JP6064515B2

JP6064515B2 - rail

Info

Publication number: JP6064515B2
Application number: JP2012235067A
Authority: JP
Inventors: 木村　達己; 達己木村; 清史上井; 遠藤　茂; 茂遠藤
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2012-10-24
Filing date: 2012-10-24
Publication date: 2017-01-25
Anticipated expiration: 2032-10-24
Also published as: JP2014084507A

Description

本発明は、特に、レールの頭部表面の硬さ低下の小さい耐久性に優れた高強度のレールに関するものである。 In particular, the present invention relates to a high-strength rail excellent in durability with a small decrease in hardness of the head surface of the rail.

貨物輸送や鉱山鉄道の貨車は、その積載重量が客車の場合と比較して重いため、貨車の車軸にかかる荷重は高く、レールと車輪との間の接触環境は非常に苛酷である。こうした環境で用いられるレールには耐摩耗性が求められており、従来、パーライト組織をもつ鋼が用いられている。 Freight transportation and mining railway freight cars have a heavier load than passenger cars, so the load applied to the axle of the freight car is high, and the contact environment between the rails and wheels is very severe. The rail used in such an environment is required to have wear resistance, and steel having a pearlite structure is conventionally used.

近年、鉄道輸送における高効率化を目指して、貨物や鉱物の積載重量の更なる増加などが進められた結果、レールの摩耗が一層激しくなっており、レール交換寿命は短くなっている。
ここに、レールの交換寿命の延長をはかるべくレールの耐摩耗性を向上することが求められ、レール硬さを高めた高硬度のレールが数多く提案されている。 In recent years, with the aim of increasing the efficiency of railway transportation, the load of cargo and minerals has been further increased, and as a result, the wear of rails has become more severe and the rail replacement life has been shortened.
Here, in order to extend the replacement life of the rail, it is required to improve the wear resistance of the rail, and many high-hardness rails with improved rail hardness have been proposed.

例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３および特許文献４については、セメンタイトの量を増加させた過共析レールおよびその製造方法に関するものである。さらに、特許文献５、特許文献６および特許文献７については、共析炭素レベルの鋼に対してパーライト組織のラメラー間隔を微細化することで高硬度化を図った技術である。 For example, Patent Document 1, Patent Document 2, Patent Document 3 and Patent Document 4 relate to a hypereutectoid rail having an increased amount of cementite and a method for producing the same. Furthermore, Patent Document 5, Patent Document 6 and Patent Document 7 are techniques for increasing the hardness by refining the lamellar spacing of the pearlite structure with respect to the eutectoid carbon level steel.

かように、パーライト熱処理レールの硬さ向上が検討されているが、その鋼中の炭素量は概ねやや亜共析系の0.6％Ｃ〜共析を超えるＣレベルの1.0％程度である。そのため、レールの製造工程においてレールの頭部表層が脱炭され、表面硬さが低下してしまう。ここでの脱炭層の深さは、場合によっては１mm以上の深さにまで存在することがあり、レール使用初期の耐摩耗性や耐損傷性を低下させる要因となっている。 Thus, although the improvement in the hardness of the pearlite heat-treated rail has been studied, the carbon content in the steel is about 0.6% C of the hypoeutectoid system to about 1.0% of the C level exceeding the eutectoid system. Therefore, the head surface layer of the rail is decarburized in the rail manufacturing process, and the surface hardness is reduced. The depth of the decarburized layer here may exist up to a depth of 1 mm or more depending on the case, which is a factor of reducing the wear resistance and damage resistance in the initial use of the rail.

このような脱炭を防止するための方策として、特許文献８では、レールの炭素量に応じて鋼片の最大加熱温度や1100℃以上に加熱する時間を制御した提案がなされている。この提案は、炭素量が0.9％以上を対象とした脱炭がしやすい過共析レールに関するものである。しかしながら、これよりＣ量が少なくて比較的脱炭が少ないとされる、0.8％Ｃ系の共析系レールにおいても、図１に当該レールの頭部の深さ方向Ｃ濃度を示すように、深さ１mm程度の領域で炭素濃度が低下しており、脱炭が生じているが、この種のレールに対しては、特許文献８の手法は効果に乏しいものであった。なぜなら、レールの圧延を考慮すると、鋼片を高温域まで加熱する必要があり、操業の間隔が変動する結果、保持時間の短縮も困難なことが多いためである。 As a measure for preventing such decarburization, Patent Document 8 proposes a method in which the maximum heating temperature of the steel slab and the time for heating to 1100 ° C. or higher are controlled in accordance with the amount of carbon in the rail. This proposal relates to a hypereutectoid rail that is easy to decarburize for carbon content of 0.9% or more. However, even in the 0.8% C eutectoid rail, which is said to have a smaller amount of C and relatively less decarburization than this, as shown in FIG. 1 in the depth direction C concentration of the head of the rail, Although the carbon concentration is reduced in a region having a depth of about 1 mm and decarburization occurs, the technique of Patent Document 8 is ineffective for this type of rail. This is because, considering the rolling of the rail, it is necessary to heat the steel slab to a high temperature range, and as a result of fluctuations in the operation interval, it is often difficult to shorten the holding time.

特許4272385号公報Japanese Patent No. 4272385 特許3078461号公報Japanese Patent No. 3078461 特許3081116号公報Japanese Patent No. 3081116 特許3513427号公報Japanese Patent No. 3513427 特許4390004号公報Japanese Patent No.4390004 特開2009-108396号公報JP 2009-108396 A 特開2009-235515号公報JP 2009-235515 A 特許4272437号公報Japanese Patent No. 4272437

そこで、本発明は、パーライト組織を有する高強度レールについて、頭部の表層脱炭を抑制して表面の硬さの低下を防止した、耐摩耗性に優れるレールを提供しようとするものである。 Therefore, the present invention intends to provide a high-strength rail having a pearlite structure, which suppresses surface decarburization of the head and prevents a decrease in surface hardness, and has excellent wear resistance.

発明者らは、レールの頭部の表層脱炭を抑制する方途について鋭意究明したところ、化学成分の設計によって1.0％以下のＣ系レールにおいても脱炭の抑制が可能であることを見出し、本発明を導くに到った。
すなわち、本発明の要旨構成は、次のとおりである。
１．質量パーセントで
Ｃ：0.60〜1.0％、
Si：0.1〜1.5％、
Mn：0.01〜1.5％、
Cr：0.1〜2.0％、
Sb：0.005〜0.5％、
Ｐ：0.035％以下および
Ｓ：0.030％以下
を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物の化学成分を有し、少なくともレールの頭部は、パーライト組織であり、かつ脱炭層の深さが0.5mm以下、該脱炭層のパーライトラメラー間隔が0.15μm以下、初析フェライトの面積分率が３％以下であり、表面硬さＡ（HB）と表面から３mmの深さにおける硬さＢ（HB）との比Ａ／Ｂが0.97以上であるレール。 The inventors diligently studied how to suppress the surface decarburization of the head of the rail, and found that the decarburization can be suppressed even in a C-type rail of 1.0% or less by designing the chemical composition. It came to lead invention.
That is, the gist configuration of the present invention is as follows.
1. In mass percent C: 0.60 to 1.0%,
Si: 0.1-1.5%
Mn: 0.01 to 1.5%
Cr: 0.1-2.0%
Sb: 0.005 to 0.5%,
P: 0.035% or less and S: containing 0.030% or less, and the balance have a chemical composition of Fe and unavoidable impurities, at least the rail head is pearlite, and the depth of the decarburized layer 0.5mm Hereinafter, the pearlite lamellar spacing of the decarburized layer is 0.15 μm or less, the area fraction of pro-eutectoid ferrite is 3% or less, surface hardness A (HB), and hardness B (HB) at a depth of 3 mm from the surface A rail whose ratio A / B is 0.97 or more .

２．前記化学成分は、さらに、質量パーセントで
Cu：0.01〜1.0％、
Ni：0.01〜0.5％、
Mo：:0.01〜0.5％、
Ｖ：0.001〜0.15％および
Nb:0.001〜0.030％
から選ばれる１種または２種以上を含有する前記１に記載のレール。 2. The chemical component is further expressed in weight percent.
Cu: 0.01 to 1.0%,
Ni: 0.01-0.5%
Mo :: 0.01-0.5%
V: 0.001 to 0.15% and
Nb: 0.001 ~ 0.030%
2. The rail according to 1 above, containing one or more selected from:

本発明によれば、脱炭による表面の硬度低下が極めて少ないため、レールにとって重要な耐摩耗性や耐疲労損傷性をレールの新品時から発揮することができる。 According to the present invention, since the hardness reduction of the surface due to decarburization is extremely small, the wear resistance and fatigue damage resistance important for the rail can be exhibited from the time when the rail is new.

レールの頭部の深さ方向Ｃ濃度を示すグラフである。It is a graph which shows the depth direction C density | concentration of the head of a rail.

まず、本発明のレールにおける、各化学成分の限定理由について以下に述べる。なお、化学成分に関する％表示は、特に断らない限り質量パーセントを示している。
Ｃ：0.60〜1.0％
Ｃは、パーライト系レールにおいて、セメンタイトを形成し硬さや強度を高め、耐摩耗性を向上させる重要な元素である。しかし、0.60％未満ではそれらの効果が小さいことから下限を0.60％とした。一方、過度のＣ量はセメンタイト量の増加を意味しており、硬さや強度の上昇が期待できるが、延性は逆に低下する。また、Ｃ量の増加はγ＋θ域の温度範囲を拡大させ、溶接熱影響部の軟化を助長する。これらの悪影響を考慮して、Ｃの上限は1.0％とした。好ましい範囲としては、0.70〜0.97％の範囲である。 First, the reasons for limiting each chemical component in the rail of the present invention will be described below. In addition, unless otherwise indicated, the% display regarding a chemical component has shown the mass percentage.
C: 0.60 to 1.0%
C is an important element for forming cementite, increasing hardness and strength, and improving wear resistance in pearlite rails. However, since the effect is small at less than 0.60%, the lower limit was made 0.60%. On the other hand, an excessive amount of C means an increase in the amount of cementite, and an increase in hardness and strength can be expected, but the ductility decreases conversely. Moreover, the increase in the amount of C expands the temperature range of the γ + θ region, and promotes softening of the weld heat affected zone. Considering these adverse effects, the upper limit of C is set to 1.0%. A preferable range is 0.70 to 0.97%.

Si：0.1〜1.5％
Siは、レール材に脱酸剤およびパーライト組織強化のために添加するが、0.1％未満ではこれらの効果が小さい。一方、Siの過度の含有は脱炭を促進させることや、レールの表面疵の生成を促進させることから、上限を1.5％とした。好ましくは、0.2〜1.3％の範囲である。 Si: 0.1-1.5%
Si is added to the rail material in order to strengthen the deoxidizer and the pearlite structure, but if the content is less than 0.1%, these effects are small. On the other hand, excessive content of Si promotes decarburization and promotes formation of rail surface defects, so the upper limit was made 1.5%. Preferably, it is 0.2 to 1.3% of range.

Mn：0.01〜1.5％
Mnは、パーライト変態温度を低下させ、パーライトラメラー間隔を緻密にする効果があるため、レール内部まで高硬度を維持するために有効な元素であり、0.01％未満ではその効果が小さい。一方、1.5％を超えての添加は、パーライトの平衡変態温度（TE）を低下させるとともにマルテンサイト変態し易くなるので、上限を1.5％とした。好ましくは、0.3〜1.3％の範囲である。 Mn: 0.01-1.5%
Mn has an effect of lowering the pearlite transformation temperature and making the pearlite lamellar spacing dense, so it is an effective element for maintaining high hardness up to the inside of the rail, and its effect is small at less than 0.01%. On the other hand, addition over 1.5% lowers the pearlite equilibrium transformation temperature (TE) and facilitates martensitic transformation, so the upper limit was made 1.5%. Preferably, it is 0.3 to 1.3% of range.

Ｐ：0.035％以下
Ｐは、0.035％超えると靭性や延性を低下させる。そのため、Ｐは0.035％以下に抑制する必要がある。好適範囲としては0.025％以下に制限する。なお、Ｐ量を極力低減するために特殊精錬などを行うと溶製のコスト上昇を招くことから、下限は0.001％とすることが好ましい。 P: 0.035% or less When P exceeds 0.035%, toughness and ductility are reduced. Therefore, P needs to be suppressed to 0.035% or less. The preferred range is limited to 0.025% or less. In addition, if special refining or the like is performed in order to reduce the amount of P as much as possible, the cost of melting is increased, so the lower limit is preferably set to 0.001%.

Ｓ：0.030％以下
Ｓは、圧延方向に伸展した粗大なMnSを形成して、延性や靭性を低下させる。そのため、Ｓは0.030％以下、好ましくは0.015％以下に抑制する必要がある。なお、Ｓ量を極力低減するには溶製処理時間の増大など溶製時のコストアップが著しいため、下限は0.0005％とすることが好ましい。 S: 0.030% or less S forms coarse MnS that extends in the rolling direction and decreases ductility and toughness. Therefore, S needs to be suppressed to 0.030% or less, preferably 0.015% or less. In addition, in order to reduce the amount of S as much as possible, since the cost increase at the time of smelting such as an increase in the smelting treatment time is remarkable, the lower limit is preferably made 0.0005%.

Cr：0.1〜2.0％
Crは、平衡変態温度（TE）を上昇させ、パーライトラメラー間隔の微細化に寄与して、硬さや強度を上昇させる。また、Sbとの併用効果で脱炭層生成抑制に有効である。そのため、0.1％以上の添加を必要とする。一方、2.0％を超えての添加は、溶接欠陥の発生を増加させるとともに、焼入れ性を増加させマルテンサイトの生成を促進させる。そのため、上限を2.0％とした。より好ましくは、0.2％〜1.5％の範囲である。
なお、SiとCrの添加量の総量は、2.0％以下とすることが望ましい。Si＋Crが2.0％を超える場合には、スケールの密着性が増すためにスケールの剥離が阻害され、脱炭が促進される。そのため、Si＋Crは2.0％以下とすることが望ましい。 Cr: 0.1-2.0%
Cr raises the equilibrium transformation temperature (TE), contributes to the refinement of the pearlite lamellar spacing, and increases the hardness and strength. In addition, the combined use effect with Sb is effective in suppressing decarburization layer formation. Therefore, addition of 0.1% or more is required. On the other hand, addition exceeding 2.0% increases the occurrence of weld defects and increases the hardenability and promotes the formation of martensite. Therefore, the upper limit was made 2.0%. More preferably, it is in the range of 0.2% to 1.5%.
The total amount of Si and Cr added is desirably 2.0% or less. When Si + Cr exceeds 2.0%, the adhesion of the scale is increased, so that peeling of the scale is hindered and decarburization is promoted. Therefore, Si + Cr is desirably 2.0% or less.

Sb：0.005〜0.5％
Sbは、レール鋼素材を加熱炉で再加熱する際に、その再加熱中の脱炭を防止するという顕著な効果を有する。特に、Crとの併用において、Sbが0.005％以上で脱炭層を軽減する効果がある。一方、0.5％を超えての添加は効果が飽和することから、上限を0.5％とした。好ましくは0.01〜0.3％である。 Sb: 0.005-0.5%
Sb has a remarkable effect of preventing decarburization during reheating when reheating the rail steel material in a heating furnace. In particular, when used in combination with Cr, Sb is 0.005% or more and has an effect of reducing the decarburized layer. On the other hand, the addition exceeding 0.5% saturates the effect, so the upper limit was made 0.5%. Preferably it is 0.01 to 0.3%.

上記の化学組成には、さらに、Ｃu：0.01〜1.0％、Ｎi：0.01〜0.5％、Mo:0.01〜0.5％、Ｖ:0.001〜0.15％およびNb:0.001〜0.030％の１種または２種以上を添加することができる。
Cu：0.01〜1.0％
Cuは、固溶強化により一層の高硬度化を図ることができる元素である。また、脱炭抑制にも効果がある。この効果を期待するためには、0.01％以上で添加することが好ましい。一方、1.0％を超えての添加は連続鋳造時や圧延時に表面割れを生じ易くすることから、上限を1.0％とすることが好ましい。0.05〜0.6％の範囲がより一層好ましい。 The above chemical composition further includes one or more of Cu: 0.01 to 1.0%, Ni: 0.01 to 0.5%, Mo: 0.01 to 0.5%, V: 0.001 to 0.15% and Nb: 0.001 to 0.030%. Can be added.
Cu: 0.01-1.0%
Cu is an element that can achieve higher hardness by solid solution strengthening. It is also effective in suppressing decarburization. In order to expect this effect, it is preferable to add at 0.01% or more. On the other hand, addition exceeding 1.0% tends to cause surface cracking during continuous casting or rolling, so the upper limit is preferably made 1.0%. A range of 0.05 to 0.6% is even more preferable.

Ni：0.01〜0.5％
Niは、靭性や延性を向上させるのに有効な元素である。また、Cuと複合添加することでCu割れを抑制するのにも有効な元素であるため、Cuを添加する場合にNiを添加することが望ましい。但し、0.01％未満ではこれら効果が認められないことから、下限を0.01％とすることが好ましい。一方、0.5％を超えての添加は、焼入れ性を高めマルテンサイトの生成を促進させることから、上限を0.5％とすることが好ましい。
より好ましくは、0.05〜0.3％の範囲である。 Ni: 0.01-0.5%
Ni is an element effective for improving toughness and ductility. Moreover, since it is an element effective also for suppressing Cu cracking by adding together with Cu, it is desirable to add Ni when adding Cu. However, since these effects are not observed at less than 0.01%, the lower limit is preferably 0.01%. On the other hand, addition over 0.5% increases the hardenability and promotes the formation of martensite, so the upper limit is preferably made 0.5%.
More preferably, it is 0.05 to 0.3% of range.

Mo：0.01〜0.5％
Moは、高強度化に有効な元素であるが、0.01％未満ではその効果が小さいため、下限を0.01％とすることが好ましい。一方、0.5％を超えての添加は、焼入れ性を高めてマルテンサイトの生成をまねくため、靭性や延性を極端に低下させる。そのため、上限は0.5％とすることが好ましい。より好ましくは、0.05〜0.3％の範囲である。 Mo: 0.01-0.5%
Mo is an element effective for increasing the strength, but its effect is small if it is less than 0.01%, so the lower limit is preferably made 0.01%. On the other hand, addition exceeding 0.5% increases the hardenability and leads to the formation of martensite, so that the toughness and ductility are extremely reduced. Therefore, the upper limit is preferably 0.5%. More preferably, it is 0.05 to 0.3% of range.

Ｖ：0.001〜0.15％
Ｖは、VCあるいはVNなどを形成してフェライト中へ微細に析出し、フェライトの析出強化を通して高強度化に寄与する元素である。また、水素のトラップサイトとしても機能し、遅れ破壊を抑制する効果も期待できる。そのためには、0.001％以上で添加することが好ましい。一方、0.15％を超えての添加は、それらの効果が飽和するのに対して合金コストの上昇が甚だしいため、上限を0.15％とすることが好ましい。より好適には、0.005〜0.12％の範囲である。 V: 0.001 to 0.15%
V is an element that forms VC or VN and precipitates finely in ferrite and contributes to high strength through precipitation strengthening of ferrite. It also functions as a hydrogen trap site and can be expected to suppress delayed fracture. For that purpose, it is preferable to add at 0.001% or more. On the other hand, if the addition exceeds 0.15%, the effect is saturated, but the alloy cost is significantly increased, so the upper limit is preferably made 0.15%. More preferably, it is 0.005 to 0.12% of range.

Nb：0.001〜0.030％
Nbは、オーステナイトの未再結晶温度を上昇させ、圧延時のオーステナイト中への加工歪の導入によるパーライトコロニーやブロックサイズの微細化に有効であり、延性や靭性向上に対して有効な元素である。その効果を期待するためには、0.001％以上で添加することが好ましい。一方、0.030％を超えての添加は、凝固過程でNb炭窒化物を晶出させ、清浄性を低下させるため、上限を0.030％とすることが好ましい。より好ましくは、0.003〜0.025％である。 Nb: 0.001 to 0.030%
Nb is an effective element for increasing the non-recrystallization temperature of austenite and reducing the size of pearlite colonies and blocks by introducing processing strain into austenite during rolling and improving ductility and toughness. . In order to expect the effect, it is preferable to add at 0.001% or more. On the other hand, addition over 0.030% causes Nb carbonitride to crystallize during the solidification process and lowers cleanliness, so the upper limit is preferably made 0.030%. More preferably, it is 0.003 to 0.025%.

上記した成分以外の残部は、Feおよび不可避的不純物である。不可避的不純物として、Ｎについては0.015％まで、Ｏについては0.004％まで、Ｈについては0.0003％まで、それぞれ混入を許容できる。また、硬質のAlNやTiNについては転動疲労特性を低下させるため、Alについては0.001％以下、Tiも0.001％以下とすることが望ましい。 The balance other than the above components is Fe and inevitable impurities. As unavoidable impurities, N can be mixed up to 0.015%, O can be mixed up to 0.004%, and H can be mixed up to 0.0003%. Also, in order to reduce rolling fatigue characteristics for hard AlN and TiN, it is desirable that Al is 0.001% or less and Ti is 0.001% or less.

上記した化学成分を有するレールは、さらに所定の、脱炭層深さ、表面硬さおよびミクロ組織を有することが好ましく、それぞれの規定理由について以下に述べる。
［脱炭層の深さが0.5mm以下］
レール頭部の表層に生成する脱炭層の深さが0.5mmを超える場合、レール敷設直後のレール摩耗が促進するとともに、塑性流動に伴う微視亀裂を生じ、耐損傷性も低下させることから、脱炭層の厚みを0.5mm以下に規制した。なお、レール使用時には敷設直後に削正が行われるのが通例であり、脱炭層の厚みが0.5mm未満であれば、この削正によりおおむね脱炭層が除去されることも利点である。そのため、脱炭層深さは0.5mm以下と限定した。好ましくは0.3mm以下である。
なお、脱炭層の定義は以下のとおりである。すなわち、レール頭部より分析サンプルを採取し、埋め込み研磨後、表面から深さ領域にＥＰＭＡを用いて炭素のライン分析（図１参照）を行う。その際に、炭素の強度値がバルクになった時点までの表面からの深さ領域を脱炭層とする。 It is preferable that the rail having the above-described chemical component further has a predetermined decarburized layer depth, surface hardness, and microstructure, and the reasons for each will be described below.
[Decarburized layer depth is 0.5mm or less]
When the depth of the decarburized layer generated on the surface layer of the rail head exceeds 0.5 mm, the rail wear immediately after the rail laying is promoted, microscopic cracks caused by plastic flow occur, and damage resistance also decreases. The thickness of the decarburized layer was regulated to 0.5 mm or less. In addition, when a rail is used, it is common that the correction is performed immediately after laying. If the thickness of the decarburized layer is less than 0.5 mm, it is also advantageous that the decarburized layer is generally removed by this correction. Therefore, the decarburized layer depth was limited to 0.5 mm or less. Preferably it is 0.3 mm or less.
The definition of the decarburized layer is as follows. That is, an analysis sample is taken from the rail head, and after embedded polishing, carbon line analysis (see FIG. 1) is performed using EPMA in the depth region from the surface. At that time, the depth region from the surface up to the point when the strength value of carbon becomes bulk is defined as a decarburized layer.

［レールの頭部の表面硬さＡ（HB）と前記頭部表面から３mmの深さにおける硬さＢ（HB）との比Ａ／Ｂが0.97以上］
レールの耐摩耗性は、基本的には硬さと相関しており、レールの頭部表面から内側にかけての組織がパーライトであり、且つ表面より内側でより高硬度であることが望ましい。レール表層の脱炭層の硬さが内部（頭部表面から３mmの深さ）の硬さよりも小さい場合には、車輪との接触に伴うレール表層の塑性流動が大きくなり、微視亀裂が生成、成長することでレールの耐損傷性を低下させる。そのため、比Ａ／Ｂは0.97以上とした。
ここで、レールの頭部表面の硬さはHB370以上、好ましくはHB390以上であることが、レールに優れた耐摩耗性を付与する上で好ましい。 [The ratio A / B of the surface hardness A (HB) of the rail head to the hardness B (HB) at a depth of 3 mm from the head surface is 0.97 or more]
The wear resistance of the rail basically correlates with the hardness, and it is desirable that the structure from the head surface to the inner side of the rail is pearlite, and the hardness is higher on the inner side than the surface. When the hardness of the decarburized layer of the rail surface layer is smaller than the hardness of the inside (3 mm depth from the head surface), the plastic flow of the rail surface layer accompanying the contact with the wheel increases, and microcracks are generated, Growing reduces the damage resistance of the rail. Therefore, the ratio A / B is set to 0.97 or more.
Here, the hardness of the surface of the head of the rail is preferably HB370 or higher, preferably HB390 or higher, in order to impart excellent wear resistance to the rail.

［レールのミクロ組織：頭部の脱炭層のパーライトラメラー間隔が0.15μm以下および、初析フェライトの面積分率が３％以下］
脱炭層を除くレール頭部のミクロ組織は、パーライト組織である。ここでいうパーライト組織とは、板状のフェライトとセメンタイトとからなる層状のラメラー組織のことを指す。そして、パーライトラメラー間隔が、少なくともレール頭部のレール使用深さである25mmまでの深さについては、0.15μm以下であることが好ましい。0.15μmを超える場合には、耐磨耗性と耐損傷性が低下する。さらに好ましくは、0.12μm以下である。 [Rail microstructure: The pearlite lamellar spacing of the decarburized layer at the head is 0.15 μm or less, and the area fraction of pro-eutectoid ferrite is 3% or less]
The microstructure of the rail head excluding the decarburized layer is a pearlite structure. Here, the pearlite structure refers to a lamellar lamellar structure composed of plate-like ferrite and cementite. The pearlite lamellar spacing is preferably 0.15 μm or less for at least the depth up to 25 mm, which is the rail usage depth of the rail head. When it exceeds 0.15 μm, the wear resistance and damage resistance are reduced. More preferably, it is 0.12 μm or less.

一方、レール頭部の脱炭層の組織も、耐磨耗性と耐損傷性の確保の観点からパーライトラメラー間隔が0.15μm以下のパーライト組織である。但し、パーライト組織以外に、脱炭に伴う初析フェライトが僅かに生成することもある。この初析フェライトの面積分率が３％を超える場合には、耐磨耗性と耐損傷性を低下させることから、その上限を３％とした。なお、レールの頭部以外の部位についても、上記のミクロ組織を有することが好ましい。 On the other hand, the structure of the decarburized layer on the rail head is also a pearlite structure with a pearlite lamellar spacing of 0.15 μm or less from the viewpoint of ensuring wear resistance and damage resistance. However, in addition to the pearlite structure, proeutectoid ferrite accompanying decarburization may be slightly generated. When the area fraction of pro-eutectoid ferrite exceeds 3%, the wear resistance and damage resistance are lowered, so the upper limit was made 3%. In addition, it is preferable that parts other than the head of the rail also have the above microstructure.

なお、レール表面のラメラー間隔とは、レール表面を含む断面組織観察用のサンプル（埋め込み後に研磨）を用意し、ナイタールで腐食させた後、走査型電子顕微鏡を用いて観察倍率15000倍以上で表面〜0.5mm深さまでの領域について、ラメラー間隔の細かい部分を少なくとも５視野以上観察し、ラメラーが密に観察されている部分のラメラー間隔を線分法で測定し、その平均値として求めた。一方、初析フェライト分率については、同様にナイタールで腐食させた後、光学顕微鏡にて倍率５００倍以上の倍率でレール表面から0.5mm深さの範囲で0.1mm^２以上の視野を観察、撮影し、初析フェライトを画像処理することで観察視野に対する初析フェライトの面積を導出して、フェライト分率とした。 The rail surface lamellar spacing refers to the surface of the cross-sectional structure observation sample including the rail surface (polishing after embedding), corroded with nital, and then observed with a scanning electron microscope at an observation magnification of 15000 times or more. In a region up to a depth of 0.5 mm, at least five areas of fine lamellar spacing were observed, the lamellar spacing of the portion where lamellar was closely observed was measured by the line segment method, and the average value was obtained. On the other hand, the pro-eutectoid ferrite fraction was similarly corroded with nital, then observed and photographed with an optical microscope at a magnification of 500 times or more and a field of view of 0.1 mm ² or more within a depth of 0.5 mm from the rail surface. Then, the area of the pro-eutectoid ferrite with respect to the observation field was derived by image processing of the pro-eutectoid ferrite to obtain the ferrite fraction.

次に、レールの製造方法について詳しく述べる。
高炉、溶銑予備処理、転炉およびRH脱ガスなどの溶製法プロセスにて、上記した化学成分に調整された溶鋼を、連続鋳造法にて素材とし、この素材を1150〜1300℃に加熱するに当たり、当該温度域での滞留時間を0.5〜５ｈとすることが望ましい。すなわち、加熱温度が1150℃未満では圧延時の変形抵抗が高く、成形性が低下する。一方、1300℃を超えての加熱はスケールロスおよび脱炭を大きくする。滞留時間は成形性の観点から0.5ｈ以上は必要であるが、５ｈを超えると脱炭層が増加するため、５ｈ以下とする必要がある。
かくして鋳片を加熱したのち、粗圧延、本圧延、そして仕上圧延を行いレール形状に熱間圧延を行う。その際、ブレークダウンや粗圧延のリバース圧延工程では少なくとも１０００℃以上の温度で３回以上のデスケーリングを行い、圧延過程で進行する脱炭を抑制することが望ましい。
熱間圧延後は、所定の強度レベルに応じて空冷や加速冷却を行って構わない。 Next, the rail manufacturing method will be described in detail.
In the process of blast furnace, hot metal pretreatment, converter and RH degassing, etc., the molten steel adjusted to the above chemical composition is used as a raw material by continuous casting method, and this material is heated to 1150 ~ 1300 ℃. The residence time in the temperature range is desirably 0.5 to 5 hours. That is, when the heating temperature is less than 1150 ° C., the deformation resistance during rolling is high, and the formability decreases. On the other hand, heating above 1300 ° C increases scale loss and decarburization. The residence time is required to be 0.5 h or longer from the viewpoint of formability, but if it exceeds 5 h, the decarburized layer increases, so it is necessary to set it to 5 h or shorter.
After the slab is heated in this manner, rough rolling, main rolling, and finish rolling are performed, and hot rolling into a rail shape is performed. In that case, it is desirable to suppress decarburization that proceeds in the rolling process by performing descaling at least three times at a temperature of 1000 ° C. or more in the reverse rolling process of breakdown or rough rolling.
After hot rolling, air cooling or accelerated cooling may be performed according to a predetermined strength level.

表１に示す化学組成を有する鋼を溶製して、加熱、熱間圧延および冷却の工程を経てレールを製造した。その製造条件を表２に示す。次いで、製造されたレールの表層の硬さおよびミクロ組織を評価し、その結果を表２に併記した。
表２に示すように、Sbを添加していないベース鋼から製造したレールでは、脱炭層が0.88mm深さまで存在しており、表面と３mm深さとの硬さ比Ａ／Ｂは0.96であった。一方、Sbを発明範囲内で添加した鋼から製造した発明例のレールでは、脱炭層が0.5mm以下の深さまでに減少しており、それに伴い硬さ比Ａ／Ｂも0.97以上まで増加し、表面の脱炭に伴う硬さ低下が軽減されていた。
ここで、Sb量が発明範囲外のレールは、ベース鋼と同様に脱炭層が深くまで及び、表面と３mm深さの硬さ比Ａ／Ｂも0.97％未満と低く、表面硬さは低下していた。また、Sb量は発明範囲内であるものの、Cr量が発明範囲の下限に満たないレールは、脱炭層が0.55mmの深さまで存在しており、表面と３mm深さとの硬さ比Ａ／Ｂは0.97未満と低く、表面硬さは低下していた。 Steel having the chemical composition shown in Table 1 was melted, and a rail was manufactured through heating, hot rolling and cooling steps. The production conditions are shown in Table 2. Next, the hardness and microstructure of the surface layer of the manufactured rail were evaluated, and the results are also shown in Table 2.
As shown in Table 2, in the rail manufactured from the base steel to which Sb was not added, the decarburized layer was present up to a depth of 0.88 mm, and the hardness ratio A / B between the surface and the depth of 3 mm was 0.96. . On the other hand, in the rail of the invention example manufactured from steel added with Sb within the scope of the invention, the decarburized layer is reduced to a depth of 0.5 mm or less, and accordingly the hardness ratio A / B is also increased to 0.97 or more, The decrease in hardness associated with surface decarburization was reduced.
Here, the rail whose Sb content is outside the scope of the invention extends to the depth of the decarburized layer as well as the base steel, the hardness ratio A / B between the surface and the depth of 3 mm is as low as less than 0.97%, and the surface hardness decreases. It was. Moreover, although the amount of Sb is within the range of the invention, the rail whose Cr amount is less than the lower limit of the range of the invention has a decarburized layer up to a depth of 0.55 mm, and the hardness ratio A / B between the surface and the depth of 3 mm Was less than 0.97 and the surface hardness was reduced.

Claims

In mass percent C: 0.60 to 1.0%,
Si: 0.1-1.5%
Mn: 0.01 to 1.5%
Cr: 0.1-2.0%
Sb: 0.005 to 0.5%,
P: 0.035% or less and S: containing 0.030% or less, and the balance have a chemical composition of Fe and unavoidable impurities, at least the rail head is pearlite, and the depth of the decarburized layer 0.5mm Hereinafter, the pearlite lamellar spacing of the decarburized layer is 0.15 μm or less, the area fraction of pro-eutectoid ferrite is 3% or less, surface hardness A (HB), and hardness B (HB) at a depth of 3 mm from the surface A rail whose ratio A / B is 0.97 or more .

The chemical component is further expressed in weight percent.
Cu: 0.01 to 1.0%,
Ni: 0.01-0.5%
Mo :: 0.01-0.5%
V: 0.001 to 0.15% and
Nb: 0.001 to 0.030%
The rail of Claim 1 containing 1 type, or 2 or more types chosen from these.