JP4091910B2 - レールの製造方法および製造設備 - Google Patents

Description

技術分野
本発明は、レールの製造方法及び製造設備に関するもので、特に、端曲りの発生を抑制する効率の良いレールの製造方法及び製造設備に係る。
背景技術
レールの一般的な製造方法としては、鋼片を加熱して所定の形状に熱間圧延した後、熱間鋸断機でほぼ製品長に切断してから、所望の機械特性に応じて熱処理を施すかもしくは省略し、常温まで冷却し、必要に応じて矯正を行うかもしくは省略し、探傷、形状など所定の検査を行って製品としている。
レールは通常、列車の通過時に生じるレール端部の損耗を防止するため、数本を溶接でつなぎ合わせてから敷設する。このときに溶接面がわずかでもずれると、かえって損耗が増加するため、レールの端面同士を突き合わせたときのずれをできるだけ小さくすることが厳しく求められている。例えば、ＪＩＳ Ｅ１１０１では、普通レールのうち５０ｋｇＮレールの端部曲がりの許容値を、長さ１．５ｍあたり、左右および上方に１．０ｍｍ、下方に０．３ｍｍ以内と規定している。さらに、近年需要が増大している高速鉄道用や重荷重鉄道用レールでは、端部曲がりをさらに小さくすることが求められている。また、最近では、米国特許第５０１８６６６号、同第５４１９３８７号等で５００フィート以上の超ロングレールを連続鋳造から製品まで一挙に製造する技術が開示されているが、実際の製造においては実現困難な技術である。
しかしながら、連続工程によるレール製造においては、レール端部は圧延や矯正が非常に難しい部位である。圧延工程においては、レール先端および尾端の一定長さの範囲で所要の寸法精度を得ることが困難である。また、矯正を必要とする場合には、複数のロールを千鳥状に配置したローラ矯正機では、そのロール間隔２個分に相当する、約１〜２ｍ長の端部が未矯正部といわれる不感帯となり、矯正の効果がほとんど期待できない。
このような状況で前記のような端面曲がりの基準を満たすために、レール端部の相当の長さ範囲を切り捨て、それでも基準を満たさない場合にはプレスによる矯正を行っているのが通常である。しかしながら、切り捨て長さが長いほどコストは増大し、歩留は低下する。また、レールの切断やプレスには作業時間がかかるため、これらの工程を連続工程に組み込めばネック作業となり、一方、オフライン工程とすれば生産性が低下する。特に冷間鋸断機は、高速で切断すると高熱を発生し、切断端部のみに熱影響を及ぼして硬度などが大きく変化するため、切断スピードを制限するか、高温の発生しない特殊な装置を用いる必要がある。
またさらに、プレスによる矯正では、微小な寸法精度を満足させることは非常に難しく、今後規格がより厳格化すると対応できなくなるという問題がある。
発明の開示
本発明は、以上のような従来技術の問題点を解決するためになされたもので、製品までの一連の工程をインライン化することができ、生産性と歩留を向上し得るレールの製造方法及び製造設備を提供するものである。
上記の課題を解決するための本発明の要旨は、次の通りである。
（１）熱間圧延されたレールを実質的に圧延長さのまま常温まで冷却した後、少なくとも３台の冷間鋸断機により同時に所定の長さに切断することを特徴とするレールの製造方法。
（２）熱間圧延後のレールの少なくとも頭部を１〜１０℃／ｓｅｃの冷却速度で、オーステナイト域以上の温度から加速冷却する熱処理を行うことを特徴とする上記（１）記載のレールの製造方法。
（３）熱間圧延後のレールの長さが１００〜２００ｍであることを特徴とする上記（１）又は（２）記載のレールの製造方法。
（４）冷間鋸断機による切断に先立って、矯正を行うか、もしくは矯正を省略し、引き続き検査を行うことを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれか１項記載のレールの製造方法。
（５）冷間鋸断機により矯正された部分で切断することを特徴とする上記（４）記載のレールの製造方法。
（６）少なくとも３台の冷間鋸断機により圧延長さの一部を製品長さに切り出し、残部を後段に配置した少なくとも２台の冷間鋸断機により製品長さに切断することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載のレールの製造方法。
（７）実質的に圧延長さのまま常温まで冷却されたレールを圧延方向および／または圧延方向に垂直な方向に移動できる搬送床と、前記搬送床に並んで配置された少なくとも３台の冷間鋸断機を有することを特徴とするレールの製造設備。
（８）前記冷間鋸断機は、１台以上が位置を固定され、その他は搬送床に沿って移動できるようにしたことを特徴とする上記（７）記載のレールの製造設備。
（９）圧延後もしくは熱処理後にレールを常温まで冷却する冷却床と、ロール式矯正機と、検査装置と、前記搬送床および冷間鋸断機が連続していることを特徴とする上記（７）又は（８）記載のレールの製造設備。
（１０）前記搬送床における、前記冷間鋸断機の後段に、さらに２台以上の冷間鋸断機を該搬送床に並んで配置されたことを特徴とする請求項７ないし９のいずれか１項に記載のレールの製造設備。
（１１）冷間鋸断機の台数が、圧延長さから得られる製品本数に１を足した数以上であることを特徴とする上記（７）〜（１０）のいずれか１項記載のレールの製造設備。
（１２）少なくとも１台以上の冷間鋸断機の近くに穴開け機を併設することを特徴とする上記（７）〜（１１）のいずれか１項記載のレールの製造設備。
発明を実施するための最良の形態
以下に本発明について図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。
図１に本発明のレール製造設備レイアウトの一例を示す。所定の成分を含有する鋼片を加熱炉１で約１３００℃に加熱した後、複数のリバースもしくはタンデム式熱間圧延機２を通過して断面レール形状に成形される。本発明ではこの成形されたレールを引き続き圧延長さのままで、冷却床５において常温まで冷却する。
また、冷却床５において直接常温まで冷却するに先立って、少なくともレール頭部の耐摩耗性や靭性の向上を図るための熱処理の必要なものの場合には、圧延機２の下流側に配置した熱処理装置４によって事前に熱処理が施される。熱処理は公知の方法により、熱延後のオーステナイト域以上の温度から、１〜１０℃／ｓｅｃの冷却速度で冷却される。冷却開始温度が低くなる場合は、冷却に先立って加熱しても良い。冷却方法としては、エアーなどのガスやミストを吹き付けるのが、冷却速度を適正に保つ上で好ましい。
なお、圧延直後のレール両端部には未圧延部や大きな曲がりが生じやすく、その後の搬送や矯正などに障害になる場合があるので、圧延機２と熱処理装置４の間に配置した熱間鋸断機３で圧延直後のレール端部の一定長を切断除去するとよい。圧延後のレール長さは、生産能力や設備仕様に応じて決められるが、先端と尾端の温度差による品質格差を抑える目的からは、１００〜２００ｍとするのが好ましく、これにある程度の切りしろを加えた長さとする。
冷却床５は、長尺のレールをそのまま載置するスペースを有するが、ここで常温まで冷却された圧延長さのレールは、曲がりや残留応力の大きさにより必要に応じて、垂直方向と水平方向の各１台からなるローラ矯正機６により矯正された後、検査装置７において疵や寸法などの品質検査が行われ、最後に搬送床９において、冷間鋸断機８により、所定の出荷（製品）長さに切断される。これら冷却床、ローラ矯正機、検査装置、搬送床及び冷間鋸断機は連続的に配置され、インライン化されている。なお、常温まで冷却されたレール曲がり等が許容範囲内であれば、特に矯正する必要はない。本発明の最大の特徴は、切断の際に複数の冷間鋸断機を搬送床に平行に配置し、一度に複数箇所を同時切断することにあり、また材料が矯正機を経た場合には、前記冷間鋸断機による切断部分が矯正された箇所で切断することにある。このように矯正された部分で切断することにより、端部については未矯正部が完全に切除されるため、中央部で切断する場合と同様に、端曲がりのほとんど生じないレールを得ることができる。
冷間鋸断機８は、少なくとも３台以上が同時に切断作業を行える構造とする。望ましくは圧延長さから得られる製品本数に１を足した数以上の台数、すなわち両端部と中間部を１回ですべて切断できるだけの台数を設置するのが良い。例えば、圧延長さ２００ｍから、通常用いられている２５ｍのレール８本を得るには、冷間鋸断機９台を設置すると良い。
冷間鋸断機８は搬送床９に並列して配置され、それぞれの間隔が製品長と同じになるように配置される。製品長さがつねに一定であれば、全ての冷間鋸断機を固定して、レールを順次送りながら切ればよいが、注文長さが必ずしも一定でない場合には、基準となる１台以上、例えば一端もしくは両端の鋸断機を固定し、他は所望の長さに応じてレール長手方向に自在に移動できるようにするのが好ましい。
また、レールには連結のため端部ウェブ部に穴を開ける場合があるが、このための穴開け機を冷間鋸断機と併設し、切断と同時に穴開けを行えば、さらに作業効率を向上させることができる。
製品長に切断されたレールは、搬送床９によりさらに圧延方向、もしくはそれに垂直方向に移動し、適宜製品置場、あるいは直接輸送手段に積載され、出荷される。
なお、図１では全ての冷間鋸断機を一列に並べた構成例を示しているが、図２もしくは図３に示すように、冷間鋸断機を２段構成とし、前段で圧延長さの一部を製品長さに切り出し、残部を後段に配置した少なくとも２台の冷間鋸断機により製品長さに切断してもよい。このような構成は、例えば通常より短く切断する場合などに、切断スケジュールを短縮適正化することを可能とする。または一段だと十分なスペースが取れない場合の設備レイアウトとして有効である。
以上のレール製造設備を用いることにより、切り捨て長さの合計を大きくしなくとも、レール端部の曲がりを非常に小さくすることが可能となる。すなわち、従来の熱間鋸断では、その後の熱処理や冷却において曲がりが発生し、このうち端部では曲がりが残存していたが、本発明法では、レール中央部では圧延やさらに矯正により比較的容易に真直性を得ることができるので、冷却後に中央部で切断することにより、端部曲がりを非常に小さくすることが可能となる。加えて、この部分での切捨ては必要なくなり、またプレス等による矯正も不要となる。
なお、圧延長さの両端側から取れるレールはやはり片側の端部曲がりが大きくなるが、その部分だけ十分な長さのクロップを除去することで曲がりの残存は回避できる。このようにしても、切り捨て数は圧延後における両端部の２ヶ所だけでよいため、従来技術と比べて切り捨て数は数分の１となる。したがって、切り捨て長さを十分に大きくした場合でも、歩留低下によるコストへの影響は低く抑えることができる。
実施例
本発明例として、加熱・圧延し、未圧延部を除去した１５３ｍのレールを、引き続きオーステナイト域温度以上から２℃／ｓｅｃの速度で約５００℃まで加速冷却し、引き続き放冷で常温まで冷却した後、矯正機と検査装置を経て、最後に７台の冷間鋸断機にて両端をクロップとしてそれぞれ１．５ｍずつ切断除去すると同時に製品長に切断し、２５ｍのレール６本に仕上げた。
また、比較例として、加熱・圧延し、未圧延部を除去した１５３ｍのレールを、熱間鋸断機にて２５．５ｍ×６本に切断し、引き続き本発明例と同様にオーステナイト域温度以上から２℃／ｓｅｃで約５００℃まで加速冷却し、引き続き放冷で常温まで冷却した後、矯正機と検査装置を経て、最後に両端をクロップとしてそれぞれ０．２５ｍずつ切断除去し、２５ｍのレール６本に仕上げた。
以上の方法により本発明例と比較例でそれぞれ３０本ずつレールを製造し、垂直方向と水平方向の端部曲がりを測定した。曲がりの絶対値の平均を表１に示す。なお、この例では、切り捨て長さの合計を本発明例と比較例で同一にしたため、比較例では十分に端曲がりが除去されなかったのに対し、本発明例は比較例に比べ１／５程度の曲がりに抑えることができた。なお、比較例における端曲がり量を本発明例と同程度に低減するには、切捨て量をより多くする必要があることは言うまでもない。

産業上の利用可能性
以上述べたように、本発明のレール製造方法及び設備を用いることで、レールの端部曲がりを大幅に低減し、かつオフラインでの矯正作業をなくすことができる。また、切り捨て量を低減してコストを大幅に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明に係るレール製造設備の一実施態様を示す概略図である。
図２は、本発明の冷間鋸断機の別の実施態様を示す概略図である。
図３は、本発明の冷間鋸断機の更に別の実施態様を示す概略図である。

Claims (12)

1. 熱間圧延されたレールを実質的に圧延長さのまま常温まで冷却した後、少なくとも３台の冷間鋸断機により同時に所定の長さに切断することを特徴とするレールの製造方法。
2. 熱間圧延後のレールの少なくとも頭部を１〜１０℃／ｓｅｃの冷却速度で、オーステナイト域以上の温度から加速冷却する熱処理を行うことを特徴とする請求項１記載のレールの製造方法。
3. 熱間圧延後のレールの長さが１００〜２００ｍであることを特徴とする請求項１又は２記載のレールの製造方法。
4. 冷間鋸断機による切断に先立って、矯正を行うか、もしくは矯正を省略し、引き続き検査を行うことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のレールの製造方法。
5. 冷間鋸断機により矯正された部分を切断することを特徴とする請求項４記載のレールの製造方法。
6. 少なくとも３台の冷間鋸断機により圧延長さの一部を製品長さに切り出し、残部を後段に配置した少なくとも２台の冷間鋸断機により製品長さに切断することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載のレールの製造方法。
7. 実質的に圧延長さのまま常温まで冷却されたレールを圧延方向および／または圧延方向に垂直な方向に移動できる搬送床と、該搬送床に並んで配置された少なくとも３台の冷間鋸断機を有することを特徴とするレールの製造設備。
8. 前記冷間鋸断機は、１台以上が位置を固定され、その他は搬送床に沿って移動可能としたことを特徴とする請求項７に記載のレールの製造設備。
9. 圧延後もしくは熱処理後にレールを常温まで冷却する冷却床と、ロール式矯正機と、検査装置と、搬送床および冷間鋸断機が連続していることを特徴とする請求項７又は８に記載のレールの製造設備。
10. 前記搬送床における、前記冷間鋸断機の後段に、さらに２台以上の冷間鋸断機を該搬送床に並んで配置されたことを特徴とする請求項７ないし９のいずれか１項に記載のレールの製造設備。
11. 冷間鋸断機の台数が、圧延長さから得られる製品本数に１を足した数以上であることを特徴とする請求項７ないし１０のいずれか１項に記載のレールの製造設備。
12. 少なくとも１台以上の冷間鋸断機の近くに穴開け機を併設することを特徴とする請求項７ないし１１のいずれか１項に記載のレールの製造設備。

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