JPS5953628A - 耐破端特性の優れたレ−ルの製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はレールの締結部における上首部からの水平き裂
およびボルト穴部からのき裂発生，進展を防止した耐破
端特性のすぐれたレールの製造法に関するものである。

レール損傷の中ではレール締結部における損傷が最も多
く、全体の約半数を占め、保守上重要な問題となつてい
る。これはレール締結部が構造的に不連続であり、静的
にも大きな応力が作用することに加えて、列車通過によ
る大きな衝撃荷重が作用するためと言われている。

締結部におけるいろいろな損傷は総称して“破端”と呼
ばれている。その損傷の主なものに、レール上首部から
の水平き裂（上首切と呼ばれている）および継目穴部か
らの星状き裂（スタークラックと呼ばれている）がある
。上首切は第１図（ａ）に例示する如く、レール頭部と
腹部の付根（上首部）からき裂が発生し、レール長手方
向に伝ぱして最終的にはレール頭部が欠ける極めて重大
な損傷である。一方、継目穴部からの星状き裂は第１図
（ｂ）に示すように、継目穴から星状にき裂が発生し、
その一部が進展し究極的にはレール頭部が欠損するもの
で、上首切と同様重大な損傷である。

これらの損傷に対し、従来は上首切の場合には全く対策
がなされていない。一方、継目穴からの星状き裂に対し
ては、継目穴の小径比や継目穴コーナーの面とりを行い
応力集中を小さくする方法等が取られてきたが、ほとん
ど効果は得られていない。また継目穴周辺を局部的に塑
性変形させて圧縮残留応力を付与する方法もあるが、十
分な圧縮残留応力が得られないことや実施面においてい
ろいろな問題点があり実用化には至つていない。

そこで発明者らは上記上首切及び継目穴からの星状き裂
対策を講ずる目的で、まずこれらの損傷の発生原因から
解明を行つた。その結果上首切および継目穴からの星状
き裂の発生原因は継目板のボルト締付力の過不足および
腐蝕などの要因も副次的に影響するが、ボルト締付力が
正常であつても道床条件によつては損傷の発生は避けら
れない場合もあることから根本的には列車通過による外
力（繰返し荷重）とレール自身の抵抗力（疲労限度）が
ほぼ近い状態で使用されているためであることがわかつ
た。したがつて、これら損傷の発生を防止するためには
レール自身の抵抗力（疲労限度）を高める必要があるこ
とがわかつた。

本発明はこの知見に基づいてなされたもので、その要旨
は熱間圧延されたレールまたは熱間圧延後頭部焼入れを
施したレールの、レール締付部の上首部または腹部の全
面あるいはこれら両方を、Ａ１変態点を越え１３００℃
以下の温度に加熱後、圧縮空気あるいは圧縮含水空気に
よつてパーライト変態が終了するまで冷却して高強度化
し、その後急速冷却して圧縮残留応力を付与せしめて耐
破端性を向上しようとするものである。

以下に本発明について詳細に説明する。

まず説明の便宜上第２図によりレール各部の名称を述べ
る。１はレール頭部、２は上首部、３は腹部、４は下首
部、５は底部、６は継目穴である。

本発明は熱間圧延されたレールまたは熱間圧延後頭部焼
入れを施したレールの、レール締結部の上首部または腹
部の全面、あるいはこれらの両方を、Ａ１変態点を越え
１３００℃以下の温度に加熱後、圧縮空気あるいは圧縮
含水空気によつてパーライト変態が終了するまで冷却し
て高強度化し、その後急速冷却して圧縮残留応力を付与
せしめることを特徴とする耐破端特性の優れたレールの
製造法である。

まず圧縮空気等で冷却を開始する加熱温度範囲をＡ１変
態点を越え１３００℃以下の温度に設定する理由につい
て述べる。加熱温度がＡ１変態点を越えなければならな
い理由は、被加熱部分をオーステナイト化せしめた後バ
ーライト変態をさせ、微細バーライト組織を得て高強度
化するためである。加熱温度を１３００℃以下に設定す
る理由は、１３００℃を越えるような温度に加熱すると
結晶粒が粗大化して延性が低下し、また焼割れが発生し
やすくなり、レールの耐久性が損なわれるからである。

なお、この温度範囲に加熱するには高周波誘導あるいは
火焔等を使用することができる。

圧縮空気あるいは圧縮含水空気によつてパーライト変態
が終了するまで冷却するのは、これら冷媒で冷却するこ
とによつて微細バーライト組織を得るためである。これ
らの冷媒より冷却速度の早い冷媒を用いると、マルテン
サイトが発生して被加熱部は脆化し、逆に冷却速度の遅
い冷媒では微細バーライト組織を得ることが出来ず高強
度化されない。微細バーライト組織を得て高強度化する
のは、最も良好な耐摩耗性を得るためと、高強度化によ
り高い疲労限度とするためである。

バーライト変態終了後急速冷却する理由は、出来るだけ
大きい圧縮残留応力を得るためである。

なお、この場合室温まで急冷してもよいが、約２００℃
位まで急冷し、その後放冷してもかまわない。

圧縮残留応力は平均応力として作用し、例えば２０ｋｇ
／ｍｍ２の圧縮残留応力があると、繰返し応力として１
５ｋｇ／ｍｍ２が作用しても、応力は圧縮側のみで繰返
えされるためき裂は発生せず、結果的には疲労限度が向
上することになる。

以上のごとく、本発明により製造されたレールは微細パ
ーライト組織を呈して高強度化し、かつ圧縮残留応力が
付与されているために疲労限度が非常に向上し、レール
自身の破壊抵抗性が一層高められたものである。

つぎに本発明の一実施例を述べる。

ＪＩＳ５０キロの硬頭（端焼）レールを用いて、レール
締結部について上首部２と腹部の全面を高周波誘導加熱
装置により８９０℃に加熱した後、圧縮空気によりパー
ライト変態が終了する５７０℃位まで冷却し、その後水
を噴出して室温まで急速冷却を行つた。その結果、第１
表中に示すように、本発明レールは頭部および継目穴部
が高強度化し、さらに大きな圧縮残留応力が付与されて
いる。実物疲労試験（荷重Ｐｍａｘ２０ｔ，Ｐｍｉｎ５
ｔ，繰返し４００万回まで）の結果、従来レール（端焼
レール）にはき裂発生が認められるのに対し、本発明レ
ールはき裂発生は認められず、耐破端特性が非常に優れ
ていることがわかる。

第１表　本発明レールと従来レールの疲労試験結果の１
例

【図面の簡単な説明】

第１図は軌条締結部損傷例を上首切き裂（ａ）と星状き
裂（ｂ）で示す。第２図は軌条の各部分の名称を示す。 １・・・レール頭部、２・・・上首部、３・・・腹部、
４・・・下首部、　５・・・底部、６・・・継目穴特許
出願人代理人 弁理士　矢葺知之（ほか１名■

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 熱間圧延されたレールまたは熱間圧延後頭部焼入れを施
   したレールの、レール締結部の上首部または腹部全面あ
   るいはこれらの両方を、Ａ１変態点を越え１３００℃以
   下の温度に加熱後、圧縮空気あるいは圧縮含水空気によ
   つてバーライト変態が終了するまで冷却し、その後、急
   速冷却することを特徴とする耐破端特性の優れたレール
   の製造法。