JP4220830B2 - Perlite rail excellent in toughness and ductility and manufacturing method thereof - Google Patents

Perlite rail excellent in toughness and ductility and manufacturing method thereof Download PDF

Info

Publication number
JP4220830B2
JP4220830B2 JP2003127859A JP2003127859A JP4220830B2 JP 4220830 B2 JP4220830 B2 JP 4220830B2 JP 2003127859 A JP2003127859 A JP 2003127859A JP 2003127859 A JP2003127859 A JP 2003127859A JP 4220830 B2 JP4220830 B2 JP 4220830B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
pearlite
toughness
rail
transformation
ductility
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2003127859A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2004043963A (en
Inventor
健一 狩峰
耕一 内野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Steel Corp filed Critical Nippon Steel Corp
Priority to JP2003127859A priority Critical patent/JP4220830B2/en
Publication of JP2004043963A publication Critical patent/JP2004043963A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4220830B2 publication Critical patent/JP4220830B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Heat Treatment Of Articles (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レール鋼のパーライト組織を微細化して靭性および延性の向上を図った高強度レールおよびその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
鉄道輸送は輸送効率向上のための重積載化、輸送迅速化のための高速化が進められており、レールの特性に対する要求が厳しくなっている。重積載化は急曲線区間におけるレール頭部の磨耗を促進し、レールGC(ゲージコーナー)内部の応力集中部からの疲労損傷を増加させることから、レール寿命が短くなってきている。この重荷重鉄道でのレール短寿命化を改善するために、耐磨耗性、耐内部疲労損傷性の優れた高強度レール鋼の技術開発が活発に行われてきた。その結果、曲線区間ではこの高強度レールが広く普及しつつある。
【0003】
一方、寒冷地の鉄道では冬季にレールクラック発生によるレール取替が集中しており、レール材の靭性改善がレール寿命の延伸に必要な課題になっている。また頭部の内部疲労損傷性の改善には、レール材の靭性および延性を向上させることが重要である。パーライト組織では組織を細粒にすることにより、靭性、延性を改善することができる。
【0004】
これまでに以下のような方法により、組織の細粒化、靭性および延性改善が図られている。
(1)熱間圧延後、一旦室温まで冷却したレールを低温度で再加熱した後、加速冷却する方法。
(2)制御圧延によりオーステナイト粒を微細化した後、レール頭部を加速冷却する方法。
(3)パーライト変態時にオーステナイト結晶粒界に加え、オーステナイト結晶粒内からも変態を促進し、微細なパーライト組織を得る方法。
(4)パーライト変態時に変態界面の移動速度を抑制して、多数の変態核を変態にして微細化を図る方法。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上記方法の(1)では、例えば特許文献1に記載されているように、通常の加熱温度よりも低い850℃以下の低温度に再加熱し、オーステナイト粒を細粒化することによってパーライト変態後の組織を細粒化して、大幅に靭性および延性を改善しようとするものである。しかし低温度で加熱し、かつレール頭部内部まで加熱を深めようとすると、投入熱量を下げて長時間加熱する必要があり、この加熱処理により生産性を阻害し製造コストを高める難点がある。
【0006】
また上記(2)の方法は、例えば特許文献2および特許文献3に記載されているように、制御圧延によるオーステナイト粒の細粒化で靭性・延性の向上を図ろうとするものである。しかし、大きな圧下力等が必要という圧延機の能力、あるいはレールの断面形状や長手方向の寸法精度が容易に得られないという形状制御性の観点からも問題を含んでいる。
【0007】
さらに上記(3)の方法は、例えば特許文献4に記載されているように、MnS上に析出させたV炭窒化物、Ti炭窒化物を変態核として、パーライト変態の核生成を促進させて組織を微細化する方法である。この方法により、一定の靭性および延性の向上が得られた。しかし、これらの炭窒化物を利用する場合、変態核の生成が活発となる結果、変態が高温で完了してしまうため、強度が低下する難点がある。
【0008】
また上記(4)の方法は、例えば特許文献5および特許文献6で提示したように、パーライトの変態速度を抑制し、パーライトブロックサイズを微細化する目的としてMoを利用する記述がされている。しかしながら、Moは焼き入れ性を大幅に増加する元素であり、成分系によっては有害な異組織が生じる問題点があった。
【0009】
【特許文献1】
特開昭55−125321号公報
【特許文献2】
特開昭52−138427号公報
【特許文献3】
特開昭52−138428号公報
【特許文献4】
特開平6−279928号公報
【特許文献5】
特開2002−212677号公報
【特許文献6】
特願2001−303013号明細書
【0010】
【課題を解決するための手段】
パーライト組織は、パーライトブロック、パーライトコロニー、パーライトラメラーと呼ばれる構造を持っている。パーライトブロックはフェライトの結晶方位が揃っている領域で、パーライト組織における結晶粒単位といえる。高温のオーステナイト組織が冷却されてパーライト組織に変態する時、多面体形状で成長していくパーライト相が、やがて変態完了後にパーライトブロックとなる。
【0011】
変態の界面では、セメンタイト相とフェライト相が互いに平行に、一定の層間隔を保ちながら界面に直角に成長していく。セメンタイト相とフェライト相の層状構造をパーライトラメラー構造と呼ぶ。パーライトの成長過程で、フェライト、セメンタイトの配向方位、すなわちラメラー構造の向きが異なる領域が生じたものが、パーライトコロニーと呼ばれる。パーライトブロックはいくつかのパーライトコロニーから構成されている。
【0012】
衝撃値、延性値はパーライト組織の結晶粒単位といえるパーライトブロックが細かいほど高くなる。パーライト鋼が最終的に破壊するとき、亀裂は結晶方位の揃ったパーライトブロックの単位で屈曲して進む。パーライトブロックが細かいほど、新生界面を作るためのエネルギーが大きいことが衝撃値を改善すると考えられる。また、最終的に破断に到るまでの亀裂進行が組織が細粒になると遅くなり、変形量が増加することにより延性も改善される。
【0013】
本発明は寒冷地において要求される良好な延・靭性を得るために、パーライト変態時にNにより変態核の生成速度を早くさせ、個々の変態核から成長するパーライトの成長速度をMoにより抑制して、多数の変態核からの変態を有効にして微細化を図るものである。
【0014】
本発明の要旨は次の通りである。
(1)質量%で、
C :0.55〜1.2%、 Si:0.1〜1.2%、
Mn:0.4〜1.4%、 N :0.006〜0.03%、
Mo:0.006〜0.070%
を含有し、下記(1)式で示すK値が0.2以上0.35未満であり、残部Feおよび不可避的不純物からなり、頭部断面の表面下10mm以内の硬度がHv350以上であり、少なくともレール頭部がパーライト組織であることを特徴とする、靭性および延性に優れたレール。
K= Si/24+Mn/6+Cr/5+Mo/2+Ni/44 +V/14 ………(1)
(2)質量%で、
C :0.55〜1.2%、 Si:0.1〜1.2%、
Mn:0.4〜1.2%、 N :0.006〜0.03%、
Mo:0.006〜0.070%
を含有し、下記(1)式で示すK値が0.2以上0.35未満であり、さらに下記(2)式で示すL値が1.2以下であり、残部Feおよび不可避的不純物からなり、頭部断面の表面下10mm以内の硬度がHv350以上であり、少なくともレール頭部がパーライト組織であることを特徴とする、靭性および延性に優れたレール。
K= Si/24+Mn/6+Cr/5+Mo/2+Ni/44 +V/14 ………(1)
L=Mn+Cr ………(2)
【0015】
(3)質量%でさらに、S:0.002〜0.05%を含有する。
(4)質量%でさらに、
V :0.005〜0.070%、Nb:0.004〜0.05%、
Ti:0.001〜0.015%、Al:0.002〜0.050%、
Mg:0.0020〜0.0100%、Ca:0.015〜0.050%
の1種または2種以上を含有する。
(5)質量%でさらに、
Ni:0.01〜1.5%、 Cu:0.01〜1.5%
の1種または2種を含有する。
(6)質量%でさらに、Cr:0.1〜1.0%を含有する。
(7)質量%でさらに、B:0.0001〜0.005%を含有する。
【0016】
(8)上記(1)ないし(7)のいずれかに記載の成分からなる鋼片を、熱間圧延でレールに形成した後、熱延まま、あるいは熱延後の加熱によってオーステナイト域温度とし、前記レールの少なくとも頭部の表層を700〜550℃間を1〜10℃/secで加速冷却することを特徴とする靭性および延性に優れたパーライト系レールの製造方法。
【0017】
【発明の実施の形態】
レール鋼は、転炉、電気炉などで成分調整される。さらに必要に応じて脱ガス処理などの二次精錬を経て凝固させる。その後、1000〜1350℃の再加熱高温域から複数の圧延機を通り、徐々にレール形状に成形され、最終的に800〜1100℃でレール形状に仕上げられる。上記高温域の圧延での金属組織はオーステナイト組織である。
【0018】
その後、温度がパーライト変態温度に達するとパーライト変態が始まる。鉄鋼などの多結晶体における相変態は旧組織の結晶粒界に変態核が生成し、変態が開始する。オーステナイト中で1個の変態核から成長過程にあるパーライト領域をパーライト・ノジュールと呼ぶ。
変態核生成とノジュールの成長は同時に進行する。ノジュールはある程度成長すると、隣接して成長してくるノジュールとぶつかり、その方向への成長を停止する。そして、最終的に旧オーステナイト領域が完全にパーライトで覆われて変態が完了する。このような変態の機構から、結晶粒の細かさは変態核生成の頻度(速度)、ノジュールの成長速度の比により決定されると理解されている。
【0019】
従来から、変態核生成の頻度(速度)とノジュールの成長速度の比を小さくするための研究が行われている。V炭窒化物、Ti窒化物など、パーライト中のフェライト相と結晶格子の整合度が高い析出物が核生成速度を促進することが知られている。
【0020】
本発明者らはこれらの技術をより高度に利用するために、変態挙動を詳しく調べる過程で、鋼中に含有されるN量が多い場合、V,Tiを含有していなくても、オーステナイト粒界からの、パーライト変態核の生成が盛んになることを発見した。Nによるオーステナイト粒界からの変態促進理由は、現在のところ明らかではないが、オーステナイト粒界におけるCの偏析状態の変化、もしくはごく微量の窒化物生成元素による窒化物の生成、などが理由と考えている。
また従来から、Moがパーライト変態を抑制し、パーライトブロックサイズを微細化することが知られている。しかしMoが核生成速度を遅らせているのか、ノジュールの成長速度を遅らせているのか、明確ではなかった。
【0021】
本発明者らは詳細に変態挙動を調べることにより、Moがパーライトノジュールの成長速度を顕著に遅らせていることを知見した。すなわちMo含有鋼は、パーライト変態の際に各ノジュールの成長を抑制する結果、隣接して成長してくるノジュールにぶつかるまでの時間が長くなる。その間に未変態のオーステナイトから新たなパーライト変態核が生成し、新しいノジュールとして成長する機会が増加し、結晶粒が細かくなると理解される。
【0022】
一方、Moはパーライト変態の進行を抑制するため、その他の合金元素の量によっては、パーライト変態が未完了のままパーライト変態停止温度に達し、ベイナイト組織やマルテンサイト組織が生じることがある。ベイナイト組織が生じると硬度はむしろ低下し、耐摩耗性能が劣化する。マルテンサイト組織が生じるとそれが切り欠きとなり、脆性破壊が生じやすくなり好ましくない。
従ってMoを利用するためには、全体の合金組成を適正な範囲とし、有害な異組織の生成を防止することが必要である。
【0023】
一般的に、焼入れ性を表わす指標として、炭素等量が用いられることが多い。しかしレールに利用される共析炭素量前後では、炭素は焼き入れ性をむしろ低下させる傾向があり、この範囲では焼き入れ性を表わす指標からCを除外することが適当であると考えた。
本発明者らは実験結果に基づき、下式(1)で示すK値がパーライトにおける焼入れ性を示す指標として適当であると考えた。
K= Si/24+Mn/6+Cr/5+Mo/2+Ni/40 +V/14 ………(1)
【0024】
種々のMo含有鋼を調査した結果、K値が0.2未満では焼き入れ性が不足であり、高強度かつ細粒のパーライト組織を得ることができない。一方、K値が0.35以上であると焼き入れ性が過剰となり、冷却速度を放冷以下まで低下させないと、パーライト変態が未完了となる結果、ベイナイト、マルテンサイト組織が生じるため好ましくない。
【0025】
ところで、合金元素を含有する鋼は、凝固過程で柱状晶もしくはデンドライト晶の樹間にミクロ偏析を生じる。ミクロ偏析した元素のうちC,N,Pなどの軽元素は、鋳造後の放冷過程や熱間圧延のための再加熱のときに、拡散により均一化する。しかしMnなどの重い金属元素は、これらの工程では容易に均一化しない。このため、鋼材の焼き入性はミクロ偏析のために微視的には不均一である。
【0026】
Moもミクロ偏析が顕著に起こり、またその焼入れ性が他元素に比べて高いことから、Mo含有鋼は偏析部においてミクロ的なマルテンサイトが生じ易い。
これを防止するには、Moと同時にミクロ偏析する他元素を低下させる必要がある。本発明者らの実験によると、レール鋼において利用されることが多いMn,Crの合計含有量を示す前記(2)式のL値を質量%で1.2%以下に抑制することが望ましい。
【0027】
一方、高速軌道、重荷重軌道の曲線部においては高靭性と共に、1000MPa以上の高強度が要求される。その場合、圧延終了後、あるいは一度室温まで冷却した後に、オーステナイト域温度まで再加熱し、パーライト変態温度域である700〜550℃間を加速冷却することが望ましい。
加速冷却を行うと、平衡変態温度からの過冷度が高まり、より低温でパーライト変態が起こる。過冷度が高まると、パーライトのラメラ間隔が減少して強度が増大すると共に、変態核の生成速度が増加するためパーライトブロックサイズを微細にする効果をあわせて利用することができる。
【0028】
加速冷却によりさらに変態核の増加がもたらされ、パーライト組織をさらに細粒化する結果、一層のレール鋼の延、靭性向上を達成することができる。ただし、加速冷却時の冷却速度が1℃/sec 未満のときは必要強度を得ることができず、10℃/sec を超える場合はベイナイト、マルテンサイトが生成するため好ましくない。また、加速冷却の際に水スプレイ、液体浸漬による冷却法を採用すると、鋼材表層に膜沸騰現象を生じ、冷却むらを招き易いため、冷却媒体は空気、あるいは空気−水ミストが望ましい。
【0029】
レールは使用される際に、レール端継目の保守作業の軽減や乗り心地の改善のために溶接されることが多い。溶接部には熱により、機械的性質や金属組織が変質する熱影響部が生じる。上記加速冷却により強化されたレール鋼は溶接後の緩冷却のために、熱影響部は軟化する。その結果、レール使用中に溶接部の摩耗が不均一になることがある。これを軽減するためには、合金量を増して緩冷却でも軟化し難くすることが有効である。先進国で多用されているフラッシュバット溶接後の緩冷却速度を基準にすると、前記(1)式で示したK値を0.25以上にすることが望ましい。
【0030】
また、前述したミクロ的なマルテンサイトの生成は、ミクロ偏析により焼入れ性が高く、この部分の温度がパーライト変態温度域にある時間が足りないためによって生じる、ということができる。パーライト変態温度域は合金組成によって変わってくるが、共析前後のC量を含むレール鋼では500〜700℃である。この温度域を下回るとパーライト変態は停止する。ミクロ偏析部のパーライト変態を完了させるためには、前述したように、偏析部の合金量を下げるとともに、加速冷却を終了する温度をレール頭部の表面温度で550℃以上にし、未変態部分がその後の放冷時にパーライト変態を完了するようにすることが望ましい。
【0031】
以上、Nによるオーステナイト粒界での核生成の促進、Moによるノジュールの成長速度の抑制により、変態後のパーライトブロックサイズが微細になり、優れた靭性および延性を有するレール鋼を得ることができる。
このような微細なパーライト組織は、車輪からの衝撃的な負荷の加わりやすいレールの頭部に少なくとも形成されている必要がある。
【0032】
以下本発明について詳細に説明する。
まずレール鋼の成分を限定した理由について述べる。成分の含有量は質量%である。
C:Cは、レール鋼における高強度化およびパーライト組織生成のための必須元素である。0.55%未満では必要とする高強度のパーライト組織が得がたく、また1.20%を超えるとオーステナイト粒界を脆化させる有害な初析セメンタイトを生成させるため、0.55〜1.20%に限定した。
【0033】
Si:Siはパーライト組織中のフェライト相への固溶強化による高強度化への寄与のみでなく、若干の靭性および延性改善効果がある。0.10%未満ではそれらの効果が少なく、1.20%を超えると脆化をもたらし溶接性も低下するので、0.10〜1.20%に限定した。
【0034】
Mn: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する元素である。しかし0.40%未満では効果が小さく、1.40%を超えると偏析部にマルテンサイト組織を生成させ易くするため好ましくない。
【0035】
N:Nはオーステナイト粒界からのパーライト変態核生成の促進に必要な元素であり、そのためには0.006%以上が必要である。しかしNが0.03%を超えると高温脆化現象が起き、鋳造における鋼材内部割れが起きるため好ましくない。
【0036】
Mo:Moはパーライトの変態速度を抑制し、パーライトブロックサイズを微細化するために必要な元素である。Moが0.006%未満ではこの効果は少なく、また0.07%を超える含有量では、前述したK値を適正範囲とした場合においても、Moの偏析部においてパーライト変態速度が過剰に低下し、パーライト組織中にベイナイトやマルテンサイトを生成させるため好ましくない。
【0037】
さらに本発明においては、上記成分の他に必要に応じてS,V,Nb,Ti,Al,Mg,Ca,Ni,Cu,Cr,Bの添加によって、フェライト地の靭性改善、レール圧延素材の加熱時におけるオーステナイト粒の、あるいは圧延時におけるオーステナイト粒の細粒化によって高靭性を得ることができ、さらに冷却過程における加速冷却によって、より高強度と同時に高靭性を得ることができる。これらの化学成分を限定した理由を以下に説明する。
【0038】
S:Sは一般に有害元素として知られているが、MnS,MgSを形成し、これら硫化物はV炭窒化物、Ti窒化物の析出サイトとなる。これらの介在物はオーステナイト粒内に存在すると、粒界に加えて粒内からの変態を促進し、パーライト変態後のパーライトブロックサイズをさらに微細化させる。しかし、Sが0.002%未満では十分な数のMgS,MnSを得ることができず、また0.05%を超えると粗大なMnSが生成し、靭性および延性を著しく低下させるため好ましくない。
【0039】
V:Vはパーライト変態核となるV炭窒化物を析出し、オーステナイト粒界および、粒内からの変態核生成の促進によりパーライト組織を微細化する元素である。しかしVが0.005%未満ではこの効果は弱く、所期の目的が得られない。一方、0.070%を超えるとV炭窒化物が粗大になって破壊起点となるため好ましくない。
【0040】
Nb:Nbは熱間圧延時に低温加熱することによって、Nb炭窒化物がオーステナイト粒成長を抑制し細粒化に寄与する。また、高温加熱・低温仕上げ圧延によって熱間圧延後のオーステナイト粒を細粒化し、加速冷却後に得られるパーライトブロックを微細にする。この効果を得るためには0.004%以上必要であるが、0.05%を超えると粗大なNb炭窒化物の生成によって靭性が低下するため好ましくない。
【0041】
Ti:TiはVと同様、パーライト変態核となるTi窒化物を析出し、オーステナイト粒界および、粒内からの変態核生成の促進によりパーライト組織を微細化する元素である。Tiが0.001%未満の場合にはその効果が少なく、0.015%を超えると粗大なTi窒化物を生成し靭性が低下するため好ましくない。
【0042】
Al:Alは窒化物がオーステナイト粒の成長を抑制し、細粒化に寄与する。ただしAlが0.002%未満ではこの効果は無く、0.05%を超えるとAl酸化物が粗大化し、靭性の低下をもたらすこと、および重荷重鉄道で使用された際に内部疲労起点となる危険性があるため、0.05%以下であることが望ましい。
【0043】
Mg:MgはMg酸化物、Mg−Al酸化物、Mg硫化物を析出し、さらにこれらを核としてMnS,V炭窒化物の析出核となる。これらの介在物は粒内変態の促進効果によりパーライト変態後のパーライトブロックを微細にする。しかし、0.0020%未満では効果がなく、0.0100%を超えると粗大な介在物が生成し、靭性が著しく低下するため好ましくない。
【0044】
Caは硫化物を形成し、さらにCaSがMnSを微細に分散させ、MnSの周囲にMnの希薄帯を形成し、パーライト変態の生成に寄与し、その結果パーライトブロックサイズを微細化することにより、パーライト組織の延性や靭性を向上させるのに有効な元素である。しかし0.015%未満ではその効果は弱く、0.050%を超えて添加するとCaの粗大酸化物が生成し、レールの延性や靭性が低下する。
【0045】
Ni:Niはフェライト中に固溶し、フェライトの靭性を向上させるのに有効な元素である。ただし、Niが0.01%未満の場合にはその効果が極めて少なく、また1.5%を超えて含有してもその効果は飽和する。
【0046】
Cu:CuはNiと同様にフェライト中に固溶し、フェライトの靭性を向上させるのに有効な元素である。ただし、Cuが0.01%未満の場合にはその効果が極めて少なく、また1.5%を超えて含有してもその効果は飽和する。
【0047】
Cr:Crはパーライト変態温度を低下させることによって高強度化に寄与するとともに、溶接継ぎ手部軟化防止の観点で0.1%以上の含有が有効である。一方、1.0%を超えて含有すると、強制冷却時に元素偏析部のみでなく、過冷却傾向の強いレールの肩部にベイナイトやマルテンサイトが生成し、靭性の低下をもたらすため好ましくない。
【0048】
B:Bは微量添加においてもオーステナイト粒界に偏析し、変態を遅らせることにより焼入れ性を著しく改善する元素である。この効果を得るためには0.0001%以上必要であり、0.0050%を超えるとBの炭窒化物が生成し、靭性が低下するため好ましくない。
【0049】
また、Pは鋼中に不可避的に含有される元素である。Pはフェライト層を脆化させて衝撃特性を低下するため低いことが好ましく、望ましくは0.015%以下である。
【0050】
同様にOは、溶鋼中に不可避的に存在するが、Oが0.02%以上になると粗大な介在物が生じて靭性の低下をもたらすため好ましくない。
【0051】
【実施例】
次に、本発明により製造した高靭性を有する高強度レールの製造実施例について述べる。表1に示す成分からなる溶鋼からレールを製造した。
表2は、それぞれの鋼種につき700℃〜550℃間の冷却速度を1〜10℃/sの範囲で変化させたレール鋼の引張試験強度、伸びおよび2mmUノッチシャルピー試験における+20℃での衝撃値測定結果を示す。
シャルピー試験片はレール頭頂面下3mmから長手方向に採取し、ノッチ位置は頭頂面側とした。ノッチ深さは2mmであるので、ノッチ底の位置はレール頭頂面下5mmに相当する。
【0052】
本発明のMo,N添加鋼は比較例に比べ微細組織になり、衝撃値が顕著に向上した。また、本発明例の中でもMn,Cr量を請求項2の範囲にした鋼材は、ミクロ偏析部の微細なマルテンサイトの生成も無く、均一なパーライト組織が得られた。
【0053】
引張試験は、レール頭部ゲージコーナー内部10mm深さから採取した平行部直径6mm、平行部長さ30mmの試験片で行った。この結果、本発明鋼は従来鋼に比べて十分にパーライト組織の微細化により延性が改善した。
【0054】
【表1】

Figure 0004220830
【0055】
【表2】
Figure 0004220830
【0056】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明により微細なパーライト組織が得られ、靭性および延性に優れたパーライト系レールまたはその製造方法を提供できる。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a high-strength rail in which the pearlite structure of rail steel is refined to improve toughness and ductility, and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
In rail transport, heavy loads for improving transport efficiency and high speed for speeding up transport are being promoted, and demands on the characteristics of rails are becoming strict. Heavy loading promotes wear of the rail head in a sharp curve section and increases fatigue damage from the stress concentration portion inside the rail GC (gauge corner), and therefore the rail life is shortened. In order to improve the shortening of the rail life in heavy-duty railways, technological development of high-strength rail steel having excellent wear resistance and internal fatigue damage resistance has been actively conducted. As a result, this high-strength rail is becoming widespread in curved sections.
[0003]
On the other hand, in cold districts, rail replacement due to occurrence of rail cracks is concentrated in the winter, and improving the toughness of the rail material is a necessary issue for extending the rail life. It is also important to improve the toughness and ductility of the rail material in order to improve the internal fatigue damage resistance of the head. In the pearlite structure, the toughness and ductility can be improved by making the structure fine.
[0004]
So far, refinement of the structure, toughness and ductility have been improved by the following methods.
(1) A method of accelerating cooling after reheating the rail once cooled to room temperature after hot rolling at a low temperature.
(2) A method in which the rail head is accelerated and cooled after the austenite grains are refined by controlled rolling.
(3) A method of obtaining a fine pearlite structure by promoting transformation from within the austenite crystal grain in addition to the austenite crystal grain boundary during pearlite transformation.
(4) A method of miniaturization by controlling the moving speed of the transformation interface during pearlite transformation and transforming a large number of transformation nuclei.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In the above method (1), for example, as described in Patent Document 1, after pearlite transformation, the austenite grains are refined by reheating to a low temperature of 850 ° C. or lower, which is lower than the normal heating temperature. It is intended to improve the toughness and ductility by refining the structure of the steel. However, if heating is performed at a low temperature and the inside of the rail head is deepened, it is necessary to reduce the amount of input heat and heat for a long time. This heat treatment has a difficulty in hindering productivity and increasing manufacturing costs.
[0006]
The method (2) is intended to improve toughness and ductility by reducing the austenite grains by controlled rolling, as described in Patent Document 2 and Patent Document 3, for example. However, there is a problem also from the viewpoint of the ability of the rolling mill that requires a large rolling force, or the shape controllability that the cross-sectional shape of the rail and the dimensional accuracy in the longitudinal direction cannot be easily obtained.
[0007]
Furthermore, the method of (3) promotes nucleation of pearlite transformation using V carbonitride and Ti carbonitride deposited on MnS as transformation nuclei as described in Patent Document 4, for example. This is a method for refining the tissue. By this method, certain toughness and ductility improvements were obtained. However, when these carbonitrides are used, the transformation is completed at a high temperature as a result of active generation of transformation nuclei.
[0008]
In addition, the method (4) described above uses Mo for the purpose of suppressing the pearlite transformation speed and miniaturizing the pearlite block size, as presented in, for example, Patent Document 5 and Patent Document 6. However, Mo is an element that greatly increases the hardenability, and depending on the component system, there is a problem that a harmful different structure is generated.
[0009]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 55-125321 [Patent Document 2]
JP 52-138427 A [Patent Document 3]
Japanese Patent Laid-Open No. 52-138428 [Patent Document 4]
JP-A-6-279928 [Patent Document 5]
Japanese Patent Laid-Open No. 2002-212777 [Patent Document 6]
Japanese Patent Application No. 2001-303013 Specification
[Means for Solving the Problems]
The pearlite structure has a structure called pearlite block, pearlite colony, or pearlite lamellar. A pearlite block is a region where the crystal orientation of ferrite is aligned, and can be said to be a crystal grain unit in a pearlite structure. When the high-temperature austenite structure is cooled and transformed into a pearlite structure, the pearlite phase growing in a polyhedral shape eventually becomes a pearlite block after the transformation is completed.
[0011]
At the transformation interface, the cementite phase and the ferrite phase grow parallel to each other and perpendicular to the interface while maintaining a constant layer spacing. The layered structure of cementite phase and ferrite phase is called pearlite lamellar structure. In the pearlite growth process, a region in which the orientation direction of ferrite and cementite, that is, the direction of the lamellar structure is different, is called a pearlite colony. The perlite block is composed of several perlite colonies.
[0012]
The impact value and ductility value increase as the pearlite block, which can be said to be a crystal grain unit of the pearlite structure, becomes finer. When pearlite steel eventually breaks, the crack progresses by bending in units of pearlite blocks with uniform crystal orientation. It is considered that the finer the pearlite block, the greater the energy for creating the new interface, which improves the impact value. In addition, the progress of cracking until it finally reaches rupture is delayed as the structure becomes finer, and the ductility is improved by increasing the amount of deformation.
[0013]
In the present invention, in order to obtain good ductility and toughness required in cold districts, the generation rate of transformation nuclei is increased by N during pearlite transformation, and the growth rate of pearlite growing from individual transformation nuclei is suppressed by Mo. Therefore, the transformation from a large number of transformation nuclei is made effective to achieve miniaturization.
[0014]
The gist of the present invention is as follows.
(1) In mass%,
C: 0.55-1.2%, Si: 0.1-1.2%,
Mn: 0.4 to 1.4%, N: 0.006 to 0.03%,
Mo: 0.006 to 0.070%
The K value represented by the following formula (1) is 0.2 or more and less than 0.35, the balance is Fe and unavoidable impurities, and the hardness within 10 mm below the surface of the head section is Hv350 or more, A rail excellent in toughness and ductility, characterized in that at least the rail head has a pearlite structure.
K = Si / 24 + Mn / 6 + Cr / 5 + Mo / 2 + Ni / 44 + V / 14 (1)
(2) In mass%,
C: 0.55-1.2%, Si: 0.1-1.2%,
Mn: 0.4 to 1.2%, N: 0.006 to 0.03%,
Mo: 0.006 to 0.070%
The K value shown by the following formula (1) is 0.2 or more and less than 0.35, and the L value shown by the following formula (2) is 1.2 or less, and the balance Fe and unavoidable impurities A rail excellent in toughness and ductility, characterized in that the hardness within 10 mm below the surface of the head section is Hv350 or more and at least the rail head has a pearlite structure.
K = Si / 24 + Mn / 6 + Cr / 5 + Mo / 2 + Ni / 44 + V / 14 (1)
L = Mn + Cr (2)
[0015]
(3) Further, S: 0.002 to 0.05% is contained in mass%.
(4) Further in mass%,
V: 0.005-0.070%, Nb: 0.004-0.05%,
Ti: 0.001 to 0.015%, Al: 0.002 to 0.050%,
Mg: 0.0020 to 0.0100%, Ca: 0.015 to 0.050%
1 type or 2 types or more are contained.
(5) Further in mass%,
Ni: 0.01 to 1.5%, Cu: 0.01 to 1.5%
1 type or 2 types of.
(6) Further, Cr: 0.1 to 1.0% is contained in mass%.
(7) Further, by mass%, B: 0.0001 to 0.005% is contained.
[0016]
(8) After forming the steel slab comprising the component according to any one of the above (1) to (7) on the rail by hot rolling, the steel is made into an austenite region temperature as it is hot rolled or by heating after hot rolling, A method for producing a pearlite rail excellent in toughness and ductility, wherein at least the surface layer of the head of the rail is accelerated and cooled between 700 and 550 ° C. at 1 to 10 ° C./sec.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The components of rail steel are adjusted in converters, electric furnaces, and the like. If necessary, it is solidified through secondary refining such as degassing. Then, it passes through a plurality of rolling mills from a reheated high temperature range of 1000 to 1350 ° C., is gradually formed into a rail shape, and finally is finished into a rail shape at 800 to 1100 ° C. The metal structure in the high temperature rolling is an austenite structure.
[0018]
Thereafter, when the temperature reaches the pearlite transformation temperature, the pearlite transformation starts. In the phase transformation in polycrystalline materials such as steel, transformation nuclei are formed at the grain boundaries of the old structure, and transformation starts. A pearlite region that is growing from one transformation nucleus in austenite is called a pearlite nodule.
Transformation nucleation and nodule growth proceed simultaneously. When a nodule grows to some extent, it collides with an adjacent nodule and stops growing in that direction. Finally, the old austenite region is completely covered with pearlite, and the transformation is completed. From such a transformation mechanism, it is understood that the fineness of crystal grains is determined by the ratio of the frequency (rate) of transformation nucleation and the growth rate of nodules.
[0019]
Conventionally, studies have been conducted to reduce the ratio between the frequency (rate) of transformation nucleation and the growth rate of nodules. It is known that precipitates having a high degree of matching between the ferrite phase in pearlite and the crystal lattice, such as V carbonitride and Ti nitride, promote the nucleation rate.
[0020]
In order to utilize these techniques to a higher degree, the present inventors have investigated the transformation behavior in detail, and when the amount of N contained in the steel is large, even if V and Ti are not contained, austenite grains We discovered that the generation of pearlite transformation nuclei from the world became popular. The reason for the promotion of transformation from the austenite grain boundary by N is not clear at present, but is thought to be due to the change in the segregation state of C at the austenite grain boundary or the formation of nitride by a very small amount of nitride-forming elements. ing.
Conventionally, it is known that Mo suppresses pearlite transformation and refines the pearlite block size. However, it was not clear whether Mo was slowing the nucleation rate or the nodule growth rate.
[0021]
By examining the transformation behavior in detail, the present inventors have found that Mo significantly delays the growth rate of pearlite nodules. That is, the Mo-containing steel suppresses the growth of each nodule during the pearlite transformation, and as a result, it takes a long time to hit the adjacent nodule. In the meantime, it is understood that new pearlite transformation nuclei are generated from untransformed austenite, and the opportunity to grow as new nodules increases and the crystal grains become finer.
[0022]
On the other hand, Mo suppresses the progress of the pearlite transformation, and depending on the amount of other alloy elements, the pearlite transformation may be stopped without completing the pearlite transformation, and a bainite structure or a martensite structure may be generated. When a bainite structure is generated, the hardness is rather lowered, and the wear resistance is deteriorated. When a martensite structure is formed, it becomes a notch, and brittle fracture tends to occur, which is not preferable.
Therefore, in order to use Mo, it is necessary to set the entire alloy composition within an appropriate range and prevent the generation of harmful foreign structures.
[0023]
Generally, carbon equivalent is often used as an index representing hardenability. However, before and after the amount of eutectoid carbon used for the rail, carbon tends to lower the hardenability. In this range, it was considered appropriate to exclude C from the index indicating the hardenability.
Based on the experimental results, the present inventors considered that the K value represented by the following formula (1) is appropriate as an index indicating the hardenability in pearlite.
K = Si / 24 + Mn / 6 + Cr / 5 + Mo / 2 + Ni / 40 + V / 14 (1)
[0024]
As a result of investigating various Mo-containing steels, if the K value is less than 0.2, the hardenability is insufficient, and a high-strength and fine-grained pearlite structure cannot be obtained. On the other hand, if the K value is 0.35 or more, the hardenability becomes excessive, and unless the cooling rate is lowered to the cooling rate or less, the pearlite transformation is incomplete, resulting in bainite and martensite structures.
[0025]
By the way, steel containing alloy elements causes microsegregation between columnar crystals or dendritic crystals during solidification. Among the microsegregated elements, light elements such as C, N, and P are made uniform by diffusion during the cooling process after casting and reheating for hot rolling. However, heavy metal elements such as Mn are not easily uniformized in these processes. For this reason, the hardenability of the steel material is microscopically uneven due to microsegregation.
[0026]
Mo also causes microsegregation remarkably, and its hardenability is higher than that of other elements, so that Mo-containing steel tends to generate micro martensite in the segregation part.
In order to prevent this, it is necessary to reduce other elements that microsegregate simultaneously with Mo. According to the experiments by the present inventors, it is desirable to suppress the L value of the formula (2) indicating the total content of Mn and Cr often used in rail steel to 1.2% or less by mass%. .
[0027]
On the other hand, high strength of 1000 MPa or more is required in addition to high toughness in the curved portion of the high speed track and heavy load track. In this case, it is desirable that after rolling or once cooled to room temperature, it is reheated to the austenite region temperature and accelerated cooling between 700 and 550 ° C. which is the pearlite transformation temperature region.
When accelerated cooling is performed, the degree of supercooling from the equilibrium transformation temperature increases, and pearlite transformation occurs at lower temperatures. When the degree of supercooling increases, the lamella spacing of pearlite decreases and the strength increases, and the generation rate of transformation nuclei increases, so that the effect of making the pearlite block size fine can be used together.
[0028]
The accelerated cooling further increases the number of transformation nuclei and further refines the pearlite structure. As a result, it is possible to achieve a further increase in the rail steel and toughness. However, if the cooling rate during accelerated cooling is less than 1 ° C./sec, the required strength cannot be obtained, and if it exceeds 10 ° C./sec, bainite and martensite are generated, which is not preferable. In addition, when a cooling method using water spray or liquid immersion is employed during accelerated cooling, film boiling occurs in the steel material surface layer, and uneven cooling is likely to occur. Therefore, the cooling medium is preferably air or air-water mist.
[0029]
When a rail is used, it is often welded to reduce maintenance work of the rail end joint and to improve riding comfort. A heat-affected zone in which mechanical properties and metal structure are altered is generated in the weld due to heat. In the rail steel strengthened by the accelerated cooling, the heat-affected zone is softened because of slow cooling after welding. As a result, the wear of the welded portion may become uneven during use of the rail. In order to reduce this, it is effective to increase the amount of alloy so that it is difficult to soften even by slow cooling. Based on the slow cooling rate after flash butt welding, which is frequently used in developed countries, it is desirable to set the K value shown in the above equation (1) to 0.25 or more.
[0030]
Moreover, it can be said that the generation of the above-described microscopic martensite is caused by the fact that the hardenability is high due to the microsegregation and the temperature of this part is not sufficient in the pearlite transformation temperature range. Although the pearlite transformation temperature region varies depending on the alloy composition, it is 500 to 700 ° C. in the case of rail steel including the amount of C before and after eutectoid. Below this temperature range, the pearlite transformation stops. In order to complete the pearlite transformation of the micro-segregation part, as described above, the alloy amount of the segregation part is decreased, and the temperature at which the accelerated cooling is finished is set to 550 ° C. or more at the rail head surface temperature. It is desirable to complete the pearlite transformation upon subsequent cooling.
[0031]
As described above, by promoting the nucleation at the austenite grain boundary by N and suppressing the growth rate of nodules by Mo, the pearlite block size after transformation becomes fine, and a rail steel having excellent toughness and ductility can be obtained.
Such a fine pearlite structure needs to be formed at least on the head portion of the rail to which an impact load from the wheel is easily applied.
[0032]
The present invention will be described in detail below.
First, the reason for limiting the components of the rail steel will be described. The content of the component is mass%.
C: C is an essential element for increasing the strength and generating a pearlite structure in rail steel. If it is less than 0.55%, the required high-strength pearlite structure is difficult to obtain, and if it exceeds 1.20%, harmful pro-eutectoid cementite that embrittles the austenite grain boundaries is generated. Limited to 20%.
[0033]
Si: Si not only contributes to high strength by solid solution strengthening to the ferrite phase in the pearlite structure, but also has a slight toughness and ductility improving effect. If it is less than 0.10%, those effects are small, and if it exceeds 1.20%, embrittlement is caused and weldability is also lowered, so the content was limited to 0.10 to 1.20%.
[0034]
Mn: Mn is an element that contributes to high strength by lowering the pearlite transformation temperature and improving hardenability. However, if it is less than 0.40%, the effect is small, and if it exceeds 1.40%, a martensite structure is easily generated in the segregated portion, which is not preferable.
[0035]
N: N is an element necessary for promoting the formation of pearlite transformation nuclei from austenite grain boundaries, and for that purpose, 0.006 % or more is necessary. However, if N exceeds 0.03%, a high temperature embrittlement phenomenon occurs, and an internal crack in the steel material in casting occurs, which is not preferable.
[0036]
Mo: Mo is an element necessary for suppressing the pearlite transformation rate and miniaturizing the pearlite block size. When Mo is less than 0.006 %, this effect is small. When the content exceeds 0.07%, the pearlite transformation rate excessively decreases in the segregated portion of Mo even when the above-described K value is within the proper range. It is not preferable because bainite and martensite are generated in the pearlite structure.
[0037]
Furthermore, in the present invention, in addition to the above components, S, V, Nb, Ti, Al, Mg, Ca, Ni, Cu, Cr, and B are added as necessary to improve the toughness of the ferrite base and the rail rolling material. High toughness can be obtained by refining austenite grains during heating or austenite grains during rolling, and higher strength and high toughness can be obtained by accelerated cooling in the cooling process. The reason for limiting these chemical components will be described below.
[0038]
S: S is generally known as a harmful element, but forms MnS and MgS, and these sulfides become precipitation sites for V carbonitride and Ti nitride. When these inclusions are present in the austenite grains, in addition to the grain boundaries, the transformation from the grains is promoted, and the pearlite block size after the pearlite transformation is further refined. However, if S is less than 0.002%, a sufficient number of MgS and MnS cannot be obtained, and if it exceeds 0.05%, coarse MnS is generated and the toughness and ductility are remarkably lowered.
[0039]
V: V is an element that precipitates V carbonitrides serving as pearlite transformation nuclei and refines the pearlite structure by promoting the formation of transformation nuclei from the austenite grain boundaries and within the grains. However, if V is less than 0.005%, this effect is weak and the intended purpose cannot be obtained. On the other hand, if it exceeds 0.070%, the V carbonitride becomes coarse and becomes the starting point of fracture, which is not preferable.
[0040]
Nb: Nb is heated at a low temperature during hot rolling, so that the Nb carbonitride suppresses austenite grain growth and contributes to fine graining. Also, the austenite grains after hot rolling are refined by high temperature heating / low temperature finish rolling, and the pearlite block obtained after accelerated cooling is made fine. In order to obtain this effect, 0.004% or more is necessary. However, if it exceeds 0.05%, the toughness decreases due to the formation of coarse Nb carbonitride, which is not preferable.
[0041]
Ti: Ti, like V, is an element that precipitates Ti nitride serving as a pearlite transformation nucleus and refines the pearlite structure by promoting the formation of austenite grain boundaries and transformation nuclei from within the grains. When Ti is less than 0.001%, the effect is small, and when it exceeds 0.015%, coarse Ti nitride is generated and toughness is lowered, which is not preferable.
[0042]
Al: Al suppresses the growth of austenite grains and contributes to refinement. However, if Al is less than 0.002%, this effect is not obtained, and if it exceeds 0.05%, the Al oxide becomes coarse, resulting in a decrease in toughness, and an internal fatigue starting point when used in heavy-duty railways. Since there is a danger, it is desirable that it is 0.05% or less.
[0043]
Mg: Mg precipitates Mg oxide, Mg-Al oxide, and Mg sulfide, and further serves as a nucleus for precipitation of MnS and V carbonitrides. These inclusions refine the pearlite block after pearlite transformation by the effect of promoting intragranular transformation. However, if it is less than 0.0020%, there is no effect, and if it exceeds 0.0100%, coarse inclusions are generated and the toughness is remarkably lowered, which is not preferable.
[0044]
Ca forms a sulfide, and CaS finely disperses MnS, forms a thin Mn band around MnS, contributes to the generation of pearlite transformation, and as a result, the pearlite block size is refined, It is an element effective for improving the ductility and toughness of the pearlite structure. However, if it is less than 0.015%, the effect is weak, and if added over 0.050%, a coarse oxide of Ca is generated, and the ductility and toughness of the rail are lowered.
[0045]
Ni: Ni is an element effective for improving the toughness of ferrite by dissolving in ferrite. However, when Ni is less than 0.01%, the effect is very small, and even if it exceeds 1.5%, the effect is saturated.
[0046]
Cu: Cu is an element effective for improving the toughness of ferrite by dissolving in ferrite similarly to Ni. However, when Cu is less than 0.01%, the effect is very small, and even if it exceeds 1.5%, the effect is saturated.
[0047]
Cr: Cr contributes to increasing the strength by lowering the pearlite transformation temperature, and it is effective to contain 0.1% or more from the viewpoint of preventing weld joint softening. On the other hand, if the content exceeds 1.0%, bainite and martensite are generated not only at the element segregation portion but also at the shoulder portion of the rail having a strong supercooling tendency during forced cooling, and this causes a decrease in toughness.
[0048]
B: B is an element that remarkably improves hardenability by segregating at austenite grain boundaries and delaying transformation even when added in a small amount. In order to obtain this effect, 0.0001% or more is necessary. If it exceeds 0.0050%, B carbonitride is generated and the toughness is lowered, which is not preferable.
[0049]
P is an element inevitably contained in the steel. P is preferably low because it causes embrittlement of the ferrite layer and lowers impact characteristics, and is desirably 0.015% or less.
[0050]
Similarly, O is unavoidably present in the molten steel, but if O is 0.02% or more, coarse inclusions are generated and the toughness is lowered, which is not preferable.
[0051]
【Example】
Next, an example of manufacturing a high-strength rail having high toughness manufactured according to the present invention will be described. Rails were manufactured from molten steel composed of the components shown in Table 1.
Table 2 shows the tensile test strength, elongation, and impact value at + 20 ° C. in the 2 mm U notch Charpy test when the cooling rate between 700 ° C. and 550 ° C. was changed in the range of 1 to 10 ° C./s for each steel type. The measurement results are shown.
The Charpy test piece was taken in the longitudinal direction from 3 mm below the rail top surface, and the notch position was on the top surface side. Since the notch depth is 2 mm, the position of the notch bottom corresponds to 5 mm below the rail top surface.
[0052]
The Mo and N-added steel of the present invention has a fine structure as compared with the comparative example, and the impact value is remarkably improved. Further, among the examples of the present invention, the steel material in which the amount of Mn and Cr was within the range of claim 2 did not generate fine martensite in the microsegregation part, and a uniform pearlite structure was obtained.
[0053]
The tensile test was performed on a test piece having a parallel part diameter of 6 mm and a parallel part length of 30 mm taken from a depth of 10 mm inside the rail head gauge corner. As a result, the ductility of the steel of the present invention was improved by sufficiently reducing the pearlite structure compared to the conventional steel.
[0054]
[Table 1]
Figure 0004220830
[0055]
[Table 2]
Figure 0004220830
[0056]
【The invention's effect】
As described above, a fine pearlite structure can be obtained by the present invention, and a pearlite rail excellent in toughness and ductility or a method for producing the pearlite rail can be provided.

Claims (8)

質量%で、
C :0.55〜1.2%、
Si:0.1〜1.2%、
Mn:0.4〜1.4%、
N :0.006〜0.03%、
Mo:0.006〜0.070%
を含有し、下記(1)式で示すK値が0.20以上0.35未満であり、残部Feおよび不可避的不純物からなり、頭部断面の表面下10mm以内の硬度がHv350以上であり、少なくともレール頭部がパーライト組織であることを特徴とする、靭性および延性に優れたパーライト系レール。
K= Si/24+Mn/6+Cr/5+Mo/2+Ni/40 +V/14 ………(1)
% By mass
C: 0.55-1.2%,
Si: 0.1-1.2%,
Mn: 0.4 to 1.4%
N: 0.006 to 0.03%,
Mo: 0.006 to 0.070%
The K value represented by the following formula (1) is 0.20 or more and less than 0.35, the balance consists of Fe and unavoidable impurities, and the hardness within 10 mm below the surface of the head section is Hv350 or more, A pearlite rail excellent in toughness and ductility, characterized in that at least the rail head has a pearlite structure.
K = Si / 24 + Mn / 6 + Cr / 5 + Mo / 2 + Ni / 40 + V / 14 (1)
質量%で、
C :0.55〜1.2%、
Si:0.1〜1.2%、
Mn:0.4〜1.2%、
N :0.006〜0.03%、
Mo:0.006〜0.070%
を含有し、下記(1)式で示すK値が0.20以上0.35未満であり、残部Feおよび不可避的不純物からなり、さらに下記(2)式で示すL値が1.2以下であり、頭部断面の表面下10mm以内の硬度がHv350以上であり、少なくともレール頭部がパーライト組織であることを特徴とする、靭性および延性に優れたパーライト系レール。
K= Si/24+Mn/6+Cr/5+Mo/2+Ni/40 +V/14 ………(1)
L=Mn+Cr ………(2)
% By mass
C: 0.55-1.2%,
Si: 0.1-1.2%,
Mn: 0.4 to 1.2%
N: 0.006 to 0.03%,
Mo: 0.006 to 0.070%
The K value represented by the following formula (1) is 0.20 or more and less than 0.35, is composed of the balance Fe and inevitable impurities, and the L value represented by the following formula (2) is 1.2 or less. A pearlite rail excellent in toughness and ductility, characterized in that the hardness within 10 mm below the surface of the head section is Hv350 or more, and at least the rail head has a pearlite structure.
K = Si / 24 + Mn / 6 + Cr / 5 + Mo / 2 + Ni / 40 + V / 14 (1)
L = Mn + Cr (2)
鋼成分が、質量%でさらに、
S :0.002〜0.05%
を含有することを特徴とする、請求項1または2に記載の靭性および延性に優れたパーライト系レール。
Steel component is more mass%,
S: 0.002 to 0.05%
The pearlite rail excellent in toughness and ductility according to claim 1 or 2, characterized in that
鋼成分が、質量%でさらに、
V :0.005〜0.070%、
Nb:0.004〜0.05%、
Ti:0.001〜0.015%、
Al:0.002〜0.050%
Mg:0.0020〜0.0100%、
Ca:0.015〜0.050%
の1種または2種以上を含有することを特徴とする、請求項1ないし3のいずれかに記載の靭性および延性に優れたパーライト系レール。
Steel component is more mass%,
V: 0.005-0.070%,
Nb: 0.004 to 0.05%,
Ti: 0.001 to 0.015%,
Al: 0.002 to 0.050%
Mg: 0.0020 to 0.0100%,
Ca: 0.015 to 0.050%
The pearlite rail excellent in toughness and ductility according to any one of claims 1 to 3, characterized by containing one or more of the following.
鋼成分が、質量%でさらに、
Ni:0.01〜1.5%、
Cu:0.01〜1.5%
の1種または2種を含有することを特徴とする、請求項1ないし4のいずれかに記載の靭性および延性に優れたパーライト系レール。
Steel component is more mass%,
Ni: 0.01 to 1.5%,
Cu: 0.01 to 1.5%
The pearlite rail excellent in toughness and ductility according to any one of claims 1 to 4, characterized by containing one or two of the following.
鋼成分が、質量%でさらに、
Cr:0.1〜1.0%
を含有することを特徴とする、請求項1ないし5のいずれかに記載の靭性および延性に優れたパーライト系レール。
Steel component is more mass%,
Cr: 0.1 to 1.0%
The pearlite rail excellent in toughness and ductility according to any one of claims 1 to 5, characterized in that
鋼成分が、質量%でさらに、
B :0.0001〜0.005%
を含有することを特徴とする、請求項1ないし6のいずれかに記載の靭性および延性に優れたパーライト系レール。
Steel component is more mass%,
B: 0.0001 to 0.005%
The pearlite rail excellent in toughness and ductility according to any one of claims 1 to 6, characterized in that
請求項1ないし7のいずれかに記載の成分からなる鋼片を、熱間圧延でレールに形成した後、熱延まま、あるいは熱延後の再加熱によってオーステナイト域温度とし、前記レールの少なくとも頭部の表層を700〜550℃間を1〜10℃/secで加速冷却することを特徴とする靭性および延性に優れたパーライト系レールの製造方法。The steel slab comprising the component according to any one of claims 1 to 7 is formed into a rail by hot rolling, and then austenite region temperature is obtained by reheating after hot rolling, or at least the head of the rail. A method for producing a pearlite rail excellent in toughness and ductility, characterized in that the surface layer of the part is accelerated and cooled between 700 and 550 ° C. at 1 to 10 ° C./sec.
JP2003127859A 2002-05-20 2003-05-06 Perlite rail excellent in toughness and ductility and manufacturing method thereof Expired - Fee Related JP4220830B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003127859A JP4220830B2 (en) 2002-05-20 2003-05-06 Perlite rail excellent in toughness and ductility and manufacturing method thereof

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002144989 2002-05-20
JP2003127859A JP4220830B2 (en) 2002-05-20 2003-05-06 Perlite rail excellent in toughness and ductility and manufacturing method thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2004043963A JP2004043963A (en) 2004-02-12
JP4220830B2 true JP4220830B2 (en) 2009-02-04

Family

ID=31719551

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003127859A Expired - Fee Related JP4220830B2 (en) 2002-05-20 2003-05-06 Perlite rail excellent in toughness and ductility and manufacturing method thereof

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4220830B2 (en)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3072988B1 (en) * 2006-03-16 2018-05-09 JFE Steel Corporation High-strength pearlitic steel rail having excellent delayed fracture properties
WO2007139417A1 (en) * 2006-05-26 2007-12-06 State Educational Institution Of Higher Professional Training Rail steel
US8469284B2 (en) 2009-02-18 2013-06-25 Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation Pearlitic rail with excellent wear resistance and toughness
WO2010150448A1 (en) 2009-06-26 2010-12-29 新日本製鐵株式会社 Pearlite–based high-carbon steel rail having excellent ductility and process for production thereof
JP5493950B2 (en) * 2010-02-08 2014-05-14 新日鐵住金株式会社 Manufacturing method of pearlite rail with excellent wear resistance
CN102220545B (en) * 2010-04-16 2013-02-27 攀钢集团有限公司 High-carbon and high-strength heat-treated steel rail with high wear resistance and plasticity and manufacturing method thereof
CN110480138B (en) * 2019-08-26 2022-08-09 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 Process for controlling upper limit Mn content R350HT steel rail flash welding joint structure
CN113637912A (en) * 2021-08-18 2021-11-12 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 Corrosion-resistant hypereutectoid steel rail and preparation method thereof

Also Published As

Publication number Publication date
JP2004043963A (en) 2004-02-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5476763B2 (en) High tensile steel plate with excellent ductility and method for producing the same
JP7221477B2 (en) Steel material excellent in resistance to hydrogen-induced cracking and method for producing the same
JP5659758B2 (en) TMCP-Temper type high-strength steel sheet with excellent drop weight characteristics after PWHT that combines excellent productivity and weldability
EP2143814A1 (en) Steel material having excellent high-temperature strength and toughness, and method for production thereof
JP7411072B2 (en) High-strength, extra-thick steel material with excellent low-temperature impact toughness and method for producing the same
JP2022510216A (en) Steel material with excellent toughness of weld heat affected zone and its manufacturing method
JPH10306316A (en) Production of low yield ratio high tensile-strength steel excellent in low temperature toughness
CN111542621B (en) High-strength high-toughness hot-rolled steel sheet and method for producing same
JP2007291413A (en) Method for manufacturing pearlitic rail excellent in wear resistance and ductility
JP4220830B2 (en) Perlite rail excellent in toughness and ductility and manufacturing method thereof
JP2010126808A (en) Cold rolled steel sheet and method for producing the same
JP7164718B2 (en) Structural Steel Having Excellent Low Yield Ratio and Low Temperature Toughness, and Method for Producing Same
JP3764710B2 (en) Method for producing pearlitic rail with excellent toughness and ductility
JP4571759B2 (en) Perlite rail and manufacturing method thereof
JP2003129180A (en) Pearlitic rail superior in toughness and ductility, and manufacturing method therefor
KR102200222B1 (en) High strength steel for a structure having excellent cold bendability and manufacturing method for the same
JP7104370B2 (en) Thick steel plate and its manufacturing method
JP2008013812A (en) High toughness and high tensile strength thick steel plate and its production method
JP2005146346A (en) Method for manufacturing rail of pearite system having excellent toughness and ductility
JP6776826B2 (en) Steel sheet with excellent brittle crack propagation stop characteristics and its manufacturing method
JP6459556B2 (en) Low yield ratio steel sheet for construction and manufacturing method thereof
JP7265008B2 (en) Steel material for pressure vessel excellent in resistance to hydrogen-induced cracking and its manufacturing method
JP2003105499A (en) Pearlitic rail having excellent toughness and ductility, and production method therefor
JP4061141B2 (en) Perlite high-strength rail excellent in ductility and manufacturing method thereof
CN115989327A (en) Thick steel plate and method for producing same

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20050914

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20070726

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20070821

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20071018

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20081111

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20081114

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111121

Year of fee payment: 3

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 4220830

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111121

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111121

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121121

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121121

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131121

Year of fee payment: 5

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131121

Year of fee payment: 5

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131121

Year of fee payment: 5

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees