JPH08168895A

JPH08168895A - レール鋼の溶接用複合ワイヤ

Info

Publication number: JPH08168895A
Application number: JP31225094A
Authority: JP
Inventors: Makoto Okumura; 誠奥村; Kenichi Karimine; 健一狩峰; Kazuo Nagatomo; 和男長友
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1994-12-15
Filing date: 1994-12-15
Publication date: 1996-07-02

Abstract

(57)【要約】【目的】中Ｃ−Ｃｒ−Ｍｏ系レール鋼を軌道敷設現場
でＣＯ₂ガスシールドアーク溶接法ないしエレクトロス
ラグ溶接法を組み合わせて突き合わせ自動溶接および補
修溶接するに当たって、耐摩耗・耐損傷性の点で優れた
継手性能を確保でき、かつ良好な施工性を有するレール
鋼の溶接用複合ワイヤを提供する。【構成】合金成分剤または合金成分剤とスラグ形成剤
からなるフラックスを鋼製外皮の内部に充填している溶
接用複合ワイヤにおいて、フラックスおよび鋼製外皮の
一方または両方に含有する合計量として、当該複合ワイ
ヤ全重量に対し、重量％でＣ：０．２〜０．３８％、Ｓ
ｉ：０．３〜２．０％、Ｍｎ：０．８〜２．５％、Ｃ
ｒ：０．９〜２．８％、Ｍｏ：０．１〜１．０％、さら
に必要に応じ、Ｖ：０．０１〜０．１％、Ｎｂ：０．０
１〜０．０７％、Ｎｉ：０．３５〜２．０％の１種また
は２種以上を含有し、残部はＦｅおよび不可避不純物か
らなることを特徴とするレール鋼の溶接用複合ワイヤ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鉄道用の中Ｃ−Ｃｒ−
Ｍｏ系レール鋼を軌道敷設現場で自動溶接法（ＣＯ₂−
ガスシールドアーク溶接およびエレクトロスラグ溶接な
ど）により突き合わせ溶接および補修溶接する際に用い
る溶接用複合ワイヤに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１はレールの断面を示し、１は足部、
２は腹部、３は頭部、４は頭表面である。従来からレー
ルの現地突き合わせ溶接では、接合レール端面をＩ開先
に設定し、レール足部を多層溶接した後、腹部２、頭部
３をエンクローズ当金材で囲み、連続的な棒継ぎにより
アーク溶接するエンクローズドアーク溶接法が適用され
ている。また、レールの頭表面４に生じた局部的な損傷
部や摩耗部分を肉盛溶接により補修する方法も多用され
ている。

【０００３】しかし、これらの溶接技術は手溶接法が主
体であり、施工能率が劣る点や熟練技能が不可欠である
ため、将来にわたり熟練溶接作業者を育成する必要があ
る点など問題を残している溶接技術でもある。このた
め、これらに替わり得る溶接技術として、継手信頼性が
高く、かつ作業者の技能的習熟をそれほど必要としない
レール自動溶融溶接法とそれに適用する溶接材料の開発
が要望されている。

【０００４】レールは、その使用目的から、頭表面では
車輪とのころがり接触に対する耐摩耗性と、疲労亀裂に
対する耐疲労損傷性の大きいことが要求される。一方、
足部と腹部では車輪通過時の衝撃と曲げ荷重に耐え得る
だけの静的強度と疲労強度が要求される。さらに、溶接
割れなどの溶接欠陥についても極力少なくする必要があ
る。

【０００５】現在、世界的に最も普及しているレール鋼
の金属組織は、高強度かつ高耐摩耗性を得るため、Ｃが
０．５％〜共析組成近傍になる高炭素パーライト組織
で、強度水準が７００ＭＰａ以上のものが選定されてい
る。このような高強度、高耐摩耗性のレール鋼に適した
溶接技術開発の一環として、本発明者らは、溶着金属の
組成が母材の組成とほぼ類似なものになる共金溶接技術
を着想し、研究開発を進めた結果、特公平４−５４５５
７号公報、特公平４−５５７９３号公報、特開平２−２
２９６９３号公報および特開平２−２５８１９３号公報
で明らかなとおり、従来技術で課題になっていた溶接部
の耐摩耗性および耐損傷性ないし耐割れ性を解決し、か
つ溶接作業性も良好な被覆アーク溶接棒を開発した。加
えて、この新開発溶接棒を適用した高炭素パーライト系
レール用エンクローズドアーク溶接技術を確立し、その
実用化を達成した。また、同様の共金溶接技術思想に基
づき、特公平４−５１２７７号公報、特公平４−５１２
７５号公報で明らかなとおり、レールの自動溶融溶接用
の溶接材料を開発した。

【０００６】しかし、最近、列車のさらなる高速化が進
み、それに伴い高速線の直線区間などの使用環境によっ
てはレール頭表面に疲労ダメージが蓄積されやすく、ダ
ークスポットやフレーキングといった表面損傷の発生が
問題になってきており、前記、高炭素パーライト系レー
ル鋼では必ずしもこの問題に対応できていないことも事
実である。

【０００７】この表面損傷の発生防止の考え方として、
高強度（硬度）を保ちつつ耐摩耗性を若干犠牲にした材
料系を選定し、軽度の摩耗を促進させることにより、初
期の疲労損傷核を早期に除去するとともに、高強度特性
の有する耐塑性変形能（メタルフローを抑制する性能）
を活かしてフレーキングなどを防止するという選択があ
る。このような特性を有する材料候補の一つとして、ベ
イナイト組織を呈する中Ｃ−Ｃｒ−Ｍｏ系レール鋼が着
目されており、特願平５−１２９７２９号および特願平
５−１２０２６５号に示すように、従来のパーライト系
レール鋼に将来的には一部置き替わるであろうと考えら
れるベイナイト系レール鋼も提案されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】前記した高速鉄道用の
中Ｃ−Ｃｒ−Ｍｏ系レール鋼の特徴は、表１に典型例を
示すように、金属組織が微細なベイナイトであるととも
に、ビッカース硬さで３５０以上、引張強度は１０００
ＭＰａ以上を呈するものであるが、実用材として商品化
させるには、接合技術を伴うことが必須条件である。す
なわち、将来の現地自動溶融溶接技術の実用化に当たっ
て、中Ｃ−Ｃｒ−Ｍｏ系レール鋼を対象に適正な溶接材
料とそれを用いた適正な溶接施工技術を確立させること
が必要となる。

【０００９】

【表１】

【００１０】現在、市販され自動溶融溶接用の溶接材料
として用いられている複合ワイヤのうちで、レール鋼を
ガスシールドアーク（ＭＡＧ）溶接、またはエレクトロ
スラグ溶接（ＥＳＷ）法などで突き合わせ自動溶融溶接
または補修溶接に適用することが可能と考えられる複合
ワイヤの一覧を表２、表３（表２のつづき−１）および
表４（表２のつづき−２）に示す。

【００１１】

【表２】

【００１２】

【表３】

【００１３】

【表４】

【００１４】まず、高Ｃパーライト系レール鋼用の高Ｃ
系複合ワイヤＸは、前記したように既存技術で問題にな
っていた耐摩耗性および耐損傷性ないし耐割れ性を克服
した新開発の複合ワイヤであるが、中Ｃ−Ｃｒ−Ｍｏ系
レール鋼との組み合わせでは、本来の技術的思想の違い
から、硬さおよび強度も表中のレベルが得られないのに
加え、溶融境界に継手性能上好ましくない異常組織が発
生し、ベイナイト系レールが狙いとする使用中の表面損
傷防止の機能を果たすことができないし、曲げ荷重に対
する静的強度および疲労強度も満足したものが得られな
い。

【００１５】次に、高張力鋼用およびＣｒ−Ｍｏ系耐熱
鋼用複合ワイヤＡ〜Ｅであるが、高炭素パーライト系レ
ール鋼との組み合わせと異なり、中Ｃ−Ｃｒ−Ｍｏ系レ
ール鋼との組み合わせでは、高温割れや高Ｃマルテンサ
イト組織発生の問題が解消できるため、適用のしやすさ
は大幅に改善される。しかしながら、ＭＡＧ溶接および
ＥＳＷ法に適用しても溶接金属の機械的特性値は表中に
示すレベル程度しか得られないため、レール足部、腹部
および頭中部に関しては問題がないが、レール頭表面部
に関しては、ベイナイト系レールが狙いとする使用中の
表面損傷防止の機能を果たすことができない。

【００１６】さらに、硬化肉盛溶接用の複合ワイヤＦ〜
Ｋであるが、これらはＹＦ２ＡおよびＹＦ３Ｂの２群に
分類される。ＹＦ２Ａとして分類された複合ワイヤＦ、
Ｇを用いたサブマージドアーク溶接（ＳＡＷ）法で得ら
れる溶着金属の組成は、前記した高張力鋼用複合ワイヤ
でのＭＡＧ溶接で得られる溶着金属の組成に類似したも
のなので、原則的に前記の問題がそのまま当てはまる。
一方、ＹＦ３Ｂとして分類された複合ワイヤＨ、Ｋによ
って形成される溶着金属は、微小な割れの存在を許容で
きる耐土砂摩耗性を確保するため、高Ｃマルテンサイト
組織により硬度を高くしたものであり、本発明が対象と
している本質的に割れを許容することのできない耐金属
摩耗の課題に対しては、過剰な硬さ、組織の違いおよび
割れ発生の観点から、全く適用できないものである。加
えて、過剰な合金元素の添加により、比抵抗値が大きく
なり過ぎる点も問題となる。

【００１７】本発明は、前記した中Ｃ−Ｃｒ−Ｍｏ系レ
ールの溶接において、電気伝導特性も問題なく、強度お
よび耐摩耗、耐損傷性の優れた継手性能を確保でき、母
材レールと同様に微細ベイナイト組織を形成できるとと
もに、良好な溶接作業性を有するレール鋼の溶接用複合
ワイヤを提供することを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明の要旨
とするところは下記のとおりである。（１）合金成分剤または合金成分剤とスラグ形成剤から
なるフラックスを鋼製外皮の内部に充填している溶接用
複合ワイヤにおいて、フラックスおよび鋼製外皮の一方
または両方に含有する合計量として、当該複合ワイヤ全
重量に対し、重量％で（以下同じ）Ｃ：０．２〜０．３
８％、Ｓｉ：０．３〜２．０％、Ｍｎ：０．８〜２．５
％、Ｃｒ：０．９〜２．８％、Ｍｏ：０．１〜１．０％
を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなるこ
とを特徴とするレール鋼の溶接用複合ワイヤ。

【００１９】（２）さらに、フラックスおよび鋼製外皮
の一方または両方に含有する合計量として、当該複合ワ
イヤ全重量に対し、Ｖ：０．０１〜０．１％、Ｎｂ：
０．０１〜０．０７％、Ｎｉ：０．３５〜２．０％の１
種または２種以上を含有することを特徴とする前記
（１）記載のレール鋼の溶接用複合ワイヤ。

【００２０】

【作用】以下に本発明のレール鋼の溶接用複合ワイヤに
おける各成分（重量％）を規定した理由と、その限定値
について詳細に説明する。以下の重量は複合ワイヤ全重
量に対するものである。Ｃは、中Ｃ−Ｃｒ−Ｍｏ系レー
ル鋼と類似の微細析出物を分散析出させたベイナイト組
織を溶着金属に生成させるための必須成分である。溶着
金属のＣ含有量が増加するに従い、硬さおよび引張強度
ひいては耐塑性変形能が増加するため、溶着金属の耐摩
耗性および耐フレーキング特性を向上させることができ
る。複合ワイヤのＣ含有量が０．２％未満では、ＣＯ₂
−ＭＡＧ法で得られる溶接金属のＣ量が０．１５％未満
となる場合が生じ、地のベイナイト組織中に形成される
析出物の絶対量が不足するため、強度不足に加え、耐摩
耗性および耐フレーキング特性の低下となる。一方、複
合ワイヤのＣ含有量が０．３８％超では、ＥＳＷ法で得
られる溶接金属のＣ量が０．３５％超となる場合が生
じ、Ｃｒ、Ｍｏ必須添加元素との関連で脆化組織が形成
される。さらに、電気伝導特性においても比抵抗値が過
大になるなどの点から、複合ワイヤのＣ含有量を０．２
〜０．３８％と規定した。

【００２１】Ｓｉは、一般に溶着金属の脱酸剤の働きを
有するものとして溶接材料に添加するが、複合ワイヤの
Ｓｉ含有量が０．３％未満では、ＣＯ₂−ＭＡＧ法の溶
接金属のＳｉ量が０．２０％未満となり、溶接時の脱酸
効果も不十分で、ピットないしブローホールが発生し、
さらには溶接金属の脆化などが問題となる。一方、複合
ワイヤのＳｉ含有量が２．０％超では、ＥＳＷ法の溶接
金属のＳｉ量が１．２％超となり、電気伝導特性におい
て比抵抗値が過大になることに加え、異常組織の形成が
問題になるなどの点から、複合ワイヤのＳｉ含有量を
０．３〜２．０％と規定した。

【００２２】Ｍｎは、Ｓｉと同様に溶着金属の脱酸剤と
しての働きに加え、炭化物生成元素と同様にベイナイト
変態の開始を遅らせ、低温、長時間側に移行させる働き
をする。このように低温変態生成の場合、溶接による加
熱−冷却履歴が多少変化しても組織はそれほど大きく変
化せず、極めて安定した高強度のベイナイト組織が形成
されるという利点がある。一般に、溶接金属のＭｎ量も
レール鋼とほぼ対応したものが望ましい。複合ワイヤ中
のＭｎ含有量が０．８％未満では、ＣＯ₂−ＭＡＧ法お
よびＥＳＷ法の溶接金属のＭｎ量が０．７％未満と低下
して組織の形成が不安定となるため、溶接金属の強度お
よび延性が低下し、その結果、耐摩耗性および耐フレー
キング性が問題となる。一方、複合ワイヤ中のＭｎ含有
量が２．５％超では、ＣＯ₂−ＭＡＧ法の溶接金属のＭ
ｎ量が１．８％超となり、他に必須添加成分である炭化
物析出関連成分（Ｃ、Ｃｒ、Ｍｏなど）との関連で焼入
れ性が過大となり、脆化組織の析出や過剰な硬化度を有
するため問題となる。さらに加えて、電気伝導特性の観
点から比抵抗値を一定値以下に制御するのが困難になる
などの点から、複合ワイヤのＭｎ含有量を０．８〜２．
５％と規定した。

【００２３】ＣｒおよびＭｏは、いずれもＭｎと同様に
ベイナイト変態を遅滞させる成分であるとともに炭化物
生成元素であり、安定したベイナイト組織中に形成され
た微細分散析出物を介して耐摩耗性、耐損傷性および耐
フレーキング性の確保に寄与しており、本発明を構成す
る上で重要必須添加成分である。中Ｃ−Ｃｒ−Ｍｏ系レ
ール鋼のＣｒ、Ｍｏ含有量は、それぞれＣｒが１〜２％
程度、Ｍｏが０．５％程度まで添加されているが、溶接
金属のＣｒ、Ｍｏ量もレール母材とほぼ対応したものが
望ましい。複合ワイヤのＣｒ含有量が０．９％未満で
は、ＣＯ₂−ＭＡＧ法およびＥＳＷ法の溶接金属のＣｒ
量が０．８％未満と低下する場合があり、その結果、組
織形成は溶接冷却速度に大きく依存し、不安定になるた
め問題である。同様に、複合ワイヤのＭｏ含有量が０．
１％未満では、ＣＯ₂−ＭＡＧ法およびＥＳＷ法の溶接
金属のＭｏ量も０．１％未満となり、組織を安定化させ
ることができないのに加え、必要な硬さ、強度および耐
塑性変形能を確保できないため問題である。一方、複合
ワイヤのＣｒ含有量が２．８％超、Ｍｏ含有量が１．０
％超それぞれ添加されると、ＥＳＷ法の溶接金属のＣｒ
量が２．２％超、Ｍｏ量が０．７５％超となり、過剰な
炭化物析出による過剰硬化を招き問題となる。また、電
気伝導特性の点でも好ましくないなどの点から、複合ワ
イヤのＣｒ含有量を０．９〜２．８％、Ｍｏ含有量を
０．１〜１．０％とそれぞれ規定した。

【００２４】なお、母材レールが前記のＣ、Ｓｉ、Ｍ
ｎ、Ｃｒ、Ｍｏの他にＶ、Ｎｂ、Ｃｕ、Ｎｉのうちの１
種または２種以上を含有する場合は、溶接金属にもこれ
らの合金成分を母材レールと同等もしくはそれ以下の量
だけ含有させる必要がある。なお、塩基性メルトフラッ
クスとの組み合わせでＥＳＷ法により溶接する場合、こ
れらの成分は、複合ワイヤへの添加により溶接金属への
１００％の歩留りが見込まれる。また、ＣＯ₂−ＭＡＧ
法による場合でも９０〜１００％の歩留りが見込まれ
る。

【００２５】Ｖは、Ｍｎ、ＣｒやＭｏと同様にベイナイ
ト変態を遅滞させる成分であるとともに炭化物形成元素
であり、含有量によって組織の安定度、強度特性も変化
するので、母材レールがＶを含有する場合には、少なく
ともレール頭表面部に関してはＶが含有されていない
と、溶接金属の耐摩耗性、耐損傷性および耐フレーキン
グ性が低下する。従って、溶接金属のＶ含有量は０．０
１％以上、好ましくは０．０１５％以上含有されている
必要がある。しかし、溶接金属のＶ量が０．１％を超え
ると他の炭化物析出元素であるＣｒ、Ｍｏとの相互干渉
により耐割れ性が劣化するので、複合ワイヤのＶ含有量
を０．０１〜０．１％と規定した。

【００２６】Ｎｂは、変態を促進させる成分であるた
め、溶接後の冷却中に生成する有害なマルテンサイトを
防止する効果がある。従って、溶接金属のＮｂ含有量は
０．０１％以上、好ましくは０．０１５％以上含有させ
る必要がある。しかし、溶接金属のＮｂ含有量が０．０
７％を超えると粗大な炭・窒化物を生じ、靱性および疲
労強度を低下させるので、複合ワイヤのＮｂ含有量を
０．０１〜０．０７％と規定した。

【００２７】Ｎｉは、延性または靱性を向上させる成分
であり、希にレール鋼に添加される場合がある。溶接金
属においてもその効果は同様であり、溶接金属に０．３
５〜２．０％含有されれば充分である。しかも、溶接金
属中のＮｉ量が２．０％超含有されると高温凝固割れ感
受性が大きくなってくるので好ましくない。従って、複
合ワイヤのＮｉ含有量を０．３５〜２．０％と規定し
た。

【００２８】なお、Ｃｕはレール鋼の耐食性を向上させ
るのに有効な成分であり、耐食性を考慮したレール鋼に
は０．３％程度が含まれる。従って、耐食性が要求され
る場合、溶接金属にも同程度のＣｕを含有させないと溶
接部の耐食性が落ち、局部的な腐食劣化を引き起こすこ
とになる。しかし、溶接用ワイヤにＣｕメッキが施され
る場合、溶接金属のＣｕ量は０．１５〜０．３％程度の
範囲で含有される。従って、Ｃｕメッキが施されている
場合は、特に複合ワイヤ製造においてワイヤ中に意識的
に添加する必要はない。

【００２９】また、Ｐ、Ｓ、Ｎ、Ｏといった不可避的不
純物成分は、複合ワイヤ中に含まれる値として、それぞ
れＰ＋Ｓトータルで０．０５％以下、Ｏ＋Ｎトータルで
０．０５％以下であることが望ましい。なお、上記の各
合金成分は、充填フラックス中に混合させることができ
るが、各合金成分の一部または全部を鋼製外皮に含有さ
せても構わず、各成分値は複合ワイヤ全体として規制さ
れるものである。

【００３０】本発明において、フラックスの充填率は１
２〜２０％の範囲に調整することが望ましい。充填率が
２０％を超えると複合ワイヤ製造工程において伸線中の
断線が生じ問題となる。一方、充填率が１２％未満の場
合は不均一な充填状態となり、溶接の不安定を引き起こ
すので好ましくない。また、スラグ形成剤は、通常の溶
接用複合ワイヤにおいては、ビード形成のためのスラグ
粘性調整剤、アーク安定剤として含有されているもので
あるが、本発明の複合ワイヤの使用においては、ＣＯ₂
−ＭＡＧ法ばかりでなくＥＳＷ法にも適用されることか
ら、外部からのスラグ形成剤供給があるため必ずしも含
有させる必要はない。

【００３１】なお、スラグ形成剤を含有させる場合に
は、それを多量に含有させるとスラグ量が増え過ぎて溶
接作業性を損なうので、溶接用複合ワイヤ中に含有され
るスラグ形成剤としては、溶接用複合ワイヤの全重量に
対して１０％以下が望ましく、成分としては、一般に溶
接に使用されるＣａＦ₂、ＮａＦおよびその他のフッ化
物、ＳｉＯ₂、ＭｎＯ、ＴｉＯ₂およびその他の酸化
物、ＣａＣＯ₃、ＢａＣＯ ₃およびその他の炭酸塩の１
種または２種以上の混合物を適用する溶接法に応じて適
宜配合し含有させるものである。

【００３２】また、本発明の溶接用複合ワイヤの断面を
図２の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）にその一例を示
す。５は鋼製外皮、６は合金成分剤または合金成分剤と
スラグ形成剤からなる充填フラックスである。どの断面
においても３０％以下のフラックス含有は可能であり、
従って、断面形状により本発明の複合ワイヤが規制され
るものではない。

【００３３】以上詳述したように、本発明による中Ｃ−
Ｃｒ−Ｍｏ系レール鋼の溶接用複合ワイヤは、その線径
および組み合わせ溶接フラックスを適正に選択すること
により、一般に規定されている標準施工条件でレール溶
接に供されても、溶接欠陥を発生することなく施工で
き、溶接ままの状態で母材レールとほぼ同等の強度、硬
さおよびベイナイト組織を有する溶接継手を形成させる
ことができる。

【００３４】なお、本発明の対象とする中Ｃ−Ｃｒ−Ｍ
ｏ系レール鋼は、重量％で、Ｃ：０．２５〜０．３５
％、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：１．３％以下、Ｃｒ：
１．０〜２．０％、Ｍｏ：０．１〜０．５％を含有する
レール鋼である。以下に実施例によって本発明の効果を
具体的に説明する。

【００３５】

【実施例】以下、本発明の実施例を示す。表１に示す中
Ｃ−Ｃｒ−Ｍｏ系ベイナイトレールを用い、レール足部
の溶接はＣＯ₂−ＭＡＧ法で行い、続いて銅製の水冷鋳
型で溶接部周囲を囲った後、レール腹部からレール頭頂
部の溶接を上進ＥＳＷ法で行う方法を標準とし、レール
全体をＥＳＷ法で行う方法およびレール頭部のみはＣＯ
₂−ＭＡＧ法で溶接する方法などを組み合わせて試験を
行った。表５にＥＳＷ法において組み合わせ溶接フラッ
クスとして用いた低融点−低粘性の塩基性フラックスの
組成を、表６に鋼製外皮の成分を示す。また、表７およ
び表８（表７のつづき）に試験に用いた各種組成の複合
ワイヤ（ワイヤ径１．６ｍｍ）を示す。なお、ＣＯ₂−
ＭＡＧ法の溶接用複合ワイヤは、スラグ形成剤としてＣ
ａＦ₂；３０％、ＴｉＯ₂；３０％、ＳｉＯ₂；２０
％、ＮａＦ；１０％、ＣａＣＯ₃；１０％を配合したも
のを充填フラックスに用い、複合ワイヤ全重量に対して
２．５％含有させている。

【００３６】表７および表８において、記号ＭＣ−１か
らＭＣ−１１までの１１種類の溶接用複合ワイヤが本発
明範囲に属するものの例で、記号ＭＣ−１２からＭＣ−
１７の６種類の溶接用複合ワイヤは比較例として用いた
本発明範囲外に属するものである。それぞれの組み合わ
せとも、溶接開先部を乾燥加熱し、表９に示す溶接条件
で溶接継手を作製して評価した。

【００３７】表１０、表１１（表１０のつづき−１）、
表１２（表１０のつづき−２）および表１３（表１０の
つづき−３）に試験評価結果をまとめて示す。使用性能
としてレール頭部を対象にし、耐摩耗・耐損傷性および
耐フレーキング特性の間接的な評価指標として、頭部溶
接金属の平均硬さ、強度および延性を材力試験により求
め、その良否を○、×の２水準で求めた。また、レール
足部に対しては、強度・延性特性の良否を溶材合否の判
断基準にした。さらに、信号不良発生の要因である比抵
抗値にも注目し、比抵抗値が過大で明らかに問題となる
ものは×評価とした。その他、溶接部の横断面ミクロ試
験片を採取し、研磨・エッチング後、検鏡検査で割れや
組織およびその他の欠陥の評価も行った。

【００３８】

【表５】

【００３９】

【表６】

【００４０】

【表７】

【００４１】

【表８】

【００４２】

【表９】

【００４３】

【表１０】

【００４４】

【表１１】

【００４５】

【表１２】

【００４６】

【表１３】

【００４７】まず、本発明例で示した複合ワイヤＭＣ−
１からＭＣ−１１について、レール部位に応じてＥＳＷ
法とＣＯ₂−ＭＡＧ法を適宜組み合わせて溶接した場合
について見ると、いずれも溶接施工は良好で健全な継手
が得られており、また充分な耐摩耗・耐損傷性および耐
フレーキング特性を有し、電気伝導特性も問題なく、実
用可能なものであることが確認できた。

【００４８】一方、比較例で示す複合ワイヤＭＣ−１
２、１３はＣ、Ｍｎ、ＣｒまたはＭｏといった主要成分
を本発明の下限値未満に設定したものであるが、組織は
比較的健全なものではあったが、硬さおよび強度が充分
なレベルでなく、耐摩耗・耐損傷性および耐フレーキン
グ性の点で劣っており、実用性のないものであった。ま
た、複合ワイヤＭＣ−１４、１５、１６、１７は、逆に
Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｎｂ、Ｎｉといった
ベイナイト系組織での強化元素ないしは炭化物形成元素
を本発明の上限を超えて組み合わせ添加したものである
が、これらは溶接金属が必要以上に硬化するか、あるい
は一部割れを伴う異常組織を呈し、耐摩耗・耐損傷性お
よび耐フレーキング性で好結果が期待できないものであ
った。また、これらの大部分のものは、比抵抗値も高く
なり、電気伝導特性の観点からも実用不可能なものであ
ることを確認した。

【００４９】

【発明の効果】以上述べたように、本発明による中Ｃ−
Ｃｒ−Ｍｏ系レール鋼の溶接用複合ワイヤは、耐摩耗、
耐表面損傷性の点で優れた継手性能を確保できるととも
に良好な溶接作業性を有するものであり、高速鉄道用高
強度ベイナイト系レールの適用を促進する溶接技術を提
供するもので、その工業的価値は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】レール鋼の断面図である。

【図２】複合ワイヤの断面形状の一例を示す図である。

【符号の説明】

１レール足部２レール腹部３レール頭部４レール頭表面５鋼製外皮６充填フラックス

【手続補正書】

【提出日】平成７年２月８日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４５】

【表１２】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】合金成分剤または合金成分剤とスラグ形
成剤からなるフラックスを鋼製外皮の内部に充填してい
る溶接用複合ワイヤにおいて、フラックスおよび鋼製外
皮の一方または両方に含有する合計量として、当該複合
ワイヤ全重量に対し、重量％で（以下同じ）Ｃ：０．２
〜０．３８％、Ｓｉ：０．３〜２．０％、Ｍｎ：０．８
〜２．５％、Ｃｒ：０．９〜２．８％、Ｍｏ：０．１〜
１．０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物か
らなることを特徴とするレール鋼の溶接用複合ワイヤ。
【請求項２】さらに、フラックスおよび鋼製外皮の一
方または両方に含有する合計量として、当該複合ワイヤ
全重量に対し、Ｖ：０．０１〜０．１％、Ｎｂ：０．０
１〜０．０７％、Ｎｉ：０．３５〜２．０％の１種また
は２種以上を含有することを特徴とする請求項１記載の
レール鋼の溶接用複合ワイヤ。