JPS60226901A - 耐久性のすぐれたレ−ル - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は耐久性のすぐれたレールに係す、ｔｐ！ｊに損
傷のはげしｂサービス環境においてすぐれた耐久性を発
揮するレールに関するものである。

（従来技術及び問題点つ 従来から、日本の新幹線あるいはブラジル、オーストラ
リアにおける鉱山鉄道等に用いられるレールは１次）こ
述べるような理由で、特に損傷のはげしいサービス環境
にあるものとして知られている。即ち、日本の新幹線の
レールは、在米線のし一ルに比べて、輪重（車両の車輪
から加わる荷重〕が大きく、しかも列車が高速であるた
めに、レールと車輪とのすべり率も大きく、レールの摩
耗がはげしい。また、このような輪重、すべり・率のた
めに、新幹線レール特有の頭面のはく、す（シェリング
ともいう）が起る。

一方、鉱山用鉄道においては、−車両１００トンもの貨
車を１００〜１５０両も連結した長大編成の列車が通過
する。そのために、レールは、単なるこすれによる摩耗
だけではなく、レール頭部が塑性変形し、その結果車輪
との当りが悪くなり。

摩耗を促進し１頭面のはくりが起る。

これらのレール損傷に対し、これらを解決するための多
くの研究がなされ、その結果「製鉄研究」第３０３号（
１９８０）第２３〜３８頁記載のレール頭面を微細パー
ライトにする技術等が提案され、耐久性の向上が図られ
ているが、まだ十分なものはない。

（発明の経緯〕 そこで本発明者らはレール頭面の摩耗をシミュレートす
るため１こ「鉄と鋼ＪＶｏＬ、６４（１９７８）＋Ａｌ
ｌ、８９０５頁１こ示されている西原式摩耗試験を行っ
た。その試験片形状を第１図に示す。試験条件は、第１
表【こ化学成分を示す鋼Ｉで作った試験片を高周波熱処
理により、外周表面硬さを種々変えたものをレール相当
材１とし、同表の鋼■で作った試験片を通常の焼入焼戻
をして、ビッカース硬さ３５０に調整したものを車輪相
当材２として、前者を７２８ｒｐｍ、後者を８０　Ｏｒ
ｐｍで回転しつつ、無潤滑で両者を５００　Ｋｙｆの力
で押し付は合うものである。なお、試験片の寸法形状は
第１図において外径り、＝　Ｄ２＝　３０謳φ、内径ｄ
、＝　ｃ＋２＝　１６　ｙｒｎｎφ、巾Ｗ　＝＝　８ｍ
ｍである。このようにして５０万回接触回転後のレール
相当材試験片の摩耗量をその重量減で測定した。その結
果を第２図をこ示す。同図でわかるようζこ、鋼材の摩
耗は、それが硬いほど少ない。このことは一般によく知
られていることであるが、この場合、ビッカース硬さ４
００以上で、顕著昏こ摩耗の少なくなることがわかる。

第１表　供試鋼の化学成分　チ 次に、レール頭面のはぐり性をシミュレートするために
、軸受鋼において従来からよく行なわれているころがり
−すべり疲労試験を行なった。用いた試験片は、第１表
に示した鋼■で餉３図に示す外周にＲの付いた形状を有
し、且つ、高周波熱処理により、試験片の外周面を、深
さ０．４　ｒｍ＋　１で等 と３論１でをビッカース硬さ４００以上９こ調整したも
の、および硬化深さ３閣で、外周面の残留応力が約−１
５Ｋｐ／／−と約−３５Ｋｐｆ／−に調整したものを夫
々レール相当材１とし、−１鋼■を通常の焼入焼戻しに
より、ビッカース硬さ３５０に調整したものを車輪相当
材２とした。なお試験片の寸法形状は、第３図において
り、＝　Ｄ２＝　３０　ｗｎφ。

ｄ、＝　ｄ２＝　１６　ｗｎφ、Ｗ＝８ｗｎφ＋　ｒ”
＝１５ｍＢである。

これらの試験片を用い、レール相当材は６４０ｒｐｍ、
車輪相当材は８００　ｒｐｍで回転しつつ油潤滑し、押
付は力６９０Ｋｇｆで試験し１回転接触面のはくり発生
１での回転数、すなわち破損寿命をめた。その結果を第
４図に示Ｔ０同図でわかるように、硬化層の浅いものは
、破損寿命が著しく短かい。また１表面残留応力の影響
が顕著で、これの大きい方が破損寿命が長いことがわか
る。

（発明の構成〕 本発明は以上のような知見に基いてなされたものであっ
て、その要旨は０２６％Ｃ以上の鋼からな６レールにお
いて、レール頭部が深さ１０ｍｍ〜２０調【こわたり、
ビッカース硬さで４００以上。

かつレール頭面で２’０Ｋｆｆ／−以上の圧縮残留応力
を有することを特徴とする耐久性のすぐれたレールにあ
る。以下、本発明について詳細に述べる。

１ず、本発明ｆこおいて、レール素材のＣ量を高目１こ
限定するのは、レール頭部の硬さを確保するのにＣが有
効かつ安価な元素であ−るからであって。

その下限を０．２６％としたのは、その活用をはかるた
め蚤こは、０．２６％未満では年中４分であるからであ
る。なお、上限Ｅこついては特に規定しないが。

初析セメンタイトの析出による加工性の低下を避ける見
地から、０．９％程度以下が望ましい。また。

他の成分組成としては、レール頭部の所定の焼入深さを
得るために、ある程度の焼入性を確保することが必要で
、　Ｍｎ、、Ｃｒ、　Ｍｏ等を適量使用することが望ま
しい。

次に、レール頭部の硬化深さ船こ関しては、前述の第４
図から、硬化深さが深い程、破損寿命が長くなることが
わかるが、実際のレールと車輪との接触状態を勘案して
、硬化深さを１０ｍｍ以上とした。しかし、硬化深さが
２０ｗｎを超えるとレールが脆くなり、レールが脆性破
壊する恐れが出て来るので、上限を２０＋ｍｎとした。

次に本発明において、レール頭部のビッカース硬さを４
００以上としたのは第２図に示した知見に基づくもので
あって、４００未満では摩耗量が著しくなるためである
。さらｔこ、本発明においてはレール頭面での圧縮残留
応力を２ＱＫｙｆ、−以上と規定したが、これは第４図
に示した知見に基づいて、実際の、レールと車輪との接
触状態を勘案したものである。

なお、硬さ及び残留応力は、高ければ高いほど望葦しい
けれども、実際には、硬さは低合金鋼のマルテンサイト
の上限である８００を超えることはむつかしく、貰た圧
縮残留応力は、降伏を引き起こすことから８０　Ｋ９ｆ
／、ｊ　ｆ超えることはむつかしい。

ここで１本発明レールは、レール頭部を高周波加熱をこ
より、表面から１０ｍｍ〜２０調の深さがオーステナイ
ト状態になるように加熱し焼入れすることにより製造さ
れ、所定の硬さと圧縮残留応力が付与されるが、レール
の圧延後、その余熱を使ってインラインで焼入れするこ
とも可能であり。

従来の熱処理レールに比べ、その性能においても。

また製造コストにおいても優位である。

以下、実施例【こまり１本発明の効果をさらに具体的【
こ説明する。

（実施例〕 第２表　試作レールの化学成分　係 第２表の各鋼種の６０キロレールを試作し２これらレー
ルの頭部を高周波により、オーステナイト状態に加熱し
、水スプレー、衝風あるいはそれらを組合せて焼入し、
一部のものは通常の焼戻しをしてレール頭部の硬さ、そ
の分布および表面の残留応力を調整した。その結果を第
３表に示す。

これら試作レールをレール試験機にかけて、それらの耐
久性を試験した。°その試験の概要を第５図に示す。同
図に示すように、長さ１２００ｍｍの６０キロレール３
を台４上に固定し１台４ごと最大速度３０１１１／Ｍ、
ストローク２００閣で、矢印のｘ　−ｘ’の方向に往復
運動をさせ、一方、最大周速３３ＩＴ１／Ｉ６＋で矢印
ｃ　−ｃ’の方向に往復運動をしている輪軸５に取付け
た実際の車輪６を、無潤滑、２０ｔｏｎ　ｆの押付力で
レール３の運動多こ同調させて。

接触させるものである。この試験機によって、レールに
ころがり−すべりの負荷を与えることが出来、レールの
耐摩耗性、耐はくり性、すなわち。

耐久性を評価することが出来る。

このレール試験機による評価結果を第４表に示した。こ
れらの結果より本発明になるレールの耐久性のすぐれて
いることは明らかである。

第４表　各試作レールの試験結果 米１３０万回後の最大摩耗深さ、閣。

米２　はくりか認められる１での回数、６０万回で打切
り。

【図面の簡単な説明】

第１図はレール相当材の摩耗を試験するための試験片の
形状１寸法およびその概要を示す図、第２図は試験片の
試験前の外周表面のビッカース硬さと摩耗減量どの関係
を示す図、第３図はレール相当材のはくりを試験するた
めの試験片の形状。 寸法およ、びその概要を示す図、第４図ははぐり発生壕
での回転数とはぐり発生率との関係を示す図。 第５図はレールの耐久性を評価するレール試験の概要を
示す図である。 ■・・・レール相当材、２・・・車輪相当材、３・・・
レール、４・・・台、５・・・輪軸、６・・・車輪。 特許出願人　代理人 弁理士　矢　葺　知　之 （ほか１名〕 第２図 舊θ食憤の４凧表面のヒ゛・ソカース表欠τ第４図 １よ（１７令生までの口中１文、　Ｘ　１０４第５ｖＡ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ０．２６％Ｃ以上の鋼からなるレールにおいて。 レール頭部が深さ１０ＩＩＩＩ＋＋〜２０ｔｒｒＩｎに
   わたり、ビッカース硬さで４００以上、かつ、レール頭
   面で２゜Ｋｙｆ／−以上の圧縮残留応力を有することを
   特徴とする耐久性のＴぐれたレール。