JPH06316727A - Production of bainitic steel rail excellent in surface damage resistance - Google Patents

Production of bainitic steel rail excellent in surface damage resistance

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JPH06316727A
JPH06316727A JP5104822A JP10482293A JPH06316727A JP H06316727 A JPH06316727 A JP H06316727A JP 5104822 A JP5104822 A JP 5104822A JP 10482293 A JP10482293 A JP 10482293A JP H06316727 A JPH06316727 A JP H06316727A
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rail
surface damage
steel
bainite
damage resistance
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正治 上田
Hideaki Kageyama
英明 影山
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Abstract

PURPOSE:To prevent the occurrence of rolling fatigue damage at the surface of a railhead and to prolong the service life of a rail for rapid transit railway. CONSTITUTION:A steel, which has a composition containing 0.15-0.45% C, 0.15-1.00% Si, 0.20-2.00% Mn, and 0.20-2.00% Cr and containing, besides the above, one or >=2 elements among Mo, Cu, Ni, Ti, V, Nb, and B, if necessary, is used. The bainitic steel rail excellent in surface damage resistance can be obtained by subjecting the railhead, after the completion of hot rolling or after heating up to a high temp. for the purpose of heat treatment, to accelerated cooling through the region between the austenite region temp. and the ordinary temp. at a rate of (1 to 10) deg.C/sec. The resulting rail has superior surface damage resistance as compared with the conventional rails, and the service life of the rail can be remarkably improved.

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、旅客鉄道の高速運転区
間で要求されるレール頭表面のころがり疲労損傷抵抗性
の向上に有効なベイナイト組織を有するレールの製造法
に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a rail having a bainite structure which is effective in improving rolling fatigue damage resistance of a rail head surface required in a high speed operation section of a passenger railway.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、鉄道輸送の高効率化の手段とし
て、列車載荷重量の増加や列車運転速度の向上が図られ
ている。このような鉄道輸送の効率化はレール使用環境
の苛酷化を意味し、レール材質の一層の改善が要求され
るに至っている。具体的には、急曲線区間に敷設された
レールの摩耗が急激に増加し、また、レールと車輪の主
接触位置であるレールゲージ・コーナー(GC)部の内
部から発生する疲労損傷が頻発するようになり、この対
策として従来から下記に示す方法が採られてきた。 Cr,Moなどの合金元素を多量に添加した圧延まま
の合金鋼レール(特開昭50−140316号公報)。 合金を添加せずに、レール頭部あるいは全体を加速冷
却することによって製造される熱処理レール(特開昭5
5−23885号公報)。 比較的低い含有量の合金を添加して、耐摩耗性、耐損
傷性ばかりでなく、溶接部の硬度低下を改善した低合金
熱処理レール(特公昭59−19173号公報)。 これらレールの特徴は、高炭素の含有鋼による微細パー
ライト組織を呈する高強度レールであり、その目的とす
るところは耐摩耗性を向上させ、かつ、耐内部疲労損傷
抵抗性を改善させるところにある。
2. Description of the Related Art In recent years, as a means for improving the efficiency of rail transportation, an increase in on-vehicle load and an increase in train operating speed have been attempted. Such efficient rail transportation means that the rail usage environment becomes severe, and further improvement of rail materials has been demanded. Specifically, the wear of the rail laid in the sharp curve section sharply increases, and fatigue damage frequently occurs from inside the rail gauge corner (GC) which is the main contact position between the rail and the wheel. As a countermeasure against this, the following method has been conventionally adopted. An as-rolled alloy steel rail containing a large amount of alloy elements such as Cr and Mo (Japanese Patent Laid-Open No. 50-140316). Heat-treated rails manufactured by accelerating cooling of the rail head or the whole without adding an alloy (Japanese Patent Laid-Open Publication No. 5 (1999) -58242).
5-23885). A low alloy heat treatment rail (Japanese Patent Publication No. 59-19173) in which not only wear resistance and damage resistance but also a decrease in hardness of a welded portion is improved by adding an alloy having a relatively low content. The feature of these rails is that they are high-strength rails that exhibit a fine pearlite structure due to the high carbon content steel, and their purpose is to improve wear resistance and internal fatigue damage resistance. .

【0003】一方、摩耗あるいは内部疲労損傷が問題と
ならない直線および緩曲線区間のレールでは、車輪とレ
ールの繰り返し接触によりレール頭表面にころがり疲労
損傷が発生し、剥離あるいはレール頭表面から生成した
疲労き裂がレール頭部内部で分岐し横裂損傷を引き起こ
す事例が散見される。この代表的な損傷が、新幹線など
の高速鉄道の主として直線区間に生成する「頭頂面シェ
リング」あるいは「ダークスポット損傷」と呼ばれる損
傷である。しかし、このような区間では、上記のような
損傷の発生が顕在化しているにもかかわらず、従来から
のパーライト組織を呈した圧延ままレールが使用されて
いる。
On the other hand, in rails in straight and gentle curve sections where wear or internal fatigue damage does not pose a problem, rolling fatigue damage occurs on the rail head surface due to repeated contact between the wheel and the rail, and peeling or fatigue generated from the rail head surface occurs. There are some cases where cracks branch inside the rail head and cause transverse crack damage. This typical damage is called "crown surface shelling" or "dark spot damage" that occurs mainly in straight sections of high-speed railways such as the Shinkansen. However, in such a section, despite the occurrence of the damage as described above, the conventional as-rolled rail having a pearlite structure is used.

【0004】主として旅客鉄道における直線あるいは緩
和曲線区間のレールには、ある特定期間(列車通過トン
数)経過後にレール頭表面を起点とするころがり疲労損
傷が生成する。本発明者らは上記損傷の発生原因を調査
した結果、この原因は、車輪とレールの繰り返し接触に
よってもたらされた疲労ダメージ層がレール頭表部に蓄
積するためであることを確認した。この対策としては、
定期的にレール頭表面をグラインダーなどで研削する方
法があるが、グラインディング車およびその作業費が高
価である点や列車運転間隔上研削時間が十分にとれない
といった問題点があった。また、もう一つの解決策とし
てはレール頭表面の摩耗速度を向上させ、疲労ダメージ
が蓄積する前に摩耗によりこの疲労層を除去する方法が
考えられる。一般にレール鋼の摩耗特性はパーライト組
織の硬さによって支配されており、摩耗を促進させるた
めにはレール鋼の硬さを低下させればよい。しかし、硬
さを単純に低下させるとレール頭表部に塑性変形が生成
し、これに伴うき裂および剥離などのレール頭表面損傷
が多発するため、パーライト組織を呈するレール鋼では
上記損傷の発生を防止することが困難であった。
Rolling fatigue damage originating from the rail head surface is generated mainly on a rail in a straight line or a relaxation curve section of a passenger railway after a certain specific period (train passing tonnage). As a result of investigating the cause of the above-mentioned damage, the present inventors have confirmed that the cause is that a fatigue damage layer caused by repeated contact between the wheel and the rail accumulates on the rail head surface portion. As a measure against this,
There is a method of periodically grinding the rail head surface with a grinder or the like, but there are problems that the grinding vehicle and its working cost are expensive, and that the grinding time cannot be sufficient due to the train operation interval. Another possible solution is to increase the wear rate of the rail head surface and remove this fatigue layer by wear before fatigue damage accumulates. Generally, the wear characteristics of rail steels are dominated by the hardness of the pearlite structure, and the hardness of the rail steels may be reduced to promote wear. However, if the hardness is simply reduced, plastic deformation is generated on the surface of the rail head, and the rail head surface damage such as cracks and peeling frequently occurs, so that the above-mentioned damage occurs in rail steel with a pearlite structure. Was difficult to prevent.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】これまで、レール鋼と
して用いられてきたパーライト組織は、硬さの低いフェ
ライト組織と板状の硬いセメンタイト組織の層状組織で
あり、車輪の通過する軌道面では柔らかなフェライト組
織が絞り出され、硬いセメンタイトのみが積み重なり、
加工硬化が加わって耐摩耗性が確保されている。しか
し、同時に軌道面では常にレール内部方向に層状の組織
の流れ(メタルフロー)が生成しており、潤滑および応
力条件によってはこのメタルフローに沿ってき裂損傷が
発生するという問題点があった。
The pearlite structure that has been used as a rail steel has been a layered structure of a low hardness ferrite structure and a plate-like hard cementite structure, and is soft on the raceway surface through which the wheel passes. The ferrite structure is squeezed out, and only hard cementite is piled up,
Work hardening is added to ensure wear resistance. However, at the same time, there is a problem that a laminar structure flow (metal flow) is always generated in the rail inner direction on the track surface, and crack damage occurs along the metal flow depending on the lubrication and stress conditions.

【0006】一方、パーライト組織より摩耗量が大きい
フェライト組織およびフェライト・パーライト混合組織
では、レール材料としての強度を確保することが難し
く、同時に、頭部での耐摩耗性を維持することが困難で
あった。また、パーライト組織より摩耗量が多く、比較
的強度を確保しやすいベイナイト組織では、柔らかなフ
ェライト組織地に粒状の微細なセメンタイトが分散した
組織であるため、車輪の走行時にフェライト地と共にセ
メンタイトも摩耗により簡単に摘み取られ、摩耗促進に
よってレール頭表部での疲労ダメージ層を除去させるこ
とが可能である。しかし、圧延ままでベイナイト組織を
呈し、かつ、レール材料としての強度を確保するために
はCrなどの合金元素を多量に添加する必要があり、そ
のためレール成分コストを上昇するなどの問題点があっ
た。
On the other hand, with a ferrite structure and a ferrite / pearlite mixed structure having a larger amount of wear than the pearlite structure, it is difficult to secure strength as a rail material, and at the same time, it is difficult to maintain wear resistance at the head. there were. In addition, since the bainite structure, which has a larger amount of wear than the pearlite structure and is relatively easy to secure strength, is a structure in which granular fine cementite is dispersed in a soft ferrite structure ground, so the cementite also wears along with the ferrite ground when the wheel is running. It is possible to remove the fatigue damage layer at the rail head surface portion by easing it easily and accelerating the wear. However, in order to exhibit a bainite structure as rolled and to secure the strength as a rail material, it is necessary to add a large amount of alloying elements such as Cr, which causes a problem such as an increase in rail component cost. It was

【0007】そこで、本発明者らはこの問題を解決する
ために、熱間圧延した高温度の熱を保有するレール、あ
るいは熱処理する目的で高温に加熱されたレールの頭部
をオーステナイト域温度から常温までの間を加速冷却す
ることにより、低合金で、かつ、ベイナイト組織を呈す
るレールによりこの問題が解決できることを実験により
確認した。すなわち本発明は、上記製造プロセスを用い
て、耐表面損傷性に優れたレールを低コストで提供する
ことを目的とするものである。
Therefore, in order to solve this problem, the inventors of the present invention set the head of the rail hot-rolled to retain high temperature heat or the head heated to a high temperature for the purpose of heat treatment from the austenite region temperature. It was confirmed by experiments that this problem can be solved by a rail with a low alloy and bainite structure by accelerated cooling up to room temperature. That is, an object of the present invention is to provide a rail excellent in surface damage resistance at low cost by using the above manufacturing process.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するものであって、その要旨とするところは、重量%で C :0.15〜0.45% Si:0.15
〜1.00% Mn:0.20〜2.00% Cr:0.20
〜2.00% を含有し、さらに、 Mo:0.01〜0.60% Cu:0.05
〜0.50% Ni:0.05〜2.00% Ti:0.01
〜0.05% V :0.03〜0.30% Nb:0.01
〜0.05% B :0.0005〜0.0050%の一種または二種
以上 を含有して、残部が鉄および不可避不純物からなる鋼を
熱間圧延した高温度の熱を保有するレール、あるいは熱
処理する目的で高温に加熱されたレールの頭部をオース
テナイト域温度から常温までの間を1〜10℃/secで加
速冷却することを特徴とする耐表面損傷性に優れたベイ
ナイト鋼レールの製造法である。
The present invention achieves the above objects, and the gist of the invention is that C: 0.15 to 0.45% Si: 0.15% by weight.
~ 1.00% Mn: 0.20-2.00% Cr: 0.20
.About.2.00% and further Mo: 0.01-0.60% Cu: 0.05
~ 0.50% Ni: 0.05-2.00% Ti: 0.01
-0.05% V: 0.03-0.30% Nb: 0.01
~ 0.05% B: 0.0005 to 0.0050% of one or more kinds of rails, the balance of which is hot rolled steel having the balance iron and unavoidable impurities, or a rail that retains high temperature heat, or Manufacture of bainite steel rail with excellent surface damage resistance, which is characterized by accelerating cooling the head of a rail heated to a high temperature for the purpose of heat treatment at a temperature of austenite to room temperature at 1 to 10 ° C / sec. Is the law.

【0009】以下に本発明について詳細に説明する。ま
ず、レールの化学成分を上記のように定めた理由につい
て説明する。Cは一定の硬さを確保するための必須元素
であり、0.15%未満ではレール鋼としての耐摩耗性
を確保することが難しくなり、0.45%を超えると表
面損傷の発生に有害なパーライト組織が生成すること
や、また、ベイナイト変態速度が大きく低下し、完全に
ベイナイト変態を終了せずレールの靭性に有害なマルテ
ンサイト組織が生成するため、0.15〜0.45%に
限定した。
The present invention will be described in detail below. First, the reason why the chemical composition of the rail is determined as described above will be described. C is an essential element for ensuring a certain hardness, and if it is less than 0.15%, it becomes difficult to secure the wear resistance as rail steel, and if it exceeds 0.45%, it is harmful to the occurrence of surface damage. Pearlite structure is generated, and the bainite transformation rate is greatly reduced, and a martensite structure, which does not completely complete the bainite transformation and is harmful to the toughness of the rail, is generated. Limited

【0010】Siはベイナイト組織中のフェライト素地
に固溶することによって強度を向上させる元素である
が、0.15%以下では強度の向上が期待できない。ま
た、1.00%を超えるとレール圧延時に表面きずが発
生し易くなり、さらに、ベイナイト組織中に島状マルテ
ンサイト組織が生成し、レールの靭性を劣化させるた
め、0.15〜1.00%に限定した。
Si is an element that improves the strength by forming a solid solution in the ferrite matrix in the bainite structure, but if the content is 0.15% or less, the improvement in the strength cannot be expected. Further, if it exceeds 1.00%, surface flaws are likely to occur during rail rolling, and further, island martensite structure is generated in the bainite structure, degrading the toughness of the rail, and therefore 0.15 to 1.00. Limited to%.

【0011】MnはC同様に鋼の焼入れ性を高めフェラ
イト粒を細かくし、強度と靭性を同時に向上させる効果
を持つが、0.20%未満ではその効果が少なく、ま
た、2.00%を超えるとベイナイト組織中に表面損傷
の発生に有害なパーライト組織が生成するため、0.2
0〜2.00%に限定した。
Similar to C, Mn has the effect of enhancing the hardenability of steel and making the ferrite grains finer and simultaneously improving the strength and toughness, but if it is less than 0.20%, that effect is small, and if it is 2.00%. If it exceeds, a pearlite structure, which is harmful to the occurrence of surface damage, is generated in the bainite structure.
It was limited to 0 to 2.00%.

【0012】Crはベイナイト組織中のセメンタイトを
微細に分散させ強度を確保するために重要な元素である
が、0.20%未満ではベイナイト組織中にフェライト
組織およびフェライト・パーライト組織などの異種組織
が生成し、頭部での耐摩耗性が大きく低下する。また、
2.00%を超えるとベイナイト変態速度が大きく低下
し、完全にベイナイト変態を終了せずレールの靭性に有
害なマルテンサイト組織が生成するため、0.20〜
2.00%に限定した。
[0012] Cr is an important element for finely dispersing cementite in the bainite structure to secure the strength, but if it is less than 0.20%, different structures such as a ferrite structure and a ferrite-pearlite structure are present in the bainite structure. Generated, the wear resistance at the head is greatly reduced. Also,
If it exceeds 2.00%, the bainite transformation rate is significantly reduced, and the martensite structure harmful to the toughness of the rail is generated without completely completing the bainite transformation.
Limited to 2.00%.

【0013】また、上記の成分組成で製造されるレール
は靭性、延性、強度、さらには溶接時の材料劣化を防止
する目的で以下の元素を必要に応じて一種または二種類
以上を添加する。 Mo:0.01〜0.60% Cu:0.05
〜0.50% Ni:0.05〜2.00% Ti:0.01
〜0.05% V :0.03〜0.30% Nb:0.01
〜0.05% B :0.0005〜0.0050%
In addition, one or more kinds of the following elements are added to the rail manufactured with the above-mentioned component composition, if necessary, for the purpose of preventing toughness, ductility, strength, and material deterioration during welding. Mo: 0.01-0.60% Cu: 0.05
~ 0.50% Ni: 0.05-2.00% Ti: 0.01
-0.05% V: 0.03-0.30% Nb: 0.01
~ 0.05% B: 0.0005-0.0050%

【0014】次に、これらの化学成分を上記のように定
めた理由について説明する。MoはCr同様にベイナイ
ト組織の強化・安定、および溶接時の焼戻し脆化防止に
欠くことができない元素であるが、0.01%未満では
その効果が十分でなく、0.60%以上を超えるとベイ
ナイト変態速度が大きく低下し、完全にベイナイト変態
を終了せずレールの靭性に有害なマルテンサイト組織が
生成するため、0.01〜0.60%に限定した。Cu
は鋼の靭性を損なわず強度を向上させる元素である。そ
の効果は0.05〜0.50%の範囲で最も大きく、ま
た、0.50%を超えると赤熱脆性を生じさせることか
ら0.05〜0.50%の範囲に限定した。Niはオー
ステナイト粒を安定化させる元素であり、ベイナイト変
態温度を下げ、ベイナイト組織を微細化し、靭性を向上
させる効果を有するが、0.05%未満ではその効果が
著しく小さく、また、2.00%を超えるとベイナイト
変態速度が大きく低下し、レールの靭性に有害なマルテ
ンサイト組織を生成し易くするため、0.05〜2.0
0%の範囲に限定した。
Next, the reason why these chemical components are defined as described above will be explained. Mo is an element that is indispensable for strengthening / stabilizing the bainite structure and preventing temper embrittlement during welding, like Cr, but if its content is less than 0.01%, its effect is not sufficient and exceeds 0.60%. Since the bainite transformation rate is greatly reduced and the bainite transformation is not completely completed and a martensitic structure harmful to the toughness of the rail is generated, the content is limited to 0.01 to 0.60%. Cu
Is an element that improves the strength of steel without impairing its toughness. The effect is greatest in the range of 0.05 to 0.50%, and if it exceeds 0.50%, red heat embrittlement occurs, so the range was limited to 0.05 to 0.50%. Ni is an element that stabilizes austenite grains, and has the effect of lowering the bainite transformation temperature, refining the bainite structure, and improving the toughness, but if it is less than 0.05%, the effect is extremely small, and 2.00 %, The bainite transformation rate is significantly reduced, and a martensitic structure harmful to the toughness of the rail is easily generated.
The range was limited to 0%.

【0015】Tiは析出したTi(C,N)が高温でも
溶解しないことを利用して、レールの圧延加熱時のオー
ステナイト結晶粒の細粒化に寄与する。しかし、0.0
1%以下ではその効果が小さく、0.05%以上ではT
iNの粗大化が生じ、レール内部の疲労損傷の核となり
有害であり、0.01〜0.05%に限定した。VはV
(C,N)の析出によりベイナイト組織を強化すること
ができるが、0.03%以下ではその効果が十分でな
く、0.30%以上ではVの添加はV(C,N)の粗大
化によりかえって脆化を生じさせるため、0.03〜
0.30%に限定した。Nbはオーステナイト結晶粒微
細化元素であり、レール鋼の靭性および延性を向上させ
ることができるが、0.01%以下ではその効果が十分
でなく、0.05%以上ではNbの金属間化合物が生成
し脆化を引き起こすため、0.01〜0.05%に限定
した。Bはオーステナイト粒界から生成するフェライト
の生成を抑制する効果があり、ベイナイト組織を安定的
に生成させるためには有効な元素である。しかし、0.
0005%以下ではその効果が弱く、0.0050%以
上添加するとBの粗大な化合物が生成し、レール材質を
劣化させるため0.0005〜0.0050%に限定し
た。
By utilizing the fact that precipitated Ti (C, N) does not dissolve even at high temperatures, Ti contributes to the refinement of austenite crystal grains during rolling and heating of the rail. But 0.0
If less than 1%, the effect is small, and if more than 0.05%, T
The iN is coarsened and becomes a nucleus of fatigue damage inside the rail, which is harmful and is limited to 0.01 to 0.05%. V is V
The precipitation of (C, N) can strengthen the bainite structure, but if 0.03% or less, the effect is not sufficient, and if V is 0.30% or more, addition of V causes coarsening of V (C, N). To cause embrittlement rather than 0.03 to
It was limited to 0.30%. Nb is an austenite grain refinement element and can improve the toughness and ductility of the rail steel, but if it is 0.01% or less, its effect is not sufficient, and if it is 0.05% or more, the intermetallic compound of Nb is present. Since it is generated and causes embrittlement, it is limited to 0.01 to 0.05%. B has an effect of suppressing the generation of ferrite generated from austenite grain boundaries, and is an effective element for stably generating a bainite structure. However, 0.
The effect is weak at 0005% or less, and if 0.0050% or more is added, a coarse compound of B is formed and the rail material is deteriorated, so the content is limited to 0.0005 to 0.0050%.

【0016】上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レールとして製造される。次に、
冷却条件について前記のように定めた理由について説明
する。前記のような成分組成で構成されるレールは、転
炉、電気炉などの通常使用される溶解炉で溶製を行い、
造塊・分塊あるいは連続鋳造法においてレール圧延用素
材を熱間圧延した高温度の熱を保有するレール、あるい
は熱処理する目的で高温に加熱されたレールの頭部をオ
ーステナイト域温度から常温までの間を1〜10℃/sec
で加速冷却することによって製造されるレールは、加速
冷却することにより、低合金で、かつ、ベイナイト組織
を安定に生成させることが可能となる。
The rail steel composed of the above-described composition is melted in a commonly used melting furnace such as a converter or an electric furnace, and the molten steel is ingot-segmented or continuously cast,
Further, it is manufactured as a rail through hot rolling. next,
The reason for setting the cooling conditions as described above will be described. Rails composed of the above component composition are melted in a commonly used melting furnace such as a converter or an electric furnace.
In the ingot / segmentation or continuous casting method, the rail for hot rolling the material for rail rolling has high temperature heat, or the head of the rail heated to high temperature for the purpose of heat treatment is changed from austenite temperature to normal temperature. 1-10 ℃ / sec
The rail manufactured by accelerated cooling with a low alloy can stably generate a bainite structure by accelerated cooling.

【0017】冷却速度を上記のように定めた理由を詳細
に説明する。まず、オーステナイト域温度から常温まで
の間を1〜10℃/secの範囲で加速冷却する理由につい
て説明する。加速冷却速度を1〜10℃/secの範囲に限
定した理由は、上記成分系において1℃/sec以下で冷却
すると、ベイナイト組織中にフェライト組織およびパー
ライト組織などの異種組織が生成し、レールの強度、耐
摩耗性を確保することが困難となり、さらに、表面損傷
を誘発させるため1℃/sec以上に限定した。また、10
℃/sec以上で冷却すると、ベイナイト変態を完全に終了
せずにマルテンサイト変態を引き起こし、ベイナイト組
織中に硬いマルテンサイト組織が生成し、レールの靭性
に悪影響をおよぼすために10℃/sec以上に限定した。
すなわち、本発明においてオーステナイト域温度から常
温までの間を1〜10℃/secで加速冷却することによ
り、低合金で、かつ、安定したベイナイト組織が得られ
る。加速冷却時の冷却媒体は空気あるいはミストなどの
気液混合物を用いる。上記のような本発明法によって製
造されたベイナイト組織を呈するレールは、高速旅客鉄
道用のレールとして要求される耐表面損傷性を有してい
る。
The reason for setting the cooling rate as described above will be described in detail. First, the reason why accelerated cooling is performed in the range of 1 to 10 ° C./sec from the temperature of austenite to room temperature will be described. The reason for limiting the accelerated cooling rate to the range of 1 to 10 ° C / sec is that when the above component system is cooled at 1 ° C / sec or less, different structures such as a ferrite structure and a pearlite structure are generated in the bainite structure, and It was difficult to secure strength and wear resistance, and further, it was limited to 1 ° C / sec or more in order to induce surface damage. Also, 10
Cooling at ℃ / sec or more causes martensitic transformation without completely ending the bainite transformation, hard martensitic structure is generated in the bainite structure, and adversely affects the toughness of the rail. Limited
That is, in the present invention, by performing accelerated cooling at a temperature of 1 to 10 ° C./sec from the austenite region temperature to room temperature, a low alloy and stable bainite structure can be obtained. A gas-liquid mixture such as air or mist is used as a cooling medium during accelerated cooling. The rail having a bainite structure produced by the method of the present invention as described above has the surface damage resistance required as a rail for a high-speed passenger railway.

【0018】[0018]

【実施例】次に、本発明の実施例について説明する。表
1に、本発明鋼と比較鋼の化学成分および冷却条件を示
す。表2に本発明鋼と比較鋼の硬さ、西原式摩耗試験に
おける乾燥条件下での50万回繰り返し後の摩耗量測定
結果およびレールおよび車輪の形状を1/4に縮尺加工
した円盤試験片による水潤滑ころがり疲労試験の表面損
傷発生寿命を示す。
EXAMPLES Next, examples of the present invention will be described. Table 1 shows the chemical composition and cooling conditions of the present invention steel and the comparative steel. Table 2 shows the hardness of the steels of the present invention and comparative steels, the results of measuring the amount of wear after repeated 500,000 times under dry conditions in the Nishihara-type wear test, and disk test pieces obtained by scaling the shapes of rails and wheels to 1/4. Figure 3 shows the surface damage occurrence life of water-lubricated rolling fatigue test.

【0019】なお、レールの構成材料の組織は以下のと
おりである。 ・本発明レール(8本) 符号A、符号B、符号C、符号D、符号E、符号F、符
号G、符号H: レール頭部を加速冷却することによって製造されるベイ
ナイト組織を呈するレール ・比較レール(3本) 符号I:圧延後自然放冷されたベイナイト組織を呈する
レール 符号J:圧延終了直後の熱片状態あるいは、圧延終了後
再加熱することによってレール頭部のみを熱処理したパ
ーライト組織を呈するレール 符号K:圧延後自然放冷されたパーライト組織を呈する
レール
The structure of the rail constituent material is as follows. -Invention rail (8) Code A, code B, code C, code D, code E, code F, code G, code H: Rail exhibiting bainite structure manufactured by accelerated cooling of the rail head. Comparative rails (three) Reference code I: Rail exhibiting bainite structure naturally cooled after rolling Reference code J: Hot piece state immediately after completion of rolling or pearlite structure in which only rail head is heat-treated by reheating after completion of rolling Showing the reference sign K: a rail showing a pearlite structure that is naturally cooled after rolling

【0020】また試験条件は次のとおりとした。 摩耗試験条件(全試験レール共通) ・試験機 :西原式摩耗試験機 ・試験片形状:円盤状試験片(外径:30mm、内径:1
6mm、厚さ:8mm) ・試験荷重 :490N ・すべり率 :9% ・相手材 :焼き戻しマルテンサイト鋼(Hv35
0) ・雰囲気 :大気中 ・繰返し回数:50万回
The test conditions were as follows. Abrasion test conditions (common to all test rails) -Testing machine: Nishihara-type abrasion tester-Test piece shape: Disc-shaped test piece (outer diameter: 30 mm, inner diameter: 1
6mm, thickness: 8mm) ・ Test load: 490N ・ Slip ratio: 9% ・ Mating material: Tempered martensitic steel (Hv35
0) ・ Atmosphere: In air ・ Number of repetitions: 500,000 times

【0021】ころがり疲労試験 ・試験機 :ころがり疲労試験機 ・試験片形状:円盤状試験片(外径:200mm、レール
材断面形状:60Kレールの1/4モデル) ・試験荷重 :1.0トン(ラジアル荷重) ・雰囲気 :乾燥+水潤滑(60cc/min) ・回転数 :乾燥;100rpm 、水潤滑;300rpm ・繰返し回数:0〜5000回まで乾燥状態、その後水
潤滑により損傷発生まで
Rolling Fatigue Test ・ Testing Machine: Rolling Fatigue Testing Machine ・ Shape of test piece: Disc-shaped test piece (outer diameter: 200 mm, rail material cross-sectional shape: 1/4 model of 60K rail) ・ Test load: 1.0 ton (Radial load) -Atmosphere: Drying + water lubrication (60cc / min) -Rotational speed: Drying; 100 rpm, water lubrication; 300 rpm-Number of repetitions: 0 to 5000 times in a dry state, and then until water damage causes damage

【0022】[0022]

【表1】 [Table 1]

【0023】[0023]

【表2】 [Table 2]

【0024】表2で明らかなように、本発明レールA,
B,C,D,E,F,G,Hは、従来のパーライト組織
を呈するレールJ,Kと比較して、摩耗量が多く、ころ
がり疲労損傷発生寿命が大きく改善する。また、圧延ま
まのベイナイト組織を呈するレールIと比較してもころ
がり疲労損傷発生寿命が大きく改善する。
As is clear from Table 2, the rails A of the present invention,
B, C, D, E, F, G, and H have a large amount of wear and greatly improve the rolling fatigue damage occurrence life, as compared with the rails J and K having the conventional pearlite structure. Further, the rolling fatigue damage occurrence life is greatly improved as compared with the rail I having the as-rolled bainite structure.

【0025】[0025]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば高速
運転区間で要求されるレール表面のころがり疲労損傷抵
抗性に優れたベイナイト組織を有するレールを提供で
き、その工業上の効果は極めて大きい。
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a rail having a bainite structure excellent in rolling fatigue damage resistance of the rail surface required in a high-speed operation section, and its industrial effect is extremely large. .

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C22C 38/54 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification code Office reference number FI technical display location C22C 38/54

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 重量%で C :0.15〜0.45% Si:0.15〜1.00% Mn:0.20〜2.00% Cr:0.20〜2.00% を含有し、残部が鉄および不可避不純物からなる鋼を熱
間圧延した高温度の熱を保有するレール、あるいは熱処
理する目的で高温に加熱されたレールの頭部をオーステ
ナイト域温度から常温までの間を1〜10℃/secで加速
冷却することを特徴とする耐表面損傷性に優れたベイナ
イト鋼レールの製造法。
1. By weight%, C: 0.15 to 0.45% Si: 0.15 to 1.00% Mn: 0.20 to 2.00% Cr: 0.20 to 2.00% However, the rail that holds high temperature heat obtained by hot rolling steel with the balance being iron and inevitable impurities, or the head of the rail that is heated to high temperature for the purpose of heat treatment is A method for manufacturing a bainite steel rail with excellent surface damage resistance, which is characterized by accelerated cooling at 10 ° C / sec.
【請求項2】 重量%で C :0.15〜0.45% Si:0.15〜1.00% Mn:0.20〜2.00% Cr:0.20〜2.00% を含有し、さらに、 Mo:0.01〜0.60% Cu:0.05〜0.50% Ni:0.05〜2.00% Ti:0.01〜0.05% V :0.03〜0.30% Nb:0.01〜0.05% B :0.0005〜0.0050%の一種または二種
以上 を含有し、残部が鉄および不可避不純物からなる鋼を熱
間圧延した高温度の熱を保有するレール、あるいは熱処
理する目的で高温に加熱されたレールの頭部をオーステ
ナイト域温度から常温までの間を1〜10℃/secで加速
冷却することを特徴とする耐表面損傷性に優れたベイナ
イト鋼レールの製造法。
2. C: 0.15 to 0.45% Si: 0.15 to 1.00% Mn: 0.20 to 2.00% Cr: 0.20 to 2.00% by weight Further, Mo: 0.01 to 0.60% Cu: 0.05 to 0.50% Ni: 0.05 to 2.00% Ti: 0.01 to 0.05% V: 0.03 to 0.30% Nb: 0.01 to 0.05% B: 0.0005 to 0.0050% One or two or more types, with the balance being iron and unavoidable impurities, hot-rolled high temperature Resistance to surface damage, characterized by accelerating cooling of the rail holding the heat of the rail or the head of the rail heated to a high temperature for the purpose of heat treatment at a temperature of 1 to 10 ° C / sec from the austenite temperature to room temperature Excellent bainite steel rail manufacturing method.
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CN107699809A (en) * 2017-09-27 2018-02-16 江苏双星特钢有限公司 A kind of fabricated in situ Mo2FeB2Particle enhancing iron-based composite liner material and preparation method thereof
CN108342652A (en) * 2018-05-16 2018-07-31 中唐空铁科技有限公司 A kind of hot rolling sky iron track shaped steel

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