JPH0971844A - 耐損傷性に優れた高強度ベイナイト鋼レ−ル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】耐接触疲労損傷性に優れ、軌道保守費を低減さ
せることができかつ高寿命の高強度レールを提供するこ
と。 【解決手段】重量％で、C:0.2 〜0.5%、Si:0.1〜2.0%、
Mn:0.3〜4.0%、P:0.035%％以下、S:0.035%以下、Cr:0.3
〜4.0%、Fe: 残部から実質的になり、ミクロ組織がベイ
ナイト組織のレールであって、頭部コーナー部および頭
側部の硬度がHv420 以上であり、頭頂部中央から幅方向
に20mm離れた位置での硬度がHv420 以上であり、頭頂部
中央の硬度が、頭頂部中央から幅方向に20mm離れた位置
の硬度よりHvで10〜70低く、頭頂部中央と頭頂部中央か
ら幅方向に前記20mm離れた位置との間の硬度は、頭頂部
中央から幅方向外側に向けて単調に増加し、その間の部
分の実際の硬度と、その間の部分の、頭頂部中央の硬度
および頭頂部中央から幅方向に前記20mm離れた位置の硬
度を直線で補間して得られた硬度との差がHvで10以内で
ある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高軸重鉄道に敷設
される高強度ベイナイト鋼レールに関し、特に、頭頂部
の耐損傷性およびレールコーナー部の耐摩耗性に優れた
高強度ベイナイト鋼レールに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から用いられている耐摩耗に優れた
レールは、その頭頂部とコ−ナー部および頭側部との間
で硬度が等しくなるように熱処理されて形成されてい
る。従って、材質の面からすると、レ−ルの頭頂部とコ
−ナー部とで耐摩耗特性は同等となっている。

【０００３】しかしながら、車輪とレ−ルとの接触は複
雑であり、レ−ル頭部においても位置により接触状態が
異なっている。高軸重鉄道急曲線部では、レールの車輪
が接触するコーナー部（ゲ−ジコ−ナー部）および頭側
面に作用するすべりが大きく、従来のレ−ルではゲ−ジ
コ−ナー部および頭側部は、頭頂部よりも摩耗が速い。
従って、レ−ルの頭頂部は、常にゲ−ジコ−ナー部より
も摩耗が遅く進行し、車輪からの接触圧力はレ−ル頭頂
部中央の摩耗が遅い部分で最大となる。

【０００４】このようなレ−ル頭部の摩耗特性が均一な
従来の耐摩耗用高強度レ−ルでは、前述のような車輪と
の接触状態となるため、局所的な過大接触応力が長く存
在し、ヘッドチェック、ピッチングと呼ばれる疲労性の
欠陥が発生しやすい。

【０００５】従来、欠陥が発生した場合はグランディン
グを行って疵を除去している。また、このような欠陥を
防止するため、レールに疲労が蓄積する前にレールの頭
部表層をグラインディングする場合もある。しかし、グ
ラインディングには莫大な時間と費用がかかり、負担が
大きいという問題がある。

【０００６】この対策として、特開平６−１７１９３号
公報には、頭頂部の硬度がコーナー部および頭側部の
０．９以下であること特徴とする高強度・耐損傷レール
が提案されている。このレールは頭頂部のヘッドチェッ
クを防止するために、頭部の硬度分布調整することによ
って車輪からの接触圧力が局部的に集中しないように接
触状況をコントロールすることを目的としている。

【０００７】しかし、この公報に示されたレールはパー
ライト組織を熱処理することにより硬度を変化させてい
るため、硬度の低い頭頂部では従来のレールより疲労強
度が低下するという問題がある。また、この公報にはレ
ール頭部の幅方向の硬度分布については何等示されてい
ない。

【０００８】一方、特開平７−３４１３３号公報にレー
ルの頭頂部の硬度とコーナー部とで硬度を変化させるこ
とにより、耐表面損傷性に加えてゲージコーナー部の耐
摩耗性を付与した高強度ベイナイトレールが提案されて
いる。この公報に開示された技術は、適正なレールの摩
耗を確保することによって表面損傷の原因となる転がり
疲労ダメージを摩耗により除去し、かつレール頭部を高
強度化することによって塑性変形によってもたらされる
表面損傷の発生を抑制しようとするものである。

【０００９】しかし、この公報に示された技術では、レ
ールのコーナー部および頭頂部の硬度範囲が規定されて
いるのみで、レール頭部の幅方向の硬度分布、および頭
頂部とコーナー部との硬度差については全く示されてい
ない。

【００１０】さらに、特開平２−２８２４４８号公報、
特開平６−３１６７２８号公報、特開平６−３３６６１
４号公報には、レール頭頂部とコーナー部の硬度を変化
させることにより、耐表面損傷性、耐ころがり疲労損傷
性を付与したレールが開示されているが、いずれのレー
ルも硬度が低いため高軸重鉄道用レールに必要な耐摩耗
性が確保できず、また、やはりレールのコーナー部およ
び頭頂部の硬度範囲が規定されているのみで、レール頭
部の幅方向の硬度分布、および頭頂部とコーナー部との
硬度差については全く示されていない。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上述の特開平６−１７
１９３号公報に開示された技術のようにレール頭部の疲
労強度が従来のパーライトレールよりも低いと損傷抵抗
性が低下するという問題がある。

【００１２】また、上記いずれの公報にもレール頭部の
幅方向の硬度分布が示されていないが、頭頂部の損傷発
生は接触応力に支配され、この接触応力およびその分布
は頭頂部の摩耗速度の分布すなわち頭頂部のレール幅方
向の分布に支配されるため、レール頭部の幅方向の硬度
分布が示されていない上記従来技術では必ずしも損傷軽
減効果が得られない。

【００１３】また、頭頂部とコーナー部の硬度差が大き
くなりすぎると、頭頂中央部の接触圧力は大きく減少す
るものの、レール全体としての寿命が逆に短くなるとい
う問題がある。

【００１４】本発明はかかる事情に鑑みてなされたもの
であって、レール頭部に適切な硬度分布を与え、レール
の摩耗に伴う接触応力の変化過程をコントロールするこ
とにより、耐接触疲労損傷性に優れ、軌道保守費を低減
させることができかつ高寿命の高強度レールを提供する
ことを目的とする。

【００１５】本発明は、第１に、重量％で、Ｃ：０．２
〜０．５％、Ｓｉ：０．１〜２．０％、Ｍｎ：０．３〜
４．０％、Ｐ：０．０３５％以下、Ｓ：０．０３５％以
下、Ｃｒ：０．３〜４．０％であり、残部が実質的にＦ
ｅからなり、ミクロ組織がベイナイト組織であり、頭部
コーナ部および頭側部の硬度がビッカース硬さでＨｖ４
２０以上であり、頭頂部中央から幅方向に２０ｍｍ離れ
た位置での硬度がＨｖ４２０以上であり、頭頂部中央の
硬度が、頭頂部中央から幅方向に２０ｍｍ離れた位置の
硬度よりビッカース硬さで１０〜７０低く、頭頂部中央
と頭頂部中央から幅方向に前記２０ｍｍ離れた位置との
間の硬度は、頭頂部中央から幅方向外側に向けて単調に
増加し、その間の部分の実際の硬度と、その間の部分
の、頭頂部中央の硬度および頭頂部中央から幅方向に前
記２０ｍｍ離れた位置の硬度を直線で補間して得られた
硬度との差がビッカース硬さで１０以内である硬度分布
を有することを特徴とする耐損傷性に優れた高強度ベイ
ナイト鋼レールを提供するものである。

【００１６】第２に、重量％で、Ｃ：０．２〜０．５
％、Ｓｉ：０．１〜２．０％、Ｍｎ：０．３〜４．０
％、Ｐ：０．０３５％以下、Ｓ：０．０３５％以下、Ｃ
ｒ：０．３〜４．０％であり、さらにＮｉ：０．１〜
１．０％、Ｍｏ：０．１〜１．０％、Ｎｂ：０．０１〜
０．２％、Ｖ：０．０１〜０．２％、の１種以上を含有
し、残部が実質的にＦｅからなり、ミクロ組織がベイナ
イト組織であり、頭部コーナ部および頭側部の硬度がビ
ッカース硬さでＨｖ４２０以上であり、頭頂部中央から
幅方向に２０ｍｍ離れた位置での硬度がＨｖ４２０以上
であり、頭頂部中央の硬度が、頭頂部中央から幅方向に
２０ｍｍ離れた位置の硬度よりビッカース硬さで１０〜
７０低く、頭頂部中央と頭頂部中央から幅方向に前記２
０ｍｍ離れた位置との間の硬度は、頭頂部中央から幅方
向外側に向けて単調に増加し、その間の部分の実際の硬
度と、その間の部分の、頭頂部中央の硬度および頭頂部
中央から幅方向に前記２０ｍｍ離れた位置の硬度を直線
で補間して得られた硬度との差がビッカース硬さで１０
以内である硬度分布を有することを特徴とする耐損傷性
に優れた高強度ベイナイト鋼レールを提供するものであ
る。

【００１７】

【発明の実施の形態】レール頭頂部の損傷発生は接触応
力の影響を受け、この接触応力およびその分布は摩耗に
よるなじみ進行に伴い変化していくが、その変化過程は
摩耗速度の分布すなわちレール幅方向の硬度分布に支配
される。

【００１８】本発明者らの研究によれば、この硬度分布
が適切なものならば、上記各公報に示された技術によっ
て大きな損傷軽減が可能であるが、不適切な分布では、
摩耗によるなじみの進行に伴い局部的な接触応力の集中
が起こって損傷軽減効果がなくなってしまう恐れがある
ことが判明した。

【００１９】すなわち、上記各公報には、コーナー部お
よび頭側部の硬度範囲と頭頂部の硬度範囲が記載されて
いるのみであり、レール幅方向の硬度分布については何
等記載されておらず、頭頂部に接触応力およびその分布
が適正になるような硬度分布が得られない恐れがある。

【００２０】さらに、特開平６−１７１９３号公報に開
示された技術では、頭頂部の硬度がコーナー部および頭
側部の硬度の０．９以下と規定されているが、本発明者
の検討結果によると、このように頭頂部とコーナー部の
硬度差が大きくなると、頭頂中央部の接触圧力は大きく
減少するものの、その反動により接触部中央から幅方向
に離れた接触部端部に大きな接触応力が発生してしま
い、その位置での損傷が進行するため、レール全体とし
ての寿命は逆に短くなってしまうことが判明した。ま
た、従来のオンライン熱処理型パーライトルでは、頭頂
部の硬度を低下させると従来よりも疲労強度が低下して
しまう。

【００２１】そこで本発明では、上述したように、レー
ル頭頂部の幅方向の硬度分布を制御してなじみ進行に伴
う接触応力の変化過程をコントロールすることにより、
レール頭頂部に疲労蓄積が局所的に集中することを防止
し、さらに特定組成のベイナイト鋼を用いることにより
硬度の低い頭頂部の耐接触疲労損傷性を改善している。

【００２２】以下、この発明について詳細に説明する。
まず、この発明に係るレ−ルの成分組成および硬度分布
の限定理由について説明する。

【００２３】（成分組成） Ｃ：０．２〜０．５％ Ｃは、強度および耐摩耗性を確保するための必須元素で
ある。しかし、０．２％未満ではレール鋼としての硬さ
を安価に確保することが難しく、また０．５％を超える
とレール頭部に均一なベイナイト組織が得られない。し
たがって、Ｃ量を０．２〜０．５％の範囲とした。

【００２４】Ｓｉ：０．１〜２．０％ Ｓｉは脱酸剤として有効なだけでなく、ベイナイト組織
中のフェライトに固溶して強度を上昇させ、耐摩耗性を
向上させる元素である。しかし、０．１％未満ではその
効果が認められず、また、２．０％を超えると脆化が生
じる。したがって、Ｓｉ量を０．１〜２．０％の範囲と
した。

【００２５】Ｍｎ：０．３〜４．０％ Ｍｎはベイナイト変態温度を低下させ、焼入性を高める
ことによりレールの高強度化に寄与する元素である。し
かし、０．３％未満ではその効果が小さく、また、４．
０％を超えると鋼のミクロ偏析によるマルテンサイト組
織を生じやすく、熱処理時および溶接時に硬化や脆化を
生じて材質劣化を来す。したがって、Ｍｎ量を０．３〜
４．０％の範囲とした。

【００２６】Ｐ：０．０３５％以下 Ｐは靭性を劣化させる元素であることから、０．０３５
重量％以下とした。 Ｓ：０．０３５％以下 Ｓは主に介在物の形態で鋼中に存在するが、その量が
０．０３５％を超えるとその介在物の量が著しく増加
し、脆化による材質の劣化を引き起こすので０．０３５
％以下とした。

【００２７】Ｃｒ：０．３〜４．０％ Ｃｒは、ベイナイト焼入性を増加させる元素であり、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。しかし、
０．３％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、４．０％を
超えるとマルテンサイトが生成しやすくなり好ましくな
い。したがって、Ｃｒ量を０．３〜４．０％の範囲とし
た。

【００２８】Ｎｉ：０．１〜１．０％ Ｍｏ：０．１〜１．０％ ＮｉおよびＭｏは、いずれもベイナイトに固溶してベイ
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、
逆に上記範囲を超えるとその効果が飽和する。したがっ
て、上記範囲内でこれらの１種以上を添加することは有
効である。

【００２９】Ｎｂ：０．０１〜０．２％ Ｖ：０．０１〜０．２％ ＮｂおよびＶは、いずれもベイナイト中の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て耐摩耗性を向上させ、レールの寿
命を延ばすために有効である。しかし、これらが上記範
囲未満ではその効果が有効に発揮されず、逆に上記範囲
を超えて添加してもその効果は飽和してしまう。したが
って、上記範囲内でこれらの１種以上を添加することは
有効である。

【００３０】（ミクロ組織）本発明においてはレールを
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が増加して、高強
度化、高靭性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。

【００３１】（硬度およびその分布）図１に硬度と疲労
強度との関係を示す。この図に示すように、同一硬度で
比較した場合、ベイナイト鋼はパーライト鋼より疲労強
度が高い。このため、ベイナイト鋼においては硬度がＨ
ｖ３５０以上あれば、従来の熱処理型パーライトレール
と同程度以上の疲労強度を確保することができる。

【００３２】コーナー部は車輪との接触条件が厳しいた
め、従来のオンライン熱処理型パーライトレールと同程
度の耐摩耗性を確保しなければならない。摩耗量は実際
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、西原式摩耗試験機を用いて実敷設レールの接触条件
をシミュレートした比較試験により評価する方法も有効
である。この試験法を用いれば、短期間で耐摩耗性（硬
度と摩耗減量比の関係）を評価できるので、以下、この
方法により評価した結果を示している。

【００３３】図２に摩耗減量比に及ぼす硬度の影響を調
査した結果を示す。供試鋼としては従来のパーライトレ
ールおよび硬度をＨｖ３３０〜５１０まで変化させたベ
イナイト鋼を用いた。これらから外径３０ｍｍ、幅８ｍ
ｍの西原式摩耗試験片を採取し、接触荷重５０ｋｇ、す
べり率−１０％、潤滑剤無しの条件で摩耗試験を行い、
５０万回転後の摩耗減量を測定した。評価においては、
オンライン熱処理型パーライトレールの摩耗減量を測定
し、オンライン熱処理型パーライトレールに対する供試
鋼の摩耗減量比を求めた。

【００３４】オンライン熱処理型パーライトレールの硬
度はＨｖ３９０程度である。図２から理解されるよう
に、硬度の増加に伴い摩耗減量比が減少しており、同一
硬度においてはパーライト組織よりもベイナイト組織の
ほうが摩耗減量比が大きい。ただし、ベイナイト鋼にお
いても、硬度がＨｖ４２０以上になれば摩耗減量比がオ
ンライン熱処理型パーライトレール以下となっている。
したがって、現在使用されているオンライン熱処理型パ
ーライトレールと同等以上の耐摩耗性を確保するため
に、本発明では頭部コーナー部の硬度をＨｖ４２０とし
た。

【００３５】頭頂部については、車輪とレールとの接触
幅は、新品時あるいはグラインディング直後に最も小さ
く（高軸重鉄道では通常１０ｍｍ程度）、摩耗によるな
じみ進行にともない次第に広くなり、これに応じて接触
力は分散する。そこで、接触応力の分布と硬度分布との
関係について数値シミュレーションを行った。

【００３６】図３に頭頂部の硬度がＨｖ４５０で一様な
レールでの接触応力の幅方向分布を示す。図では、頭頂
部中央から右半分のみを示している。この図から、新品
時あるいはグライディング直後の使用初期は頭頂部中央
に大きな接触応力が発生し、摩耗によるなじみの進行に
伴い接触応力分布は平坦になっていくのがわかる。しか
し、なじみが進行しても接触応力は常に頭頂中央部で最
も高いため、頭頂中央部に疲労蓄積が集中してしまい、
頭頂中央部にヘッドチェック等の損傷が発生する。

【００３７】次に、図４に示すような３種類の硬度分布
（ケースａ，ｂ，ｃ）を頭頂部に有する場合について接
触応力分布を調査した。ケースａでは、頭頂中央部の硬
度は頭頂の中央から幅方向に２０ｍｍ離れた位置におけ
る硬度よりもビッカース硬さで２５低く、ケースｂでは
５０低く、ケースｃでは８０低い。

【００３８】図５にケースａの接触応力分布を示す。こ
の図に示すように、頭頂中央部の接触応力が減少すると
接触部端部の接触応力が増加し、接触応力のピークが頭
頂部中央ではなく接触部端部にくるようになり、その位
置での疲労蓄積が大きくなる。しかし、摩耗によるなじ
みが進行するに伴い、接触応力が最大となる位置はレー
ル幅方向に頭頂中央部からコーナー部へと移動する。し
たがって、疲労の蓄積が分散され、レール全体としては
損傷が軽減される。

【００３９】本発明者らの研究により、頭頂中央部の接
触応力が低下し、接触応力のピーク位置が移動するとい
う現象は、頭頂部中央から幅方向に２０ｍｍ離れた位置
までの硬度分布にほぼ支配されることが見出された。そ
して、この範囲の硬度が、頭頂部中央から幅方向外側に
向けて単調かつほぼ直線的に増加していると、上記現象
がスムーズに起こる。しかし、例えばこの範囲で硬度が
増加から減少に転ずるような箇所があると、その位置で
の接触応力が異常に大きくなり、損傷発生の原因となっ
てしまう。

【００４０】従って、本発明では、「頭頂部中央と頭頂
部中央から幅方向に前記２０ｍｍ離れた位置との間の硬
度は、頭頂部中央から幅方向外側に向けて単調に増加
し、その間の部分の実際の硬度と、その間の部分の、頭
頂部中央の硬度および頭頂部中央から幅方向に前記２０
ｍｍ離れた位置の硬度を直線で補完して得られた硬度と
の差がビッカース硬さで１０以内である」と規定した。

【００４１】図６および図７にそれぞれケースａ〜ｃの
１千万通過トン時および８千万通過トン時における接触
応力分布を図３に示した硬度一様レールと比較して示
す。硬度を変化させたレール（ケースａ，ｂ，ｃ）のレ
ールの頭頂中央部の接触応力は硬度一様のものよりも速
く低下し、硬度差が大きい場合のほうがこの傾向が大き
い。これは頭頂中央部の硬度が低いため周辺よりも速く
摩耗が進行するためである。これにより頭頂中央部の疲
労蓄積を大幅に軽減することができる。

【００４２】ただし、頭頂部中央での硬度と頭頂部中央
から幅方向に前記２０ｍｍ離れた位置での硬度の差が大
きくなると、接触部端部に発生する接触応力のピークは
大きくなる。１千万通過トン時の接触応力のピーク値
は、ケースａ，ｂでは硬度が一様なレールよりも小さい
が、硬度差がビッカース硬さで８０あるケースｃの場合
には、図６に示すように、接触応力のピーク値は硬度が
一様なレールと同様非常に大きくなり損傷発生の原因と
なる。従って、本発明では、頭頂部中央の硬度と、頭頂
部中央から幅方向に２０ｍｍ離れた位置の硬度との差の
上限をビッカース硬さで７０と規定した。

【００４３】また逆に、頭頂部中央の硬度とそこから幅
方向に２０ｍｍ離れた位置における硬度との差が小さす
ぎると、前述した損傷を軽減する接触応力分布が十分に
現れなくなるので、その硬度差の下限をビッカース硬さ
で１０と規定した。

【００４４】頭頂部中央から幅方向に２０ｍｍ離れた位
置での硬度は、コーナ部および頭側部の硬度を設定した
のと同じ理由により、Ｈｖ４２０以上に規定した。な
お、頭頂部中央から２０ｍｍ離れた位置での硬度がＨｖ
４２０、硬度差の上限がビッカース硬さで７０の場合に
おいても頭頂部中央の硬度はＨｖ３５０であるため、前
述したように従来の熱処理型パーライトレールと同程度
の疲労強度を確保することができ、また損傷抵抗性は低
下しない。

【００４５】頭頂部中央から幅方向に２０ｍｍ離れた位
置とコーナ部との間の硬度は、接触応力には大きく影響
しないものの、硬度に大きな変動がなく、硬度がほぼ一
様かあるいは滑らかに単調に変化していくのが望まし
い。

【００４６】また、製造上、硬度がわずかにばらつくこ
とは避けられないため、局所的ないしはミクロ的に硬度
が幅方向に単調増加しない部分が現れることがあるが、
本発明ではマクロ的に硬度が単調増加していればよい。

【００４７】深さ方向の硬度に関しては、頭頂面から少
なくとも１０ｍｍ以上、好ましくは２３ｍｍの深さまで
は、水平断面内で本発明の上記硬度条件を満たしている
ようにすることが好ましい。これにより、レール摩耗が
大幅に進行した場合でも、損傷軽減を図ることができ
る。

【００４８】本発明に係るレールにおいては、頭側部、
コーナー部、および頭頂部中央から幅方向に２０ｍｍ離
れた位置からコーナー部に至る範囲の部分の硬度を十分
大きくしてレールの強度および耐摩耗性を確保し、頭頂
部においてはその中央の硬度を中央から幅方向に２０ｍ
ｍ離れた位置の硬度より低くし、その中間位置での硬度
がほぼ直線的に変化するように調整することにより、摩
耗によるなじみ進行に伴い、摩耗速度が大きい頭頂部中
央部の接触応力が低下してその部分の損傷は抑制され、
かつ頭頂部の摩耗速度が幅方向に適切に制御されるた
め、接触部端部に発生する接触応力のピーク値が過大に
ならず、またそのピーク位置が移動するため、結果とし
て疲労蓄積が集中せず頭頂面上に分散する。従って、疲
労損傷の発生が抑制され、グラインディングの回数を減
らすことができ、結果として軌道の保守費を低減するこ
とができるとともに、レールの寿命を延ばすことができ
る。

【００４９】以上のような成分組成ならびに硬度および
硬度分布を有する本発明に係るレールは、圧延終了後直
接または一旦冷却後再加熱した後、レール頂部にエアー
を供給して冷却することにより製造される。この際に、
頭頂部中央部、コーナー部、頭側部に供給するエアーの
圧力を変化させることにより、頭部内の硬度分布を様々
に調整することができる。

【００５０】

【実施例】以下、この発明の実施例について説明する。
表１に示す成分組成を有する鋼を実際にレール形状に圧
延し、頭部に熱処理を施すことにより、頭部に様々な硬
度分布を有するレールを製造した。これらのレール素材
を圧延終了後、オンラインで冷却装置に装入し、レール
頭部にエアーを供給して冷却を行い、レールを製造し
た。この際に、頭頂部中央部、コーナー部、頭側部に供
給するエアーの圧力を変化させて硬度部分を調整した。
そして、頭頂部中央部のエアー圧を低く、コーナー部の
エアー圧力を高くすることにより、頭頂部中央から幅方
向に２０ｍｍ離れた位置までの硬度が単調に増加するよ
うな硬度分布を有するレール形成した。

【００５１】

【表１】

【００５２】これらのレールの頭部の硬度および分布を
表２に示す。レールの寿命については、前述したよう
に、実際に敷設したレールで評価することが最も望まし
いが、この方法では時間がかかるため、２円筒型のレー
ル・車輪接触疲労試験装置（転動疲労試験装置）を用い
て実敷設レールの接触条件をシミュレートした試験によ
り評価を行った。その結果を表２に併せて示す。なお、
表２では、各試験片の損傷寿命を、硬度一様のレールに
相当する試験片の損傷寿命に対する比で示している。

【００５３】

【表２】

【００５４】表２に示すように、本発明の範囲内の硬度
分布を有する試験片では、損傷寿命が硬度一様レールに
相当するものの１．４倍以上向上し、最大２．２倍にも
なることが確認された。

【００５５】これらの試験結果から、損傷寿命を延長さ
せるためには、頭頂部中央部の接触応力を低減すること
ができると同時に、接触部端部に発生する接触応力のピ
ーク値を抑制することができ、しかもそのピーク発生位
置を頭頂部中央から幅方向外側へ移動させることによっ
て疲労蓄積を分散させることができる本発明の頭頂部硬
度分布が有効であることが確認された。

【００５６】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、ヘッドチェック等の過大接触圧力に伴って発生する
頭頂部の損傷を抑制することができ、したがってレール
のグラインディングの回数を減少させることができるの
で軌道保守費を低減させることができ、レ−ル寿命を延
長させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ベイナイト鋼およびパーライト鋼における硬度
と疲労強度との関係を示す図。

【図２】摩耗減量に及ぼす硬度の影響を示す図。

【図３】頭頂部の硬度がＨｖ４５０で一様なレールにお
ける接触応力の幅方向の分布を示す図。

【図４】接触応力を調査するためのレール試験片頭頂部
の硬度分布を示す図。

【図５】本発明に係るレールの摩耗によるなじみ進行に
伴う接触応力分布を示す図。

【図６】本発明に係るレール、比較例に係るレールおよ
び頭頂部の硬度分布が一様のレールにおける１千万通過
トン時の頭頂部の接触応力分布を示す図。

【図７】本発明に係るレール、比較例に係るレールおよ
び頭頂部の硬度分布が一様のレールにおける８千万通過
トン時の頭頂部の接触応力分布を示す図。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】重量％で、Ｃ：０．２〜０．５％、Ｓｉ：
   ０．１〜２．０％、Ｍｎ：０．３〜４．０％、Ｐ：０．
   ０３５％以下、Ｓ：０．０３５％以下、Ｃｒ：０．３〜
   ４．０％であり、残部が実質的にＦｅからなり、ミクロ
   組織がベイナイト組織であり、頭部コーナ部および頭側
   部の硬度がビッカース硬さでＨｖ４２０以上であり、頭
   頂部中央から幅方向に２０ｍｍ離れた位置での硬度がＨ
   ｖ４２０以上であり、頭頂部中央の硬度が、頭頂部中央
   から幅方向に２０ｍｍ離れた位置の硬度よりビッカース
   硬さで１０〜７０低く、頭頂部中央と頭頂部中央から幅
   方向に前記２０ｍｍ離れた位置との間の硬度は、頭頂部
   中央から幅方向外側に向けて単調に増加し、その間の部
   分の実際の硬度と、その間の部分の、頭頂部中央の硬度
   および頭頂部中央から幅方向に前記２０ｍｍ離れた位置
   の硬度を直線で補間して得られた硬度との差がビッカー
   ス硬さで１０以内である硬度分布を有することを特徴と
   する耐損傷性に優れた高強度ベイナイト鋼レール。
2. 【請求項２】 重量％で、Ｃ：０．２〜０．５％、Ｓ
   ｉ：０．１〜２．０％、Ｍｎ：０．３〜４．０％、Ｐ：
   ０．０３５％以下、Ｓ：０．０３５％以下、Ｃｒ：０．
   ３〜４．０％であり、さらにＮｉ：０．１〜１．０％、
   Ｍｏ：０．１〜１．０％、Ｎｂ：０．０１〜０．２％、
   Ｖ：０．０１〜０．２％、の１種以上を含有し、残部が
   実質的にＦｅからなり、ミクロ組織がベイナイト組織で
   あり、頭部コーナ部および頭側部の硬度がビッカース硬
   さでＨｖ４２０以上であり、頭頂部中央から幅方向に２
   ０ｍｍ離れた位置での硬度がＨｖ４２０以上であり、頭
   頂部中央の硬度が、頭頂部中央から幅方向に２０ｍｍ離
   れた位置の硬度よりビッカース硬さで１０〜７０低く、
   頭頂部中央と頭頂部中央から幅方向に前記２０ｍｍ離れ
   た位置との間の硬度は、頭頂部中央から幅方向外側に向
   けて単調に増加し、その間の部分の実際の硬度と、その
   間の部分の、頭頂部中央の硬度および頭頂部中央から幅
   方向に前記２０ｍｍ離れた位置の硬度を直線で補間して
   得られた硬度との差がビッカース硬さで１０以内である
   硬度分布を有することを特徴とする耐損傷性に優れた高
   強度ベイナイト鋼レール。