JPH06279918A - High strength rail excellent in rolling fatigue damage resistance and its production - Google Patents

High strength rail excellent in rolling fatigue damage resistance and its production

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JPH06279918A
JPH06279918A JP6440893A JP6440893A JPH06279918A JP H06279918 A JPH06279918 A JP H06279918A JP 6440893 A JP6440893 A JP 6440893A JP 6440893 A JP6440893 A JP 6440893A JP H06279918 A JPH06279918 A JP H06279918A
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JP
Japan
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rail
fatigue damage
pearlite
mns
damage resistance
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JP6440893A
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Japanese (ja)
Inventor
Fusao Ishikawa
房男 石川
Hideaki Kageyama
英明 影山
Shinya Kitamura
信也 北村
Masamitsu Wakao
昌光 若生
Shuichi Funaki
秀一 船木
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Abstract

PURPOSE:To grow a fine structure and to improve rolling fatigue damage resistance by specifying additive components in a rail steel and also specifying heat treatment conditions after hot rolling. CONSTITUTION:A high strength rail has a composition consisting of, by weight, 0.55-0.85% C, 0.20-1.20% Si, 0.50-1.50% Mn, 0.002-0.010% S, 0.1-1.0% Cr, 0.01-1.0% V, <=0.010% Al, and the balance Fe with inevitable impurities. After hot rolling or high temp. heating of this steel, accelerated cooling is applied to a railhead or further to a rail bottom part, from an austenite region temp. at a rate of (1 to 5) deg.C/sec through the temp. region between 700 and 500 deg.C, to form pearlite where MnS in an austenite grain is used as a nucleus. Further, in the railhead, the whole length of alumina cluster of >=100mum is regulated to <1000mum per centimeter. Because the additive quantity of Al is limited, the formation of Al oxide being the origin of fatigue crack can be effectively inhibited.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、レール鋼のパーライト
組織を微細化し、さらに非金属介在物を減少させて延性
の向上を図りレール表面損傷抵抗性、およびレール内部
疲労損傷抵抗性の向上を図った耐ころがり疲労損傷性に
優れた高強度レールおよびその製造法に関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention improves rail surface damage resistance and rail internal fatigue damage resistance by refining the pearlite structure of rail steel and further reducing non-metallic inclusions to improve ductility. The present invention relates to a high-strength rail having excellent rolling fatigue damage resistance and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】鉄道輸送の高効率化のために、高速化お
よび貨物の重積載化が進められているが、これに伴って
レール頭部の摩耗や疲労損傷が急速に増加しつつある。
このようなレール材の使用環境の過酷化、特に摩耗の増
加に対処するために、レール鋼の高強度化のための技術
開発が加速され、国内・外を問わず曲線区間のレール材
はほとんどすべて高強度レールが支配することとなっ
た。
2. Description of the Related Art In order to improve the efficiency of rail transportation, speeding up and heavy loading of cargo are being promoted, but along with this, wear and fatigue damage of rail heads are rapidly increasing.
In order to cope with such harsh environment of use of rail materials, especially increase in wear, technological development for strengthening rail steel has been accelerated, and rail materials in curved sections are mostly used in Japan and abroad. All of the high-strength rails now dominate.

【0003】しかし、一方ではレール鋼の耐摩耗性の向
上とともに、本来摩耗によって削り取られるべき疲労ダ
メージ層がレール頭表面、特に車輪フランジ付け根部が
押し付けられるゲージ・コーナー(GC)表面に残存
し、表面損傷を生成させる傾向が認められるようになっ
た。さらにレール鋼の耐摩耗性の向上は、車輪荷重のレ
ールGC内部での応力集中を一点に固定させることとな
り、レール頭部内部からの疲労損傷を急増させることと
なった。
On the other hand, on the other hand, as the wear resistance of the rail steel is improved, a fatigue damage layer that should originally be scraped off due to wear remains on the rail head surface, particularly on the gauge corner (GC) surface against which the wheel flange root is pressed, A tendency to produce surface damage has become apparent. Further, the improvement of the wear resistance of the rail steel means that the stress concentration inside the rail GC due to the wheel load is fixed at one point, and the fatigue damage from the inside of the rail head rapidly increases.

【0004】このようなレール表面および内部疲労損傷
対策として、特開昭62−233301号公報に開示
されているような、レール頭頂部またはGC部もしくは
双方に硬度の最大値が、レール表面から2〜8mmの深さ
にあることを特徴とする頭部表面耐表面損傷性高強度レ
ール、特開平3−232925号公報に開示されてい
るレール頭部が微細パーライト組織を有し、かつGCか
ら内部20mmの深さ位置まで、ビッカース硬度Hv35
0〜420までを有することを特徴とするGC内部疲労
損傷抵抗性に優れたレール、および特開平2−2824
48号公報に開示されているように、レール頭頂部の硬
度がビッカース硬度Hv200〜350、頭部コーナー
部の硬度がビッカース硬度Hv250〜410であるこ
とを特徴とする耐ころがり疲労損傷性に優れたレール、
などがある。
As a measure against such rail surface and internal fatigue damage, the maximum hardness of the rail top portion or GC portion or both, as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 62-233301, is 2 from the rail surface. A high-strength rail with surface damage resistance to the surface of the head characterized by a depth of ~ 8 mm, the rail head disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-232925 has a fine pearlite structure and is internal from the GC. Vickers hardness Hv35 up to a depth of 20 mm
A rail excellent in GC internal fatigue damage resistance, characterized by having 0 to 420, and JP-A-2-2824.
As disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 48, the rail top has a Vickers hardness of Hv200 to 350, and the head corner has a Vickers hardness of Hv250 to 410, which is excellent in rolling fatigue damage resistance. rail,
and so on.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のレール
表面および内部疲労損傷対策レールは、いずれも特殊な
熱処理方法を施すことによってレール頭部の硬度分布を
制御しようとするものである。すなわちレール頭頂面ま
たはGC部もしくは双方の冷却速度を変えて、あるいは
冷却の途中から冷却速度を変えることによってレール頭
頂面とGC表面もしくは頭表面と内部の硬度分布を制御
するものであり、冷却制御が複雑かつ冷却装置の煩雑さ
を伴うという問題がある。
However, both the rail surface and the rail against internal fatigue damage described above are intended to control the hardness distribution of the rail head by applying a special heat treatment method. That is, the hardness distribution on the rail top surface and the GC surface or on the head surface and inside is controlled by changing the cooling rate of the rail top surface or the GC part or both, or by changing the cooling rate during cooling. However, there is a problem that it is complicated and the cooling device is complicated.

【0006】本発明は上記のような問題点を解消し、添
加成分あるいはさらに処理条件を特定し、組織を改良す
ることにより、耐ころがり疲労損傷性に優れた高強度レ
ールおよびその製造法を提供することを目的とする。
The present invention provides a high-strength rail excellent in rolling fatigue damage resistance and a method for producing the same by solving the above problems, specifying additive components or further processing conditions, and improving the structure. The purpose is to do.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明においては、レー
ル頭表面のころがり損傷の原因の一つであるMnSを微
細分散させるとともに、微細分散させたMnSからパー
ライト組織を生成させることによって、微細な組織を生
成させ耐表面損傷性の改善に有効な延性の向上を果たす
ものであり、さらにAlの添加量を制限することによっ
てMnSの核となる酸化物、マンガン・シリケートの生
成を阻害するAl系酸化物の生成を抑制するとともに、
レール内部から発生する疲労き裂の起点となるAl系酸
化物の生成抑制にも有効とする。これに加えて前記組成
からなるレール鋼を通常圧延後、あるいはレール頭部も
しくは底部も含めて通常温度に再加熱した後、冷却過程
でオーステナイト域温度から冷却する際に700〜50
0℃の間を1〜5℃/secで加速冷却することによって、
パーライト変態温度を低下せしめ、オーステナイト粒内
のMnSを核とするパーライト変態を含めて低温度でパ
ーライト変態を生成させることによって、圧延ままレー
ル鋼よりも一層のパーライト組織の微細化を図り著しい
延性の改善が果たせるばかりか、加速冷却による高強度
化によってレール内部から発生する疲労き裂に対する抵
抗性の優れた高強度レールを製造することができる。
In the present invention, MnS, which is one of the causes of rolling damage on the rail head surface, is finely dispersed, and a fine pearlite structure is generated from the finely dispersed MnS to form a fine grain structure. It is an Al-based material that forms a structure and improves ductility, which is effective for improving surface damage resistance, and further inhibits the formation of manganese silicate, an oxide that becomes the core of MnS by limiting the amount of Al added. While suppressing the formation of oxides,
It is also effective in suppressing the formation of Al-based oxides that are the starting points of fatigue cracks generated from inside the rail. In addition to this, after the rail steel having the above composition is normally rolled, or after the rail head or bottom is reheated to a normal temperature, 700 to 50 is used when cooling from the austenite region temperature in the cooling process.
By accelerating cooling at 0 ° C at 1-5 ° C / sec,
By lowering the pearlite transformation temperature and generating the pearlite transformation at a low temperature including the pearlite transformation with MnS in the austenite grains as the nucleus, it is possible to further refine the pearlite structure compared to the as-rolled rail steel and achieve a remarkable ductility. Not only can the improvement be achieved, but high strength rails having excellent resistance to fatigue cracks generated from inside the rails can be manufactured by increasing the strength by accelerated cooling.

【0008】すなわち本発明は、(1)重量%でC:
0.55〜0.85%、Si:0.20〜1.20%、
Mn:0.50〜1.50%、S:0.002〜0.0
10%、Cr:0.1〜1.0%、V:0.01〜1.
0%、Al:≦0.010%を含有し、残部が鉄および
不可避的不純物からなり、かつ、オーステナイト粒内の
MnSを核としたパーライトが存在し、レール頭部にお
いて100μm以上のアルミナクラスターの総長さが1
cm2 あたり1,000μm未満であることを特徴とする
耐ころがり疲労損傷性に優れた高強度レールであり、
(2)重量%でC:0.55〜0.85%、Si:0.
20〜1.20%、Mn:0.50〜1.50%、S:
0.002〜0.010%、Cr:0.1〜1.0%、
V:0.01〜1.0%、Al:≦0.010%を含有
して残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼を熱間圧
延終了後、あるいは熱処理する目的で高温に加熱した
後、レールの頭部あるいはさらに底部を、オーステナイ
ト域温度から冷却する際に700〜500℃間を1〜5
℃/secで加速冷却し、オーステナイト粒内のMnSを核
としたパーライトを生成させ、かつ、レール頭部におい
て100μm以上のアルミナクラスターの総長さが1cm
2 あたり1,000μm未満とすることを特徴とする耐
ころがり疲労損傷性に優れた高強度レールの製造法であ
る。
That is, according to the present invention, (1) C by weight%:
0.55 to 0.85%, Si: 0.20 to 1.20%,
Mn: 0.50 to 1.50%, S: 0.002 to 0.0
10%, Cr: 0.1 to 1.0%, V: 0.01 to 1.
0%, Al: ≦ 0.010%, the balance consisting of iron and unavoidable impurities, and pearlite with MnS in the austenite grains as nuclei is present. Total length is 1
A high-strength rail with excellent rolling fatigue damage resistance, which is characterized in that it is less than 1,000 μm per cm 2 .
(2) C: 0.55 to 0.85% by weight, Si: 0.
20 to 1.20%, Mn: 0.50 to 1.50%, S:
0.002-0.010%, Cr: 0.1-1.0%,
V: 0.01 to 1.0%, Al: ≤ 0.010%, and the balance of steel consisting of iron and unavoidable impurities after the hot rolling is finished, or after being heated to a high temperature for the purpose of heat treatment, When cooling the head or the bottom of the rail from the austenite temperature, the temperature should be between 1 and 5 at 700-500 ° C.
Accelerated cooling at ℃ / sec to generate pearlite with MnS in austenite grains as the nucleus, and the total length of alumina clusters of 100 μm or more at the rail head is 1 cm.
It is a method for producing a high-strength rail excellent in rolling fatigue damage resistance, which is characterized in that it is less than 1,000 μm per 2 pieces.

【0009】[0009]

【作用】以下に本発明について詳細に説明する。先ず、
レールの化学成分を前述のように定めた理由について説
明する。Cは高強度化およびパーライト組織生成のため
の必須元素であり、また耐摩耗性に対しても一義的に効
果を示す元素であるが0.55%未満ではオーステナイ
ト粒界に耐摩耗性および耐損傷性に好ましくない初析フ
ェライトが多量に生成し、また0.85%を超えるとオ
ーステナイト粒界を脆化させる有害な初析セメンタイト
を生成させるばかりか、レール頭部熱処理層や溶接部の
微小偏析部にマルテンサイトが生成し、靭性を著しく損
なうため0.55〜0.85%に限定した。
The present invention will be described in detail below. First,
The reason for setting the chemical composition of the rail as described above will be explained. C is an essential element for strengthening and forming a pearlite structure, and is an element that also has a unique effect on wear resistance, but if it is less than 0.55%, wear resistance and resistance to austenite grain boundaries are obtained. A large amount of proeutectoid ferrite, which is unfavorable to damage, is generated, and when it exceeds 0.85%, not only harmful proeutectoid cementite that embrittles the austenite grain boundaries is generated, but also minute amounts of rail head heat treatment layers and welds Martensite is generated in the segregated portion and the toughness is significantly impaired, so the content is limited to 0.55 to 0.85%.

【0010】Siはパーライト組織中のフェライト相へ
の固溶体硬化による高強度化に寄与するばかりか、わず
かながらレール鋼の靭性改善にも貢献する。またSiは
MnとともにMnSの核となるマンガンシリケート系酸
化物を構成する重要な元素であり、0.2%以下ではそ
の効果が期待できず、さらにSiは脱酸元素として0.
2%以上の添加が必要であり、1.2%を超えると脆化
をもたらし溶接接合性も減ずるので、0.20〜1.2
0%に限定した。
Si not only contributes to the strengthening of the ferrite phase in the pearlite structure by solid solution hardening, but also contributes to the improvement of the toughness of the rail steel. Further, Si is an important element that constitutes a manganese silicate-based oxide that becomes a core of MnS together with Mn, and if 0.2% or less, its effect cannot be expected, and Si is a deoxidizing element of 0.1.
It is necessary to add 2% or more, and if it exceeds 1.2%, embrittlement is caused and weld bondability is reduced.
Limited to 0%.

【0011】MnはC同様にパーライト変態温度を低下
させ、焼入性を高めることによって高強度化に寄与する
元素であり、さらにSi同様にMnSの核としてのマン
ガンシリケートの構成元素として、および脱酸元素とし
ても欠かせない。しかし、0.5%未満ではその効果が
小さくまた1.50%を超えると偏析部にマルテンサイ
ト組織を生成させ易くするため0.50〜1.50%に
限定した。
Like C, Mn is an element that contributes to strengthening by lowering the pearlite transformation temperature and increasing hardenability. Further, like Mn, it is a constituent element of manganese silicate as a core of MnS, and deoxidation. It is indispensable as an acid element. However, if it is less than 0.5%, its effect is small, and if it exceeds 1.50%, the content is limited to 0.50 to 1.50% so that a martensite structure is easily generated in the segregated portion.

【0012】Sは一般に有害元素として知られている
が、本発明においてはオーステナイト粒内のマンガンシ
リケートなどの酸化物を核とするMnSを基地とする析
出物(VC)が生成し、これを変態核とするパーライト
組織が生成するため欠かせない元素である。しかし、
0.002%未満ではパーライト変態核としてのMnS
量が極度に減じてしまい、パーライト粒内変態を確保で
きなくする。また0.010%以上ではMnSが粗大化
し延性を著しく低下させるばかりか、レール表面損傷き
裂の起点となるため0.002〜0.010%に限定し
た。
Although S is generally known as a harmful element, in the present invention, a precipitate (VC) based on MnS having an oxide such as manganese silicate in austenite grains as a nucleus is formed and transformed. It is an essential element because it produces a pearlite structure as the nucleus. But,
If less than 0.002%, MnS as pearlite transformation nuclei
The amount is extremely reduced, and it becomes impossible to secure pearlite intragranular transformation. On the other hand, if it is 0.010% or more, not only MnS becomes coarse and ductility is significantly lowered, but also it becomes a starting point of a rail surface damage crack, so the content is limited to 0.002 to 0.010%.

【0013】Crは、パーライト変態を低下させること
によって高強度化に寄与すると同時に、パーライト組織
中のセメンタイト相を強化することによっても耐摩耗性
向上に貢献するが、一方ではセメンタイトの衝撃靭性を
低下させる作用も有している。しかし、Crのセメンタ
イト強化作用は無視しがたく、さらに溶接継ぎ手部軟化
防止の観点からも微量のCrの添加も望ましい。そこで
強度確保に一定の寄与が期待されかつ靭性を損なわない
範囲内で0.1〜1.0%に限定した。
[0013] Cr contributes to higher strength by lowering the pearlite transformation and at the same time contributes to improving wear resistance by strengthening the cementite phase in the pearlite structure, but on the other hand reduces the impact toughness of cementite. It also has the effect of causing it. However, the cementite strengthening effect of Cr cannot be ignored, and addition of a small amount of Cr is also desirable from the viewpoint of preventing softening of the welded joint. Therefore, it is limited to 0.1 to 1.0% within a range in which a certain contribution is expected to ensure strength and the toughness is not impaired.

【0014】Vは本発明の重要な構成要素であるが、冷
却中にMnS上に析出させたV炭化物を核としたパーラ
イト変態の生成を見いだしたことにより、従来オーステ
ナイト粒界に限定されていたパーライト変態核がオース
テナイト粒内からも期待でき、結果として微細なパーラ
イト粒からなるレール鋼を得ることができるようになり
大幅な延性の向上を果たすことができた。しかし、0.
01%未満では、この効果が弱く、また1.0%以上添
加するとV炭化物が粗大化し、レール頭部内部からの疲
労き裂発生起点となることから、V添加量を0.01〜
1.0%の範囲に限定した。
Although V is an important constituent of the present invention, it was conventionally limited to austenite grain boundaries by the fact that the formation of pearlite transformation centered on V carbide precipitated on MnS during cooling was found. The pearlite transformation nuclei can be expected also from within the austenite grains, and as a result, a rail steel composed of fine pearlite grains can be obtained, and the ductility can be greatly improved. However, 0.
If it is less than 01%, this effect is weak, and if it is added in an amount of 1.0% or more, V carbides are coarsened and become a starting point of fatigue crack initiation from inside the rail head.
It was limited to the range of 1.0%.

【0015】Alは、脱酸剤として有効であるがAlの
酸化物は、パーライト組織の変態核となるマンガン・シ
リケートの生成を阻害し、先にアルミナ酸化物を生成さ
せるばかりか、このアルミナ系酸化物はレール内部から
の疲労き裂の発生起点となるために0.010%以下に
限定した。不可避的不純物元素であるPは、レール鋼の
靭性を向上させるためにはできるだけ低減させることが
望ましい。
Al is effective as a deoxidizing agent, but the oxide of Al inhibits the formation of manganese silicate, which becomes a transformation nucleus of the pearlite structure, and not only produces alumina oxide first, but also this alumina system. Oxide is the starting point of fatigue crack generation from the inside of the rail, so it is limited to 0.010% or less. It is desirable to reduce P, which is an unavoidable impurity element, as much as possible in order to improve the toughness of the rail steel.

【0016】前記のような成分組成で構成されるレール
鋼は、転炉、電気炉などの通常使用される溶解炉で前述
した脱酸を含む溶製を行い、この溶鋼を造塊・分塊法あ
るいは連続鋳造法、さらに熱間圧延を経て製造する。熱
間圧延を終えたレールは、冷却中においてオーステナイ
ト粒内のMnSに析出したV炭化物からもパーライト変
態が生成し、オーステナイト粒界から生成するパーライ
トとともに微細なパーライト粒を構成する。その結果、
圧延ままで延性の優れた高強度レールを製造することが
できる。
The rail steel having the above-mentioned composition is subjected to melting including the above-mentioned deoxidation in a commonly used melting furnace such as a converter or an electric furnace, and this molten steel is ingot-agglomerated. Method or continuous casting method, and then hot rolling. The rails that have undergone hot rolling also undergo pearlite transformation from V carbides precipitated in MnS in austenite grains during cooling, and form fine pearlite grains together with pearlite produced from austenite grain boundaries. as a result,
As-rolled, it is possible to manufacture a high-strength rail having excellent ductility.

【0017】さらに高強度とともに高延性を達成するた
めには、圧延終了後あるいは、一度室温に冷却され熱処
理する目的で再加熱されたオーステナイト域温度から冷
却する際に700〜500℃間を1〜5℃/secで加速冷
却されたレール鋼では、一層の高延性が得られる。すな
わち、パーライト組織鋼の特徴として、加速冷却するこ
とによって低温でパーライト変態を生じさせ、このこと
によりパーライトの生成速度が向上し結果的にパーライ
ト粒を微細にすることができるからである。従ってMn
S上に析出させたV炭化物からのパーライト組織のオー
ステナイト粒内変態と、加速冷却によるオーステナイト
粒界からのパーライト変態が重畳して一層のレール鋼の
延性向上を達成することができる。この際冷却媒体は、
空気あるいはミストなどの気液混合物を用い、レール頭
部もしくは底部の強度が1,100MPa 以上とすること
が望ましい。
In order to achieve high strength and high ductility, a temperature between 700 and 500 ° C. should be 1 to 700 after completion of rolling or when cooling from the reheated austenite region temperature once for the purpose of heat treatment after cooling to room temperature. Rail steel that has been accelerated cooled at 5 ° C./sec provides even higher ductility. That is, as a characteristic of pearlite structure steel, pearlite transformation is caused at a low temperature by accelerated cooling, which improves the production rate of pearlite and consequently makes pearlite grains fine. Therefore Mn
The austenite intragranular transformation of the pearlite structure from the V carbide precipitated on S and the pearlite transformation from the austenite grain boundary due to accelerated cooling can be superimposed to further improve the ductility of the rail steel. At this time, the cooling medium is
It is desirable to use a gas-liquid mixture such as air or mist and to set the strength of the rail head or bottom to 1,100 MPa or more.

【0018】レール鋼の延性に対する要求は一部のユー
ザーから強くなっており、レール頭部ゲージ・コーナー
内部10mm深さから採取した平行部6mm径、平行部長さ
30mmの引張り試験片を用いた機械試験において、伸び
値が12%以上で介在物清浄度の優れたレールが耐表面
損傷性および内部疲労損傷抵抗性に優れたレールである
としている。上述した化学成分を有し、オーステナイト
粒内のMnSを核としたパーライト変態を導入した微細
なパーライト組織を有する圧延ままの高強度レール鋼に
おいては十分な伸び値を確保することができ、実験室的
な表面損傷発生寿命の大幅な改善を図ることができた。
The demand for ductility of rail steel has become strong from some users, and a machine using a tensile test piece with a parallel portion 6 mm diameter and a parallel portion length 30 mm taken from a rail head gauge / corner interior 10 mm depth. In the test, the rail having an elongation value of 12% or more and excellent cleanliness of inclusions is said to be a rail having excellent surface damage resistance and internal fatigue damage resistance. It is possible to secure a sufficient elongation value in the as-rolled high-strength rail steel having the above-described chemical composition and a fine pearlite structure in which the pearlite transformation with MnS in the austenite grains as the nucleus is introduced. It was possible to significantly improve the life of the surface damage occurrence.

【0019】なお、レール頭部内部からの疲労損傷の発
生は、国内の私鉄の急曲線区間外軌レールにおいて塗油
が十分に施され、摩耗が極度に抑制されたレールGC内
部に認められるが、海外の重荷重鉄道においては損傷の
ほとんどがこのようなGC内部を起点とする疲労損傷で
ある。しかし、実験室的にレールGC内部から疲労損傷
を発生させる試験法はまだ確立されていない。しかしな
がら、このようなレール内部疲労損傷の発生にAl系介
在物であるアルミナクラスターが有害であることが知ら
れており、発明者らの研究では100μm以上のアルミ
ナクラスターが、レール頭部から採取した試験片の1cm
2 あたり総長さで1,000μm以上存在すると敷設後
に内部疲労損傷を発生させることが明らかになってい
る。そこで、供試レール頭部GC内部深さ13mmより採
取した10mm×20mmの試験片中に存在する100μm
以上のアルミナクラスターの総長さを測定した。その結
果、本発明鋼はいずれも100μm以上のアルミナクラ
スターはわずかであり、レール敷設後の内部疲労損傷の
発生を十分に防止できることがわかった。
Although the occurrence of fatigue damage from the inside of the rail head is observed inside the rail GC where the oil is sufficiently applied to the rail outside the sharp curve section of a private railway in Japan and wear is extremely suppressed. Most of the damage on overseas heavy-duty railways is fatigue damage originating from the inside of the GC. However, a test method for causing fatigue damage from inside the rail GC in a laboratory has not been established yet. However, it is known that alumina clusters, which are Al-based inclusions, are harmful to the occurrence of such rail internal fatigue damage, and in the study of the inventors, alumina clusters of 100 μm or more were collected from the rail head. 1 cm of test piece
It has been clarified that when the total length per 2 is 1,000 μm or more, internal fatigue damage occurs after laying. Therefore, 100 μm present in a 10 mm × 20 mm test piece sampled from a depth of 13 mm inside the GC of the rail under test.
The total length of the above alumina clusters was measured. As a result, it was found that all of the steels of the present invention had a few alumina clusters of 100 μm or more, and the occurrence of internal fatigue damage after rail laying could be sufficiently prevented.

【0020】また上述した化学成分を有し、オーステナ
イト粒内のMnSを核としたパーライト変態を導入した
微細なパーライト組織を有するレール鋼を、圧延後オー
ステナイト域温度より冷却する際に700〜500℃の
間を冷却速度1〜5℃/secで加速冷却し高強度化したレ
ールにおいては、アルミナクラスター周囲の母材の歪集
中を低減し疲労亀裂の発生を抑制できることから、圧延
ままのレールに比べて実験室的な表面損傷発生寿命が
1.5倍程度増加し、レール内部疲労損傷の発生も十分
防止できることがわかった。
When the rail steel having the above-described chemical composition and having a fine pearlite structure in which the pearlite transformation centered on MnS in the austenite grains is introduced, the temperature is 700 to 500 ° C. when cooled from the austenite region temperature after rolling. In a rail with high strength by accelerated cooling at a cooling rate of 1 to 5 ° C / sec, the strain concentration of the base metal around the alumina cluster can be reduced and the occurrence of fatigue cracks can be suppressed, so compared to the as-rolled rail. As a result, it was found that the life of the surface damage occurrence in the laboratory is increased by about 1.5 times, and the occurrence of fatigue damage inside the rail can be sufficiently prevented.

【0021】[0021]

【実施例】次に、本発明により製造した高強度レールの
製造実施例について述べる。表1は供試鋼の化学成分と
冷却後のレール組織中にMnSを核とするパーライト組
織が含まれているかどうかを観察した結果を示す。ま
た、表2には冷却後のレール頭部ゲージ・コーナー内部
10mm深さから採取した平行部径6mm、長さ30mmの引
張試験片の強度と伸び値、および西原式摩耗試験機を用
いた水潤滑条件下での表面疲労損傷発生寿命測定結果を
示す。レール頭部表面直下から採取した試験片は幅8m
m、径30mm、曲率半径15mmの凸形試験片で、相手材
は車輪相当の化学成分を有する幅8mm、径30mmの円筒
試験片を用いた。試験条件は荷重50kg、すべり率20
%で表面損傷が発生するまでの繰り返し数を測定した。
表3は、供試レールの1cm2 中に存在する100μm以
上のアルミナクラスターの個数と総長さの測定結果を示
す。
EXAMPLES Next, production examples of high-strength rails produced according to the present invention will be described. Table 1 shows the results of observing the chemical composition of the sample steel and whether or not the rail structure after cooling contains a pearlite structure having MnS as a nucleus. Further, Table 2 shows the strength and elongation of a tensile test piece having a parallel part diameter of 6 mm and a length of 30 mm, which was sampled from the rail head gauge / corner 10 mm depth after cooling, and water using a Nishihara abrasion tester. The measurement result of surface fatigue damage occurrence life under lubrication condition is shown. The width of the test piece taken from just below the rail head surface is 8 m.
A cylindrical test piece with a width of 8 mm and a diameter of 30 mm having a chemical component equivalent to a wheel was used as a convex test piece having m, a diameter of 30 mm, and a radius of curvature of 15 mm. The test conditions are a load of 50 kg and a slip rate of 20.
The number of repetitions until surface damage occurred was measured in%.
Table 3 shows the measurement results of the number and total length of the alumina clusters of 100 μm or more existing in 1 cm 2 of the test rail.

【0022】これらの結果から、オーステナイト中のM
nSからパーライト変態が確認されたレールでは、十分
な伸び値の確保により表面疲労損傷寿命の大幅な改善と
内部疲労損傷発生防止が達成され、さらに加速冷却によ
る高強度化により表面疲労損傷寿命の一層の改善が達成
された。
From these results, M in austenite
For rails confirmed to undergo pearlite transformation from nS, a sufficient improvement in surface fatigue damage life and prevention of internal fatigue damage have been achieved by ensuring a sufficient elongation value. Improvements have been achieved.

【0023】[0023]

【表1】 [Table 1]

【0024】[0024]

【表2】 [Table 2]

【0025】[0025]

【表3】 [Table 3]

【0026】[0026]

【発明の効果】本発明により、レールの表面疲労損傷寿
命の大幅な改善と内部疲労損傷発生防止が達成され、産
業の発展に寄与するところ大なるものがある。
Industrial Applicability According to the present invention, the surface fatigue damage life of the rail is greatly improved and the internal fatigue damage is prevented from occurring, which greatly contributes to the industrial development.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 若生 昌光 千葉県富津市新富20−1 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内 (72)発明者 船木 秀一 千葉県富津市新富20−1 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Masamitsu Waka 20-1 Shintomi, Futtsu-shi, Chiba Shin Nippon Steel Co., Ltd.Technology Development Headquarters (72) Inventor Shuichi Funaki 20-1 Shintomi, Futtsu-shi, Chiba New Japan Iron & Steel Co., Ltd.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 重量%で C :0.55〜0.85% Si:0.20〜1.20% Mn:0.50〜1.50% S :0.002〜0.010% Cr:0.1〜1.0% V :0.01〜1.0% Al:≦0.010% を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなり、か
つ、オーステナイト粒内のMnSを核としたパーライト
が存在し、レール頭部において100μm以上のアルミ
ナクラスターの総長さが1cm2 あたり1,000μm未
満であることを特徴とする耐ころがり疲労損傷性に優れ
た高強度レール。
1. By weight%, C: 0.55 to 0.85% Si: 0.20 to 1.20% Mn: 0.50 to 1.50% S: 0.002 to 0.010% Cr: 0.1-1.0% V: 0.01-1.0% Al: ≤0.010%, the balance consisting of iron and unavoidable impurities, and MnS in austenite grains serving as nuclei A high-strength rail with excellent rolling fatigue damage resistance characterized by the presence of pearlite and a total length of alumina clusters of 100 μm or more at the rail head of less than 1,000 μm per 1 cm 2 .
【請求項2】 重量%で C :0.55〜0.85% Si:0.20〜1.20% Mn:0.50〜1.50% S :0.002〜0.010% Cr:0.1〜1.0% V :0.01〜1.0% Al:≦0.010% を含有して残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼を
熱間圧延終了後、あるいは熱処理する目的で高温に加熱
した後、レールの頭部あるいはさらに底部を、オーステ
ナイト域温度から冷却する際に700〜500℃間を1
〜5℃/secで加速冷却し、オーステナイト粒内のMnS
を核としたパーライトを生成させ、かつ、レール頭部に
おいて100μm以上のアルミナクラスターの総長さが
1cm2 あたり1,000μm未満とすることを特徴とす
る耐ころがり疲労損傷性に優れた高強度レールの製造
法。
2. C .: 0.55 to 0.85% Si: 0.20 to 1.20% Mn: 0.50 to 1.50% S: 0.002 to 0.010% Cr: 0.1-1.0% V: 0.01-1.0% Al: ≤0.010% Steel containing iron and unavoidable impurities in the balance, after the hot rolling is finished, or for the purpose of heat treatment After heating to a high temperature at 1, the head or even the bottom of the rail is cooled from austenite temperature to 700-500 ° C for 1
Accelerated cooling at ~ 5 ° C / sec, MnS in austenite grains
Of high-strength rails with excellent rolling fatigue damage resistance, characterized in that pearlite with nuclei as cores is produced, and the total length of alumina clusters of 100 μm or more at the rail head is less than 1,000 μm per 1 cm 2 . Manufacturing method.
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WO2013161548A1 (en) 2012-04-27 2013-10-31 新日鐵住金株式会社 Steel for vehicle wheel
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