JP7364992B1 - Manufacturing method of flash butt welding rail - Google Patents

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健二 才田
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  • Butt Welding And Welding Of Specific Article (AREA)

Abstract

本発明の一態様に係るフラッシュバット溶接レールの製造方法は、前期フラッシュ工程と、パルス工程と、後期フラッシュ工程と、アプセット工程とを備え、パルス工程における周波数を1~10Hzとし、パルス工程における最大電流を2.33~6.98A/mm2とし、パルス工程における平均電流を0.70~4.65A/mm2とし、後期フラッシュ工程における最終フラッシュ速度を0.2~3.4mm/secとし、パルス工程において、積算電流の単位kA・sec/mm2での上限値を(8×周波数-480×C含有量+1400)/8600とし、パルス工程において、積算電流の単位kA・sec/mm2での下限値を(3.5×周波数-180×C含有量+55×Mn含有量+45×Cr含有量+300)/8600とする。A method for manufacturing a flash butt welded rail according to one aspect of the present invention includes an early flash process, a pulse process, a latter flash process, and an upset process, wherein the frequency in the pulse process is 1 to 10 Hz, and the maximum frequency in the pulse process is 1 to 10 Hz. The current is 2.33 to 6.98 A/mm2, the average current in the pulse step is 0.70 to 4.65 A/mm2, the final flash speed in the latter flash step is 0.2 to 3.4 mm/sec, and the pulse In the process, the upper limit of the integrated current in the unit kA sec/mm2 is (8 x frequency - 480 x C content + 1400) / 8600, and in the pulse process, the lower limit of the integrated current in the unit kA sec/mm2. is (3.5×frequency−180×C content+55×Mn content+45×Cr content+300)/8600.

Description

本発明は、フラッシュバット溶接レールの製造方法に関する。 The present invention relates to a method of manufacturing a flash butt welded rail.

レールの中で最も損傷が起こりやすく、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。一方、貨物鉄道では貨車の重積載化が進められている。そのため、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、ロングレールを製造する技術が一般化している。 The parts of the rail that are most susceptible to damage and the most costly to maintain are the rail joints. In addition, joints are a major source of noise and vibration generated when trains pass. On the other hand, on freight railways, freight cars are increasingly loaded with heavier loads. Therefore, a technique for manufacturing long rails by making the rail joints having the above problems continuous by welding has become common.

溶接方法は種々あるが、フラッシュバット(FB)溶接が主である。レール製造会社から出荷されたレールは、鉄道会社の溶接工場にて、据え置きタイプのFB溶接機(固定式FB溶接機)を用いて溶接され、これにより、例えば200m以上の長さのロングレールが製造される。このロングレールは敷設場所に運ばれ、可搬式のFB溶接機(モバイル式FB溶接機)を用いてさらに溶接され、これにより1000m以上のロングレールが製造される場合が多い。 There are various welding methods, but flash butt (FB) welding is the main one. The rails shipped from the rail manufacturing company are welded at the railway company's welding factory using a stationary type FB welding machine (fixed type FB welding machine), which allows long rails with a length of, for example, 200 m or more to be made. Manufactured. This long rail is transported to the installation site and further welded using a portable FB welding machine (mobile FB welding machine), thereby producing long rails of 1000 m or more in many cases.

図2A及び図2Bに示すように、レールのFB溶接方式には、主に予熱フラッシュ方式、及びパルスフラッシュ方式の2種類がある。 As shown in FIGS. 2A and 2B, there are two main types of rail FB welding methods: a preheating flash method and a pulse flash method.

固定式FB溶接機は、変圧器容量が大きく、大電流を流すことが可能である。そのため、固定式FB溶接機を用いたFB溶接では、大電流を流す予熱工程を有する予熱フラッシュ方式が主に採用されている。予熱フラッシュ方式は前期フラッシュ工程、予熱工程、後期フラッシュ工程、アプセット工程からなる。 A fixed type FB welding machine has a large transformer capacity and can flow a large current. Therefore, in FB welding using a stationary FB welding machine, a preheating flash method that includes a preheating process in which a large current is passed is mainly adopted. The preheating flash method consists of an early flash process, a preheating process, a late flash process, and an upset process.

前期フラッシュ工程では、まず溶接母材となる2本のレールの端面を、電圧を印加させた状態で、隙間を設けて突き合せる。ここで「突き合せる」とは、二つのものを近づけて、ただし離隔させた状態で向かい合わせることを意味している。向かい合わせられた二つのものを接触させることを意味する「突き当てる」という用語と、「突き合わせる」という用語とは、区別される。次いで、レールの端面を近づけるようにレールを移動させる。通常、片側のレールを、もう片側のレールに向けて前進させる。これにより、2本のレールの端面において、局所的に短絡電流が流れる。 In the first flashing process, first, the end faces of two rails, which are to be welded base materials, are butted against each other with a gap provided while a voltage is applied. Here, "butting" means bringing two things close together, but facing each other while being separated. A distinction is made between the term "butting", which means bringing two facing objects into contact, and the term "butting". Next, the rail is moved so that the end surfaces of the rail are brought closer together. Usually one rail is advanced towards the other rail. As a result, a short circuit current flows locally at the end faces of the two rails.

抵抗発熱により、レールの端面は急速に加熱され溶融に至る。突き合わせられたレールの間は、溶融金属で橋絡される。この橋絡部では、アークが発生する。これにより、溶融金属の一部が飛散するとともに、輻射熱で端面が加熱される。溶融金属の飛散は、フラッシュの発生と称される。前期フラッシュ工程では、これらの現象が連続的に繰り返される。そして、前期フラッシュ工程によって、レールの端面は平坦化される。前期フラッシュ工程は、予フラッシュ、又は平坦化フラッシュと称される場合もある。 Due to the resistance heat generation, the end surface of the rail is rapidly heated and melted. The butted rails are bridged with molten metal. An arc is generated at this bridge portion. As a result, a portion of the molten metal is scattered and the end face is heated by radiant heat. Splashing of molten metal is referred to as flash generation. In the early flash process, these phenomena are continuously repeated. Then, the end face of the rail is flattened by the first flashing process. The pre-flash process is sometimes referred to as a pre-flash or a planarization flash.

溶融金属の飛散によりレールが消耗するので、前期フラッシュ工程、及び後述する後期フラッシュ工程では、レールを互いに近づける必要がある。このときのレールの相対移動速度をフラッシュ速度という。また、レールの相対移動量をフラッシュ長という。さらに、フラッシュ工程の期間に消耗したレールの長さをフラッシュ代という。通常、フラッシュ長とフラッシュ代とは実質的に同一の値となる。 Since the rails are worn out due to the scattering of molten metal, it is necessary to move the rails closer to each other in the early flashing process and the latter flashing process described later. The relative movement speed of the rail at this time is called the flash speed. Also, the amount of relative movement of the rail is called the flash length. Furthermore, the length of the rail consumed during the flashing process is called the flashing cost. Usually, the flash length and the flash distance have substantially the same value.

予熱工程では、2つのレールの端面の全体を接触させ、2秒から5秒間程度通電した後に、レールの端面を1秒から2秒間程度引き離す。接触及び引き離しを2回から18回程度繰り返す。このとき、2つの端面の全体が接触するので、レールには大電流が流れる。これにより、後期フラッシュ工程の実施に先立って、レールの端面を予熱する。 In the preheating step, the entire end surfaces of the two rails are brought into contact, and after electricity is applied for about 2 to 5 seconds, the end surfaces of the rails are separated for about 1 to 2 seconds. Repeat contact and separation about 2 to 18 times. At this time, since the two end surfaces are entirely in contact, a large current flows through the rail. Thereby, the end surface of the rail is preheated prior to implementation of the latter flashing process.

後期フラッシュ工程では、前期フラッシュ工程と同様に、まず2本のレールの端面を、電圧を印加させた状態で、隙間を設けて対向させる。次いで、レールの端面を近づけるようにレールを移動させる。これにより2つの端面の間にフラッシュを生じさせる。後期フラッシュ工程の原理は、前期フラッシュ工程と同様である。しかし前期フラッシュ工程とは異なり、後期フラッシュ工程の開始の時点では、レールの端面は平坦化されており、且つ予熱されている。後期フラッシュ工程におけるフラッシュ速度、即ち後期フラッシュ速度は、一般的に、前期フラッシュ工程におけるフラッシュ速度、即ち前期フラッシュ速度より速くなる。また、後期フラッシュ工程におけるフラッシュ長は、前期フラッシュ工程におけるフラッシュ長より長い。 In the latter flashing step, as in the first flashing step, first, the end surfaces of the two rails are opposed to each other with a gap provided while a voltage is applied. Next, the rail is moved so that the end surfaces of the rail are brought closer together. This creates a flash between the two end faces. The principle of the latter flush process is the same as that of the early flush process. However, unlike the early flash process, at the start of the latter flash process, the end faces of the rails are flattened and preheated. The flash rate in the late flash step, ie, the late flash rate, is generally faster than the flash rate in the early flash step, ie, the early flash rate. Further, the flash length in the latter flash process is longer than the flash length in the early flash process.

後期フラッシュ工程により、端面全体が溶融状態とされる。その後のアプセット工程で、レールの端面同士を突き当てて大圧下力を加える。大圧下力により、レールの端面が接合され、溶接レールが作製される。また、アプセット工程の際には、端面の溶融物及び酸化物が、溶接部から押し出されてバリとなる。バリは溶接完了後に除去されることが通常である。 The latter flashing step brings the entire end face into a molten state. In the subsequent upsetting process, the end surfaces of the rails are butted against each other and a large rolling force is applied. The end surfaces of the rails are joined together by a large rolling force, producing a welded rail. Further, during the upset process, the molten material and oxides on the end face are pushed out from the welded part and become burrs. The flash is usually removed after welding is complete.

モバイル式FB溶接機は、可搬性を重視した設計とされている。そのため、モバイル式FB溶接機は、固定式FBと比較して変圧器容量が小さく、通電可能な最大電流が小さい。そのため、モバイル式FB溶接機では、上述した予熱工程において十分な電流を流すことができない。そこで、モバイル式FB溶接機を用いたFB溶接では、パルスフラッシュ方式が主に採用されている。パルスフラッシュ方式は、予熱フラッシュ方式よりも最大電流が小さいことを特徴とする。 Mobile FB welding machines are designed with an emphasis on portability. Therefore, a mobile FB welding machine has a smaller transformer capacity and a smaller maximum current that can be passed than a fixed FB. Therefore, in the mobile FB welding machine, sufficient current cannot be passed in the above-mentioned preheating process. Therefore, in FB welding using a mobile FB welding machine, the pulse flash method is mainly adopted. The pulse flash method is characterized by a smaller maximum current than the preheat flash method.

パルスフラッシュ方式のFB溶接は、前期フラッシュ工程、パルス工程、後期フラッシュ工程、アプセット工程からなる。上述の予熱フラッシュ方式のFB溶接における予熱工程が、パルス工程と置き替えられたものが、パルスフラッシュ方式のFB溶接であると考えることができる。パルス工程では、1秒間に数回の割合(数Hz)でレールの前進と後退とを繰り返すものであり、レールの接触面積の増加に伴い、電流値を高めることができる溶接方法である。そのため、パルス工程は、レールの予熱方法の一種と言える。ただし、予熱フラッシュ方式における予熱工程と、パルスフラッシュ工程におけるパルス工程とは、保持時間の有無において相違する。 Pulse flash type FB welding consists of an early flash process, a pulse process, a latter flash process, and an upset process. Pulse flash type FB welding can be considered to be when the preheating process in the preheating flash type FB welding described above is replaced with a pulse process. In the pulse process, the rail advances and retreats repeatedly at a rate of several times per second (several Hz), and is a welding method that can increase the current value as the contact area of the rail increases. Therefore, the pulse process can be said to be a type of rail preheating method. However, the preheating process in the preheating flash method and the pulse process in the pulse flash process differ in the presence or absence of a holding time.

予熱工程では、一対のレールを強制的に接触させて短絡状態とし、ジュール発熱を生じさせ、これにより端面を加熱する。一対のレールの接触状態は、数秒から数十秒にわたって保持される。従って電流は、図2Aに示されるように、数秒から数十秒にわたってレールに印加される。予熱工程における電流波形は、ハット型波形と称される場合がある。また、一対のレールを接触させた状態で、電流を間欠的に通電することもある。 In the preheating step, the pair of rails are forcibly brought into contact to create a short circuit, generating Joule heat, thereby heating the end surface. The contact state between the pair of rails is maintained for several seconds to several tens of seconds. Current is therefore applied to the rail for a few seconds to tens of seconds, as shown in FIG. 2A. The current waveform in the preheating process is sometimes referred to as a hat-shaped waveform. Furthermore, current may be applied intermittently while the pair of rails are in contact with each other.

一方でパルス工程では、前進及び後退からなる数Hzのパルスをプラテン送りに重畳させながら、プラテンを移動させる。この際、一対のレールの接触状態は極めて短時間しか維持されない。パルス工程では、一対のレールが接触するとすぐに、レールを引き離すようにプラテンを制御する。ただし、一対のレールが圧着された結果、レールの引き離しが速やかに実施されず、外見的に一対のレールの接触状態が保たれることがある。一対のレールの前進及び後退の際にフラッシングが生じる。フラッシングによって、レールの端面が予熱される。パルス工程における電流波形は、図2Bに示されるようなピーク型波形となる。 On the other hand, in the pulse process, the platen is moved while superimposing forward and backward pulses of several Hz on the platen movement. At this time, the state of contact between the pair of rails is maintained only for a very short time. In the pulse process, the platen is controlled to pull a pair of rails apart as soon as they make contact. However, as a result of the pair of rails being crimped together, the rails may not be pulled apart quickly, and the pair of rails may remain in contact with each other in appearance. Flashing occurs when the pair of rails move forward and backward. The end surface of the rail is preheated by flashing. The current waveform in the pulse process becomes a peak type waveform as shown in FIG. 2B.

なお、一般的なFB溶接では、2本のレールのうち一方を、他方に向けて前進及び後退させるが、2本のレールの両方を互いに接近及び離隔させてもよい。以下、レールの「前進」とは、2本のレールを互いに接近させることを含む概念であり、レールの「後退」とは、2本のレールを互いに離隔させることを含む概念である。 In addition, in general FB welding, one of the two rails is moved forward and backward toward the other, but both of the two rails may be moved toward and away from each other. Hereinafter, "advancing" a rail is a concept that includes moving two rails closer to each other, and "retreating" a rail is a concept that includes moving two rails apart from each other.

ただしパルス工程では、レール同士を最大限に前進させた場合でも、端面全体が接触しない場合がある。また、レール同士を離隔させようとしても、端面がくっつき、引き離されない場合がある。また、パルスフラッシュ方式のパルス工程における電流値は、前述の通り、予熱フラッシュ方式の予熱工程の電流値よりも小さい。そのため、パルス工程における積算電流値は、予熱フラッシュ方式の予熱工程における積算電流値と比較し小さい。なお、積算電流値とは、予熱工程又はパルス工程における平均電流値と総通電時間との積であり、予熱工程又はパルス工程における入熱量の指標である。パルス工程における総通電時間とは、パルス工程時間、即ちパルス工程の開始から終了までの時間である。パルス工程における平均電流値とは、パルス工程での電流値の時間積分値を総通電時間で割った値である。予熱工程における総通電時間とは、予熱工程における通電時間の合計値である。図2Aに示される予熱工程の電流波形図において、電流値が0とされている時間は、総通電時間に含まれない。予熱工程における平均電流値は、電流値の時間積分値を総通電時間で割った値である。 However, in the pulse process, even when the rails are moved forward to the maximum extent, the entire end surfaces may not come into contact with each other. Furthermore, even if you try to separate the rails from each other, the end faces may stick together and the rails may not be separated. Further, as described above, the current value in the pulse step of the pulse flash method is smaller than the current value in the preheating step of the preheating flash method. Therefore, the integrated current value in the pulse process is smaller than the integrated current value in the preheating process of the preheating flash method. Note that the integrated current value is the product of the average current value and the total energization time in the preheating process or pulse process, and is an index of the amount of heat input in the preheating process or pulse process. The total energization time in the pulse process is the pulse process time, that is, the time from the start to the end of the pulse process. The average current value in the pulse process is the value obtained by dividing the time integral value of the current value in the pulse process by the total energization time. The total energization time in the preheating process is the total value of the energization time in the preheating process. In the current waveform diagram of the preheating process shown in FIG. 2A, the time during which the current value is 0 is not included in the total energization time. The average current value in the preheating step is the value obtained by dividing the time integral value of the current value by the total energization time.

フラッシュバット溶接レールは、曲げ試験において規格で定められている基準を満足することが求められる。溶接規格として、例えばAREMA(アメリカ鉄道工学及び保線協会)規格がある。ここでは、破断時のたわみ量は0.75inch以上、破断時の底部応力は125000lbp/in以上と定められている。Flash butt welded rails are required to satisfy standards set by standards in bending tests. Examples of welding standards include AREMA (American Railway Engineering and Track Maintenance Association) standards. Here, the amount of deflection at break is determined to be 0.75 inches or more, and the bottom stress at break is determined to be 125,000 lb/in 2 or more.

パルスフラッシュ方式のFB溶接で溶接されたフラッシュバット溶接レールは、予熱フラッシュ方式のFB溶接と同様に、破断時のたわみ量及び底部応力について、規格を満足させる必要がある。 Flash butt welded rails welded by pulsed flash type FB welding need to satisfy standards regarding the amount of deflection and bottom stress at break, similar to preheated flash type FB welding.

曲げ試験において溶接レールが破断する起点は、溶接方式に関わらず、溶接面の酸化物欠陥である場合が多い。大気溶接を行うフラッシュバット溶接において、アプセット工程前の後期フラッシュ工程で生成した酸化物が、アプセット工程で排出されずに溶接継ぎ手内に残る。この酸化物が、溶接レールにおいて酸化物欠陥となり、曲げ試験に関する規格を満足しない原因となる。 Regardless of the welding method, the starting point at which a welded rail breaks during a bending test is often an oxide defect on the weld surface. In flash butt welding in which atmospheric welding is performed, oxides generated in the latter flash process before the upset process remain in the welded joint without being discharged during the upset process. This oxide causes oxide defects in the welded rail, causing it to fail to meet standards regarding bending tests.

発明者らは、パルスフラッシュ方式のFB溶接によって得られた継手が曲げ試験の規格を満足しない比率は、予熱フラッシュ方式のFB溶接におけるそれと比較して、高いことを確認した。一般的に、溶接時の積算電流を高めることが、曲げ試験における破断時のたわみ量及び底部応力を高めるために有効であることが知られている。しかしながら、パルスフラッシュ方式のフラッシュバット溶接によって得られた継ぎ手には、予熱フラッシュ方式と比較して、積算電流を高めても、曲げ試験における破断時のたわみ量及び底部応力が規格を満足し難いという課題がある。 The inventors have confirmed that the proportion of joints obtained by pulsed flash type FB welding that do not satisfy bending test standards is higher than that in preheated flash type FB welding. It is generally known that increasing the integrated current during welding is effective for increasing the amount of deflection at break and the bottom stress in a bending test. However, compared to the preheating flash method, it is difficult for joints obtained by flash butt welding using the pulse flash method to meet the standards in terms of deflection at break and bottom stress in bending tests, even if the integrated current is increased. There are challenges.

さらに、モバイル式FB溶接機を用いてパルスフラッシュ方式によるFB溶接を行う場合、パルス工程で積算電流を高めるほど、端面同士がくっついて離れなくなり、パルス制御を維持できなくなる課題がある。パルス工程において、端面がくっつく現象は、圧着と呼ばれる。 Furthermore, when performing FB welding using a pulse flash method using a mobile FB welding machine, there is a problem that the higher the integrated current in the pulse process, the more the end faces stick together and cannot be separated, making it impossible to maintain pulse control. In the pulse process, the phenomenon in which end faces stick together is called crimping.

レールのフラッシュバット溶接は、主に予熱フラッシュ方式によって行われてきた。従って、予熱フラッシュ方式を用いた溶接方法に関する文献は多く発行されている。その一方で、パルスフラッシュ方式を用いた溶接方法について検討された事例は非常に少ない。 Flash butt welding of rails has mainly been carried out by the preheating flash method. Therefore, many documents have been published regarding welding methods using the preheating flash method. On the other hand, there are very few cases in which welding methods using the pulse flash method have been studied.

特許文献1では、入熱効果の大きいアークを得ることを目的に、大断面積高温材のパルスフラッシュ方式を用いた溶接において、前進、後退タイミングを電流値、電力値で定める溶接方法が開示されている。特許文献2では、生産能力を高めることを目的にレールのパルスフラッシュ方式を用いた溶接において、パルス工程全体の開始温度、終了時の溶損量を規定した溶接方法が開示されている。特許文献3には、高MnレールであるR260レールの組織制御を目的に、パルスフラッシュ方式を用いた溶接において、入熱量を規定した溶接方法が開示されている。非特許文献1では、周波数7~9Hzでのレールのパルスフラッシングに関する最適化された溶接条件が開示されている。 Patent Document 1 discloses a welding method in which advance and retreat timings are determined by current values and power values in welding large cross-sectional area high-temperature materials using a pulse flash method, with the aim of obtaining an arc with a large heat input effect. ing. Patent Document 2 discloses a welding method in which the starting temperature of the entire pulse process and the amount of melting loss at the end of the pulse process are specified in welding using a pulse flash method for rails for the purpose of increasing production capacity. Patent Document 3 discloses a welding method in which the amount of heat input is specified in welding using a pulse flash method for the purpose of controlling the structure of R260 rail, which is a high Mn rail. Optimized welding conditions for pulse flashing of rails at a frequency of 7-9 Hz are disclosed in Non-Patent Document 1.

特開2002-205175号公報Japanese Patent Application Publication No. 2002-205175 特開昭57-50285号公報Japanese Patent Application Publication No. 57-50285 中国特許出願公開第110616368号明細書China Patent Application Publication No. 110616368

「ACCELERATING THE HEATING OF RAILS DURING FLASH WWELDING WITH PULSED FLASHING」S.I.KUCHUK-YATSENKOら、Paton溶接研究所、ウクライナ科学アカデミー、Avtom Svarka No.4 Page.45-47(1977)"ACCELERATION THE HEATING OF RAILS DURING FLASH WWELDING WITH PULSED FLASHING" S. I. KUCHUK-YATSENKO et al., Paton Welding Institute, Ukrainian Academy of Sciences, Avtom Svarka No. 4 Page. 45-47 (1977)

しかしながら上記の先行技術文献には、フラッシュバット溶接レールの曲げ試験において低たわみ量及び低底部応力での破断を防止する方法、及び、パルス工程における圧着を防止する方法に関する記載はない。 However, the above-mentioned prior art documents do not describe a method for preventing fracture at a low deflection amount and low bottom stress in a bending test of a flash butt welded rail, and a method for preventing crimping during a pulse process.

本発明の課題は、(1)パルスフラッシュ方式のフラッシュバット溶接によって、フラッシュバット溶接レールの曲げ試験時の低たわみ量及び低底部応力での破断を抑制可能であり、且つ、(2)パルス工程中にレールの端面の圧着を防止可能であるフラッシュバット溶接レールの製造方法を提供することである。 The object of the present invention is to (1) suppress fracture due to low deflection and low bottom stress during bending tests of flash butt welded rails by flash butt welding using the pulse flash method; It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a flash butt welded rail that can prevent the end face of the rail from being crimped during the process.

本発明の要旨は以下の通りである。 The gist of the invention is as follows.

(1)本発明の一態様に係るフラッシュバット溶接レールの製造方法は、長手方向に沿って並べられた一対のレールの端面の間にフラッシュを生じさせて、これにより前記端面を平坦化する前期フラッシュ工程と、一対の前記レールの前記端面の接触及び引き離しを繰り返し、これにより前記端面を予熱するパルス工程と、一対の前記レールの前記端面の間にフラッシュを生じさせて、これにより前記端面を全体的に溶融させる後期フラッシュ工程と、一対の前記レールの前記端面を突き当てて加圧し、これにより前記レールを接合するアプセット工程と、を備え、前記パルス工程における周波数を1~10Hzとし、前記パルス工程における最大電流を2.33~6.98A/mmとし、前記パルス工程における平均電流を0.70~4.65A/mmとし、前記後期フラッシュ工程における最終フラッシュ速度を0.2~3.4mm/secとし、前記レールの化学成分が、単位質量%でC:0.60~1.20%、Mn:0.1~2.0%、Cr:0.01~2.00%、Si:0.10~2.00%、Al:0.001~0.500%、P:0.020%以下S:0.020%以下、N:0.003~0.020%、V:0~0.300%、Ti:0~0.0500%、Nb:0~0.050%Cu:0~1.000%、Ni:0~1.00%、Ca:0~0.0200%、REM:0~0.0500%、及びMo:0~0.500%を含有し、残部はFe及び不純物を含み、前記パルス工程において、前記平均電流と通電時間との積である積算電流の、単位kA・sec/mmでの上限値を(8×前記周波数-480×C含有量+1400)/8600とし、前記パルス工程において、前記積算電流の単位kA・sec/mmでの下限値を(3.5×前記周波数-180×C含有量+55×Mn含有量+45×Cr含有量+300)/8600とする。
(2)上記(1)に記載のフラッシュバット溶接レールの製造方法では、好ましくは、前記パルス工程における最小電流を0.12A/mm以上とする。
(3)上記(1)又は(2)に記載のフラッシュバット溶接レールの製造方法では、好ましくは、前記後期フラッシュ工程のフラッシュ長を5~50mmとする。
(4)上記(1)~(3)のいずれか一項に記載のフラッシュバット溶接レールの製造方法では、好ましくは、前記レールの前記化学成分が、単位質量%でV:0.001~0.300%、Ti:0.0008~0.0500%、Nb:0.001~0.050%、Cu:0.005~1.000%、Ni:0.01~1.00%、Ca:0.0005~0.0200%、REM:0.0005~0.0500%、Al:0.001~0.500%、及びMo:0.002~0.500%からなる群から選択される一種以上を含有する。
(1) A method for manufacturing a flash butt welded rail according to one aspect of the present invention includes a first step in which a flash is generated between the end surfaces of a pair of rails arranged along the longitudinal direction, thereby flattening the end surfaces. a flash step; a pulse step of repeatedly bringing the end surfaces of the pair of rails into contact and separating them, thereby preheating the end surfaces; and generating a flash between the end surfaces of the pair of rails, thereby heating the end surfaces. a latter flashing step of melting the whole; and an upsetting step of abutting and pressurizing the end surfaces of the pair of rails, thereby joining the rails; the frequency of the pulse step is 1 to 10 Hz; The maximum current in the pulse step is 2.33 to 6.98 A/mm 2 , the average current in the pulse step is 0.70 to 4.65 A/mm 2 , and the final flash rate in the latter flash step is 0.2 to 6.98 A/mm 2 . 3.4 mm/sec, and the chemical components of the rail are C: 0.60 to 1.20%, Mn: 0.1 to 2.0%, and Cr: 0.01 to 2.00% in unit mass %. , Si: 0.10-2.00%, Al: 0.001-0.500%, P: 0.020% or less, S: 0.020% or less, N: 0.003-0.020%, V : 0-0.300%, Ti: 0-0.0500%, Nb: 0-0.050%, Cu: 0-1.000%, Ni: 0-1.00%, Ca: 0-0.0200 %, REM: 0 to 0.0500%, and Mo: 0 to 0.500%, with the remainder containing Fe and impurities, and in the pulse process, an integrated current that is the product of the average current and the energization time. The upper limit in the unit kA sec/mm 2 is (8 x frequency - 480 x C content + 1400)/8600, and in the pulse process, the lower limit of the integrated current in the unit kA sec/mm 2 The value is set as (3.5 x frequency - 180 x C content + 55 x Mn content + 45 x Cr content + 300)/8600.
(2) In the method for manufacturing a flash butt welded rail according to (1) above, preferably, the minimum current in the pulse step is 0.12 A/mm 2 or more.
(3) In the method for manufacturing a flash butt welded rail according to (1) or (2) above, preferably, the flash length in the latter flash step is 5 to 50 mm.
(4) In the method for manufacturing a flash butt welded rail according to any one of (1) to (3) above, preferably, the chemical component of the rail is V: 0.001 to 0 in unit mass %. .300%, Ti: 0.0008-0.0500%, Nb: 0.001-0.050%, Cu: 0.005-1.000%, Ni: 0.01-1.00%, Ca: A type selected from the group consisting of 0.0005 to 0.0200%, REM: 0.0005 to 0.0500%, Al: 0.001 to 0.500%, and Mo: 0.002 to 0.500%. Contains the above.

本発明に係るフラッシュバット溶接レールの製造方法によれば、(1)パルスフラッシュ方式のフラッシュバット溶接によって、フラッシュバット溶接レールの曲げ試験時の低たわみ量及び低底部応力での破断を抑制可能であり、且つ、(2)パルス工程中にレールの端面の圧着を防止可能であるフラッシュバット溶接レールの製造方法を提供することができる。 According to the method for manufacturing a flash butt welded rail according to the present invention, (1) Pulse flash type flash butt welding can suppress fracture due to low deflection and low bottom stress during bending tests of flash butt welded rails. (2) It is possible to provide a method for manufacturing a flash butt welded rail that can prevent the end face of the rail from being crimped during the pulse process.

前期フラッシュ工程の模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram of a first-stage flash process. パルス工程の模式図である。It is a schematic diagram of a pulse process. 後期フラッシュ工程の模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram of a late flush process. アプセット工程の模式図である。It is a schematic diagram of an upset process. 予熱フラッシュ方式のフラッシュバット溶接における電流値変化の比較図である。FIG. 3 is a comparison diagram of current value changes in flash butt welding using the preheating flash method. パルスフラッシュ方式のフラッシュバット溶接における電流値変化の比較図である。FIG. 3 is a comparison diagram of current value changes in flash butt welding using a pulse flash method. フラットスポット最大長さと曲げ破断時の底部応力との関係を示すグラフである。It is a graph showing the relationship between the maximum flat spot length and the bottom stress at the time of bending fracture. 端面の温度測定場所、及び低温部の評価単位を示す図である。It is a figure which shows the temperature measurement location of an end surface, and the evaluation unit of a low temperature part. 図4Aにおける破線で囲まれた矩形領域の拡大図である。4B is an enlarged view of a rectangular area surrounded by a broken line in FIG. 4A. FIG. Cと、パルス工程直後の端面の平均温度と最低温度の温度差50℃以上の評価単位の個数の関係を示すグラフである。It is a graph showing the relationship between C and the number of evaluation units in which the temperature difference between the average temperature and the minimum temperature of the end face immediately after the pulse process is 50° C. or more. Mnと、パルス工程直後の端面の平均温度と最低温度の温度差50℃以上の評価単位の個数の関係を示すグラフである。It is a graph showing the relationship between Mn and the number of evaluation units in which the temperature difference between the average temperature and the minimum temperature of the end face immediately after the pulse process is 50° C. or more. Crと、パルス工程直後の端面の平均温度と最低温度の温度差50℃以上の評価単位の個数の関係を示すグラフである。It is a graph showing the relationship between Cr and the number of evaluation units in which the temperature difference between the average temperature and the minimum temperature of the end face immediately after the pulse process is 50° C. or more. パルス工程直後の端面の平均温度と最低温度の温度差50℃以上の評価単位の個数とフラットスポット最大長さの関係を示すグラフである。It is a graph showing the relationship between the number of evaluation units having a temperature difference of 50° C. or more between the average temperature and the minimum temperature of the end face immediately after the pulse process and the maximum length of the flat spot. 周波数とフラットスポット最大長さの関係を示すグラフである。It is a graph showing the relationship between frequency and flat spot maximum length. 最大電流とフラットスポット最大長さの関係を示すグラフである。It is a graph showing the relationship between maximum current and flat spot maximum length. 平均電流とフラットスポット最大長さの関係を示すグラフである。It is a graph showing the relationship between average current and flat spot maximum length. 最大パルス時間比率と後退できなくなる比率の関係を示すグラフである。It is a graph showing the relationship between the maximum pulse time ratio and the ratio at which it becomes impossible to retreat. Cと最大パルス時間比率の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between C and maximum pulse time ratio. 周波数と最大パルス時間比率の関係を示すグラフである。It is a graph showing the relationship between frequency and maximum pulse time ratio. 最大電流と最大パルス時間比率の関係を示すグラフである。It is a graph showing the relationship between maximum current and maximum pulse time ratio. 平均電流と最大パルス時間比率の関係を示すグラフである。It is a graph showing the relationship between average current and maximum pulse time ratio. 曲げ試験方法を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing a bending test method.

本実施形態に係るフラッシュバット溶接レールの製造方法では、レール1A、1Bの化学成分、パルス工程S2における周波数、最大電流、平均電流、及び積算電流、並びに後期フラッシュ工程S3における最終フラッシュ速度を最適範囲内とする。即ち、本実施形態に係るフラッシュバット溶接レールの製造方法は、図1A~図1Dに示されるように、
(S1)長手方向に沿って並べられた一対のレール1A、1Bの端面の間にフラッシュを生じさせて、これにより端面を平坦化する前期フラッシュ工程と、
(S2)一対のレール1A、1Bの端面の接触及び引き離しを繰り返し、これにより端面を予熱するパルス工程と、
(S3)一対のレール1A、1Bの端面の間にフラッシュを生じさせて、これにより端面を全体的に溶融させる後期フラッシュ工程と、
(S4)一対のレール1A、1Bの端面を突き当てて加圧し、これによりレールを接合するアプセット工程と、
を備える。さらに、本実施形態に係るフラッシュバット溶接レールの製造方法では、パルス工程における周波数を1~10Hzとし、パルス工程における最大電流を2.33~6.98A/mmとし、パルス工程における平均電流を0.70~4.65A/mmとし、後期フラッシュ工程における最終フラッシュ速度を0.2~3.4mm/secとし、レールの化学成分が、単位質量%でC:0.60~1.20%、Mn:0.1~2.0%、Cr:0.01~2.00%、Si:0.10~2.00%、P:0.020%以下S:0.020%以下、及びN:0.003~0.020%を含有し、残部はFe及び不純物を含み、パルス工程において、平均電流と通電時間との積である積算電流の、単位kA・sec/mmでの上限値を(8×周波数-480×C含有量+1400)/8600とし、パルス工程において、積算電流の単位kA・sec/mmでの下限値を(3.5×周波数-180×C含有量+55×Mn含有量+45×Cr含有量+300)/8600とする。
In the method for manufacturing a flash butt welded rail according to the present embodiment, the chemical components of the rails 1A and 1B, the frequency, maximum current, average current, and integrated current in the pulse step S2, and the final flash speed in the latter flash step S3 are set within the optimum range. Within. That is, as shown in FIGS. 1A to 1D, the method for manufacturing a flash butt welded rail according to the present embodiment includes the following steps:
(S1) A first flashing step of generating flash between the end faces of the pair of rails 1A and 1B arranged along the longitudinal direction, thereby flattening the end faces;
(S2) a pulse process of repeatedly contacting and separating the end surfaces of the pair of rails 1A and 1B, thereby preheating the end surfaces;
(S3) a late flashing step in which a flash is generated between the end faces of the pair of rails 1A and 1B, thereby melting the end faces as a whole;
(S4) an upsetting step in which the end surfaces of the pair of rails 1A and 1B are brought into contact and pressurized, thereby joining the rails;
Equipped with Furthermore, in the method for manufacturing a flash butt welded rail according to the present embodiment, the frequency in the pulse process is 1 to 10 Hz, the maximum current in the pulse process is 2.33 to 6.98 A/ mm2 , and the average current in the pulse process is 0.70 to 4.65 A/mm 2 , the final flash speed in the latter flashing step is 0.2 to 3.4 mm/sec, and the chemical composition of the rail is C: 0.60 to 1.20 in unit mass %. %, Mn: 0.1 to 2.0%, Cr: 0.01 to 2.00%, Si: 0.10 to 2.00%, P: 0.020% or less, S: 0.020% or less, and N: 0.003 to 0.020%, the remainder includes Fe and impurities, and in the pulse process, the integrated current, which is the product of the average current and the energization time, in units of kA sec/mm 2 The upper limit value is (8 x frequency - 480 x C content + 1400) / 8600, and in the pulse process, the lower limit value in the unit of integrated current kA sec/mm 2 is (3.5 x frequency - 180 x C content +55×Mn content+45×Cr content+300)/8600.

なお、溶接条件には、溶接開始前に予め定められた計画値と、溶接中に測定される実績値とがある。上述の溶接条件は、実績値に基づく。なお、上述の溶接条件には含まれないが、後述する「最大パルス時間比率」は、計画値と実績値との乖離を示す指標である。 Note that the welding conditions include planned values that are predetermined before the start of welding and actual values that are measured during welding. The above-mentioned welding conditions are based on actual values. Although not included in the above-mentioned welding conditions, the "maximum pulse time ratio" described later is an index indicating the deviation between the planned value and the actual value.

また、図1A~図1Dには、レールの柱部に電極を押し付ける溶接方法を例示している。電極は、レールの柱部を両側から挟み込むように配置される。図1A~図1Dでは、柱部の手前側に配された電極のみ記載し、柱部奥側に配された電極については記載を省略している。しかしながら、電極を設置する箇所は特に限定されない。レールの頭表面、及び足裏面に電極を押し付けてフラッシュバット溶接を実施してもよい。 Further, FIGS. 1A to 1D illustrate a welding method in which an electrode is pressed against a column of a rail. The electrodes are arranged so as to sandwich the column part of the rail from both sides. In FIGS. 1A to 1D, only the electrodes arranged on the front side of the column are shown, and the electrodes arranged on the back side of the column are omitted. However, the location where the electrodes are installed is not particularly limited. Flash butt welding may be performed by pressing electrodes against the head and sole surfaces of the rail.

これにより、本実施形態に係る製造方法では、パルス工程中に端面の圧着が生じることなくフラッシュバット溶接を継続できる。さらに、本実施形態に係る製造方法によって得られた継ぎ手、即ちフラッシュバット溶接レールの曲げ試験において、低たわみ量、低底部応力で溶接部が破断することがない。従って、本実施形態に係る製造方法によって得られたフラッシュバット溶接レールの曲げ性能は、レールの溶接規格を満足することができる。 Thereby, in the manufacturing method according to the present embodiment, flash butt welding can be continued without crimping of the end faces during the pulse process. Furthermore, in the bending test of the joint obtained by the manufacturing method according to the present embodiment, that is, the flash butt welded rail, the welded portion does not break due to the low deflection amount and low bottom stress. Therefore, the bending performance of the flash butt welded rail obtained by the manufacturing method according to the present embodiment can satisfy the rail welding standard.

以下では、まず、上述した本実施形態に係るフラッシュバット溶接レールの製造方法の諸条件の検討過程について、図を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。 Below, first, the process of examining various conditions of the method for manufacturing the flash butt welded rail according to the present embodiment described above will be explained in detail using the drawings. However, those skilled in the art will easily understand that the present invention is not limited to the following description, and that the form and details thereof can be changed in various ways without departing from the spirit and scope of the present invention. Therefore, the present invention should not be interpreted as being limited to the contents described in the embodiments shown below.

<用語の定義>
本実施形態に係るフラッシュバット溶接レールの製造方法を説明するに先立ち、用語の定義を述べる。
<Definition of terms>
Before explaining the method for manufacturing a flash butt welded rail according to this embodiment, definitions of terms will be described.

レール:溶接母材となる、溶接前のレールを意味する。
フラッシュバット溶接レール(溶接レール/welded rail):フラッシュバット溶接によって製造された、2以上のレールを溶接して得られたレールを意味する。フラッシュバット溶接レールは、母材部と溶接部とを備え、母材部は、溶接前のレールと同じ化学成分及び組織を有する。
圧着:事前に定められた周波数のレール前進及び後退制御において、突き合せられた2本のレールの端面(溶接面)がくっつき離れなくなること、もしくは端面が離れにくくなり、レールが後退するのに要する時間が事前に定められた時間と比較して長くなることを意味する。
Rail: means the rail before welding, which is the base material for welding.
Flash butt welded rail: means a rail manufactured by flash butt welding and obtained by welding two or more rails. The flash butt welded rail includes a base metal portion and a welded portion, and the base metal portion has the same chemical composition and structure as the rail before welding.
Crimp: During rail advancement and retraction control at a predetermined frequency, the end surfaces (welded surfaces) of two butted rails stick together and cannot be separated, or the end surfaces become difficult to separate, and it is the time required for the rails to move backward. It means that the time is longer compared to the predetermined time.

酸化物欠陥:大気溶接を行うフラッシュバット溶接において、後期フラッシュ工程で生成した酸化物がアプセット工程で排出されずに溶接継ぎ手内に残ったものを意味する。溶接継ぎ手の曲げ試験、及び疲労試験などにおいて、破断の起点となる場合が多い。 Oxide defect: In flash butt welding performed in the atmosphere, it refers to oxides generated in the later flash process that remain in the weld joint without being discharged in the upsetting process. It often becomes the starting point of fracture in bending tests and fatigue tests of welded joints.

積算電流:パルスフラッシュ方式のフラッシュバット溶接のパルス工程、又は予熱フラッシュ方式のフラッシュバット溶接の予熱工程における、平均電流と総通電時間との積を意味する。積算電流は、パルス工程又は予熱工程における入熱量の指標となる。 Cumulative current: means the product of the average current and the total energization time in the pulse step of flash butt welding using a pulse flash method or the preheating step of flash butt welding using a preheating flash method. The integrated current is an index of the amount of heat input in the pulse process or preheating process.

1パルス:パルス工程における、1回のレールの前進及び後退を意味する。
計画パルス時間:溶接前に定められた、1回のパルスの実施に要する時間の計画値を意味する。
実績パルス時間:溶接の際の電流波形の実測値から測定される、1回のパルスの実施に要する時間の実績値を意味する。パルス工程においては、一対のレールが圧着されて、レールの引き離しが速やかに実施されない場合がある。従って、計画パルス時間と実績パルス時間とは必ずしも一致しない。
最大実績パルス時間:複数のパルスを有するパルス工程における、実績パルス時間の最大値である。
1 pulse: means one advance and retreat of the rail in a pulse process.
Planned pulse time: means the planned value of the time required to perform one pulse, determined before welding.
Actual pulse time: means the actual value of the time required to perform one pulse, which is measured from the actual value of the current waveform during welding. In the pulse process, a pair of rails may be crimped together and the rails may not be separated quickly. Therefore, the planned pulse time and actual pulse time do not necessarily match.
Maximum actual pulse time: Maximum actual pulse time in a pulse process having multiple pulses.

最大パルス時間比率:最大実績パルス時間を、計画パルス時間で割った値であり、計画値と実績値との乖離を示す指標である。最大パルス時間比率が100%の場合、所定の時間でレールが前進、後退したことを示す。 Maximum pulse time ratio: This is the value obtained by dividing the maximum actual pulse time by the planned pulse time, and is an index indicating the deviation between the planned value and the actual value. When the maximum pulse time ratio is 100%, it indicates that the rail moves forward and backward in a predetermined period of time.

<溶接方法の説明>
本実施形態に係るフラッシュバット溶接レールの製造方法を検討する際には、パルスフラッシュ方式のモバイル式FB溶接機を用いて溶接を行った。溶接機はプラッサー社製のモバイル式FB溶接機を用いた。しかし、このことは本実施形態に係る製造方法を実施するための溶接機種を限定するものではない。
<Explanation of welding method>
When considering the manufacturing method of the flash butt welded rail according to this embodiment, welding was performed using a pulse flash type mobile FB welding machine. The welding machine used was a mobile FB welding machine manufactured by Plasser. However, this does not limit the type of welding machine for implementing the manufacturing method according to this embodiment.

パルスフラッシュ方式のフラッシュバット溶接は、前述の通り、前期フラッシュ工程S1、パルス工程S2、後期フラッシュ工程S3、及びアプセット工程S4を有する。 As mentioned above, flash butt welding using the pulse flash method includes an early flash process S1, a pulse process S2, a latter flash process S3, and an upset process S4.

図1Aに示される前期フラッシュ工程S1では、長手方向に並べられた一対のレールの端面の間に隙間を設け、電圧を印加させた状態で2本のレールを互いに近づけるように移動させ、これにより端面の間にフラッシュを生じさせる。前期フラッシュ工程の開始の際には、端面は平坦ではないことが通常である。そのため前期フラッシュ工程では、端面の間に局所的に短絡電流が流れ、抵抗発熱により急速に加熱され溶融に至る。そして、端面の間は溶融金属で橋絡される。この橋絡部では、アークが発生する。アークは、溶融金属の一部を飛散させるとともに、輻射熱で端面を加熱する。前期フラッシュ工程では、これらの現象が連続的に繰り返される。これにより、レールの端面が平坦化される。 In the first flash step S1 shown in FIG. 1A, a gap is provided between the end surfaces of a pair of rails arranged in the longitudinal direction, and the two rails are moved closer to each other while a voltage is applied. Create a flash between the end faces. At the start of the pre-flash process, the end face is typically not flat. Therefore, in the first flashing process, a short circuit current locally flows between the end faces, which rapidly heats up due to resistance heat generation, leading to melting. Then, the end faces are bridged with molten metal. An arc is generated at this bridge portion. The arc scatters a portion of the molten metal and heats the end face with radiant heat. In the early flash process, these phenomena are continuously repeated. This flattens the end surface of the rail.

溶融金属の飛散により、レールが消耗するため、レールを近づけるように移動させる必要がある。このときのレールの前進速度をフラッシュ速度といい、移動させた量をフラッシュ長という。レールの一方のみを移動させた場合、この移動させたレールの移動量をフラッシュ長とみなす。また、両方のレールを互いに近づけるように移動させた場合、両方のレールの移動量の合計値をフラッシュ長とみなす。パルス工程S2、後期フラッシュ工程S3、及びアプセット工程S4においても、レールの移動量は上述の方法で特定される。以下、便宜上、レールの端面を互いに近づけることを「前進」と記載し、レールの端面を互いに遠ざけることを「後退」と記載する。 Since the rails are worn out by the scattering of molten metal, it is necessary to move the rails closer together. The forward speed of the rail at this time is called the flash speed, and the amount of movement is called the flash length. If only one of the rails is moved, the amount of movement of this rail is considered to be the flash length. Furthermore, when both rails are moved closer to each other, the total value of the amount of movement of both rails is regarded as the flash length. Also in the pulse step S2, the latter flush step S3, and the upset step S4, the amount of movement of the rail is specified using the above-described method. Hereinafter, for convenience, moving the end surfaces of the rails closer to each other will be referred to as "advancing," and moving the end surfaces of the rails away from each other will be referred to as "retreating."

図1Bに示されるパルス工程S2では、レールの前進及び後退を、数Hzの周波数で繰り返し行う。これにより、一対のレールの端面の接触及び引き離しが、繰り返し実施される。これにより、端面は予熱される。レールを前進させたときに、端面の接触面積は最大となり、レールを後退させると、端面の接触面積は0またはこれに近い小さい値となる。端面の接触面積に比例して、電流は増大する。従って、パルス工程では、電流の増大及び減少が繰り返される。2つの端面が完全に引き離される場合は、電流はゼロとなる。 In the pulse step S2 shown in FIG. 1B, the rail is moved forward and backward repeatedly at a frequency of several Hz. As a result, the end surfaces of the pair of rails are brought into contact and separated repeatedly. This preheats the end face. When the rail is moved forward, the contact area of the end surface becomes maximum, and when the rail is moved backward, the contact area of the end surface becomes 0 or a small value close to this value. The current increases in proportion to the contact area of the end faces. Therefore, in the pulse process, the current increases and decreases repeatedly. If the two end faces are completely separated, the current will be zero.

図1Cに示される後期フラッシュ工程S3では、一対のレールの端面の間にフラッシュを生じさせる。後期フラッシュ工程の原理は前期フラッシュ工程と同じである。ただし、後期フラッシュ工程においてレールを前進させる速度、即ち後期フラッシュ速度は、一般的に、前期フラッシュ工程におけるフラッシュ速度、即ち前期フラッシュ速度よりも速い。また、一般的に、後期sフラッシュ長は前期フラッシュ工程より長い。また、前期フラッシュ工程は、端面を平坦化させた段階で次のパルス工程に移行するが、後期フラッシュ工程は、端面を全体的に溶融させた段階で次のアプセット工程に移行する。 In the latter flash step S3 shown in FIG. 1C, a flash is generated between the end faces of the pair of rails. The principle of the latter flush process is the same as that of the early flush process. However, the speed at which the rail is advanced in the later flash step, ie, the later flash speed, is generally faster than the flash speed in the early flash step, ie, the earlier flash speed. Also, the late s flash length is generally longer than the early flash step. Further, in the first flash process, the end face is flattened and then the next pulse process is started, but in the latter flash process, the end face is completely melted and then the next upset process is started.

図1Dに示されるアプセット工程S4では、後期フラッシュ工程S3によってレールの端面全体を溶融状態にした後に、大荷重をレールに加える。これによりレールの端面が接合され、フラッシュバット溶接レールが作成される。また、アプセット工程S4では、端面の溶融金属が溶接部の外部に排出されてバリ3となる。バリ3を除去する工程を、本実施形態に係る製造方法がさらに備えてもよい。 In the upset step S4 shown in FIG. 1D, a large load is applied to the rail after the entire end surface of the rail is melted in the latter flash step S3. This joins the end faces of the rails and creates a flash butt welded rail. Further, in the upset step S4, the molten metal on the end face is discharged to the outside of the welded part and becomes a burr 3. The manufacturing method according to the present embodiment may further include a step of removing the burr 3.

<レール素材について>
レール素材は、AREMA Chapter 4 “Rail”、UIC860-Rに規定されているように、Cを0.60~0.86質量%含有する共析組成又は過共析組成のレール鋼が一般的である。また最近では、フラッシュバット溶接レールの耐摩耗性を一層向上させるために、さらにCを高めたレール鋼も普及しつつある。また、フラッシュバット溶接レールが用いられる路線における貨車重量に応じて、フラッシュバット溶接レールの断面サイズが選択される。すなわち重量の重い貨車が通る区間では、剛性が高く、断面サイズの大きいレールが採用される。
<About rail material>
The rail material is generally a eutectoid or hypereutectoid rail steel containing 0.60 to 0.86 mass% of C, as specified in AREMA Chapter 4 “Rail”, UIC860-R. be. Moreover, recently, in order to further improve the wear resistance of flash butt welded rails, rail steels with even higher C content are becoming popular. Further, the cross-sectional size of the flash butt welded rail is selected depending on the weight of the freight cars on the route where the flash butt welded rail is used. In other words, in sections where heavy freight cars pass, rails with high rigidity and a large cross-sectional size are used.

<曲げ試験における低たわみ量、低底部応力の原因と酸化物の生成機構について>
フラッシュバット溶接レールに曲げ試験を実施することにより形成される破面には、脆性破面とは明らかに異なる、表面に凹凸のない部位(”フラットスポット”という)が一つ又は複数個存在し、これを目視で確認することができる。フラットスポットを分析すると、これがMn、Crなどの酸化物の集合体を含んでいることがわかる。従って、このフラットスポットは酸化物欠陥の一種である。フラットスポットは、曲げ試験におけるたわみ量、及び底部応力を低下させる原因となることが知られている。
<Causes of low deflection and low bottom stress in bending tests and oxide formation mechanism>
The fracture surface formed by performing a bending test on a flash butt welded rail has one or more areas with no unevenness on the surface (referred to as "flat spots"), which is clearly different from a brittle fracture surface. , this can be confirmed visually. Analysis of the flat spot reveals that it contains aggregates of oxides such as Mn and Cr. Therefore, this flat spot is a type of oxide defect. It is known that flat spots cause a decrease in the amount of deflection and bottom stress in bending tests.

フラッシュバット溶接レールが低たわみ量、低底部応力で破断する場合、破断の起点は、溶接方式に関わらず溶接面の酸化物欠陥である場合が多い。大気溶接を行うフラッシュバット溶接において、アプセット工程前の後期フラッシュ工程で生成した酸化物が、アプセット工程で排出されずに溶接継ぎ手内に残った場合、この酸化物が酸化物欠陥となる。そして、酸化物欠陥が、曲げ試験においてたわみ量、底部応力が規格を満足しない原因となる。 When a flash butt welded rail fractures with a low deflection amount and low bottom stress, the origin of the fracture is often an oxide defect on the weld surface, regardless of the welding method. In flash butt welding, which performs atmospheric welding, if oxides generated in the latter flash process before the upset process remain in the weld joint without being discharged during the upset process, this oxide becomes an oxide defect. The oxide defects cause the amount of deflection and bottom stress to fail to meet the standards in bending tests.

<フラットスポット最大長さと、曲げ時の底部応力との関係:曲げ破断応力の低下の原因の説明>
フラットスポット最大長さと、曲げ時の底部応力との関係を図3に示す。底部応力は、一つ又は複数個あるフラットスポットの最大長さの影響を受ける。フラットスポットの最大長さの増加に伴い、フラッシュバット溶接レールの曲げ破断応力は低下する傾向を示す。フラットスポットの最大長さが12mmを超えると、曲げ時の底部破断応力は著しく低下し、溶接規格を満たさなくなることを本発明者らは明らかにした。そのため、フラッシュバット溶接レールの曲げ時の底部応力が規格を満足するには、最大フラットスポット長さを12mm以下にする必要があることを明らかにした。なお今回はフラットスポット最大長さと曲げ時の底部応力との関係を提示したが、フラットスポット最大長さとたわみ量との関係においても、同様な結果が得られた。
<Relationship between maximum flat spot length and bottom stress during bending: explanation of the cause of decrease in bending rupture stress>
Figure 3 shows the relationship between the maximum flat spot length and the bottom stress during bending. The bottom stress is affected by the maximum length of the flat spot or spots. As the maximum length of the flat spot increases, the bending fracture stress of the flash butt welded rail shows a tendency to decrease. The present inventors have revealed that when the maximum length of the flat spot exceeds 12 mm, the bottom breaking stress during bending decreases significantly and the welding standard is no longer satisfied. Therefore, it was clarified that the maximum flat spot length must be 12 mm or less in order for the bottom stress during bending of flash butt welded rails to satisfy the standard. Although this time we presented the relationship between the maximum flat spot length and the bottom stress during bending, similar results were obtained regarding the relationship between the maximum flat spot length and the amount of deflection.

<曲げ性能改善対策の一般的な考え方と、この対策をパルスフラッシュ方式のフラッシュバット溶接へ適用した結果>
フラッシュバット溶接レールの曲げ試験において、破断時のたわみ量、及び底部応力を高めるためには、固定式FB溶接機を用いる場合には、溶接時の積算電流を高め、後期フラッシュ工程の開始前に端面全体の温度を高くすることが有効であることが知られている。これにより、後期フラッシュ工程で生成した酸下物をアプセット工程で排出させやすくすることができる。しかしながら、パルスフラッシュ方式のフラッシュバット溶接においては、積算電流を高めても、破断時のたわみ量、及び底部応力が規格を満足しない場合があった。
<General concept of measures to improve bending performance and results of applying these measures to flash butt welding using the pulse flash method>
In the flash butt welding rail bending test, in order to increase the amount of deflection at break and the bottom stress, when using a fixed FB welder, increase the cumulative current during welding and It is known that increasing the temperature of the entire end face is effective. Thereby, it is possible to easily discharge the sub-acid substances generated in the latter flushing process in the upset process. However, in flash butt welding using the pulse flash method, even if the integrated current is increased, the amount of deflection at break and the bottom stress may not meet the standards.

<パルスフラッシュ方式のフラッシュバット溶接で、一般的な曲げ性能改善対策による効果が得られなかった想定理由>
そこで発明者らは検討を重ねた結果、パルスフラッシュ方式のフラッシュバット溶接において積算電流を高めても、低たわみ量、低底部応力での破断が生じる原因を調査した。具体的には、パルスフラッシュ方式のフラッシュバット溶接におけるフラットスポットの生成機構を調査した。その結果、下記の知見を得た。
<Assumed reason why general bending performance improvement measures were not effective in pulse flash type flash butt welding>
As a result of repeated studies, the inventors investigated the reason why fracture occurs at low deflection and low bottom stress even when the integrated current is increased in pulsed flash type flash butt welding. Specifically, we investigated the generation mechanism of flat spots in pulsed flash type flash butt welding. As a result, the following findings were obtained.

パルスフラッシュ方式のフラッシュバット溶接において積算電流を高めても、曲げ試験における破断時のたわみ量、及び底部応力が規格を満足しない場合がある理由は、パルス工程において端面に温度が十分に上がりにくい部位があるためである。より詳細に説明すると、レールの化学成分において酸化物が生成しやすい合金成分が多い場合、パルス工程で端面に酸化物が生成しやすい。当該酸化物が生成した部位では、電流が著しく流れにくく、温度が上昇しづらい。即ち、端面における酸化物が生成した部位は、パルス工程によっても十分に予熱することができない。そのために、パルス工程において酸化物が生成した部位の温度は、後期フラッシュ工程でも十分に上がらない。そして、後期フラッシュ工程で生成した酸化物が、アプセット工程で排出され難くなる。これにより、パルス工程において酸化物が生成した部位が酸化物欠陥(フラットスポット)となりやすい。その結果、フラッシュバット溶接レールの曲げ試験において、低たわみ、低底部応力で破断が生じると本発明者らは考える。なお、パルス工程で生成した酸化物は、その後の後期フラッシュ工程においてその大半は溶鋼とともに飛散すると本発明者らは考える。従って、フラットスポットを形成する酸化物は、パルス工程で生成した酸化物ではなく、後期フラッシュ工程で生成した酸化物であると推定される。 Even if the integrated current is increased in flash butt welding using the pulse flash method, the amount of deflection at break in the bending test and the bottom stress may not meet the standards. This is because there is. To explain in more detail, if the chemical components of the rail include many alloy components that are likely to generate oxides, oxides are likely to be generated on the end face during the pulse process. At the site where the oxide is generated, it is extremely difficult for current to flow and the temperature to rise is difficult. That is, the portion of the end face where the oxide is generated cannot be sufficiently preheated even by the pulse process. Therefore, the temperature of the region where oxides are generated in the pulse process does not rise sufficiently even in the latter flash process. In addition, the oxides generated in the latter flashing process are difficult to be discharged in the upset process. As a result, portions where oxides are generated during the pulse process tend to become oxide defects (flat spots). As a result, the inventors believe that in a bending test of a flash butt welded rail, fracture occurs at low deflection and low bottom stress. The present inventors believe that most of the oxides generated in the pulse process are scattered together with the molten steel in the subsequent latter flash process. Therefore, it is presumed that the oxide that forms the flat spot is not an oxide produced in the pulse process, but an oxide produced in the latter flash process.

<酸化物起因で生じる、曲げ試験における低たわみ量及び低底部応力での破断への対策の考え方>
パルスフラッシュ方式のフラッシュバット溶接によって得られるフラッシュバット溶接レールの曲げ試験で、たわみ量、及び底部応力が規格を満足するためには、パルスフラッシュ方式特有の工程であるパルス工程の入熱影響因子と、フラットスポットとの関係を明らかにすることが有効であると本発明者らは考えた。入熱影響因子とは、積算電流、最大電流、平均電流、周波数などである。さらに、端面における酸化物が生成した部位の温度低下を防止するために、レール成分とフラットスポットとの関係を明らかにすることが有効であると発明者らは考えた。
<Measures against fractures caused by low deflection and low bottom stress in bending tests caused by oxides>
In order for the amount of deflection and bottom stress to satisfy the standards in the bending test of flash butt welded rails obtained by flash butt welding using the pulse flash method, it is necessary to The inventors of the present invention thought that it would be effective to clarify the relationship between flat spots and flat spots. Heat input influencing factors include integrated current, maximum current, average current, frequency, etc. Furthermore, the inventors believed that it would be effective to clarify the relationship between the rail component and the flat spot in order to prevent a temperature drop in the portion of the end face where oxides were generated.

発明者らは検討の結果、パルスフラッシュ方式のフラッシュバット溶接によって得られたフラッシュバット溶接レールにおける、低たわみ量、及び低底部応力での破断への対策として、今回、下記の知見を得た。なお、下記の知見を得るための検討は、以下の条件で実施した。Cは0.9質量%、Mnは1.0質量%、Crは0.5質量%の化学成分であり、且つ1m当たりの重量67kgのレールを、溶接母材として用いた。レールの断面積は8600mmであった。積算電流は500kA・sec(0.06kA・sec/mm)、最大電流は30000A(3.49A/mm)、平均電流は18000A(2.09A/mm)、周波数は5Hzの基本条件で、パルスフラッシュ方式のフラッシュバット溶接を行った。As a result of studies, the inventors have now obtained the following knowledge as a countermeasure against fracture due to low deflection and low bottom stress in flash butt welded rails obtained by pulse flash type flash butt welding. The study to obtain the following knowledge was conducted under the following conditions. A rail having chemical components of 0.9% by mass of C, 1.0% by mass of Mn, and 0.5% by mass of Cr and weighing 67 kg per 1 m was used as the welding base material. The cross-sectional area of the rail was 8600 mm2 . Under the basic conditions, the integrated current is 500 kA・sec (0.06 kA・sec/mm 2 ), the maximum current is 30000 A (3.49 A/mm 2 ), the average current is 18000 A (2.09 A/mm 2 ), and the frequency is 5 Hz. , flash butt welding using the pulse flash method was performed.

<パルス条件、及び成分条件による酸化物の抑制機構の説明>
(成分の個別の影響について)
発明者らは、フラッシュバット溶接レールの曲げ性能、及びフラットスポット最大長さに及ぼすレールの化学成分の影響を調査して、下記の知見を得た。化学成分の影響により、パルス工程において端面に酸化物が発生すると、酸化物が発生した部位の温度は低い。一方で、酸化物が生成していない部位の温度は高い。そのため、端面内で温度差が生じる。この温度差の影響が、後期フラッシュ工程、及びアプセット工程でも継続し、パルス工程の完了後に温度の低い部位では、後期フラッシュ工程で生成した酸化物がアプセット工程で排出され難くなる。これが、フラットスポット(酸化物欠陥)が生成する原因となる。そして、曲げ試験において、低底部応力で破断が生じる。そこで、化学成分が曲げ試験に及ぼす影響を評価するために、“パルス工程の終了後の端面における低温部の個数”を指標として用いた。なおパルス工程の終了後の端面における低温部の個数は、パルス工程の終了直後に端面を引き離して測定した。また、パルス工程時に端面に生成した酸化物は、後期フラッシュ工程の溶鋼の飛散とともに、外部に排出されると考える。
<Explanation of oxide suppression mechanism depending on pulse conditions and component conditions>
(About the individual effects of ingredients)
The inventors investigated the bending performance of flash butt welded rails and the influence of the chemical components of the rails on the maximum flat spot length, and obtained the following findings. When oxides are generated on the end face during the pulse process due to the influence of chemical components, the temperature of the area where the oxides are generated is low. On the other hand, the temperature of the parts where oxides are not produced is high. Therefore, a temperature difference occurs within the end face. The influence of this temperature difference continues in the later flash process and the upset process, and the oxides generated in the latter flash process are difficult to be discharged in the upset process in areas where the temperature is low after the completion of the pulse process. This causes flat spots (oxide defects) to be generated. Then, in the bending test, rupture occurs at low bottom stress. Therefore, in order to evaluate the influence of chemical components on the bending test, "the number of low-temperature parts on the end face after the end of the pulse process" was used as an index. The number of low-temperature parts on the end face after the end of the pulse process was measured by separating the end face immediately after the end of the pulse process. It is also believed that the oxides generated on the end face during the pulse process are discharged to the outside along with the scattering of molten steel during the latter flash process.

(端面の温度計測方法)
温度を測定するために用いる機器は、例えばサーモビュアー(物体表面の温度分布を非接触で測定する温度計)がある。サーモビュアーの必要な検出画素数は、横方向320画素以上、縦方向240画素以上とする。測定対象は、レールの高さ方向の中立線より下側の範囲とする。溶接レールの曲げ試験において、引張の応力が働くのは、中立線より下側であるため、当該範囲の温度を測定することによって、当該範囲に存在する酸化物を評価する必要があると考えられた。
(Method of measuring temperature at end surface)
An example of a device used to measure temperature is a thermoviewer (a thermometer that measures the temperature distribution on the surface of an object without contact). The required number of detection pixels of the thermoviewer is 320 pixels or more in the horizontal direction and 240 pixels or more in the vertical direction. The measurement target is the area below the neutral line in the height direction of the rail. In bending tests of welded rails, tensile stress acts below the neutral line, so it is considered necessary to measure the temperature in that range to evaluate the oxides present in that range. Ta.

ただし、端面の外周、及びその内側2mmは低温部の評価対象外とする。なぜなら、端面の外周、及びその内側2mmの範囲は、周囲の空気により冷却されるので、酸化物の生成の有無に関わらず、温度が低いからである。また、端面の外周及びその近傍における溶融金属は、アプセット工程で外部に排出されやすいので、仮に当該範囲に後期フラッシュ工程で酸化物が発生しても、アプセット工程にて排出され無害化されると考えられた。 However, the outer periphery of the end face and the 2 mm inside thereof are excluded from the evaluation of the low temperature part. This is because the outer periphery of the end face and the area within 2 mm inside thereof are cooled by the surrounding air, so the temperature is low regardless of whether oxides are produced or not. In addition, the molten metal on the outer periphery of the end face and its vicinity is likely to be discharged to the outside during the upsetting process, so even if oxides are generated in this area during the later flashing process, they will be discharged and rendered harmless during the upsetting process. it was thought.

温度計測は、パルス工程の終了直後に端面を引き離し、端面のうち、高さ方向の中立線より下側の範囲の温度を、サーモビュアーで計測することにより実施した。このとき、端面において1画素に対応する領域の長さが、横方向、縦方向ともに0.5mm以下になるように、サーモビュアーと端面との間の距離を調整した。具体的には、サーモビュアーの横方向の視野の幅と、レールの足部の幅とを合わせるように、距離を調整した。なお、レール底面と、サーモビュアーの画像の底辺とが平行であることが好ましい。 Temperature measurement was carried out by separating the end face immediately after the end of the pulse process and measuring the temperature of the end face in the range below the neutral line in the height direction using a thermoviewer. At this time, the distance between the thermoviewer and the end face was adjusted so that the length of the area corresponding to one pixel on the end face was 0.5 mm or less in both the horizontal and vertical directions. Specifically, the distance was adjusted to match the width of the lateral field of view of the thermoviewer and the width of the foot of the rail. Note that it is preferable that the bottom of the rail and the bottom of the thermoviewer image are parallel.

(低温部の評価方法)
図4A及び図4Bに示すように、サーモビュアーにより測定された温度データの評価においては、幅方向10mm×高さ方向2mmの範囲を、1つの評価単位とした。そして、この評価単位を複数の所定の位置に配置し、それぞれにおける温度データを用いて評価した。図4Aはレール端面の概略図であり、図4Bは、レール端面のうち、高さ方向の中立線より下側の範囲の概略図である。図4Aにおける破線で囲まれた矩形領域が、図4Bである。図4A及び図4Bにおいて、符号Aが付された一点鎖線はレール端面の幅方向中心であり、符号Bが付された実線はレール端面の下端、即ちレールの足裏面であり、符号Oが付された領域は測定除外領域である。図4Bにおいて、符号C1が付された×印は、1つめの評価単位の中心であり、符号E1が付された破線によって囲まれた、幅10mm及び高さ2mmの矩形領域は、1つめの評価単位である。符号E2及び符号C2は、2つめの評価単位、及びその中心である。
評価単位の形状は、上述の通り、レールの端面の幅方向に沿って10mm、及び高さ方向に沿って2mmの矩形形状とした。
評価単位の位置については、以下の通りとした。まず、1つめの評価単位E1の中心C1を、レールの端面の幅方向中心A上、且つレール足裏面Bから上方3mmの位置に配置した。次に、1つめの中心C1を基準として、幅方向に2mmピッチ、高さ方向に2mmピッチの各点を、2つめ以降の評価単位の中心の位置とした。図4Bに記載されている、C1以外の×印が、2つめ以降の評価単位の中心の位置である。参考のために、2つめの評価単位E2も図4Bに記載した。ただし、3つめ以降の評価単位は省略した。なお、各評価単位は、幅方向端部において互いに重なり合うことになる。また、図4Bには評価位置の中心の位置を9個だけ記載し、10個め以降の記載は省略した。
(Evaluation method for low temperature section)
As shown in FIGS. 4A and 4B, in the evaluation of the temperature data measured by the thermoviewer, a range of 10 mm in the width direction x 2 mm in the height direction was taken as one evaluation unit. Then, this evaluation unit was placed at a plurality of predetermined positions, and the evaluation was performed using temperature data at each location. FIG. 4A is a schematic diagram of the rail end surface, and FIG. 4B is a schematic diagram of the range below the neutral line in the height direction of the rail end surface. The rectangular area surrounded by the broken line in FIG. 4A is shown in FIG. 4B. In FIGS. 4A and 4B, the dashed-dotted line marked with the symbol A is the center in the width direction of the rail end surface, and the solid line marked with the symbol B is the lower end of the rail end surface, that is, the sole surface of the rail, and the symbol O is marked with the solid line. The excluded area is the measurement exclusion area. In FIG. 4B, the cross marked with the symbol C1 is the center of the first evaluation unit, and the rectangular area with a width of 10 mm and a height of 2 mm surrounded by the broken line marked with the symbol E1 is the center of the first evaluation unit. It is a unit of evaluation. Symbol E2 and symbol C2 are the second evaluation unit and its center.
As described above, the shape of the evaluation unit was a rectangular shape of 10 mm along the width direction and 2 mm along the height direction of the end surface of the rail.
The location of the evaluation unit was as follows. First, the center C1 of the first evaluation unit E1 was placed at a position above the width direction center A of the end surface of the rail and 3 mm above the rail sole surface B. Next, with the first center C1 as a reference, each point at a pitch of 2 mm in the width direction and a pitch of 2 mm in the height direction was set as the center position of the second and subsequent evaluation units. The x marks other than C1 shown in FIG. 4B are the center positions of the second and subsequent evaluation units. For reference, the second evaluation unit E2 is also shown in FIG. 4B. However, evaluation units after the third one were omitted. Note that the evaluation units overlap each other at the ends in the width direction. Further, in FIG. 4B, only nine center positions of evaluation positions are shown, and descriptions of the tenth and subsequent positions are omitted.

サーモビュアーによる温度測定結果を、各評価単位において切り出す。そして、各評価単位内の平均温度とその最低温度との温度差を求めた。ただし、評価単位の範囲内に、上記測定対象から除外する条件(レール外周部及びその内側2mm)を含む場合、その評価単位は評価対象から除外する。 Cut out the temperature measurement results using the thermoviewer for each evaluation unit. Then, the temperature difference between the average temperature and the lowest temperature within each evaluation unit was determined. However, if the evaluation unit includes conditions to be excluded from the above-mentioned measurement target (the outer peripheral part of the rail and 2 mm inside thereof), that evaluation unit is excluded from the evaluation target.

このようにして各評価単位における平均温度と最低温度を計算し、これらの温度差が50℃を上回った評価単位を「パルス工程の終了後の端面における低温部」とみなし、その個数を数えた。高温の酸化物は、非伝導体に近い性質と推測され、電流が極めて流れにくい。そのために、酸化物が存在する領域は温度上昇し難いと考えられる。そのため各評価単位において平均温度と最低温度との差が50℃を超えた場合、酸化物欠陥が評価単位内に生じていると判断した。なお、データのばらつきを考慮して、同じ化学成分を有するレールで3回の溶接を行い、平均温度と最低温度との温度差が50℃を上回った評価単位の点数が最大となった時のデータを、以下に説明する種々の評価において採用した。 In this way, the average temperature and minimum temperature in each evaluation unit were calculated, and evaluation units with a temperature difference of more than 50°C were regarded as "low-temperature parts on the end face after the end of the pulse process" and the number of them was counted. . High-temperature oxides are presumed to have properties close to nonconductors, and it is extremely difficult for current to flow through them. Therefore, it is considered that the temperature of the region where the oxide exists is difficult to rise. Therefore, if the difference between the average temperature and the lowest temperature exceeded 50° C. in each evaluation unit, it was determined that an oxide defect had occurred in the evaluation unit. In addition, taking into consideration data variations, welding was performed three times using rails with the same chemical composition, and the score of the evaluation unit in which the temperature difference between the average temperature and the lowest temperature exceeded 50°C was the highest. The data were employed in various evaluations described below.

(レールのC量と、パルス工程直後の端面の平均温度と最低温度との温度差50℃以上の評価単位の個数との関係:b)
種々のC量を適用したレールを溶接し、前述の通り、パルス工程の完了直後に端面を引き離し、サーモビュアーを用いて端面の温度を計測し、各評価単位における平均温度と最低温度との温度差を求めた。この時のC量と、温度差が50℃以上となった評価単位の個数との関係を図5に示す。レールのC量が0.6質量%以上の範囲では、C量の低下に伴い、温度差が50℃以上となった評価単位の個数は増加するが、その増加の割合は小さい。このことより、レールのC量は0.6質量%以上とする。さらに曲げ性能を高めるためには、好ましくは、レールのC量は0.7質量%以上とする。
(Relationship between the amount of C in the rail and the number of evaluation units with a temperature difference of 50°C or more between the average temperature and the minimum temperature of the end face immediately after the pulse process: b)
Rails to which various amounts of C were applied were welded, and as described above, the end faces were pulled apart immediately after the completion of the pulse process, and the temperature of the end face was measured using a thermoviewer, and the average temperature and minimum temperature in each evaluation unit were calculated. I looked for the difference. FIG. 5 shows the relationship between the amount of C at this time and the number of evaluation units in which the temperature difference was 50° C. or more. In a range where the C amount of the rail is 0.6% by mass or more, the number of evaluation units with a temperature difference of 50° C. or more increases as the C amount decreases, but the rate of increase is small. From this, the C content of the rail is set to 0.6% by mass or more. In order to further improve the bending performance, the C content of the rail is preferably 0.7% by mass or more.

一方、レールのC量が0.6質量%を下回ると、温度差50℃以上の評価単位の個数は著しく増加することを本発明者らは明らかにした。レールのC量が0.6質量%を下回ると温度差50℃以上の評価単位の個数が増加する理由は、Cは還元性の高い元素であり、C量の減少に伴い酸化物が生成しやすくなり、酸化物の生成個数が増加するからであると推定される。さらに前述の通り、酸化物は著しく電流が流れにくいため、酸化物が生じない部位と酸化物が生じた部位との間には温度差が生じやすく、温度差の大きい評価単位の個数が増加したと考える。その傾向が、C量が0.6%未満の範囲で顕著になったと考える。 On the other hand, the present inventors have revealed that when the C content of the rail is less than 0.6% by mass, the number of evaluation units with a temperature difference of 50° C. or more increases significantly. The reason why the number of evaluation units with a temperature difference of 50°C or more increases when the C content of the rail is less than 0.6% by mass is that C is a highly reducing element, and as the C content decreases, oxides are generated. This is presumed to be because the number of oxides generated increases. Furthermore, as mentioned above, it is extremely difficult for current to flow through oxides, so it is easy for a temperature difference to occur between a part where no oxide is formed and a part where an oxide is formed, and the number of evaluation units with a large temperature difference has increased. I think so. It is considered that this tendency became noticeable in the range where the amount of C was less than 0.6%.

(レールのMn量と、パルス工程直後の端面の平均温度と最低温度との温度差50℃以上の評価単位の個数との関係:c)
種々のMn量を適用したレールを溶接し、前述の通り、パルス工程の完了直後に端面を引き離し、サーモビュアーを用いて端面の温度を計測し、各評価単位における平均温度と最低温度との温度差を求めた。この時のMn量と、温度差が50℃以上となった評価単位の個数との関係を図6に示す。レールのMn量が2.0質量%以下の範囲では、Mn量の増加に伴い、温度差が50℃以上となった評価単位の個数は増加するが、その増加の割合は小さい。一方、Mn量が2.0質量%を上回ると、温度差50℃以上の評価単位の個数は著しく増加することを本発明者らは明らかにした。このことより、レールのMn量は2.0質量%以下とする。さらに曲げ性能を高めるためには、好ましくはレールのMn量は1.5質量%以下とする。
(Relationship between the amount of Mn in the rail and the number of evaluation units with a temperature difference of 50°C or more between the average temperature and the minimum temperature of the end face immediately after the pulse process: c)
Rails with various amounts of Mn applied were welded, and as described above, the end faces were separated immediately after the completion of the pulse process, the temperature of the end face was measured using a thermoviewer, and the average temperature and minimum temperature in each evaluation unit were calculated. I looked for the difference. FIG. 6 shows the relationship between the amount of Mn at this time and the number of evaluation units in which the temperature difference was 50° C. or more. In a range where the Mn content of the rail is 2.0% by mass or less, the number of evaluation units with a temperature difference of 50° C. or more increases as the Mn content increases, but the rate of increase is small. On the other hand, the present inventors revealed that when the amount of Mn exceeds 2.0% by mass, the number of evaluation units with a temperature difference of 50° C. or more increases significantly. From this, the amount of Mn in the rail is set to 2.0% by mass or less. In order to further improve the bending performance, the Mn content of the rail is preferably 1.5% by mass or less.

レールのMn量が2.0質量%を上回ると温度差50℃以上の評価単位の個数が増加する理由は、Mnは酸化性の高い元素であり、Mn量の増加に伴い酸化物が生成しやすくなり、酸化物の生成個数が増加するからであると推定される。さらに前述の通り、酸化物は著しく電流が流れにくいため、酸化物が生じない部位と酸化物が生じた部位との間には温度差が生じやすく、温度差の大きい評価単位の個数が増加したと考える。その傾向が、Mn量が2.0%超の範囲で顕著になったと考える。 The reason why the number of evaluation units with a temperature difference of 50°C or more increases when the Mn content of the rail exceeds 2.0 mass% is that Mn is a highly oxidizing element, and as the Mn content increases, oxides are generated. This is presumed to be because the number of oxides generated increases. Furthermore, as mentioned above, it is extremely difficult for current to flow through oxides, so it is easy for a temperature difference to occur between a part where no oxide is formed and a part where an oxide is formed, and the number of evaluation units with a large temperature difference has increased. I think so. It is considered that this tendency became noticeable in the range where the Mn content exceeded 2.0%.

(レールのCr量と、パルス工程直後の端面の平均温度と最低温度との温度差50℃以上の数との関係:d)
種々のCr量を適用したレールを溶接し、前述の通り、パルス工程の完了直後に端面を引き離し、サーモビュアーを用いて端面の温度を計測し、各評価単位における平均温度と最低温度との温度差を求めた。この時のCr量と、温度差が50℃以上となった評価単位の個数との関係を図7に示す。レールのCr量が2.0質量%以下の範囲では、Cr量の増加に伴い、温度差が50℃以上となった評価単位の個数は増加するが、その増加の割合は小さい。一方、Cr量が2.0質量%を上回ると、温度差50℃以上の評価単位の個数は著しく増加することを本発明者らは明らかにした。このことより、レールのCr量は2.0質量%以下とする。さらに曲げ性能を高めるためには、好ましくはレールのCr量は1.3質量%以下とする。
(Relationship between the amount of Cr in the rail and the number of temperature differences of 50°C or more between the average temperature and the minimum temperature of the end face immediately after the pulse process: d)
Rails with various amounts of Cr applied were welded, and as described above, the end faces were separated immediately after the completion of the pulse process, the temperature of the end face was measured using a thermoviewer, and the average temperature and minimum temperature in each evaluation unit were calculated. I looked for the difference. FIG. 7 shows the relationship between the amount of Cr at this time and the number of evaluation units in which the temperature difference was 50° C. or more. In a range where the Cr content of the rail is 2.0% by mass or less, the number of evaluation units with a temperature difference of 50° C. or more increases as the Cr content increases, but the rate of increase is small. On the other hand, the present inventors have revealed that when the Cr content exceeds 2.0% by mass, the number of evaluation units with a temperature difference of 50° C. or more increases significantly. From this, the amount of Cr in the rail is set to 2.0% by mass or less. In order to further improve the bending performance, the Cr content of the rail is preferably 1.3% by mass or less.

レールのCr量が2.0質量%を上回ると温度差50℃以上の評価単位の個数が増加する理由は、Crは酸化性の高い元素であり、Cr量の増加に伴い酸化物が生成しやすくなり、酸化物の生成個数が増加するからであると推定される。さらに前述の通り、酸化物は著しく電流が流れにくいため、酸化物が生じない部位と酸化物が生じた部位との間には温度差が生じやすく、温度差の大きい評価単位の個数が増加したと考える。その傾向が、Cr量が2.0%超の範囲で顕著になったと考える。 The reason why the number of evaluation units with a temperature difference of 50°C or more increases when the Cr content of the rail exceeds 2.0 mass% is that Cr is a highly oxidizing element, and as the Cr content increases, oxides are generated. This is presumed to be because the number of oxides generated increases. Furthermore, as mentioned above, it is extremely difficult for current to flow through oxides, so it is easy for a temperature difference to occur between a part where no oxide is formed and a part where an oxide is formed, and the number of evaluation units with a large temperature difference has increased. I think so. It is believed that this tendency became noticeable in the range where the Cr content exceeded 2.0%.

(パルス工程直後の端面の平均温度と最低温度との温度差50℃以上の評価単位数と、フラットスポット最大長さとの関係:o)
図5~図7に示される、化学成分と温度差50℃以上の評価単位の個数との関係の評価においては、パルス工程の完了後に温度測定を行ったので、後期フラッシュ工程及びアプセット工程は実施されなかった。本発明者らは、温度差50℃以上の評価単位の個数がフラッシュバット溶接レールに及ぼす影響を確認するために、上述の評価における溶接条件を用いながら、種々のレールに対して後期フラッシュ工程、及びアプセット工程を行い、種々のフラッシュバット溶接レールを製造した。溶接後に、加速冷却及び再加熱などの熱処理は行われなかった。そして、種々の継手におけるフラットスポット最大長さを測定し、これにより、温度差50℃以上の評価単位の個数と、フラットスポット最大長さとの関係を評価した。評価結果を図8に示す。平均温度と最低温度の温度差50℃以上となる評価単位数が10個未満の場合、フラットスポット最大長さは3mm程度の小さい値となった。一方、温度差50℃以上となる評価単位数が10個以上である場合、急激にフラットスポット最大長さは大きくなった。また平均温度と最低温度の温度差50℃以上となる評価単位数が40個を超えると、最大フラットスポット長さは21mm程度で飽和する傾向を示した。
(Relationship between the number of evaluation units with a temperature difference of 50°C or more between the average temperature of the end face and the minimum temperature immediately after the pulse process and the maximum length of the flat spot: o)
In the evaluation of the relationship between the chemical composition and the number of evaluation units with a temperature difference of 50°C or more shown in Figures 5 to 7, the temperature was measured after the pulse process was completed, so the latter flash process and upset process were not performed. It wasn't done. In order to confirm the influence of the number of evaluation units with a temperature difference of 50°C or more on flash butt welded rails, the present inventors used the welding conditions in the above evaluation and conducted a late flash process, and an upsetting process to manufacture various flash butt welded rails. No heat treatments such as accelerated cooling and reheating were performed after welding. Then, the maximum length of the flat spot in various joints was measured, and thereby the relationship between the number of evaluation units with a temperature difference of 50° C. or more and the maximum length of the flat spot was evaluated. The evaluation results are shown in FIG. When the number of evaluation units with a temperature difference of 50° C. or more between the average temperature and the lowest temperature was less than 10, the maximum flat spot length was a small value of about 3 mm. On the other hand, when the number of evaluation units with a temperature difference of 50° C. or more was 10 or more, the maximum flat spot length suddenly increased. Furthermore, when the number of evaluation units with a temperature difference of 50° C. or more between the average temperature and the lowest temperature exceeded 40, the maximum flat spot length tended to be saturated at about 21 mm.

図8より、フラットスポット最大長さが12mmとなるのは、平均温度と最低温度の温度差50℃以上となる評価単位の数が20個の場合であると推定された。そのため、曲げ試験時の規格を満足するには図5~図7で示したように、平均温度と最低温度の温度差50℃以上となる評価単位の個数が20個以下になるように、レールのC、Mn、Crの含有量を選択する必要がある。具体的には、C量の範囲は0.6質量%以上とし、Mn、Cr量の範囲は2.0質量%以下とする。さらに曲げ性能を高めるためには、好ましくはC量の範囲は0.7質量%以上であり、Mn量は1.5質量%以下であり、Cr量は1.3質量%以下とする。 From FIG. 8, it was estimated that the maximum flat spot length was 12 mm when the number of evaluation units in which the temperature difference between the average temperature and the minimum temperature was 50° C. or more was 20. Therefore, in order to satisfy the standards during the bending test, as shown in Figs. It is necessary to select the contents of C, Mn, and Cr. Specifically, the range of the amount of C is 0.6% by mass or more, and the range of the amounts of Mn and Cr is 2.0% by mass or less. In order to further improve the bending performance, the C content is preferably 0.7% by mass or more, the Mn content is 1.5% by mass or less, and the Cr content is 1.3% by mass or less.

(パルス工程の周波数とフラットスポット最大長さの関係:e)
パルス工程における周波数が大きすぎると、1パルス(1回のレールの前進、後退)当たりの通電時間が短くなる。そのため、1パルス当たりの温度上昇量が小さくなり、端面の温度が低くなる。そして、後期フラッシュ工程でも温度が十分に高くならず、後期フラッシュ工程で生成した酸化物がアプセット工程で排出され難くなり、酸化物欠陥(フラットスポット)が形成されやすくなる。そのため、パルス工程における周波数が大きすぎると、フラッシュバット溶接レールの曲げ試験において、低たわみ、低底部応力での破断が生じると考える。
(Relationship between pulse process frequency and maximum flat spot length: e)
If the frequency in the pulse process is too high, the energization time per pulse (one advance or retreat of the rail) becomes short. Therefore, the amount of temperature rise per pulse becomes small, and the temperature of the end face becomes low. Furthermore, the temperature is not sufficiently high even in the latter flashing step, making it difficult for oxides generated in the latter flashing step to be discharged in the upset step, and oxide defects (flat spots) are likely to be formed. Therefore, we believe that if the frequency in the pulse process is too high, fracture will occur with low deflection and low bottom stress in the bending test of flash butt welded rails.

周波数とフラットスポット最大長さの関係を図9に示す。周波数の増加に伴い、フラットスポット最大長さは増加する傾向を示した。フラットスポット最大長さが12mmとなるのは周波数が10Hzであることがわかった。そのため周波数の範囲は10Hz以下とする。さらに曲げ性能を高めるためには、好ましくは周波数の範囲は8Hz以下、7Hz以下、又は6Hz以下とする。なおこのときのレールの断面積は8600mmであり、積算電流は500kA・sec(0.06kA・sec/mm)、最大電流は30000A(3.49A/mm)、平均電流は18000A(2.09A/mm)、C量は0.9質量%、Mn量は1.0質量%、Cr量は0.5質量%である。FIG. 9 shows the relationship between frequency and maximum flat spot length. With the increase of frequency, the maximum flat spot length showed an increasing trend. It was found that the maximum flat spot length was 12 mm at a frequency of 10 Hz. Therefore, the frequency range is set to 10 Hz or less. In order to further improve bending performance, the frequency range is preferably 8 Hz or less, 7 Hz or less, or 6 Hz or less. The cross-sectional area of the rail at this time is 8,600 mm 2 , the cumulative current is 500 kA・sec (0.06 kA・sec/mm 2 ), the maximum current is 30,000 A (3.49 A/mm 2 ), and the average current is 18,000 A (2 .09A/mm 2 ), the amount of C is 0.9% by mass, the amount of Mn is 1.0% by mass, and the amount of Cr is 0.5% by mass.

(パルス工程の積算電流及び周波数、並びにレールの化学成分と、フラットスポットとの関係:f)
フラットスポット最大長さは、C量、Mn量、Cr量の相互の影響を強く受けることがこれまでの検討によりわかった。また周波数の影響を強く受けることを把握した。さらに、発明者らの調査によると、C量、Mn量、Cr量、周波数に応じて積算電流を制御することで、フラットスポット長さが変化することを明らかにし、これらを関数として、フラットスポット最大長さが12mm以下となる範囲を積算電流の式(2)で求めた。
積算電流下限=3.5×周波数-180×C%+55×Mn%+45×Cr%+300・・式(2)
なお、式(2)においてC%、Mn%、及びCr%は、それぞれ単位質量%でのレールのC量、Mn量、及びCr量である。式(2)においてC量は0.6質量%以上、Mn量は2.0質量%以下、Cr量は2.0%質量以下、周波数は1Hz以上の範囲である。
(Relationship between the integrated current and frequency of the pulse process, the chemical composition of the rail, and the flat spot: f)
Previous studies have revealed that the maximum flat spot length is strongly influenced by the amount of C, the amount of Mn, and the amount of Cr. We also found that it is strongly influenced by frequency. Furthermore, according to the inventors' research, it was revealed that the flat spot length changes by controlling the integrated current according to the C content, Mn content, Cr content, and frequency. The range in which the maximum length was 12 mm or less was determined using the integrated current equation (2).
Integrated current lower limit = 3.5 x frequency - 180 x C% + 55 x Mn% + 45 x Cr% + 300...Formula (2)
Note that in formula (2), C%, Mn%, and Cr% are the C content, Mn content, and Cr content of the rail in unit mass %, respectively. In formula (2), the C content is 0.6% by mass or more, the Mn content is 2.0% by mass or less, the Cr content is 2.0% by mass or less, and the frequency is in the range of 1Hz or more.

(パルス工程の最大電流とフラットスポット最大長さとの関係:g)
パルス工程の最大電流と、フラットスポット最大長さとの関係を図10に示す。最大電流の低下に伴い、フラットスポット最大長さは増加する傾向を示した。フラットスポット最大長さが12mmとなるのは、最大電流が2.33A/mmであることがわかった。そのためパルス工程の最大電流は2.33A/mm以上とする。さらに曲げ性能を高めるためには、好ましくは、パルス工程の最大電流は2.91A/mm以上とする。
(Relationship between maximum current of pulse process and maximum flat spot length: g)
FIG. 10 shows the relationship between the maximum current in the pulse process and the maximum flat spot length. As the maximum current decreased, the maximum flat spot length tended to increase. It was found that the maximum flat spot length was 12 mm when the maximum current was 2.33 A/mm 2 . Therefore, the maximum current in the pulse process is set to 2.33 A/mm 2 or more. In order to further improve the bending performance, the maximum current in the pulse process is preferably 2.91 A/mm 2 or more.

最大電流低下に伴いフラットスポット最大長さが大きくなる理由は、前述の通り、パルス工程での積算電流が少ないため、後期フラッシュ工程で端面の温度が十分に高くならず、後期フラッシュ工程で生成した酸化物が、アプセット工程で排出され難かったためと考える。なおこのときのレールの断面積は8600mmであり、積算電流は500kA・sec(0.06kA・sec/mm)、平均電流は18,000A(2.09A/mm)、C量は0.9質量%、Mn量は1.0質量%、Cr量は0.5質量%である。The reason why the maximum length of the flat spot increases as the maximum current decreases is that, as mentioned above, the integrated current in the pulse process is small, so the temperature of the end face does not become high enough in the latter flash process, and the flat spot is generated in the latter flash process. We believe this is because oxides were difficult to discharge during the upset process. The cross-sectional area of the rail at this time is 8,600 mm 2 , the cumulative current is 500 kA・sec (0.06 kA・sec/mm 2 ), the average current is 18,000 A (2.09 A/mm 2 ), and the amount of C is 0. .9% by mass, the amount of Mn is 1.0% by mass, and the amount of Cr is 0.5% by mass.

(パルス工程の平均電流と、フラットスポット最大長さとの関係:h)
パルス工程の平均電流と、フラットスポット最大長さとの関係を図11に示す。平均電流の低下に伴い、フラットスポット最大長さは増加する傾向を示した。フラットスポット最大長さが12mmとなるのは平均電流が6,000A(0.70A/mm)であることがわかった。そのためパルス工程の平均電流の範囲は0.70A/mm以上とする。さらに曲げ性能を高めるためには、好ましくは、パルス工程の平均電流の範囲は1.74A/mm以上とする。
(Relationship between the average current of the pulse process and the maximum length of the flat spot: h)
FIG. 11 shows the relationship between the average current of the pulse process and the maximum flat spot length. As the average current decreased, the maximum flat spot length tended to increase. It was found that the maximum flat spot length was 12 mm at an average current of 6,000 A (0.70 A/mm 2 ). Therefore, the range of the average current in the pulse process is set to 0.70 A/mm 2 or more. In order to further improve the bending performance, the average current range of the pulse process is preferably 1.74 A/mm 2 or more.

パルス工程の平均電流低下に伴いフラットスポット最大長さが大きくなる理由は、前述の通り、パルス工程での積算電流が少ないため、後期フラッシュ工程で端面の温度が十分に高くならず、後期フラッシュ工程で生成した酸化物がアプセット工程で排出され難かったためと考える。なお、このときのレールの断面積は8600mmであり、積算電流は500kA・sec(0.06kA・sec/mm)、最大電流は30000A(3.49A/mm)、Cは0.9質量%、Mnは1.0質量%、Crは0.5質量%である。The reason why the maximum length of the flat spot increases as the average current decreases in the pulse process is that, as mentioned above, the integrated current in the pulse process is small, so the temperature of the end face does not become high enough in the latter flash process, This is thought to be because the oxides generated during the upset process were difficult to discharge. The cross-sectional area of the rail at this time is 8,600 mm 2 , the cumulative current is 500 kA・sec (0.06 kA・sec/mm 2 ), the maximum current is 30,000 A (3.49 A/mm 2 ), and C is 0.9 % by mass, Mn is 1.0% by mass, and Cr is 0.5% by mass.

<パルス工程における圧着の発生機構について>
事前に定められた周波数で行われるレールの前進及び後退の制御において、突き合せられた2本のレールの端面(溶接面)がくっつき離れなくなること、もしくは端面が離れにくくなり後退するのに要する時間が事前に定められた時間と比較して長くなることを、圧着と呼ぶ。一般的に、端面への積算電流が過剰に多く、これにより端面の温度が著しく高くなる場合に、圧着が生じやすくなる。
<About the crimp generation mechanism in the pulse process>
In controlling the forward and backward movement of rails at a predetermined frequency, the time required for the end surfaces (welded surfaces) of two butted rails to stick together and not separate, or for the end surfaces to become difficult to separate and move backward. The fact that the time becomes longer than the predetermined time is called crimping. Generally, if the integrated current to the end face is excessively large and the temperature of the end face becomes significantly high, crimping is likely to occur.

固定式FB溶接機を用いて行われる予熱フラッシュ方式のフラッシュバット溶接の場合、予熱工程における積算電流を多くしても、予熱工程で圧着は生じなかった。固定式FB溶接機による予熱工程では、面全体を接触させて大電流を流す。そのため、端面間の凹凸は押しつぶされて平坦になるか、もしくは小さい。その結果、端面全体が概略均等に加熱され、部分的な過加熱は生じず、従って圧着が生じなかったと考える。端面全体が概略均等に加熱される当該現象は、積算電流の大小に関わらず、同様に生じると考える。 In the case of preheating flash type flash butt welding performed using a stationary FB welding machine, crimp did not occur in the preheating process even if the integrated current in the preheating process was increased. In the preheating process using a stationary FB welder, the entire surface is brought into contact and a large current is applied. Therefore, the unevenness between the end faces is crushed and becomes flat or small. As a result, the entire end face was heated approximately evenly, no local overheating occurred, and therefore no crimping occurred. It is believed that the phenomenon in which the entire end face is heated approximately uniformly occurs in the same manner regardless of the magnitude of the integrated current.

発明者らは、パルス工程における圧着の発生について、下記の知見を得た。
・パルス工程において、積算電流(最大電流、平均電流)が大きい場合に、端面への入熱量が大きくなる。端面の温度が高くなった結果、圧着が生じやすい。
・パルス工程において周波数が小さいと、1回の前進時における高温となる時間が長くなり、端面の温度上昇量が大きくなった結果、圧着が生じやすい。
・予熱フラッシュ方式のフラッシュバット溶接の予熱工程とは異なり、パルスフラッシュ方式のフラッシュバット溶接のパルス工程では、レールの前進及び後退を繰り返すなかで、最大限レールが前進した場合でも端面すべてが接触するわけではなく、部分的な接触にとどまる。このことが、圧着の生成に大きく影響を及ぼす。とくに、端面内に部分的に電気抵抗の高い部位が存在すると、当該部におけるジュール発熱が高くなり、当該部及びその周辺部の温度が高くなる。その結果、圧着が生じやすい。
The inventors obtained the following findings regarding the occurrence of crimping during the pulse process.
- In the pulse process, when the integrated current (maximum current, average current) is large, the amount of heat input to the end face becomes large. As a result of the increased temperature of the end face, crimping is likely to occur.
- If the frequency is low in the pulse process, the time at which the temperature reaches a high temperature during one advance becomes longer, and as a result, the amount of temperature rise on the end face becomes large, and as a result, crimping is likely to occur.
・Unlike the preheating process of flash butt welding using the preheating flash method, in the pulse process of flash butt welding using the pulse flash method, as the rail moves forward and backward repeatedly, all end faces come into contact even when the rail moves forward to the maximum extent possible. However, it is only a partial contact. This greatly affects the formation of crimp. In particular, if a portion with high electrical resistance exists in the end face, the Joule heat generation in the portion increases, and the temperature of the portion and its surrounding area increases. As a result, crimping tends to occur.

具体的には、パルス工程における端面は、パルス工程以前の溶融金属の飛散の影響を受けており、完全に平坦ではなく、無数の凹凸がある。レールの前進に伴い、先ず凸部が接触し、ジュール発熱により加熱され高温になる。そのため、端面の温度は不均一であり、端面のうち部分的に溶融する領域がある。レールの後退時において、当該溶融部は、温度低下に伴い凝固する。凝固する直前に、合金元素が固相から液相に排出され、合金元素の濃化域が生じることが知られている。例えば、Cは平衡分配係数が0.2と小さい。パルス工程中に、端面のうち部分的に液相になった部位が凝固して固相となる際に、固相から液相にCが吐き出され、Cの濃化が生じる。0.9%Cのレールの場合、端面の一部においてCが約4.5質量%程度まで濃化し、黒鉛として析出すると想定される。 Specifically, the end face in the pulse process is affected by the scattering of molten metal before the pulse process, and is not completely flat, but has numerous irregularities. As the rail moves forward, the protrusions first come into contact and are heated by Joule heat generation, resulting in a high temperature. Therefore, the temperature of the end face is non-uniform, and there is a region of the end face that is partially melted. When the rail retreats, the molten portion solidifies as the temperature decreases. It is known that just before solidification, alloying elements are expelled from the solid phase into the liquid phase, creating a region of enrichment of the alloying elements. For example, C has a small equilibrium distribution coefficient of 0.2. During the pulse process, when a portion of the end face that has partially become a liquid phase solidifies and becomes a solid phase, C is discharged from the solid phase into the liquid phase, causing concentration of C. In the case of a 0.9% C rail, it is assumed that C is concentrated to about 4.5% by mass in a portion of the end face and precipitated as graphite.

黒鉛の高温時、例えば1200℃における電気抵抗率は8.4μΩ・m程度であることが知られている(東洋炭素(株)西本ら”直接通電による黒鉛材料の高温抵抗率変化率測定装置”、2015)。一方、レール鋼の高温時、例えば1200℃における電気抵抗率は2.1μΩ・m程度である。これは、黒鉛の電気抵抗率の1/4程度であることを発明者らは見出した。このように、高温時の黒鉛の電気抵抗は、レール鋼の電気抵抗と比較し極めて大きい。そのため、黒鉛部におけるジュール発熱量はレール鋼と比較し大きく、黒鉛部及びその近傍の温度が高くなった結果、圧着が生じやすいと考える。 It is known that the electrical resistivity of graphite at high temperatures, for example 1200°C, is about 8.4 μΩ・m (Toyo Tanso Co., Ltd. Nishimoto et al. "High-temperature resistivity change rate measurement device for graphite materials by direct energization") , 2015). On the other hand, the electrical resistivity of rail steel at high temperatures, for example 1200° C., is about 2.1 μΩ·m. The inventors have found that this is about 1/4 of the electrical resistivity of graphite. As described above, the electrical resistance of graphite at high temperatures is extremely large compared to that of rail steel. Therefore, the Joule calorific value in the graphite part is larger than that in rail steel, and as a result of the increased temperature in the graphite part and its vicinity, it is thought that crimping is likely to occur.

なお、固定式FB溶接機を用いる予熱フラッシュ方式のフラッシュバット溶接の予熱工程でも、端面が溶融することで合金元素が端面に排出され、電気抵抗が高くなる場合がある。しかしながら、予熱フラッシュ方式の場合、端面全体が接触し、溶融する。そのため、凝固時の合金元素の排出により、端面全体で濃化が生じる。さらに、次の予熱のためにレールが前進し、端面が接触した際に、溶鋼の飛散と同時に当該濃化部も外部に排出される。そのため、予熱フラッシュ方式のフラッシュバット溶接では濃化の影響は小さいと推定される。そのため、予熱フラッシュ方式の予熱工程では、パルスフラッシュ方式のパルス工程と比較し圧着が生じにくいと発明者らは考えた。 Note that even in the preheating process of flash butt welding using a preheating flash method using a fixed FB welding machine, the end face may melt and the alloying elements may be discharged to the end face, resulting in an increase in electrical resistance. However, in the case of the preheating flash method, the entire end surfaces come into contact and melt. Therefore, concentration occurs over the entire end face due to the discharge of alloying elements during solidification. Further, when the rail moves forward for the next preheating and the end surfaces come into contact, the molten steel is scattered and the concentrated portion is also discharged to the outside. Therefore, it is estimated that the effect of concentration is small in flash butt welding using the preheating flash method. Therefore, the inventors thought that crimping is less likely to occur in the preheating step of the preheating flash method than in the pulse step of the pulse flash method.

<パルス工程における圧着対策の考え方>
レールの前進及び後退制御における力(油圧)が固定式FB溶接機と比較して小さい、パルスフラッシュ方式のフラッシュバット溶接において、パルス工程における圧着防止のためには、パルスフラッシュ方式固有の対策が必要と本発明者らは考えた。具体的には、圧着対策として、端面の温度過上昇を防止するために、パルス工程の入熱影響因子(最大電流、平均電流、積算電流、周波数など)と圧着の関係を明らかにすること、さらに電気抵抗の高い部位における温度過上昇を防止するために、レール成分の化学成分と圧着の関係を明らかにすることが有効であると発明者らは考えた。
<Thoughts on crimp countermeasures in pulse process>
In pulse flash type flash butt welding, where the force (hydraulic pressure) used to control the forward and backward movement of the rail is smaller than that of a fixed FB welding machine, measures specific to the pulse flash type are required to prevent crimping during the pulse process. The inventors thought this. Specifically, as a countermeasure for crimping, in order to prevent excessive temperature rise at the end face, we will clarify the relationship between heat input influencing factors (maximum current, average current, integrated current, frequency, etc.) in the pulse process and crimping. Furthermore, the inventors believed that it would be effective to clarify the relationship between the chemical components of the rail components and crimping in order to prevent excessive temperature rises in areas with high electrical resistance.

<パルス条件、及び成分条件による圧着抑制機構の説明>
最大パルス時間比率と、パルス工程において前進した後に後退できなくなる比率との関係を図12に示す。最大パルス時間とは、上述されたように、実績パルス時間の最大値である最大実績パルス時間を、溶接前に定められたパルス時間の計画値である計画パルス時間で割った値である。最大パルス時間は、計画値と実績値との乖離を示す指標である。
<Explanation of crimp suppression mechanism based on pulse conditions and component conditions>
FIG. 12 shows the relationship between the maximum pulse time ratio and the ratio at which it becomes impossible to move backward after moving forward in the pulse process. As described above, the maximum pulse time is the value obtained by dividing the maximum actual pulse time, which is the maximum value of the actual pulse times, by the planned pulse time, which is the planned value of the pulse time determined before welding. The maximum pulse time is an index indicating the deviation between the planned value and the actual value.

最大パルス時間比率が300%を超えると、後退できなくなる比率が著しく増加する。そのため、最大パルス時間比率は300%以下とする必要がある。パルス条件、成分条件を最適化することにより、最大パルス時間比率の範囲を300%以下にすることが、圧着抑制には重要である。 When the maximum pulse time ratio exceeds 300%, the ratio of inability to retreat increases significantly. Therefore, the maximum pulse time ratio needs to be 300% or less. It is important to reduce the range of the maximum pulse time ratio to 300% or less by optimizing the pulse conditions and component conditions to suppress crimping.

(レールのC量と、最大パルス時間比率との関係:j)
レールのC量と、パルス工程における最大パルス時間比率との関係を図13に示す。C量の増加に伴い、最大パルス時間比率は増加する傾向を示す。最大パルス時間比率が300%となるのは、C量が1.2質量%の時である。そのためC量は1.2質量%以下とする。さらに圧着の発生を抑制するには、好ましくはC量の範囲は1.1質量%以下とする。
(Relationship between rail C amount and maximum pulse time ratio: j)
FIG. 13 shows the relationship between the amount of C in the rail and the maximum pulse time ratio in the pulse process. The maximum pulse time ratio shows a tendency to increase as the amount of C increases. The maximum pulse time ratio is 300% when the C amount is 1.2% by mass. Therefore, the amount of C is set to 1.2% by mass or less. In order to further suppress the occurrence of crimping, the C content range is preferably 1.1% by mass or less.

C量が高い場合に最大パルス時間比率が大きくなる理由は、下記と考えた。前述の通り、レールの前進時に、端面が部分的に高温になり溶融する場合がある。レールの後退に伴い、端面の温度が低下し、溶融部が凝固する。この凝固する直前に、固相から液相にCが排出され、Cの濃化域が部分的に発生し、Cが黒鉛として析出する。黒鉛の電気抵抗は、前述の通りレール鋼材に対して高い。そのため黒鉛の析出部、即ち黒鉛部におけるジュール発熱量は、その周囲と比較し大きい。黒鉛部及びその近傍が高温となるため、端面がくっつきやすくなると発明者らは考える。また、C量の増加に伴い、Cが濃化し黒鉛が生じる範囲が広くなる。そのため、C量の増加に伴い、最大パルス時間比率が増加したと発明者らは考えた。なお、このときのレールの断面積は8600mmであり、積算電流は500kA・sec(0.06kA・sec/mm)、最大電流は30000A(3.49A/mm)、平均電流は18000A(2.09A/mm)、周波数は5Hz、Mn量は1.0質量%、Cr量は0.5質量%である。The reason why the maximum pulse time ratio increases when the amount of C is high is considered to be as follows. As mentioned above, when the rail moves forward, the end face may become partially heated and melt. As the rail retreats, the temperature at the end surface decreases and the molten part solidifies. Immediately before this solidification, C is discharged from the solid phase to the liquid phase, a C concentration region is partially generated, and C is precipitated as graphite. As mentioned above, the electrical resistance of graphite is higher than that of rail steel. Therefore, the Joule calorific value in the graphite precipitated part, that is, in the graphite part, is larger than that in the surrounding area. The inventors believe that because the graphite part and its vicinity become high temperature, the end faces tend to stick together. Furthermore, as the amount of C increases, the range in which C is concentrated and graphite is generated becomes wider. Therefore, the inventors thought that the maximum pulse time ratio increased as the amount of C increased. The cross-sectional area of the rail at this time is 8,600 mm 2 , the cumulative current is 500 kA・sec (0.06 kA・sec/mm 2 ), the maximum current is 30,000 A (3.49 A/mm 2 ), and the average current is 18,000 A ( 2.09 A/mm 2 ), the frequency is 5 Hz, the amount of Mn is 1.0% by mass, and the amount of Cr is 0.5% by mass.

(パルス工程における周波数と、最大パルス時間比率との関係:k)
パルス工程における周波数と、最大パルス時間比率との関係を図14に示す。周波数の低下に伴い、最大パルス時間比率は増加する傾向を示し、最大パルス時間比率が300%となるのは、周波数が1Hzのときであることがわかった。そのため周波数の範囲は1Hz以上とする。さらに圧着の発生を抑制するには、好ましくは周波数の範囲は3Hz以上とする。
(Relationship between frequency in pulse process and maximum pulse time ratio: k)
FIG. 14 shows the relationship between the frequency in the pulse process and the maximum pulse time ratio. It was found that the maximum pulse time ratio tends to increase as the frequency decreases, and the maximum pulse time ratio reaches 300% when the frequency is 1 Hz. Therefore, the frequency range is set to 1 Hz or more. In order to further suppress the occurrence of crimping, the frequency range is preferably 3 Hz or higher.

周波数の低下に伴い最大パルス時間比率が増加する理由は、前述の通り、周波数が小さいと1パルスの前進及び後退の合計時間が長く、端面への入熱量が大きくなり、端面の温度が高くなった結果、端面がくっつきやすくなったためと考える。なお、このときのレールの断面積は8600mmであり、積算電流は500kA・sec(0.06kA・sec/mm)、最大電流は30,000A(3.49A/mm)、平均電流は18,000A(2.09A/mm)、C量は0.9質量%、Mn量は1.0質量%、Cr量は0.5質量%である。The reason why the maximum pulse time ratio increases as the frequency decreases is that, as mentioned above, when the frequency is low, the total time for advancing and retracting one pulse is longer, the amount of heat input to the end face increases, and the temperature of the end face becomes higher. This is thought to be because the end surfaces became more likely to stick together as a result. The cross-sectional area of the rail at this time is 8600 mm 2 , the cumulative current is 500 kA・sec (0.06 kA・sec/mm 2 ), the maximum current is 30,000 A (3.49 A/mm 2 ), and the average current is 18,000A (2.09A/mm 2 ), the amount of C is 0.9% by mass, the amount of Mn is 1.0% by mass, and the amount of Cr is 0.5% by mass.

(パルス工程における積算電流、及び周波数、並びにレールの化学成分と、圧着との関係:l)
圧着の発生は、C量、及び周波数の影響を強く受けることがこれまでの検討によりわかった。さらに、発明者らの調査によると、C量、周波数に応じて積算電流を制御することで、圧着の発生に強く影響を及ぼすことを明らかにした。そして、これらを関数として、圧着の生じない積算電流(単位:kA・sec/mm)の範囲を式(3)で求めた
積算電流上限=(8×周波数-480×C質量%+1400)/8600・・式(3)
なお、式(3)においてC量は1.2質量%以下、周波数は1Hz以上の範囲である
(The relationship between the integrated current and frequency in the pulse process, the chemical composition of the rail, and crimping: l)
Previous studies have revealed that the occurrence of crimping is strongly influenced by the amount of C and frequency. Furthermore, according to the inventors' research, it has been revealed that controlling the integrated current according to the C amount and frequency has a strong influence on the occurrence of crimping. Then, as a function of these, the range of cumulative current (unit: kA sec/mm 2 ) where no crimping occurs was determined using formula (3). Maximum cumulative current = (8 x frequency - 480 x C mass % + 1400) / 8600...Formula (3)
In addition, in formula (3), the amount of C is 1.2% by mass or less, and the frequency is in the range of 1Hz or more.

(パルス工程における最大電流と、最大パルス時間比率との関係:m)
パルス工程における最大電流と、最大パルス時間比率の関係を図15に示す。最大電流の増加に伴い、最大パルス時間比率は増加する傾向を示し、最大パルス時間比率が300%となるのは、最大電流が6.98A/mmのときであることがわかった。そのため最大電流の範囲は6.98A/mm以下とする。さらに圧着の発生を抑制するには、好ましくは最大電流の範囲は5.23A/mm以下とする。なお、このときのレールの断面積は8600mmであり、積算電流は500kA・sec(0.06kA・sec/mm)、平均電流は18,000A(2.09A/mm)、C量は0.9質量%、Mn量は1.0質量%、Cr量は0.5質量%、周波数は5Hzである。最大電流の増大に伴い最大パルス時間が増加する理由は、前述の通り、最大電流が大きいと端面への入熱量が大きくなり、端面の温度が高くなった結果、端面がくっつきやすくなったためと考える。
(Relationship between maximum current in pulse process and maximum pulse time ratio: m)
FIG. 15 shows the relationship between the maximum current in the pulse process and the maximum pulse time ratio. It was found that the maximum pulse time ratio showed a tendency to increase as the maximum current increased, and the maximum pulse time ratio reached 300% when the maximum current was 6.98 A/mm 2 . Therefore, the maximum current range is 6.98 A/mm 2 or less. In order to further suppress the occurrence of crimping, the maximum current range is preferably 5.23 A/mm 2 or less. The cross-sectional area of the rail at this time is 8600 mm 2 , the cumulative current is 500 kA・sec (0.06 kA・sec/mm 2 ), the average current is 18,000 A (2.09 A/mm 2 ), and the amount of C is The amount of Mn is 1.0% by mass, the amount of Cr is 0.5% by mass, and the frequency is 5Hz. The reason why the maximum pulse time increases as the maximum current increases is that, as mentioned above, when the maximum current is large, the amount of heat input to the end face increases, and as a result, the end face becomes more likely to stick together as a result of the higher temperature of the end face. .

(パルス工程における平均電流と、最大パルス時間比率との関係:n)
パルス工程における平均電流と、最大パルス時間比率との関係を図16に示す。平均電流の増加に伴い、最大パルス時間比率は増加する傾向を示し、最大パルス時間比率が300%となるのは、平均電流が4.65A/mmのときであることがわかった。そのため平均電流の範囲は4.65A/mm以下とする。さらに圧着の発生を抑制するには、好ましくは平均電流の範囲は3.26A/mm以下とする。
(Relationship between average current in pulse process and maximum pulse time ratio: n)
FIG. 16 shows the relationship between the average current in the pulse process and the maximum pulse time ratio. It was found that the maximum pulse time ratio showed a tendency to increase as the average current increased, and the maximum pulse time ratio reached 300% when the average current was 4.65 A/mm 2 . Therefore, the average current range is set to 4.65 A/mm 2 or less. In order to further suppress the occurrence of crimping, the average current range is preferably 3.26 A/mm 2 or less.

なお、このときレールの断面積は8600mmであり、積算電流は500kA・sec(0.06kA・sec/mm)、最大電流は30,000A(3.49A/mm)、C量は0.9質量%、Mn量は1.0質量%、Cr量は0.5質量%、周波数は5Hzである。平均電流増に伴い最大パルス時間が増加する理由は、前述の通り、平均電流が大きいと端面への入熱量が大きくなり、端面の温度が高くなった結果、端面がくっつきやすくなったためと考える。At this time, the cross-sectional area of the rail is 8600 mm 2 , the cumulative current is 500 kA・sec (0.06 kA・sec/mm 2 ), the maximum current is 30,000 A (3.49 A/mm 2 ), and the amount of C is 0. The amount of Mn is 1.0% by mass, the amount of Cr is 0.5% by mass, and the frequency is 5Hz. The reason why the maximum pulse time increases as the average current increases is that, as mentioned above, when the average current is large, the amount of heat input to the end face increases, and as a result, the end face becomes more likely to stick together as a result of the increased temperature of the end face.

以上の検討過程を経て完成した、本実施形態に係るフラッシュバット溶接レールの製造方法の諸条件について、以下に改めて説明する。また、本実施形態に係る製造方法のさらに好ましい態様についても以下に説明する。 The conditions of the method for manufacturing a flash butt welded rail according to this embodiment, which was completed through the above study process, will be explained below. Furthermore, further preferred aspects of the manufacturing method according to this embodiment will also be described below.

<パルス工程における周波数(f):1~10Hz>
上述の項目kに記載の圧着防止の観点より、パルス工程における周波数の下限値は1Hzとする。さらに圧着の発生を抑制するには、好ましくは周波数の範囲は2Hz以上、3Hz以上、又は4Hz以上とする。また、上述の項目eに記載の酸化物欠陥抑制の観点より、パルス工程における周波数の上限値は10Hzとする。酸化物を一層抑制する観点から、パルス工程における周波数の上限値を9Hz以下、8Hz以下、又は6Hz以下とすることが好ましい。周波数の最も好ましい範囲は3Hz以上、6Hz以下である。
<Frequency (f) in pulse process: 1 to 10 Hz>
From the viewpoint of preventing crimping as described in item k above, the lower limit of the frequency in the pulse process is set to 1 Hz. In order to further suppress the occurrence of crimping, the frequency range is preferably 2 Hz or more, 3 Hz or more, or 4 Hz or more. Further, from the viewpoint of suppressing oxide defects as described in item e above, the upper limit of the frequency in the pulse process is set to 10 Hz. From the viewpoint of further suppressing oxides, the upper limit of the frequency in the pulse step is preferably 9 Hz or less, 8 Hz or less, or 6 Hz or less. The most preferable frequency range is 3 Hz or more and 6 Hz or less.

<パルス工程における最大電流:2.33~6.98A/mm
上述の項目gに記載の酸化物欠陥抑制の観点より、パルス工程における最大電流の下限値は2.33A/mmとする。さらに曲げ性能を高めるためには、好ましくは、パルス工程の最大電流は2.50A/mm以上、は2.91A/mm以上、または3.20A/mmとする。また、上述の項目mに記載の圧着防止の観点より、パルス工程における最大電流の上限値は6.98A/mmとする。さらに圧着の発生を抑制するには、好ましくは最大電流の範囲は6.00A/mm以下、5.23A/mm以下、又は4.80A/mm以下とする。パルス工程における最大電流の最も好ましい範囲は2.91A/mm以上、5.23A/mm以下である。
<Maximum current in pulse process: 2.33 to 6.98 A/mm 2 >
From the viewpoint of suppressing oxide defects as described in item g above, the lower limit of the maximum current in the pulse process is set to 2.33 A/mm 2 . In order to further improve the bending performance, the maximum current in the pulse process is preferably 2.50 A/mm 2 or more, 2.91 A/mm 2 or more, or 3.20 A/mm 2 . Furthermore, from the viewpoint of preventing crimping as described in item m above, the upper limit of the maximum current in the pulse process is set to 6.98 A/mm 2 . In order to further suppress the occurrence of crimping, the maximum current range is preferably 6.00 A/mm 2 or less, 5.23 A/mm 2 or less, or 4.80 A/mm 2 or less. The most preferable range of maximum current in the pulse process is 2.91 A/mm 2 or more and 5.23 A/mm 2 or less.

<パルス工程における平均電流:0.70~4.65A/mm
上述の項目hに記載の酸化物欠陥抑制の観点より、パルス工程における平均電流の下限値は0.70A/mmとする。好ましくは、パルス工程の平均電流の範囲は1.00A/mm以上、1.74A/mm以上、又は2.00A/mm以上とする。また、上述の項目nに記載の圧着防止の観点より、パルス工程における平均電流の上限値は4.65A/mmとする。さらに圧着の発生を抑制するには、好ましくは平均電流の範囲は4.00A/mm以下、3.26A/mm以下、または2.80A/mm以下とする。パルス工程における平均電流の最も好ましい範囲は1.74A/mm以上、3.26A/mm以下である。
<Average current in pulse process: 0.70 to 4.65 A/mm 2 >
From the viewpoint of suppressing oxide defects as described in item h above, the lower limit of the average current in the pulse process is set to 0.70 A/mm 2 . Preferably, the range of the average current of the pulse step is 1.00 A/mm 2 or more, 1.74 A/mm 2 or more, or 2.00 A/mm 2 or more. Further, from the viewpoint of preventing crimping as described in item n above, the upper limit of the average current in the pulse process is set to 4.65 A/mm 2 . In order to further suppress the occurrence of crimping, the average current range is preferably 4.00 A/mm 2 or less, 3.26 A/mm 2 or less, or 2.80 A/mm 2 or less. The most preferable range of average current in the pulse process is 1.74 A/mm 2 or more and 3.26 A/mm 2 or less.

<後期フラッシュ工程における最終フラッシュ速度:0.2~3.4mm/sec>
後期フラッシュ工程における最終フラッシュ速度とは、後期フラッシュ工程の最後の5秒間におけるフラッシュ速度の平均値を意味する。即ち、後期フラッシュ工程における最終フラッシュ速度とは、後期フラッシュ工程の最後の5秒間におけるレールの移動量を、5秒で割った値である。ただし、後期フラッシュ工程の時間が5秒未満である場合は、後期フラッシュ工程における最終フラッシュ速度とは、後期フラッシュ工程の開始から終了までのフラッシュ速度の平均値、即ち後期フラッシュ工程におけるレールの移動量である後期フラッシュ長を、後期フラッシュ工程の時間で割った値を意味する。
<Final flash speed in late flash process: 0.2 to 3.4 mm/sec>
The final flash rate in the late flash process means the average value of the flash rate during the last 5 seconds of the late flash process. That is, the final flash speed in the latter flash step is the value obtained by dividing the amount of rail movement in the last 5 seconds of the latter flash step by 5 seconds. However, if the time of the latter flash process is less than 5 seconds, the final flash speed in the latter flash process is the average value of the flash speed from the start to the end of the latter flash process, that is, the amount of rail movement in the latter flash process. It means the value obtained by dividing the late flash length, which is , by the time of the late flash step.

後期フラッシュ工程におけるフラッシュ速度、即ち後期フラッシュ速度が速いほど、電流が高くなり、アプセット工程直前の端面の温度が高くなる。その結果、後期フラッシュ工程で生成した酸化物を、アプセット工程で溶接部の外部に排出させやすくなる。しかし、後期フラッシュ速度をアプセット工程直前のみにおいて高めたとしても、端面の温度を高くする効果は限定的である。そのため、後期フラッシュ工程では、最終フラッシュ速度の下限値を0.2mm/secとする。最終フラッシュ速度は、好ましくは0.5mm/sec以上、0.8mm/sec以上、又は1.0mm/secとする。 The faster the flash speed in the latter flash step, that is, the later flash speed, the higher the current, and the higher the temperature of the end surface immediately before the upset step. As a result, the oxides generated in the latter flashing process can be easily discharged to the outside of the weld zone in the upsetting process. However, even if the latter flash rate is increased only immediately before the upset process, the effect of increasing the temperature at the end face is limited. Therefore, in the latter flashing process, the lower limit of the final flashing speed is set to 0.2 mm/sec. The final flash rate is preferably at least 0.5 mm/sec, at least 0.8 mm/sec, or at least 1.0 mm/sec.

一方、後期フラッシュにおけるフラッシュ速度が速すぎると、端面間が接触してフラッシュが消失する異常現象(フラッシュ工程の圧着)が生じる。そのため、最終フラッシュ速度の上限値は3.4mm/secとする。最終フラッシュ速度は、好ましくは3.0mm/sec以下、2.5mm/sec以下、又は2.0mm/sec以下である。最終フラッシュ速度の最も好ましい範囲は、0.6mm/sec以上、2.8mm/sec以下である。 On the other hand, if the flashing speed in the latter flashing is too fast, an abnormal phenomenon (crimping in the flashing process) occurs in which the end faces come into contact and the flash disappears. Therefore, the upper limit of the final flash speed is set to 3.4 mm/sec. The final flash rate is preferably 3.0 mm/sec or less, 2.5 mm/sec or less, or 2.0 mm/sec or less. The most preferred range of final flash speed is 0.6 mm/sec or more and 2.8 mm/sec or less.

<C:0.60~1.20質量%>
上述の項目b及び項目oに記載の酸化物欠陥抑制の観点より、C量の下限値は0.60質量%とする。C量は好ましくは0.65質量%以上、0.70質量%以上、又は0.80質量%以上である。一方、上述の項目jに記載の圧着防止の観点より、C量の上限値は1.20質量%とする。C量は好ましくは1.10質量%以下、1.00質量%以下、又は0.90質量%以下である。C量の最も好ましい範囲は0.70質量%以上、1.10質量%以下である。
<C: 0.60 to 1.20% by mass>
From the viewpoint of suppressing oxide defects described in the above-mentioned items b and o, the lower limit of the amount of C is 0.60% by mass. The amount of C is preferably 0.65% by mass or more, 0.70% by mass or more, or 0.80% by mass or more. On the other hand, from the viewpoint of preventing crimping as described in item j above, the upper limit of the amount of C is 1.20% by mass. The amount of C is preferably 1.10% by mass or less, 1.00% by mass or less, or 0.90% by mass or less. The most preferable range of the amount of C is 0.70% by mass or more and 1.10% by mass or less.

<Mn:0.10~2.00質量%>
上述の項目c及び項目oに記載の酸化物欠陥抑制の観点より、Mn量の上限値は2.00質量%とする。Mn量は好ましくは1.80質量%以下、1.50質量%以下、又は1.20質量%以下である。一方、Mnは焼き入れ性向上による硬度増の効果を発揮する元素である。Mn量が不足すると、この効果が得られない。そのため、Mn量の下限値は0.10質量%とする。Mn量は好ましくは0.20質量%以上、0.50質量%以上、又は0.80質量%以上である。Mn量の最も好ましい範囲は0.20質量%以上、1.80質量%以下である。
<Mn: 0.10 to 2.00% by mass>
From the viewpoint of suppressing oxide defects described in the above-mentioned items c and o, the upper limit of the amount of Mn is 2.00% by mass. The amount of Mn is preferably 1.80% by mass or less, 1.50% by mass or less, or 1.20% by mass or less. On the other hand, Mn is an element that exhibits the effect of increasing hardness by improving hardenability. If the amount of Mn is insufficient, this effect cannot be obtained. Therefore, the lower limit of the amount of Mn is 0.10% by mass. The amount of Mn is preferably 0.20% by mass or more, 0.50% by mass or more, or 0.80% by mass or more. The most preferable range of the Mn amount is 0.20% by mass or more and 1.80% by mass or less.

<Cr:0.01~2.00質量%>
上述の項目d及び項目oに記載の酸化物欠陥抑制の観点より、Cr量の上限値は2.00質量%とする。Cr量は好ましくは1.80質量%以下、1.50質量%以下、又は1.20質量%以下である。一方、Cr量が少なすぎる場合、フラッシュバット溶接レールの硬度が得られない。そのため、Cr量の下限値は0.01質量%とする。Cr量は好ましくは0.20質量%以上、0.50質量%以上、又は0.80質量%以上である。Cr量の最も好ましい範囲は0.20質量%以上、1.30質量%以下である。
<Cr: 0.01 to 2.00% by mass>
From the viewpoint of suppressing oxide defects described in the above-mentioned items d and o, the upper limit of the Cr content is set to 2.00% by mass. The amount of Cr is preferably 1.80% by mass or less, 1.50% by mass or less, or 1.20% by mass or less. On the other hand, if the amount of Cr is too small, the hardness of the flash butt welded rail cannot be obtained. Therefore, the lower limit of the amount of Cr is set to 0.01% by mass. The amount of Cr is preferably 0.20% by mass or more, 0.50% by mass or more, or 0.80% by mass or more. The most preferable range of the amount of Cr is 0.20 mass% or more and 1.30 mass% or less.

<パルス工程において、積算電流の上限が、単位kA・sec/mmで、(8×周波数-480×C質量%+1400)/8600>
上述の項目lに記載の圧着防止の観点より、積算電流の上限値を、パルス工程における周波数、及びレールのC量の関数として規定した。
<In the pulse process, the upper limit of the integrated current is (8 x frequency - 480 x C mass % + 1400)/8600 in kA sec/ mm2 >
From the viewpoint of preventing crimping as described in item 1 above, the upper limit value of the integrated current was defined as a function of the frequency in the pulse process and the C amount of the rail.

<パルス工程において、積算電流の下限が、単位kA・sec/mmで、(3.5×周波数-180×C%+55×Mn%+45×Cr%+300)/8600>
上述の項目fに記載の酸化物欠陥抑制の観点より、積算電流の下限値を、パルス工程における周波数、並びにレールのC量、Mn量、及びCr量の関数として規定した。
<In the pulse process, the lower limit of the integrated current is (3.5 x frequency - 180 x C% + 55 x Mn% + 45 x Cr% + 300) / 8600 in kA sec/ mm2 >
From the viewpoint of suppressing oxide defects as described in item f above, the lower limit value of the integrated current was defined as a function of the frequency in the pulse process and the C content, Mn content, and Cr content of the rail.

<好ましくは、パルス工程における最小電流が0.12A/mm以上>
パルス工程において、レールを後退させて、2つの端面を完全に引き離した場合、電流値は0A/mmとなる。従って、パルス工程における電流の最小値は0Aである。しかしながら、レールが完全に引き離される前にレールの後退を中止し、これを前進させた場合、電流値が0A/mmまで低下しないことがある。
<Preferably, the minimum current in the pulse process is 0.12 A/mm 2 or more>
In the pulse process, when the rail is retreated and the two end faces are completely separated, the current value is 0 A/mm 2 . Therefore, the minimum value of current in the pulse process is 0A. However, if the rail stops retreating and is moved forward before the rail is completely separated, the current value may not drop to 0 A/mm 2 .

本実施形態に係る製造方法では、端面同士がくっついて離れなくなる現象、即ち圧着は避けられなければならない。この場合、圧着された端面を切断し、フラッシュバット溶接を最初からやり直さなければならなくなるからである。一方、パルス工程において1パルスごとに端面を完全に引き離す必要はない。むしろ、パルス工程中において、レール後退時に突き合せたレール間が完全に離れなければ、端面に酸化物が生じにくいと考えられる。また、上述した条件が満たされる限り、レール後退時に突き合せたレール間が完全に離れなくとも、最大パルス時間比率の増大や端面の圧着は生じない。 In the manufacturing method according to this embodiment, it is necessary to avoid a phenomenon in which the end surfaces become stuck together and cannot be separated from each other, that is, crimping must be avoided. In this case, the crimped end face must be cut and flash butt welding must be restarted from the beginning. On the other hand, in the pulse process, it is not necessary to completely separate the end faces for each pulse. Rather, it is considered that oxides are less likely to form on the end surfaces unless the rails that abut each other are completely separated when the rails retreat during the pulse process. Further, as long as the above-mentioned conditions are satisfied, even if the rails that abut against each other are not completely separated when the rails retreat, the maximum pulse time ratio will not increase and the end faces will not be crimped.

端面が完全に離れると、電流はゼロになる。そのため、端面間が完全に離れないための指標として、最小電流を0.12A/mmとしてもよい。このようにすることにより、端面の酸化物が生じ難く、曲げ性能の一層の改善が見込まれる。パルス工程における最小電流の、さらに好ましい範囲は、0.1812A/mm以上、0.23A/mm以上、又は0.25A/mm以上である。When the end faces are completely separated, the current will be zero. Therefore, the minimum current may be set to 0.12 A/mm 2 as an indicator to ensure that the end faces are not completely separated. By doing so, it is difficult to form oxides on the end face, and further improvement in bending performance is expected. A more preferable range of the minimum current in the pulse process is 0.1812 A/mm 2 or more, 0.23 A/mm 2 or more, or 0.25 A/mm 2 or more.

<好ましくは、後期フラッシュ工程のフラッシュ長が、5~50mm>
後期フラッシュ工程のフラッシュ長、即ち後期フラッシュ長とは、後期フラッシュ工程の開始から終了までのレールの移動量である。前述の通り、後期フラッシュ工程における後期フラッシュ速度には最適な範囲がある。しかしながら、後期フラッシュ長を長くすることにより、溶接時間(フラッシュ長/フラッシュ速度)が長くなり、端面の温度がいっそう高くなり、生成した酸化物をアプセット工程で外部に排出する効果が一層高められる。そのため、後期フラッシュ長の下限値は5mmとすることが好ましい。後期フラッシュ長を6mm以上、8mm以上、又は10mm以上とすることがさらに好ましい。
<Preferably, the flash length in the latter flash step is 5 to 50 mm>
The flash length of the latter flash process, ie, the latter flash length, is the amount of movement of the rail from the start to the end of the latter flash process. As mentioned above, there is an optimal range for the late flash rate in the late flash step. However, by increasing the latter flash length, the welding time (flash length/flash speed) becomes longer, the temperature of the end face becomes higher, and the effect of discharging generated oxides to the outside in the upsetting process is further enhanced. Therefore, it is preferable that the lower limit of the latter flash length is 5 mm. It is more preferable that the latter flash length is 6 mm or more, 8 mm or more, or 10 mm or more.

一方、現地で溶接するモバイルFB溶接機を用いた溶接において、後期フラッシュ長(レール消耗量)を短くすることで、長手方向に生じる隙間を埋めるためにレールを引っ張る作業、又は別のレールを準備する作業などが不要となる。そのため、後期フラッシュ長の抑制は、レールの施工作業性の向上につながる。そのため、後期フラッシュ長の上限値は50mmとすることが好ましい。後期フラッシュ長を45mm以下、40mm以下、又は30mm以下とすることがさらに好ましい。後期フラッシュ長の一層好ましい範囲は、10mm以上、40mm以下である。 On the other hand, in welding using a mobile FB welding machine that welds on-site, by shortening the flash length (rail wear amount) in the latter stage, it is necessary to pull the rail or prepare another rail to fill the gap that occurs in the longitudinal direction. This eliminates the need for additional work. Therefore, suppressing the late flash length leads to improved rail construction workability. Therefore, the upper limit of the latter flash length is preferably 50 mm. It is more preferable that the latter flash length is 45 mm or less, 40 mm or less, or 30 mm or less. A more preferable range of the latter flash length is 10 mm or more and 40 mm or less.

<Si:0.10~2.00質量%>
Siは、パーライト組織中のフェライト相を固溶強化して、母材の高強度化に寄与する元素である。この効果を得るために、レールにはSiが0.10%以上2.00%以下含有される。Si量は好ましくは1.80質量%以下、1.50質量%以下、又は1.20質量%以下である。Si量が0.10%未満ではその効果が得られず、2.00%超では材料が脆化しやすくなる。Si量は好ましくは0.20質量%以上、0.50質量%以上、又は0.80質量%以上である。Si量の一層好ましい範囲は0.20%以上1.50%以下である
<Si: 0.10 to 2.00% by mass>
Si is an element that solid-solution strengthens the ferrite phase in the pearlite structure and contributes to increasing the strength of the base material. In order to obtain this effect, the rail contains 0.10% or more and 2.00% or less of Si. The amount of Si is preferably 1.80% by mass or less, 1.50% by mass or less, or 1.20% by mass or less. If the Si content is less than 0.10%, this effect cannot be obtained, and if it exceeds 2.00%, the material tends to become brittle. The amount of Si is preferably 0.20% by mass or more, 0.50% by mass or more, or 0.80% by mass or more. A more preferable range of the amount of Si is 0.20% or more and 1.50% or less.

<Al:0.001~0.500質量%>
Alは、レールに脱酸元素として含まれる。また、Alはパーライト組織の硬さの差を低減し、レール柱部の疲労強度を向上させる元素である。そのため、Alは0.001%以上である。Al量は好ましくは0.100質量%以上、0.120質量%以上、又は0.150質量%以上である。一方、粗大な酸化物や粗大なマルテンサイトの生成を抑制し、疲労強度を一層向上させる観点から、Alは0.500%以下とする。Al量は好ましくは0.450質量%以下、0.400質量%以下、又は0.300質量%以下である。一層好ましい範囲は、Alは0.005%以上0.100%以下である。
<Al: 0.001 to 0.500% by mass>
Al is included in the rail as a deoxidizing element. Furthermore, Al is an element that reduces the difference in hardness of the pearlite structure and improves the fatigue strength of the rail column. Therefore, Al content is 0.001% or more. The amount of Al is preferably 0.100% by mass or more, 0.120% by mass or more, or 0.150% by mass or more. On the other hand, from the viewpoint of suppressing the formation of coarse oxides and coarse martensite and further improving fatigue strength, Al is set to 0.500% or less. The amount of Al is preferably 0.450% by mass or less, 0.400% by mass or less, or 0.300% by mass or less. A more preferable range of Al is 0.005% or more and 0.100% or less.

<P:0.020質量%以下>
<S:0.020質量%以下>
<N:0.003~0.020質量%>
P及びSは鋼中の不純物である。P及びSが多いと、鋼の靭性が低下し、フラッシュバット溶接レールの疲労強度が低下する。そのため、溶接レールの疲労強度を高めるため、Pは0.020%以下、Sは0.020%以下とする。Pの好ましい範囲は0.010%以上、0.018%以下、Sの好ましい範囲は0.008%以上、0.018%以下である。なお、P量及びS量の下限は特に限定されず、0%でもよい。一方、精錬コストの改善のために、P量及びS量それぞれを0.001質量%以上、0.001質量%以上、又は0.010質量%以上としてもよい。
<P: 0.020% by mass or less>
<S: 0.020% by mass or less>
<N: 0.003 to 0.020% by mass>
P and S are impurities in steel. When P and S are large, the toughness of the steel decreases and the fatigue strength of the flash butt welded rail decreases. Therefore, in order to increase the fatigue strength of the welded rail, P is set to 0.020% or less and S is set to 0.020% or less. The preferred range for P is 0.010% or more and 0.018% or less, and the preferred range for S is 0.008% or more and 0.018% or less. Note that the lower limits of the amount of P and the amount of S are not particularly limited, and may be 0%. On the other hand, in order to improve the refining cost, the amount of P and the amount of S may each be set to 0.001% by mass or more, 0.001% by mass or more, or 0.010% by mass or more.

Nは、パーライト組織の硬さを均一化し、レール柱部の疲労強度を向上させる元素である。そのため、必要に応じ、Nはレールに0.003%以上0.020%以下含有させてもよい。N量が0.020%超では粗大な窒化物が生成し、疲労強度が低下する場合がある。そのため、N量の好ましい範囲は0.008%以上0.018%以下である。 N is an element that equalizes the hardness of the pearlite structure and improves the fatigue strength of the rail column. Therefore, if necessary, the rail may contain 0.003% or more and 0.020% or less of N. When the amount of N exceeds 0.020%, coarse nitrides are formed, which may reduce fatigue strength. Therefore, the preferable range of the amount of N is 0.008% or more and 0.018% or less.

<好ましくは、V:0.001~0.300質量%>
<好ましくは、Ti:0.0008~0.0500質量%>
<好ましくは、Nb:0.001~0.050質量%>
V、Ti、及びNbは、溶接母材として用いられるレールにおいて必須ではない。そのため、V量、Ti量、及びNb量は0%であってもよい。一方、V、Ti、及びNbは析出強化により鋼の硬度を高め、フラッシュバット溶接レールの疲労強度を向上させる元素である。そのため、必要に応じ、Vは0.001%以上0.300%以下、Tiは、0.0008%以上0.0500%以下、Nbは0.001%以上0.050%以下を、レールに含有させてもよい。Vは0.001%未満、Tiは、0.0008%未満、Nbは0.001%未満では硬度を高め、疲労強度を向上させる効果が得られない。また、粗大な窒化物の生成を抑制し、フラッシュバット溶接レールの疲労強度を一層高める観点から、Vは0.300%以下、Tiは0.0500%以下、Nbは0.050%以下とすることが好ましい。一層好ましい範囲は、Vは0.005%以上0.200%以下、Tiは0.0030%以上0.0400%以下、Nbは0.003%以上0.030%以下である。
<Preferably V: 0.001 to 0.300% by mass>
<Preferably Ti: 0.0008 to 0.0500% by mass>
<Preferably Nb: 0.001 to 0.050% by mass>
V, Ti, and Nb are not essential in the rail used as a welding base material. Therefore, the amount of V, the amount of Ti, and the amount of Nb may be 0%. On the other hand, V, Ti, and Nb are elements that increase the hardness of steel through precipitation strengthening and improve the fatigue strength of flash butt welded rails. Therefore, if necessary, the rail may contain V from 0.001% to 0.300%, Ti from 0.0008% to 0.0500%, and Nb from 0.001% to 0.050%. You may let them. If V is less than 0.001%, Ti is less than 0.0008%, and Nb is less than 0.001%, the effect of increasing hardness and fatigue strength cannot be obtained. In addition, from the viewpoint of suppressing the formation of coarse nitrides and further increasing the fatigue strength of flash butt welded rails, V is set to 0.300% or less, Ti is set to 0.0500% or less, and Nb is set to 0.050% or less. It is preferable. More preferable ranges are 0.005% to 0.200% for V, 0.0030% to 0.0400% for Ti, and 0.003% to 0.030% for Nb.

<Cu:好ましくは、0.005~1.000質量%>
<Ni:好ましくは、0.01~1.00質量%>
Cu、及びNiは、本実施形態に係る製造方法のレールにおいて必須ではない。そのため、Cu量、及びNi量は0%であってもよい。一方、Cu、及びNiは固溶強化により鋼の硬度を高め、フラッシュバット溶接レールの疲労強度を向上させる元素である。そのため、必要に応じ、Cuは0.005%以上1.000%以下、Niは0.01%以上1.00%以下をレールに含有させてもよい。Cuは0.005%未満、Niは0.01%未満では硬度を高め、疲労強度を向上させる効果が得られない。また、過剰な固溶強化による脆化を抑制し、レール鋼の延性を一層高める観点から、Cuは1.000%以下、Niは1.00%以下とすることが好ましい。一層好ましい範囲は、Cuは0.010%以上0.600%以下、Niは0.02%以上0.60%以下である。
<Cu: Preferably 0.005 to 1.000% by mass>
<Ni: Preferably 0.01 to 1.00% by mass>
Cu and Ni are not essential in the rail of the manufacturing method according to this embodiment. Therefore, the amount of Cu and the amount of Ni may be 0%. On the other hand, Cu and Ni are elements that increase the hardness of steel through solid solution strengthening and improve the fatigue strength of flash butt welded rails. Therefore, if necessary, the rail may contain Cu from 0.005% to 1.000% and Ni from 0.01% to 1.00%. If Cu is less than 0.005% and Ni is less than 0.01%, the effect of increasing hardness and fatigue strength cannot be obtained. Further, from the viewpoint of suppressing embrittlement due to excessive solid solution strengthening and further increasing the ductility of the rail steel, it is preferable that Cu be 1.000% or less and Ni be 1.00% or less. A more preferable range is that Cu is 0.010% or more and 0.600% or less, and Ni is 0.02% or more and 0.60% or less.

<好ましくは、Ca:0.0005~0.0200質量%>
<好ましくは、REM:0.0005~0.0500質量%>
Ca、及びREMは、本実施形態に係る製造方法のレールにおいて必須ではない。そのため、Ca量、及びREM量は0%であってもよい。一方、Caは、Sとの結合力が強く、硫化物を形成する。この硫化物がMnSを微細に分散させることで、レールの疲労強度を一層向上させる。REMは、酸化物やMnSの生成核として作用する。これらがMnSを微細に分散させることで、レールの疲労強度を一層向上させる。そのため、必要に応じ、Caは0.0005%以上0.0200%以下、REMは、0.0005%以上0.0500以下をレールに含有させてもよい。Caは0.0005%未満、REMは、0.0005%未満では疲労強度を向上させる効果が得られない。また、粗大な酸化物及び粗大な酸硫化物の生成を抑制し、疲労強度を一層向上させる観点から、Caは0.0200%以下、REMは0.0500%以下とすることが好ましい。一層好ましい範囲は、Caは0.0008%以上0.0180%以下、REMは0.0010%以上0.0450%以下である。なお、REMとはCe、La、Pr又はNd等の希土類元素である。上記のREM含有量の上下限値は、これらの全REM元素の含有量の総和を限定するものである。
<Preferably Ca: 0.0005 to 0.0200% by mass>
<Preferably REM: 0.0005 to 0.0500% by mass>
Ca and REM are not essential in the rail of the manufacturing method according to this embodiment. Therefore, the amount of Ca and the amount of REM may be 0%. On the other hand, Ca has a strong binding force with S and forms sulfide. This sulfide finely disperses MnS, thereby further improving the fatigue strength of the rail. REM acts as a generation nucleus for oxides and MnS. These finely disperse MnS, thereby further improving the fatigue strength of the rail. Therefore, if necessary, the rail may contain Ca in an amount of 0.0005% or more and 0.0200% or less, and REM in an amount of 0.0005% or more and 0.0500% or less. If Ca is less than 0.0005% and REM is less than 0.0005%, the effect of improving fatigue strength cannot be obtained. Further, from the viewpoint of suppressing the generation of coarse oxides and coarse oxysulfides and further improving fatigue strength, it is preferable that Ca is 0.0200% or less and REM is 0.0500% or less. More preferred ranges are 0.0008% to 0.0180% for Ca and 0.0010% to 0.0450% for REM. Note that REM is a rare earth element such as Ce, La, Pr, or Nd. The above upper and lower limits of REM content limit the total content of all these REM elements.

<好ましくは、Mo:0.002~0.500質量%>
Moは、本実施形態に係る製造方法のレールにおいて必須ではない。そのため、Mo量は0%であってもよい。一方、Moは、パーライト組織のラメラ間隔(フェライト相とセメンタイト相の間隔)を微細化することにより、鋼を高硬度化し、フラッシュバット溶接レールの疲労強度を向上させる元素である。そのため、必要に応じ、Moは0.002%以上0.500%以下含有させてもよい。Moが0.002%未満である場合、硬度を高め、疲労強度を向上させる効果が得られない。一方、粗大な酸化物や粗大なマルテンサイトの生成を抑制し、疲労強度を一層向上させる観点から、Moは0.500%以下とすることが好ましい。一層好ましい範囲は、Moは0.010%以上0.300%以下である。
<Preferably Mo: 0.002 to 0.500% by mass>
Mo is not essential in the rail of the manufacturing method according to this embodiment. Therefore, the amount of Mo may be 0%. On the other hand, Mo is an element that increases the hardness of steel by making the lamella spacing (the spacing between the ferrite phase and cementite phase) of the pearlite structure finer, thereby improving the fatigue strength of the flash butt welded rail. Therefore, if necessary, Mo may be contained in an amount of 0.002% or more and 0.500% or less. When Mo is less than 0.002%, the effect of increasing hardness and fatigue strength cannot be obtained. On the other hand, from the viewpoint of suppressing the formation of coarse oxides and coarse martensite and further improving fatigue strength, Mo is preferably 0.500% or less. A more preferable range of Mo is 0.010% or more and 0.300% or less.

なお、レールの化学成分の残部は、鉄、不純物を含む。また、フラッシュバット溶接レールの曲げ試験結果、及び溶接作業性に悪影響を及ぼし得るC、Mn、及びCrが上述の範囲内とされている限り、上に例示された以外の合金元素を、レールが含有してもよい。また、溶接される2本のレールの化学成分が若干相違することも許容される。この場合、2本のレールの化学成分の平均値が、上述の条件を満たしていればよい。 Note that the remainder of the chemical components of the rail include iron and impurities. In addition, as long as C, Mn, and Cr, which can adversely affect the bending test results of flash butt welded rails and welding workability, are within the above range, alloying elements other than those exemplified above may be added to the rail. May be contained. It is also acceptable for the two rails to be welded to have slightly different chemical compositions. In this case, it is sufficient that the average value of the chemical components of the two rails satisfies the above-mentioned conditions.

レールの化学成分の不純物とは、例えば鋼材を工業的に製造する際に、鉱石若しくはスクラップ等のような原料、又は製造工程の種々の要因によって混入する成分であって、本実施形態に係る製造方法によって得られるフラッシュバット溶接レールに悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。 Impurities in the chemical components of the rail are components that are mixed in from raw materials such as ore or scrap, or various factors in the manufacturing process, when manufacturing steel materials industrially, for example, and are components that are mixed in by various factors in the manufacturing process. It means what is permissible within the range that does not adversely affect the flash butt welded rail obtained by the method.

<その他の条件>
本実施形態に係るフラッシュバット溶接レールの製造方法において、上述した条件が満たされる限り、種々の溶接条件を採用することができる。例えば前期フラッシュ工程においては、パルス工程に供しうる程度にレールの端面を平坦化可能な通常の条件を、適宜採用することができる。アプセット工程においても、正常な溶接部を形成可能な通常の条件を、適宜採用することができる。例えば、アプセット工程における加圧力は特に限定されないが、酸化物の排出能力を一層向上させる観点から、55MPa以上、58MPa以上、又は60MPa以上とすることが好ましい。また、設備能力を考慮すると、アプセット工程における加圧力を120MPa以下、100MPa以下、又は82MPa以下とすることが好ましい。パルス工程、及び後期フラッシュ工程においても、上述されなかった溶接条件については、通常の条件を適宜採用することができる。フラッシュバット溶接レールの製造方法が、バリを除去する工程、溶接部に後熱処理をする工程などの追加工程を備えてもよい。
<Other conditions>
In the method for manufacturing a flash butt welded rail according to this embodiment, various welding conditions can be employed as long as the above-mentioned conditions are satisfied. For example, in the first flash process, normal conditions that can flatten the end face of the rail to a level suitable for the pulse process can be appropriately employed. Also in the upset process, normal conditions that allow a normal weld to be formed can be appropriately employed. For example, the pressurizing force in the upset step is not particularly limited, but from the viewpoint of further improving the ability to discharge oxides, it is preferably 55 MPa or more, 58 MPa or more, or 60 MPa or more. Furthermore, in consideration of equipment capacity, it is preferable that the pressurizing force in the upset process be 120 MPa or less, 100 MPa or less, or 82 MPa or less. Also in the pulse process and the latter flash process, normal conditions can be appropriately adopted for welding conditions not mentioned above. The method for manufacturing a flash butt welded rail may include additional steps such as removing burrs and subjecting the weld to post-heat treatment.

<曲げ試験要領>
曲げ試験は、米国鉄道工学及び保線協会(American Railway Engineering and Maintenance-of-Way Association)の規格:AREMA-sec.2.3.3.6に準拠して行う。すなわち、図17に示すように、溶接部を中心として支点間1200mmで溶接レールを支える。そして、溶接レール上方から、溶接部を中心として間隔300mmで、溶接レールに荷重を加える。溶接レールが破断するまで、荷重を増大させる。そして、破断時の溶接レールのたわみ量、及び破断時の荷重に基づき、破断時の溶接レール底部の長手方向応力(底部応力)を測定する。破断時のたわみ量は0.75inch以上、底部応力は125kbp/inch以上が合格である。本実施形態に係る製造方法によって得られるフラッシュバット溶接レールは、溶接部においてフラットスポットの形成が極めて効果的に抑制されているので、上述の合否基準を満たすことができる。
<Bending test procedure>
The bending test is performed in accordance with the American Railway Engineering and Maintenance-of-Way Association standard: AREMA-sec. 2.3.3.6. That is, as shown in FIG. 17, the welded rail is supported with a distance of 1200 mm between the supporting points centering on the welded part. Then, a load is applied to the welding rail from above the welding rail at intervals of 300 mm centering on the welded portion. Increase the load until the welded rail breaks. Then, the longitudinal stress (bottom stress) at the bottom of the welding rail at the time of breakage is measured based on the amount of deflection of the welded rail at the time of breakage and the load at the time of breakage. A deflection amount at break of 0.75 inch or more and a bottom stress of 125 kbp/inch 2 or more are acceptable. The flash butt welded rail obtained by the manufacturing method according to the present embodiment can extremely effectively suppress the formation of flat spots in the welded portion, and therefore can satisfy the above-mentioned pass/fail criteria.

実施例により本発明の一態様の効果を更に具体的に説明する。ただし、実施例での条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例に過ぎない。本発明は、この一条件例に限定されない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限り、種々の条件を採用し得る。 EXAMPLES The effects of one embodiment of the present invention will be explained in more detail with reference to Examples. However, the conditions in the examples are merely examples of conditions adopted to confirm the feasibility and effects of the present invention. The present invention is not limited to this one example condition. The present invention may adopt various conditions as long as the objectives of the present invention are achieved without departing from the gist of the present invention.

表1A、表1B、表2A、及び表2Bに記載の化学成分を有する種々のレール2本に、パルスフラッシュ方式のフラッシュバット溶接をした。フラッシュバット溶接条件は、表3A、表3B、表4A、及び表4Bに記載の条件とした。レールの断面積は8600mmであった。Flash butt welding using a pulse flash method was performed on two rails of various types having the chemical compositions listed in Table 1A, Table 1B, Table 2A, and Table 2B. The flash butt welding conditions were as shown in Table 3A, Table 3B, Table 4A, and Table 4B. The cross-sectional area of the rail was 8600 mm2 .

なお、表2A及び表2Bにおいて、記号「-」は、当該記号が付された元素が意図的にレールに添加されていないことを示す。表3A及び3Bに記載の「最大電流」は、パルス工程においてレールに通電された電流値の最大値である。「断面積あたり最大電流」は、「最大電流」をレールの断面積である8600mmで割った値である。同様に、表3A及び3Bに記載の「平均電流」は、パルス工程においてレールに通電された電流値の平均値である。「断面積あたり平均電流」は、「平均電流」をレールの断面積である8600mmで割った値である。表4A及び4Bに記載の「パルス工程の最小電流値」は、パルス工程においてレールに通電された電流値の最小値である。「パルス工程の断面積当たり最小電流値」は、「パルス工程の最小電流値」をレールの断面積である8600mmで割った値である。Note that in Table 2A and Table 2B, the symbol "-" indicates that the element with the symbol is not intentionally added to the rail. The "maximum current" listed in Tables 3A and 3B is the maximum value of the current applied to the rail during the pulse process. The "maximum current per cross-sectional area" is the value obtained by dividing the "maximum current" by the cross-sectional area of the rail, which is 8600 mm2 . Similarly, the "average current" listed in Tables 3A and 3B is the average value of the current applied to the rail during the pulse process. The "average current per cross-sectional area" is the value obtained by dividing the "average current" by the cross-sectional area of the rail, which is 8600 mm2 . The "minimum current value of the pulse process" described in Tables 4A and 4B is the minimum value of the current applied to the rail in the pulse process. The "minimum current value per cross-sectional area in the pulse process" is the value obtained by dividing the "minimum current value in the pulse process" by 8600 mm 2 which is the cross-sectional area of the rail.

表3A及び表3Bに記載の積算電流上限、及び積算電流下限は、以下の数式によって算出された値である。
積算電流上限:8×周波数-480×C質量%+1400
積算電流下限:3.5×周波数-180×C質量%+55×Mn質量%+45×Cr質量%+300
ここで、周波数とは、パルス工程における周波数であり、C質量%、Mn質量%及びCr質量%とは、単位質量%での、レールの化学成分におけるC、Mn、及びCr含有量である。積算電流、及びその上下限値に関しては、断面積を考慮した値の記載を省略した。
The cumulative current upper limit and cumulative current lower limit listed in Table 3A and Table 3B are values calculated using the following formula.
Accumulated current upper limit: 8 x frequency - 480 x C mass% + 1400
Cumulative current lower limit: 3.5 x frequency - 180 x C mass % + 55 x Mn mass % + 45 x Cr mass % + 300
Here, the frequency is the frequency in the pulse process, and the C mass %, Mn mass %, and Cr mass % are the C, Mn, and Cr contents in the chemical components of the rail in unit mass %. Regarding the integrated current and its upper and lower limit values, the description of the values taking into consideration the cross-sectional area is omitted.

これにより得られた種々のフラッシュバット溶接レールにおいて、上述の手段により、最大パルス時間比率及びフラットスポット最大長さを測定した。測定結果を表4A及び表4Bに記載する。なお、評価基準は以下の通りとした。
(最大パルス時間比率)
120%以下:A
120%超300%以下:B
300%超:X
最大パルス時間比率がA又はBとなった例は、溶接中の端面の圧着が抑制された例と判断した。
(フラットスポット最大長さ)
5mm以下:A
5mm超8mm以下:B
8mm超12mm以下:C
12mm超:X
なお、フラットスポットの評価において、長さが1.0mm未満のフラットスポットは評価対象とはしなかった。フラットスポット最大長さがA、B、又はCとなった例は、フラッシュバット溶接レールが曲げ試験の規格を満たす例と判断した。
In the various flash butt welded rails thus obtained, the maximum pulse time ratio and maximum flat spot length were measured by the above-mentioned means. The measurement results are listed in Table 4A and Table 4B. The evaluation criteria were as follows.
(Maximum pulse time ratio)
120% or less: A
More than 120% and less than 300%: B
Over 300%:X
Examples in which the maximum pulse time ratio was A or B were determined to be examples in which crimping of the end face during welding was suppressed.
(Flat spot maximum length)
5mm or less: A
More than 5mm and less than 8mm: B
More than 8 mm and less than 12 mm: C
More than 12mm:X
In the evaluation of flat spots, flat spots with a length of less than 1.0 mm were not included in the evaluation. Examples in which the maximum flat spot length was A, B, or C were determined to be examples in which the flash butt welded rail met the bending test standard.

Figure 0007364992000001
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Figure 0007364992000002
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Figure 0007364992000008
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例9は、パルス工程の周波数が過剰であった。これにより、例9では、フラットスポット最大長さが過剰となった。 In Example 9, the frequency of the pulse step was excessive. As a result, in Example 9, the maximum length of the flat spot was excessive.

例12は、パルス工程の周波数が不足した。これにより、例12では、最大パルス時間比率が過剰となった。 In Example 12, the frequency of the pulse process was insufficient. As a result, in Example 12, the maximum pulse time ratio became excessive.

例13は、パルス工程の最大電流が過剰であった。これにより、例13では、最大パルス時間比率が過剰となった。 In Example 13, the maximum current of the pulse step was excessive. As a result, in Example 13, the maximum pulse time ratio became excessive.

例16は、パルス工程の最大電流が不足した。これにより、例16では、フラットスポット最大長さが過剰となった。 In Example 16, the maximum current in the pulse process was insufficient. As a result, in Example 16, the maximum length of the flat spot was excessive.

例17は、パルス工程の平均電流が過剰であった。これにより、例17では、最大パルス時間比率が過剰となった。 In Example 17, the average current of the pulse step was excessive. As a result, in Example 17, the maximum pulse time ratio became excessive.

例20は、パルス工程の平均電流が不足した。これにより、例20では、フラットスポット最大長さが過剰となった。 In Example 20, the average current in the pulse process was insufficient. As a result, in Example 20, the maximum length of the flat spot was excessive.

例21、例25、例29、例33、例37、例41、例45、例49、及び例53は、パルス工程の積算電流が過剰であった。これらの例では、最大パルス時間比率が過剰となった。 In Examples 21, 25, 29, 33, 37, 41, 45, 49, and 53, the cumulative current in the pulse process was excessive. In these examples, the maximum pulse time ratio was excessive.

例24、例28、例32、例36、例40、例44、例48、例52、及び例56は、パルス工程の積算電流が不足した。これらの例では、フラットスポット最大長さが過剰となった。 In Examples 24, 28, 32, 36, 40, 44, 48, 52, and 56, the integrated current in the pulse process was insufficient. In these examples, the flat spot maximum length was excessive.

例59は、後期フラッシュ工程の最終フラッシュ速度が不足した。これにより、例59では、フラットスポット最大長さが過剰となった。 In Example 59, the final flash rate in the late flash step was insufficient. As a result, in Example 59, the maximum length of the flat spot was excessive.

例64は、C量が過剰であった。これにより、例64では、最大パルス時間比率が過剰となった。 In Example 64, the amount of C was excessive. As a result, in Example 64, the maximum pulse time ratio became excessive.

例67は、C量が不足した。これにより、例67では、フラットスポット最大長さが過剰となった。 In Example 67, the amount of C was insufficient. As a result, in Example 67, the maximum length of the flat spot was excessive.

例68は、Mn量が過剰であった。これにより、例68では、フラットスポット最大長さが過剰となった。 In Example 68, the amount of Mn was excessive. As a result, in Example 68, the maximum length of the flat spot was excessive.

例71は、Cr量が過剰であった。これにより、例71では、フラットスポット最大長さが過剰となった。 In Example 71, the amount of Cr was excessive. As a result, in Example 71, the maximum length of the flat spot was excessive.

一方、本実施形態に係るフラッシュバット溶接レールの製造方法の条件をすべて満たす例では、最大パルス時間比率及びフラットスポット最大長さのいずれも抑制されていた。即ち、これらの例は(1)パルスフラッシュ方式のフラッシュバット溶接によって、フラッシュバット溶接レールの曲げ試験時の低たわみ量及び低底部応力での破断を抑制可能であり、且つ、(2)パルス工程中にレールの端面の圧着を防止可能であるフラッシュバット溶接レールの製造方法であった。 On the other hand, in the example satisfying all the conditions of the flash butt welded rail manufacturing method according to the present embodiment, both the maximum pulse time ratio and the maximum flat spot length were suppressed. That is, these examples are as follows: (1) Flash butt welding using the pulse flash method can suppress fracture due to low deflection and low bottom stress during bending tests of flash butt welded rails, and (2) Pulse process This was a method of manufacturing flash-butt welded rails that could prevent the end faces of the rails from being crimped during the process.

1A、1B レール
2 電極
3 バリ
1A, 1B Rail 2 Electrode 3 Burr

Claims (4)

長手方向に沿って並べられた一対のレールの端面の間にフラッシュを生じさせて、これにより前記端面を平坦化する前期フラッシュ工程と、
一対の前記レールの前記端面の接触及び引き離しを繰り返し、これにより前記端面を予熱するパルス工程と、
一対の前記レールの前記端面の間にフラッシュを生じさせて、これにより前記端面を全体的に溶融させる後期フラッシュ工程と、
一対の前記レールの前記端面を突き当てて加圧し、これにより前記レールを接合するアプセット工程と、
を備え、
前記パルス工程における周波数を1~10Hzとし、
前記パルス工程における最大電流を2.33~6.98A/mmとし、
前記パルス工程における平均電流を0.70~4.65A/mmとし、
前記後期フラッシュ工程における最終フラッシュ速度を0.2~3.4mm/secとし、
前記レールの化学成分が、単位質量%で
C:0.60~1.20%、
Mn:0.1~2.0%、
Cr:0.01~2.00%、
Si:0.10~2.00%、
Al:0.001~0.500%、
P:0.020%以下
S:0.020%以下、
N:0.003~0.020%、
V:0~0.300%、
Ti:0~0.0500%、
Nb:0~0.050%
Cu:0~1.000%、
Ni:0~1.00%、
Ca:0~0.0200%、
REM:0~0.0500%、及び
Mo:0~0.500%
を含有し、残部はFe及び不純物を含み、
前記パルス工程において、前記平均電流と通電時間との積である積算電流の、単位kA・sec/mmでの上限値を(8×前記周波数-480×C含有量+1400)/8600とし、
前記パルス工程において、前記積算電流の単位kA・sec/mmでの下限値を(3.5×前記周波数-180×C含有量+55×Mn含有量+45×Cr含有量+300)/8600とする
フラッシュバット溶接レールの製造方法。
an initial flashing step of generating flash between the end surfaces of a pair of rails arranged along the longitudinal direction, thereby flattening the end surfaces;
a pulse step of repeatedly contacting and separating the end surfaces of the pair of rails, thereby preheating the end surfaces;
a latter flashing step of causing flash between the end faces of the pair of rails, thereby melting the end faces as a whole;
an upsetting step of abutting and pressurizing the end surfaces of the pair of rails, thereby joining the rails;
Equipped with
The frequency in the pulse step is 1 to 10 Hz,
The maximum current in the pulse step is 2.33 to 6.98 A/mm 2 ,
The average current in the pulse step is 0.70 to 4.65 A/mm 2 ,
The final flash speed in the latter flash step is 0.2 to 3.4 mm/sec,
The chemical component of the rail is C: 0.60 to 1.20% in unit mass %,
Mn: 0.1 to 2.0%,
Cr: 0.01-2.00%,
Si: 0.10-2.00%,
Al: 0.001-0.500%,
P: 0.020% or less S: 0.020% or less,
N: 0.003-0.020%,
V: 0-0.300%,
Ti: 0 to 0.0500%,
Nb: 0-0.050%
Cu: 0 to 1.000%,
Ni: 0 to 1.00%,
Ca: 0-0.0200%,
REM: 0 to 0.0500%, and Mo: 0 to 0.500%
The remainder contains Fe and impurities,
In the pulse step, the upper limit of the integrated current, which is the product of the average current and the current application time, in the unit kA sec/mm 2 is (8 x frequency - 480 x C content + 1400) / 8600,
In the pulse step, the lower limit of the integrated current in the unit kA sec/mm 2 is (3.5 x frequency - 180 x C content + 55 x Mn content + 45 x Cr content + 300) / 8600. Method of manufacturing flash butt welded rails.
前記パルス工程における最小電流を0.12A/mm以上とすることを特徴とする請求項1に記載のフラッシュバット溶接レールの製造方法。The method for manufacturing a flash butt welding rail according to claim 1, characterized in that the minimum current in the pulse step is 0.12 A/mm 2 or more. 前記後期フラッシュ工程のフラッシュ長を5~50mmとすることを特徴とする請求項1又は2に記載のフラッシュバット溶接レールの製造方法。 The method for manufacturing a flash butt welded rail according to claim 1 or 2, characterized in that the flash length in the latter flash step is 5 to 50 mm. 前記レールの前記化学成分が、単位質量%で
V:0.001~0.300%、
Ti:0.0008~0.0500%、
Nb:0.001~0.050%、
Cu:0.005~1.000%、
Ni:0.01~1.00%、
Ca:0.0005~0.0200%、
REM:0.0005~0.0500%、
Al:0.001~0.500%、及び
Mo:0.002~0.500%
からなる群から選択される一種以上を含有することを特徴とする請求項1又は2に記載のフラッシュバット溶接レールの製造方法。
The chemical component of the rail is V: 0.001 to 0.300% in unit mass %,
Ti: 0.0008 to 0.0500%,
Nb: 0.001 to 0.050%,
Cu: 0.005-1.000%,
Ni: 0.01-1.00%,
Ca: 0.0005-0.0200%,
REM: 0.0005-0.0500%,
Al: 0.001 to 0.500%, and Mo: 0.002 to 0.500%
The method for manufacturing a flash butt welded rail according to claim 1 or 2, characterized in that it contains one or more selected from the group consisting of:
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