JPH0892696A - 高強度ベイナイト系レール - Google Patents
高強度ベイナイト系レールInfo
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- JPH0892696A JPH0892696A JP22982294A JP22982294A JPH0892696A JP H0892696 A JPH0892696 A JP H0892696A JP 22982294 A JP22982294 A JP 22982294A JP 22982294 A JP22982294 A JP 22982294A JP H0892696 A JPH0892696 A JP H0892696A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 高速鉄道用耐表面損傷ベイナイトレール製品
【構成】 Ｃ：０．１５〜０．４５％、Ｓｉ：０．１５
〜２．００％、Ｍｎ：０．３０〜２．００％、Ｃｒ：
０．５０〜３．００％、Ｍｎ＋Ｃｒ：１．５０〜３．５
０％を含有し、必要に応じてＭｏ、Ｎｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｔ
ｉ、Ｃｕの一種または二種以上を含有し、かつレール頭
部表面から深さ２０mm未満がＨｖ３３０以上であること
を特徴とするベイナイト組織からなる高強度レール。 【効果】 従来のパーライト組織レール鋼に生成するダ
ークスポット損傷を防止するため、摩耗促進により疲労
ダメージ層の自己除去効果のあるベイナイト組織に注目
し、その高強度化によりダークスポット損傷ばかりでな
く、耐フレーキング損傷にも優れた特性を示す高速鉄道
用耐表面損傷レールを開発した。
〜２．００％、Ｍｎ：０．３０〜２．００％、Ｃｒ：
０．５０〜３．００％、Ｍｎ＋Ｃｒ：１．５０〜３．５
０％を含有し、必要に応じてＭｏ、Ｎｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｔ
ｉ、Ｃｕの一種または二種以上を含有し、かつレール頭
部表面から深さ２０mm未満がＨｖ３３０以上であること
を特徴とするベイナイト組織からなる高強度レール。 【効果】 従来のパーライト組織レール鋼に生成するダ
ークスポット損傷を防止するため、摩耗促進により疲労
ダメージ層の自己除去効果のあるベイナイト組織に注目
し、その高強度化によりダークスポット損傷ばかりでな
く、耐フレーキング損傷にも優れた特性を示す高速鉄道
用耐表面損傷レールを開発した。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、旅客鉄道の高速運転区
間あるいは、海外の鉱山鉄道のような重荷重条件下で要
求されるレール頭表面のころがり疲労損傷抵抗性および
溶接性・接合性の向上に有効なベイナイト組織を有する
高強度レールに関するものである。
間あるいは、海外の鉱山鉄道のような重荷重条件下で要
求されるレール頭表面のころがり疲労損傷抵抗性および
溶接性・接合性の向上に有効なベイナイト組織を有する
高強度レールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、鉄道輸送の高効率化の手段とし
て、列車速度の向上や列車積載重量の増加が図られてき
ている。このような鉄道輸送の高効率化は、レール材料
にとっては使用環境の過酷化をもたらし、曲線区間のみ
ならず、直線区間のレール材料の一層の改善が要求され
るに至った。従来から曲線区間に敷設された外軌レール
は、車輪フランジに擦られて急速な摩耗を受け、近年の
鉄道輸送の高効率化にともなって問題が顕在化してき
た。しかしながら、最近のレール高強度加熱処理技術の
向上により、微細パーライト組織による高強度化が達成
され大幅な耐摩耗性の改善が果たされ、曲線区間に敷設
されたレール寿命を飛躍的に改善してきた。
て、列車速度の向上や列車積載重量の増加が図られてき
ている。このような鉄道輸送の高効率化は、レール材料
にとっては使用環境の過酷化をもたらし、曲線区間のみ
ならず、直線区間のレール材料の一層の改善が要求され
るに至った。従来から曲線区間に敷設された外軌レール
は、車輪フランジに擦られて急速な摩耗を受け、近年の
鉄道輸送の高効率化にともなって問題が顕在化してき
た。しかしながら、最近のレール高強度加熱処理技術の
向上により、微細パーライト組織による高強度化が達成
され大幅な耐摩耗性の改善が果たされ、曲線区間に敷設
されたレール寿命を飛躍的に改善してきた。
【０００３】一方、直線区間に敷設されたレールにおい
ては、鉄道輸送の高速化にともなって頭頂面シェリング
あるいはダークスポット損傷と呼ばれる、転がり疲労に
よる表面損傷が多発するようになり、このようなレール
頭部表面のころがり疲労損傷は、列車の高速運行を阻害
するばかりでなくレール折損をもたらすため、安全走行
上大きな問題となってきている。従来から、このような
直線区間のレールとしてはレールを圧延ままで使用する
パーライト組織レールが用いられてきた。これは直線区
間に敷設されたレールでは摩耗がほとんど問題とならな
いからであり、このことがかえって近年の高速輸送時代
に問題を引き起こすことになっている。すなわち、車輪
のころがり接触を受けたレール頭表面では、摩耗により
疲労ダメージ層が削り取られることなく蓄積し、一定期
間経過後（新幹線では約５年後）にレール表面損傷を多
発させることとなった。
ては、鉄道輸送の高速化にともなって頭頂面シェリング
あるいはダークスポット損傷と呼ばれる、転がり疲労に
よる表面損傷が多発するようになり、このようなレール
頭部表面のころがり疲労損傷は、列車の高速運行を阻害
するばかりでなくレール折損をもたらすため、安全走行
上大きな問題となってきている。従来から、このような
直線区間のレールとしてはレールを圧延ままで使用する
パーライト組織レールが用いられてきた。これは直線区
間に敷設されたレールでは摩耗がほとんど問題とならな
いからであり、このことがかえって近年の高速輸送時代
に問題を引き起こすことになっている。すなわち、車輪
のころがり接触を受けたレール頭表面では、摩耗により
疲労ダメージ層が削り取られることなく蓄積し、一定期
間経過後（新幹線では約５年後）にレール表面損傷を多
発させることとなった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】車輪のころがり接触を
受け続ける直線区間のレールの、ころがり疲労損傷を防
止する最も有効な手段は、ダメージを受けたレール頭表
面をグラインディングによって削り取る方法であり、実
際に新幹線あるいは海外の重荷重鉄道では一部にグライ
ンダーを搭載したグラインディング・カーが走行してい
る。しかしこのような研削車は価格が高く、直線区間が
大部分を占める路線全体を削るためには複数の研削車が
必要になる上、日本のように列車頻度が高く、頻繁なレ
ール研削にともなう騒音が問題となる国情から実用に適
しがたい。
受け続ける直線区間のレールの、ころがり疲労損傷を防
止する最も有効な手段は、ダメージを受けたレール頭表
面をグラインディングによって削り取る方法であり、実
際に新幹線あるいは海外の重荷重鉄道では一部にグライ
ンダーを搭載したグラインディング・カーが走行してい
る。しかしこのような研削車は価格が高く、直線区間が
大部分を占める路線全体を削るためには複数の研削車が
必要になる上、日本のように列車頻度が高く、頻繁なレ
ール研削にともなう騒音が問題となる国情から実用に適
しがたい。
【０００５】そこで、もう一つの対策としてレール材料
の摩耗を促進させて疲労ダメージ層の自己除去作用を利
用する方法が考え出された。その具体的な方法として
は、まずパーライト組織からなるレール材料の強度（硬
度）を低下させて摩耗を促進させる方法が考えられる。
しかし、単に硬度を低下させて摩耗を促進させようとす
ると、車輪荷重を受けるレール頭部で塑性変形が生じ、
レール頭表面に塑性変形が波状に連続生成して（波状摩
耗と呼ばれる）高速運行に耐えられない状態を引き起こ
したり、塑性変形部から新たなき裂損傷（フレーキング
損傷など）が短期間で発生してしまい、なんら問題の解
決にならないことが明らかになっている。
の摩耗を促進させて疲労ダメージ層の自己除去作用を利
用する方法が考え出された。その具体的な方法として
は、まずパーライト組織からなるレール材料の強度（硬
度）を低下させて摩耗を促進させる方法が考えられる。
しかし、単に硬度を低下させて摩耗を促進させようとす
ると、車輪荷重を受けるレール頭部で塑性変形が生じ、
レール頭表面に塑性変形が波状に連続生成して（波状摩
耗と呼ばれる）高速運行に耐えられない状態を引き起こ
したり、塑性変形部から新たなき裂損傷（フレーキング
損傷など）が短期間で発生してしまい、なんら問題の解
決にならないことが明らかになっている。
【０００６】本発明者らは、高強度（高硬度）で塑性変
形が生じにくくかつ摩耗を促進させる目的で幾多の研究
を行った結果、一定の硬度以上を有するベイナイト組織
がその問題の解決に有効である事実を見いだした。そし
て、本発明者らは特開平５−２７１８７１号公報で、圧
延ままのレール硬さがＨｖ３７０以上のベイナイト組織
レールとして、該レール表面損傷を防止するため摩耗を
列車の通過による車輪とレールとの摩耗によってある程
度促進させて、レール頭部表面の疲労ダメージ層を削り
取る方法を提案し、レールの耐表面損傷性を確保できる
結果を得た。
形が生じにくくかつ摩耗を促進させる目的で幾多の研究
を行った結果、一定の硬度以上を有するベイナイト組織
がその問題の解決に有効である事実を見いだした。そし
て、本発明者らは特開平５−２７１８７１号公報で、圧
延ままのレール硬さがＨｖ３７０以上のベイナイト組織
レールとして、該レール表面損傷を防止するため摩耗を
列車の通過による車輪とレールとの摩耗によってある程
度促進させて、レール頭部表面の疲労ダメージ層を削り
取る方法を提案し、レールの耐表面損傷性を確保できる
結果を得た。
【０００７】しかし、上記特開平５−２７１８７１号公
報の方法では、列車の通過による頭部表面の疲労ダメー
ジ層を削り取る量が十分でない場合があり、また、高速
鉄道においてはレールを溶接によって接合してロングレ
ールとすることが必須条件であるが、接合部にマルテン
サイトなどの有害な組織が生成して、安定した継ぎ手性
能が得られないことがあった。
報の方法では、列車の通過による頭部表面の疲労ダメー
ジ層を削り取る量が十分でない場合があり、また、高速
鉄道においてはレールを溶接によって接合してロングレ
ールとすることが必須条件であるが、接合部にマルテン
サイトなどの有害な組織が生成して、安定した継ぎ手性
能が得られないことがあった。
【０００８】これに対して、本発明者らはその後さらに
研究を行った結果、特にＭｎとＣｒの和がある一定量を
超えないようにするとともに、圧延後のレールに熱処理
を行ってレール頭部の硬さを制御し、列車の通過による
レール頭部表面の疲労ダメージ層を削り取る量をより最
適化するとともに、溶接性を向上させ優れた継ぎ手性能
が得られることを知見し、本発明の、適正なレール硬度
を有する接合性に優れたベイナイト鋼レールの発明に至
ったものである。
研究を行った結果、特にＭｎとＣｒの和がある一定量を
超えないようにするとともに、圧延後のレールに熱処理
を行ってレール頭部の硬さを制御し、列車の通過による
レール頭部表面の疲労ダメージ層を削り取る量をより最
適化するとともに、溶接性を向上させ優れた継ぎ手性能
が得られることを知見し、本発明の、適正なレール硬度
を有する接合性に優れたベイナイト鋼レールの発明に至
ったものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】表１には、従来の圧延ま
まパーライト組織レール鋼の化学成分範囲と、本発明
まパーライト組織レール鋼の化学成分範囲と、本発明
【表１】 ベイナイトレール鋼の成分組織を比較して示す。図１に
は、パーライト組織レール鋼とベイナイト組織レール鋼
の西原式摩耗試験機による実験室摩耗試験結果を示す。
試験条件は、外形３０mm、幅８mmの円盤試験片同志をす
べり率９％、荷重５０kgでころがり接触させ、５０万回
転後の重量減を測定した。このとき相手材は車輪相当硬
度（Ｈｖ３５０）を有する焼入れ焼戻し調質材を用い
た。
は、パーライト組織レール鋼とベイナイト組織レール鋼
の西原式摩耗試験機による実験室摩耗試験結果を示す。
試験条件は、外形３０mm、幅８mmの円盤試験片同志をす
べり率９％、荷重５０kgでころがり接触させ、５０万回
転後の重量減を測定した。このとき相手材は車輪相当硬
度（Ｈｖ３５０）を有する焼入れ焼戻し調質材を用い
た。
【００１０】このように、ベイナイト組織レール鋼は、
硬度が高くても従来のパーライト組織レール鋼よりも、
一定量の摩耗の促進が期待できることがわかる。ベイナ
イト組織の高強度化の方法としては、合金元素を多量に
添加する方法と熱処理による方法が考えられる。しかし
合金元素を多量に添加する方法は、高速鉄道に必須であ
るレール溶接の接合性を阻害することから、本発明では
熱処理による高強度化を前提とし、安定したベイナイト
組織を得るために恒温変態熱処理を行った。
硬度が高くても従来のパーライト組織レール鋼よりも、
一定量の摩耗の促進が期待できることがわかる。ベイナ
イト組織の高強度化の方法としては、合金元素を多量に
添加する方法と熱処理による方法が考えられる。しかし
合金元素を多量に添加する方法は、高速鉄道に必須であ
るレール溶接の接合性を阻害することから、本発明では
熱処理による高強度化を前提とし、安定したベイナイト
組織を得るために恒温変態熱処理を行った。
【００１１】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 ：０．１
５〜０．４５％、 Ｓｉ：０．１５〜２．００％、Ｍ
ｎ：０．３０〜２．００％、 Ｃｒ：０．５０〜３．
００％、Ｍｎ＋Ｃｒが１．５０〜３．５０％、を含有
し、これに必要に応じてＭｏ：０．１０〜０．６０％、
Ｎｉ：０．０５〜４．００％、Ｎｂ：０．０１〜
０．０５％、 Ｖ ：０．０５〜０．３０％、Ｔｉ：
０．０１〜０．０５％、 Ｃｕ：０．０５〜０．５０
％の一種または二種以上を含有し、残部が鉄および不可
避的不純物からなる鋼でベイナイト組織を有し、かつレ
ール頭部表面から該レール頭部表面を起点として深さ２
０mm未満の範囲がＨｖ３３０以上であることを特徴とす
る高強度ベイナイト系レール、である。
て、その要旨とするところは、重量％で、Ｃ ：０．１
５〜０．４５％、 Ｓｉ：０．１５〜２．００％、Ｍ
ｎ：０．３０〜２．００％、 Ｃｒ：０．５０〜３．
００％、Ｍｎ＋Ｃｒが１．５０〜３．５０％、を含有
し、これに必要に応じてＭｏ：０．１０〜０．６０％、
Ｎｉ：０．０５〜４．００％、Ｎｂ：０．０１〜
０．０５％、 Ｖ ：０．０５〜０．３０％、Ｔｉ：
０．０１〜０．０５％、 Ｃｕ：０．０５〜０．５０
％の一種または二種以上を含有し、残部が鉄および不可
避的不純物からなる鋼でベイナイト組織を有し、かつレ
ール頭部表面から該レール頭部表面を起点として深さ２
０mm未満の範囲がＨｖ３３０以上であることを特徴とす
る高強度ベイナイト系レール、である。
【００１２】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、一定の強度を確保するため、および
ベイナイト変態に欠くべからざる元素であり、０．１５
％未満ではフェライト組織が混入してベイナイト変態を
完遂できず、さらにはレール鋼としての最低限の耐摩耗
性を確保することができないため０．１５％以上に限定
した。またＣ量が０．４５％を超えるとパーライト組織
が相当量生成して耐摩耗性を向上させてしまい、疲労ダ
メージ層を摩耗により自己除去することを狙いとした本
来の目的を達成できなくすることから、Ｃ量を０．１５
〜０．４５％に限定した。
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、一定の強度を確保するため、および
ベイナイト変態に欠くべからざる元素であり、０．１５
％未満ではフェライト組織が混入してベイナイト変態を
完遂できず、さらにはレール鋼としての最低限の耐摩耗
性を確保することができないため０．１５％以上に限定
した。またＣ量が０．４５％を超えるとパーライト組織
が相当量生成して耐摩耗性を向上させてしまい、疲労ダ
メージ層を摩耗により自己除去することを狙いとした本
来の目的を達成できなくすることから、Ｃ量を０．１５
〜０．４５％に限定した。
【００１３】Ｓｉは、製鋼時の脱酸材が残存したもので
あるが、ベイナイト組織素地に固溶して強度（硬度）を
向上させる元素であり、０．１５％以上の含有が必要で
ある。また、添加量が２．００％を超えるとレール製造
時に表面きずを生成させたり、レール溶接時に接合不良
をもたらすため０．１５〜２．００％に限定した。
あるが、ベイナイト組織素地に固溶して強度（硬度）を
向上させる元素であり、０．１５％以上の含有が必要で
ある。また、添加量が２．００％を超えるとレール製造
時に表面きずを生成させたり、レール溶接時に接合不良
をもたらすため０．１５〜２．００％に限定した。
【００１４】Ｍｎは、Ｃ同様に焼入性を高め、安定して
ベイナイト組織を生成させるためには欠かせない元素で
あり、０．３０％未満ではその効果が少なく、また２．
００％を超えると摩耗を抑制するパーライト組織が混入
してくるために、０．３００〜２．００％に限定した。
ベイナイト組織を生成させるためには欠かせない元素で
あり、０．３０％未満ではその効果が少なく、また２．
００％を超えると摩耗を抑制するパーライト組織が混入
してくるために、０．３００〜２．００％に限定した。
【００１５】Ｃｒは、ベイナイト組織中の炭化物を微細
に分散させ、強度（硬度）を確保するために有効な元素
であり、０．５０％未満ではその効果が少なく、また
３．００％を超えると炭化物の粗大化が生じるばかり
か、ベイナイト変態速度を抑制することによりマルテン
サイト組織を混入させてしまうため、０．５０〜３．０
０％に限定した。
に分散させ、強度（硬度）を確保するために有効な元素
であり、０．５０％未満ではその効果が少なく、また
３．００％を超えると炭化物の粗大化が生じるばかり
か、ベイナイト変態速度を抑制することによりマルテン
サイト組織を混入させてしまうため、０．５０〜３．０
０％に限定した。
【００１６】Ｍｎ＋Ｃｒ量を１．５０〜３．５０％に限
定した理由は、安定的なベイナイト変態の確保にＭｎお
よびＣｒが重要な役割を果たすからであり、１．５０％
未満ではベイナイト組織中にフェライトが混入して最低
限の摩耗が確保できなくなるからであり、また３．５０
％を超えると極端に変態速度が低下して恒温変態時に変
態が終了しにくくなってマルテンサイト組織が生成して
しまう危険性が高まるからであり、さらに３．５０％を
超えるとレール溶接時に接合性を著しく阻害することか
ら、１．５０〜３．５０％に限定した。
定した理由は、安定的なベイナイト変態の確保にＭｎお
よびＣｒが重要な役割を果たすからであり、１．５０％
未満ではベイナイト組織中にフェライトが混入して最低
限の摩耗が確保できなくなるからであり、また３．５０
％を超えると極端に変態速度が低下して恒温変態時に変
態が終了しにくくなってマルテンサイト組織が生成して
しまう危険性が高まるからであり、さらに３．５０％を
超えるとレール溶接時に接合性を著しく阻害することか
ら、１．５０〜３．５０％に限定した。
【００１７】この他に、必要に応じて以下の元素を添加
する。Ｍｏは、ベイナイト組織の安定化に有効な元素で
あるが、０．１０％未満ではその効果がなく、また単独
でもベイナイト変態速度を遅くするため上限を０．６０
％に限定した。Ｎｉはオーステナイト組織の安定化元素
であり、焼入性を向上させてベイナイト組織を微細化さ
せ、靭性の向上に寄与するが、０．０５％未満ではその
効果がなく、また４．００％を超えて添加してもそれ以
上の効果が期待できないことから、０．０５〜４．００
％に限定した。
する。Ｍｏは、ベイナイト組織の安定化に有効な元素で
あるが、０．１０％未満ではその効果がなく、また単独
でもベイナイト変態速度を遅くするため上限を０．６０
％に限定した。Ｎｉはオーステナイト組織の安定化元素
であり、焼入性を向上させてベイナイト組織を微細化さ
せ、靭性の向上に寄与するが、０．０５％未満ではその
効果がなく、また４．００％を超えて添加してもそれ以
上の効果が期待できないことから、０．０５〜４．００
％に限定した。
【００１８】Ｎｂは、オーステナイト粒の微細化元素で
あり、レール鋼の靭性および延性を改善することに寄与
するが、０．０１％未満ではその効果が小さく、０．０
５％を超えるとＮｂの金属間化合物が生成し脆化を引き
起こすために、０．０１〜０．０５％に限定した。Ｖは
Ｎｂとほぼ同等の効果を有し、Ｖ（Ｃ，Ｎ）の析出によ
りベイナイト組織を強化するために有効であるが、０．
０５％未満ではその効果が少なく、０．３０％を超える
とＶ（Ｃ，Ｎ）の粗大化によってかえって脆化が生じる
ため、０．０５〜０．３０％に限定した。Ｔｉは、析出
したＴｉＮが恒温でも溶解しないことを利用して、レー
ル圧延加熱時のオーステナイト粒を細粒にする効果や、
レール溶接時のオーステナイト粒の細粒化をとおして安
定なベイナイト組織の生成に寄与するが、０．０１％未
満では効果が十分でなく、０．０５％を超えるとＴｉＮ
が粗大化して、レール頭部内部から生成する疲労き裂の
起点となることから、０．０１〜０．０５％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
あるが、０．０５％未満ではその寄与は小さく、また
０．５０％を超えるとレール圧延時に熱間脆性を顕在化
させるために、０．０５〜０．５０％に限定した。
あり、レール鋼の靭性および延性を改善することに寄与
するが、０．０１％未満ではその効果が小さく、０．０
５％を超えるとＮｂの金属間化合物が生成し脆化を引き
起こすために、０．０１〜０．０５％に限定した。Ｖは
Ｎｂとほぼ同等の効果を有し、Ｖ（Ｃ，Ｎ）の析出によ
りベイナイト組織を強化するために有効であるが、０．
０５％未満ではその効果が少なく、０．３０％を超える
とＶ（Ｃ，Ｎ）の粗大化によってかえって脆化が生じる
ため、０．０５〜０．３０％に限定した。Ｔｉは、析出
したＴｉＮが恒温でも溶解しないことを利用して、レー
ル圧延加熱時のオーステナイト粒を細粒にする効果や、
レール溶接時のオーステナイト粒の細粒化をとおして安
定なベイナイト組織の生成に寄与するが、０．０１％未
満では効果が十分でなく、０．０５％を超えるとＴｉＮ
が粗大化して、レール頭部内部から生成する疲労き裂の
起点となることから、０．０１〜０．０５％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
あるが、０．０５％未満ではその寄与は小さく、また
０．５０％を超えるとレール圧延時に熱間脆性を顕在化
させるために、０．０５〜０．５０％に限定した。
【００１９】レール頭部表面から該レール頭部表面を起
点として深さ２０mm未満の領域の硬度をＨｖ３３０以上
に限定した理由について述べる。すなわち、ベイナイト
レール鋼硬さが低い方が列車の通過によってレール頭部
表面を削り取る量が増えるが、あまり硬さが低いと金属
塑性フローによるフレーキング等のレール表面損傷が発
生するため、レール表面硬度をＨｖ３３０以上に限定し
た。また、Ｈｖ３３０以上の硬度を有する領域をレール
頭表面から該レール頭表面を起点として２０mm未満の範
囲に限定した理由は、レール頭部の摩耗による使用限界
を考慮したもので、レール頭部の摩耗量が２０mm以上に
達すると、たとえＨｖ３３０以上の硬度を有していても
レール構造部材としての危険性が高まるため、２０mm未
満の領域がＨｖ３３０以上であることを限定した。
点として深さ２０mm未満の領域の硬度をＨｖ３３０以上
に限定した理由について述べる。すなわち、ベイナイト
レール鋼硬さが低い方が列車の通過によってレール頭部
表面を削り取る量が増えるが、あまり硬さが低いと金属
塑性フローによるフレーキング等のレール表面損傷が発
生するため、レール表面硬度をＨｖ３３０以上に限定し
た。また、Ｈｖ３３０以上の硬度を有する領域をレール
頭表面から該レール頭表面を起点として２０mm未満の範
囲に限定した理由は、レール頭部の摩耗による使用限界
を考慮したもので、レール頭部の摩耗量が２０mm以上に
達すると、たとえＨｖ３３０以上の硬度を有していても
レール構造部材としての危険性が高まるため、２０mm未
満の領域がＨｖ３３０以上であることを限定した。
【００２０】
【実施例】表２に従来レール鋼であるパーライト組織材
と本発明ベイナイトレール鋼および比較ベイナイトレー
ル鋼の化学成分および、４００℃恒温変態後の硬度を示
す（パーライト組織鋼はレール圧延まま硬度）。これら
の熱処理レール鋼を用いて以下の試験条件で、ころがり
疲労試験（図２）を行い、表面損傷生成寿命を評価し
た。 ・試験機；レール／車輪接触再現ころがり疲労試験機 ・試験片形状；外形２００mm円盤試験片 ・レール断面形状＝ＪＩＳ６０Ｋレール１／４モデル ・車輪断面形状＝新幹線車輪１／４モデル ・試験荷重；３トン（ラジアル荷重） ・回転数；３００rpm ・潤滑条件；水間欠給水 ・繰り返し数；損傷発生まで
と本発明ベイナイトレール鋼および比較ベイナイトレー
ル鋼の化学成分および、４００℃恒温変態後の硬度を示
す（パーライト組織鋼はレール圧延まま硬度）。これら
の熱処理レール鋼を用いて以下の試験条件で、ころがり
疲労試験（図２）を行い、表面損傷生成寿命を評価し
た。 ・試験機；レール／車輪接触再現ころがり疲労試験機 ・試験片形状；外形２００mm円盤試験片 ・レール断面形状＝ＪＩＳ６０Ｋレール１／４モデル ・車輪断面形状＝新幹線車輪１／４モデル ・試験荷重；３トン（ラジアル荷重） ・回転数；３００rpm ・潤滑条件；水間欠給水 ・繰り返し数；損傷発生まで
【００２１】上記試験条件で損傷発生までの繰り返し寿
命を得た結果および、レール材質としての総合評価を表
３に示す。この結果から、ベイナイトレール鋼硬さがＨ
ｖ３３０以上で従来パーライト組織レール鋼と比べて表
面損傷寿命が飛躍的に向上する。
命を得た結果および、レール材質としての総合評価を表
３に示す。この結果から、ベイナイトレール鋼硬さがＨ
ｖ３３０以上で従来パーライト組織レール鋼と比べて表
面損傷寿命が飛躍的に向上する。
【００２２】
【表２】
【００２３】
【表３】
【００２４】
【発明の効果】本発明の結果、上記実施例からもわかる
ように高速鉄道直線区間に敷設されたレールに特有の表
面損傷（ダークスポット損傷）を防止でき、さらに、溶
接接合性にも優れたベイナイト組織レールを提供でき
る。
ように高速鉄道直線区間に敷設されたレールに特有の表
面損傷（ダークスポット損傷）を防止でき、さらに、溶
接接合性にも優れたベイナイト組織レールを提供でき
る。
【図１】従来のパーライト組織を有するレール鋼と、ベ
イナイト組織レール鋼の実験室摩耗試験の比較結果を示
す。
イナイト組織レール鋼の実験室摩耗試験の比較結果を示
す。
【図２】レール鋼のころがり疲労試験機の概略図であ
る。
る。
１ レール円盤試験片 ２ 車輪試験片 ３ モーター（レール側） ４ モーター（車輪側） ５ 強制潤滑軸受箱
Claims (2)
- 【請求項１】重量％で、 Ｃ ：０．１５〜０．４５％、 Ｓｉ：０．１５〜２．００％、 Ｍｎ：０．３０〜２．００％、 Ｃｒ：０．５０〜３．００％、 Ｍｎ＋Ｃｒが１．５０〜３．５０％ を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼で
ベイナイト組織を有し、かつレール頭部表面から該レー
ル頭部表面を起点として深さ２０mm未満の範囲がＨｖ３
３０以上であることを特徴とする高強度ベイナイト系レ
ール。 - 【請求項２】重量％で、 Ｃ ：０．１５〜０．４５％、 Ｓｉ：０．１５〜２．００％、 Ｍｎ：０．３０〜２．００％、 Ｃｒ：０．５０〜３．００％、 Ｍｎ＋Ｃｒが１．５０〜３．５０％ を含有し、さらに Ｍｏ：０．１０〜０．６０％、 Ｎｉ：０．０５〜４．００％、 Ｎｂ：０．０１〜０．０５％、 Ｖ ：０．０５〜０．３０％、 Ｔｉ：０．０１〜０．０５％、 Ｃｕ：０．０５〜０．５０％の一種または二種以上を含
有し、残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼でベイ
ナイト組織を有し、かつレール頭部表面から該レール頭
部表面を起点として深さ２０mm未満の範囲がＨｖ３３０
以上であることを特徴とする高強度ベイナイト系レー
ル。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22982294A JPH0892696A (ja) | 1994-09-26 | 1994-09-26 | 高強度ベイナイト系レール |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22982294A JPH0892696A (ja) | 1994-09-26 | 1994-09-26 | 高強度ベイナイト系レール |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0892696A true JPH0892696A (ja) | 1996-04-09 |
Family
ID=16898219
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22982294A Pending JPH0892696A (ja) | 1994-09-26 | 1994-09-26 | 高強度ベイナイト系レール |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0892696A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20120285585A1 (en) * | 2009-12-22 | 2012-11-15 | Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho (Kobe Steel, Ltd.) | High-strength spring steel |
| WO2013161794A1 (ja) * | 2012-04-23 | 2013-10-31 | 新日鐵住金株式会社 | レール |
| US10233512B2 (en) | 2014-05-29 | 2019-03-19 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation | Rail and production method therefor |
| US10563357B2 (en) | 2014-05-29 | 2020-02-18 | Nippon Steel Corporation | Rail and production method therefor |
-
1994
- 1994-09-26 JP JP22982294A patent/JPH0892696A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20120285585A1 (en) * | 2009-12-22 | 2012-11-15 | Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho (Kobe Steel, Ltd.) | High-strength spring steel |
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| JP5459453B1 (ja) * | 2012-04-23 | 2014-04-02 | 新日鐵住金株式会社 | レール |
| AU2013253561B2 (en) * | 2012-04-23 | 2014-12-18 | Nippon Steel Corporation | Rail |
| US9127409B2 (en) | 2012-04-23 | 2015-09-08 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation | Rail |
| US10233512B2 (en) | 2014-05-29 | 2019-03-19 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation | Rail and production method therefor |
| US10563357B2 (en) | 2014-05-29 | 2020-02-18 | Nippon Steel Corporation | Rail and production method therefor |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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