JP4987772B2 - Long rail - Google Patents

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Description

本発明は、ロングレール及びその製造方法に関する。特に本発明は、従来と比較して疲労強度が向上したロングレール及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a long rail and a manufacturing method thereof. In particular, the present invention relates to a long rail having improved fatigue strength as compared with the prior art and a method for manufacturing the same.

レールの中で最も損傷の起こりやすく、保守コストがかかる部分はレールの継目部である。また継目部は列車通過時に生じる騒音・振動の主要な発生源となる。旅客鉄道の高速化や貨物鉄道の高積載化が国内外で進められているため、上記問題点を有するレール継目を溶接によって連続化してロングレールする技術が一般化している。   The portion of the rail that is most susceptible to damage and is costly to maintain is the rail joint. The seam is the main source of noise and vibration generated when passing through the train. Since speeding up of passenger railways and high loading of freight railways are being promoted in Japan and overseas, the technology of making long rails by welding rail joints having the above-mentioned problems has become common.

主なレールの溶接方法の一つに、フラッシュバット溶接(例えば特許文献1参照)及びガス圧接(例えば特許文献2参照)がある。フラッシュバット溶接及びガス圧接は高能率であるが、大がかりな装置が必要である為、溶接工場又は溶接基地で採用されている。これら2つの溶接方法は圧接法であり、レール長手方向の加圧によりレール断面が膨らむことで、ビードが形成される。このビードの大部分は溶接後の高温時に油圧バイト等により削除され、ビードの残部は、グラインダー等を用いて研磨除去される。   One of the main rail welding methods is flash butt welding (see, for example, Patent Document 1) and gas pressure welding (see, for example, Patent Document 2). Although flash butt welding and gas pressure welding are highly efficient, they require a large-scale apparatus and are used in welding factories or welding bases. These two welding methods are pressure welding methods, and a bead is formed by expanding the rail cross section by pressurization in the rail longitudinal direction. Most of the bead is deleted by a hydraulic tool or the like at a high temperature after welding, and the remainder of the bead is polished and removed by using a grinder or the like.

一方、列車の通過の際にレールには曲げ荷重が加わり、レール底部には引張応力が生じる。この応力は車輪の通過ごとに発生するため、レールには高い疲労強度が必要となる。レールの溶接部は断面形状や材質の変化が生じる為、他の部分と比較して疲労強度が低下する場合が多い。レールの溶接部の疲労強度を向上させる技術としては、例えば特許文献3のうにショットピーニングや、ハンマーピーニング、グラインダー処理、TIGドレッシングを用いる方法がある。   On the other hand, when the train passes, a bending load is applied to the rail, and a tensile stress is generated at the bottom of the rail. Since this stress is generated every time the wheel passes, the rail needs high fatigue strength. Since the welded portion of the rail changes in cross-sectional shape and material, the fatigue strength often decreases compared to other portions. As a technique for improving the fatigue strength of the welded portion of the rail, for example, there is a method using shot peening, hammer peening, grinder processing, or TIG dressing as described in Patent Document 3.

前記ショットピーニング処理は直径数mmの鋼球を材料に打ち付けて材料表層を塑性変形させて、残留応力を加工硬化し、残留応力を圧縮化することで疲労強度を向上することができる。しかし、その処理には鋼球を投射、回集、粉塵防止のための大掛かりな設備が必要となり、大型の溶接部には適用が制限される。加えて投射材の摩滅、損壊を補給する必要があり、そのためのランニングコストが必要となる。   In the shot peening treatment, a steel ball having a diameter of several millimeters is hit against the material to plastically deform the material surface layer, the residual stress is work-hardened, and the fatigue strength can be improved by compressing the residual stress. However, the treatment requires large-scale equipment for projecting, collecting, and preventing dust from the steel balls, and its application is limited to large welds. In addition, it is necessary to replenish the wear and damage of the projection material, and a running cost for that is required.

また、前記ハンマーピーニングは工具の先端を材料に打撃して溶接部に塑性変形を与えて、圧縮応力を導入するとともに、塑性変形により応力集中を低減することで疲労強度が向上すると言われている。しかし打撃時の振動が大きく、作業者への負担が大きいことに加え、細かいコントロールが難しく、処理むらが生じやすい。例えば非特許文献1によると、処理条件によっては加工によって生じるシワ状の溝部が影響し、疲労強度の向上効果は小さいことが示されている。   The hammer peening is said to improve fatigue strength by striking the tip of the tool against the material to give plastic deformation to the weld, introducing compressive stress, and reducing stress concentration by plastic deformation. . However, in addition to a large vibration at the time of impact and a heavy burden on the operator, fine control is difficult and uneven processing tends to occur. For example, Non-Patent Document 1 shows that wrinkle-shaped grooves produced by processing are affected depending on processing conditions, and the effect of improving fatigue strength is small.

また、前記グラインダー処理はビード止端部を滑らかにすることで応力集中を下げることにより、確実な疲労強度の向上効果が期待できるが、削りすぎた場合は溶接部の肉厚が不足して強度低下を招くことから、処理に熟練を要し、作業に長時間を要するという欠点がある。   In addition, the grinder treatment can be expected to improve the fatigue strength by reducing the stress concentration by smoothing the toe end of the bead. Since the reduction is caused, there is a disadvantage that the processing requires skill and the work takes a long time.

また、前記TIGドレッシングは、溶接ビードの止端部をタングステン電極から発生するアークで再溶融させて、滑らかな形状に再凝固させて、応力集中を軽減することにより疲労強度を向上するものである。しかし、レールなどの難溶接材料では高い熟練技能と、厳格な施工管理が必要となる。   Further, the TIG dressing improves the fatigue strength by reducing the stress concentration by remelting the toe portion of the weld bead with an arc generated from a tungsten electrode and resolidifying it into a smooth shape. . However, highly difficult skills and strict construction management are required for difficult-to-weld materials such as rails.

特開昭56−136292号公報JP-A-56-136292 特開平11−270810号公報JP 11-270810 A 特開平3−249127号公報JP-A-3-249127 ・・・・三木、穴見、谷、杉本、「溶接止端部改良による疲労強度向上」、溶接学会論文集、Vol.17,No.1,P111-119(1999).... Miki, Ami, Tani, Sugimoto, "Improvement of fatigue strength by improving weld toe", Journal of the Japan Welding Society, Vol. 17, No. 1, P111-119 (1999)

レールの耐久性を向上させる為には、レールの溶接部の疲労強度をさらに向上させることが必要である。また、上述した溶接部の疲労強度を向上させる従来技術であるショットピーニング、ハンマーピーニング、グラインダー処理、TIGドレッシングに比べてより効果的に疲労強度の向上を実現することが要求される。   In order to improve the durability of the rail, it is necessary to further improve the fatigue strength of the welded portion of the rail. Further, it is required to improve the fatigue strength more effectively than the conventional techniques such as shot peening, hammer peening, grinder processing, and TIG dressing which improve the fatigue strength of the welded portion described above.

本発明は上記のような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、従来と比較して疲労強度が向上したロングレール及びその製造方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a long rail having improved fatigue strength as compared with the prior art and a method for manufacturing the same.

レールの溶接部に対して疲労試験を行うと、溶接部に形成されたビードの止端部に疲労亀裂が発生し、この疲労亀裂を起点として破断が生じる。本発明は、ビードの止端部に疲労亀裂が生じにくくすることにより、レールの溶接部の疲労強度を向上させるものである。   When a fatigue test is performed on the welded portion of the rail, a fatigue crack is generated at the toe portion of the bead formed in the welded portion, and the fracture occurs starting from the fatigue crack. The present invention improves the fatigue strength of the welded portion of the rail by making it difficult for fatigue cracks to occur at the toe portion of the bead.

すなわち本発明の要旨は以下の通りである。
(1)2本のレールをフラッシュバッド溶接又はガス圧接することにより製造されたロングレールであって、
溶接時のビード押し抜き直後に溶接部に残存していたビードの一方の止端部は、他方の止端部と比較して前記レールの表面に対して成す角度が鋭角であり、
前記一方の止端部は、表面から50μm以内の組織がパーライトを有しており、前記表面に対して垂直な断面において該パーライトの60%以上のラメラーが前記表面に対して±45°以下の角度を成していることを特徴とするロングレール。
That is, the gist of the present invention is as follows.
(1) A long rail manufactured by flash pad welding or gas pressure welding of two rails,
One toe end of the bead remaining in the welded part immediately after punching out the bead during welding has an acute angle with respect to the surface of the rail compared to the other toe part,
The one toe portion has a pearlite structure within 50 μm from the surface, and 60% or more lamellar of the pearlite is ± 45 ° or less with respect to the surface in a cross section perpendicular to the surface. A long rail characterized by an angle.

(2)前記断面において前記一方の止端部の表面から50μm以内に位置するパーライトの40%以上のラメラーが前記表面に対して±15°以下の角度を成していることを特徴とする上記(1)に記載のロングレール。
(3)前記一方の止端部は、前記断面において表面から50μm以内のパーライトの10%以上が、ラメラー間隔が70nm以下であることを特徴とする上記(1)又は(2)に記載のロングレール。
(4)前記一方の止端部の表面から50μm以内に位置するパーライトの5%以上は、前記断面においてラメラー間隔が50nm以下であることを特徴とする上記(3)に記載のロングレール。
(5)前記ロングレールの長手方向の断面において、前記一方の止端部は、曲率半径が1.5mm以上であることを特徴とする上記(1)〜(4)のいずれか一つに記載のロングレール。(6)前記一方の止端部の表面は、前記ロングレールの長手方向の残留応力が中立又は圧縮であることを特徴とする上記(1)〜(5)のいずれか一つに記載のロングレール。
(7)荷重繰り返し回数200万回での疲労限界が330MPa以上であることを特徴とする上記(1)〜(6)のいずれか一つに記載のロングレール。
(8)前記一方の止端部に超音波ピーニング処理が行われていることを特徴とする上記(1)〜(7)のいずれか一つに記載のロングレール。
(2) In the cross section, 40% or more lamellar of pearlite located within 50 μm from the surface of the one toe portion forms an angle of ± 15 ° or less with respect to the surface. The long rail described in (1).
(3) The long end as described in (1) or (2) above, wherein 10% or more of the pearlite within 50 μm from the surface in the cross section has a lamellar spacing of 70 nm or less. rail.
(4) The long rail according to (3) above, wherein a lamellar spacing of 50% or less of the pearlite located within 50 μm from the surface of the one toe is 50 nm or less in the cross section.
(5) In the longitudinal section of the long rail, the one toe portion has a radius of curvature of 1.5 mm or more, according to any one of the above (1) to (4), Long rail. (6) The long surface according to any one of the above (1) to (5), wherein the surface of the one toe portion is neutral or compressive in the longitudinal direction of the long rail. rail.
(7) The long rail as described in any one of (1) to (6) above, wherein a fatigue limit at 2 million load cycles is 330 MPa or more.
(8) The long rail as described in any one of (1) to (7) above, wherein an ultrasonic peening process is performed on the one toe.

本発明によれば、ビードの止端部に疲労亀裂が生じにくくすることにより、レールの溶接部の疲労強度を向上させることができる。   According to the present invention, fatigue strength of the welded portion of the rail can be improved by making it difficult for fatigue cracks to occur at the toe portion of the bead.

まず図1を用いてロングレールの形状について説明する。図1(A)はロングレールの長手方向の側面図であり、図1(B)は図1(A)のA−A´断面図である。本図に示すロングレールは、少なくとも2本のレールをフラッシュバット溶接又はガス圧接することにより製造される。このためロングレールには溶接部11が含まれる。溶接部11にはビード10が形成されている。以下、足部3の裏側をレール足裏3aとし、表側をレール足表3bとする。レール足裏3aの範囲はレール底面の直線部、レール足表3bは足部3の表面側の直線部及び足部3と柱部2の間の曲線部を含むこととする。   First, the shape of the long rail will be described with reference to FIG. FIG. 1A is a side view of the long rail in the longitudinal direction, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. The long rail shown in this figure is manufactured by flash butt welding or gas pressure welding at least two rails. For this reason, the welded portion 11 is included in the long rail. A bead 10 is formed on the welded portion 11. Hereinafter, the back side of the foot portion 3 is referred to as a rail foot surface 3a, and the front side is referred to as a rail foot surface 3b. The range of the rail foot 3a includes a straight line portion on the bottom surface of the rail, and the rail foot surface 3b includes a straight line portion on the surface side of the foot portion 3 and a curved portion between the foot portion 3 and the column portion 2.

図2(A)はロングレールの斜視図である。レールは、車輪との接触が生じるレール上部である頭部1、枕木に接地するレール下部である足部3、頭部1と足部3の中間の垂直部分である柱部2を有する。   FIG. 2A is a perspective view of the long rail. The rail has a head 1 that is an upper part of the rail that comes into contact with a wheel, a foot 3 that is a lower part of the rail that contacts the sleepers, and a pillar 2 that is a vertical part between the head 1 and the foot 3.

列車が通過する際、レールには車輪の通過ごとに曲げ荷重が作用し、レールには引張応力が生じる。レールの残留応力が圧縮応力になっている場合、曲げ荷重によって生じる応力は残留応力によって相殺され、実効応力は小さくなる。逆にレールの残留応力が引張応力になっている場合、実効応力は、曲げ荷重によって生じる応力と残留応力の相乗効果によって大きくなる。   When the train passes, a bending load acts on the rail every time the wheel passes, and tensile stress is generated on the rail. When the residual stress of the rail is a compressive stress, the stress caused by the bending load is offset by the residual stress, and the effective stress is reduced. Conversely, when the residual stress of the rail is a tensile stress, the effective stress increases due to the synergistic effect of the stress caused by the bending load and the residual stress.

なお、図2(A)において、足部3及び頭部1は長手方向に切断されており、ビード10の断面が示されている。   2A, the foot 3 and the head 1 are cut in the longitudinal direction, and a cross section of the bead 10 is shown.

図2(B)は図2(A)の足部3の長手方向の断面を示す図である。フラッシュバット溶接及びガス圧接は、レール長手方向の加圧によりレール断面が膨らむことで、ビード1が形成される。ビード10の大部分は、溶接後の高温時に、レールの断面形状と略同じ形状の油圧バイトにより打ち抜かれ、除去される。このため、溶接時のビード押し抜き直後において、ビード10の残部のうち、打ち抜き方向の上流側に位置する止端部10aは滑らかであるが、打ち抜き方向の下流側に位置する止端部10bには反りが形成され、止端部10bの付け根が足部3の表面に対して成す角度(例えば90°未満)は、止端部10aの付け根が足部3の表面に対して成す角度(例えば90°超)と比較して鋭角になる。このため、車輪の通過によって生じる応力は足部3のビード10の止端部10bに集中する。そしてフラッシュバット溶接又はガス圧接によって製造されたロングレールの疲労破壊は、足部3のビード10の止端部10bにする場合がほとんどである。特に溶接部11のうちレール足表3bは、部位ごとの熱履歴の差に起因して、残留応力が引張応力になっているため、レール足表3bに位置するビード10の止端部10bの表面は、破壊起点になりやすい。   FIG. 2B is a view showing a longitudinal section of the foot 3 in FIG. In flash butt welding and gas pressure welding, the bead 1 is formed by expanding the rail cross section by pressurization in the rail longitudinal direction. Most of the bead 10 is punched and removed by a hydraulic cutting tool having substantially the same cross-sectional shape as the rail at a high temperature after welding. For this reason, immediately after the bead punching during welding, the toe 10a located on the upstream side in the punching direction among the remaining parts of the bead 10 is smooth, but on the toe 10b located on the downstream side in the punching direction. The angle formed by the base of the toe portion 10b with respect to the surface of the foot portion 3 (for example, less than 90 °) is the angle formed by the base of the toe portion 10a with respect to the surface of the foot portion 3 (for example, It becomes an acute angle compared to (over 90 °). For this reason, the stress generated by the passing of the wheel concentrates on the toe 10b of the bead 10 of the foot 3. The fatigue failure of the long rail manufactured by flash butt welding or gas pressure welding is almost always the toe 10b of the bead 10 of the foot 3. In particular, the rail foot table 3b in the welded portion 11 has a tensile stress due to the residual stress due to the difference in the thermal history of each part, so that the toe 10b of the bead 10 located on the rail foot table 3b The surface is likely to be a starting point for destruction.

以上のことから、フラッシュバット溶接及びガス圧接によって製造されたロングレールの溶接部11の疲労強度を向上させる為には、少なくとも足部3に位置するビード10のうち、少なくともビード10の打ち抜き方向の下流側に位置する止端部10b表面の疲労強度を増加させて亀裂を入りにくくすること、少なくとも足部3に位置する止端部10bへの応力集中を緩和すること、並びに少なくとも足部3に位置する止端部10bの残留応力を中立又は圧縮方向にすること、の3点が効果的である。   From the above, in order to improve the fatigue strength of the welded part 11 of the long rail manufactured by flash butt welding and gas pressure welding, at least the bead 10 in the punching direction of the bead 10 located at the foot 3 is used. Increase the fatigue strength of the surface of the toe portion 10b located on the downstream side to make it difficult to crack, relieve stress concentration on at least the toe portion 10b located on the foot portion 3, and at least on the foot portion 3 The three points of making the residual stress of the toe portion 10b positioned to be neutral or compressive are effective.

パーライト組織のラメラー構造はセメンタイトラメラーとフェライトラメラーの層状構造となっている。ラメラー間隔は試料を鏡面研磨した後、1〜10%硝酸アルコール溶液(ナイタール)などでラメラー構造を現出させることで観察することができる。本発明においてラメラー間隔は、図12に示すように、継手の長手方向を含みビード方向に直角な断面内において測定する。ラメラー間隔Lは図13のA部断面の拡大図に示すように、セメンタイトラメラー50もしくはフェライトラメラー52の中心間隔である。ラメラーの向きと表面40の角度θは、図12に示すように、測定部位におけるラメラー方位と、測定部位に最も近い表面に平行な線との角度として測定する。   The lamellar structure of the pearlite structure is a layered structure of cementite tramler and ferrite lamellar. The lamellar spacing can be observed by mirror-polishing the sample and then revealing the lamellar structure with a 1 to 10% nitric acid alcohol solution (nital). In the present invention, the lamellar spacing is measured in a cross section including the longitudinal direction of the joint and perpendicular to the bead direction, as shown in FIG. The lamellar interval L is the center interval of the cementite tramler 50 or the ferrite lamellar 52 as shown in the enlarged view of the section A in FIG. The lamellar orientation and the angle θ of the surface 40 are measured as the angle between the lamellar orientation at the measurement site and the line parallel to the surface closest to the measurement site, as shown in FIG.

ビード10の止端部10bの疲労強度を増加させる為には、これらの部分の表面から50μm以内の組織が含んでいるパーライトの60%以上のラメラ−を、止端部10aの表面に対して垂直な断面(例えばレールの長手方向の断面)において表面に対して±45°以下の角度にすることが有効である。これは、一般的なパーライトのラメラーの配向方向がランダムであるのに対して、パーライトの半分以上のラメラーの配向方向が、応力が加わる方向に対して直角に近くなり、組織の強度に異方性を持たせることができるためである。なお、ビード10の止端部10aの表面から50μm以内の組織は、ほとんどがパーライトであるが、初析フェライトや残留している場合がある。   In order to increase the fatigue strength of the toe portion 10b of the bead 10, 60% or more of the pearlite contained in the structure within 50 μm from the surface of these portions is made to the surface of the toe portion 10a. It is effective to make an angle of ± 45 ° or less with respect to the surface in a vertical cross section (for example, a cross section in the longitudinal direction of the rail). This is because the orientation direction of general pearlite lamellar is random, but the orientation direction of more than half of pearlite lamellar is nearly perpendicular to the direction in which stress is applied, which is anisotropic to the strength of the tissue. It is because it can have sex. In addition, although the structure within 50 μm from the surface of the toe portion 10a of the bead 10 is mostly pearlite, it may be proeutectoid ferrite or may remain.

この場合、上記した断面において、端部10bの表面から50μm以内に位置するパーライトの40%以上のラメラーを表面に対して±15°以下の角度にすると、特に疲労強度が向上する。
また、上記した断面において止端部10bの表面から50μm以内のパーライトの10%以上のラメラー間隔(隣り合う2つのフェライト相の中心間隔)が70nm以下である場合も硬度が上昇する(例えばHv50以上)為、特に疲労強度が向上する。この場合、上記した断面において止端部10bの表面から50μm以内に位置するパーライトの5%以上のラメラー間隔が50nm以下である場合、さらに疲労強度が向上する。
In this case, in the above-described cross section, when the lamellar of 40% or more of pearlite located within 50 μm from the surface of the end portion 10b is set to an angle of ± 15 ° or less with respect to the surface, the fatigue strength is particularly improved.
Further, in the above-described cross section, the hardness increases (for example, Hv50 or more) when the lamellar interval (center interval between two adjacent ferrite phases) of 10% or more of pearlite within 50 μm from the surface of the toe portion 10b is 70 nm or less. Therefore, fatigue strength is particularly improved. In this case, when the lamellar spacing of 5% or more of pearlite located within 50 μm from the surface of the toe portion 10b in the above-described cross section is 50 nm or less, the fatigue strength is further improved.

止端部10bへの応力集中を緩和するためには、止端部10bの断面の曲率半径を1.5mm以上にして止端部10bの表面形状を滑らかにすることが有効である。   In order to alleviate the stress concentration on the toe portion 10b, it is effective to make the surface shape of the toe portion 10b smooth by setting the radius of curvature of the cross section of the toe portion 10b to 1.5 mm or more.

止端部10bの表面を上記した組織にし、止端部10bの断面の曲率半径を上記した値にし、かつ、止端部10bの残留応力を中立又は圧縮方向にする方法としては、止端部10bに超音波ピーニング処理(UIT:Ultrasonic Impact Treatment)を行う方法がある。これにより、荷重繰り返し回数200万回での溶接部の疲労限界を、非処理材と比較して30MPa以上増加させ、330MPa以上にすることができる。なお、超音波ピーニング処理を行う領域は、ビード10のうち柱部2及び足部3に位置する止端部10bの全域であってもよいが、ビード10のうち柱部2及び足部3に位置する止端部10a,10bの全域であっても良い。また足部3に位置する止端部10bの全域であってもよいし、足部3に位置する止端部10a,10bの全域であっても良い。なお、止端部10bに超音波ピーニング処理を行うと、上記した反りが鋭角でなくなる場合もある。   As a method of making the surface of the toe portion 10b as described above, setting the radius of curvature of the cross section of the toe portion 10b to the above value, and setting the residual stress of the toe portion 10b to a neutral or compression direction, the toe portion There is a method of performing ultrasonic peening treatment (UIT) in 10b. Thereby, the fatigue limit of the welded part when the number of load repetitions is 2 million times can be increased by 30 MPa or more and 330 MPa or more compared to the non-treated material. In addition, although the area | region which performs ultrasonic peening process may be the whole region of the toe part 10b located in the pillar part 2 and the foot | leg part 3 among the beads 10, it is in the pillar part 2 and the foot | leg part 3 among the beads 10. It may be the entire area of the toe portions 10a and 10b that are positioned. Moreover, the whole area of the toe part 10b located in the foot part 3 may be sufficient, and the whole area of the toe part 10a, 10b located in the foot part 3 may be sufficient. In addition, when the ultrasonic peening process is performed on the toe portion 10b, the warp described above may not be an acute angle.

超音波ピーニング処理は、打撃用部材(例えばピン形状)を振幅10μm〜100μm、周波数15kHz以上(好ましくは20kHz)で振動させ、この打撃用部材の先端で被処理部の表面を打撃する処理である。超音波ピーニング処理は、一回一回の打撃エネルギーはハンマーピーニングより小さくショットピーニングより大きい。また、超音波ピーニング処理は非常に多くの回数の打撃を表面に与える。このため、超音波ピーニング処理を行うことにより、ハンマーピーニング及びショットピーニングにはない効果を得ることができる。   The ultrasonic peening process is a process in which a striking member (for example, a pin shape) is vibrated with an amplitude of 10 μm to 100 μm and a frequency of 15 kHz or more (preferably 20 kHz), and the surface of the processing target is hit with the tip of the striking member. . In the ultrasonic peening process, the impact energy per time is smaller than hammer peening and larger than shot peening. Also, the ultrasonic peening process gives a very large number of hits to the surface. For this reason, the effect which is not in hammer peening and shot peening can be acquired by performing ultrasonic peening processing.

なお、超音波ピーニング処理の周波数が20kHz未満の場合(特に15kHz未満の場合)、振動周波数が可聴音域になる為、作業者や環境への影響が生じる。超音波ピーニング処理の周波数は高くなるほど加工エネルギーが大きくなるため好ましいが、超音波ピーニング処理の工具の製造費用を考えると、60kHzが上限になる。   When the frequency of the ultrasonic peening process is less than 20 kHz (particularly less than 15 kHz), the vibration frequency is in the audible sound range, which affects the operator and the environment. The higher the frequency of the ultrasonic peening process, the higher the machining energy, which is preferable. However, considering the manufacturing cost of the ultrasonic peening process tool, 60 kHz is the upper limit.

また、超音波ピーニング処理の振幅が10μm未満の場合、加工エネルギーが小さくなり処理時間が長くなる為、好ましくない。また振幅が100μm超の場合、超音波ピーニング処理の工具が大型化し、また処理効率の向上も多くない為、好ましくない。   Moreover, when the amplitude of the ultrasonic peening process is less than 10 μm, the processing energy is reduced and the processing time is increased, which is not preferable. In addition, when the amplitude exceeds 100 μm, the ultrasonic peening tool is increased in size and the processing efficiency is not greatly improved.

超音波ピーニング処理により上記した効果を得るためには、打撃用部材を、5mm/秒以上20mm/秒以下の速度で止端部10aに沿って少なくとも3パス以上移動させるのが好ましい。2パス以下の場合、処理が不十分な部分(例えばビード10とレール本体の境界線が残存する領域)が残ってしまい、この不十分な部分を起点として疲労亀裂が生じる可能性がある。なお、超音波ピーニング処理のパス回数が6回までは、回数を増やすごとに疲労強度が増加するが、7回以上にしても疲労強度はほとんど増加しない。このため、超音波ピーニング処理のパス回数は6回以下であるのが好ましい。   In order to obtain the above-described effect by the ultrasonic peening treatment, it is preferable to move the striking member at least 3 passes along the toe portion 10a at a speed of 5 mm / second or more and 20 mm / second or less. When the number of passes is two or less, a portion that is insufficiently processed (for example, a region where the boundary line between the bead 10 and the rail body remains) remains, and there is a possibility that fatigue cracks may occur starting from this insufficient portion. In addition, when the number of passes of the ultrasonic peening process is up to 6, the fatigue strength increases with each increase, but the fatigue strength hardly increases even when the number of passes is 7 or more. For this reason, it is preferable that the number of passes of the ultrasonic peening process is 6 or less.

また打撃用部材の直径は2mm以上5mm以下であるのが好ましい。打撃用部材の直径が2mm未満である場合は1パスにおける加工面積が小さくなり、止端部10aの断面の曲率半径を1.5mm以上にすることが難しくなる。一方、打撃用部材の直径が5mm超の場合は、加工エネルギーが分散されて処理効率が低下してしまう為、好ましくない。   The diameter of the striking member is preferably 2 mm or more and 5 mm or less. When the diameter of the striking member is less than 2 mm, the processing area in one pass becomes small, and it becomes difficult to make the radius of curvature of the cross section of the toe portion 10a 1.5 mm or more. On the other hand, when the diameter of the striking member exceeds 5 mm, the processing energy is dispersed and the processing efficiency is lowered, which is not preferable.

また打撃用部材の先端の曲率半径は1mm以上4mm以下であるのが好ましい。曲率半径が1mm未満の場合は、止端部10aの断面の曲率半径を1.5mm以上にすることが難しくなる。また、打撃用部材の先端の曲率半径が4mm超の場合、止端部10aの表面を滑らかにするために必要な処理面積が広がってしまい、処理効率が低下してしまう為、好ましくない。   Moreover, it is preferable that the curvature radius of the front-end | tip of a striking member is 1 mm or more and 4 mm or less. When the radius of curvature is less than 1 mm, it is difficult to make the radius of curvature of the cross section of the toe portion 10a 1.5 mm or more. Moreover, when the curvature radius of the front-end | tip of a striking member exceeds 4 mm, since the processing area required in order to smooth the surface of the toe part 10a will spread, and processing efficiency will fall, it is unpreferable.

なお、ビード10の止端部10bに超音波ピーニング処理を行うと、ビード10の残部を除去しなくても、超音波ピーニング処理をせずにビード10の残部をグラインダー等で除去する場合と比較して溶接部11の疲労強度が高くなる。超音波ピーニング処理を行う為に必要な労力及び技能レベルは、ビード10の残部をグラインダー等で研磨除去するために必要な労力及び技能レベルと比較して低くてすむ。このため、レールの溶接生産性が向上する。   When ultrasonic peening is performed on the toe 10b of the bead 10, the remaining part of the bead 10 is removed by a grinder or the like without performing the ultrasonic peening process even if the remaining part of the bead 10 is not removed. As a result, the fatigue strength of the welded portion 11 increases. The labor and skill level necessary for performing the ultrasonic peening process can be lower than the labor and skill level necessary for polishing and removing the remainder of the bead 10 with a grinder or the like. For this reason, the welding productivity of a rail improves.

超音波ピーニングを行う温度について以下に説明する。鋼材温度が500℃以上では鋼材の降伏点が極端に低く、超音波ピーニング処理によって著しく深い凹みが生じ、溶接部の応力集中が大きくなる。また、高温では回復現象が起こるため、加工による残留応力の圧縮化効果は得られない。温度の低下とともに鋼材の降伏点は回復し、300℃以下では室温の状態の80%〜90%、100℃では室温の状態の90%以上となり、回復現象も起きにくくなる。したがって必要以上に深い凹みの発生を避け、残留応力の圧縮化効果を得るためには材料温度は300℃以下、さらに望ましくは、100℃以下で処理を行うことが望ましい。
一方、鋼材温度がさらに低下するに従って、鋼材の靭性、延性は低下していく。このため、周囲温度が−20℃を下回ると、超音波ピーニング処理部に加工による亀裂発生の懸念があるため、−20℃以上の温度で処理を行うことが望ましい。
The temperature at which ultrasonic peening is performed will be described below. When the steel material temperature is 500 ° C. or higher, the yield point of the steel material is extremely low, and an extremely deep dent is generated by the ultrasonic peening treatment, and the stress concentration in the welded portion increases. Further, since a recovery phenomenon occurs at a high temperature, the effect of compressing residual stress due to processing cannot be obtained. As the temperature decreases, the yield point of the steel material recovers, and at 300 ° C. or less, it becomes 80% to 90% of the room temperature state, and at 100 ° C., it becomes 90% or more of the room temperature state. Therefore, in order to avoid the formation of dents deeper than necessary and to obtain the effect of compressing the residual stress, it is desirable to carry out the treatment at a material temperature of 300 ° C. or lower, more preferably 100 ° C. or lower.
On the other hand, as the steel material temperature further decreases, the toughness and ductility of the steel material decrease. For this reason, when the ambient temperature falls below −20 ° C., there is a concern that the ultrasonic peening treatment portion may be cracked due to processing. Therefore, it is desirable to perform the treatment at a temperature of −20 ° C. or higher.

疲労強度の評価試験は3点曲げ方式で行った。1mの距離でセットした台座の中心に1.5mに切断したレール溶接部を正立させた姿勢で置き、その中心部にレール頭部から押し治具で荷重を与えた。台座および押し治具のレールに接する部位の曲率半径は100mmRとした。付与する荷重はレール足裏に歪ゲージを接着し、その指示値が設定応力となるように調整した。試験応力は最低応力を3kgf/mmとし、試験する応力範囲に応じて最大応力を設定した。
荷重繰返し速度は5Hzとし、溶接部が破断した時点で試験を終了した。また、荷重繰返し回数が200万回まで非破断であった場合は、そこで試験を終了した。
The fatigue strength evaluation test was conducted by a three-point bending method. The rail welded portion cut to 1.5 m was placed in an upright posture at the center of the pedestal set at a distance of 1 m, and a load was applied to the center from the rail head with a pressing jig. The curvature radius of the part which touches the rail of a base and a pushing jig | tool was 100 mmR. The applied load was adjusted so that a strain gauge was bonded to the sole of the rail and the indicated value was set stress. The test stress was 3 kgf / mm 2 as the minimum stress, and the maximum stress was set according to the stress range to be tested.
The load repetition rate was 5 Hz, and the test was terminated when the weld was broken. Moreover, when the load repetition number was not broken up to 2 million times, the test was terminated there.

(参考例)
まず参考例について説明する。テルミット溶接法を用いてロングレールを製造し、このロングレールの溶接部に形成されたビードの止端部に、上記した条件で超音波ピーニング処理を行うことにより、複数の試料を作製した。複数の試料相互間は、超音波ピーニング処理の処理回数が異なっているが、他の作製条件は同じである。また、比較例として溶接まますなわち超音波ピーニング処理を行わないロングレールを作製した。
(Reference example)
First, a reference example will be described. A long rail was manufactured using the thermite welding method, and a plurality of samples were prepared by subjecting the toe end of the bead formed in the welded portion of the long rail to ultrasonic peening treatment under the above-described conditions. Although the number of ultrasonic peening treatments is different among a plurality of samples, other production conditions are the same. In addition, as a comparative example, a long rail was manufactured as-welded, that is, not subjected to ultrasonic peening.

図3(A)は、超音波ピーニング処理のパス回数が3回の試料における、ビード止端部の組織を示す断面SEM写真であり、図3(B)は図3(A)のビード止端部の表面部分を拡大した断面SEM写真である。この断面は、ビード止端部の表面に対して垂直な断面であり、レールの長手方向の断面である。本図から明らかなように、超音波ピーニング処理を所定量以上行うことにより、ビード止端部の表面部分の組織がパーライトとなり、該パーライトの多くのラメラーが表面に対して±45°以下の角度になった。   FIG. 3 (A) is a cross-sectional SEM photograph showing the structure of the bead toe portion in a sample with three passes of ultrasonic peening, and FIG. 3 (B) is the bead toe of FIG. 3 (A). It is the cross-sectional SEM photograph which expanded the surface part of the part. This cross section is a cross section perpendicular to the surface of the bead toe, and is a cross section in the longitudinal direction of the rail. As is clear from this figure, by performing ultrasonic peening treatment at a predetermined amount or more, the structure of the surface portion of the bead toe becomes pearlite, and many lamellars of the pearlite have an angle of ± 45 ° or less with respect to the surface. Became.

また、超音波ピーニング処理のパス回数が5回である試料1、及びパス回数が3回である試料2それぞれで、ビード止端部の表面から深さ50μmの範囲内において、ラメラー配向角度が±45°以下及び±15°以下の角度となっている領域それぞれの厚みを用いて測定し(表1)、かつラメラー間隔が100nm以下、70nm以下、及び50nm以下となっている領域それぞれの厚みを測定した(表2)。これらの測定には断面SEM写真を用いた。なお、各表は、それぞれの領域の厚みが深さ50μmの範囲内でどの程度の割合を占めるかを示す数値も含んでいる。   Further, in each of the sample 1 in which the number of passes of the ultrasonic peening process is 5 and the sample 2 in which the number of passes is 3 times, the lamellar orientation angle is within ± 50 μm from the surface of the bead toe. Measured using the thickness of each region having an angle of 45 ° or less and ± 15 ° or less (Table 1), and the thickness of each region having a lamellar spacing of 100 nm or less, 70 nm or less, and 50 nm or less. Measured (Table 2). A cross-sectional SEM photograph was used for these measurements. Each table also includes numerical values indicating how much the thickness of each region occupies within a range of 50 μm in depth.

試料1において、ラメラー配向角度が±45°以下及び±15°以下の角度となっている領域の厚みは、それぞれ40μm及び30μmであり、試料2において、ラメラー配向角度が±45°以下及び±15°以下の角度となっている領域の厚みは、それぞれ33μmであった。   In sample 1, the thicknesses of the regions where the lamellar orientation angles are ± 45 ° or less and ± 15 ° or less are 40 μm and 30 μm, respectively, and in sample 2, the lamellar orientation angles are ± 45 ° or less and ± 15. The thickness of the region having an angle of less than or equal to ° was 33 μm.

また、試料1において、ラメラー間隔が100nm以下、70nm以下、及び50nm以下となっている領域の厚みは、それぞれ9μm、8μm、及び5μmであり、試料2において、ラメラー間隔が100nm以下、70nm以下、及び50nm以下となっている領域の厚みは、それぞれ25μm、20μm、及び18μmであった。   In Sample 1, the thicknesses of the regions where the lamellar spacing is 100 nm or less, 70 nm or less, and 50 nm or less are 9 μm, 8 μm, and 5 μm, respectively, and in Sample 2, the lamellar spacing is 100 nm or less, 70 nm or less, And the thickness of the area | region which is 50 nm or less was 25 micrometers, 20 micrometers, and 18 micrometers, respectively.

また、試料1の硬度、残留応力、加工深さ、及び疲労強度は、Hv410、180〜200MPa、100〜200μm、及び300MPaであり、試料2の硬度、残留応力、加工深さ、及び疲労強度は、Hv520、180〜200MPa、100〜200μm、及び300MPaであった。   The hardness, residual stress, working depth, and fatigue strength of Sample 1 are Hv410, 180-200 MPa, 100-200 μm, and 300 MPa, and the hardness, residual stress, working depth, and fatigue strength of Sample 2 are Hv520, 180-200 MPa, 100-200 μm, and 300 MPa.

図4は、ビード止端部の表面から深さ50μmの範囲に位置するパーライトにおいて、ラメラー配向角度が±45°以下の角度となっている組織の比率及び±15°以下の角度となっている組織の比率と、超音波ピーニング処理のパス回数との関係を示すグラフである。上記した組織の比率は、断面SEM写真を目視で観察することにより算出した。   FIG. 4 shows the ratio of the structure in which the lamellar orientation angle is an angle of ± 45 ° or less and the angle of ± 15 ° or less in the pearlite located within a range of 50 μm in depth from the surface of the bead toe. It is a graph which shows the relationship between the ratio of a structure | tissue, and the frequency | count of a pass of an ultrasonic peening process. The above-mentioned structure ratio was calculated by visually observing a cross-sectional SEM photograph.

超音波ピーニング処理のパス回数が2回以下の場合は、ラメラー配向角度が±45°以下の角度となっている組織の比率は60%未満であり、またラメラー配向角度が±15°以下の角度となっている組織の比率は40%未満であった。これに対し、パス回数が3回以上になった場合、ラメラー配向角度が±45°以下の角度となっている組織の比率は70%以下になった。特にラメラー配向角度が±15°以下の角度となっている組織の比率は65%前後と、急激に上昇した。   When the number of passes of the ultrasonic peening process is 2 times or less, the ratio of the structure having a lamellar orientation angle of ± 45 ° or less is less than 60%, and the lamellar orientation angle is ± 15 ° or less. The ratio of the organization is less than 40%. On the other hand, when the number of passes was 3 or more, the ratio of the structure having a lamellar orientation angle of ± 45 ° or less was 70% or less. In particular, the ratio of the structure having a lamellar orientation angle of ± 15 ° or less increased rapidly to around 65%.

これらのことから、超音波ピーニング処理を一定以上行うことにより、ビード止端部の表面から深さ50μmの範囲に位置するパーライトにおいて、パーライトの60%以上のラメラーを表面に対して±45°以下の角度にし、かつ40%以上のラメラーを表面に対して±15°以下の角度にできることが示された。   Therefore, by performing ultrasonic peening treatment at a certain level or more, in pearlite located within a range of 50 μm in depth from the surface of the bead toe, a lamella of 60% or more of pearlite is ± 45 ° or less with respect to the surface. It was shown that a lamellar of 40% or more can be made an angle of ± 15 ° or less with respect to the surface.

図5は、ビード止端部の表面から深さ50μmの範囲に位置するパーライトにおいて、ラメラー間隔が100nm以下、70nm以下、及び50nm以下となっている領域の比率と、超音波ピーニング処理のパス回数との関係を示すグラフである。上記した組織の比率は、断面SEM写真を目視で観察することにより算出した。   FIG. 5 shows the ratio of the regions where the lamellar spacing is 100 nm or less, 70 nm or less, and 50 nm or less and the number of passes of ultrasonic peening treatment in the pearlite located within the range of 50 μm depth from the surface of the bead toe. It is a graph which shows the relationship. The above-mentioned structure ratio was calculated by visually observing a cross-sectional SEM photograph.

超音波ピーニング処理のパス回数が2回以下の場合、ラメラー間隔が100nm以下、70nm以下、及び50nm以下となっている領域の比率は、それぞれ20%未満、8%未満、及び5%未満であった。これに対し、パス回数が3回以上になった場合、ラメラー間隔が100nm以下、70nm以下、及び50nm以下となっている領域の比率は、それぞれ45%超、35%超、及び25%超であった。   When the number of passes of the ultrasonic peening process is 2 or less, the ratios of the regions where the lamellar spacing is 100 nm or less, 70 nm or less, and 50 nm or less were less than 20%, less than 8%, and less than 5%, respectively. It was. On the other hand, when the number of passes is 3 or more, the ratio of the regions where the lamellar spacing is 100 nm or less, 70 nm or less, and 50 nm or less is more than 45%, more than 35%, and more than 25%, respectively. there were.

これらのことから、超音波ピーニング処理を一定以上行うことにより、ビード止端部の表面から深さ50μmの範囲に位置するパーライトの10%以上を、ラメラー間隔が70nm以下にし、かつ5%以上をラメラー間隔が50nm以下にできることが示された。   From these facts, by performing ultrasonic peening treatment at a certain level or more, 10% or more of pearlite located within a range of 50 μm in depth from the surface of the bead toe is set to a lamellar spacing of 70 nm or less, and 5% or more. It was shown that the lamellar spacing can be 50 nm or less.

図6(A),(B),(C)は、ビード止端部の表面下50μmのビッカース硬度Hv(図6(A))、ビード止端部の表面のレール長手方向の残留応力(図6(B))、及びビード止端部の加工深さ(図6(C))それぞれが超音波ピーニング処理のパス回数によってどのように変化するかを示すグラフである。ビッカース硬度Hv測定時の押下力は100Nであり、残留応力は歪ゲージを用いた切り出し法により測定した。また加工深さは、超音波ピーニング処理によって形成された凹みの深さであり、加工深さが深いとビード止端部の曲率半径が大きくなり、かつ滑らかになる。   6A, 6B and 6C show the Vickers hardness Hv of 50 μm below the surface of the bead toe (FIG. 6A), the residual stress in the longitudinal direction of the rail on the surface of the bead toe (see FIG. 6). 6 (B)) and the processing depth of the bead toe portion (FIG. 6C) are graphs showing how each changes depending on the number of passes of the ultrasonic peening process. The pressing force when measuring the Vickers hardness Hv was 100 N, and the residual stress was measured by a cutting method using a strain gauge. The processing depth is the depth of the dent formed by the ultrasonic peening process. When the processing depth is deep, the radius of curvature of the bead toe becomes large and smooth.

超音波ピーニング処理のパス回数が6回以下の場合は、パス回数が増加するにつれてビッカース硬度Hvが増加し、残留応力が引張方向から圧縮方向に変化し、かつ加工深さが大きくなっていた。そしてビード止端部の曲率半径は1.5mm以上になった。しかしパス回数が7回以上になっても6回の場合と比較してビッカース硬度、残留応力、及び加工深さのいずれも変化がほとんど無かった。   When the number of passes of the ultrasonic peening process was 6 or less, the Vickers hardness Hv increased as the number of passes increased, the residual stress changed from the tensile direction to the compression direction, and the processing depth increased. And the curvature radius of the bead toe part became 1.5 mm or more. However, even when the number of passes was 7 or more, there was almost no change in any of the Vickers hardness, the residual stress, and the processing depth as compared with the case of 6 passes.

図7は、ロングレールの溶接部の疲労試験結果を示すグラフであり、縦軸に応力振幅を、横軸に破断回数を示している。溶接方法はテルミット溶接である。超音波ピーニング処理のパス回数が6回以下の場合は、いずれの応力振幅においても破断回数は増加しているが、パス回数が7回を超えても破断回数の増加はほとんどなかった。具体的には、比較例すなわち超音波ピーニング処理を行わない試料における溶接部の200万回疲労強度は230MPaであったのに対して、超音波ピーニング処理のパス回数が1回、3回、6回、及び12回それぞれの試料における溶接部の200万回疲労強度は、それぞれ240MPa、270MPa、300MPa、及び305MPaであった。   FIG. 7 is a graph showing the fatigue test results of the welded portion of the long rail, with the vertical axis indicating the stress amplitude and the horizontal axis indicating the number of breaks. The welding method is thermite welding. When the number of passes of ultrasonic peening treatment was 6 or less, the number of breaks increased at any stress amplitude, but even when the number of passes exceeded 7, the number of breaks hardly increased. Specifically, the fatigue strength of the welded part in the comparative example, ie, the sample not subjected to the ultrasonic peening treatment, was 230 MPa, whereas the number of passes of the ultrasonic peening treatment was 1, 3, 6 The 2 million times fatigue strength of the welded part in each of the 12th and 12th samples was 240 MPa, 270 MPa, 300 MPa, and 305 MPa, respectively.

このことから、テルミット溶接法を用いて製造されたロングレールにおいて、溶接部のビード止端部に所定量以上の超音波ピーニング処理を行うことにより、ビード止端部の表面から50μm以内の組織がパーライトを含み、該パーライトの60%以上のラメラーが前記表面に対して±45°以下の角度を成すようになり、レール長手方向の応力が中立又は圧縮方向になり、かつビード止端部の曲率半径が1.5mm以上になることが示された。その結果、溶接部の疲労強度が向上することが示された。また、超音波ピーニング処理のパス回数が3回を超えると比較例すなわち非処理材と比較して200万回疲労強度が30MPa以上増加し、6回を超えると非処理材と比較して200万回疲労強度が60MPa以上増加することが示された。   From this, in the long rail manufactured using the thermite welding method, the structure within 50 μm from the surface of the bead toe is obtained by performing ultrasonic peening treatment of a predetermined amount or more on the bead toe of the weld. 60% or more lamellar of the pearlite forms an angle of ± 45 ° or less with respect to the surface, the rail longitudinal stress is neutral or compression direction, and the curvature of the bead toe It was shown that the radius was 1.5 mm or more. As a result, it was shown that the fatigue strength of the welded portion is improved. Further, when the number of passes of the ultrasonic peening treatment exceeds 3 times, the fatigue strength increases by 30 MPa or more compared to the comparative example, that is, the non-treated material, and when it exceeds 6 times, 2 million times compared with the non-treated material. It was shown that the lap fatigue strength increased by 60 MPa or more.

(実施例1)
フラッシュバット溶接法を用いてロングレールを製造し、形成されたビードの大部分を高温時に打ち抜き除去した。そしてビードの残部の止端部の全域に、上記した条件で超音波ピーニング処理を行うことにより、複数の試料を作製した。複数の試料相互間は、超音波ピーニング処理の処理回数が異なっているが、他の条件は同じである。また、比較例として、超音波ピーニング処理を行わずにビードの残部をグラインダー等で研磨除去したロングレールを作製した。
Example 1
Long rails were manufactured using flash butt welding, and most of the formed beads were stamped and removed at high temperatures. And the several sample was produced by performing the ultrasonic peening process on the above-mentioned conditions in the whole area of the toe part of the remainder of a bead. The number of ultrasonic peening treatments is different between a plurality of samples, but other conditions are the same. Further, as a comparative example, a long rail was prepared by polishing and removing the remainder of the bead with a grinder without performing ultrasonic peening.

図8は、ロングレールの溶接部の疲労試験結果を示すグラフであり、縦軸に応力振幅を、横軸に破断回数を示している。超音波ピーニング処理のパス回数が6回以下の場合は、いずれの応力振幅においても破断回数は増加しているが、パス回数が7回を超えても破断回数の増加はほとんどなかった。また、比較例における溶接部の200万回疲労強度は300MPaであったのに対して、超音波ピーニング処理のパス回数が1回、3回、6回、及び12回それぞれの試料における溶接部の200万回疲労強度は、それぞれ315MPa、350MPa、390MPa、及び405MPaであった。   FIG. 8 is a graph showing the fatigue test results of the welded portion of the long rail, with the vertical axis indicating the stress amplitude and the horizontal axis indicating the number of breaks. When the number of passes of ultrasonic peening treatment was 6 or less, the number of breaks increased at any stress amplitude, but even when the number of passes exceeded 7, the number of breaks hardly increased. In addition, the fatigue strength of the welded part in the comparative example was 300 MPa, whereas the number of passes of the ultrasonic peening treatment was 1, 3, 6, and 12 in each of the samples. The 2 million times fatigue strength was 315 MPa, 350 MPa, 390 MPa, and 405 MPa, respectively.

このことから、フラッシュバット溶接法を用いて製造されたロングレールにおいて、溶接部のビード止端部に所定量以上の超音波ピーニング処理を行うことにより、参考例と同様の作用によりロングレールの溶接部の疲労強度が向上することが示された。また、超音波ピーニング処理のパス回数が3回を超えると比較例と比較して200万回疲労強度が50MPa以上増加し、6回を超えると比較例と比較して200万回疲労強度が90MPa以上増加することが示された。また、ビードを除去する労力と比較して超音波ピーニング処理を行う労力は小さかった。   For this reason, in long rails manufactured using the flash butt welding method, by performing ultrasonic peening treatment at a predetermined amount or more on the bead toes of the welded portion, welding of the long rail is performed in the same manner as in the reference example. It was shown that the fatigue strength of the part is improved. Further, if the number of passes of ultrasonic peening treatment exceeds 3 times, the fatigue strength of 2 million times increases by 50 MPa or more compared to the comparative example, and if it exceeds 6 times, the fatigue strength of 2 million times fatigue strength of 90 MPa compared to the comparative example. It was shown that it increased more. Moreover, the effort which performs an ultrasonic peening process was small compared with the effort which removes a bead.

(実施例2)
ガス圧接法を用いて複数のロングレールを製造し、これらのロングレールの溶接部に形成されたビードの大部分を、バイトを用いて熱間で押し抜いて除去した。そして、残存しているビードの止端部に、上記した条件で超音波ピーニング処理を行うことにより、複数の試料を作製した。複数の試料相互間は、超音波ピーニング処理の処理回数が異なっているが、他の条件は同じである。また、比較例として、ビードの残部をグラインダー等で研磨除去したロングレールを作製した。
(Example 2)
A plurality of long rails were manufactured using the gas pressure welding method, and most of the beads formed in the welded portions of these long rails were removed by hot punching using a cutting tool. And the some sample was produced by performing ultrasonic peening process on the above-mentioned conditions to the toe part of the remaining bead. The number of ultrasonic peening treatments is different between a plurality of samples, but other conditions are the same. Further, as a comparative example, a long rail was prepared by polishing and removing the remainder of the bead with a grinder or the like.

図9は、ロングレールの溶接部の疲労試験結果を示すグラフであり、縦軸に応力振幅を、横軸に破断回数を示している。超音波ピーニング処理のパス回数が6回以下の場合は、いずれの応力振幅においても破断回数は増加しているが、パス回数が7回を超えても破断回数の増加はほとんどなかった。また、比較例における溶接部の200万回疲労強度は300MPaであったのに対して、超音波ピーニング処理のパス回数が1回、3回、6回、及び12回それぞれの試料における溶接部の200万回疲労強度は、それぞれ320MPa、350MPa、395MPa、及び410MPaであった。   FIG. 9 is a graph showing the fatigue test results of the welded portion of the long rail, with the vertical axis indicating the stress amplitude and the horizontal axis indicating the number of breaks. When the number of passes of ultrasonic peening treatment was 6 or less, the number of breaks increased at any stress amplitude, but even when the number of passes exceeded 7, the number of breaks hardly increased. In addition, the fatigue strength of the welded part in the comparative example was 300 MPa, whereas the number of passes of the ultrasonic peening treatment was 1, 3, 6, and 12 in each of the samples. The 2 million times fatigue strength was 320 MPa, 350 MPa, 395 MPa, and 410 MPa, respectively.

このことから、ガス圧接法を用いて製造されたロングレールにおいて、溶接部のビード止端部に所定量以上の超音波ピーニング処理を行うことにより、参考例と同様の作用により疲労強度が向上することが示された。また、超音波ピーニング処理のパス回数が3回を超えると比較例と比較して200万回疲労強度が50MPa以上増加し、6回を超えると比較例と比較して200万回疲労強度が95MPa以上増加することが示された。   From this, in the long rail manufactured using the gas pressure welding method, the fatigue strength is improved by the same action as the reference example by performing ultrasonic peening treatment of a predetermined amount or more on the bead toe portion of the welded portion. It was shown that. Further, when the number of passes of ultrasonic peening treatment exceeds 3 times, the fatigue strength of 2 million times increases by 50 MPa or more compared to the comparative example, and when it exceeds 6 times, the fatigue strength of 2 million times fatigue strength becomes 95 MPa compared with the comparative example. It was shown that it increased more.

(実施例3)
フラッシュバッド溶接法を用いてロングレールを製造し、これらのロングレールの溶接部に形成されたビードの大部分を、バイトを用いて熱間で押し抜いて除去した。そして、このロングレールの溶接部に形成されたビードの止端部の全域に、上記した条件で超音波ピーニング処理(UIT処理)を3パス行い、さらにビードの残部を研磨除去した。また、比較例として、フラッシュバット溶接法を用いてロングレールを製造し、このロングレールの溶接部に形成されたビードをそのまま残して超音波ピーニング処理を行わなかった試料と、ロングレールの溶接部に形成されたビードの大部分を打ち抜き除去し、かつビードの残部をグラインダー等で研磨除去したロングレールを作製した。
Example 3
Long rails were manufactured using the flash bad welding method, and most of the beads formed on the welds of these long rails were removed by hot punching with a tool. Then, the ultrasonic peening process (UIT process) was performed on the entire area of the toe end of the bead formed in the welded part of the long rail under the above-described conditions, and the remaining part of the bead was polished and removed. In addition, as a comparative example, a long rail was manufactured using a flash butt welding method, and a sample which was not subjected to ultrasonic peening treatment while leaving a bead formed on the welded portion of the long rail, and a welded portion of the long rail A long rail was prepared by punching out and removing most of the beads formed on the substrate and polishing and removing the remainder of the beads with a grinder or the like.

図10は、これらの試料における溶接部の疲労試験結果を示すグラフである。なお、比較のために、実施例1のパス回数が3回の試料における溶接部の疲労試験結果も示す。フラッシュバット溶接法において、ビードの残部を除去した試料は、ビードを全く除去しない試料と比較して溶接部の疲労強度は高い。しかし、ビードの残部の止端部に超音波ピーニング処理を行うと、ビードの残部を除去しなくても、ビードの残部を除去した場合と比較して疲労強度を高くなることが示された。なお、ビードの残部の止端部に超音波ピーニング処理を行ったうえでビードの残部を研磨除去した場合、疲労強度が少し向上した。   FIG. 10 is a graph showing the fatigue test results of the welds in these samples. For comparison, the fatigue test result of the welded part in the sample of Example 1 with three passes is also shown. In the flash butt welding method, the sample from which the remaining bead is removed has a higher fatigue strength at the weld than the sample from which no bead is removed. However, it was shown that when ultrasonic peening is performed on the toe portion of the remaining portion of the bead, the fatigue strength is increased even if the remaining portion of the bead is not removed, as compared with the case where the remaining portion of the bead is removed. In addition, when the remaining part of the bead was polished and removed after performing ultrasonic peening treatment on the toe part of the remaining part of the bead, the fatigue strength was slightly improved.

(実施例4)
ガス圧接法を用いてロングレールを製造し、これらのロングレールの溶接部に形成されたビードの大部分を、バイトを用いて熱間で押し抜いて除去した。そして、このロングレールの溶接部に形成されたビードの止端部の全域に、上記した条件で超音波ピーニング処理(UIT処理)を3パス行い、さらにビードの残部を研磨除去した。また、比較例として、ガス圧接法を用いてロングレールを製造し、このロングレールの溶接部に形成されたビードをそのまま残して超音波ピーニング処理を行わなかった試料と、ロングレールの溶接部に形成されたビードの大部分を打ち抜き除去し、かつビードの残部をグラインダー等で研磨除去したロングレールを作製した。
Example 4
Long rails were manufactured using the gas pressure welding method, and most of the beads formed in the welded portions of these long rails were removed by hot punching using a cutting tool. Then, the ultrasonic peening process (UIT process) was performed on the entire area of the toe end of the bead formed in the welded part of the long rail under the above-described conditions, and the remaining part of the bead was polished and removed. In addition, as a comparative example, a long rail was manufactured using a gas pressure welding method, and a sample which was not subjected to ultrasonic peening treatment while leaving a bead formed on the welded portion of the long rail was directly applied to a welded portion of the long rail. A long rail was produced in which most of the formed beads were punched and removed, and the remainder of the beads were removed by grinding with a grinder or the like.

図11は、これらの試料における溶接部の疲労試験結果を示すグラフである。なお、比較のために、実施例2のパス回数が3回の試料における溶接部の疲労試験結果も示す。ガス圧接法において、ビードの残部を除去した試料は、ビードを全く除去しない試料と比較して溶接部の疲労強度は高い。しかし、ビードの残部の止端部に超音波ピーニング処理を行うと、ビードの残部を除去しなくても、ビードの残部を除去した場合と比較して疲労強度を高くなることが示された。なお、ビードの残部の止端部に超音波ピーニング処理を行ったうえでビードの残部を研磨除去した場合、疲労強度が少し向上した。   FIG. 11 is a graph showing the fatigue test results of the welds in these samples. For comparison, the fatigue test result of the welded part in the sample of Example 2 with three passes is also shown. In the gas pressure welding method, the sample from which the remaining part of the bead is removed has higher fatigue strength at the welded portion than the sample from which the bead is not removed at all. However, it was shown that when ultrasonic peening is performed on the toe portion of the remaining portion of the bead, the fatigue strength is increased even if the remaining portion of the bead is not removed, as compared with the case where the remaining portion of the bead is removed. In addition, when the remaining part of the bead was polished and removed after performing ultrasonic peening treatment on the toe part of the remaining part of the bead, the fatigue strength was slightly improved.

(実施例5)
表3は、フラッシュバッド溶接法又はガス圧接を用いて製造されたロングレールに本発明を適用した場合(発明例A1〜A24)と適用しなかった場合(比較例A1〜A9)の200万回疲労限界(MPa)を示している。発明例A1〜A24は、いずれも200万回疲労限界が325MPa以上であった。以下、詳細に説明するが、この説明において、組織、ラメラ−比率、及びパーライト比率は、ビード止端部の表面から50μm以内の組織を見た結果である。
(Example 5)
Table 3 shows 2 million times when the present invention is applied to the long rail manufactured using the flash pad welding method or gas pressure welding (Invention Examples A1 to A24) and when not applied (Comparative Examples A1 to A9). The fatigue limit (MPa) is shown. Inventive Examples A1 to A24 all had a fatigue limit of 2 million cycles of 325 MPa or more. Hereinafter, in detail, in this description, the structure, the lamella ratio, and the pearlite ratio are the results of viewing the structure within 50 μm from the surface of the bead toe.

詳細には、発明例A1〜A3は、表面とパーライトラメラーの角度が±45°以下の組織が60%以上であるため、200万回疲労限界が325MPaとなった。
また発明例A4〜A6は、表面とパーライトラメラーの角度が±45°以下の組織が60%以上であり、かつ表面とパーライトラメラーの角度が±15°以下の組織が40%以上であるため、200万回疲労限界が330MPaとなった。
Specifically, in Invention Examples A1 to A3, since the structure having an angle of ± 45 ° or less between the surface and the pearlite lamellar is 60% or more, the fatigue limit of 2 million cycles was 325 MPa.
In Invention Examples A4 to A6, the structure having an angle between the surface and the pearlite lamellar is ± 45 ° or less is 60% or more, and the structure having an angle between the surface and the pearlite lamellar is ± 15 ° or less is 40% or more. The 2 million fatigue limit was 330 MPa.

また、発明例A7〜A9は、表面とパーライトラメラーの角度が±45°以下の組織が60%以上であり、かつラメラー間隔が70nm以下のパーライトが10%以上であるため、200万回疲労限界が330MPa以上となった。
また、発明例A10〜A12は、表面とパーライトラメラーの角度が±45°以下の組織が60%以上であり、かつラメラー間隔が50nm以下のパーライトが5%以上であるため、200万回疲労限界が335MPa以上となった。
In Invention Examples A7 to A9, the structure where the angle between the surface and the pearlite lamellar angle is ± 45 ° or less is 60% or more, and the pearlite whose lamellar interval is 70 nm or less is 10% or more. Became 330 MPa or more.
In Invention Examples A10 to A12, the structure where the angle between the surface and the pearlite lamellar angle is ± 45 ° or less is 60% or more, and the pearlite whose lamellar interval is 50 nm or less is 5% or more. Was 335 MPa or more.

また、発明例A13〜A15は、表面とパーライトラメラーの角度が±45°以下の組織が60%以上であり、かつビード止端部の曲率半径が1.5mm以上であるため、200万回疲労限界が340MPa以上となった。   In Invention Examples A13 to A15, the structure in which the angle between the surface and the pearlite lamellar is ± 45 ° or less is 60% or more, and the radius of curvature of the bead toe is 1.5 mm or more. The limit was 340 MPa or more.

また、発明例A16〜A18は、表面とパーライトラメラーの角度が±45°以下の組織が60%以上であり、かつビード止端部の残留応力が中立又は圧縮方向であるため、200万回疲労限界が340MPa以上となった。   In Invention Examples A16 to A18, the structure in which the angle between the surface and the pearlite lamellar is ± 45 ° or less is 60% or more, and the residual stress at the bead toe is in the neutral or compressive direction. The limit was 340 MPa or more.

また、本発明例A19〜A21に示すように、超音波ピーニング処理を行わなくても200万回疲労限界が345MPa以上となる例もあった。   In addition, as shown in Invention Examples A19 to A21, there was an example in which the fatigue limit of 2 million cycles was 345 MPa or more without performing ultrasonic peening treatment.

また、発明例A22〜A24は、表面とパーライトラメラーの角度が±45°以下の組織が60%以上であり、かつビード止端部に超音波ピーニング処理を行ったため、200万回疲労限界が340MPa以上となった。   In Invention Examples A22 to A24, the structure where the angle between the surface and the pearlite lamellar is ± 45 ° or less is 60% or more, and the bead toe is subjected to ultrasonic peening treatment, so the fatigue limit of 2 million times is 340 MPa. That's it.

これに対し、比較例A1はビート止端部の組織がパーライトではなくベイナイトである為、超音波ピーニング処理を行い、活残留応力の方向が中立であったにもかかわらず、200万回疲労限界が270MPaであった。また、比較例A2〜A8は、表面とパーライトラメラーの角度が±45°以下の組織が50%以下であるため、超音波ピーニング処理を行ったにもかかわらず、200万回疲労限界が300MPa以下であった。また比較例9はピーニング処理の周波数(振動数)が超音波領域未満であり、かつ打撃用部材の先端径が小さかった為、200万回疲労限界が300MPaとなった。   On the other hand, in Comparative Example A1, the structure of the beat toe is not pearlite but bainite, so that ultrasonic peening was performed and the active residual stress direction was neutral, but the fatigue limit of 2 million times Was 270 MPa. In Comparative Examples A2 to A8, since the structure having an angle between the surface and the pearlite lamellar is ± 45 ° or less is 50% or less, the fatigue limit of 2 million cycles is 300 MPa or less despite the ultrasonic peening treatment. Met. In Comparative Example 9, since the frequency (frequency) of the peening treatment was less than the ultrasonic region and the tip diameter of the striking member was small, the 2 million times fatigue limit was 300 MPa.

このことから、フラッシュバッド溶接法又はガス圧接を用いて製造されたロングレールにおいて、ビード止端部の表面から50μm以内の組織がパーライトを含み、該パーライトの60%以上のラメラーが前記表面に対して±45°以下の角度を成すようになると、溶接部の疲労強度が向上することが示された。また、さらに、ラメラー間隔が70nm以下の組織の割合が10%以上になると、溶接部の疲労強度がさらに向上することが示された。また、さらに、ラメラー間隔が50nm以下の組織の割合が5%以上になると、溶接部の疲労強度がさらに向上することが示された。また、レール長手方向の応力が中立又は圧縮方向になると、溶接部の疲労強度がさらに向上することが示された。またビード止端部の曲率半径が1.5mm以上になると、溶接部の疲労強度がさらに向上することが示された。   From this, in the long rail manufactured using the flash bad welding method or gas pressure welding, the structure within 50 μm from the surface of the bead toe includes pearlite, and 60% or more lamellar of the pearlite is less than the surface. It has been shown that the fatigue strength of the welded portion is improved when the angle becomes ± 45 ° or less. Furthermore, it was shown that when the ratio of the structure having a lamellar spacing of 70 nm or less is 10% or more, the fatigue strength of the welded portion is further improved. Furthermore, it was shown that the fatigue strength of the welded portion is further improved when the proportion of the structure having a lamellar spacing of 50 nm or less is 5% or more. Moreover, it was shown that when the stress in the rail longitudinal direction becomes neutral or in the compression direction, the fatigue strength of the welded portion is further improved. Further, it was shown that when the radius of curvature of the bead toe portion is 1.5 mm or more, the fatigue strength of the welded portion is further improved.

(実施例6)
表4は、フラッシュバッド溶接法又はガス圧接を用いて製造されたロングレールにおいて、ビードをバイトで押し抜き除去し、かつ押し抜き方向の下流側のビート止端部に超音波ピーニング処理を行った場合(発明例B1〜B4)と、ビードを除去しないでビート止端部に超音波ピーニング処理を行った場合(比較例B1,B3〜B5)それぞれの場合における200万回疲労限界の値を示す表である。なお、200万回疲労限界の値は、ビードを除去せず、かつビート止端部に超音波ピーニング処理を行わなかった場合(比較例B2)の200万回疲労限界の値(230MPa)との差で示している。
(Example 6)
Table 4 shows that in a long rail manufactured by using the flash bad welding method or gas pressure welding, the bead was punched and removed with a cutting tool, and an ultrasonic peening process was performed on the beat toe end on the downstream side in the punching direction. In the cases (Invention Examples B1 to B4) and the case where ultrasonic peening is applied to the beat toe without removing the beads (Comparative Examples B1, B3 to B5), the fatigue limit value of 2 million times is shown. It is a table. In addition, the value of the 2 million times fatigue limit is the value of the 2 million times fatigue limit (230 MPa) when the bead is not removed and the ultrasonic peening treatment is not performed on the beat toe (Comparative Example B2). The difference is shown.

発明例B1〜B4は、比較例B2と比較して200万回疲労限界が40MPa以上向上した。特に発明例B2,B4は、打撃用部材の移動速度が5mm/秒以上20mm/秒以下であるため、非処理材と比較して200万回疲労限界が80MPa以上向上した。   Inventive Examples B1 to B4 have a 2 million times fatigue limit improved by 40 MPa or more compared to Comparative Example B2. In particular, in Invention Examples B2 and B4, since the moving speed of the striking member is 5 mm / second or more and 20 mm / second or less, the fatigue limit of 2 million cycles is improved by 80 MPa or more compared to the non-treated material.

これに対し、比較例B1,B3〜B5は、ビート止端部に超音波ピーニング処理を行わなかったため、非処理材と比較して200万回疲労限界が最大で30MPaしか向上しなかった。特に比較例B1は打撃用部材の移動速度が5mm/秒以上20mm/秒以下であるにもかかわらず、非処理材と比較して200万回疲労限界が10MPaしか向上しなかった。   On the other hand, in Comparative Examples B1, B3 to B5, since the ultrasonic peening treatment was not performed on the beat toe, the fatigue limit of 2 million times was improved only by 30 MPa as compared with the non-treated material. In particular, in Comparative Example B1, the fatigue limit of 2 million cycles was improved only by 10 MPa as compared with the non-treated material, even though the moving speed of the striking member was 5 mm / second or more and 20 mm / second or less.

(実施例7)
表5は様々な疲労強度改善方策をレールのフラッシュバット溶接部に適用した場合の疲労試験の結果と処理時間を示したものである。なお200万回疲労限界の値はビードを除去し、さらにグラインディング処理を行った比較例C4の200万回疲労限界の値(300MPa)との差で示している。
比較例C4はビード10をグラインディングによって完全に除去した例である。研磨工具は小型のディスクグラインダーを用いた。フラッシュバット溶接のビードは幅20mm、厚さ2mm程度であり、処理作業には20分以上を要する。生産性向上のためにはこの研磨作業が短縮できることが望ましい。
比較例C6は溶接ビードを高温時に油圧バイトで打ち抜いたままの状態である。疲労強度は標準工法である比較例C4のグラインディング材より30MPa程度低い。
(Example 7)
Table 5 shows the fatigue test results and processing time when various fatigue strength improvement measures are applied to the flash butt weld of the rail. The value of the 2 million times fatigue limit is shown by the difference from the value of the 2 million times fatigue limit (300 MPa) of Comparative Example C4 in which the beads were removed and further subjected to the grinding treatment.
Comparative Example C4 is an example in which the beads 10 are completely removed by grinding. A small disc grinder was used as the polishing tool. The flash butt welding bead has a width of about 20 mm and a thickness of about 2 mm, and the processing operation requires 20 minutes or more. In order to improve productivity, it is desirable that this polishing operation can be shortened.
Comparative Example C6 is a state where the weld bead is punched out with a hydraulic cutting tool at a high temperature. The fatigue strength is about 30 MPa lower than the grinding material of Comparative Example C4, which is a standard method.

比較例C1はショットピーニングの適用例である。ショット材は直径1mmφ、硬度Hv500の鋼球を用いた。処理範囲は、長手方向には溶接部の両側を各100mm、全幅で200mmとし、ショット材をレール足表部3b、柱部2に投射した。処理時間は、レール片側ずつを各10分間ずつとした。ショット材の噴射量は約0.5kg/秒、ショット材の鋼材への衝突速度は5m/秒とした。この結果、疲労強度は比較材に比べて僅かに向上した。しかし大掛かりなショットピーニング装置を導入する必要がある。   Comparative example C1 is an application example of shot peening. As the shot material, a steel ball having a diameter of 1 mmφ and a hardness of Hv500 was used. The treatment range was 100 mm on each side of the welded portion in the longitudinal direction and 200 mm in total width, and the shot material was projected on the rail foot surface portion 3 b and the column portion 2. The treatment time was 10 minutes for each rail side. The injection amount of the shot material was about 0.5 kg / second, and the collision speed of the shot material to the steel material was 5 m / second. As a result, the fatigue strength was slightly improved as compared with the comparative material. However, it is necessary to introduce a large shot peening apparatus.

比較例C2、C3はハンマーピーニングを適用した例である。ハンマーピーニングの動力として圧縮空気を用い、打撃頻度は毎秒40回とした。工具の移動速度は20mm/秒とした。
比較例C2は、鋼材表面に打撃される工具の先端曲率が15mmφの工具を用い、ビード10の止端部を集中的にハンマーピーニングした例である。加工は同じ位置を10パス繰り返した。加工部の凹みは深い部分ではレール母材表面から1.6mm程度あり、疲労強度は非処理材に比較して僅かに低下した。
Comparative examples C2 and C3 are examples in which hammer peening is applied. Compressed air was used as the power for hammer peening, and the striking frequency was 40 times per second. The moving speed of the tool was 20 mm / second.
The comparative example C2 is an example in which the toe end of the bead 10 is intensively hammer peened using a tool having a tip curvature of 15 mmφ hitting the steel material surface. Processing was repeated 10 passes at the same position. The depth of the processed part was about 1.6 mm from the surface of the rail base material in the deep part, and the fatigue strength slightly decreased compared to the non-treated material.

比較例C3はビード10の止端部から長さ方向に10mmの範囲で足表、足裏にハンマーピーニングした例である。工具先端の曲率半径を4mmφの工具を使い、凹みが大きくならないように、エア圧力を下げて(5bar)丹念に処理した。処理時間には約30分間を要した。疲労強度は比較材としたグラインディング処理の比較例C4と同等であった。   Comparative Example C3 is an example in which hammer peening was performed on the front and back of the foot within a range of 10 mm in the length direction from the toe portion of the bead 10. Using a tool with a radius of curvature of 4 mmφ at the tip of the tool, the air pressure was lowered (5 bar) so that the dent would not become large. The processing time required about 30 minutes. The fatigue strength was equivalent to that of Comparative Example C4 of the grinding treatment as a comparative material.

比較例C5は、ビード10の止端部をTIG溶接機により幅約5mmの範囲で再溶融させて、滑らかな形状に再凝固させた例である。疲労強度は比較材にくらべてむしろ低下した。また処理部の割れ防止のために400℃に予熱するために20分を要した。   Comparative Example C5 is an example in which the toe portion of the bead 10 is remelted in a range of about 5 mm in width by a TIG welder and re-solidified into a smooth shape. The fatigue strength decreased rather than the comparative material. Further, it took 20 minutes to preheat to 400 ° C. in order to prevent cracking of the treated portion.

発明例C1はビード止端部に超音波ピーニングを適用した例で、処理条件は発明例A23と同様の条件を適用したものであり、短時間の処理で効率的に疲労性能の改善が得られた。
以上、超音波ピーニングは、他の疲労強度改善方法より効率的で効果的に疲労強度の向上が得られることが示された。
Invention Example C1 is an example in which ultrasonic peening is applied to the bead toe, and the processing conditions are the same as those of Invention Example A23, and fatigue performance can be improved efficiently in a short time. It was.
As described above, it has been shown that ultrasonic peening is more efficient and effective in improving fatigue strength than other methods for improving fatigue strength.

ロングレールの長手方向の側面図。The side view of the longitudinal direction of a long rail. (A)はロングレールの斜視図、(B)は(A)の足部3の長手方向の断面を示す図。(A) is a perspective view of a long rail, (B) is a figure which shows the cross section of the longitudinal direction of the leg part 3 of (A). 参考例であり、(A)は超音波ピーニング処理のパス回数が3回の試料における、ビード止端部の組織を示す断面SEM写真、(B)は(A)のビード止端部の表面部分を拡大した断面SEM写真。It is a reference example, (A) is the cross-sectional SEM photograph which shows the structure | tissue of the bead toe part in the sample whose frequency | count of the ultrasonic peening process is 3 times, (B) is the surface part of the bead toe part of (A) An enlarged cross-sectional SEM photograph. 参考例であり、ラメラー配向角度が±45°以下の角度となっている組織の比率及び±15°以下の角度となっている組織の比率と、超音波ピーニング処理のパス回数との関係を示すグラフ。This is a reference example, and shows the relationship between the ratio of the tissue having a lamellar orientation angle of ± 45 ° or less and the ratio of the tissue having an angle of ± 15 ° or less and the number of passes of the ultrasonic peening process. Graph. 参考例であり、ビード止端部の表面から深さ50μmの範囲に位置するパーライトにおいて、ラメラー間隔が100nm以下、70nm以下、及び50nm以下となっている領域の比率と、超音波ピーニング処理のパス回数との関係を示すグラフ。In the pearlite located in the range of 50 μm depth from the surface of the bead toe, the ratio of the regions where the lamellar spacing is 100 nm or less, 70 nm or less, and 50 nm or less, and the path of ultrasonic peening treatment A graph showing the relationship with the number of times. 参考例であり、ビード止端部の表面下50μmのビッカース硬度Hv((A))、ビード止端部の表面のレール長手方向の残留応力((B))、及びビード止端部の加工深さ((C))それぞれが超音波ピーニング処理のパス回数によってどのように変化するかを示すグラフ。It is a reference example, Vickers hardness Hv ((A)) 50 μm below the surface of the bead toe, the residual stress in the rail longitudinal direction on the surface of the bead toe ((B)), and the processing depth of the bead toe (C) is a graph showing how each changes according to the number of passes of the ultrasonic peening process. 参考例であり、テルミット溶接法を用いたロングレールの溶接部の疲労試験結果を示すグラフ。The graph which is a reference example and shows the fatigue test result of the welding part of a long rail using the thermite welding method. 実施例1における溶接部の疲労試験結果を示すグラフ。3 is a graph showing fatigue test results of welds in Example 1. FIG. 実施例2における溶接部の疲労試験結果を示すグラフ。6 is a graph showing a fatigue test result of a welded portion in Example 2. 実施例3における溶接部の疲労試験結果を示すグラフ。10 is a graph showing a fatigue test result of a welded portion in Example 3. 実施例4における溶接部の疲労試験結果を示すグラフ。10 is a graph showing a fatigue test result of a welded portion in Example 4. ラメラー間隔及びラメラーの角度の測定方法を説明するための図。The figure for demonstrating the measuring method of a lamellar space | interval and a lamellar angle. 図12のA部の拡大図。The enlarged view of the A section of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1…レールの頭部、2…レールの柱部、3…レールの足部、3a…レール足裏、3b…レール足表、10…ビード、10a,10b…止端部、11…溶接部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Rail head part, 2 ... Rail pillar part, 3 ... Rail foot part, 3a ... Rail foot sole, 3b ... Rail foot surface, 10 ... Bead, 10a, 10b ... Stop end part, 11 ... Welded part

Claims (8)

2本のレールをフラッシュバッド溶接又はガス圧接することにより製造されたロングレールであって、 溶接時のビード押し抜き直後に溶接部に残存していたビードの一方の止端部は、他方の止端部と比較して前記レールの表面に対して成す角度が鋭角であり、 前記一方の止端部は、表面から50μm以内の組織がパーライトを有しており、前記表面に対して垂直な断面において該パーライトの60%以上のラメラーが前記表面に対して±45°以下の角度を成していることを特徴とするロングレール。   A long rail manufactured by flash-bad welding or gas pressure welding of two rails, and one toe of the bead remaining in the weld immediately after the bead is pushed out during welding is the other stop The angle formed with respect to the surface of the rail as compared with the end portion is an acute angle, and the one end portion has a pearlite structure within 50 μm from the surface, and is a cross section perpendicular to the surface. In the long rail, 60% or more of the pearlite has an angle of ± 45 ° or less with respect to the surface. 前記断面において前記一方の止端部の表面から50μm以内に位置するパーライトの40%以上のラメラーが前記表面に対して±15°以下の角度を成していることを特徴とする請求項1に記載のロングレール。   2. The lamellar of 40% or more of pearlite located within 50 μm from the surface of the one toe in the cross section forms an angle of ± 15 ° or less with respect to the surface. Long rail described. 前記一方の止端部は、前記断面において表面から50μm以内のパーライトの10%以上が、ラメラー間隔が70nm以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載のロングレール。   3. The long rail according to claim 1, wherein the one toe portion has 10% or more of pearlite within 50 μm from the surface in the cross section and a lamellar spacing of 70 nm or less. 前記一方の止端部の表面から50μm以内に位置するパーライトの5%以上は、前記断面においてラメラー間隔が50nm以下であることを特徴とする請求項3に記載のロングレール。   4. The long rail according to claim 3, wherein a lamellar interval of 50% or less of the pearlite located within 50 μm from the surface of the one toe portion is 50 nm or less in the cross section. 前記ロングレールの長手方向の断面において、前記一方の止端部は、曲率半径が1.5mm以上であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のロングレール。   5. The long rail according to claim 1, wherein a radius of curvature of the one toe portion is 1.5 mm or more in a longitudinal section of the long rail. 前記一方の止端部の表面は、前記ロングレールの長手方向の残留応力が中立又は圧縮であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載のロングレール。   6. The long rail according to claim 1, wherein the surface of the one toe portion has a neutral or compressive residual stress in the longitudinal direction of the long rail. 荷重繰り返し回数200万回での疲労限界が330MPa以上であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載のロングレール。   The long rail according to any one of claims 1 to 6, wherein a fatigue limit at 2 million load cycles is 330 MPa or more. 前記一方の止端部に超音波ピーニング処理が行われていることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載のロングレール。   The long rail according to any one of claims 1 to 7, wherein an ultrasonic peening process is performed on the one toe.
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