JPH0790494A - Rail excellent in rolling fatigue damage resistance - Google Patents

Rail excellent in rolling fatigue damage resistance

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JPH0790494A
JPH0790494A JP23992593A JP23992593A JPH0790494A JP H0790494 A JPH0790494 A JP H0790494A JP 23992593 A JP23992593 A JP 23992593A JP 23992593 A JP23992593 A JP 23992593A JP H0790494 A JPH0790494 A JP H0790494A
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泰康 横山
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Abstract

PURPOSE:To produce a rail excellent in rolling fatigue damage resistance by specifying the compsn. constituted of C, Si, Mn, P, S, Cr, V and iron and regulating the hardness of the uniform bainitic structure and head corner part into specified one. CONSTITUTION:The compsn. of a rail is constituted of the one contg., by weight, 0.15 to 0.45% C, 0.05 to 1.0% Si, 0.30 to 2.5% Mn, <=0.03% P, <=0.03% S, 0.70 to 3. 00% Cr and 0.005 to 0.05% V, and the balance Fe with inevitable impurities. The microstructure of the head is formed into a uniform bainitic one, and the hardness of any position of the head and the head corner part is regulated to 240 to 390 by Hv. The bainitic structure is obtd., after rolling, by subjecting rail stock to air cooling or accelerated cooling. In addition to the same components, prescribed amounts of one or more kinds of Nb and Ti and one or more kinds among Cu, Ni and Mo may be incorporated according to necessary. Thus, the wear amount is increased more than that in the conventional rail to obtain the rail excellent in rolling fatigue resistance.

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、鉄道においてレールの
寿命を左右する頭頂並びに頭部コーナー部に生じる転動
疲労損傷に対する耐損傷性に優れたレールに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a rail having excellent resistance to rolling fatigue damage that occurs at the crown and head corners that affect the life of the rail in a railway.

【0002】[0002]

【従来の技術】鉄道輸送は他の輸送機関と比較して輸送
効率が高く、年々高速化、ダイヤの過密化が指向されて
おり、レールに対する負荷が年々過酷になっている。こ
のため、直線部においてはレール頭頂面の、曲線部にお
いては頭部コーナー部の転動疲労損傷が増加している。
2. Description of the Related Art Rail transportation has a higher transportation efficiency than other transportation means, and is aimed at speeding up and congestion of timetables year by year, and the load on rails is becoming severer year by year. For this reason, rolling fatigue damage increases on the rail top surface in the straight portion and in the head corner portion in the curved portion.

【0003】従って、レールに求められる特性もより高
性能化しつつあり、これまで以上に転動疲労特性に対す
る耐損傷性に優れるレールが求められている。このよう
なレールとしては、例えば特公昭55−2388号公報
に開示されているような頭部を高温に再加熱して所定の
温度域から冷却し、700〜650℃の温度域を10.
5〜15℃/秒の速度で冷却することにより得られる熱
処理レールが知られている。このような熱処理レールは
特に頭部の硬度が高いことから軸重の高い鉄道に使用さ
れ優れた特性を示している。
Therefore, the characteristics required for rails are becoming higher in performance, and there is a demand for rails that are more excellent in damage resistance against rolling fatigue characteristics than ever before. As such a rail, for example, the head as disclosed in Japanese Patent Publication No. 55-2388 is reheated to a high temperature and cooled from a predetermined temperature range, and a temperature range of 700 to 650 ° C. is set to 10.
Heat-treated rails obtained by cooling at a rate of 5 to 15 ° C / sec are known. Since such a heat-treated rail has a particularly high hardness at the head, it is used in railways with a high axial load and exhibits excellent characteristics.

【0004】また特開平2−282448号公報には、
C量を従来レールよりも幾分か低くして、さらに頭頂部
と頭部コーナー部に硬度差を付け、耐ころがり疲労損傷
性を良好にしたレールが開示されている。
Further, Japanese Patent Laid-Open No. 2-2824848 discloses that
A rail is disclosed in which the amount of C is slightly lower than that of a conventional rail, and a hardness difference is further provided between the crown and the head corner to improve rolling fatigue damage resistance.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ところで、最近高速化
の進んでいる在来線において、これまで新幹線に敷設し
たレールにしか認められなかったレール頭頂面シェリン
グが発生するようになり、この対応に苦慮している。
By the way, in conventional lines whose speed has been recently increased, rail top shelling, which has been observed only in rails laid on Shinkansen trains, has occurred. I have a hard time.

【0006】頭頂面シェリングの発生原因については、
全てが解明されているわけではないが、その原因の一つ
として、車輪の走行、スリップ時のレール表面の急速加
熱・急速冷却によりレールの表面に白色層と称されるマ
ルテンサイト層の生成が報告されている。この場合、白
色層は非常に硬いことからマトリクスとの境界に割れが
発生し、進展することによりシェリング損傷に至るとさ
れている。
Regarding the cause of the parietal surface shelling,
Although not all have been clarified, one of the causes is the formation of a martensite layer called a white layer on the surface of the rail due to rapid heating / cooling of the rail surface during wheel running and slipping. It has been reported. In this case, it is said that the white layer is so hard that cracks occur at the boundary with the matrix and the cracks propagate to lead to shelling damage.

【0007】白色層の硬さは一般にC量によって決ま
り、C量が多いほど白色層の硬さが高くなる。従来のレ
ールは、特公昭55−2388号公報に開示されたもの
を含め、C量が0.65〜0.85%と多いことから白
色層が生成した場合、硬さが高くなる点が弱点となって
いる。また、従来のレールはミクロ組織がパーライト組
織となっており、軟らかいフェライト層と硬いセメンタ
イト層がラメラー状となっていることから摩耗し難く、
一度生成した白色層が、列車の通過時の車輪とレールの
接触に伴う摩耗によっても除去されず、損傷の起点とな
りやすい点も欠点となっている。
The hardness of the white layer is generally determined by the amount of C, and the higher the amount of C, the higher the hardness of the white layer. Conventional rails, including those disclosed in Japanese Examined Patent Publication No. 55-2388, have a large amount of C of 0.65 to 0.85%. Therefore, when a white layer is formed, the hardness is high. Has become. In addition, the conventional rail has a pearlite microstructure and is hard to wear because the soft ferrite layer and hard cementite layer are lamellar.
There is also a drawback in that the white layer that has been once generated is not removed even by the abrasion caused by the contact between the wheel and the rail during passage of the train, and is likely to be the starting point of damage.

【0008】本発明者たちは、この問題に対処するため
白色層の硬さが低く、また白色層が生成しても列車通過
時の車輪とレールの接触による摩耗によって除去される
ようなレールを検討した。白色層すなわちマルテンサイ
トの硬さはC量によって一義的に決まることからこの硬
さを低くするためにはC量を低くすることが有効であ
る。
In order to address this problem, the present inventors have proposed a rail whose white layer has a low hardness and which is removed by abrasion due to contact between the wheel and the rail when the train passes even if the white layer is formed. investigated. Since the hardness of the white layer, that is, martensite, is uniquely determined by the amount of C, it is effective to reduce the amount of C in order to reduce the hardness.

【0009】しかし、C量を低くしただけのレールで
は、強度が低くなりレール表面に大きな塑性フローが生
じ、これがきしみ割れ等の別種の損傷となるという問題
が生じた。これに対しては、例えば前述の特開平2−2
82448で開示されているようにC量の低いレールで
頭部コーナー部のみを熱処理等で高硬度とするレールが
開発されている。けれども実際の鉄道における列車の走
行においては、車輪とレールの接触は一様ではなく、高
硬度化した頭部コーナー近傍部が車輪と接触することが
あり、この場合には頭頂部に接触が生じず、摩耗量を増
やすことにより白色層の除去を行うという当初の目的が
達成されないため白色層は除去され難く、耐転動疲労損
傷性が必ずしも良好とはいえないという欠点があった。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、耐
転動疲労損傷性に優れたレールを提供することを目的と
する。
However, in a rail with only a small amount of C, the strength is lowered and a large plastic flow occurs on the rail surface, which causes another kind of damage such as squeak cracking. For this, for example, the above-mentioned Japanese Patent Laid-Open No. 2-2
As disclosed in No. 82448, a rail having a low C content has been developed in which only the head corners have high hardness by heat treatment or the like. However, in the actual running of trains on railways, the contact between the wheels and the rails is not uniform, and the hardened corners of the head may come into contact with the wheels.In this case, contact occurs at the crown. However, since the original purpose of removing the white layer by increasing the amount of wear is not achieved, it is difficult to remove the white layer, and rolling fatigue damage resistance is not necessarily good.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a rail having excellent rolling fatigue damage resistance.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段及び作用】本願発明者ら
は、上記のような従来技術の欠点を考慮した結果、複雑
な熱処理を行うことなく頭頂部及び頭部コーナー部が共
に塑性フローによる損傷が生じない程度の均一な硬さを
有し、疲労強度及び硬さが従来レールと同等であり、さ
らに頭部のミクロ組織を全面ベイナイト組織とすること
で従来レールよりも1.3〜3.0倍摩耗量を多くする
ことによって、白色層の除去が可能となり、転動疲労損
傷に対する耐損傷性に優れることを見出した。さらに微
量合金元素を加えることにより摩耗量は全面ベイナトイ
組織の場合と同等で、かつ白色層の生成を抑制し、頭部
が内部まで同一硬さを示すことから使用寿命が著しく延
びることも明らかにした。
As a result of considering the drawbacks of the prior art as described above, the inventors of the present application have found that both the crown and the head corner are damaged by the plastic flow without complicated heat treatment. It has a uniform hardness that does not occur, the fatigue strength and hardness are equivalent to those of the conventional rail, and the entire head bainite structure has a microstructure of 1.3-3. It has been found that the white layer can be removed and the damage resistance to rolling fatigue damage is excellent by increasing the wear amount by 0 times. Furthermore, by adding a trace amount of alloying elements, the amount of wear is the same as in the case of a full-scale Bayner toy structure, the formation of a white layer is suppressed, and the head shows the same hardness to the inside, which clearly extends the service life. did.

【0011】本発明は以上の知見に基づいてなされたも
のであり、重量%で、C:0.15〜0.45%、S
i:0.05〜1.0%、Mn:0.30〜2.5%、
P:0.03%以下、S:0.03%以下、Cr:0.
70〜3.00%、V:0.005〜0.05%を含有
し、残部が鉄及び不可避不純物からなり、頭部が均一ベ
イナイト組織であり、硬さが頭頂及び頭部コーナー部の
いずれの位置においてもHvで240〜390の間であ
ることを特徴とする耐転動疲労損傷性に優れたレールを
提供する。
The present invention has been made on the basis of the above findings, and in% by weight, C: 0.15 to 0.45%, S
i: 0.05 to 1.0%, Mn: 0.30 to 2.5%,
P: 0.03% or less, S: 0.03% or less, Cr: 0.
70 to 3.00%, V: 0.005 to 0.05%, the balance consisting of iron and unavoidable impurities, the head has a uniform bainite structure, and the hardness is either the crown or the head corner. The rail having excellent resistance to rolling contact fatigue damage is also provided at Hv between 240 and 390.

【0012】また、重量%で、Nb:0.005〜0.
01%、Ti:0.001〜0.01%の1種又は2種
をさらに含有することを特徴とする耐転動疲労損傷性に
優れたレールを提供する。
Further, in% by weight, Nb: 0.005 to 0.
Provided is a rail excellent in rolling contact fatigue damage resistance, characterized by further containing one or two of 01% and Ti: 0.001 to 0.01%.

【0013】さらに、上記基本組成に、又は上記元素を
さらに含有した組成に、さらにCu:0.05〜2.0
%、Ni:0.05〜2.0、Mo:0.005〜0.
05%の1種又は2種以上を含有させたことを特徴とす
る耐転動疲労損傷性に優れたレールを提供する。
Further, in the above basic composition or in the composition further containing the above element, Cu: 0.05 to 2.0
%, Ni: 0.05 to 2.0, Mo: 0.005 to 0.
Disclosed is a rail excellent in rolling contact fatigue damage resistance, characterized by containing 05% of one kind or two or more kinds.

【0014】以下、本発明について詳細に説明する。ま
ず、化学成分の限定理由について説明する。なお、以下
の説明において、%表示は全て重量%を表わす。
The present invention will be described in detail below. First, the reasons for limiting the chemical components will be described. In addition, in the following description, all percentages represent% by weight.

【0015】C:0.15〜0.45% Cは白色層の硬さとレールそのものの強度に重要な影響
を与える元素であり、その含有量が0.45%を超える
とレール頭頂部における白色層の硬さが著しく硬くな
り、母材の硬度差が高くなりすぎることからシェリング
損傷の起点となる。一方、0.15%未満では母材の強
度が低くなり、塑性フローが著しく、これを起点とする
損傷が発生する。従って、C量を0.15〜0.45%
に規定する。
C: 0.15 to 0.45% C is an element that has an important influence on the hardness of the white layer and the strength of the rail itself. If the content exceeds 0.45%, the white color at the top of the rail head is white. The hardness of the layer becomes extremely hard and the difference in hardness of the base material becomes too high, which causes the shelling damage. On the other hand, if it is less than 0.15%, the strength of the base material becomes low, the plastic flow is remarkable, and damage originating from this occurs. Therefore, the C content is 0.15 to 0.45%
Prescribed in.

【0016】Si:0.05〜1.0% Siは、脱酸剤として有効なだけでなく、マトリクスに
固溶して強度を上昇させる元素であるが、その含有量が
0.05%未満ではその効果が認められない。また1.
0%を超えるとマトリクスが脆化し、また硬いSiO2
がマトリクス中に分散してこれがシェリングの起点とな
る。従って、Si量を0.05〜1.0%に規定する。
Si: 0.05 to 1.0% Si is an element that is not only effective as a deoxidizing agent but also forms a solid solution in the matrix to increase the strength, but its content is less than 0.05%. Then the effect is not recognized. Also 1.
If it exceeds 0%, the matrix becomes brittle and hard SiO 2
Are dispersed in the matrix, and this is the starting point of shelling. Therefore, the amount of Si is specified to be 0.05 to 1.0%.

【0017】Mn:0.30〜2.5% Mnはマトリクスに固溶して焼入性を高め高強度化する
元素であるが、0.30%未満ではその効果が認められ
ず、2.5%を超えると偏析部にマルテンサイトを生成
しやすくなり、損傷の起点となる。従って、Mn量を
0.30〜2.5%に規定する。
Mn: 0.30 to 2.5% Mn is an element that forms a solid solution in the matrix to enhance hardenability and enhance strength, but if it is less than 0.30%, its effect is not recognized. If it exceeds 5%, martensite is likely to be generated in the segregated portion, which becomes a starting point of damage. Therefore, the Mn content is specified to be 0.30 to 2.5%.

【0018】P:0.03%以下 Pは靭性を劣化させることから、0.03%以下に規定
する。 S:0.03%以下 Sは主に介在物の形態で鋼中に存在するが、0.03%
を超えるとこの介在物量が著しく増加し、マトリクスを
脆化せしめることから、0.03%以下に規定する。
P: 0.03% or less Since P deteriorates the toughness, it is specified to be 0.03% or less. S: 0.03% or less S is mainly present in the steel in the form of inclusions, but 0.03%
If it exceeds 0.1%, the amount of the inclusions remarkably increases to embrittle the matrix, so the content is specified to be 0.03% or less.

【0019】Cr:0.70〜3.00% Crはベイナイト焼入性を増加する元素であり、本発明
鋼のようにミクロ組織をベイナイト組織として高強度化
を図るために非常に重要な元素であるが、0.70%未
満ではベイナイト焼入性が低く、ミクロ組織が均一なベ
イナイト組織とならない。一方、3.00%を超えると
マルテンサイトが生成しやすくなり損傷の起点となる。
従って、Cr量を0.70〜3.00%に規定する。
Cr: 0.70 to 3.00% Cr is an element that increases the bainite hardenability, and is a very important element for enhancing the strength of the steel of the present invention by using the microstructure as a bainite structure. However, if it is less than 0.70%, the bainite hardenability is low and the bainite structure does not have a uniform microstructure. On the other hand, if it exceeds 3.00%, martensite is likely to be generated, which becomes a starting point of damage.
Therefore, the Cr amount is specified to be 0.70 to 3.00%.

【0020】V:0.005〜0.05% Vはマトリクス中のCと結び付いて圧延後に析出するこ
とから、頭部の内部まで析出強化により硬度を高くし、
レールの寿命を延ばすために有効なだけでなく、車輪の
走行、スリップ時における頭部表面の急速加熱時にCと
析出物を形成しておりこれが分解しないことから、結果
として急速加熱された部分の固溶C量を低減させ、白色
層の硬さを低くしてシェリング損傷を抑制するのに非常
に有効である。ただし、その量が0.005%未満では
その効果を有効に発揮することができない。また0.0
5%を超えて添加してもその効果は飽和してしまう。従
って、V量を0.005〜0.05%に規定する。
V: 0.005-0.05% V is associated with C in the matrix and precipitates after rolling. Therefore, the hardness is increased by precipitation strengthening to the inside of the head.
It is not only effective for extending the life of the rail, but also forms precipitates with C during the rapid heating of the head surface during running and slipping of the wheels, which does not decompose. It is very effective in reducing the amount of solute C and lowering the hardness of the white layer to suppress shelling damage. However, if the amount is less than 0.005%, the effect cannot be effectively exhibited. Also 0.0
Even if added over 5%, the effect is saturated. Therefore, the V amount is specified to be 0.005 to 0.05%.

【0021】Nb:0.005〜0.01% Ti:0.001〜0.01% Nb,TiはVと同様にマトリクス中のCと結び付いて
圧延後に析出することから、頭部の内部まで析出強化に
より硬度を高くし、レールの寿命を延ばすために有効な
だけでなく、車輪の走行、スリップ時における頭部表面
の急速加熱時にCと析出物を形成しており、これが分解
しないことから結果として急速加熱された部分の固溶C
量の低減に有効であり、白色層の硬さを低くしてシェリ
ング損傷の抑制に非常に有効である。その効果はVと複
合添加とすることで著しいが、Nbで0.005%未
満、Tiで0.001%未満の添加では有効ではない。
またNbで0.01%、Tiで0.01%を超えて添加
してもその効果は飽和してしまうだけでなく、析出物が
粗大化しやすく別の損傷原因となる可能性が生じる。従
って、Nb、Tiを含有させる場合には、その量はN
b:0.005〜0.01%、Ti:0.001〜0.
01%に規定され、これらの1種又は2種が添加され
る。
Nb: 0.005 to 0.01% Ti: 0.001 to 0.01% Similar to V, Nb and Ti are associated with C in the matrix and precipitate after rolling. Not only is it effective in increasing the hardness by precipitation strengthening and extending the life of the rail, but it also forms a precipitate with C when the head surface is rapidly heated when the wheel is running or slipping, and this does not decompose. As a result, the solid solution C of the rapidly heated portion
It is effective in reducing the amount, and is very effective in suppressing the shelling damage by lowering the hardness of the white layer. The effect is remarkable when combined with V, but is not effective when added with less than 0.005% of Nb and less than 0.001% of Ti.
Further, even if the addition amount of Nb exceeds 0.01% and the addition amount of Ti exceeds 0.01%, not only the effect is saturated, but also the precipitate is likely to be coarsened, which may cause another damage. Therefore, when Nb and Ti are contained, the amount is N
b: 0.005 to 0.01%, Ti: 0.001 to 0.
It is defined as 01%, and one or two of these are added.

【0022】Cu:0.05〜2.0% Ni:0.05〜2.0% Mo:0.005〜0.05% Cu,Ni,Moは、いずれもマトリクスに固溶してベ
イナイト焼入性を向上せしめ、高強度化するのに有効な
元素であるが、上記範囲未満ではその効果が認められ
ず、またその範囲を超えるとマルテンサイトが生成しや
すくなりシェリング損傷の起点となる。従って、Cu、
Ni、Moを含有させる場合には、その量はCu:0.
05〜2.0%、Ni:0.05〜2.0%、Mo:
0.005〜0.05%に規定され、これらの1種又は
2種以上が添加される。
Cu: 0.05 to 2.0% Ni: 0.05 to 2.0% Mo: 0.005 to 0.05% Cu, Ni and Mo all form a solid solution in the matrix and are bainite baked. Although it is an element effective for improving the penetrability and increasing the strength, its effect is not recognized when it is less than the above range, and when it exceeds the range, martensite is apt to be generated and becomes a starting point of shelling damage. Therefore, Cu,
When Ni and Mo are contained, the amount is Cu: 0.
05-2.0%, Ni: 0.05-2.0%, Mo:
It is specified to 0.005 to 0.05%, and one or more of these are added.

【0023】次に、本発明のレールのミクロ組織につい
て説明する。本発明ではレール頭部を均一ベイナイト組
織とする。ベイナイト組織は従来レールのパーライト組
織と比較して転位密度を増やして高強度化していること
からC量をパーライト鋼よりも低くすることが可能であ
る。また、パーライト組織では硬い炭化物(セメンタイ
ト)が層状に配向していることから摩耗し難いのに対
し、ベイナイト組織は炭化物がマトリクス中に微細な炭
化物として分散しているため、マトリクスの摩耗時に同
時に除去されることからパーライト組織と比較して摩耗
しやすいという特徴を有している。
Next, the microstructure of the rail of the present invention will be described. In the present invention, the rail head has a uniform bainite structure. Since the bainite structure has higher dislocation density and higher strength than the conventional rail pearlite structure, it is possible to make the C content lower than that of pearlite steel. Further, in the pearlite structure, hard carbides (cementite) are oriented in a layered form, which makes it difficult to wear, whereas in the bainite structure, since carbides are dispersed as fine carbides in the matrix, they are simultaneously removed when the matrix wears. Therefore, it has a feature that it is more easily worn as compared with the pearlite structure.

【0024】転動疲労損傷は、レール表面近傍において
疲労層が蓄積して発生する場合、もしくは白色層と母材
の境界から亀裂が生じてこれが進展して発生する場合が
考えられるが、いずれの場合においても蓄積した疲労層
もしくは生じた白色層を、列車が通過する時のレールと
車輪の接触により摩耗させて除去することにより損傷発
生を抑制することが可能である。従って、上述したよう
にレール頭部を所定の硬さを有する均一ベイナイト組織
にして摩耗しやすくすれば、転動疲労損傷性に優れたも
のとなるのである。このように白色層を摩耗により有効
に除去するためには、普通レール(JISによる、以下
同じ)と比較して摩耗量が多いことが必要であるが、著
しく摩耗量が多いとレール頭部の減肉が著しくなり、必
要な寿命が確保できない。実際には、摩耗量が普通レー
ルの1.3〜3.0倍であれば、必要な寿命を確保しつ
つ、転動疲労損傷性に優れたものとなる。本発明の成分
組成の鋼で製造され、以下に示す範囲の硬さを有するベ
イナイト組織であれば、摩耗量が普通レールの1.3〜
3.0倍の範囲であり、減肉による寿命も問題ない。な
お、このようなベイナイト組織は、圧延後、レール素材
を空冷又は加速冷却することにより得ることができる。
Rolling fatigue damage is considered to occur when a fatigue layer accumulates near the rail surface, or when a crack develops from the boundary between the white layer and the base material and develops. Even in such a case, damage can be suppressed by abrading and removing the accumulated fatigue layer or the generated white layer due to the contact between the rail and the wheel when the train passes. Therefore, as described above, if the rail head is made into a uniform bainite structure having a predetermined hardness so that it is easily worn, rolling fatigue damage is excellent. As described above, in order to effectively remove the white layer by wear, it is necessary that the wear amount is larger than that of a normal rail (JIS, the same applies hereinafter). The wall thickness is significantly reduced, and the required life cannot be secured. In practice, if the amount of wear is 1.3 to 3.0 times that of a normal rail, the rolling fatigue resistance is excellent while ensuring the required life. If the bainite structure is manufactured from the steel having the composition of the present invention and has a hardness in the range shown below, the wear amount is 1.3 to 10% of that of a normal rail.
It is in the range of 3.0 times, and there is no problem in life due to thinning. Such a bainite structure can be obtained by air-cooling or accelerating-cooling the rail material after rolling.

【0025】なお、レールの摩耗量については実際に敷
設した場合の摩耗量で評価することが最も望ましいが、
実敷設レールの接触条件をシミュレートした西原式摩耗
試験機を用いた比較試験により評価した値も有効であ
る。
It is most desirable to evaluate the amount of wear of the rail by the amount of wear when actually laid,
A value evaluated by a comparative test using a Nishihara-type abrasion tester that simulates the contact conditions of an actual laying rail is also effective.

【0026】硬さについては、頭頂部・頭部コーナー部
いずれの位置においてもHvで240〜390の硬さ有
することが必要である。ベイナイト組織で、かつこの範
囲の硬さを有していれば、普通レールよりも磨耗量が多
く、転動疲労損傷性が良好である。この場合に、ベイナ
イト組織で頭頂部、頭部コーナー部を実質的に均一硬さ
とすることは、複雑な熱処理が不要であるためコスト的
に望ましい。
Regarding the hardness, it is necessary to have a hardness of 240 to 390 in Hv at any position of the crown and the head corner. If it has a bainite structure and a hardness within this range, the amount of wear is larger than that of a normal rail, and the rolling fatigue damage resistance is good. In this case, it is desirable in terms of cost to make the crown and head corners of the bainite structure substantially uniform in hardness, because complicated heat treatment is unnecessary.

【0027】また、頭部コーナー部はHvで240〜3
90あれば塑性フローは従来レールと同等であり、塑性
フローを起点とする損傷は発生しない。Hvで390を
超えると摩耗量が低下するため不都合が生じること、ベ
イナイト組織でHv390以上とするには合金添加量を
増加する必要があるため、コスト的に有効でないことか
ら390以下に規定する。
The head corner portion is Hv 240 to 3
If it is 90, the plastic flow is equivalent to that of the conventional rail, and the damage originating from the plastic flow does not occur. If Hv exceeds 390, the amount of wear is reduced, which causes inconvenience. To obtain Hv390 or higher in the bainite structure, it is necessary to increase the amount of alloy addition, and therefore it is not cost effective.

【0028】次に、実験例に基づいて、上述した本発明
における各要件の限定理由の根拠について説明する。図
1は摩耗減量比に及ぼすマトリクス組織、硬さの影響を
調査した結果である。供試鋼は表1に成分範囲を示すよ
うに、C,Si,Mn,Cr,Cu,Ni,Mo,V,
Nb,Tiを種々変化させた成分で、いずれも熱間圧延
により16mmの鋼板とし、一部の鋼板はエアー冷却を
行っている。これらの鋼板から外径30mm、幅8mm
の西原式摩耗試験片を採取し、在来線のレールと車輪の
接触をシミュレートした接触荷重135kg、すべり率
−10%、無潤滑条件で摩耗試験を行い、10万回転後
の摩耗減量を測定した。評価においては、普通レールの
摩耗量を測定し、普通レールに対する供試鋼の摩耗減量
比を求めて、この値を用いている。なお、図1の組織の
欄において、Pはパーライトを示し、Bはベイナイトを
示す。
Next, the grounds for the reasons for limiting the above-mentioned requirements of the present invention will be described based on experimental examples. FIG. 1 shows the results of investigating the effects of matrix structure and hardness on the wear reduction ratio. As shown in Table 1, the composition range of the test steel is C, Si, Mn, Cr, Cu, Ni, Mo, V,
Nb and Ti are variously changed components, and each is hot-rolled into a steel plate of 16 mm, and some of the steel plates are air-cooled. Outer diameter 30 mm, width 8 mm from these steel plates
A Nishihara type wear test piece was sampled and a wear test was carried out under a non-lubricated condition with a contact load of 135 kg simulating contact between a conventional rail and wheel, a slip rate of -10%, and the wear reduction after 100,000 rotations. It was measured. In the evaluation, the wear amount of the ordinary rail is measured, the wear reduction ratio of the sample steel to the ordinary rail is obtained, and this value is used. In addition, in the column of the structure of FIG. 1, P shows pearlite and B shows bainite.

【0029】[0029]

【表1】 [Table 1]

【0030】図1から理解できるように、マトリクス硬
さの増加に伴い摩耗減量が減少している。普通レールは
Hv240以上の硬さを有しており、この硬さでレール
頭部コーナー部のきしみ割れが重大な問題となっていな
いこと、きしみ割れはレールコーナー部の塑性変形によ
るものであり、コーナー部の強度(硬さ)のみで規定さ
れるものであることから、硬さの下限値はHv240以
上であれば問題ないことが理解できる。また、同一マト
リクス硬さにおいてはパーライト組織よりもベイナイト
組織の方が摩耗減量が大きい。このことから、普通レー
ルよりも摩耗減量を多くして耐損傷性に優れるようにす
るためには、頭部をベイナイト組織とする必要があるこ
とが理解できる。
As can be seen from FIG. 1, the wear loss decreases as the matrix hardness increases. Ordinary rails have a hardness of Hv240 or higher, and this hardness does not cause serious problems with creaking cracks in the rail head corners. The squeaking cracks are due to plastic deformation of the rail corners. Since it is defined only by the strength (hardness) of the corner portion, it can be understood that there is no problem if the lower limit of hardness is Hv240 or higher. Further, the wear loss of the bainite structure is larger than that of the pearlite structure at the same matrix hardness. From this, it can be understood that the head needs to have a bainite structure in order to increase the amount of wear loss and to improve the damage resistance as compared with a normal rail.

【0031】これまでの各種検討から、摩耗による疲労
層の除去には摩耗減量比が1.3倍以上あることが必要
であると考えられている。さらにレールの計画寿命の観
点からは、摩耗減量が普通レールの3.0倍を超えると
計画寿命に達する前にレール頭部の摩耗による減肉が著
しくなり使用不可能となることから、摩耗減量比の上限
は3.0倍となる。現在使用されているパーライト組織
を有する普通レールの硬さはHv240〜260程度で
あるが、これよりも摩耗減量比が1.3〜3.0倍の値
を示すベイナイト組織の硬さはHv240〜390であ
ることが図1から理解できる。従って、本発明の目的と
するベイナイト組織の硬さがHv240〜390であれ
ば、摩耗による疲労層の除去、レール頭部の減肉による
寿命、レール頭部コーナー部のきしみ割れのいずれの観
点からも満足できるレールとなることがこの図から示さ
れる。
From various studies to date, it is considered that the wear reduction ratio needs to be 1.3 times or more to remove the fatigue layer due to wear. Furthermore, from the viewpoint of the planned life of the rail, if the wear loss exceeds 3.0 times that of a normal rail, the metal loss due to the wear of the rail head will be significant before the planned life is reached, and it will be unusable. The upper limit of the ratio is 3.0 times. The hardness of a normal rail having a pearlite structure currently used is about Hv240 to 260, but the hardness of a bainite structure showing a wear reduction ratio of 1.3 to 3.0 times is higher than Hv240. It can be seen from FIG. 1 that it is 390. Therefore, if the hardness of the bainite structure that is the object of the present invention is Hv240 to 390, from the viewpoint of removal of the fatigue layer due to wear, life due to thinning of the rail head, and squeak cracking of the rail head corners. It is shown from this figure that the rail will be satisfactory.

【0032】図2はレール頭頂部表面に生成する白色層
の硬さ、厚さに及ぼすマトリクスのC量の影響を示した
ものである。供試鋼は表2に成分範囲を示すようにC量
を変化させた成分で、熱間圧延により16mmの鋼板と
した。これらの鋼板から直径3mmの円柱試験片を採取
し、西原式転動疲労試験機のレールサンプルを取り付け
る側にこの円柱試験片をセットし、車輪試験片と瞬間的
に接触させて、強制滑りによる急速加熱、急速冷却の実
レールにおけるすべりによる白色層生成をシミュレート
して生成した白色層の硬さ、厚さを評価した。
FIG. 2 shows the effect of the amount of C in the matrix on the hardness and thickness of the white layer formed on the rail crown surface. The sample steel was a steel sheet having a composition in which the C content was changed so as to show the composition range in Table 2, and was made into a steel plate of 16 mm by hot rolling. A cylindrical test piece with a diameter of 3 mm was sampled from these steel plates, and this cylindrical test piece was set on the side where the rail sample of Nishihara-type rolling contact fatigue tester was to be attached, and it was brought into instantaneous contact with the wheel test piece and forced sliding The hardness and thickness of the white layer produced by simulating the white layer formation due to slippage on the actual rail of rapid heating and rapid cooling were evaluated.

【0033】[0033]

【表2】 [Table 2]

【0034】図2から理解できるように、白色層の厚さ
はC量の減少により薄くなる。これはC量の低下に伴い
白色層生成における臨界冷却速度が高冷速側にシフトす
るために冷却速度の遅い内部では白色層が形成されない
ためであると考えられる。白色層の硬さはC量に大きく
依存し、C量の減少に伴い硬度が低下している。白色層
とマトリクスとに硬度差が有りすぎると摩耗による白色
層の除去の抵抗となることから、白色層の硬さはマトリ
クス硬さの1.75倍以内であることが必要と考えられ
る。図1に示したように摩耗減量比の観点からマトリク
ス硬さの上限をHv390としていることから、白色層
硬さはHv680以下とすることが必要である。従っ
て、C量の上限は0.45%となる。
As can be seen from FIG. 2, the thickness of the white layer becomes thinner as the C content decreases. It is considered that this is because the white layer is not formed in the inside where the cooling rate is slow because the critical cooling rate in forming the white layer shifts to the high cooling rate side as the amount of C decreases. The hardness of the white layer largely depends on the C content, and the hardness decreases as the C content decreases. It is considered that the hardness of the white layer needs to be 1.75 times or less than the matrix hardness, because if there is an excessive hardness difference between the white layer and the matrix, the resistance of the white layer is removed by abrasion. As shown in FIG. 1, since the upper limit of the matrix hardness is Hv390 from the viewpoint of the wear reduction ratio, the white layer hardness needs to be Hv680 or less. Therefore, the upper limit of the amount of C is 0.45%.

【0035】図3はレール頭頂部表面に生成する白色層
の厚さに及ぼす微量添加物の影響を示したものである。
供試鋼は表3に成分範囲を示すように0.4%Cをベー
スにV,Nb,Tiを変化させた成分で、熱間圧延によ
り16mmの鋼板とした。これらの鋼板から図2の場合
と同様、直径3mmの円柱試験片を採取し、西原式転動
疲労試験機のレールサンプルを取り付ける側にこの円柱
試験片をセットし、車輪試験片と瞬間的に接触させて、
強制滑りによる急速加熱、急速冷却の実レールにおける
すべりによる白色層生成をシミュレートして生成した白
色層の厚さを評価した。
FIG. 3 shows the effect of a trace amount of additive on the thickness of the white layer formed on the rail top surface.
The test steel was a composition in which V, Nb, and Ti were changed based on 0.4% C as shown in the composition range in Table 3, and a 16 mm steel plate was obtained by hot rolling. Similar to the case of Fig. 2, a cylindrical test piece with a diameter of 3 mm was sampled from these steel plates, and the cylindrical test piece was set on the side where the rail sample of the Nishihara-type rolling contact fatigue tester was attached, and the wheel test piece was momentarily attached. Contact them,
The thickness of the white layer was evaluated by simulating the white layer formation due to slip on the actual rail of rapid heating and rapid cooling due to forced sliding.

【0036】[0036]

【表3】 [Table 3]

【0037】図3から、V,Nb,Tiを添加すること
により白色層厚さが減少することが理解される。V,N
b,Tiは炭化物を形成し、急速加熱ではこの炭化物が
分解しないため、結果として固溶C量が減少して白色層
生成における臨界冷却速度が高冷速側にシフトし、冷却
速度の遅い内部で白色層が生成しなくなることから白色
層厚さが減少するのである。図3に示すように、この効
果はVが著しく大きく、Nb,Tiは炭化物生成能は高
いが、単独添加ではそれほど大きくはない。そして、そ
の効果は、Vで0.05%以上、Nb,Tiで0.01
%以上で飽和していることが確認される。また図3中に
黒塗りのマークで示すようにV添加系をベースにNb,
Tiを添加した場合、Vを単独で添加した場合よりも白
色の厚さが低下していることが理解できる。そして、こ
の場合には白色層の硬さも低下している。従って、N
b,Tiは単独では効果小さいが、Vとの複合添加によ
り上記効果が増大することから、Vとの複合添加が望ま
しいことが理解される。
From FIG. 3 it can be seen that the addition of V, Nb, Ti reduces the white layer thickness. V, N
b and Ti form carbides, and these carbides are not decomposed by rapid heating. As a result, the amount of solid solution C decreases, and the critical cooling rate in the formation of the white layer shifts to the high cooling rate side. As a result, the white layer is not formed, and the thickness of the white layer is reduced. As shown in FIG. 3, this effect has a remarkably large V, and although Nb and Ti have high carbide forming ability, they are not so large when added alone. The effect is 0.05% or more for V and 0.01 for Nb and Ti.
It is confirmed that it is saturated at over%. In addition, as shown by the black mark in FIG. 3, Nb based on the V addition system,
It can be seen that when Ti is added, the white thickness is lower than when V is added alone. And in this case, the hardness of the white layer is also reduced. Therefore, N
It is understood that b and Ti alone have a small effect, but the combined addition with V increases the above-mentioned effect, so that the combined addition with V is desirable.

【0038】図4はレール頭部の表面から内部30mm
位置までの硬さ分布に及ぼすマトリクスの成分の影響を
示したものである。供試鋼は表4に成分範囲を示すよう
にCu,Ni,Mo,V,Nb,Tiを変化させた成分
で、熱間圧延によりレール頭部の形状にシミュレート圧
延した後、頭部中央の表面から内部30mm位置までビ
ッカース硬さを測定した。
FIG. 4 shows an inner portion 30 mm from the surface of the rail head.
It shows the effect of the components of the matrix on the hardness distribution up to the position. The test steel is a composition in which Cu, Ni, Mo, V, Nb, and Ti are changed so that the composition range is shown in Table 4. After simulated rolling into the shape of the rail head by hot rolling, the center of the head Vickers hardness was measured from the surface to the position of 30 mm inside.

【0039】[0039]

【表4】 [Table 4]

【0040】図4から理解できるように内部硬さの低下
は、析出硬化元素であるV,Nb,Tiの添加により小
さくなる。また、ベイナイト焼入性を増加するCu,N
i,Moの複合添加によっても小さくなることが理解で
きる。但し、V,Nb,Tiの多量添加を行ってもレー
ル内部の硬さ低下の抑制が飽和することから、Vでは
0.05%以上、Nb,Tiの0.01%以上の添加は
必要ない。一方Cu,Ni,Moの多量の添加は表層に
マルテンサイト層を形成することから望ましくない。
As can be seen from FIG. 4, the decrease in internal hardness is reduced by the addition of the precipitation hardening elements V, Nb and Ti. In addition, Cu, N which increases bainite hardenability
It can be understood that the combined addition of i and Mo reduces the size. However, even if a large amount of V, Nb, or Ti is added, the suppression of the decrease in hardness inside the rail is saturated, so it is not necessary to add 0.05% or more for V and 0.01% or more for Nb, Ti. . On the other hand, addition of a large amount of Cu, Ni and Mo is not desirable because it forms a martensite layer on the surface layer.

【0041】[0041]

【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について説明
する。 (実施例1)表5の組成、ミクロ組織、硬さを有する供
試鋼について摩耗試験を行った。摩耗試験は、外径30
mm、幅8mmの試験片を供試鋼より採取し、鉄道車輪
材から同一寸法のタイヤ試験片を採取し、これらを西原
式摩耗試験機を用いて、在来線における接触状況として
報告されている接触荷重135kg、すべり率−10
%、潤滑剤無しの条件で接触させることで行った。そし
て、その際の摩耗減量と比較として行った普通レール材
の摩耗減量との比をとり、その摩耗減量比によって摩耗
性を評価した。その結果を表5に併記する。また、供試
鋼製造の際の加速冷却の有無も表5に併記した。
EXAMPLES Specific examples of the present invention will be described below. (Example 1) A wear test was conducted on sample steels having the compositions, microstructures and hardnesses shown in Table 5. Wear test for outer diameter 30
mm, width 8 mm test pieces were taken from the test steel, tire test pieces with the same dimensions were taken from the railroad wheel materials, and these were reported as contact conditions on conventional lines using the Nishihara abrasion tester. Contact load 135kg, slip rate -10
%, Contact was made under the condition of no lubricant. Then, the ratio of the amount of wear reduction at that time to the amount of wear reduction of the ordinary rail material obtained as a comparison was taken, and the wearability was evaluated by the ratio of the amount of wear reduction. The results are also shown in Table 5. In addition, Table 5 also shows whether or not accelerated cooling was performed during the production of the sample steel.

【0042】[0042]

【表5】 [Table 5]

【0043】表5に示すように、本発明よりもC量が高
く、パーライト組織を示しているE−4,7,9につい
ては、E−4,9が硬さがHvで250,350と本発
明の範囲内を満たすが、摩耗減量比が1.00,0.9
5と低く、E−7は摩耗減量比が1.40と良好である
が硬さがHvで200と本発明の下限値未満であるため
実用に共し得ない。
As shown in Table 5, with respect to E-4,7,9 having a higher C content than the present invention and showing a pearlite structure, the hardness of E-4,9 is 250,350 at Hv. While satisfying the range of the present invention, the wear reduction ratio is 1.00, 0.9
The wear reduction ratio of E-7 is as low as 5, and the wear reduction ratio is as good as 1.40, but the hardness is 200 at Hv, which is less than the lower limit of the present invention, and is not practical.

【0044】E−1,2,3,5,6,8はベイナイト
組織を呈しているが、E−2はCrが0.65%と本発
明の範囲未満であることから、硬さがHvで230と低
く、摩耗減量比が3.58と多すぎる結果となってい
る。E−6はMnが3.05%と本発明の範囲を超えて
おり、硬さがHvで420と高く、摩耗減量比も1.2
0と十分な摩耗性とはいえない。
E-1,2,3,5,6,8 has a bainite structure, but E-2 has a Cr content of 0.65%, which is below the range of the present invention. The value is as low as 230 and the wear reduction ratio is 3.58, which is too large. E-6 has a Mn of 3.05%, which exceeds the range of the present invention, has a high hardness of 420 as Hv, and has a wear reduction ratio of 1.2.
It cannot be said that the wear resistance is 0, which is sufficient.

【0045】ベーナイト組織を有するもので、全ての成
分が本発明の範囲内であるE−1,3,5,8は、硬さ
も本発明の範囲内であり、摩耗減量も適正な値となって
いることが確認された。
E-1, 3, 5, 8 having a bainite structure and having all the components within the scope of the present invention have a hardness within the scope of the present invention and an appropriate wear reduction amount. Was confirmed.

【0046】(実施例2)表6の組成、ミクロ組織、硬
さを有する供試鋼について、実施例1と同様に摩耗試験
を行った。その際の摩耗減量比も表6に併記した。ま
た、供試鋼製造の際の加速冷却の有無も表6に併記し
た。なお、供試鋼は全てベイナイト組織を呈していた。
Example 2 With respect to the sample steels having the compositions, microstructures and hardnesses shown in Table 6, the abrasion test was conducted in the same manner as in Example 1. The wear reduction ratio at that time is also shown in Table 6. In addition, Table 6 also shows whether or not accelerated cooling was performed during the production of the sample steel. All the test steels had a bainite structure.

【0047】[0047]

【表6】 [Table 6]

【0048】表6に示すように、Mn,Crの含有量が
本発明の範囲よりも低いF−1,4,7は硬さが低く、
摩耗減量比が3.0以上の高い値を示す。また、Mn,
Crの含有量が本発明の範囲よりも高いF−3,6,9
は硬さが著しく高く、摩耗減量比が1.3未満となって
いる。これに対し、Mn,Crの含有量が本発明の範囲
を満たすF−2,5,8については硬さが本発明の範囲
内であり、摩耗減量比が適正な範囲であることが確認さ
れた。
As shown in Table 6, the hardness of F-1, 4, and 7 having the Mn and Cr contents lower than the range of the present invention is low,
The wear reduction ratio shows a high value of 3.0 or more. In addition, Mn,
F-3,6,9 having a Cr content higher than the range of the present invention
Has a significantly high hardness, and the wear reduction ratio is less than 1.3. On the other hand, regarding F-2, 5 and 8 in which the contents of Mn and Cr satisfy the range of the present invention, it is confirmed that the hardness is within the range of the present invention and the wear reduction ratio is within a proper range. It was

【0049】(実施例3)表7の組成、ミクロ組織、硬
さを有する供試鋼について、実施例1と同様に摩耗試験
を行った。その際の摩耗減量比も表7に併記した。ま
た、供試鋼製造の際の加速冷却の有無も表7に併記し
た。供試鋼のミクロ組織は、Hvが390を超えている
ものについては、一部ベイナイトとマルテンサイトの混
合組織となった。なお、表7のミクロ組織の欄におい
て、M+Bはマルテンサイトとベイナイトとの混合組織
を示す。
Example 3 With respect to the sample steels having the compositions, microstructures and hardnesses shown in Table 7, the abrasion test was conducted in the same manner as in Example 1. The wear reduction ratio at that time is also shown in Table 7. In addition, Table 7 also shows whether or not accelerated cooling was used during the production of the sample steel. Regarding the microstructure of the sample steel, some of the Hv of more than 390 became a mixed structure of bainite and martensite. In the column of microstructure in Table 7, M + B indicates a mixed structure of martensite and bainite.

【0050】[0050]

【表7】 [Table 7]

【0051】表7に示すように、Cu,Ni,Moの1
種または2種以上の添加量が本発明の範囲を満たしてい
るG−1,3,5,7,9,11,13は硬さがHvで
271〜335と本発明の範囲内であり、摩耗減量比が
1.43〜2.84と適正な範囲となっていた。しか
し、合金元素のうちCu添加量が本発明の範囲を超えて
いるG−2、Ni添加量が本発明の範囲を超えているG
−4,8,12,14、Mo添加量が本発明の範囲を超
えているG−6,10、Ni,Moの二種の添加量が本
発明の範囲を超えているG−14は、いずれもHv39
0以上の硬さを示し、摩耗減量比が1.3以下と小さく
なっていることが確認された。
As shown in Table 7, 1 of Cu, Ni and Mo
G-1,3,5,7,9,11,13 in which the addition amount of one or more kinds satisfies the range of the present invention has a hardness Hv of 271 to 335 and is within the range of the present invention, The wear reduction ratio was in the proper range of 1.43 to 2.84. However, among the alloying elements, the amount of Cu added exceeds the range of the present invention G-2, and the amount of Ni added exceeds the range of the present invention G
-4,8,12,14, the amount of addition of Mo exceeds the range of the present invention G-6,10, and the amount of addition of Ni and Mo of G-14 exceeds the range of the present invention, Both are Hv39
It was confirmed that the hardness was 0 or more and the wear reduction ratio was as small as 1.3 or less.

【0052】(実施例4)表8の組成、ミクロ組織、硬
さを有する供試鋼について、実施例1と同様に摩耗試験
を行った。その際の摩耗減量比も表8に併記した。この
実施例では、摩耗減量比に加え、白色層の厚さも測定し
た。白色層厚さは、供試鋼から直径3mmの円柱試験片
を採取し、西原式転動疲労試験機のレールサンプルを取
り付ける側にこの円柱試験片をセットし、車輪試験片と
瞬間的に接触させることにより、強制滑りを発生させて
試験片を急速加熱、急速冷却し、実レールにおけるすべ
りによる白色層生成をシミュレートした試験を行い、生
成した白色層の厚さを測定している。その結果も表8に
併記した。また、供試鋼製造の際の加速冷却の有無も表
8に示した。なお、供試鋼の成分はH−1とH−2、H
−3とH−4、H−5とH−6、H−7とH−8、H−
9とH−10の間ではC,Si,Mn,Crがほぼ同一
添加量となるように調整し、V,Nb,Tiをそれぞれ
本発明の範囲内及び範囲超えの添加量となるようにして
いる。
Example 4 With respect to the sample steels having the compositions, microstructures and hardnesses shown in Table 8, the abrasion test was conducted in the same manner as in Example 1. The wear reduction ratio at that time is also shown in Table 8. In this example, the thickness of the white layer was measured in addition to the wear reduction ratio. For the white layer thickness, collect a cylindrical test piece with a diameter of 3 mm from the sample steel, set this cylindrical test piece on the side to which the rail sample of Nishihara type rolling fatigue tester is attached, and contact it with the wheel test piece momentarily. By doing so, forced slippage is generated to rapidly heat and rapidly cool the test piece, and a test simulating generation of a white layer due to slippage on an actual rail is performed, and the thickness of the generated white layer is measured. The results are also shown in Table 8. Table 8 also shows the presence or absence of accelerated cooling during the production of the sample steel. The components of the test steel are H-1 and H-2, H
-3 and H-4, H-5 and H-6, H-7 and H-8, H-
Between C9 and H-10, C, Si, Mn, and Cr were adjusted so as to have almost the same addition amounts, and V, Nb, and Ti were added in amounts within and above the range of the present invention, respectively. There is.

【0053】[0053]

【表8】 [Table 8]

【0054】表8から明らかなように、いずれも組織が
ベイナイトであり、硬さが本発明の範囲内であって、摩
耗減量比も適正値となっている。しかし、白色層の厚さ
は、V,Nb,Tiを本発明の範囲を超えて添加しても
ほとんど変化していないことから、本発明の範囲を超え
る添加はコストの増加を招くのみで有効性が認められな
いことが確認された。
As is clear from Table 8, the structure is bainite, the hardness is within the range of the present invention, and the wear reduction ratio is an appropriate value. However, the thickness of the white layer is almost unchanged even if V, Nb, or Ti is added beyond the range of the present invention, and therefore addition exceeding the range of the present invention only causes an increase in cost and is effective. It was confirmed that no sex was recognized.

【0055】(実施例5)ここでは、表9の組成を有す
る鋼を実際にレール形状に圧延し、圧延後空冷もしくは
加速冷却を行っている。そして、これら供試鋼の表面硬
さを各圧延材の頭頂面でHv10kgで測定した。ま
た、頭頂面から30mm深さの位置で内部硬さをHv1
0kgで測定した。摩耗減量比は、圧延材頭部(但し、
マルテンサイトとベイナイトの混合組織となっている供
試材についてはベイナイト単層部)から実施例1に示し
た摩耗試験用サンプルを採取し、実施例1と同様の試験
法により評価した。これらの値も表10に示す。なお、
供試鋼製造の際の加速冷却の有無については、表9に併
記した。また、表10に表層組織を示すが、その欄にお
けるM+Bはマルテンサイト+ベイナイトを示す。
(Embodiment 5) Here, steel having the composition shown in Table 9 is actually rolled into a rail shape, and after the rolling, air cooling or accelerated cooling is performed. Then, the surface hardness of these test steels was measured at Hv 10 kg on the crown surface of each rolled material. Also, the internal hardness is Hv1 at a position 30 mm deep from the parietal surface.
It was measured at 0 kg. The wear reduction ratio is the rolling material head (however,
For the test material having a mixed structure of martensite and bainite, the wear test sample shown in Example 1 was taken from the bainite single layer portion) and evaluated by the same test method as in Example 1. These values are also shown in Table 10. In addition,
The presence or absence of accelerated cooling during the production of the sample steel is also shown in Table 9. Further, Table 10 shows the surface layer structure, and M + B in the column indicates martensite + bainite.

【0056】[0056]

【表9】 [Table 9]

【0057】[0057]

【表10】 [Table 10]

【0058】供試鋼I−1、2はC,Si,Nb,M
n,Cr含有量をほぼ同じにしてVの影響を比較したも
のであるが、V含有量が本発明の範囲内であるI−2は
内部硬さの低下が少ないのに対し、V含有量が0.00
2%と低いI−1は内部硬さが著しく低下している。
The test steels I-1 and I-2 are C, Si, Nb and M.
The effects of V were compared while making the n and Cr contents substantially the same, but I-2 having a V content within the range of the present invention showed a small decrease in internal hardness, whereas the V content was V content. Is 0.00
The internal hardness of I-1 as low as 2% is remarkably lowered.

【0059】I−3,4はVの含有量の高い領域におい
て比較したものであるが、I−4はV含有量が本発明の
範囲を超える0.105%添加されているにもかかわら
ず、内部硬度はI−3と同等であることから、多量のV
添加は有効でないことが確認された。
I-3 and I-4 are compared in the region where the V content is high, but I-4 is added even though the V content is 0.105%, which exceeds the range of the present invention. , The internal hardness is equivalent to I-3, so a large amount of V
It was confirmed that the addition was not effective.

【0060】I−5とI−6、I−7とI−8、I−9
とI−10は、それぞれC,Si,Mn,Cr,V含有
量をほぼ同じとして、Nb,Tiの単独もしくは複合添
加の影響を比較している。Nb,Tiを本発明の範囲を
超えて添加したI−6,8,10はいずれも内部硬さの
低下の程度が本発明の範囲の鋼であるI−5,7,9と
同等であり、Nb,Tiの多量に添加してもその効果が
飽和していることが確認された。
I-5 and I-6, I-7 and I-8, I-9
And I-10, the contents of C, Si, Mn, Cr, and V are almost the same, and the effects of addition of Nb and Ti alone or in combination are compared. In each of I-6, 8 and 10 in which Nb and Ti were added beyond the range of the present invention, the degree of decrease in internal hardness was the same as that of steels I-5, 7 and 9 in the range of the present invention. It was confirmed that the effect was saturated even if a large amount of Nb, Nb, or Ti was added.

【0061】I−11とI−12、I−13とI−1
4、I−15とI−16、I−17とI−18、I−1
9とI−20、I−21とI−22、I−23とI−2
4は、それぞれC,Si,Mn,Cr,V含有量を同程
度としてCu,Ni,Moの単独もしくは複合添加の影
響を比較している。Cu,Ni,Moを本発明の範囲を
超えて添加したI−12,14,16,18,20,2
2,24は、内部硬さの低下は本発明鋼であるI−1
1,13,15,17,19,21,23とほぼ同等で
あり有効性がなく、表層に損傷の起点となるマルテンサ
イトが生成したマルテンサイトとベイナイトの混合組織
となってしまうことが確認された。
I-11 and I-12, I-13 and I-1
4, I-15 and I-16, I-17 and I-18, I-1
9 and I-20, I-21 and I-22, I-23 and I-2
No. 4 compares the effects of Cu, Ni, and Mo alone or in combination with the contents of C, Si, Mn, Cr, and V being approximately the same. I-12, 14, 16, 18, 20, 2 in which Cu, Ni, Mo are added beyond the scope of the present invention
Nos. 2 and 24 are steels according to the present invention having a decrease in internal hardness of I-1.
1,13,15,17,19,21,23 is almost equivalent and ineffective, and it was confirmed that martensite, which is a starting point of damage on the surface layer, becomes a mixed structure of martensite and bainite. It was

【0062】I−25,26はMnの影響を比較したも
のであるが、Mn含有量が本発明の範囲内のI−25は
表層硬さがHv379と請求範囲を満たしており、内部
硬さの低下が少なく、摩耗減量比も1.37と適正な値
を示すのに対し、I−26はMnが高いために表層にマ
ルテンサイトが生成し、表層が著しく硬化する。
I-25 and 26 are for comparing the effects of Mn, and I-25 whose Mn content is within the range of the present invention has a surface layer hardness of Hv379, which satisfies the claims, and has an internal hardness of Is small and the wear reduction ratio is 1.37, which is an appropriate value, whereas I-26 has a high Mn, so that martensite is generated in the surface layer and the surface layer is significantly hardened.

【0063】I−27,28はCの影響について比較し
たもであるが、C量が本発明の範囲内であるI−27は
表層組織、表面硬度が本発明の範囲内であり、摩耗減量
比も適正な値であるのに対し、I−28はC量が高いこ
とから表層にマルテンサイトが生成し、表層硬さが著し
く高くなっている。
I-27 and 28 were compared with each other for the influence of C. I-27 in which the amount of C was within the range of the present invention, the surface layer structure and the surface hardness were within the range of the present invention, and the wear loss was reduced. While the ratio is also an appropriate value, I-28 has a high C content, so that martensite is generated in the surface layer and the surface layer hardness is significantly high.

【0064】I−29,30は本発明における合金元素
を全て含有した場合のNb,Tiの影響を比較してい
る。Nb,Tiを本発明に規定する量以上に添加しても
内部硬さは本発明鋼と変わらず、多量の添加では効果が
飽和する。
I-29 and 30 compare the effects of Nb and Ti in the case of containing all alloy elements in the present invention. Even if Nb and Ti are added in an amount equal to or more than the amount specified in the present invention, the internal hardness is not different from that of the steel of the present invention, and the effect is saturated with a large addition.

【0065】[0065]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
頭部を特定組成の均一ベイナイト組織とし、硬さを頭頂
部・頭部コーナー部のいずれの位置においてもHvで2
40〜390のとすることにより、摩耗量を普通レール
よりも増大させたので、耐転動疲労特性に優れたレール
が提供される。
As described above, according to the present invention,
The head has a uniform bainite structure with a specific composition, and the hardness is 2 at Hv at both the crown and head corners.
By setting it to 40 to 390, the amount of wear is increased more than that of a normal rail, so that a rail having excellent rolling contact fatigue resistance is provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】摩耗減量比に及ぼすマトリクス組織、硬さの影
響を示す図。
FIG. 1 is a diagram showing an influence of a matrix structure and hardness on a wear reduction ratio.

【図2】白色層の硬さ、厚さに及ぼすC量の影響を示す
図。
FIG. 2 is a diagram showing the effect of C content on the hardness and thickness of a white layer.

【図3】白色層の厚さに及ぼす微量添加物の影響を示す
図。
FIG. 3 is a diagram showing the influence of a trace amount additive on the thickness of a white layer.

【図4】レール頭頂面から内部までの硬さ分布に及ぼす
成分の影響を示す図。
FIG. 4 is a diagram showing the influence of components on the hardness distribution from the top of the rail to the inside.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 重量%で、C:0.15〜0.45%、
Si:0.05〜1.0%、Mn:0.30〜2.5
%、P:0.03%以下、S:0.03%以下、Cr:
0.70〜3.00%、V:0.005〜0.05%を
含有し、残部が鉄及び不可避不純物からなり、頭部が均
一ベイナイト組織であり、硬さが頭頂及び頭部コーナー
部のいずれの位置においてもHvで240〜390の間
であることを特徴とする耐転動疲労損傷性に優れたレー
ル。
1. C: 0.15 to 0.45% by weight,
Si: 0.05 to 1.0%, Mn: 0.30 to 2.5
%, P: 0.03% or less, S: 0.03% or less, Cr:
0.70 to 3.00%, V: 0.005 to 0.05%, the balance consisting of iron and unavoidable impurities, the head has a uniform bainite structure, and the hardness is the crown and head corners. A rail excellent in rolling contact fatigue damage, characterized in that it is between 240 and 390 in Hv at any position.
【請求項2】 重量%で、Nb:0.005〜0.01
%、Ti:0.001〜0.01%の1種又は2種をさ
らに含有することを特徴とする請求項1に記載の耐転動
疲労損傷性に優れたレール。
2. Nb: 0.005-0.01 by weight%.
%, Ti: 0.001 to 0.01% of one or two types are further contained, and the rail excellent in rolling contact fatigue damage resistance according to claim 1.
【請求項3】 重量%で、Cu:0.05〜2.0%、
Ni:0.05〜2.0、Mo:0.005〜0.05
%の1種又は2種以上をさらに含有することを特徴とす
る請求項1又は2に記載の耐転動疲労損傷性に優れたレ
ール。
3. Cu: 0.05 to 2.0% by weight,
Ni: 0.05-2.0, Mo: 0.005-0.05
%, Further containing 1 type or 2 types or more of%, The rail excellent in rolling contact fatigue damage resistance according to claim 1 or 2.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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