JPH08109439A - パーライト金属組織を呈した高耐摩耗レール - Google Patents
パーライト金属組織を呈した高耐摩耗レールInfo
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- JPH08109439A JPH08109439A JP6244440A JP24444094A JPH08109439A JP H08109439 A JPH08109439 A JP H08109439A JP 6244440 A JP6244440 A JP 6244440A JP 24444094 A JP24444094 A JP 24444094A JP H08109439 A JPH08109439 A JP H08109439A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 鉄道の重荷重化に耐え得る耐摩耗性を具備
し、かつ延・靭性の低下が少ないレールを提供する。 【構成】 重量％で、Ｃ：０．８５超〜１．２０％、Ｓ
ｉ：０．１０〜１．２０％、Ｍｎ：０．４０〜１．５０
％を含有し、さらに必要に応じてＣｒ，Ｍｏ，Ｖ，Ｎ
ｂ，Ｃｏの１種又は２種以上を含有した耐摩耗性に優れ
た鋼に、特定の圧延により延・靭性、すなわち伸び１０
％以上、Ｕノッチシャルピー値１５J/cm2 以上が付与さ
れた高耐摩耗レール。 【効果】 共析点以上の炭素を含み、耐摩耗性が著しく
向上するが、延・靭性の低下が少ないため、安全性の高
いレールの提供が可能となり、鉄道輸送の効率化に寄与
する。
し、かつ延・靭性の低下が少ないレールを提供する。 【構成】 重量％で、Ｃ：０．８５超〜１．２０％、Ｓ
ｉ：０．１０〜１．２０％、Ｍｎ：０．４０〜１．５０
％を含有し、さらに必要に応じてＣｒ，Ｍｏ，Ｖ，Ｎ
ｂ，Ｃｏの１種又は２種以上を含有した耐摩耗性に優れ
た鋼に、特定の圧延により延・靭性、すなわち伸び１０
％以上、Ｕノッチシャルピー値１５J/cm2 以上が付与さ
れた高耐摩耗レール。 【効果】 共析点以上の炭素を含み、耐摩耗性が著しく
向上するが、延・靭性の低下が少ないため、安全性の高
いレールの提供が可能となり、鉄道輸送の効率化に寄与
する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、鉄道その他産業機械用
として使用される強度と耐摩耗性に優れた高炭素のパー
ライト組織を呈した鋼に延・靱性を付与した高耐摩耗レ
ールに関するものである。
として使用される強度と耐摩耗性に優れた高炭素のパー
ライト組織を呈した鋼に延・靱性を付与した高耐摩耗レ
ールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】高炭素でパーライトの金属組織を呈した
鋼は強度が高く、耐摩耗性が良好なことから構造材料と
して使用され、中でも鉄道車両の重量増加に伴う高軸荷
重化や高速輸送化に対応してレールが特に多く使用され
ている。
鋼は強度が高く、耐摩耗性が良好なことから構造材料と
して使用され、中でも鉄道車両の重量増加に伴う高軸荷
重化や高速輸送化に対応してレールが特に多く使用され
ている。
【０００３】このような鋼材の製造法としては、例えば
特開昭５５−２７６８号公報には「パーライト組織を呈
しやすい特定成分の鋼をＡｃ3 点以上の加熱温度から冷
却して４５０〜６００℃の温度で恒温変態させて、微細
パーライト組織を生成させる硬質レールの製造法」が、
また特開昭５８−２２１２２９号公報には「Ｃ：０．６
５〜０．８５％、Ｍｎ：０．５〜２．５％を含有して高
温度の熱を保有したレールを急冷し、レールまたはレー
ルヘッドの組織を微細なパーライトとして耐摩耗性を改
善したレールの熱処理法」が開示され、さらに特開昭５
９−１３３３２２号公報は「安定してパーライト組織が
得られる特定成分の圧延レールを、Ａｒ3 点以上の温度
から特定温度の溶融塩浴中に浸漬して、レール頭頂部表
面下約１０mmまでにＨｖ＞３５０の硬さをもつ微細なパ
ーライト組織を呈するレールの熱処理方法」が開示され
ているごとく、高性能なレールを得るための多くの技術
が知られている。
特開昭５５−２７６８号公報には「パーライト組織を呈
しやすい特定成分の鋼をＡｃ3 点以上の加熱温度から冷
却して４５０〜６００℃の温度で恒温変態させて、微細
パーライト組織を生成させる硬質レールの製造法」が、
また特開昭５８−２２１２２９号公報には「Ｃ：０．６
５〜０．８５％、Ｍｎ：０．５〜２．５％を含有して高
温度の熱を保有したレールを急冷し、レールまたはレー
ルヘッドの組織を微細なパーライトとして耐摩耗性を改
善したレールの熱処理法」が開示され、さらに特開昭５
９−１３３３２２号公報は「安定してパーライト組織が
得られる特定成分の圧延レールを、Ａｒ3 点以上の温度
から特定温度の溶融塩浴中に浸漬して、レール頭頂部表
面下約１０mmまでにＨｖ＞３５０の硬さをもつ微細なパ
ーライト組織を呈するレールの熱処理方法」が開示され
ているごとく、高性能なレールを得るための多くの技術
が知られている。
【０００４】しかしながら、パーライト鋼の強度や耐摩
耗性は熱処理や合金元素の添加によって所要の規格品が
容易に得られるとは言え、共析点以上の炭素を含有する
鋼においてはオーステナイト粒界にセメンタイトが生成
し、延性・靭性を著しく低下させ、例えばＪＩＳ４号引
張試験での伸び値が１０％未満、あるいはＪＩＳ３号Ｕ
ノッチシャルピー試験での常温試験値で１０J/cm2 未満
である。このように延性・靱性の低い鋼を繰り返し荷重
や振動の懸かる分野で構造部材として使用した場合、微
小な初期欠陥や疲労き裂から低応力脆性破壊を引き起こ
す懸念があった。
耗性は熱処理や合金元素の添加によって所要の規格品が
容易に得られるとは言え、共析点以上の炭素を含有する
鋼においてはオーステナイト粒界にセメンタイトが生成
し、延性・靭性を著しく低下させ、例えばＪＩＳ４号引
張試験での伸び値が１０％未満、あるいはＪＩＳ３号Ｕ
ノッチシャルピー試験での常温試験値で１０J/cm2 未満
である。このように延性・靱性の低い鋼を繰り返し荷重
や振動の懸かる分野で構造部材として使用した場合、微
小な初期欠陥や疲労き裂から低応力脆性破壊を引き起こ
す懸念があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記した問題
点を解消しようとするものであり、耐摩耗性を向上させ
るに有効な鋼の炭素量を共析点以上にし、その際、問題
となる鋼の延性・靭性の低下を防止するための、鋼成分
やパーライト結晶粒制御等の手段を講じて、延・靭性を
具備した高耐摩耗レールを提供することを目的とする。
点を解消しようとするものであり、耐摩耗性を向上させ
るに有効な鋼の炭素量を共析点以上にし、その際、問題
となる鋼の延性・靭性の低下を防止するための、鋼成分
やパーライト結晶粒制御等の手段を講じて、延・靭性を
具備した高耐摩耗レールを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、パーライ
ト組織による耐摩耗性の向上を図る場合、共析点以上の
過共析炭素にすると耐摩耗性が著しく向上することを知
見した。図１に共析点以上の鋼と共析点以下の鋼の耐摩
耗性の差を、横軸に硬さ、縦軸にころがり接触下での一
定時間後の磨耗量の関係をとり比較した。共析点以上の
過共析鋼は低い硬さでも高い耐摩耗性を示すことがわか
る。しかしながら、先に述べたように共析点以上の炭素
量の添加は鋼の延・靭性を損なう。
ト組織による耐摩耗性の向上を図る場合、共析点以上の
過共析炭素にすると耐摩耗性が著しく向上することを知
見した。図１に共析点以上の鋼と共析点以下の鋼の耐摩
耗性の差を、横軸に硬さ、縦軸にころがり接触下での一
定時間後の磨耗量の関係をとり比較した。共析点以上の
過共析鋼は低い硬さでも高い耐摩耗性を示すことがわか
る。しかしながら、先に述べたように共析点以上の炭素
量の添加は鋼の延・靭性を損なう。
【０００７】一般に、鋼の靱性を向上させる手段には金
属組織の細粒化つまりオーステナイト組織の細粒化や粒
内変態によって達成されるものと言われている。オース
テナイト組織の細粒化は、例えば圧延時の低温加熱、あ
るいは特開昭６３−２７７７２１号公報に開示されてい
るように制御圧延と再加熱処理の組合せ、また圧延後の
低温加熱処理などが利用されている。しかし、レールの
製造法においては、成形性確保の観点から圧延時の低温
加熱や制御圧延における低温圧延、大圧下圧延の適用が
困難な理由から、今日においても従来から低温加熱処理
法による靱性向上が図られている。ところが、この方法
も、近来の各鋼製品における省力化・生産性向上技術の
開発が進められる中で製造コストが高く、生産性も低い
などの問題があり、これらの問題の早期解決が望まれて
いる。
属組織の細粒化つまりオーステナイト組織の細粒化や粒
内変態によって達成されるものと言われている。オース
テナイト組織の細粒化は、例えば圧延時の低温加熱、あ
るいは特開昭６３−２７７７２１号公報に開示されてい
るように制御圧延と再加熱処理の組合せ、また圧延後の
低温加熱処理などが利用されている。しかし、レールの
製造法においては、成形性確保の観点から圧延時の低温
加熱や制御圧延における低温圧延、大圧下圧延の適用が
困難な理由から、今日においても従来から低温加熱処理
法による靱性向上が図られている。ところが、この方法
も、近来の各鋼製品における省力化・生産性向上技術の
開発が進められる中で製造コストが高く、生産性も低い
などの問題があり、これらの問題の早期解決が望まれて
いる。
【０００８】本発明者らは、細粒のパーライト組織を得
て靱性を向上させた鋼を製造するために、鋼成分とその
製造法から多くの実験を試みた結果、以下のことを知見
した。すなわち、レールの頭部は耐摩耗性、底部は曲げ
疲労性および延性が主として求められ、この部分を過共
析Ｃ成分としかつ細粒パーライトブロックサイズを制御
することによって、耐摩耗性と延・靭性に優れたレール
が得られることを知見し、本発明に至った。
て靱性を向上させた鋼を製造するために、鋼成分とその
製造法から多くの実験を試みた結果、以下のことを知見
した。すなわち、レールの頭部は耐摩耗性、底部は曲げ
疲労性および延性が主として求められ、この部分を過共
析Ｃ成分としかつ細粒パーライトブロックサイズを制御
することによって、耐摩耗性と延・靭性に優れたレール
が得られることを知見し、本発明に至った。
【０００９】そして、高炭素の鋼はそのオーステナイト
状態での加工において、比較的低温で、かつ小さい圧下
量でも圧延直後に再結晶することを見いだし、小圧下の
連続圧延によって整粒の微細オーステナイト粒を得、そ
の結果、延・靭性の優れた細粒のパーライト組織が得ら
れることを知見した。
状態での加工において、比較的低温で、かつ小さい圧下
量でも圧延直後に再結晶することを見いだし、小圧下の
連続圧延によって整粒の微細オーステナイト粒を得、そ
の結果、延・靭性の優れた細粒のパーライト組織が得ら
れることを知見した。
【００１０】ここでパーライトブロックとは、図２に示
すように、結晶方位の同じパーライトの集合で、結晶方
位もラメラの方向も同じパーライトのコロニーの集合で
ある。なおラメラとは、パーライトを構成するフェライ
トとセメンタイトが積層した縞模様状の組織である。そ
して、該パーライトブロックがパーライト粒破壊時の破
壊単位となる。
すように、結晶方位の同じパーライトの集合で、結晶方
位もラメラの方向も同じパーライトのコロニーの集合で
ある。なおラメラとは、パーライトを構成するフェライ
トとセメンタイトが積層した縞模様状の組織である。そ
して、該パーライトブロックがパーライト粒破壊時の破
壊単位となる。
【００１１】本発明はこのような知見に基づいて構成し
たものであって、その要旨とするところは、重量％で、
Ｃ ：０．８５超〜１．２０％、 Ｓｉ：０．１０〜
１．２０％、Ｍｎ：０．４０〜１．５０％を含有し、さ
らに必要に応じて、Ｃｒ：０．０５〜２．００％、
Ｍｏ：０．０１〜０．３０％、Ｖ ：０．０２〜０．１
０％、 Ｎｂ：０．００２〜０．０１％、Ｃｏ：０．
１〜２．０％の１種または２種以上を含有し、残部がＦ
ｅおよび不可避的不純物からなる鋼でパーライト組織を
有し、レール断面内のパーライトブロック平均粒径が、
レール頭頂表面より該レール頭頂表面を起点として少な
くとも２０mmの範囲、およびレール底面より該レール底
面を起点として少なくとも１５mmの範囲で２０〜５０μ
ｍ、それ以外の部位で３５〜１００μｍを呈し、前記レ
ールのパーライトブロック平均粒径が２０〜５０μｍの
部位における伸び値が１０％以上、Ｕノッチシャルピー
値が１５J/cm2 以上であることを特徴とするパーライト
金属組織を呈した高耐摩耗レールである。
たものであって、その要旨とするところは、重量％で、
Ｃ ：０．８５超〜１．２０％、 Ｓｉ：０．１０〜
１．２０％、Ｍｎ：０．４０〜１．５０％を含有し、さ
らに必要に応じて、Ｃｒ：０．０５〜２．００％、
Ｍｏ：０．０１〜０．３０％、Ｖ ：０．０２〜０．１
０％、 Ｎｂ：０．００２〜０．０１％、Ｃｏ：０．
１〜２．０％の１種または２種以上を含有し、残部がＦ
ｅおよび不可避的不純物からなる鋼でパーライト組織を
有し、レール断面内のパーライトブロック平均粒径が、
レール頭頂表面より該レール頭頂表面を起点として少な
くとも２０mmの範囲、およびレール底面より該レール底
面を起点として少なくとも１５mmの範囲で２０〜５０μ
ｍ、それ以外の部位で３５〜１００μｍを呈し、前記レ
ールのパーライトブロック平均粒径が２０〜５０μｍの
部位における伸び値が１０％以上、Ｕノッチシャルピー
値が１５J/cm2 以上であることを特徴とするパーライト
金属組織を呈した高耐摩耗レールである。
【００１２】以下、本発明について詳細に説明する。先
ず、本発明において鋼成分を上記のように限定した理由
について説明する。 Ｃ：Ｃはパーライト組織を生成させて耐摩耗性を確保す
る有効な成分であり、通常、レール鋼としては０．６０
〜０．８５％が用いらてれる。この時、パーライト組織
中のγ粒界に初析フェライトが生成する場合があり、耐
摩耗性の向上に加え、レール内部疲労損傷の起点抑制の
観点からも、Ｃ量は０．８５％超が必要である。一方、
炭素の増加に伴い、オーステナイト粒界の初析セメンタ
イトの量も増加し、Ｃ量が１．２％を超えると、後述す
るパーライト組織の細粒化をもってしても延性・靭性の
劣化は看過できなくなる。従って、Ｃ量を０．８５％超
〜１．２０％とした。
ず、本発明において鋼成分を上記のように限定した理由
について説明する。 Ｃ：Ｃはパーライト組織を生成させて耐摩耗性を確保す
る有効な成分であり、通常、レール鋼としては０．６０
〜０．８５％が用いらてれる。この時、パーライト組織
中のγ粒界に初析フェライトが生成する場合があり、耐
摩耗性の向上に加え、レール内部疲労損傷の起点抑制の
観点からも、Ｃ量は０．８５％超が必要である。一方、
炭素の増加に伴い、オーステナイト粒界の初析セメンタ
イトの量も増加し、Ｃ量が１．２％を超えると、後述す
るパーライト組織の細粒化をもってしても延性・靭性の
劣化は看過できなくなる。従って、Ｃ量を０．８５％超
〜１．２０％とした。
【００１３】Ｓｉ：Ｓｉはパーライト組織中のフェライ
トを強化するに有効な成分として０．１％以上を含有さ
せる。しかし１．２０％を超える含有量はマルテンサイ
ト組織を生成して鋼を脆化させる問題がある。従って、
Ｓｉ量を０．１０〜１．２０％とした。 Ｍｎ：Ｍｎはパーライト組織の強化に加え、パーライト
変態温度を低下させ、初析セメンタイトの生成を抑制す
る元素で、０．４０％より少ない含有量はその効果が小
さく、反対に１．５０％を超えるとマルテンサイト組織
を生成させ、鋼を脆化させる。従って、Ｍｎ量を０．４
０〜１．５０％とした。
トを強化するに有効な成分として０．１％以上を含有さ
せる。しかし１．２０％を超える含有量はマルテンサイ
ト組織を生成して鋼を脆化させる問題がある。従って、
Ｓｉ量を０．１０〜１．２０％とした。 Ｍｎ：Ｍｎはパーライト組織の強化に加え、パーライト
変態温度を低下させ、初析セメンタイトの生成を抑制す
る元素で、０．４０％より少ない含有量はその効果が小
さく、反対に１．５０％を超えるとマルテンサイト組織
を生成させ、鋼を脆化させる。従って、Ｍｎ量を０．４
０〜１．５０％とした。
【００１４】Ｃｒ：Ｃｒはパーライトの平衡変態点を上
昇させ、結果としてパーライト組織を微細にし、かつ初
析セメンタイトの生成を抑制する有効な元素であり、選
択添加を行う。０．０５％未満ではその効果が小さく、
２．０％を超える過剰な添加はマルテンサイト組織を生
成させ、鋼を脆化させる。従って、Ｃｒ量は０．０５〜
２．００％とした。
昇させ、結果としてパーライト組織を微細にし、かつ初
析セメンタイトの生成を抑制する有効な元素であり、選
択添加を行う。０．０５％未満ではその効果が小さく、
２．０％を超える過剰な添加はマルテンサイト組織を生
成させ、鋼を脆化させる。従って、Ｃｒ量は０．０５〜
２．００％とした。
【００１５】Ｍｏ，Ｎｂ：ＭｏおよびＮｂはパーライト
の強化に有効な元素であり、選択添加を行う。それぞれ
０．０１％、０．００２％未満ではその効果が小さい。
一方、それぞれ０．３０％、０．０１％を超える添加で
は、後述するように金属組織の細粒化に効果のある圧延
中のオーステナイト粒の再結晶を抑制し、伸長粗大オー
ステナイト粒を生ぜしめ、パーライト鋼を脆化させる。
従って、Ｍｏ量を０．０１〜０．３０％、Ｎｂ量を０．
００２〜０．０１％とした。
の強化に有効な元素であり、選択添加を行う。それぞれ
０．０１％、０．００２％未満ではその効果が小さい。
一方、それぞれ０．３０％、０．０１％を超える添加で
は、後述するように金属組織の細粒化に効果のある圧延
中のオーステナイト粒の再結晶を抑制し、伸長粗大オー
ステナイト粒を生ぜしめ、パーライト鋼を脆化させる。
従って、Ｍｏ量を０．０１〜０．３０％、Ｎｂ量を０．
００２〜０．０１％とした。
【００１６】Ｖ，Ｃｏ：Ｖの０．０２〜０．１％、Ｃｏ
の０．１０〜２．０％は、各成分がパーライト組織を強
化する有効な含有量であって、選択添加を行う。下限未
満の量では強化効果が小さく、また上限を超える量は強
化の効果が飽和域に達する。本発明は上記のような共析
炭素以上の炭素を含有し、かつ高炭素鋼特有のオーステ
ナイトの再結晶挙動の知見に基づいているため、必要に
応じて上記各種成分を添加しても金属組織がパーライト
を呈する範囲では何ら差し障りはない。
の０．１０〜２．０％は、各成分がパーライト組織を強
化する有効な含有量であって、選択添加を行う。下限未
満の量では強化効果が小さく、また上限を超える量は強
化の効果が飽和域に達する。本発明は上記のような共析
炭素以上の炭素を含有し、かつ高炭素鋼特有のオーステ
ナイトの再結晶挙動の知見に基づいているため、必要に
応じて上記各種成分を添加しても金属組織がパーライト
を呈する範囲では何ら差し障りはない。
【００１７】パーライトブロック平均粒径が２０〜５０
μｍとなる範囲を、レール頭頂表面より該レール頭頂表
面を起点に０〜２０mm以上、およびレール底面より該レ
ール底面を起点に０〜１５mm以上としたのは、列車の通
過によって、レール頭部に車輪との接触によって損傷問
題を起こす範囲はレール摩耗を考慮してレール頭頂表面
より２０mm未満であり、また底部に発生する引っ張り応
力が及んで損傷に影響する範囲はレール底面より１５mm
未満であることによる。
μｍとなる範囲を、レール頭頂表面より該レール頭頂表
面を起点に０〜２０mm以上、およびレール底面より該レ
ール底面を起点に０〜１５mm以上としたのは、列車の通
過によって、レール頭部に車輪との接触によって損傷問
題を起こす範囲はレール摩耗を考慮してレール頭頂表面
より２０mm未満であり、また底部に発生する引っ張り応
力が及んで損傷に影響する範囲はレール底面より１５mm
未満であることによる。
【００１８】上記レール頭頂表面および底面付近のパー
ライトブロック平均粒径を２０〜５０μｍの範囲とした
のは、２０μｍ未満に細粒化すると、レールの基本特性
である耐摩耗性確保に必要な硬度が得られず、５０μｍ
を超えると延性・靭性が劣化するからである。
ライトブロック平均粒径を２０〜５０μｍの範囲とした
のは、２０μｍ未満に細粒化すると、レールの基本特性
である耐摩耗性確保に必要な硬度が得られず、５０μｍ
を超えると延性・靭性が劣化するからである。
【００１９】レール頭頂表面および底面付近以外の部位
のパーライトブロック平均粒径を３５〜１００μｍとし
たのは、３５μｍ未満に細粒化すると、レール母材の具
備すべき強度が得られず、１００μｍを超えるとレール
母材の延性・靭性が劣化するからである。
のパーライトブロック平均粒径を３５〜１００μｍとし
たのは、３５μｍ未満に細粒化すると、レール母材の具
備すべき強度が得られず、１００μｍを超えるとレール
母材の延性・靭性が劣化するからである。
【００２０】パーライトブロック平均粒径が２０〜５０
μｍの範囲としたレールの伸びを１０％以上、Ｕノッチ
シャルピー値が１５J/cm2 以上としたのは、伸びが１０
％未満では列車通過時の伸び歪みに対応できず長期使用
によってクラック発生の懸念があり、またＵノッチシャ
ルピー値が１５J/cm2 未満ではやはり列車通過時の衝撃
に対応できず長期使用によって破壊する懸念があるから
である。
μｍの範囲としたレールの伸びを１０％以上、Ｕノッチ
シャルピー値が１５J/cm2 以上としたのは、伸びが１０
％未満では列車通過時の伸び歪みに対応できず長期使用
によってクラック発生の懸念があり、またＵノッチシャ
ルピー値が１５J/cm2 未満ではやはり列車通過時の衝撃
に対応できず長期使用によって破壊する懸念があるから
である。
【００２１】次に、本発明レールは以下のような製造方
法で得られることを説明する。レール鋼の圧延では、鋳
片の粗形圧延を行った後の仕上げ圧延段階においては、
レールの成形性確保の観点から、その１パス当たりの圧
下量は断面減少率にして通常５〜３０％の比較的小さい
範囲であり、仕上げ温度は１０００℃程度である。これ
に対して、最近はより低温で圧延し、延性や靭性の改善
を目的とした制御圧延も行われている。
法で得られることを説明する。レール鋼の圧延では、鋳
片の粗形圧延を行った後の仕上げ圧延段階においては、
レールの成形性確保の観点から、その１パス当たりの圧
下量は断面減少率にして通常５〜３０％の比較的小さい
範囲であり、仕上げ温度は１０００℃程度である。これ
に対して、最近はより低温で圧延し、延性や靭性の改善
を目的とした制御圧延も行われている。
【００２２】一般にフェライトを主体にした鋼の制御圧
延の場合は、オーステナイトの未再結晶領域まで圧延温
度を低下させ、加工オーステナイト中への歪の導入によ
り、フェライト核の増大を図り、細粒フェライトを得る
制御圧延法が採られている。しかしながら、パーライト
鋼の場合、共析変態のためパーライトの変態成長速度が
大きく、オーステナイト粒内の加工歪程度の変態核は有
効に作用せず、実質的に細粒パーライトが得られ難いこ
とがわかった。従って、整粒の細粒オーステナイト鋼を
得ることがパーライト細粒化に必要なことがわかった。
延の場合は、オーステナイトの未再結晶領域まで圧延温
度を低下させ、加工オーステナイト中への歪の導入によ
り、フェライト核の増大を図り、細粒フェライトを得る
制御圧延法が採られている。しかしながら、パーライト
鋼の場合、共析変態のためパーライトの変態成長速度が
大きく、オーステナイト粒内の加工歪程度の変態核は有
効に作用せず、実質的に細粒パーライトが得られ難いこ
とがわかった。従って、整粒の細粒オーステナイト鋼を
得ることがパーライト細粒化に必要なことがわかった。
【００２３】かかる観点から、高炭素鋼のオーステナイ
トの再結晶挙動を詳細に検討した結果、低炭素鋼に比
較して低い温度まで、かつ低加工度で再結晶すること、
加工後、完全再結晶に要する時間が非常に小さい、す
なわち圧延直後に再結晶を完了すること、小さな圧下
でも連続的に加工を加えると、その都度再結晶を繰り返
すことを知見し、その結果、この圧延中の静的再結晶に
より細粒のオーステナイト粒が得られることがわかっ
た。この時、さらに仕上げ圧延機ではレール頭部の上部
とレール底部の下部はその他の部位に比較してより大き
い歪が加えられ、比較的細粒度が大きくなる。
トの再結晶挙動を詳細に検討した結果、低炭素鋼に比
較して低い温度まで、かつ低加工度で再結晶すること、
加工後、完全再結晶に要する時間が非常に小さい、す
なわち圧延直後に再結晶を完了すること、小さな圧下
でも連続的に加工を加えると、その都度再結晶を繰り返
すことを知見し、その結果、この圧延中の静的再結晶に
より細粒のオーステナイト粒が得られることがわかっ
た。この時、さらに仕上げ圧延機ではレール頭部の上部
とレール底部の下部はその他の部位に比較してより大き
い歪が加えられ、比較的細粒度が大きくなる。
【００２４】このオーステナイトの再結晶挙動を利用し
た圧延を完了後、放冷または強度をさらに向上させる場
合は加速冷却を行うことにより、先に述べた成分範囲の
鋼で構成されたレールの金属組織中のパーライトブロッ
ク径が小さくなり、車輪と接触する頭部および曲げ応力
を受ける底部はパーライトブロック径が２０〜５０μ
ｍ、その他の部位は３５〜１００μｍの微細パーライト
組織を呈し、レールの本来具備すべき強度、耐摩耗性に
加え、高い延性・靭性を兼ね備える。
た圧延を完了後、放冷または強度をさらに向上させる場
合は加速冷却を行うことにより、先に述べた成分範囲の
鋼で構成されたレールの金属組織中のパーライトブロッ
ク径が小さくなり、車輪と接触する頭部および曲げ応力
を受ける底部はパーライトブロック径が２０〜５０μ
ｍ、その他の部位は３５〜１００μｍの微細パーライト
組織を呈し、レールの本来具備すべき強度、耐摩耗性に
加え、高い延性・靭性を兼ね備える。
【００２５】ところで、パーライトはオーステナイト粒
界を起点に成長するため、パーライトブロックサイズを
微細化するにはオーステナイト粒を微細化する必要があ
り、オーステナイト温度域で鋼を熱間加工することによ
って、該オーステナイト粒の微細化を行う。このオース
テナイト粒は熱間加工毎に再結晶するため、熱間加工を
繰り返すことによりまた圧下率を大きくすることによっ
て微細化する。一方、該オーステナイト結晶粒は圧延後
短時間で粒成長を始めるため、圧延間隔が長いと結晶粒
は粗大化する。従って、パーライトブロックサイズは、
オーステナイト温度域での熱間圧延の圧下率、圧延パス
数、圧延パス間の時間等によって制御することができ
る。
界を起点に成長するため、パーライトブロックサイズを
微細化するにはオーステナイト粒を微細化する必要があ
り、オーステナイト温度域で鋼を熱間加工することによ
って、該オーステナイト粒の微細化を行う。このオース
テナイト粒は熱間加工毎に再結晶するため、熱間加工を
繰り返すことによりまた圧下率を大きくすることによっ
て微細化する。一方、該オーステナイト結晶粒は圧延後
短時間で粒成長を始めるため、圧延間隔が長いと結晶粒
は粗大化する。従って、パーライトブロックサイズは、
オーステナイト温度域での熱間圧延の圧下率、圧延パス
数、圧延パス間の時間等によって制御することができ
る。
【００２６】
【実施例】表１に鋼の化学成分を示す。表２は加熱条件
と仕上げ圧延条件を示す。表３は圧延後の冷却条件を示
す。表４に、表１から表３に示した鋼成分、圧延条件お
よび冷却条件を組み合わせてレールを製造した場合の、
発明レールおよび比較レールの機械的性質を示す。ここ
で磨耗量は、西原式摩耗試験機を用い、直径３０mmのリ
ング状試験片を、車輪材を相手材として、すべり率９％
の条件で５０万回ころがり接触させた後の摩耗減量を測
定した。また、パーライトブロック平均粒径は、JIS G
0552に準拠した結晶粒度試験方法で、顕微鏡視野内の線
分によって切断された結晶粒数から求めた。本発明レー
ルは耐摩耗性が著しく向上するに加え、延・靭性がほと
んど低下しないことがわかる。
と仕上げ圧延条件を示す。表３は圧延後の冷却条件を示
す。表４に、表１から表３に示した鋼成分、圧延条件お
よび冷却条件を組み合わせてレールを製造した場合の、
発明レールおよび比較レールの機械的性質を示す。ここ
で磨耗量は、西原式摩耗試験機を用い、直径３０mmのリ
ング状試験片を、車輪材を相手材として、すべり率９％
の条件で５０万回ころがり接触させた後の摩耗減量を測
定した。また、パーライトブロック平均粒径は、JIS G
0552に準拠した結晶粒度試験方法で、顕微鏡視野内の線
分によって切断された結晶粒数から求めた。本発明レー
ルは耐摩耗性が著しく向上するに加え、延・靭性がほと
んど低下しないことがわかる。
【００２７】
【表１】
【００２８】
【表２】
【００２９】
【表３】
【００３０】
【表４】
【００３１】
【発明の効果】以上のように、本発明により、強度・硬
度・延性・靭性に加え、優れた耐摩耗性を併せ持つパー
ライト系レールを提供することができる。
度・延性・靭性に加え、優れた耐摩耗性を併せ持つパー
ライト系レールを提供することができる。
【図１】Ｃ共析点以上の鋼と以下の鋼の、硬度と磨耗量
（西原式摩耗試験機にて測定）との関係を示す図。
（西原式摩耗試験機にて測定）との関係を示す図。
【図２】パーライト結晶粒の模式図。
Claims (2)
- 【請求項１】 重量％で、 Ｃ ：０．８５超〜１．２０％、 Ｓｉ：０．１０〜１．２０％、 Ｍｎ：０．４０〜１．５０％ を含有して残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼
でパーライト組織を有し、レール断面内のパーライトブ
ロック平均粒径が、レール頭頂表面より該レール頭頂表
面を起点として少なくとも２０mmの範囲、およびレール
底面より該レール底面を起点として少なくとも１５mmの
範囲で２０〜５０μｍ、それ以外の部位で３５〜１００
μｍを呈し、前記レールのパーライトブロック平均粒径
が２０〜５０μｍの部位における伸び値が１０％以上、
Ｕノッチシャルピー値が１５J/cm2以上であることを特
徴とするパーライト金属組織を呈した高耐摩耗レール。 - 【請求項２】 重量％で、 Ｃ ：０．８５超〜１．２０％、 Ｓｉ：０．１０〜１．２０％、 Ｍｎ：０．４０〜１．５０％ を含有し、さらに Ｃｒ：０．０５〜２．００％、 Ｍｏ：０．０１〜０．３０％、 Ｖ ：０．０２〜０．１０％、 Ｎｂ：０．００２〜０．０１％、 Ｃｏ：０．１〜２．０％の１種または２種以上 を含有して残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼
でパーライト組織を有し、レール断面内のパーライトブ
ロック平均粒径が、レール頭頂表面より該レール頭頂表
面を起点として少なくとも２０mmの範囲、およびレール
底面より該レール底面を起点として少なくとも１５mmの
範囲で２０〜５０μｍ、それ以外の部位で３５〜１００
μｍを呈し、前記レールのパーライトブロック平均粒径
が２０〜５０μｍの部位における伸び値が１０％以上、
Ｕノッチシャルピー値が１５J/cm2以上であることを特
徴とするパーライト金属組織を呈した高耐摩耗レール。
Priority Applications (12)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06244440A JP3081116B2 (ja) | 1994-10-07 | 1994-10-07 | パーライト金属組織を呈した高耐摩耗レール |
| PCT/JP1994/002137 WO1995017532A1 (fr) | 1993-12-20 | 1994-12-19 | Rail a resistance elevee a l'abrasion et a haute tenacite possedant une structure metallographique perlitique et procede de production dudit rail |
| EP95902988.5A EP0685566B2 (en) | 1993-12-20 | 1994-12-19 | Rail of high abrasion resistance and high tenacity having pearlite metallographic structure and method of manufacturing the same |
| BR9406250A BR9406250A (pt) | 1993-12-20 | 1994-12-19 | Trilhos de aço perlítico com alta resistência ao desgaste e tenacidade e seus métodos de fabricaçao |
| CA002154779A CA2154779C (en) | 1993-12-20 | 1994-12-19 | Rails of pearlitic steel with high wear resistance and toughness and their manufacturing methods |
| AU12013/95A AU680976B2 (en) | 1993-12-20 | 1994-12-19 | Rail of high abrasion resistance and high tenacity having pearlite metallographic structure and method of manufacturing the same |
| AT95902988T ATE201054T1 (de) | 1993-12-20 | 1994-12-19 | Hochfeste, abriebsresistente schiene mit perlitstruktur und verfahren zu deren herstellung |
| US08/507,352 US5658400A (en) | 1993-12-20 | 1994-12-19 | Rails of pearlitic steel with high wear resistance and toughness and their manufacturing methods |
| RU95120399A RU2107740C1 (ru) | 1993-12-20 | 1994-12-19 | Рельс из перлитной стали с высокой износостойкостью и ударной вязкостью и способ его производства |
| KR1019950703473A KR100186793B1 (ko) | 1993-12-20 | 1994-12-19 | 펄라이트 금속 조직을 갖는 고내마모성 및 고인성 레일 및 그 제조 방법 |
| DE69427189T DE69427189T3 (de) | 1993-12-20 | 1994-12-19 | Hochfeste, abriebsresistente schiene mit perlitstruktur und verfahren zu deren herstellung |
| CN94191249A CN1041443C (zh) | 1993-12-20 | 1994-12-19 | 呈珠光体金相组织的高耐磨性和高韧性钢轨及其制造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06244440A JP3081116B2 (ja) | 1994-10-07 | 1994-10-07 | パーライト金属組織を呈した高耐摩耗レール |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08109439A true JPH08109439A (ja) | 1996-04-30 |
| JP3081116B2 JP3081116B2 (ja) | 2000-08-28 |
Family
ID=17118691
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP06244440A Expired - Lifetime JP3081116B2 (ja) | 1993-12-20 | 1994-10-07 | パーライト金属組織を呈した高耐摩耗レール |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3081116B2 (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6375763B1 (en) | 1999-06-02 | 2002-04-23 | Nkk Corporation | Pearlitic steel railroad rail |
| USRE40263E1 (en) | 1994-11-15 | 2008-04-29 | Nippon Steel Corporation | Pearlitic steel rail having excellent wear resistance and method of producing the same |
| WO2008123483A1 (ja) | 2007-03-28 | 2008-10-16 | Jfe Steel Corporation | 耐磨耗性と耐疲労損傷性に優れた内部高硬度型パーライト鋼レールおよびその製造方法 |
| EP2388352A1 (en) | 2002-04-05 | 2011-11-23 | Nippon Steel Corporation | Pearlitic steel rail excellent in wear resistance and ductility and method for producing the same |
| WO2013187470A1 (ja) * | 2012-06-14 | 2013-12-19 | 新日鐵住金株式会社 | レール |
| WO2019189688A1 (ja) | 2018-03-30 | 2019-10-03 | Ｊｆｅスチール株式会社 | レールおよびその製造方法 |
| WO2019189686A1 (ja) | 2018-03-30 | 2019-10-03 | Ｊｆｅスチール株式会社 | レールおよびその製造方法 |
| WO2021070452A1 (ja) | 2019-10-11 | 2021-04-15 | Ｊｆｅスチール株式会社 | レール及びその製造方法 |
| WO2022004247A1 (ja) | 2020-06-29 | 2022-01-06 | Ｊｆｅスチール株式会社 | 耐疲労き裂伝播特性に優れるレールおよびその製造方法 |
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|---|---|---|---|---|
| US8404178B2 (en) * | 2006-03-16 | 2013-03-26 | Jfe Steel Corporation | High-strength pearlitic steel rail having excellent delayed fracture properties |
| JP5401762B2 (ja) * | 2006-03-16 | 2014-01-29 | Ｊｆｅスチール株式会社 | 耐遅れ破壊特性に優れた高強度パーライト系レール |
| US10253397B2 (en) | 2013-03-27 | 2019-04-09 | Jfe Steel Corporation | Pearlitic rail and method for manufacturing pearlitic rail |
-
1994
- 1994-10-07 JP JP06244440A patent/JP3081116B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| USRE40263E1 (en) | 1994-11-15 | 2008-04-29 | Nippon Steel Corporation | Pearlitic steel rail having excellent wear resistance and method of producing the same |
| USRE41033E1 (en) | 1994-11-15 | 2009-12-08 | Nippn Steel Corporation | Pearlitic steel rail having excellent wear resistance and method of producing the same |
| USRE42360E1 (en) | 1994-11-15 | 2011-05-17 | Nippon Steel Corporation | Pearlitic steel rail having excellent wear resistance and method of producing the same |
| USRE42668E1 (en) | 1994-11-15 | 2011-09-06 | Nippon Steel Corporation | Pearlitic steel rail having excellent wear resistance and method of producing the same |
| US6375763B1 (en) | 1999-06-02 | 2002-04-23 | Nkk Corporation | Pearlitic steel railroad rail |
| EP2388352A1 (en) | 2002-04-05 | 2011-11-23 | Nippon Steel Corporation | Pearlitic steel rail excellent in wear resistance and ductility and method for producing the same |
| WO2008123483A1 (ja) | 2007-03-28 | 2008-10-16 | Jfe Steel Corporation | 耐磨耗性と耐疲労損傷性に優れた内部高硬度型パーライト鋼レールおよびその製造方法 |
| US7955445B2 (en) | 2007-03-28 | 2011-06-07 | Jfe Steel Corporation | Internal high hardness type pearlitic rail with excellent wear resistance and rolling contact fatigue resistance and method for producing same |
| JP2014101583A (ja) * | 2012-06-14 | 2014-06-05 | Nippon Steel & Sumitomo Metal | レールの製造方法 |
| JP5482974B1 (ja) * | 2012-06-14 | 2014-05-07 | 新日鐵住金株式会社 | レール |
| WO2013187470A1 (ja) * | 2012-06-14 | 2013-12-19 | 新日鐵住金株式会社 | レール |
| US9534278B2 (en) | 2012-06-14 | 2017-01-03 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation | Rail |
| WO2019189688A1 (ja) | 2018-03-30 | 2019-10-03 | Ｊｆｅスチール株式会社 | レールおよびその製造方法 |
| WO2019189686A1 (ja) | 2018-03-30 | 2019-10-03 | Ｊｆｅスチール株式会社 | レールおよびその製造方法 |
| US11492689B2 (en) | 2018-03-30 | 2022-11-08 | Jfe Steel Corporation | Rail and method for manufacturing same |
| US11530471B2 (en) | 2018-03-30 | 2022-12-20 | Jfe Steel Corporation | Rail and method for manufacturing same |
| WO2021070452A1 (ja) | 2019-10-11 | 2021-04-15 | Ｊｆｅスチール株式会社 | レール及びその製造方法 |
| JPWO2021070452A1 (ja) * | 2019-10-11 | 2021-10-21 | Ｊｆｅスチール株式会社 | レール及びその製造方法 |
| WO2022004247A1 (ja) | 2020-06-29 | 2022-01-06 | Ｊｆｅスチール株式会社 | 耐疲労き裂伝播特性に優れるレールおよびその製造方法 |
| KR20220160695A (ko) | 2020-06-29 | 2022-12-06 | 제이에프이 스틸 가부시키가이샤 | 내피로 균열 전파 특성이 우수한 레일 및 그 제조 방법 |
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| Publication number | Publication date |
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