JP4214627B2 - ステンレス鋼レール - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステンレス鋼レール、詳細には軽レールなどの引張強さが637N/mm2 以上のステンレス鋼レールに関する。
【0002】
【従来の技術】
軽レールは、JIS E 1103 に6、9、・・、15、22kgレールなどの6種類が規定されており、その引張強さが、15kgレール以下のレールにおいては569N/mm2 以上、22kgレールにおいては637N/mm2 以上であると規定されている。
従来、これらの軽レールは、15kgレール以下のレールにおいてはC:0.40〜0.60%、Si:0.40%以下、Mn:0.50〜0.90%、P:0.045%以下、S:0.050%以下の炭素鋼、22kgレールにおいてはC:0.45〜0.65%、Si:0.40%以下、Mn:0.50〜0.90%、P:0.045%以下、S:0.050%以下の炭素鋼によって製造されている。
【0003】
これらの炭素鋼で製造された軽レールは、通常の環境中での使用には問題がないが、腐食性の強い環境、例えば下水道などの洞道点検トロッコ用レール、鉱山などの鉱内トロッコ用レール、沈殿池池底レール、食品、化学、製紙工場内などの運搬台車用レールにおいては、耐食性が十分ではなかった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、腐食性の強い環境においても使用することができる軽レールなどのレールに用いることができるステンレス鋼レールを提供することを課題としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明のステンレス鋼レールにおいては、C:0.04〜0.08%、Si:1.00%以下、Mn:2.00%以下、P:0.045%以下、S:0.025〜0.030%、Ni:8.00〜10.50%、Cr:18.00〜20.00%、N:0.05〜0.10%を含み、さらに必要に応じてCu:0.30〜0.70%、Nb:0.05〜0.2%およびTi:0.05〜0.2%の1種または2種以上を含み、残部Feおよび不可避不純物からなる成分組成を有し、引張強さが637N/mm2 以上であり、かつ10%しゅう酸エッチ試験において結晶粒界にみぞのない組織のものとすることである。
【0006】
さらに、上記課題を解決するため、本発明のステンレス鋼レールにおいては、C:0.04〜0.08%、Si:1.00%以下、Mn:2.00%以下、P:0.045%以下、S:0.025%未満または0.025〜0.030%、Ni:8.00〜10.50%、Cr:18.00〜20.00%、N:0.15〜0.50%を含み、残部Feおよび不可避不純物からなる成分組成を有し、引張強さが750N/mm2 以上であり、かつ10%しゅう酸エッチ試験において結晶粒界にみぞのない組織のものとすることである。
【0007】
また、上記課題を解決するため、本発明のステンレス鋼レールにおいては、C:0.04〜0.08%、Si:1.00%以下、Mn:2.00%以下、P:0.045%以下、S:0.025%未満または0.025〜0.030%、Ni:8.00〜10.50%、Cr:18.00〜20.00%、N:0.15〜0.50%を含み、さらにCu:0.30〜0.70%、Nb:0.05〜0.2%およびTi:0.05〜0.2%の1種または2種以上を含み、残部Feおよび不可避不純物からなる成分組成を有し、引張強さが750N/mm 2 以上であり、かつ10%しゅう酸エッチ試験において結晶粒界にみぞのない組織のものとすることである。
【0008】
【発明の実施の形態】
次に、本発明のステンレス鋼レールにおいて成分組成を上記のように限定しているが、その理由は次のとおりである。
C:0.04〜0.08%
Cは、鋼の硬度および強度を高めるために含有させる元素で、レールに必要な硬度と強度を得るためには0.04%以上含有させる必要があるが、0.08%を超えるとCrとの炭化物が多く形成され、粒界にCr炭化物が析出して地に固溶するCrが減少し、耐食性が低下するので、その含有範囲を0.04〜0.08%とする。好ましくは0.06〜0.08%である。
【0009】
Si:1.00%以下
Siは、通常脱酸剤として、また耐酸化性を高めるために含有させる元素であるが、1.0%を超えると基地の靭性を低下するので、その含有量を1.0%以下とする。
Mn:2.0%以下
Mnは、通常脱酸剤として、あるいはSと化合物を作り赤熱脆性を防止する効果があるので、そのために含有させる元素であるが、2.0%を超えて含有させるとコストが高くなるので、その含有量を2.0%以下とする。
【0010】
P:0.045%以下
Pは、不純物であるので少ないほうが好ましいが、0.045%以下であれば耐食性、靱性に及ぼす影響が少なく、またコストも高くならないので、その含有量を0.045%以下とする。
S:0.025%未満、0.025〜0.030%
高い被削性を必要としない場合
Sは、Pと同様に不純物であるので少ないほうが好ましいが、0.025%未満以下であれば熱間加工性、靱性などに及ぼす影響が少ないので、その含有量を0.025%未満とする。
高い被削性を必要とする場合
Sは、被削性を高くするので、そのために含有させるる元素である。その効果を得るためには0.025%以上が含有させる必要があるが、0.030%を超えると熱間加工性、靱性を低下するので、その含有量を0.025〜0.030%とする。
【0011】
Ni:8.00〜10.50%
Niは、オーステナイト相を安定させるとともに、耐食性を高めるので、そのために含有させる元素である。その効果を得るためには8.00%以上含有させる必要があるが、10.50%を超えて含有させても耐食性の改善効果が飽和し、またコストが高くなるので、その含有量を8.00〜10.50%とする。
Cr:16.0〜20.0%
Crは、耐食性、特に耐孔食性を向上させるので、そのために含有させる元素である。その効果を得るには16.0%以上含有させる必要があるが、20.0%を超えて含有させるとフェライトが多く生成され、またσ相の析出などにより、耐食性の低下あるいは脆化が起こるので、その含有範囲を16.0〜20.0%とする。
【0012】
N:0.05〜0.10%、0.15〜0.50%
Nは、オーステナイト相の安定化するとともに、圧延後の引張強さを向上させるので、そのために含有させる元素である。引張強さを637N/mm2 以上にするには0.05%超えて含有させる必要があるが、0.10%を超えて含有させると引張強さが必要以上に高くなるとともに、コストが高くなるので、その含有量を0.05〜0.10%とする。また引張強さを750N/mm2 以上にするには0.15%超えて含有させる必要があるが、0.50%を超えて含有させるとコストが高くなるので、その含有量を0.15〜0.50%とする。
【0013】
Cu:0.30〜0.70%
Cuは、耐食性を向上させるので、そのために含有させる元素である。その効果を得るには0.30%以上含有させる必要があるが、0.70%を超えると熱間加工性が低下ので、その含有量を0.30〜0.70%とする。
Nb:0.05〜0.2%、Ti:0.05〜0.2%
NbとTiは、強度を向上させるとともに、C,Nを固定して粒界への析出を抑制することによってみぞのある組織の生成を抑制する(C,Nが粒界に析出して粒界付近のCrと化合してCrの不足状態を生成しない)ので、そのために含有させる元素である。この効果を得るためには0.05%以上含有させる必要があるが、0.2%を超えるO,Nとも化合物を作り、鋼の清浄度を害するので、その含有量をそれぞれ0.05〜0.2%とする。
【0014】
次に、引張強さおよびみぞ状組織について説明する。
引張強さについて
本発明において、引張強さを637N/mm2 以上に特定するのは、JIS E 1103に軽レールに必要な引張強さを15kgレール以下のレールにおいては569N/mm2 以上、22kgレールにおいては637N/mm2 以上にすることが規定されているので、ここに規定されている全ての軽レールに必要な引張強さの条件を満たすためである。
また、引張強さを750N/mm2 以上に特定するのは、上記全ての軽レールに必要な引張強さの条件を満たすとともに、更に高い引張強さを必要とするレールにも適用できるようにするためである。
【0015】
みぞ状組織について
本各発明においては、10%しゅう酸エッチ試験において結晶粒界にみぞのない組織のものとしているが、この10%しゅう酸エッチ試験とは、JIS G 0571に規定されている10%しゅう酸エッチ試験のことであり、結晶粒界にみぞのない組織とは、このJISの規定の表1の記号A(段状組織)に相当するもののことである。このように特定するのは、上記試験において結晶粒界に部分的にみぞのある組織(記号B(混合組織))または完全にみぞで囲まれた結晶粒が一つ以上ある組織(記号C(みぞ状組織))が発生するようなレールであると、腐食性の強い環境に使用することができないからである。
【0016】
次に、本発明のステンレス鋼レールの製造方法について説明する。
本発明のステンレス鋼レールの製造方法は、上記成分組成のステンレス鋼を溶製した後、鋳造して鋳片または鋼塊とし、その後必要な場合には分塊圧延または分塊鍛造した後、1200℃などに加熱し、熱間加工をして900〜1050℃の温度範囲で圧延を終了した後空冷し、その後必要に応じてショットブラストをした後酸洗するものであるが、溶製した後、鋳造して鋳片または鋼塊とし、その後必要な場合には分塊圧延または分塊鍛造した後、上記ステンレス鋼を1200℃などに加熱し、熱間加工をすることは、SUS304、SUS304N2と同様な公知の方法などで実施することができる。
【0017】
上記製造方法においては、熱間加工を900〜1050℃の温度範囲で圧延を終了した後空冷しているが、このようにするのは、この温度範囲より高い温度で圧延を終了した後空冷すると、引張強さが637N/mm2 以上または750N/mm2 以上にならないからであり、またこの温度範囲より低い温度で圧延すると、圧延時の変形抵抗が大となり、キズが発生するとともに、酸洗においてスケール除去が困難になるからである。
また、必要に応じてショットブラストをした後酸洗しているが、この酸洗は、スケールを除去するとともに表面を不動態化するためである。またこの酸洗の前に必要に応じてショットブラストをするのは、ショットブラストをするとスケールの除去速度が5〜6倍に上昇するからである。
【0018】
次に、本発明の実施例について説明する。
実施例
下記表1に示す成分組成の本発明の実施例、比較例および参考例のステンレス鋼をAOD炉で溶解し、鋳造した後分塊鍛造し、その後1200℃に加熱し、下記表1に示す温度で熱間圧延を終了し、その後空冷し、JIS E 1103に準じる22kg級レールを製造した。その後比較例 No.6を除いてショットブラストをした後沸硝酸溶液により酸洗し、比較例 No.6は酸洗のみをして試験材とした。これらの試験材を観察して圧延後のロールによる表面キズがあるか否かを観察し、下記表2に記載した。
上記各レールから引張試験用、10%しゅう酸エッチ試験用、大気暴露試験用および切削試験用の試験片を切り出して作製した。これらの試験片を用いて下記各試験方法で試験した結果を下記表2に記載した。
【0019】
【表1】
【0020】
引張試験は、JIS Z 2241に規定されている方法によって行った。
10%しゅう酸エッチ試験は、JIS G 0571に規定されている方法によって行った。
大気暴露試験は、京浜工業地帯の大気中に3年間試験面を露呈し、錆の発生状況を比較した。
切削試験は、穴明け加工に使用した切削工具の寿命を比較した。
【0021】
【表2】
【0022】
これらの結果より、本発明の実施例 No.1〜6は、引張強さが680〜690N/mm2 ,758〜776N/mm2 であり、目標とする引張強さになっていたが、圧延終了温度が本発明より高い比較例 No.2、N含有量が本発明より少ない比較例 No.5,6および溶体化処理をした比較例 No.7の引張強さは、22kgレールに必要な637N/mm2 以下であった。
さらに、本発明の実施例 No.1〜6は、10%しゅう酸エッチ試験では粒界にみぞのない組織であり、また大気暴露試験においても錆が発生していなかったが、C含有量が本発明より多い比較例 No.1,4および圧延終了温度が本発明より低い比較例 No.3においては、粒界にみぞが発生しており、また大気暴露試験において軽度の錆が発生していた。
【0023】
また、切削試験の結果は、S含有量を多くした本発明の実施例 No. 1を1.0とした場合、S含有量を多くした実施例 No.2,4,5,6は実施例 No.2と同様であったが、S含有量を多くしてない本発明の他の実施例および比較例のものは0.7程度であった。
また、圧延後のロールによる表面キズは、圧延終了温度が低い実施例2の場合に軽度のキズが発生していたが、10%しゅう酸エッチ試験ではみぞは認められなかった。一方本発明より高く、引張強さの低い比較例 No.2、N含有量が本発明より少なく、引張強さの低い比較例 No.5,6は表面に軽度のキズが発生していた。
また、酸洗い前にショットブラストをしなかった比較例 No.6は、酸洗時間がショットブラストをしたものの約5.7倍であった。
【0024】
【発明の効果】
本発明のステンレス鋼レールは、上記成分組成および構成にしたことにより、腐食性の強い環境においても腐食されることがなく使用することができるという優れた効果を奏する。
Claims (6)
- 質量%で(以下同じ)、C:0.04〜0.08%、Si:1.00%以下、Mn:2.00%以下、P:0.045%以下、S:0.025〜0.030%、Ni:8.00〜10.50%、Cr:18.00〜20.00%、N:0.05〜0.10%を含み、残部Feおよび不可避不純物からなる成分組成を有し、引張強さが637N/mm2 以上であり、かつ10%しゅう酸エッチ試験において結晶粒界にみぞのない組織のものであることを特徴とするステンレス鋼レール。
- C:0.04〜0.08%、Si:1.00%以下、Mn:2.00%以下、P:0.045%以下、S:0.025〜0.030%、Ni:8.00〜10.50%、Cr:18.00〜20.00%、N:0.05〜0.10%を含み、さらにCu:0.30〜0.70%、Nb:0.05〜0.2%およびTi:0.05〜0.2%の1種または2種以上を含み、残部Feおよび不可避不純物からなる成分組成を有し、引張強さが637N/mm2 以上であり、かつ10%しゅう酸エッチ試験において結晶粒界にみぞのない組織のものであることを特徴とするステンレス鋼レール。
- C:0.04〜0.08%、Si:1.00%以下、Mn:2.00%以下、P:0.045%以下、S:0.025%未満、Ni:8.00〜10.50%、Cr:18.00〜20.00%、N:0.15〜0.50%を含み、残部Feおよび不可避不純物からなる成分組成を有し、引張強さが750N/mm2 以上であり、かつ10%しゅう酸エッチ試験において結晶粒界にみぞのない組織のものであることを特徴とするステンレス鋼レール。
- C:0.04〜0.08%、Si:1.00%以下、Mn:2.00%以下、P:0.045%以下、S:0.025〜0.030%、Ni:8.00〜10.50%、Cr:18.00〜20.00%、N:0.15〜0.50%を含み、残部Feおよび不可避不純物からなる成分組成を有し、引張強さが750N/mm 2 以上であり、かつ10%しゅう酸エッチ試験において結晶粒界にみぞのない組織のものであることを特徴とするステンレス鋼レール。
- C:0.04〜0.08%、Si:1.00%以下、Mn:2.00%以下、P:0.045%以下、S:0.025%未満、Ni:8.00〜10.50%、Cr:18.00〜20.00%、N:0.15〜0.50%を含み、さらにCu:0.30〜0.70%、Nb:0.05〜0.2%およびTi:0.05〜0.2%の1種または2種以上を含み、残部Feおよび不可避不純物からなる成分組成を有し、引張強さが750N/mm2 以上であり、かつ10%しゅう酸エッチ試験において結晶粒界にみぞのない組織のものであることを特徴とするステンレス鋼レール。
- C:0.04〜0.08%、Si:1.00%以下、Mn:2.00%以下、P:0.045%以下、S:0.025〜0.030%、Ni:8.00〜10.50%、Cr:18.00〜20.00%、N:0.15〜0.50%を含み、さらにCu:0.30〜0.70%、Nb:0.05〜0.2%およびTi:0.05〜0.2%の1種または2種以上を含み、残部Feおよび不可避不純物からなる成分組成を有し、引張強さが750N/mm2 以上であり、かつ10%しゅう酸エッチ試験において結晶粒界にみぞのない組織のものであることを特徴とするステンレス鋼レール。
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