ノズル３ｂと、レール足部の全長を強制冷却する足部冷却ノズルヘッダー５ａおよびこの足部冷却ノズルヘッダー５ａに設けられる足部冷却ノズル５ｂと、レール両端部の所定長さ部分の両腹部を冷却する腹部冷却装置４と、前記各ノズルヘッダーおよび前記腹部冷却装置に冷媒を供給する冷媒搬送管８とを備えている。
【００１７】
前記腹部冷却装置４は、レール両端部の両腹部に相対する位置にそれぞれ設置される腹部冷却ノズルヘッダー７ａとこの腹部冷却ノズルヘッダー７ａに設けられる多孔板ノズル７ｂとからなる。前記各多孔板ノズル７ｂは、その略全面に冷却媒体噴出し用のノズル孔が多数形成されている。
【００１８】
上記装置を使用して本発明法を実施する場合には、圧延後のＡｒ3温度以上のレールを、レール全長にわたって頭頂部冷却ノズルヘッダー２ａおよび頭頂部冷却ノズル２ｂにより頭頂部を、頭側部冷却ノズルヘッダー３ａおよび頭側部冷却ノズル３ｂにより両頭側部を、足部冷却ノズルヘッダー５ａおよび足部冷却ノズル５ｂにより足部をそれぞれ強制冷却するのに加えて、ローラー矯正機のロール間隔に相当する長さ分以上、当該長さ分の２倍以下の範囲のレール両端部の両腹部を腹部冷却装置４により放冷以上の冷却速度で冷却する。その後ローラー矯正機で上下繰返し曲げによって矯正し残留応力を低減する。
【００１９】
腹部冷却装置４により放冷以上の冷却速度で冷却する範囲をローラー矯正機のロール間隔に相当する長さ分以上、当該長さ分の２倍以下の範囲のレール両端部としたのは、ローラー矯正機による残留応力の低減では、矯正ロールのロール間の距離分だけレール両端部に圧下されない部分である未矯正部分が生じ、その部分の残留応力は矯正部分のレール中央部に比べ大きくなるためであり、この部分を腹部冷却装置４で冷却することにより、レールの頭部・足部と、腹部の温度差を小さくして、常温後の残留応力の発生を低減するものである。
【００２０】
この残留応力の大きい部分については、従来は手作業によるプレス圧下によって残留応力を低減するか、あるいは未矯正部分だけ切り捨てる等の処理を行っていた。また、未矯正部分の影響は、図８に示すように実際のレールで測定の結果、ロール間隔の２倍程度まで及ぼされていることがわかったので、腹部冷却はロール間隔の２倍程度まで行うこととした。
【００２１】
腹部冷却は頭部・足部強制冷却と同時、または頭部・足部強制冷却よりも早く、または頭部・足部強制冷却が終了する迄に冷却開始を行い、頭部・足部冷却平均終了温度と腹部冷却平均終了温度が近づいた状態で腹部冷却を終了させれば良い。また、本実施例での冷却媒体は空気を用いた。
【００２２】
図３は本発明のレール製造設備において、圧延後のレールを冷却するための冷却装置の他の実施形態を示すもので、図３（ａ）は２連の腹部冷却装置４の側面図、図３（ｂ）は２連の該腹部冷却装置４の多孔板ノズル７ｂの平面図である。
【００２３】
本実施形態の冷却装置は、腹部冷却装置４を用いたものでその他は図１および図２に示す第１の実施形態と同様である。
【００２４】
前記腹部冷却装置４は、レール両端部の両腹部に相対する位置にそれぞれ設置される２連の腹部冷却ノズルヘッダー７ａとこの２連の腹部冷却ノズルヘッダー７ａに設けられる同２連の多孔板ノズル７ｂとからなる。前記各多孔板ノズル７ｂは、その略全面に冷却媒体噴出し用のノズル孔が多数形成されている。
【００２５】
上記装置を使用して本発明法を実施する場合には、上述した図１および図２に示す第１の実施形態の方法と同様である。ただし本実施形態では、腹部冷却装置４が２連の腹部冷却ノズルヘッダー７ａとこの２連の腹部冷却ノズルヘッダー７ａに設けられる同２連の多孔板ノズル７ｂとからなり、該多孔板ノズル７ｂのノズル孔形成密度をレール長手方向で変化させている。これは、レール端部ほど残留応力が強いので、レール端部ほどレール腹部の冷却能力を強くし、必要に応じて端部から離れるほどレール長手方向での冷却能力を弱くする事により、レール全長で残留応力が少なく、安定した熱処理レールの製造を可能としているからである。
【００２６】
図４および図５は本発明のレール製造設備において、圧延後のレールを冷却するための冷却装置の他の実施形態を示すもので、図４はレール冷却装置の正面図、図５（ａ）は２連の腹部冷却装置６の側面図、図５（ｂ）は２連の該腹部冷却装置６のスリットノズル９ｂの平面図である。
【００２７】
本実施形態の冷却装置は、腹部冷却装置６を用いたものでその他は図１および図２に示す第１の実施形態と同様である。
【００２８】
前記腹部冷却装置６は、レール両端部の両腹部に相対する位置にそれぞれ設置される２連の腹部冷却ノズルヘッダー９ａとこの２連の腹部冷却ノズルヘッダー９ａに設けられる同２連のスリットノズル９ｂとからなる。
【００２９】
上記装置を使用して本発明法を実施する場合には、上述した図１および図２に示す第１の実施形態の方法と同様である。ただし本実施形態では、腹部冷却装置６が２連の腹部冷却ノズルヘッダー９ａとこの２連の腹部冷却ノズルヘッダー９ａに設けられる同２連のスリットノズル９ｂとからなり、該スリットノズル９ｂのスリット幅をレール長手方向で変化させている。これは、レール端部ほど残留応力が強いので、レール端部ほどレール腹部の冷却能力を強くし、必要に応じて端部から離れるほどレール長手方向での冷却能力を弱くする事により、レール全長で残留応力が少なく、安定した熱処理レールの製造を可能としているからである。
【００３０】
【実施例】
図９にソーカット（saw cut）法の試験方法を示す。このソーカットの試験方法は、長さ６００ｍｍ以上のレール腹部のほぼ中央部に長さ４００ｍｍ、切断間隔６mmのスリットを入れるもので、切断前のＨと切断後のＨ’のそれぞれの値から、ソーカット値（△Ｈ（＝Ｈ’−H)）を求める。頭部と足部の残留応力が圧縮、腹部の残留応力が引張の場合は一般に△Hはマイナス、頭部と足部の残留応力が引張、腹部の残留応力が圧縮の場合は一般に△Hはプラスとなり、引張と圧縮の残留応力差が大きいほどその△Hの値が大きい。
【００３１】
（実施例１）
図１および図２の装置を用いて本発明法を実施した。本設備においてレール矯正機のロール間隔は５００mmである。この実施例では図２に示すように長さ５００mmにわたって腹部冷却装置４を設置し、孔径φ２．５mmの多孔板ノズル７ｂを長手方向に均等に配置した。
【００３２】
図１に示す冷却ノズルヘッダー２ａ、３ａ、５ａおよびこれらの冷却ノズルヘッダー２ａ、３ａ、５ａに設けられる冷却ノズル２ｂ、３ｂ、５ｂと腹部冷却装置４により熱間圧延後の１３６ＲＥレールを約１００秒オシレーション（往復移動）させてエアーによる冷却を行った。頭頂部と頭側部の熱伝達率は約５１０[kcal/ m2hr℃]、足部の熱伝達率は約３８０[kcal/ m2hr℃]、腹部の熱伝達率は約２００[kcal/ m2hr℃]であった。この熱処理レール１を冷却後、常温まで放冷させ矯正機で圧下をかけて通過させた。
【００３３】
矯正後の熱処理レール１について、端部から１００ｍｍずつ、端部から１０００ｍｍ以降は５００ｍｍずつソーカット値１０を調査した結果、図１０に示すようにレール端部のソーカット値１０は全て０〜−２ｍｍの間となりレール全長の中央部でも−１〜−２ｍｍであった。
（実施例２）
図１および図３の装置を用いて本発明法を実施した。本設備においてレール矯正機のロール間隔は５００mmである。この実施例では図３に示すように長さ１０００mmにわたって５００mmの腹部冷却装置４を２台設置し、孔径φ２．５mmの多孔板ノズル７ｂを、端部はノズル孔形成密度を密に、端部から５００mmの位置でノズル孔形成密度を疎になるよう長手方向で変化を付けたノズル配置を、また端部から５００mm〜１０００mmの間においては一様に疎なノズル孔形成密度の多孔板ノズル７ｂの配置を行った。
【００３４】
図１に示す冷却ノズルヘッダー２ａ、３ａ、５ａおよびこれらの冷却ノズルヘッダー２ａ、３ａ、５ａに設けられる冷却ノズル２ｂ、３ｂ、５ｂと腹部冷却装置４により熱間圧延後の１３６ＲＥレールを約１００秒オシレーションさせてエアーによる冷却を行った。頭頂部と頭側部の熱伝達率は約５１０[kcal/ m2hr℃]、足部の熱伝達率は約３８０[kcal/ m2hr℃]、腹部のノズル孔形成密度が密な多孔板ノズル７ｂ配置部分は熱伝達率は約２００[kcal/ m2hr℃]、ノズル孔形成密度が疎な多孔板ノズル７ｂ配置部分では約９０[kcal/ m2hr℃]であった。この熱処理レール１を冷却後、常温まで放冷させ矯正機で圧下をかけて通過させた。
【００３５】
矯正後の熱処理レール１について、端部から１００ｍｍずつ、端部から１０００ｍｍ以降は５００ｍｍずつソーカット値１０を調査した結果、図１１に示すようにレール端部のソーカット値１０は全て−１〜−２ｍｍの間の値となりレール全長の中央部でも−１〜−２ｍｍであった。
（実施例３）
図４および図５の装置を用いて本発明法を実施した。本設備においてレール矯正機のロール間隔は５００mmである。この実施例では図５に示すように長さ１０００mmにわたって５００mmの腹部冷却装置４を２台設置し、端部はスリット幅０．８mm、端部から５００mmの位置ではスリット幅０．３ｍｍのスリットノズル９ｂをそのスリット幅を一様に変化させて配置し、端部から５００mm〜１０００mmの間においてはスリット幅０．３mmの長手方向に一定なスリットノズル９ｂを配置した。
【００３６】
図４に示す冷却ノズルヘッダー２ａ、３ａ、５ａおよびこれらの冷却ノズルヘッダー２ａ、３ａ、５ａに設けられる冷却ノズル２ｂ、３ｂ、５ｂと腹部冷却装置６により熱間圧延後の１３６ＲＥレールを約１００秒オシレーションさせてエアーによる冷却を行った。頭頂部と頭側部の熱伝達率は約５１０[kcal/ m2hr℃]、足部の熱伝達率は約３８０[kcal/ m2hr℃]、熱伝達率は端部のスリット直下付近で約２４０[kcal/ m2hr℃]、端部から５００ｍｍの位置でのスリット直下付近では約１１０[kcal/ m2hr℃]であった。この熱処理レール１を冷却後、常温まで放冷させ矯正機で圧下をかけて通過させた。
【００３７】
矯正後の熱処理レール１について、端部から１００ｍｍずつ、端部から１０００ｍｍ以降は５００ｍｍずつソーカット値１０を調査した結果、図１２に示すようにレール端部のソーカット値１０は全て−１〜−２ｍｍの間の値となりレール全長の中央部でも−１〜−２ｍｍであった。
（比較例１）
第１の比較例を図１３に示す。図１３の冷却装置は、レール頭頂部の全長を強制冷却する頭頂部冷却ノズルヘッダー２ａおよびこの頭頂部冷却ノズルヘッダー２ａに設けられる頭頂部冷却ノズル２ｂと、レール両頭側部の全長を強制冷却する頭側部冷却ノズルヘッダー３ａおよびこの頭側部冷却ノズルヘッダー３ａに設けられる頭側部冷却ノズル３ｂと、レール足部の全長を強制冷却する足部冷却ノズルヘッダー５ａおよびこの足部冷却ノズルヘッダー５ａに設けられる足部冷却ノズル５ｂとを備えている。本設備においてレール矯正機のロール間隔は５００mmである。
【００３８】
図１３に示す冷却ノズルヘッダー２ａ、３ａ、５ａおよびこれらの冷却ノズルヘッダー２ａ、３ａ、５ａに設けられる冷却ノズル２ｂ、３ｂ、５ｂにより熱間圧延後の１３６ＲＥレールを約１００秒オシレーションさせてエアーによる冷却を行った。頭頂部と頭側部の熱伝達率は約５１０[kcal/ m2hr℃]、足部の熱伝達率は約３８０[kcal/ m2hr℃]、腹部は放冷状態で冷却を行った。この熱処理レール１を冷却後、常温まで放冷させ矯正機で圧下をかけて通過させた。
【００３９】
矯正後の熱処理レール１について、ソーカット値１０を調査した結果、レール全長の中央部は−１〜−２mmであったが、図８に示すように最端部では−６ｍｍとなった。従ってこの場合、端部約５００mmを切落とすか、手作業のプレスにより端部の残留応力の解放を行うしかない。端部を切落とす場合は歩留まりの低下につながり、手作業でプレスを行う場合も作業効率を著しく悪化させていた。
【００４０】
（比較例２）
第２の比較例では、本発明の実施例１の図１に示す腹部冷却装置４をレール全長にわたって設置した。また、腹部冷却装置４は孔径φ２．５mmの多孔板ノズル７ｂを長手方向に均等に配置した。また、本設備においてレール矯正機のロール間隔は５００mmである。
【００４１】
図１に示す冷却ノズルヘッダー２ａ、３ａ、５ａおよびこれらの冷却ノズルヘッダー２ａ、３ａ、５ａに設けられる冷却ノズル２ｂ、３ｂ、５ｂと腹部冷却装置４により熱間圧延後の１３６ＲＥレールを約１００秒オシレーションさせてエアーによる冷却を行った。頭頂部と頭側部の熱伝達率は約５１０[kcal/ m2hr℃]、足部の熱伝達率は約３８０[kcal/m2hr℃]、腹部の熱伝達率は約２００[kcal/ m2hr℃]であった。この熱処理レール１を冷却後、常温まで放冷させ矯正機で圧下をかけて通過させた。
【００４２】
矯正後の熱処理レール１について、ソーカット値１０を調査した結果、図１４に示すようにレール端部では０〜−２ｍｍであったが、レール全長の中央部では１〜２mmと逆の符号の値となった。これは、レール端部のソーカット値１０を小さくなる様に矯正条件を調整すると、端部のソーカット値１０は小さくても逆にレール全長の中央部が過矯正となってソーカット値１０が逆の符号になる。
【００４３】
また、レール全長の中央部のソーカット値１０を０〜−１ｍｍになるように矯正条件を調整すると、腹部冷却をした端部側は腹部冷却の効果はあるものの矯正の効果が下がり、図１５に示すように端部のソーカット値１０は−２〜−４ｍｍとなった。つまり、全長にわたって腹部冷却を行うと、矯正条件を変えてもレール全長で均一な残留応力を得ることができない。
【００４４】
以上述べた実施例と比較例の端部と中央部のソーカット値の結果を表１に示す。表１から明らかなように、本発明の熱処理レール用腹部冷却装置を用いれば、矯正後の熱処理レールにおいても全長にわたって安定した残留応力を得ることができ、鉄道の安全性を高め、かつ歩留まりの低下や作業効率の悪化を防ぐことができる。
【００４５】
【表１】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のレール製造設備において圧延後のレールを冷却するための冷却装置の一実施形態を示す正面図（実施例１および２のレール冷却装置の正面図）
【図２】（ａ）図１に示す冷却装置における腹部冷却装置４の側面図
（ｂ）図１に示す冷却装置における腹部冷却装置４の多孔板ノズル７ｂの平面図
【図３】（ａ）図１に示す冷却装置における腹部冷却装置４の側面図
（ｂ）図１に示す冷却装置における腹部冷却装置４の多孔板ノズル７ｂの平面図
【図４】本発明のレール製造設備において圧延後のレールを冷却するための冷却装置の他の実施形態を示す正面図（実施例３のレール冷却装置の正面図）
【図５】（ａ）図４に示す冷却装置における腹部冷却装置６の側面図
（ｂ）図４に示す冷却装置における腹部冷却装置６のスリットノズル９ｂの平面図
【図６】（ａ）熱処理後未矯正レールの残留応力分布を示すグラフ
（ｂ）図６（ａ）の残留応力を測定した位置を示すレールの断面図
【図７】レールの各部の名称を説明する断面図
【図８】通常（比較例１）のレール端部のソーカット値を示すグラフ
【図９】ソーカットによるレール残留応力試験方法を説明する模式図
【図１０】図１に示す冷却装置により冷却されたレール端部のソ−カット値を示すグラフ（実施例１）
【図１１】図１に示す冷却装置により冷却されたレール端部のソ−カット値を示すグラフ（実施例２）
【図１２】図４に示す冷却装置により冷却されたレール端部のソ−カット値を示すグラフ（実施例３）
【図１３】比較例１のレール冷却装置の正面図
【図１４】比較例２におけるレール端部のソ−カット値を示すグラフ
【図１５】比較例２で矯正条件を調整した場合におけるレール端部のソ−カット値を示すグラフ
【符号の説明】
１ レール
２ａ 頭頂部冷却ノズルヘッダー
２ｂ 頭頂部冷却ノズル
３ａ 頭側部冷却ノズルヘッダー
３ｂ 頭側部冷却ノズル
４ 腹部冷却装置
５ａ 足部冷却ノズルヘッダー
５ｂ 足部冷却ノズル
６ 腹部冷却装置
７ａ 腹部冷却ノズルヘッダー
７ｂ 多孔板ノズル
８ 冷媒搬送管
９ａ 腹部冷却ノズルヘッダー
９ｂ スリットノズル
１０ ソーカット値
Claims (5)
- 圧延後の高温状態にあるレールを熱処理する際に、ローラー矯正機のロール間隔に相当する長さ以上、当該長さ分の２倍以下の範囲のレール両端部の両腹部を強制冷却し、該レール両端部の両腹部の冷却と同時にまたは相前後して、レール頭部およびレール足部の全長を強制冷却し、前記両腹部の強制冷却および前記レール頭部およびレール足部の強制冷却後のレールにローラー矯正機による矯正を施すことを特徴とする残留応力の少ないレールの製造方法。
- 圧延後のレールを冷却する冷却装置と、該冷却後のレールに矯正を施すローラー矯正機とを備えたレールの製造設備において、前記冷却装置はレール頭部およびレール足部に冷却媒体を噴出させて該レール頭部およびレール足部をレール全長にわたって強制冷却するための冷却装置と、ローラー矯正機のロール間隔に相当する長さ以上、当該長さ分の２倍以下の範囲のレールの両端部の両腹部に相対する位置にそれぞれ設置され、冷却媒体を噴出させて該両腹部を冷却するための腹部冷却装置とを備え、前記レール頭部およびレール足部を強制冷却するための冷却装置と前記腹部冷却装置とが、独立して冷却能力を調整可能であることを特徴とする残留応力の少ないレールの製造設備。
- 腹部冷却装置は、レール端部ほど冷却能力を強くし、端部から離れるほどレール長手方向での冷却能力を弱くするようにレール長手方向での冷却能力分布を有することを特徴とする請求項２に記載の残留応力の少ないレールの製造設備。
- 腹部冷却装置はレール腹部に冷却媒体を噴出すための冷却媒体噴出しノズルを備え、該冷却媒体噴出しノズルを多孔板ノズルで構成するとともに、該多孔板ノズルのノズル孔形成密度をレール端部ほど密に、端部から離れるほど疎になるようにレール長手方向で変化させたことを特徴とする請求項３に記載の残留応力の少ないレールの製造設備。
- 腹部冷却装置はレール腹部に冷却媒体を噴出すための冷却媒体噴出しノズルを備え、該冷却媒体噴出しノズルをスリットノズルで構成するとともに、該スリットノズルのスリット幅をレール端部ほど広く、端部から離れるほど狭くなるようにレール長手方向で変化させたことを特徴とする請求項３に記載の残留応力の少ないレールの製造設備。
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