JPH044371B2

JPH044371B2 -

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Publication number: JPH044371B2
Application number: JP11170987A
Authority: JP
Priority date: 1987-05-09
Filing date: 1987-05-09
Publication date: 1992-01-28
Also published as: JPS63277721A

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕この発明は高強度高靭性レールの製造方法に関
する。〔従来技術〕オンラインで制御圧延をしたり、冷却をしたり
して、高強度高靭性のレールを製造する方法に
は、従来次のような方法があつた。 (1) 普通圧延した後、加速冷却を行う。 (2) 制御圧延を行う。 (3) 制御圧延した後、加速冷却を行う。この方法は特開昭52−138428号に開示されてい
る方法である。その考え方は、制御圧延によりオ
ーステナイト粒を細粒化して靭性を改善しようと
するものであるので、制御圧延後にそのまま放冷
すると強度が低下するという問題があり、その対
策として加速冷却をして、強度の上昇を図るとい
うものである。しかしながら、靭性を著しく向上
させるためには、オーステナイト低温域、たとえ
ば800℃以下好ましくは750℃以下で圧下する必要
がある。〔発明が解決しようとする問題点〕しかしながら、上述した従来技術には次のよう
な問題点があつた。 (1) 普通圧延後に加速冷却を行う方法では、靭性
が圧延ままとほぼ同等である。 (2) 制御圧延のみでは、靭性は向上するが、強度
が低下する。 (3) 制御圧延後加速冷却する方法では、800℃好
ましくは750℃以下で圧延する必要があるが、
そのような圧延を実施すると、オーステナイト
相からパーライト相への変態点が上昇するた
め、加速冷却を開始する前に変態が開始される
という問題が生じる。したがつて、たとえ圧延
機のすぐ後に冷却ゾーンがあつても、オーステ
ナイト相からパーライト相への変態開始の潜伏
期間が消費されているので、特にレール頭部の
内部まで硬化させることは困難である。この発明は上述のような問題点を解消し、オン
ラインで高強度高靭性のレールを製造する方法を
提供することを目的としている。〔問題点を解消するための手段〕この発明は、Ｃ：0.50〜0.85wt％、Si：0.1〜
1.0wt％、Mn：0.5〜1.5wt％、Ｐ：0.035wt％以
下Ｓ：0.035wt％以下、Al：0.05wt％以下を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物から
なる鋼を、800℃以下において５％以上の減面率
の圧延を実施した後、オーステナイトからパーラ
イトへの変態点に達する以前に再び750〜900℃に
加熱し、その後１〜15℃／secの冷却速度で加速
冷却をすることを特徴とする微細パーライト組織
を有した高強度高靭性レールの製造方法およびＣ：0.50〜0.85wt％、Si：0.1〜1.0wt％、Mn：
0.5〜1.5wt％、Ｐ：0.035wt％以下、Ｓ：0.035wt
％以下、Al：0.05wt％以下と、Cr：0.05〜1.5wt
％、Mo：0.01〜0.2wt％、Ｖ：0.03〜0.1wt％、
Ni：0.1〜1.0wt％、Nb：0.005〜0.05wt％の何れ
か１種または２種以上を含有し、残部がFeおよ
び不可避的不純物からなる鋼を、800℃以下にお
いて５％以上の減面率の圧延を実施した後、オー
ステナイトからパーライトへの変態点に達する以
前に再び750〜900℃に加熱し、その後１〜15℃／
secの冷却温度で加速冷却することを特徴とする
微細パーライトを有した高強度高靭性レールの製
造方法である。〔作用〕 wt％（以下単に％という）で、Ｃを0.50以上と
して耐磨耗性を得しめ、Ｃ：0.85％以下、Si：
1.00％以下、ＰおよびＳをそれぞれ0.035％以下
として延性劣化を回避する。 Si：0.1〜1.0％、Mn：0.5％以上を含有させて
強度向上を図り、Siを0.1％以上として脱酸を図
る。 Mnを1.5％以下とし、また任意元素としのCrを
1.5％以下、Moを0.20％以下として溶接性を良好
にする。ＰおよびＳをそれぞれ0.035％として靭性劣化
を避け、またAlを0.050％以下として疲労性能劣
化を防止する。さらに本発明を効率よく、かつ効果的に実施す
るために添加する任意添加元素についての限定理
由は以下の通りである。 Crの添加により、レールの焼入性は向上する。
このことにより、レール頭部を微細パーライト組
織にするのが容易になるとともに、パーライト組
織の焼なまし軟化抵抗を高め、高強度微細パーラ
イト組織が得やすくなる。したがつてCrの下限
は、Crの添加により焼入性の向上が認められる
0.05％とした。またCrを1.50％以上添加すると、
レールの溶接性が悪化するので1.50％を上限とし
た。MoはCrと同様この元素の添加により、レー
ルの焼入性を向上させる。そしてCr同様パーラ
イト組織の焼なまし軟化抵抗を高め、レールの強
度を上昇させる効果がある。またMoを添加しす
ぎると、Cr同様溶接性が悪化する。したがつて
Moの下限は焼入性向上の効果がある0.01％とし、
その上限は溶接性悪化の点から0.20％とした。
Nb、Ｖはオーステナイトの再結晶を抑制する効
果を有する元素である。Nb、Ｖを添加して制御
圧延することにより、オーステナイト粒の微細化
と同時に粒内に多くの変形帯を導入させることが
できる。そしてこれらの変形帯は、オーステナイ
ト相からパーライト相への変態の核生成サイトと
なる。このためパーライト粒（コロニー）が微細
となり、非常に優れた靭性が得られる。このよう
な再結晶抑制効果を発揮させるためには、Nbは
0.005％以上、Ｖは0.03％以上添加する必要があ
る。またNbを0.05％を超えて、Ｖを0.1％を超え
て添加すると、粗大なNb炭窒化物やＶ炭窒化物
が析出し、レールの靭性を劣化させるので、Nb
の上限は0.05％、Ｖの上限は0.1％とした。 Niは焼入性向上に効果のある元素であり、そ
のことがレールの強度上昇および靭性向上にも結
びつく元素である。したがつて下限は焼入性向上
の効果にある0.10％とし、上限は焼入性の向上効
果が飽和する1.00％とした。以上の成分を含有し、残部がFeおよび不可避
的不純物からなる鋼を800℃以下で５％以上の減
面率の圧延を実施することにより、オーステナイ
ト粒の微細化および変形帯の導入を図り、変態後
のパーライトコロニーを微細にする。第４図は
800℃以下での減面率と強度・靭性の関係を示し
たものである。仕上温度720℃で圧延した後、オ
ーステナイトからパーライトへの変態点に達する
以前に800℃で５分保持の再加熱を行い、その後
炉出側で300℃まで加速冷却を行つた。その時の
冷却速度はオーステナイト相からパーライト相へ
の変態点が590℃になるよう、５〜14℃／secに設
定した。第４図には仕上温度850℃で圧延し、そ
の後加速冷却するという従来法の強度・靭性も併
記した。この図から800℃以下での減面率が０で
ある従来法の靭性と、800℃以下での減面率が５
％の靭性とでは大きな差があり、800℃以下での
減面率が５％以上必要なことが理解される。なお
上記減面率の上限は鋼の組織的な面から決まるの
ではなく、圧延機の能力により決まることである
のであええ限定しない。この鋼をこのままオーステナイトからパーライ
トへの変態点を過ぎて放冷後加熱したのでは、変
態により前記制御圧延の効果が消失してしまうの
で、変態前に加熱炉または保熱炉に装入する。加熱炉または保熱炉に装入した鋼を750℃〜900
℃に加熱または保熱する。これは750℃未満の加
熱または保熱では滞炉中にオーステナイト層から
パーライト層への変態が進行ないしは潜伏期の消
費が起きるので、750℃以上とした。また900℃を
超えて加熱すると、制御圧延で微細にしたオース
テナイト粒が再結晶粗大化するので、上限を900
℃とした。第５図は第１表のＡ鋼についての再加熱温度と
強度・靭性の関係を示したものである。この場合
800℃以下の制御圧延を15％の減面率で行い、720
℃で仕上た後、それぞれの再加熱温度に４分保持
した。そして炉出側で10℃／secの冷却速度で300
℃まで加速冷却を行なつた。第５図には従来法で圧延し700℃に５分保持し
たものの強度・靭性を併記した。この図から700
℃の再加熱では、レールの頭頂下10mmの部分の強
度が750℃のものに比較して著しく低下するので、
再加熱温度の下限は750℃としなければならず、
また950℃の再加熱では、レールの頭頂下５mmの
部分の靭性が900℃の再加熱のものに比較して著
しく低下するので再加熱温度の上限は900℃とし
なければならないということが理解できる。このように750〜900℃に加熱または保熱したレ
ールの頭部を、必要に応じて腹部も１〜15℃／
secの冷却速度で加速冷却することにより、微細
パーライト組織を有する高強度高靭性レールが得
られる。この場合微細パーライト組織を得るため
には、冷却速度を適正に選択する必要があるが、
それにはレール鋼の成分とオーステナイト粒径が
大きく関与する。本発明では、レール鋼が合金鋼
であること、オーステナイト粒が超微細粒である
ことを考慮して１〜15℃／secの範囲に限定した。
下限を１℃／secとしたのは、これより遅い冷却
速度では通常の放冷と同じになり加速冷却の効果
が期待できないからであり、上限を15℃／secと
したのは、これより速い冷却速度ではマルテンサ
イト組織となり、期待する微細パーライト組織が
得られないからである。以上に述べた内容をフロ
ー図にしたのが第２図である。〔実施例〕第１表に示したＡ〜Ｌの12鋼種を溶製し、本発
明の方法でレールを製造した。また本発明の効果
を把握する目的で、前記Ａ〜Ｌの12鋼種につき従
来方法でレールを製造した。本発明の方法および
従来方法の具体的な圧延および冷却条件は次のと
おりである。本発明の方法 800℃以下で15％の減面率の制御圧延を行い、
720℃で仕上る。オーステナイトからパーライトへの変態点に
達する以前に再加熱を行なう。再加熱の条件は800℃で５分間の保持を行う。再加熱後炉出側のすぐ後方で300℃まで加速
冷却を行う。従来方法１ 800℃仕上げの普通圧延を行う。圧延後ただちに300℃までの加速冷却を行う。従来方法２ 800℃以下で15％の減面率の制御圧延を行い、
720℃で仕上げる。圧延後放冷する。従来方法３ 800℃以下で15％の減面率の制御圧延を行い、
720℃で仕上げる。

【表】

〔発明の効果〕

本発明により高強度で高靭性のレールをオンラ
インで製造することができるので、その工業的な
効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図はレールの断面の説明図、第２図は本発
明のフロー図、第３図は本発明と従来方法との強
度および靭性を比較したグラフ、第４図は800℃
以下での減面率と強度・靭性との関係を示すグラ
フ、第５図は再加熱温度と強度・靭性との関係を
示すグラフである。１……レール、２……頭頂部、３……頭頂下５
mmの位置、４……頭頂下10mmの位置、５……腹
部、６……底部。

Claims

【特許請求の範囲】１Ｃ：0.50〜0.85wt％、Si：0.1〜1.0wt％、
Mn：0.5〜1.5wt％、Ｐ：0.035wt％以下、Ｓ：
0.035wt％以下、Al：0.05wt％以下を含有し、残
部がFeおよび不可避的不純物からなる鋼を、800
℃以下において５％以上の減面率の圧延を実施し
た後、オーステナイトからパーライトへの変態点
に達する以前に再び750〜900℃に加熱し、その後
１〜15℃／secの冷却速度で加速冷却をすること
を特徴とする微細パーライト組織を有した高強度
高靭性レールの製造方法。２Ｃ：0.5〜0.85wt％、Si：0.1〜1.0wt％、
Mn：0.5〜1.5wt％、Ｐ：0.035wt％以下、Ｓ：
0.035wt％以下、Al：0.05wt％以下と、Cr：0.05
〜1.5wt％、Mo：0.01〜0.2wt％、Ｖ：0.03〜
0.1wt％、Ni：0.1〜1.0wt％、Nb：0.005〜
0.05wt％の何れか１種または２種以上を含有し、
残部がFeおよび不可避的不純物からなる鋼を、
800℃以下において５％以上の減面率の圧延を実
施した後、オーステナイトからパーライトへの変
態点に達する以前に再び750〜900℃に加熱し、そ
の後１〜15℃／secの冷却温度で加速冷却するこ
とを特徴とする微細パーライトを有した高強度高
靭性レールの製造方法。