JPH02200734A - レールの熱処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、Ｌノールな熱間圧延を終えオーステＪ、イト
域以上の温度域から冷却し・て、頭部および長手方向に
均質で、所定の強度レベルのレールを製造する熱処理方
法に関する。

（従来の技術） 近年、鉄道輸送は高軸荷重化、高速化を指向し、それに
どもなってし・−ル頭部の摩耗や疲労が激しくなり、レ
ールに請求される特性も一層厳しさを増し、耐摩耗性や
耐損傷＋′ｔなとのより優れた、中間強度（Ｈｌ＞３０
０）から高強度（Ｈａ＞３４０）までの種々の強度Ｌ／
ペルのレールが要求されるようになってぎだ。これまで
の研究から、微細なパーライト組織を有する鋼レールが
耐摩耗性や耐損傷性などの点で優れた特性を示すことが
知られている。

このような鋼レールどして、例えば特開昭５０−１４０
３１６号公報に開示されている、炭素鋼（ζＳ１゜Ｍｎ
、　Ｎｉ、　（：ｒ、Ｍｏ、　Ｔｉなどの元素を添加し
で得られる成分系を有する圧延ままの合金鋼レールや、
特公昭５５−２３１１８５号公報に開示されている、特
段の合金元素を添加することなく、レール頭部を高温度
に再加熱し、所定の温度域から冷却するとともに、ある
温度区間を冷却制御して得られる熱処理レールがある。

また、このようなレールを得るための技術として特開昭
５８−１４２２７号公報に開示されている、多数のロー
ルを有するローラー型拘束装置を備え、多数の水噴霧＾
、ラダーと交互に設けられた多数の空気地帯をもつ冷却
装置で、冷却装置の入口および出口温度監視制御システ
ムによっで冷却装置を作動させ、水噴霧と空気地帯で断
続的に強制冷却する冷却方法とその冷却装置がある。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、さきに述べた従来のいずれの技術も以下
に述べるような問題がある。

すなわち、特開昭５０−１４．０３１６号公報開示のレ
ールは合金元素を多量に使用する必要があり、合金元素
が高価であるためコスト高となる問題がある。また、特
公昭５５−２３８８５号公報開示の熱処理レールは、再
加熱温度によってオーステナイト粒径が相違する。すな
わち、レールが高温度に再加熱されるにつれてオーステ
ナイト粒径は粗大化し、同一冷却速度で冷却を行っても
焼入れ性は向上シ・１．硬度は再加熱温度が高温度にな
るほど高くなり、これが１ノ一ル長手方向に再加熱温度
のばらつきがあると硬度にもばらつきが生じ、均一な微
細パーライト組織な得ることができなくなる。したかっ
て、再加熱温度は厳密に温度ばらつぎかないように均一
に制御されている。そして、冷却をはじめるにあたって
は、高強度し・−ルを得るため、普；勇炭素鋼レールの
場合、１０℃／Ｓ程度の冷却速度で冷却を行っているが
、第１図に示すように冷却開始温度にばらつきがあると
得られる硬度もばらつく、すなわち、冷却開始温度が高
くなると硬度も大きくなることが実験で確かめられ、再
加熱温度とあわせて冷却開始温度も所定の温度どし、そ
のばらつぎかないように厳密に制御しなければならない
という問題がある。

以上のように冷却開始温度のばらつきが硬度ばらつぎを
生じさせるが、圧延熱を利用したレールの熱／Ａ埋を行
）場合、圧延を終ったレールの長手方向（約１００〜ｆ
５０ｒｎ）の温度は、圧延素材加熱時のスキツドマーク
１圧延時のデスケーリング水、圧延ロール冷却水撃搬送
ロールとの接触などによる抜熱によって、１００℃程度
のばらつぎが生じることは避けられないため、圧延を終
えた圧延熱を有するレールの熱ＩＡ理に適用するにあた
って、熱幻埋前にレール長手方向の温度を均一にする加
熱・保熱炉が必要になる。このための加熱・保熱炉は、
建屋面積、設備費およびランニングコストに多額の費用
を必要とし、また＋１−産性も遭しく阻害するという問
題がある。

つぎに、特開昭５９−７４２２７号公報開示の′Ｐｊｉ
ｔと装置は、レール長手方向の緩やかな比較的小さい温
度ばらつきい対しては有効であるが、レール長１方向の
温度ばらつきが大きくなると、たとえば、加熱時のスギ
ラドマークや搬送ロールどの不規則ｔＪ接触冷却などに
よる急な温度変動に対し°Ｃは、水噴ｎ冷却および空気
地’４Ｆのそれぞれの長さは冷却設備土一定の長さの繰
り返しで固定されるため連続し”Ｃ冷却ｆ長さの可変が
でき・ず、レールの搬送速度の調整やステップ状の冷却
帯長さの調整ではレール長手方向の安定した温度制御は
困難である。すなわち、レールの高強度化に要求される
【／−ル長手方向にも硬度ばらつきの少ない微細パーラ
イト組織を得ることは非常に難しいという問題がある。

また、強制冷却と非冷却の繰り返し断続冷却を行った場
合、本発明者らの実験研究によると、断続冷却時の強冷
却と非冷却の繰り返し数にもよるが、第２図に示すよう
にレール頭部断面硬度分布は頭部表面から内部に向けて
硬度の高低が生じ、その分布のばらつきは大きく、そし
て第３図に示すように頭部周方向に沿って微細なパーラ
イト組織１と比較的粗いパーライト組織２が層状に断続
冷却繰り返し数とほぼ同数生じていた。これは強冷却と
弱冷却を繰り返すなかで、レール頭部断面内で頭表面か
ら内部に向けて各位置で起るバー：、フィト変態温度が
、内部からの復熱や変態発熱の影響を受けて変化し、変
態が終了することが原因である。

本発明は、圧延を終って圧延熱を有したし・−ルを熱処
理するｒあたって、レール長手方向にまた圧延レール毎
に温度ばらつきがあっ°Ｃも、保熱炉などによる均一保
熱を行わないで高強度、耐摩耗性、耐損傷性などの諸特
性がレール頭部全断面と長手方向に亘って均一・均質化
されたレールを得ることがで与、しかも生産性を損わな
いレールの熱処理力法を提供する。

（課題を解決するための′Ｌ段） 本発明の要旨は、圧延を終えたレールの頭部温度がオー
ステナイト域以上である温度域からレールを冷却するレ
ールの熱処理方法において、レール長手方向に温度ばら
つきのあるレールをレール頭部頭頂面丁５１位置の７７
０〜６７０℃の冷却速度７℃／Ｓ以下で冷却することを
特徴とするレールの熱処理方法である。冷却速度を５℃
／Ｓ以下とすることは好ましい。

（作　用） 以下、本発明について詳細に説明する。

本発明は、圧延終了後の圧延熱を保有１．、オーステナ
イト域温度以上の圧延レールを冷却して、中間強度ない
し高強度のし・−ルを造り分ける。圧延を終了した圧延
レール長手方向の頭部表面の温度ばらつきは、測定によ
ると８０℃から１００℃程度ある。また圧延されるレー
ル間でも相当の温度ばらつきがある。そして、熱処理レ
ールは冷却速度を変化させることで強度が制御できるこ
とばこれまでの研究で明らかになっている。たとえば、
普通炭素鋼系レールで高強度レールを得ようとすると約
１０℃／Ｓの冷却速度で、また中間強度レールを得よう
とすると約５℃／Ｓの冷却速度で冷却をすればよい。

そこで、まず普通炭素鋼系レールを用い゛〔、レール頭
部頭頂面下５１位置に熱電対を埋め込み、冷却速度（５
℃／ｓ、７℃／Ｓ、ｔＯ℃八）を一定にして冷却開始温
度を変化させ、冷却したレールの硬度との関係を調べる
と第４図のような結果が得られた１、第４図かられかる
ように、１０℃／Ｓ以上の冷却速度では、冷却開始温度
が上昇するにつれて硬度は上昇し、その影響を受けるこ
とは明らかで、５℃／Ｓの場合は、冷却開始温度が変化
してもほぼ一定の硬度で、冷却開始温度の影響を受けな
いことを見い出した。その影響を受けない冷却速度の上
限は約７℃／Ｓであった。また、Ｃｒなどを添加した合
金鋼レールを約３℃へで冷却した場合でも、冷却開始温
度の影響を受けず、十分な高強度が得られた。

これらの結果から、圧延を終ｒしたオーステナイト域温
度以上の圧延熱を有し、レール長手方向にまた圧延レー
ル毎に温度ばらつきがある圧延レールを均熱することな
く、直接冷却して、レール長手方向と頭部全断面に亘っ
て、また圧延レール間に亘ってもばらつきのない均一・
均質化された中間強度から高強度熱処理１ノールを生産
性を損わずに製造することを実用化した。

（実施例） 次に本発明の実施例につい゛〔説明する。

第１表に示される化学成分を含有したオース・／ナイト
域温度以上の圧延熱を有する６０キログラム／メートル
（６０Ｋ）および１３２ボンド／ヤード圧延レール（１
３ＥＲＥ）を、本発明の方法により熱処理した。

第　　１　　表　　　　　　　　　　　　　　（ｗｔ％
）圧延レールは、レール長手方向、または圧延し・−ル
間に約７００℃から約７８０’Ｃの温度ばらつきがあっ
た。得られた結果を第５図に示す。本発明によると冷却
開始温度に約７００ｔから約７８０℃のばらつぎがある
にもかかわらず、硬度ばらつぎは非常に少ない均一・均
質な微細パーライト組織の熱処理レールが得られた。

（発明の効果） 本発明は、冷却開始温度にばらつきがあっても、レール
全長に亘って耐摩耗性、耐損傷性に優れたばらつきの少
ない均質な熱処理レールを安定して製造することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は冷却速ｖｌｏ℃／Ｓのときの冷却開始温度が硬
度に及ぼす影響を示す図、第２図は強冷却と弱冷却の断
続冷却によって得られたレール頭部断面硬度分布例を示
す図、第３図は強冷却と弱冷却の断続冷却によって得ら
れたレール頭部断面マクロパターンを示す図、第４図は
冷却速度および冷却開始温度と硬度の関係を示す図、第
５図は本発明を実施した場合の冷却開始温度と硬度の関
係をハず図である。 １、・・・微細なパーライ ト・　組織、 ２・・・比較的粗いパ ーライト組織。 代 理

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　圧延を終えたレールの頭部温度がオーステナイト域以
   上である温度域からレールを冷却するレールの熱処理方
   法において、レール長手方向に温度ばらつきのあるレー
   ルをレール頭部頭頂面下５ｍｍ位置の７７０〜６７０℃
   の冷却速度７℃／ｓ以下で冷却することを特徴とするレ
   ールの熱処理方法。