JPS62149817A - レ−ル頭部の耐破壊性に優れたレ−ル熱処理方法 - 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） 不発明はレール頭部の耐破壊性に優れたレール熱処理方
法に関するものである。

（従来の技術） 近年、鉄道輸送は尚軸重化、高速化を指向しつつあり、
それに伴いレール頭部の摩耗や疲労損傷が急増している
。このためレールに求められる性能も一層きびしくなっ
てきており、より優れた耐摩耗性、耐損傷性を有する高
強度レールが求められている。

これらのレールとしてはこれまでの研究によシ微細なバ
ーライ）ｔ−有する鋼レールが最も優れた耐摩耗性、耐
損傷性を示すことがすでに公知であり、その製造方法に
ついては特公昭５５−２３８８５号公報に説明されてい
る。

このような微細パーライト組織を得るレールの連続製造
法も特開昭５７−１９８２１６号公報があシ、この公報
に記載されている説明は、合金を添加せずに熱間圧延終
了後オーステナイト域から８５０℃〜５００℃間の冷却
速度を１〜ｂ 冷却する高強度レールの製造方法である。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら上記の微細パーライト組織を得るために、
オーステナイト域温度以上のレール全所定冷却速度でパ
ーライト変態させただけでは、耐破壊性全支配する頭部
の圧縮残留応力が小さくて、良好な耐破壊性を得ること
ができない問題があった。また一方現在のレール頭部の
みの再加熱熱処理方法ではパーライト変態終了後、単に
急冷するだけで大きな頭部圧縮残留応力が得られること
が知られている。ところが圧延熱を利用した直接熱処理
レールにおいてはレール全体が加熱されているためパー
ライト変態終了後適切な温度から適切な冷却速度で冷却
しないとレール頭部に充分な圧縮残留応力が得られなか
ったり、レールの柱部に大きな引張残留応力が発生する
とり新たな問題が生じてきた。

（問題点を解決する友めの手段） 本発明はこれまでの高強度レール製造法における耐摩耗
性、耐疲労性などの諸性質に加え、頭部に大きな圧縮残
留応力を付加することによってさらに耐破壊性をも向、
上せしめるものである。

その要旨は、熱間圧延を終え、オーステナイト域温度以
上の熱を保有する高温度のレールを冷却するにめたシ、
レール頭頂面およびレール頭側面を高圧の気体または含
水気体によってパーライト変態が終了するまで冷却し、
その後パーライト変態終了時から４５０℃までの間の温
度より頭頂面および頭側面をレール表層の冷却速度が３
〜ｂ大きなレール頭部の圧縮残留応力を付与せしめて耐
破壊性を著しく向上せしめるものである。

以下、本発明全図示する一実施例に基いて詳細に説明す
る。

第１図は本発明法の一実施態様例を概略図で示したもの
である。第１図においてｌは熱間圧延全路え、オーステ
ナイト域温度以上の熱を保有するレールである。この場
合のオーステナイト域温度以上の熱は加速冷却後耐摩耗
性に富んだ微細・り−ライト組織を得るための温度でお
る。２は緩冷却装置で、例えば高圧の空気あるいは含水
空気等の冷媒を噴出する装置でちって、この緩冷却によ
シ微細パーライト変態をさせる。３は急速冷却装置で、
よシ大きな圧縮残留応力を得るために冷却能の大きい冷
媒、例えば水等を噴出する装置である。

次に熱処理方法について述べる。

熱間圧延を終えたレール１は冷却され、Ａｒ１変態点よ
シ下がる以前の温度、例えば約７３０℃に達してから、
緩冷却装置２から例えば高圧の空気あるいは含水空気を
レール頭頂面および頭側面にツク−ライト変態が終了す
るまでほぼ一様に冷却するように噴出する。これらの所
定の冷却速度より速い冷却速度で冷却するとマルテンサ
イトが生成して脆化するし、逆に冷却速度が遅過ぎると
微細バーライ）１得ることができず、高強度化されない
。微細パ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。

ノ５−ライト変態終了後はその終了温度から４５０℃ま
での温度よシ、急冷装置３でレール頭頂面およびレール
頭側面金例えば水等の冷媒全噴出し、レーＮ夛層の冷却
速度が３〜ｂ 急速冷却する。これによシレール頭部には約４０に９／
−以上の大きな圧縮残留応力を得ることができる。とこ
ろが冷却開始温度が４５０℃以下になったりレール表層
の冷却速度が３℃／秒未満で冷却するとレール頭部には
約２０　ｋｌｌ／ｐｍ２の頭部圧縮残留応力しか得るこ
とができない。ま次冷却速度が２５℃／秒を越えるとレ
ール柱部に約５０　ｋｇ／ｍ”という非常に大きな引張
残留応力が発生し、継目穴部の欠陥や柱部の軽微なキズ
から容易にき裂が発生する危険性が生じる。なお冷却に
際しては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するので、例えば４
０　ｋｇ／ｍ”の圧縮残留応力がおると、繰返し応力と
して３５ｋｇ／−ｚが作用しても応力は圧縮側のみで繰
返されるため亀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頭部が微
細パーライト組織を呈して高強度化し、かつ大きな圧縮
残留応力が付加されているために耐破壊性が非常に優れ
ている。

つぎに本発明の一実施例を述べる。

ＪＩＳ　６０キロの普通炭素鋼レールを用いて熱間圧延
後７５０℃の温度から暖冷装置２でレール頭頂面、レー
ル頭側面を高圧の空気によりパーライト変態が終了する
５７０℃位まで冷却し、その後急冷装置３でレール頭頂
面、レール頭側面に水を噴出した。その冷却条件は第１
図に示した通りで本発明レールは急速冷却開始温度４８
０℃、冷却速度４．０℃／秒（符号人）と２３℃／秒（
符号Ｂ）の２条件、比較レールとして急速冷却開始温度
４４０℃冷却速度、４．０℃／秒（符号Ｃ）、急速冷却
開始温度４８０℃、冷却速度２．５℃／秒（符号Ｄ）、
急速冷却開始温度４８０℃、冷却速度２８℃／秒（符号
Ｅ）及び放冷（符号Ｆ〕の４条件で行りた。

第２図（第２図（ｂ）はレール断面位置を示す図である
）には上記の６種類のレールの、ｔｆｃ第３図には従来
の頭部再加熱熱処理レールの残留厄力分布を示す。本発
明レール（符号Ａ、Ｂ）には頭部■に頭部再加熱熱処理
レール（符号Ｇ）と同様に４０　＃／　ｍ”の圧縮残留
応力が生成しているが、比較条件レール（符号Ｃ，Ｄ、
Ｆ’）では２１ｋｇ／■２以下の圧縮残留応力しか生成
していない。ま几符号Ｅについては柱部■に５０　ｋｌ
／ｍ”の大きな引張残留応力が生じてしまい、継目穴部
の欠陥や柱部の軽微なキズに対して非常に危険な状態に
なってしまっている。

次いで符号Ａ−Ｄ、Ｆ、Ｇレールについて頭部に引張応
力が働くよう表条件でレールの実物曲げ疲労試験（荷重
Ｐ　ｍａｘ　５５　ｋ１７／ｇ”　、　Ｐ　ｍｉｎ　３
．０（ジ、繰返し数２．０Ｘ１０’回まで）を行った。

その結果第２表に示すように符号Ｃ，Ｄ、Ｆ’レールに
頭部に亀裂が発生し、破断に至りたのに対し本発明レー
／Ｌ／（符号Ａ、Ｂ）および頭部再加熱熱処理レール（
符号Ｇ）には２．０Ｘ１０’回の繰返し後でも頭部に亀
裂は全く見られず、本発明レールが頭部再加熱熱処理レ
ール同様頭部の耐破壊性が非常に優れていることがわか
る。

第１表　パーライト変態終了後の冷却条件

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるレールの熱処理方式を説明するた
めの説明図、 第２図ｔａ＋　、　（ｂ）及び第３図は本発明の実施例
における効果を示す図、 第４図は本発明と他条件及び従来例との亀裂発生テスト
における試験条件の説明図である。 １・・・レール、　　　　　　２・・・緩冷却装置、３
・・・急冷却装置。 代理人　　谷　山　輝　雄　　□ １−・−一、Ｊ 本　多　小　平“　□ 一一□−−１′ 岸田正行　。 Ｕ′ 新部興治　。 一 螺÷・ぐ迫（漣鑓々潔 第３図 ■■■■■■■ レールｉｌＴ′ｒ＠イ立直

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 熱間圧延を終え、オーステナイト域温度以上の熱を保有
   する高温度のレールを熱処理するにあたり、レール頭頂
   面、レール頭側面を高圧の気体または含水気体を噴射し
   てパーライト変態が終了するまで緩冷却し、その後パー
   ライト変態終了時から４５０℃までの間の温度より、レ
   ール頭頂面、レール頭側面をレール表層の冷却速度が３
   〜２５℃／秒の範囲で急速冷却することを特徴とするレ
   ール頭部の耐破壊性に優れたレール熱処理方法。