JPH09241747A - 高深度高強度レールの製造法 - Google Patents
高深度高強度レールの製造法Info
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Abstract
加熱後に多段冷却をすることにより、レール頭部を高深
度まで高硬度化することを図る。 【解決手段】 C:0.6〜0.85%を含有する普通
炭素鋼または低合金鋼をレール形状に圧延後あるいは熱
処理を目的とした再加熱後に徐冷し、表層部がパーライ
ト変態後に急冷することにより内部のパーライト変態点
を下げ、レール頭部が高深度まで高硬度になることを特
徴とする製造方法。 【効果】 レール頭部を高深度まで高硬度化することが
でき、耐摩耗性の優れたレールを得ることができた。
Description
機械用として使用されるレールにおいて高深度までレー
ル頭部を高硬度化させる製造方法である。
鋼は強度が強く、耐摩耗性が良好なことから鉄道車両の
重量増加に伴う高軸重化や高速輸送化に対応してレール
に多く使用されている。一般にパーライト鋼では、レー
ル頭部を高硬度化させることによって耐摩耗性が向上す
るといわれており、このレール頭部を高硬度化させる方
法としてレール頭部の熱処理がある。
ば、特開昭58−221229号公報には「C:0.6
5〜0.85%、Mn:0.5〜2.5%を含有したM
n鋼レールをオーステナイト領域から急冷し、レールま
たはレールヘッドの組織をパーライトとして耐摩耗性を
改善したレールの熱処理方法」、特開昭59−1333
322号公報には「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、レール頭部表面下約10mm
までHv350以上の硬さを持つ微細なパーライト組織
を呈するレールの熱処理方法」が開示されているがごと
く、レール頭部の高硬度化技術が知られている。
高硬度化のための冷却速度を早くするとレール頭部の表
層部と内部とで冷却速度に大きく異なり、頭表部と内部
との硬さに大きな差が生じる。このため、レールが摩耗
すると、内部が柔らかいために摩耗速度が速くなり、寿
命が短くなるという問題があり、この問題の早期解決が
望まれている。
「連鋳法あるいは造塊・分塊法で得られる鋼片を熱間圧
延直後あるいは熱間圧延後一旦冷却した後、オーステナ
イト領域に再加熱した鋼レールを冷却するにあたり、8
00〜620℃の温度区間をレール頭部に指向して噴出
する気体もしくは気液体により、3〜10℃/sの冷却
速度で冷却し、頭表面から2〜8mm深さの部分をパーラ
イト変態させた後、引き続きレールの頭表部を4〜15
℃/sの冷却速度で強制冷却することによってレール内
部を微細パーライト高強度化する、耐表面疲労損傷性に
すぐれた高強度レールの製造方法」が述べられている。
範囲の硬さを下げることによって、潤滑による摩耗の極
端に少ない場所での表面疲労損傷に対し、優れた性能を
示している。しかし、重荷重鉄道での潤滑を行っていな
い曲線区間等の摩耗の激しいところでは、頭表面から内
部まで高硬度化したレールが要求されている。
を充足しようとするものであり、レールの単調な冷却に
よるレール頭部における表層部と内部の硬さの大きな差
による耐摩耗性の問題を克服し、高炭素鋼のレールの耐
摩耗性を向上させる方法を提供することを目的とする。
部において高深度まで高硬度化させたレールを製造する
ために、鋼成分とその製造方法から多くの実験を試みた
結果、高炭素鋼ではAr1 以上の領域より徐冷し、図1
の曲線1で示した表面を起点として頭表下5mm以内の領
域(図3の11)がパーライト変態を開始した後(図1
の点6)、急冷することにより図1の曲線2に示した内
部(図3の13)が図1の点7に示したところから大き
く抜熱されることで内部のパーライト変態点が低下し、
表層部変態点(図1の3)と内部変態点(図1の4)と
が近くなり、硬さの差が小さくなる知見を得た。
たものであり、その要旨とするところは、C:0.60
〜0.85%を含有し、少くともレール頭部全面にパー
ライトの金属組織を呈する炭素鋼または低合金鋼レール
において、レール形状に熱間圧延後、または熱処理の目
的のためにAc1 点以上の温度に加熱後、Ar1 点以上
の温度からレール頭部の頭頂部および頭側部の表面を起
点として表面下5mm以内の領域(図3の11)がパーラ
イト変態を開始するまで冷却速度1〜10℃/sで冷却
した後、表面を起点として表面下20mm以上の領域(図
3の12)がパーライト変態終了まで冷却速度が2〜2
0℃/sで冷却する。
有し、レール全面にパーライト組織を呈する炭素鋼また
は低合金鋼レールにおいて、レール形状に熱間圧延後、
または熱処理の目的のためにAc1 点以上の温度に再加
熱後、Ar1 点以上の温度からレール頭部の表面を起点
として表面下5mm以内の領域(図3の11)がパーライ
ト変態を開始するまで冷却速度1〜10℃/sで冷却し
た後、冷却速度2〜30℃で400〜600℃まで冷却
し、この温度域で表面を起点として表面下20mm以上の
領域(図3の12)がパーライト変態終了するまで保定
することを特徴とする高深度高強度レールの製造方法で
ある。
記のように限定した理由を説明する。通常の溶解炉で溶
製された溶鋼を連続鋳造法あるいは造塊分塊法の工程を
経て製造された炭素鋼片、あるいはさらにCr、Mo、
V、Niなどの強度向上元素を少量含有した底合金鋼片
において、Cはパーライト金属組織を生成させ、特にレ
ール用鋼として耐摩耗性を向上させるために有効な成分
であり、この組織を得るために0.60%以上含有させ
る必要がある。しかし、0.85%を超える量を含有さ
せることはセメンタイト金属組織が多く析出して延性や
靭性を低下させる問題がある。そこで、本発明における
C量は0.60〜0.85%に限定した。
その圧延後あるいは一旦パーライト変態終了後にAc3
点以上に再加熱後に冷却することにより高硬度を得てい
る。しかし、単調な冷却では表層部と内部とで冷却速度
に差が生じ、連続冷却におけるパーライト変態点に差が
生じるため、硬さに大きな差が生じる。そこで、表層部
と内部の硬さの差を小さくする方法の条件について説明
する。
から表面を起点として頭頂下5mm以内の領域がパーライ
ト変態点を切るまで表層部と内部とに冷却速度に差を生
じさせないように徐冷させる。このとき、徐冷は頭表面
の冷却速度が1℃/s未満の冷却速度では変態までの時
間が非常にかかり、一方10℃/sを超えた冷却速度で
は表層と内部とで大きな冷却速度の差が生じる。そこ
で、徐冷の頭表面の冷却速度は1〜10℃/sに限定し
た。また、頭表下5mmを超えた領域がパーライト変態を
開始すると、変態発熱量が大きくなり内部の抜熱が困難
になるため、急冷を開始するのは表面下5mm以内の領域
が変態を開始する時点と決定した。
を抜熱するための急冷において、頭表面の冷却速度が2
℃/s未満の冷却速度では内部の抜熱量を大きくするこ
とはできず、20℃/sを超えた冷却速度では内部にパ
ーライト以外の金属組織を呈するようになる。このた
め、表層部のパーライト変態開始後、頭表面の冷却速度
は2〜20℃/sに限定した。また急冷停止は頭表下パ
ーライト変態完了の領域が20mm未満のとき、頭表下2
0mmまで高硬度を得ることはできない。そこで、急冷停
止は頭表下20mm以上の領域がパーライト変態を終了す
るまでとした。
急冷を400〜600℃の間の温度で停止し(図2の
8,9)保定する場合において、内部の抜熱のための急
冷は2℃/s未満の冷却速度では内部の抜熱量を大きく
することはできず内部硬さを上げることは困難であり、
また30℃/sを超えた冷却速度は制御が困難であり冷
却速度が不均一になるため硬さにばらつきが生じる。ま
た、保定温度は400未満ではベイナイト組織を呈する
ようになり、600℃を超えると内部の硬さが低くな
る。そこで、冷却速度を2〜30℃/sに限定し、急冷
停止温度の範囲および保定温度を400〜600℃に限
定した。
あり、0.5分未満であるとレール長手方向の頭頂部温
度が十分に均一にならないため、冷却後のレール頭頂部
硬さにばらつきを生じやすくなり、10分以上になると
温度低下のための加熱装置が必要になり、プロセスが複
雑になる。
の化学成分を示す。表2、表3に熱処理条件を及びその
結果得られた各部位の硬度を示した。表1、表2はそれ
ぞれ請求項1、請求項2におけるは本発明および比較法
の実施例を示している。本発明法では比較法に比べて、
レール頭表部と内部の硬さの差が大きくなり、高深度ま
で高硬度を得ることができることがわかる。
後のレール頭部を高深度まで高硬度化することができ
る。この方法より、頭頂の硬さと頭表下20mmの硬さの
差はHv20以下でかつ長手方向の硬さのばらつきが少
ないレールを得ることができる。また、内部まで高硬度
なため、レールの耐摩耗性が一段と向上する。
図。
図。
曲線 2 表面を起点として頭表下20mm以上の領域の冷
却曲線 3 表面を起点として頭表下5mm以内の領域のパー
ライト変態点 4 表面を起点として頭表下20mm以上の領域のパ
ーライト変態点 5 パーライト変態開始曲線 6,7 急冷開始点 8,9 保定開始点 P パーライト変態領域 11 表面を起点として頭表下5mm以内の頭表部の
領域 12 表面を起点として頭表下5〜20mmの領域 13 表面を起点として頭表下20mmの内部の領域 14 表面を起点として頭表下5mmの線 15 表面を起点として頭表下20mmの線
Claims (2)
- 【請求項1】 C:0.60〜0.85%を含有し、少
くともレール頭部全面にパーライトの金属組織を呈する
炭素鋼または低合金鋼レールであって、レール形状に熱
間圧延後、または熱処理の目的のためにAc1 点以上の
温度に加熱後、Ar1 点以上の温度からレール頭部の頭
頂部および頭側部の表面を起点として表面下5mm以内の
領域がパーライト変態を開始するまで頭表面の冷却速度
が1〜10℃/sで冷却した後、表面を起点として表面
下20mm以上の領域がパーライト変態終了まで頭表面の
冷却速度が2〜20℃/sで冷却することを特徴とする
高深度高強度レールの製造方法。 - 【請求項2】 C:0.60〜0.85%を含有し、少
くともレール頭部全面にパーライト組織を呈する炭素鋼
または低合金鋼レールであって、レール形状に熱間圧延
後、または熱処理の目的のためにAc1 点以上の温度に
加熱後、Ar1 点以上の温度からレール頭部の表面を起
点として表面下5mmがパーライト変態を開始するまで頭
表面の冷却速度が1〜10℃/sで冷却した後、頭表面
の冷却速度が2〜30℃で400〜600℃の間の温度
まで冷却し、この400〜600℃の温度域で表面を起
点として表面下20mm以上の領域がパーライト変態終了
するまで保定することを特徴とする高深度高強度レール
の製造方法。
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1996
- 1996-03-11 JP JP05353596A patent/JP3731934B2/ja not_active Expired - Fee Related
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