JPS6141720A - 変断面レ−ルの連続頭部硬化熱処理方法 - 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】 「産業上の利用分野」 本発明は鉄道用分岐器類の構成部材であるトングレール
やクロッシング部ノーズレール等のように尖らせた一端
から他端に向い漸次断面積を増大して行くレール（以下
変断面レールと称す）のレール頭部の硬度を一定の硬度
にするためのスラッり、クエンチ連続熱処理方法に関す
るものである。

「従来の技術」 一般の直線軌道用として！設使用されているレールハ、
通常、炭ｌ含有１！ｎｏ、６０−０．７２％の高炭素鋼
の圧延レールである。

曲線軌道とか分岐器類などの大きな荷重を受は易くレー
ル頭部の摩耗ｍが多くなるものでは、これに用いる高炭
素鋼圧延レールのレール頭部に対して焼入れ、焼もどし
熱処理（以下、ＱＴ処理またはＱＴ法という）を施した
レールが使用されている。

高炭素鋼圧延レールは断面全域にわたって、少量の初析
フェライトを含む層状粗パーライト組織を有しているが
、これにＱＴ処理でレールと熱処理装置とを相対移動さ
せて、連続的にレール頭部だけを部分加熱しオーステナ
イト化させたあと、水焼入れを行なってマルテンサイト
組織を生成せしめ、更に焼もどし操作を施すことによっ
て該当するレール頭部を焼もどしマルテンサイト（ソル
バイト）組織にしている。

しかし、最近になって曲線敷設に使用される頭部硬化レ
ールにおいては、ＱＴ処理に代って耐摩耗性とか耐疲労
性が更に改善された性能をもつスラック、クエンチ熱処
理（以下、ＳＱ処理またはＳＱ法という）による頭部硬
化ＰＡ処理レールが開発されてその実用化が進められつ
つある。

この新しいＳＱ処理では、レールの素材として炭素含有
１０．７２〜０．８０％を有する高炭素鋼を用いてレー
ル頭部の部分だけを連続的に加熱してオーステナイト化
させた後に空中放冷と水焼入れの中間の冷却速度をもつ
圧縮空気を噴射させる緩速強制冷却操作を行なって、該
当領域のレール頭部に対して微細パーライト組織を生成
せしめるのである。

しかして、変断面レールに対して従来のＱＴ処理を施す
場合には、焼入加熱は重油、軽油または燃焼ガスなどを
熱源とする炉床に、加熱すべきレール頭部が導入される
ための聞は溝が設けられた箱形熱風循環式の燃焼炉など
を用いて行なわれ、相対移動により加熱終了後の炉出口
において水焼入れ冷却がなされ、さらにレール全体を加
熱する方式の焼もどし操作によって所要の性能を有する
硬化熱処理が行なわれている。

「発明が解決しようとする問題点」 上記従来の変断面レール用のＱＴ熱処理設備を使用し、
その冷却装置などを改造して、変断面レールに対してＳ
Ｑ法によるレール頭部の硬化熱処理を行なっても満足さ
れる品質を有する硬化層の生成は次ぎに述べる理由によ
って期待することができない。

即ち、変断面レールのＱＴ熱処理では、焼入れの際に硬
化部分の硬さ程度に部分的な変動差異があっても、その
後に行なわれる焼もどし操作によって、その硬さ程度は
ほぼ均一に揃う結果を示すのに対して、ＳＱ法によるレ
ール頭部硬化熱処理では、それぞれの形状、断面寸法に
適合した焼入加熱時の熱投入およびその後の所要冷却速
度による強制冷却などの熱処理条件の詳細な設定が必要
となるからである。

本発明は上記の如き問題点を解決ずべく創意したもので
あって、鉄道分岐器類の構成部材であるトングレール、
クロッシング部ノーズレール等のように尖らせた一端か
ら他端に向い漸次断面積を増大して行くレールのレール
頭部に対して適切なＳＱ法硬化熱処理を施して、優れた
耐摩耗性と耐疲労性を有し、永き使用にわたり的確な機
能を維持し得るものを製造するための熱処理方法を提供
することを目的とするものである。

「問題点を解決するための手段」 上記目的を達成するために本発明は熱処理すべき変断面
レールと熱処１ｇ２設備を相対移動させながらレール頭
部に対して焼入加熱および焼入冷却を連続的に行なう変
断面レールの頭部のＳＱ硬化熱処理において、焼入加熱
に際しては変化するレール頭部の巾に応じて、レール頭
部の上面側から加熱するバーナーの火焔帯の巾と、レー
ル頭部の両側面側からの加熱バーナーの配置間隔が自ｖ
ＪＩ１１６１１されて変化し、レール頭部のいずれの断
面位置においても所要の温度分布をもつ加熱が与えられ
る構造の焼入加熱装置によって行なわれ、また冷却操作
に際しては、変化するレール頭部の巾に応じてレール頭
部の上面側からの圧縮空気噴射ノズル冷却箱の噴射冷却
帯の巾と、レール頭部の両側面側からの圧縮空気噴射ノ
ズル冷却箱およびレールの腹部両側からの冷却を促進す
る水冷却箱の配置間隔が自動制御されて変化し、いずれ
のレール頭部断面位置においても所要の冷却速度をもっ
て冷加が与えられる構造の冷却装置によって行なわれる
ようにしたのである。

「作用」 上記のような移動する変断面レールの形状に追随する熱
処理を行なうことにより変断面レールの全長にわたり、
そのレール頭部に対して、いずれの断面位置においても
、表面硬さがＨ８（ショアー硬さ）４９〜５５、硬化深
さが１５〜２５　ｍｍの微細パーライト組織をもつ硬化
層が形成されるのである。

「実施例」 次に本発明の実施の一例を図面に就いて説明する。

第１図はこの発明に用いた変断面レールのレール頭部に
対して行なうＳＳＱＳＱ法硬化熱処理備およびそれらの
配置を示す概略説明図である。

レール頭部を硬化すべき、化学組成において、Ｃ：０．
７〜０．８２％、Ｍｎ：０．７０〜１．００％、Ｓｉ　
　：Ｑ、１０〜０．３５％をもつ高炭素鋼からなる変断
面レール１は、並行配列された２本の案内レール２上を
、走行車輪３をそなえた架台４上に載置されて別に設け
た駆ａ装置（図示せず）によって第１図の矢印方向に８
０〜３２０ｍｍ／ｍｉｎの速度で移動されるようにしで
ある。

上記の場合において熱処理すべき変断面レール１は、レ
ール頭部の断面が大きい側を移動走行方向に対して先頭
になるようにしてあり、レール頭部に対して部分加熱お
よび冷却を行なう連続熱処理操作は、レール頭部の断面
が大きい側から小さい側に向って順次行なうようにしで
ある。

次に変断面レール１のうちの任意の断面位置について、
移動走行による各種の装置との相対関係およびレールに
おける加熱、冷却などの経緯をたどりながら、各装置の
構造と機能を説明する。

先ず変断面レール１のレール頭部は予熱炉５に導かれる
。予熱炉５は変断面レール１に対して上方からまたぐよ
うにして、上下方向の間隙ａおよび横方向の間隙すを調
整できるようにして配置されており、変断面レール１の
レール頭部が導入される開き溝６を設けた外枠７は箱型
に形成され、その内側には耐火材がａ着しである。

予熱炉５の両側には予熱炉５の内部に臨ませた軽油を燃
料とするバーナー９が設けてあり、該バーナー９による
火焔熱風は炉内に充満し流動して変断面１のレール頭部
を加熱し変断面レール１と開き溝６との間隙及び排出口
１０を経て煙突１１から外部に排出される。

予熱炉５内における火焔熱風の温度は、熱接点を炉内中
心域に臨ませた熱電対温度計１２により測定され約７０
０〜９００℃の温度に設定されるようにバーナー９の弁
調整（自動側１がなされる。

これによって架台４に載置されて所要の送り速さで移動
走行する変断面レール１のレール頭部は予熱炉５の入口
から出口に到るまでの間に常温から約１〜２℃／　ｓｅ
ａのゆっくりした加熱３ｉｉ度をちって昇温し、且つレ
ール頭部の全域が約４５０〜６００℃の所要の温度に到
達して予熱操作は完了する。

上記予熱作業での温度の確認は予熱炉５の出口の外側で
レール頭部の頂表面を測定点として配置された輻射温度
計１３により行なわれる。

予熱過程を経た変断面レール１のレール頭部は次に焼入
加熱装置１４の部分に導かれる。

上記焼入加熱装置１４は変断面レール１の中心線と中心
を合致させて変断面レール１の上面との間の間隙Ｃを調
整できるようにして変断面レール１をまたぎ水平に配置
してあり、該焼入加熱１！１ｉｃ１１４はアセチレンま
たはプロパンなどの燃料ガスを用いる変断面レール１の
レール頭部上面を加熱する上部バーナー１５、ならびに
レール頭部の両側面を加熱する一対の側部バーナー１６
．１６および側部バーナー１６．１６に取付けた間隔検
知センサー１７．１７等から成り立っている。

上部バーナー１５、及び側部バーナー１６．１６には、
燃料ガスとＩ！を素がそれぞれの圧力、流山を調整して
それぞれの導入口１８．１８′からガス空１９．１９′
に導かれ、ノズル板部２０．２０′に設けた多数の小径
ノズル孔２１．２１′から噴射されるようにしてあり、
この多数の小径）スル孔２１．２１’から噴射せる燃料
に着火して高温の中性火焔を発生させ、該火焔で変断面
レール１のレール頭部範囲を所要の焼入温度に加熱する
ようにして◇る。

上部バーナー１５及び側部バーナー１６．１６の小径ノ
ズル孔２１．２１’　は変断面レール１の移動走行方向
に対して加熱終了側の被加熱物からのはねかえり火焔を
少なくするために傾けた角度でそれぞれのノズル板部２
０１２０’　に穿っである。

また焼入加熱操作の連続で上記ノズル板部２０゜２０’
　が過熱され不規則、不安定な燃焼状態となるのを避け
るために、上部バーナー１５、側部バーナー１６．１６
はガス室１つ、１９′を形成する内枠２２．２２′　と
外枠２３．２３′　との間に氷室部２４．２４′が形成
してあって、咳水空部２４．２４′にそれぞれの水入口
２５．２５′から水圧、流ｍ＠調調整金冷却水を通水し
循環させてノズル板部２０．２０′を継続的に冷却し水
出口２６．２６’　から排水するようにしである。

変断面レール１のレール頭部の上面側を加熱する上部バ
ーナー１５のノズル板部２０には、変断面レール１のレ
ール頭部の最大中ｄに対応する範囲に小径ノズル孔２１
が穿ってあり、且つガス室１９内には両側からガス室１
９の中心に向って１習動じて部分的に小径ノズル孔２１
を閉鎖するスライド封鎖弁２７が内蔵されている。

上記スライド封鎖弁２７にはピン２８でバッキング２つ
の一端が回動自由に軸支してあり、且つ該バッキング２
９とスライド封鎖弁２７との間には発条３０が配してあ
って、常時バッキング２つを上圧してガス室１つの上面
に弾性接触させ温度変化による膨張、寸法の変化に対処
してスライド封鎖弁２７がガス室１９内で気密性を保っ
て摺動し得るようにしである。

スライド封鎖弁２７は、上部バーナー１５の間外側に設
けた支持枠３１の端部に固定せる液圧シリンダー３２の
ピストン３３に、ピストン棒３４を介して連繋してあっ
て、液圧シリンダー３２の両端の給排口部３５．３６に
弁装置（図示せず）を介して接続せる油圧装置（図示せ
ず）から油液を交互に給排することによってスライド封
鎖弁２７をガス室１９内で進退作動させ、変断面レール
１のレール頭部の巾の変化に応じてノズル板部２０の小
径ノズル孔２１の数を増減自由に調整し１ｑるようにし
である。

変断面レール１の両側方に配された側部バーナー１６は
、ノズル板部２０とレール頭部側面からの距離をｅに設
定して垂直に配置され１、且つ該側部バーナー１６のア
ーム３７の上端は、支持枠３１に設けた長手方向の通過
孔３８を通って上記ピストン棒３４の中間位置に固定さ
れていて変断面レール１のレール頭部の巾の変化に追随
してレール頭部の側面との間に一定距離を保ちながらス
ライド封鎖弁２７と連動移動するようにしてあり、１】
を変化するレール頭部に従う上記スライド封鎖弁２７、
側部バーナー１６の位置変化は側部バーナー１６に取り
付けられて常時レール頭部の側面にセンサーロンド１７
′の一端を接しさせた間隔検知センサー１７のリレース
イッチ１７″に電気的に接続した上記液圧シリンダー３
２の弁ａａ（図示せず）による液圧シリンダー３２への
油液の給排で行なわれるようにしである。

即ち上記のようにして変断面レール１のレール頭部に対
して行なわれる焼入加熱は、その断面寸法が変化する揚
台において、これに追随して上部バーナー１５の火炎帯
の巾が適切に変るとともに、レール頭部の両側方に配し
た側部バーナー１６．１６もレール頭部の巾の変化に応
じて動き、側部バーナー１６．１６と、巾の変化するレ
ール頭部の側部との間隔を常に一定に保って同一条件下
でレール頭部の頭頂上面および両側面へ作用する中性火
焔で行なわれる。

上記の如くして架台４に載置され所要速度で移動する変
断面レール１のレール頭部は、予熱炉５の予熱帯を通過
し次いで、焼入加熱装置１４の焼入加熱帯の全域を通過
することによって、表面から急速加熱（表面での加熱速
度は４℃／　ＳｅＣ以上）されて、レール頭部の頭頂中
心の表層下２０顯位置における温度が７５０℃以上に達
して、この位置を中心として２０℃／ｌｒａの温度勾配
が付与された温度分布をもつ焼入加熱操作が完了する。

上記焼入加熱作業での温度の確認は焼入加熱装置１４を
通過した部分でレール頭部の頭頂面を測定点とする輻射
温度計３９によって行なわれる。

焼入加熱操作が完了した変断面レール１のレール頭部は
更に熱遮蔽装置４０を経て冷却装置４１に導かれる。

上記熱遮蔽装置４０は、焼入加熱装置１４と冷却Ｖｉ置
４１との中間位置に上方から吊下してあり、中通距離に
あって加熱と冷却という相反する作業を行なうに際して
互に干渉することを避けるためのもので、柔軟性に富む
リボン状のアスベスト４２を隙間なく多数吊り下げて変
断面レール１のレール頭部上面と側面との空間を封鎖す
るものである。

冷却装置４１は第５図に示す如く、変断面レールの中心
線と中心を合致させて変断面レール１の上面との間の間
隙ｒをＷＡ！ｌＩできるようにして変断面レール１をま
たぎ水平に配２してあり、該冷却装置４１はエアーコン
プレッサまたはブロアーにより加圧された圧縮空気を変
断面レール１のレール頭部上面に向けて噴射するための
上部冷却箱４３ならびにレール頭部の両側面に向けて冷
却空気を噴射する側部冷却箱４４．４４と該側部冷却箱
４４．４４の下部に装着した放水箱４５．４５および側
部冷却箱４４．４４に取付けた間隔検知センサー４６．
４６から成り立っている。

上部冷却箱４３及び側部冷却箱４４．４４には圧力、流
ｍ＠調整せる圧縮空気がそれぞれ導入口４７．４７′を
経て各空気室４８．４８′に導かれ空気放射板部４つ、
４９′に設けた多数の小孔５０．５０’　から噴射され
変断面レール１のレール頭部範囲を放射空気により緩速
冷却する。

変断面レール１のレール頭部の上面側を緩速冷却する上
部冷却箱４３の空気放射板部４つには変断面レール１の
レール頭部の最大中に対応する範囲に小孔５０が穿って
あり、且つ空気ｉ４８内には両側から空気室４８の中心
に向って気密性を維持してｌＩ動し部分的に小孔５０を
閉鎖する可動封鎖弁５１が内蔵されている。

可動封鎖弁５１は、上部冷却箱４３の間外側に形成した
支持枠５２の端部に固定しだ液圧シリンダー５３のピス
トン５４にピストン棒５５を介して連繋してあって、液
圧シリンダー５３の両端の給排口部５６．５７に弁１ｍ
（図示せず）を介して接続せる油圧装置（図示せず）か
ら油液を交互に給排することによって可動封鎖弁５１を
空気室４８内で進退作動させ、変断面レール１のレール
頭部の巾の変化に応じて空気放射板部４つの小孔５ｏの
数を増減自由に調整できるようにしである。

変断面レール１の両側方に配した側部冷却箱４４は空気
放射板部４９′　とレール頭部側面からの距離を９に設
定して垂直に配置され、且つ該側部冷却箱４４のアーム
５８の上端は、前記支持枠５２に設けた長手方向の通過
孔５９を通ってピストン棒５５の中間位置に固定されて
いて、変断面レール１のレール頭部の巾の変化に追随し
てレール頭部の側面との間に一定距離を保ちながら可ｖ
Ｊ封鎖弁５１と運動して移動するようにしである。

巾を変化するレール頭部に従う上記可動封鎖弁５１、側
部冷却箱４４の位置変化は、側部冷却箱４４に取り付け
られて常時レール頭部の側面にセンサーロンド４６′の
一端を接しさせた間隔検知センサー４６のリレースイッ
チ４６″に電気的に接続した上記液圧シリンダー５３の
弁装置（図示せず）による液圧シリンダー５３への油圧
の給排で行なわれる。

側部冷ＦＡ箱４４．４４の下部に装着した放水箱４５．
４５には圧力、深間がＸ１１整された水が水導入口６０
を経て水室６１に導かれ射水板部６２に設けた多数の小
孔６３から噴射され、オーステナイト化した変断面レー
ル１のレール頭部の内ＩＮに対する緩速冷却速度を確保
し変断面レール１のレール腹部範囲（オーステナイト化
していない）に対しての冷却を促進ヒしめるものである
。

而して上気冷却操作が終了した変断面レール１のレール
頭部の温度は約３００℃となっているが冷却装置４１の
後方位置に吊下した水冷シャワー６４からの散水を受け
て常温域まで冷却を促進され熱処理作業が完了する。

「発明の効果」 本発明によれば、変断面レールのレール頭部の断面寸法
の変化に対応して加熱、冷却磯（ｔが追随して作動しレ
ール頭部との間に一定の間隙を保持して作動し常に同一
条件下でレール頭部での頭頂上面および側面からの加熱
並びに緩速冷却とレール腹部での促進冷却の操作を行な
うことができ、これによって架台４に載置されて所要速
度で移動走行する変断面レール１のレール頭部は悲運１
装置４０の熱遮蔽帯を通過し冷却装置４１の全域を通過
することによって、焼入温度から約３５０℃までの温度
範囲間を所要の冷却速度をもって緩速冷却することがで
きるのである。

上記所要冷却速度とは、所望の硬さなどの礪械的性質を
有づ゛る微細パーライト組織を生成せしめるのに必要な
冷却速度を示すものであって、８００℃〜５００℃の温
度域において、表層では５〜ｂ 瀾位置では４℃／　ＳｅＣ以上が与えられ適正な硬度の
レール頭部をそなえた変断面レールとなるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法に用いた熱処理設備の概略を示す
斜視図、第２図は予熱炉の縦断面図、第３図は焼入加熱
装置の一部を切欠いた正面図、第４図は同上の中央部を
縦断し、一部を切欠いた側面図、第５図は冷却装置の一
部を切欠いた正面図、第６図は同上の中央部を縦断し、
一部を切欠いた側面図である。 １・・・・・・変断面レール ４・・・・・・架　台 ５・・・・・・予熱炉 １３・・・・・・輻射ｍ度計 １４・・・・・・焼入加熱装置 １５・・・・・・上部バーナー １Ｇ・・・・・・側部バーナー ２７・・・・・・スライド封鎖弁 ３２・・・・・・液圧シリンダー ３４・・・・・・ピストン棒 ３７・・・・・・アーム ４ｏ・・・・・・熱遮蔽ＶＡ置 ４１・・・・・・冷却装置 ４３・・・・・・上部冷却箱 ４４・・・・・・側部冷却箱 ４５・・・・・・放水箱 ５１・・・・・・可動封鎖弁 昭和５９年８月６日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 被熱処理レールと熱処理装置を相対移動させながら、レ
   ール頭部に対して連続的に加熱および冷却操作を行なう
   レールの頭部の硬化熱処理法において、 焼入加熱に際しては変断面レールの変化するレール頭部
   の巾に追随してレール頭部の上面側から加熱するバーナ
   ーの火焔帯の巾とレール頭部の両側面の加熱バーナーの
   位置とが調整されて所要の温度分布をもつ加熱を与えら
   れる焼入加熱装置によって行なわれ、冷却に際しては、
   変化するレール頭部の巾に追随してレール頭部の上面側
   からの圧縮空気の噴射冷却帯の巾とレール両側面の圧縮
   空気の噴射位置およびレール両側面の腹部の冷却を促進
   する水の放射位置が調整されて所要の冷却速度が与えら
   れる冷却装置によって行なわれることを特徴とする変断
   面レールの連続頭部硬化熱処理方法