JP7222372B2 - レールの冷却装置、冷却方法及び製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、レールの冷却装置、冷却方法及び製造方法に関する。

熱間圧延で製造されるレールには、オーステナイト温度域以上の所定温度で圧延が終了した直後、あるいは圧延・放冷後にオーステナイト温度域以上の所定温度まで再加熱した後に、硬度や靱性等の品質を向上させる目的で強制冷却を施すものがある。特に、天然資源採掘現場での輸送用鉄道は一般的な旅客用鉄道と比べて積載量が重く過酷な環境で使用されるため、レールの摩耗が激しく、頻繁にレールの交換が必要となる。レールの交換頻度を抑制するために、より高硬度で耐摩耗性の高いレールが求められている。このような高硬度レールの内部の結晶組織については、ベイナイト組織では耐摩耗性が低く、マルテンサイト組織では延性や靱性が低くなってしまうため、パーライト組織とすることが望ましい。また、パーライトは、ラメラー間隔が微細なほど耐摩耗性や靱性が向上するためラメラー間隔の微細化も重要となる。このような微細パーライト組織を得るためには高い冷却速度で平衡変態温度よりも十分低い温度まで冷却した過冷却状態で変態を進行させなければならない。一方で冷却速度が過大な場合にはベイナイト変態やマルテンサイト変態を生じるため、上記のように特性が悪化してしまう。従って、高硬度レールの熱処理では高い精度で冷却制御を行う必要がある。

上述のように熱間圧延直後あるいは再加熱後の高温のレールを熱処理する際には、レールを搬送中連続的に冷却する通過型の熱処理装置や、レールを拘束して長手方向に前後させながら冷却するオシレーション型の熱処理装置が用いられる。いずれの場合も、レールの冷却中においてレールは正立姿勢（頭部を上方、足裏部を下方とした姿勢）を取ることが一般的で、レールの頭部を中心に冷却媒体を噴射して熱処理を行っている。冷却媒体には圧縮空気や水、ミストなどが使用され、レールの頭部の周囲方向の冷却能力（熱伝達係数）のばらつきを緩和するために、従来、例えば、特許文献１に示す圧延鋼材の冷却方法が提案されている。

特許文献１に示す圧延鋼材の冷却方法は、熱間圧延された長尺の圧延鋼材（レール）を冷却する冷却方法であって、複数のノズル孔を有するノズルプレートを吹出口に配置し、冷却水を噴射する冷却水供給ノズルを内部に有するチャンバーを、チャンバーの吹出口が圧延鋼材に対峙するように配置する。そして、冷却水供給ノズルから冷却水を噴射するとともに、冷却水を背後から押すように、チャンバーに設けた気体導入口から冷却水加圧気体を供給し、冷却用加圧気体と冷却水との混合体からなる冷却媒体をノズルプレートから噴射して圧延鋼材の均一冷却を行うものである。

また、従来のレールの熱処理方法として、例えば、特許文献２に示すレールの熱処理方法も提案されている。
特許文献２に示すレールの熱処理方法は、レールの頭部温度がオーステナイト域以上である温度域から、レールの断面の頭部を囲繞する如く配設したノズルから気体冷却媒体をレール頭部ゲージコーナー部（頭角部）及び付根から排気させるように排気間隙を設けて冷却を行うものである。
更に、従来のレールの冷却方法として、例えば、特許文献３に示すレールの冷却方法も提案されている。
特許文献３に示すレールの冷却方法は、熱間圧延されたオーステナイト域温度以上のレールの少なくとも頭部の頭頂面（頭部の上面）及び頭側面（頭部の側面）に冷却媒体を噴射することで、レールを強制冷却する際に、レールの頭頂面端部へ冷却媒体を一方向のみから直接噴射するものである。

特開２００９－２０２１９７号公報 特開昭６１－２７９６２６号公報 特開２０１６－４９５６９号公報

しかしながら、これら従来の特許文献１に示す圧延鋼材の冷却方法、特許文献２に示すレールの熱処理方法、及び特許文献３に示すレールの冷却方法にあっては、以下の問題点があった。
即ち、特許文献１に示す圧延鋼材の冷却方法の場合、圧延鋼材の頭部の頭頂面及び頭側面のそれぞれに設置したノズルプレートから冷却用加圧気体と冷却水との混合体からなる冷却媒体を噴射して圧延鋼材の均一冷却を行うようにしている。しかし、圧延鋼材の頭部の頭頂面と頭側面との間にある頭角部については、頭頂面及び頭側面の両面への冷却によって、たとえ熱伝達係数の分布が均一であったとしても冷却量は大きくなる。その結果、頭頂面及び頭側面では理想的な冷却速度が実現されても頭角部（頭頂面と頭側面とが曲線形状で繋がる角の部分）では冷却速度が過大になってしまうおそれがある。一方、前述のような天然資源運搬用の鉄道などの過酷な環境で使用されるレールは非常に高い硬度が求められるため、冷却に際してはパーライト変態を生じる下限付近の温度まで冷却する必要がある。このような場合には冷却速度のばらつきによってベイナイト変態やマルテンサイト変態が生じてしまい、頭角部の耐磨耗性が低下するという問題があった。

これに対して、特許文献２に示すレールの熱処理方法では、頭角部には直接冷媒（空気、窒素）を噴射せずに、頭頂面及び頭側面に噴射された気体の排気流によって冷却することで頭角部の過剰な冷却を制御できるとしている。しかし、この技術では、レールの種類によって頭頂面や頭角部の曲率が異なることの影響が考慮されていない。

また、特許文献３に示すレールの冷却方法では、頭頂面及び頭側面に対向するヘッダのうち、どちらか一方または両方から頭角部に噴射される冷媒（空気）を制限することで頭角部の冷却速度が過剰になるのを抑制するようにしている。しかし、頭頂面もしくは頭側面のどちらか一方でも頭角部に向けて冷媒を直接噴射した場合には頭角部の冷却速度が過剰になってしまう可能性がある。一方、特許文献２に示すレールの熱処理方法と異なり、特許文献３に示すレールの冷却方法は、レールの種類による断面形状を考慮している。即ち、特許文献３においては、二種類のレールを同一のノズル配置で冷却した例を示しており、どちらの場合でも頭角部の冷却速度を頭頂面の冷却速度と等しくすることができたとしている。しかし、特許文献３においても、冷却ノズルの配置は固定となるため、多様なレールの種類や規格に応じてレールの断面形状が大きく変化した場合に対する冷却制御の自由度は十分とは言えず、条件によっては頭角部における冷却速度にばらつきを生じてしまう可能性がある。

従って、本発明は、この従来の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、レールの種類や規格に応じてレールの断面形状が大きく変化した場合でもその変化に応じて適切に頭角部の冷却速度を制御し過剰な冷却を抑制することができるレールの冷却装置、冷却方法及び製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の一態様に係るレールの冷却装置は、オーステナイト温度域以上の所定温度となり、左右の幅方向、高さ方向及び長手方向に延びるレールの頭部の頭頂面に冷却媒体を噴射する頭頂ノズルと、前記レールの頭部の左側及び右側のそれぞれの頭側面に冷却媒体を噴射する左側及び右側の頭側ノズルとを有するレールの冷却装置であって、前記頭頂面と前記頭頂ノズルとの間に設けられ、前記頭頂ノズルから噴射される冷却媒体の前記幅方向及び長手方向の通過範囲を画定する第１開口部を形成した第１遮蔽部材と、前記左側及び右側の頭側面のそれぞれと前記左側及び右側の頭側ノズルのそれぞれとの間に設けられ、前記左側及び右側の頭側ノズルのそれぞれから噴射される冷却媒体の前記高さ方向及び長手方向の通過範囲を画定する左側及び右側の第２開口部を形成した左側及び右側の第２遮蔽部材とを有する遮蔽機構を備え、前記第１開口部の前記幅方向の前記頭部の左側及び右側の頭角部側の端位置及び前記左側及び右側の第２開口部のそれぞれの前記高さ方向の前記頭部の左側及び右側のそれぞれの頭角部側の端位置の少なくとも一方が前記長手方向の位置で異なることで、頭頂面側の頭角部遮蔽長さ及び左側及び右側のそれぞれの頭側面側の頭角部遮蔽長さの少なくとも一方が前記長手方向の位置で異なっていることを要旨とする。
また、本発明の別の態様に係るレールの冷却方法は、前述のレールの冷却装置によってレールを強制冷却することを要旨とする。
更に、本発明の別の態様に係るレールの製造方法は、前述のレールの冷却方法によってレールを強制冷却する冷却工程を含むことを要旨とする。

本発明に係るレールの冷却装置、冷却方法及び製造方法によれば、レールの種類や規格に応じてレールの断面形状が大きく変化した場合でもその変化に応じて適切に頭角部の冷却速度を制御し過剰な冷却を抑制することができるレールの冷却装置、冷却方法及び製造方法を提供できる。

本発明の一実施形態に係るレールの冷却装置を含むレールの製造装置の全体構成を示す模式図である。 図１における冷却装置を示す模式図である。 レールの各部位を説明するための断面図である。 図２に示す冷却装置を構成する頭頂冷却ヘッダ及び頭側冷却ヘッダを示し、（ａ）は頭頂冷却ヘッダの概略構成図、（ｂ）は左側の頭側ヘッダの概略構成図である。 図２に示す冷却装置を構成する遮蔽機構を示し、（ａ）は遮蔽機構を構成する第１遮蔽部材の概略構成図、（ｂ）は遮蔽機構を構成する左側の第２遮蔽部材の概略構成図である。 遮蔽機構の第１変形例を示し、（ａ）は第１変形例の遮蔽機構を構成する第１遮蔽部材の概略構成図、（ｂ）は第１変形例の遮蔽機構を構成する左側の第２遮蔽部材の概略構成図である。 遮蔽機構の第２変形例を示し、（ａ）は第２変形例の遮蔽機構を構成する第１遮蔽部材の概略構成図、（ｂ）は第２変形例の遮蔽機構を構成する左側の第２遮蔽部材の概略構成図である。 遮蔽機構の第３変形例を示し、（ａ）は第３変形例の遮蔽機構を構成する第１遮蔽部材の概略構成図、（ｂ）は第３変形例の遮蔽機構を構成する左側の第２遮蔽部材の概略構成図である。 頭頂冷却ヘッダに形成された頭頂ノズル及び左側の頭側冷却ヘッドに形成された左側の頭側ノズルの変形例を示し、（ａ）は頭頂ノズルの変形例の概略構成図、（ｂ）は左側の頭側ノズルの変形例の概略構成図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記の実施形態に特定するものではない。また、図面は模式的なものである。そのため、厚みと平面寸法との関係、比率等は現実のものとは異なることに留意すべきであり、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。

図１には、本発明の一実施形態に係るレールの冷却装置を含むレールの製造装置の全体構成が示されている。図１に示すレールの製造装置１は、レール１０を熱間圧延する圧延機２と、圧延機２で熱間圧延されたレール１０を所定長さに切断する切断機３と、切断機３で所定長さ（例えば、２５ｍ程度）に切断され、オーステナイト温度域以上の所定温度となっているレール１０を強制冷却する冷却装置４とを備えている。また、レールの製造装置１は、冷却装置４で強制冷却されたレール１０を自然冷却させる冷却床５を備えている。

ここで、先ず、冷却装置４で冷却の対象となるレール１０について、図３の断面図を参照して説明する。レール１０は、左右の幅方向（図３におけるｘ方向）、高さ方向（図３におけるｚ方向）及び長手方向（図３において紙面に対して直交する方向、図４におけるｙ方向）に延び、頭部１１と、腹部１２と、足部１３とを備えている。足部１３は、左右の幅方向に細長く延びている。また、腹部１２は、足部１３の幅方向中央部の上面から高さ方向の上方に向けて細長く延びている。更に、頭部１１は、腹部１２の上部に設けられ、左右の幅方向に直線状に延びる頭頂面１１ａと、高さ方向に延びる左側の頭側面１１ｂと、高さ方向に延びる右側の頭側面１１ｃと、左側の頭角部１１ｄと、右側の頭角部１１ｅと、左側の顎下面１１ｆと、右側の顎下面１１ｇとを備えている。左側の頭角部１１ｄは、頭頂面１１ａと左側の頭側面１１ｂとが曲線形状で繋がる角の部分であり、右側の頭角部１１ｅは、頭頂面１１ａと右側の頭側面１１ｃとが曲線形状で繋がる角の部分である。また、左側の顎下面１１ｆは、左側の頭側面１１ｂと腹部１２の左側面とが曲線形状で繋がる部分であり、右側の顎下面１１ｇは、右側の頭側面１１ｃと腹部１２の右側面とが曲線形状で繋がる部分である。

冷却装置４は、レール１０の頭部１１を冷却するための頭頂冷却ヘッダ４１、左側の頭側冷却ヘッダ４２、及び右側の頭側冷却ヘッダ４３と、レール１０の足部１３を冷却するための足裏冷却ヘッダ４４とを備えている。冷却装置４は、必要に応じてレール１０の腹部１２を冷却するための冷却ヘッダを更に備えていてもよい。
頭頂冷却ヘッダ４１、左側の頭側冷却ヘッダ４２、右側の頭側冷却ヘッダ４３及び足裏冷却ヘッダ４４は、それぞれ配管を介して冷却媒体源（図示せず）に接続され、複数のノズル（頭頂冷却ヘッダ４１にあっては後述の頭頂ノズル４１ａ、頭側冷却ヘッダ４２にあっては後述の頭側ノズル４２ａ、足裏冷却ヘッダ４４にあっっては足裏ノズル（図示せず））から冷却媒体を噴射する。冷却媒体は、本発明における冷却速度域に適し、レール１０の表面温度に対する冷却能力の観点から圧縮空気とすることが望ましい。このような冷却を衝風冷却と称する。なお、冷却媒体は水であってもよい。

頭頂冷却ヘッダ４１は、図４（ａ）に示されている。図４（ａ）の上側には頭頂冷却ヘッダ４１を正面から見た図が示され、下側には頭頂冷却ヘッダ４１を下側から見た図が示されている。頭頂冷却ヘッダ４１は、正面から見て外形が矩形状に形成され、矢印ｙで示すレール１０の長手方向と同一の方向に延びている。頭頂冷却ヘッダ４１は、図２に示すように、処理位置のレール１０の頭部１１の上方に配置され、その下面に、図４（ａ）の下側に示すように、複数の頭頂ノズル４１ａがレール１０の長手方向に沿って設置間隔Ｌで設けられている。各頭頂ノズル４１ａは、矢印ｘで示すレール１０の幅方向と同一方向に細長く延びる矩形状のスリットノズルで形成され、レール１０の幅方向の幅がＷｔ、レール１０の長手方向の隙間がＤとなっている。各頭頂ノズル４１ａからレール１０の頭部１１の頭頂面１１ａに向けて前述した冷却媒体が噴射される。

なお、各頭頂ノズル４１ａの幅Ｗｔは、レール１０の頭部１１の頭頂面１１ａ側の冷却範囲に相当し、製造するレール１０の内で最大の断面を有するもの（例えば、ＪＩＳ規格の普通レールであれば６０ｋｇレール、ＡＲＥＲＡ規格であれば１４１ｌｂレールなど）を基準に設定される。
また、頭頂冷却ヘッダ４１は、冷却媒体の流量や噴射の有無の制御を行うために頭頂ノズル４１ａからの冷却媒体の噴射圧力が制御可能な構成となっている。また、レール１０の規格によって頭部１１の断面形状が異なるため、頭頂冷却ヘッダ４１の位置が固定されていると、頭頂冷却ヘッダ４１の頭頂ノズル４１ａとレール１０の頭頂面１１ａとの距離が変化して必要な冷却能力が確保できなくなってしまう。そこで頭頂冷却ヘッダ４１は不図示の移動機構によってレール１０の高さ方向に移動することでレール１０の高さ寸法に合わせて、頭頂ノズル４１ａとレール１０の頭頂面１１ａとの距離が調整可能な構造になっている。

また、左側の頭側冷却ヘッダ４２及び右側の頭側冷却ヘッダ４３は、左右対称の構造及び配置のため、左側の頭側冷却ヘッダ４２の構造及び配置を主に説明する。
左側の頭側冷却ヘッダ４２は、図４（ｂ）に示されている。図４（ｂ）の左側には頭側冷却ヘッダ４２を正面から見た図が示され、右側には頭側冷却ヘッダ４２を右側から見た図が示されている。頭側冷却ヘッダ４２は、正面から見て外形が矩形状に形成され、矢印ｙで示すレール１０の長手方向と同一の方向に延びている。左側の頭側冷却ヘッダ４２は、図２に示すように、処理位置のレール１０の頭部１１の左方に配置され、その右側面に、図４（ｂ）の右側に示すように、複数の頭側ノズル４２ａがレール１０の長手方向に沿って設置間隔Ｌで設けられている。右側の頭側冷却ヘッダ４３は、図２に示すように、処理位置のレール１０の頭部１１の右方に配置され、その左側面に、頭側ノズル（図示せず）がレール１０の長手方向に沿って設置間隔Ｌで設けられている。

左側の頭側冷却ヘッダ４２の各頭側ノズル４２ａは、矢印ｚで示すレール１０の高さ方向と同一方向に細長く延びる矩形状のスリットノズルで形成され、レール１０の高さ方向の幅がＷｓ、レール１０の長手方向の隙間がＤとなっている。各頭側ノズル４２ａからレール１０の頭部１１の左側の頭側面１１ｂに向けて前述した冷却媒体が噴射される。右側の頭側冷却ヘッダ４３の各頭側ノズル４３ａも同様にｚで示すレール１０の高さ方向と同一方向に細長く延びる矩形状のスリットノズルで形成され、レール１０の高さ方向の幅がＷｓ、レール１０の長手方向の隙間がＤとなっている。そして、右側の頭側冷却ヘッダ４３の各頭側ノズル４３ａからレール１０の頭部１１の右側の頭側面１１ｃに向けて前述した冷却媒体が噴射される。
なお、左側の頭側冷却ヘッダ４２の各頭側ノズル４２ａ及び右側の頭側冷却ヘッダ４３の各頭側ノズル４３ａの幅Ｗｓは、レール１０の頭部１１の頭側面１２ｂ、１２ｃ側の冷却範囲に相当し、製造するレール１０の内で最大の断面を有するもの（例えば、ＪＩＳ規格の普通レールであれば６０ｋｇレール、ＡＲＥＭＡ規格であれば１４１ ｌｂレールなど）を基準に設定される。

また、左側の頭頂冷却ヘッダ４１及び右側の頭側冷却ヘッダ４３は、冷却媒体の流量や噴射の有無の制御を行うために左側の頭側ノズル４２ａ及び右側の頭側ノズル４３ａのそれぞれからの冷却媒体の噴射圧力が制御可能な構成となっている。また、レール１０の規格によって頭部１１の断面形状が異なるため、左側の頭側冷却ヘッダ４２の位置が固定されていると、頭側ノズル４２ａとレール１０の頭側面１１ｂとの距離または高さ位置が変化して必要な冷却能力が確保できなくなってしまう。そこで左側の頭側冷却ヘッダ４２は不図示の移動機構によってレール１０の幅方向および高さ方向に移動することでレール１０の頭部１１の幅寸法に合わせて、頭側ノズル４２ａとレール１０の頭側面１１ｂとの距離および高さが調整可能な構造になっている。右側の頭側冷却ヘッダ４３についても同様である。

また、足裏冷却ヘッダ４４は、図２に示すように、正面から見て外形が矩形状に形成され、レール１０の長手方向と同一の方向に延びている。足裏冷却ヘッダ４４は、図２に示すように、処理位置のレール１０の足部１３の下方に配置され、その上面に、図示しない複数の足裏ノズルが長手方向に沿って所定間隔で設置されている。各足裏ノズルａからレール１０の足部１３の足裏面１３ａに向けて前述した冷却媒体が噴射される。
また、冷却装置４は、レール１０の頭部１１の上方に設置され、頭部１１の表面温度（例えば、頭頂面１１ａ内の１箇所の温度）を測定する頭部温度計４６と、レール１０の足部１３の下方に設置され、足部１３の表面温度（例えば、足裏面１３ａ内の１箇所の温度）を測定する足部温度計４７とを備えている。これらの頭部温度計４６及び足部温度計４７の測定結果からパーライト変態の進行を推定し各時刻の噴射圧力や噴射距離などの冷却条件の調整を行うことができる。

また、冷却装置４には、冷却中の熱収縮でレール１０が変形して頭頂冷却ヘッダ４１、左側の頭側冷却ヘッダ４２、右側の頭側冷却ヘッダ４３、及び足裏冷却ヘッダ４４との距離が変化しないように、レール１０の足部１３を挟持し、高さ方向及び左右幅方向の変形を拘束する支持拘束部４５を備えている。
また、冷却装置４は、不図示のオシレーション機構を有する。オシレーション機構は、支持拘束部４５に設けられ、支持拘束部４５をレール１０の長手方向にオシレーション（往復動作）させる。このため、支持拘束部４５にレール１０が拘束された状態で、オシレーション機構が作動することで、頭頂冷却ヘッダ４１、左側の頭側冷却ヘッダ４２、右側の頭側冷却ヘッダ４３、及び足裏冷却ヘッダ４４に対してレール１０が往復移動する。

このような冷却装置４において、頭頂冷却ヘッダ４１と左側及び右側の頭側冷却ヘッダ４２，４３とから噴射された冷却媒体が衝突するレール１０の頭部１１の左側及び右側の頭角部１１ｄ，１１ｅの過剰冷却を防止するために、冷却装置４は、遮蔽機構５０を備えている。
この遮蔽機構５０は、図２に示すように、レール１０の頭部１１の頭頂面１１ａと頭頂冷却ヘッダ４１の頭頂ノズル４１ａとの間に設けられた第１遮蔽部材５１と、レール１０の頭部１１の左側の頭側面１１ｂと左側の頭側冷却ヘッダ４２の頭側ノズル４２ａとの間に設けられた左側の第２遮蔽部材５２と、レール１０の頭部１１の右側の頭側面１１ｃと右側の頭側冷却ヘッダ４３の頭側ノズル４３ａとの間に設けられた右側の第２遮蔽部材５３とを備えている。

第１遮蔽部材５１は、図２及び図５（ａ）に示すように、頭頂冷却ヘッダ４１の下方側に設置され、頭頂冷却ヘッダ４１に固定された駆動装置５１ｂによって頭頂冷却ヘッダ４１の長手方向、即ちレール１０の長手方向に移動可能となっている。第１遮蔽部材５１は駆動装置５１ｂに連結部材５１ｃによって連結されている。駆動装置５１ｂとしては、電動アクチュエータ、空気シリンダ、油圧シリンダなどがあるが、位置決め精度の観点から電動アクチュエータが好適である。
第１遮蔽部材５１には、図２及び図５（ａ）に示すように、頭頂冷却ヘッダ４１の各頭頂ノズル４１ａから噴射される冷却媒体のレール１０の幅方向及び長手方向の通過範囲を画定する複数の第１開口部５１ａが形成されている。第１開口部５１ａは、頭頂冷却ヘッダ４１に形成された頭頂ノズル４１ａに合わせてレール１０の長手方向に沿って設置間隔Ｌで形成されている。

各第１開口部５１ａは、図５（ａ）に示すように、レール１０の幅方向の左側及び右側の頭角部１１ｄ、１１ｅ側の端位置Ｐｔがレール１０の長手方向の位置で異なっており、レール１０の幅方向の中心線（対称面）から最も遠い端位置Ｐｔ１から当該中心線から最も近い端位置Ｐｔ２まで連続的に変化している。これにより、各第１開口部５１ａは、レール１０の幅方向の幅寸法Ｖｔがレール１０の長手方向において最大ａｔ（ａｔ≦Ｗｔ）から最小ｂｔまで連続的に変化する等脚台形になっている。また、各第１開口部５１ａのレール１０の幅方向の左側及び右側の頭角部１１ｄ、１１ｅ側の端位置Ｐｔがレール１０の長手方向の位置で異なることにより、頭頂面１１ａ側の頭角部遮蔽長さｌｔがレール１０の長手方向の位置で異なり、当該頭頂面１１ａ側の頭角部遮蔽長さｌｔが最小ｌｔ１から最大ｌｔ２まで連続的に変化している。

各第１開口部５１ａの幅寸法Ｖｔの最大値及び最小値は、生産しているレール１０のサイズに応じて決定される。また、各第１開口部５１ａの長手方向寸法ｃは、頭頂ノズル４１ａのスリット間隔Ｄ＜ｃ≦頭頂ノズル４１ａの設置間隔Ｌの範囲で設定でき、駆動装置５１ｂによる長手方向の移動量は最大で各第１開口部５１ａの長手方向寸法ｃと等しくなる。
このように、第１遮蔽部材５１には、頭頂冷却ヘッダ４１の各頭頂ノズル４１ａから噴射される冷却媒体のレール１０の幅方向及び長手方向の通過範囲を画定する複数の第１開口部５１ａが形成されている。これにより、頭頂冷却ヘッダ４１の各頭頂ノズル４１ａから噴射される冷却媒体は、第１開口部５１ａの幅方向及び長手方向の範囲のみを通過して、レール１０の頭部１１の頭頂面１１ａの中央部寄りのみに噴射され、頭角部１１ｄ，１１ｅへの噴射は遮蔽される。

そして、各第１開口部５１ａは、図５（ａ）に示すように、レール１０の幅方向の左側及び右側の頭角部１１ｄ、１１ｅ側の端位置Ｐｔがレール１０の長手方向の位置で異なっており、レール１０の幅方向の中心線（対称面）から最も遠い端位置Ｐｔ１から当該中心線から最も近い端位置Ｐｔ２まで連続的に変化している。これにより、第１遮蔽部材５１による頭頂面１１ａ側の頭角部遮蔽長さｌｔがレール１０の長手方向の位置で異なり、当該頭頂面１１ａ側の頭角部遮蔽長さｌｔが最小ｌｔ１から最大ｌｔ２まで連続的に変化している。このため、第１遮蔽部材５１をレール１０の長手方向に移動すると、各頭頂ノズル４１ａの各第１開口部５１ａに対する長手方向の位置が変わり、各頭頂ノズル４１ａの頭角部１１ｄ、１１ｅ側に対する遮蔽長さが変わる。このため、各頭頂ノズル４１ａによる頭角部１１ｄ，１１ｅへの噴射遮蔽長を制御することができ、各頭頂ノズル４１ａからの頭角部１１ｄ，１１ｅの過剰な冷却を抑制することができる。

そして、各第１開口部５１ａは、図５（ａ）に示すように、レール１０の幅方向の左側及び右側の頭角部１１ｄ、１１ｅ側の端位置Ｐｔがレール１０の長手方向の位置で異なっていて、レール１０の幅方向の中心線（対称面）から最も遠い端位置Ｐｔ１から当該中心線から最も近い端位置Ｐｔ２まで連続的に変化している。このため、各第１開口部５１ａは、レール１０の幅方向の幅寸法Ｖｔがレール１０の長手方向で連続的に変化している。このため、第１遮蔽部材５１をレール１０の長手方向に移動すると、各頭頂ノズル４１ａの幅寸法に対する第１開口部５１ａの幅寸法の割合（開口率）が連続的に変化し、頭部１１の頭頂幅Ｗ（図３参照）に対する噴流の直射範囲（直射率）が連続的に変化する。このため、頭部１１の頭頂幅Ｗ（図３参照）に対する噴流の直射範囲（直射率）を制御することができる。ここで、頭頂幅Ｗは、レール１０の頭部１１の幅寸法であり、頭部１１において幅方向（水平方向）に最も離れた二点を結んだ距離を意味する。頭部１１の頭頂の場合は、この直射率が小さすぎる場合には、頭頂面１１ａにおける幅方向中央部以外が冷却不十分となり、頭頂面１１ａの幅方向の硬度差が大きくなってしまう。一方、直射率が大きすぎる場合には、左側及び右側の頭角部１１ｄ、１１ｅが過剰に冷却されてしまう。本発明者らが適切な直射率について検討した結果、頭部１１の頭頂では、レール１０の頭部１１の頭頂面１１ａにおける頭頂ノズル４１ａによって冷却媒体が直接噴射される領域が、頭頂幅Ｗの５５％以上６５％以下が好適であることが分かった。

また、左側の第２遮蔽部材５２は、図２及び図５（ｂ）に示すように、左側の頭側冷却ヘッダ４２の右方側に設置され、頭側冷却ヘッダ４２に固定された駆動装置５２ｂによって頭側冷却ヘッダ４２の長手方向、即ちレール１０の長手方向に移動可能となっている。第２遮蔽部材５２は駆動装置５２ｂに連結部材５２ｃによって連結されている。駆動装置５２ｂとしては、前述と同様に、電動アクチュエータ、空気シリンダ、油圧シリンダなどがあるが、位置決め精度の観点から電動アクチュエータが好適である。
左側の第２遮蔽部材５２には、図２及び図５（ｂ）に示すように、頭側冷却ヘッダ４２の各頭側ノズル４２ａから噴射される冷却媒体のレール１０の高さ方向及び長手方向の通過範囲を画定する複数の左側の第２開口部５２ａが形成されている。第２開口部５２ａは、頭側冷却ヘッダ４２に形成された頭側ノズル４２ａに合わせてレール１０の長手方向に沿って設置間隔Ｌで形成されている。

各第２開口部５２ａは、図５（ｂ）に示すように、レール１０の高さ方向の頭角部１１ｄ側の端位置Ｐｓがレール１０の長手方向の位置で異なっており、レール１０の高さ方向で最も高い端位置Ｐｓ１から当該高さ方向で最も低い端位置Ｐｓ２まで連続的に変化している。これにより、各第２開口部５２ａは、レール１０の高さ方向の高さ寸法Ｖｓがレール１０の長手方向において最大ａｓ（ａｓ≦Ｗｓ）から最小ｂｓまで連続的に変化する台形になっている。また、各第２開口部５２ａのレール１０の高さ方向の頭角部１１ｄ側の端位置Ｐｓがレール１０の長手方向の位置で異なることにより、左側の頭側面１１ｂ側の頭角部遮蔽長さｌｓがレール１０の長手方向の位置で異なり、当該頭側面１１ｂ側の頭角部遮蔽長さｌｓが最小ｌｓ１から最大ｌｓ２まで連続的に変化している。

各第２開口部５２ａの高さ寸法Ｖｓの最大値及び最小値は、生産しているレール１０のサイズに応じて決定される。また、各第２開口部５２ａの長手方向寸法ｃは、左側の頭側ノズル４２ａのスリット間隔Ｄ＜ｃ≦左側の頭側ノズル４２ａの設置間隔Ｌの範囲で設定でき、駆動装置５２ｂによる長手方向の移動量は最大で各第２開口部５２ａの長手方向寸法ｃと等しくなる。
このように、左側の第２遮蔽部材５２には、左側の頭側冷却ヘッダ４２の各頭側ノズル４２ａから噴射される冷却媒体のレール１０の高さ方向及び長手方向の通過範囲を画定する複数の左側の第２開口部５２ａが形成されている。これにより、頭頂冷却ヘッダ４１の各頭頂ノズル４１ａから噴射される冷却媒体は、第２開口部５２ａの高さ方向及び長手方向の範囲のみを通過して、レール１０の頭部１１の頭側面１１ｂの中央部寄りのみに噴射されて、頭角部１１ｄへの噴射は遮蔽される。

そして、各第２開口部５２ａは、図５（ｂ）に示すように、レール１０の高さ方向の頭角部１１ｄ側の端位置Ｐｓがレール１０の長手方向の位置で異なっており、レール１０の高さ方向で最も高い端位置Ｐｓ１から当該高さ方向で最も低い端位置Ｐｓ２まで連続的に変化している。これにより、左側の第２遮蔽部材５２による頭側面１１ｂ側の頭角部遮蔽長さｌｓがレール１０の長手方向の位置で異なり、当該頭側面１１ｂ側の頭角部遮蔽長さｌｓが最小ｌｓ１から最大ｌｓ２まで連続的に変化している。このため、左側の第２遮蔽部材５２をレール１０の長手方向に移動すると、各頭側ノズル４２ａの各第２開口部５２ａに対する長手方向の位置が変わり、各頭側ノズル４２ａの頭角部１１ｄ側に対する遮蔽長さが変わる。このため、各頭側ノズル４２ａによる頭角部１１ｄへの噴射遮蔽長を制御することができ、各頭側ノズル４２ａからの頭角部１１ｄの過剰な冷却を抑制することができる。

そして、各第２開口部５２ａは、図５（ｂ）に示すように、レール１０の高さ方向の頭角部１１ｄ側の端位置Ｐｓがレール１０の長手方向の位置で異なっているので、各第２開口部５２ａは、レール１０の高さ方向の高さ寸法Ｖｓがレール１０の長手方向で異なっている。このため、第２遮蔽部材５２をレール１０の長手方向に移動すると、各頭側ノズル４２ａの高さ寸法に対する第２開口部５２ａの高さ寸法の割合（開口率）が変化し、頭部１１の頭部高さＨ（図３参照）に対する噴流の直射範囲（直射率）が変化する。このため、頭部１１の頭部高さＨに対する噴流の直射範囲（直射率）を制御することができる。ここで、頭部高さＨは、レール１０の頭部１１の高さ寸法であり、両顎下面１１ｆ、１１ｇの接線の交点と頭頂最高点を結んだ距離を表している。頭部１１の頭側の場合は、頭側冷却ヘッダ４２の高さ方向の移動機構を備えていれば頭角部１１ｄへの噴流の衝突を回避できるが、前述の開口率を固定とすると、サイズの小さなレール１０の場合には高さ方向の直射率が過大になる。その結果、顎下面１１ｇから腹部１２にかけて冷却媒体が噴射されて過剰に冷却されてしまい、冷却完了後の残留応力によるレール１０の長手形状の悪化や、肉厚の薄い腹部１２で過剰冷却による異常組織の生成などのリスクが高まる。従って、頭側の場合も頭頂の場合と同様に、レール１０にサイズに合わせて開口率を変化させて頭部１１の高さ方向の直射率を適切な範囲に収める必要がある。本発明者らの検討の結果、頭部１１の左側の頭側では、レール１０の頭部１１の左側の頭側面１１ｂにおける頭側ノズル４２ａによって冷却媒体が直接噴射される領域が、頭部高さＨの３０％以上４０％以下が好適であることが分かった。

また、右側の第２遮蔽部材５３は、図２に示すように、右側の頭側冷却ヘッダ４３の左方側に設置され、頭側冷却ヘッダ４３に固定された駆動装置５３ｂによって頭側冷却ヘッダ４３の長手方向、即ちレール１０の長手方向に移動可能となっている。第２遮蔽部材５３は駆動装置５３ｂに連結部材５３ｃによって連結されている。駆動装置５３ｂとしては、前述と同様に、電動アクチュエータ、空気シリンダ、油圧シリンダなどがあるが、位置決め精度の観点から電動アクチュエータが好適である。

なお、右側の第２遮蔽部材５３にも、左側の第２遮蔽部材５２と同様に、頭側冷却ヘッダ４３の各頭側ノズル４３ａから噴射される冷却媒体のレール１０の高さ方向及び長手方向の通過範囲を画定する複数の右側の第２開口部５３ａが形成されているが、この右側の第２開口部５３ａの配置や形状は左側の第２開口部５２ａと左右対称なだけで同じであり、その作用も同じであるから、その説明は省略する。

このように、本実施形態に係るレールの冷却装置４によれば、第１遮蔽部材５１、左側の第２遮蔽部材５２及び右側の第２遮蔽部材５３とを有する遮蔽機構５０を備えている。そして、レール１０の頭部１１の頭頂面１１ａと頭頂ノズル４１ａとの間に設けられ、頭頂ノズル４１ａから噴射される冷却媒体のレール１０の幅方向及び長手方向の通過範囲を画定する第１開口部５１ａを形成している。また、左側の第２遮蔽部材５２は、左側の頭側面１１ｂと左側の頭側ノズル４２ａとの間に設けられ、左側の頭側ノズル４２ａから噴射される冷却媒体のレール１０の高さ方向及び長手方向の通過範囲を画定する左側の第２開口部５２ａを形成している。また、右側の第２遮蔽部材５３は、右側の頭側面１１ｃと右側の頭側ノズル４３ａとの間に設けられ、右側の頭側ノズル４３ａから噴射される冷却媒体のレール１０の高さ方向及び長手方向の通過範囲を画定する右側の第２開口部５３ａを形成している。

また、冷却装置４において、第１開口部５１ａのレール１０の幅方向の頭部１１の頭角部１１ｄ，１１ｅ側の端位置Ｐｔがレール１０の長手方向の位置で異なることで頭頂面１１ａ側の頭角部遮蔽長さｌｔがレール１０の長手方向の位置で異なっている。また、左側の第２開口部５２ａのレール１０の高さ方向の頭部１１の頭角部１１ｄ側の端位置Ｐｓがレール１０の長手方向の位置で異なることで左側の頭側面１１ｂ側の頭角部遮蔽長さｌｓがレール１０の長手方向の位置で異なっている。更に、右側の第２開口部５３ａのレール１０の高さ方向の頭部１１の頭角部１１ｅ側の端位置Ｐｓがレール１０の長手方向の位置で異なることで右側の頭側面１１ｃ側の頭角部遮蔽長さｌｓがレール１０の長手方向の位置で異なっている。
これにより、レール１０の種類や規格に応じてレール１０の断面形状が大きく変化した場合でもその変化に応じて適切に頭角部１１ｄ，１１ｅの冷却速度を制御し過剰な冷却を抑制することができる。

次に、遮蔽機構５０の変形例について、図６乃至図８を参照して説明する。図６は遮蔽機構５０の第１変形例を示し、図７は遮蔽機構５０の第２変形例を示し、図８は遮蔽機構５０の第３変形例を示している。
先ず、遮蔽機構５０の第１変形例について説明すると、図６（ａ）に示すように、第１遮蔽部材５１に形成された第１開口部５１ａの配置構成が図５（ａ）に示す第１遮蔽部材５１に形成された第１開口部５１ａの配置構成と相違している。
具体的には、等脚台形の複数の第１開口部５１ａを、第１遮蔽部材５１において、レール１０の長手方向に沿って隣り合う第１開口部５１ａが互いに連通するように形成し、全体で鋸刃状の開口としている。つまり、各第１開口部５１ａの長手方向寸法ｃを第１開口部５１ａの長手方向の設置間隔Ｌと等しくしたものである。

また、遮蔽機構５０の第１変形例においては、図６（ｂ）に示すように、左側の第２遮蔽部材５２に形成された左側の第２開口部５２ａの配置構成が図５（ｂ）に示す第２遮蔽部材５２に形成された左側の第２開口部５２ａの配置構成と相違している。
具体的には、複数の左側の第２開口部５２ａを、第２遮蔽部材５２において、レール１０の長手方向に沿って隣り合う第２開口部５２ａが互いに連通するように形成し、全体で鋸刃状の開口としている。つまり、各第２開口部５２ａの長手方向寸法ｃを第２開口部５２ａの長手方向の設置間隔Ｌと等しくしたものである。

なお、右側の第２遮蔽部材５３に形成された右側の第２開口部５３ａの配置構成についても、左側の第２遮蔽部材５２に形成された左側の第２開口部５２ａの配置構成と同様としている。
これによっても、レール１０の種類や規格に応じてレール１０の断面形状が大きく変化した場合でもその変化に応じて適切に頭角部１１ｄ，１１ｅの冷却速度を制御し過剰な冷却を抑制することができる。
また、遮蔽機構５０の第２変形例について説明すると、図７（ａ）に示すように、第１遮蔽部材５１に形成された第１開口部５１ａの形状が図５（ａ）に示す第１遮蔽部材５１に形成された第１開口部５１ａの形状と相違している。
具体的には、各第１開口部５１ａは、幅寸法ａｔの大幅部５１ａａと、幅寸法ｂｔの小幅部ａｂとの階段状に形成されている。

つまり、各第１開口部５１ａは、レール１０の幅方向の左側及び右側の頭角部１１ｄ、１１ｅ側の端位置Ｐｔがレール１０の長手方向の位置で異なっており、レール１０の幅方向の中心線（対称面）から最も遠い端位置Ｐｔ１と、当該中心線から最も近い端位置Ｐｔ２との階段状の２段階で変化している。これにより、第１遮蔽部材５１をレール１０の長手方向に移動すると、各頭頂ノズル４１ａの幅寸法に対する第１開口部５１ａの幅寸法の割合（開口率）が２段階で変化し、頭部１１の頭頂幅Ｗ（図３参照）に対する噴流の直射範囲（直射率）が２段階で変化する
また、遮蔽機構５０の第２変形例においては、図７（ｂ）に示すように、左側の第２遮蔽部材５２に形成された左側の第２開口部５２ａの形状が図５（ｂ）に示す左側の第２遮蔽部材５２に形成された左側の第２開口部５２ａの形状と相違している。

具体的には、各第２開口部５２ａは、レール１０の高さ方向の頭角部１１ｄ側の端位置Ｐｓがレール１０の長手方向の位置で異なっており、レール１０の高さ方向で最も高い端位置Ｐｓ１と、当該高さ方向で最も低い端位置Ｐｓ２との階段状の２段階で変化している。つまり、各第２開口部５２ａは、高さ寸法ａｓの大高部５２ａａと、高さ寸法ｂｓの小高部５２ａｂとの階段状に形成されている。
なお、右側の第２遮蔽部材５３に形成された右側の第２開口部５３ａの形状についても、左側の第２遮蔽部材５２に形成された左側の第２開口部５２ａの形状と同様としている。

これによっても、レール１０の種類や規格に応じてレール１０の断面形状が大きく変化した場合でもその変化に応じて適切に頭角部１１ｄ，１１ｅの冷却速度を制御し過剰な冷却を抑制することができる。
また、遮蔽機構５０の第２変形例は、生産するレール１０の頭部１１の断面形状が２種類に限定されている場合に有効である。
また、遮蔽機構５０の第３変形例について説明すると、図８（ａ）に示すように、第１遮蔽部材５１に形成された第１開口部５１ａの形状が図５（ａ）に示す第１遮蔽部材５１に形成された第１開口部５１ａの形状と相違している。

具体的には、各第１開口部５１ａは、幅寸法ａｔで長手方向隙間の小さい大幅部５１ａｃと、幅寸法ｂｔで長手方向隙間の狭い小幅部５１ａｄとの階段状に形成され、大幅部５１ａｃと、幅寸法ｂｔの小幅部５１ａｄとが互いに連通しないように離れて形成されている。
つまり、各第１開口部５１ａは、レール１０の幅方向の左側及び右側の頭角部１１ｄ、１１ｅ側の端位置Ｐｔがレール１０の長手方向の位置で異なっており、レール１０の幅方向の中心線（対称面）から最も遠い端位置Ｐｔ１と、当該中心線から最も近い端位置Ｐｔ２との階段状の２段階で、開口がないところを挟んで変化している。

また、遮蔽機構５０の第３変形例においては、図８（ｂ）に示すように、左側の第２遮蔽部材５２に形成された左側の第２開口部５２ａの形状が図５（ｂ）に示す左側の第２遮蔽部材５２に形成された左側の第２開口部５２ａの形状と相違している。
具体的には、各第２開口部５２ａは、レール１０の高さ方向の頭角部１１ｄ側の端位置Ｐｓがレール１０の長手方向の位置で異なっており、レール１０の高さ方向で最も高い端位置Ｐｓ１と、当該高さ方向で最も低い端位置Ｐｓ２との階段状の２段階で、開口がないところを挟んで変化している。つまり、各第２開口部５２ａは、高さ寸法ａｓで長手方向隙間の小さい大高部５２ａｃと、高さ寸法ｂｓで長手方向隙間の小さい小高部５２ａｄとの階段状に形成され、大高部５２ａｃと小高部５２ａｄとが互いに連通しないように離れて形成されている。

なお、右側の第２遮蔽部材５３に形成された右側の第２開口部５３ａの形状についても、左側の第２遮蔽部材５２に形成された左側の第２開口部５２ａの形状と同様としている。
これによっても、レール１０の種類や規格に応じてレール１０の断面形状が大きく変化した場合でもその変化に応じて適切に頭角部１１ｄ，１１ｅの冷却速度を制御し過剰な冷却を抑制することができる。
また、遮蔽機構５０の第３変形例は、生産するレール１０の頭部１１の断面形状が２種類に限定されている場合に有効である。

以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されずに種々の変更、改良を行うことができる。
例えば、第１開口部５１ａの幅方向の頭部１１の左側及び右側の頭角部１１ｄ，１１ｅ側の端位置Ｐｔ及び左側及び右側の第２開口部５２ａ，５３ａのそれぞれの高さ方向の頭部１１の左側及び右側のそれぞれの頭角部１１ｄ，１１ｅ側の端位置Ｐｓの少なくとも一方が長手方向の位置で異なることで、頭頂面１１ａ側の頭角部遮蔽長さｌｔ及び左側及び右側のそれぞれの頭側面１１ｂ，１１ｃ側の頭角部遮蔽長さｌｓの少なくとも一方が長手方向の位置で異なっていればよい。

また、第１遮蔽部材５１、左側の第２遮蔽部材５２、及び右側の第２遮蔽部材５３は、レール１０の長手方向に移動可能となっているが、それぞれ独立に移動可能としてもよいし、あるいは全てが同期して移動するようにしてもよい。第１遮蔽部材５１、左側の第２遮蔽部材５２、及び右側の第２遮蔽部材５３をそれぞれ独立してレール１０の長手方向に移動可能とすることで、何らかの理由で左側の頭角部１１ｄと右側の頭角部１１ｅとで冷却能力を意図的に不均一にする必要が生じた場合でも制御可能となる。

また、第１遮蔽部材５１が、レール１０の幅方向において２分割された２つの遮蔽部材分割体で構成され、各遮蔽部材分割体がレール１０の長手方向に独立して移動可能となっていてもよい。これによっても、何らかの理由で左側の頭角部１１ｄと右側の頭角部１１ｅとで冷却能力を意図的に不均一にする必要が生じた場合でも制御可能となる。
更に、各頭頂ノズル４１ａはスリットノズルで形成する必要はなく、図９（ａ）に示すような頭頂冷却ヘッダ４１の幅方向に沿って一列状に配置された複数の円管ノズルとしてもよい。また、各左側の頭側ノズル４２ａ及び各右側の頭側ノズル４３ａはスリットノズルで形成する必要はなく、図９（ｂ）に示すような左側の頭側冷却ヘッダ４２及び右側の頭側冷却ヘッダ４３の高さ方向に沿って一列状に配置された複数の円管ノズルとしてもよい。これらの場合であっても、図５乃至図８に示した遮蔽機構５０を用いることで、頭部１１の頭頂幅Ｗに対する噴流の直射範囲（直射率）及び頭部高さＨに対する噴流の直射範囲（直射率）を制御することができる。

図１に示すレールの製造装置１によってレール１０を製造した。頭頂冷却ヘッダ４１の頭頂ノズル４１ａ、左側の頭側冷却ヘッダ４２の頭側ノズル４２ａ及び右側の頭側冷却ヘッダ４３の頭側ノズル４３ａは、図４に示すようなスリットノズル（スリット幅Ｗｔ＝５０ｍｍ、Ｗｓ＝２０ｍｍ、スリット隙間Ｄ＝２ｍｍ、設置間隔Ｌ＝２５ｍｍ）としたものを使用し、冷却媒体には圧縮空気のみを使用した。第１遮蔽部材５１、左側の第２遮蔽部材５２及び右側の第２遮蔽部材５３は、図５に示した開口率が連続的に変化するもの（形式１）、図７に示した開口率が２種類で２段階で変化するもの（形式２）、及び図示はしないが開口幅が一定で開口率が１種類のみのもの（形式３）を使用した。

また、製造したレール１０はＡＲＥＭＡ規格の１４１ ｌｂレール（頭部幅７７．７９ｍｍ、頭部高さ５４．８ｍｍ）、１１５ ｌｂレール（頭部幅６９．０６ｍｍ、頭部高さ４２．８ｍｍ）およびＪＩＳ規格の６０ｋｇレール（頭部幅６５ｍｍ、頭部高さ４９ｍｍ）、３７ｋｇレール（頭部幅６２．７１ｍｍ、頭部高さ３６．１２ｍｍ）である。冷却装置４による強制冷却時の条件（空気噴射圧、噴射時間、噴射距離など）は各レールの形状および目標硬度レベルに応じて調整を行った。レールの種類、遮蔽部材の形式、開口率を変化させて実際にレールの強制冷却を行い、室温まで空冷した後で頭角部の組織および表面の硬度を評価した。表１に各種条件および頭頂、頭角硬度と異常組織（ベイナイトおよびマルテンサイト）の発生有無、そしてそれらを総合して評価した製品の出荷可否を整理して示す。

比較例１は、ＪＩＳ規格の３７ｋｇのレールを、遮蔽部材を使用せずに製造した例である。比較例１においては、遮蔽部材を用いずノズルの噴射幅が不変であるため頭側の直射率が４０％を超過し、頭角部での冷却開始から終了までの平均冷却速度は４℃／秒であった。その結果、頭角部の冷速が頭頂に比べて過大となってベイナイト組織が生成し，頭角硬度も大きく低下したため出荷不可（評価×）となった。
比較例２及び３は、それぞれＪＩＳ規格の６０ｋｇのレール、ＪＩＳ規格の３７ｋｇのレールを、開口幅が一定の形式３の遮蔽部材を使用して製造した例である。比較例２及び３の遮蔽部材では開口幅が一定であるため開口率が変化せず、レールのサイズによって直射率を調整することができない。そのため、比較例２は頭頂直射率が６５％を超過し、比較例３は頭頂、頭側の直射率が６５％と４０％を超過しした結果、頭角部での冷却開始から終了までの平均冷却速度が４℃／秒であった。その結果、頭角部の冷速が頭頂に比べて過大となってベイナイト組織が生成し、頭角硬度も大きく低下したため出荷不可（評価×）となった。

一方、実施例１及び実施例２は、それぞれＡＲＥＭＡ規格の１４１ ｌｂレールおよび１１５ ｌｂレールを、開口率が連続的に変化する形式１の遮蔽部材を使用して製造した例である。実施例１においては、ＡＲＥＭＡ１４１ １ｂレールで、遮蔽部材によって頭頂及び頭側とも開口率が適切に選択され、頭頂及び頭側の直射率はそれぞれ５５％以上６５％以下と３０％以上４０以下を満たし、頭角部での冷却速度はそれぞれ２．５℃／秒であった。その結果、頭頂硬度と頭角硬度のばらつきは小さく，全断面でパーライト組織となっていたため出荷可（評価〇）となった。実施例２においては、実施例１と同じ形式１の遮蔽部材を使用してＡＲＥＭＡ１１５ ｌｂレールを製造した例である。この時，遮蔽部材を長手方向に移動させて比較例２よりも頭頂及び頭側とも開口率を下げることでＡＲＥＭＡ１１５ ｌｂレールに対して適切な直射率で冷却を実施することができた。その結果，頭頂硬度と頭角硬度のばらつきは小さく，全断面でパーライト組織となっていたため評価〇となった。

また、実施例３～４は、それぞれＪＩＳ規格の６０ｋｇのレール、ＪＩＳ規格の３７ｋｇのレールを、開口率が連続的に変化する形式１の遮蔽部材を用いて製造した例である。遮蔽部材を長手方向に移動させて開口率を制御することで各種レールに対して適切な直射率及び頭角部の冷却速度で冷却を実施することができた。その結果，頭頂硬度と頭角硬度のばらつきは小さく，全断面でパーライト組織となっていたため全条件で評価〇となった。

実施例５～８は、それぞれＡＲＥＭＡ規格の１４１ ｌｂレール、１１５ ｌｂレール、ＪＩＳ規格の６０ｋｇレール、ＪＩＳ規格の３７ｋｇレールを、開口率が２種類で２段階で変化する形式２の遮蔽部材を用いて製造した例である。製造した４種類のレールは頭部幅寸法の近いもの（１４１ ｌｂレールと１１５ ｌｂレール、６０ｋｇレールと３７ｋｇレール）、頭部高さ寸法の近いもの（１４１ ｌｂレールと６０ｋｇレール、１１５ ｌｂレールと３７ｋｇレール）で分類でき，開口率は2種類のみであるが遮蔽部材を頭頂・頭側で独立に開口率を選択することでいずれのレールでも適切な直射率及び頭角部の冷却速度を得ることができる。その結果、製造したレールは硬度ばらつきが小さく全断面でパーライト組織になり評価〇となった。

１ レールの製造装置
２ 圧延機
３ 切断機
４ 冷却装置
５ 冷却床
１０ レール
１１ 頭部
１１ａ 頭頂面
１１ｂ 左側の頭側面
１１ｃ 右側の頭側面
１１ｄ 左側の頭角部
１１ｅ 右側の頭角部
１１ｆ 左側の顎下面
１１ｇ 右側の顎下面
１２ 腹部
１３ 足部
１３ａ 足裏面
４１ 頭頂冷却ヘッダ
４１ａ 頭頂ノズル
４２ 左側の頭側冷却ヘッダ
４２ａ 左側の頭側ノズル
４３ 右側の頭側冷却ヘッダ
４３ａ 右側の頭側ノズル
４４ 足裏冷却ヘッダ
４５ 支持拘束部
４６ 頭部温度計
４７ 足部温度計
５０ 遮蔽機構
５１ 第１遮蔽部材
５１ａ 第１開口部
５１ａａ 大幅部
５１ａｂ 小幅部
５１ａｃ 大幅部
５１ａｄ 小幅部
５１ｂ 駆動装置
５１ｃ 連結部材
５２ 左側の第２遮蔽部材
５２ａ 左側の第２開口部
５２ａａ 大高部
５２ａｂ 小高部
５２ａｃ 大高部
５２ａｄ 小高部
５２ｂ 駆動装置
５２ｃ 連結部材
５３ 右側の第２遮蔽部材
５３ａ 右側の第２開口部
５３ｂ 駆動装置
５３ｃ 連結部材
ｌｓ 左側及び右側の頭側面側の頭角部遮蔽長さ
ｌｔ 頭頂面側の頭角部遮蔽長さ
Ｐｓ 左側及び右側の第２開口部の左及び右側の頭角部側の端位置
Ｐｔ 第１開口部の側及び右側の頭角部側の端位置
Ｖｓ 第２開口部の高さ寸法
Ｖｔ 第１開口部の幅寸法
Ｈ 頭部高さ
Ｗ 頭頂幅

Claims (5)

1. オーステナイト温度域以上の所定温度となり、左右の幅方向、高さ方向及び長手方向に延びるレールの頭部の頭頂面に冷却媒体を噴射する頭頂ノズルと、前記レールの頭部の左側及び右側のそれぞれの頭側面に冷却媒体を噴射する左側及び右側の頭側ノズルとを有するレールの冷却装置であって、
   前記頭頂面と前記頭頂ノズルとの間に設けられ、前記頭頂ノズルから噴射される冷却媒体の前記幅方向及び長手方向の通過範囲を画定する第１開口部を形成した第１遮蔽部材と、前記左側及び右側の頭側面のそれぞれと前記左側及び右側の頭側ノズルのそれぞれとの間に設けられ、前記左側及び右側の頭側ノズルのそれぞれから噴射される冷却媒体の前記高さ方向及び長手方向の通過範囲を画定する左側及び右側の第２開口部を形成した左側及び右側の第２遮蔽部材とを有する遮蔽機構を備え、
   前記第１開口部の前記幅方向の前記頭部の左側及び右側の頭角部側の端位置及び前記左側及び右側の第２開口部のそれぞれの前記高さ方向の前記頭部の左側及び右側のそれぞれの頭角部側の端位置の少なくとも一方が前記長手方向の位置で異なることで、頭頂面側の頭角部遮蔽長さ及び左側及び右側のそれぞれの頭側面側の頭角部遮蔽長さの少なくとも一方が前記長手方向の位置で異なっており、
   前記第１遮蔽部材、及び前記左側及び右側のそれぞれの第２遮蔽部材の各々が前記レールの長手方向に移動可能となっていることを特徴とするレールの冷却装置。
2. 前記第１遮蔽部材が、前記レールの幅方向において２分割された２つの遮蔽部材分割体で構成され、各遮蔽部材分割体が前記レールの長手方向に独立して移動可能となっていることを特徴とする請求項１に記載のレールの冷却装置。
3. 請求項１又は２に記載のレールの冷却装置によってレールを強制冷却することを特徴とするレールの冷却方法。
4. 前記レールの頭部の頭頂面における前記頭頂ノズルによって前記冷却媒体が直接噴射される領域が、前記レールの頭部の幅寸法の５５％以上６５％以下であり、前記レールの頭部の左側及び右側のそれぞれの頭側面における前記左側及び右側のそれぞれの頭側ノズルによって前記冷却媒体が直接噴射される領域が、前記レールの頭部の高さ寸法の３０％以上４０％以下であることを特徴とする請求項３に記載のレールの冷却方法。
5. 請求項３又は４に記載のレールの冷却方法によってレールを強制冷却する冷却工程を含むことを特徴とするレールの製造方法。

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