JPS6256524A - 溶接性を付与した高強度レ−ルの製造法 - Google Patents

溶接性を付与した高強度レ−ルの製造法

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JPS6256524A
JPS6256524A JP19698085A JP19698085A JPS6256524A JP S6256524 A JPS6256524 A JP S6256524A JP 19698085 A JP19698085 A JP 19698085A JP 19698085 A JP19698085 A JP 19698085A JP S6256524 A JPS6256524 A JP S6256524A
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杉野 和男
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Yoshiaki Makino
牧野 由明
Katsuya Iwano
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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、レールの品質特性に耐摩耗性、耐損傷性と共
に要求はれる溶接性を付与した高強度レールの製造法に
関するものである。
(従来の技術) 近年、海外の鉱山鉄道については高荷重化が、また旅客
鉄道については高速化が指向さ扛ている。このような趨
勢の中で、レールの品質特性は、従来の耐摩耗性と耐損
傷性に加え軌道保守の合理化からロングレール化するた
め良好な溶接性が重要な特性とされている。このような
品質特性の要求に対応して強度が110〜120級の高
強度レールが開発されている。
特開昭55−125231号公報は「C:0.55〜0
.80%、S i : 0.5〜1.20%、Mn:0
.8〜15%、AA:0.005〜0.05%、あるい
はさらにCr : 0.20〜0.90%、Nb:0.
004〜0.010 %を含有する溶接性低合金熱処理
レール」、特開昭57−198216号公報はr C:
 0.60〜0.85%、S i : 0.1〜0.8
%、Mn : 0.70〜1.5%、Cr: 0.2〜
0.8qbあるいはさらKIJb、■、Tici’)少
量を選択添加した高強度レール」などがある。
またフラッシュ゛パット溶接、ガス圧接など各種レール
溶接法の機器や施工法が開発されているが、中でも接合
するレールの端面を軽く接触させ、この間に大電流を通
じて接触点を集中的に加熱すると過熱溶融して火花が発
生し、所定の温度に上昇させた後、急激に圧力を加えて
圧接するフラッシュ・バット溶接法が熱影響部が狭い利
点から一般に使用されている。
(発明が解決しようとする問題点) しかしながら讐先の例のようにレールに含有される0、
 81以上のOr酸成分レール製造時の高温度からの冷
却においてパーライト組織全微細化して高強度化を図ら
んとするものであるが、このように多量のOr酸成分含
有するレールは、第1図に本発明者らの実験結果全町ら
かにするように溶接継手部において高い焼入性のために
脆化因子のマルテンサイト組織全生成して異常な硬度を
示し、継手部の耐摩耗性、耐損傷性全署しく低下せしめ
る問題があった。この問題全防止するためには、溶接に
際し予熱あるいは後熱処理を必要とし、溶接能率を著し
く阻害する溶接施工上に問題もあった。またこのような
CrやMOなど全含有する合金鋼レールは圧延ままで製
造が可能であるため生産効率が高いメリットも有してい
る。
さらに0.2〜0.8%のCrf含有する熱処理レール
では、フラッシュ・バット溶接継手性能を、HB 34
1〜388全有する母材部硬度に合せるべく添加するも
ので、高強度母材と高強度継手部の一体硬度全形成する
ことによって高い耐摩耗性と波状摩耗等の損傷抵抗性全
通常の溶接条件によって達成しようとするものである(
%開昭55−125231号公報)。
本発明は圧延ままあるいは簡易な熱処理法で製造可能な
低合金鋼レールの生産効率を活かし、耐摩耗性と耐損傷
性が要求される高強度で溶接継手性能にすぐれたレール
の製造法全提供することを目的としだものである。前記
した従来のこの種の熱処理レールとの大きな相違は、レ
ール摩耗環境のさほど厳しくない敷設領域での耐損傷性
に重きを置いた溶接性付与高強度レールの製造に関する
ものである。すなわち、従来の高強度熱処理レールが敷
設されていた急曲線区間より緩曲線区間に使用されるこ
と全目的とした熱処理し・−ルで、例えば従来の熱処理
レールの頭表部硬度がHB 341〜388の領域であ
るのに対して、本発明レールはHB 300〜340の
領域に、相当するも・のである。
(問題点を解決するための手段) 本発明は上記の如き問題点全有利に解決したものであり
、その要旨は、C:0.55〜0.85条、Si:0.
20〜1.20%、Mn : 0.5〜1.65%、C
r: 0.1〜0.19e6あるいはさらにNb:0.
01〜0.05%、V : 0.05〜0.20%、T
i:0.01〜0.05%の1種または2種以上全含有
し残・部、が・鉄および不可避的不純物からなるレール
の頭部上、熱間圧延終了後あるいは熱処理する目的で加
熱されたオーステナイト域温度からの冷却において、8
00〜450℃間を冷却速度1〜4 ”C/secで冷
却する溶接性全付与した高強度レールの製造法である。
(発明の構成) 以下本発明について詳細に説明する。
本発明は先ずレールの成分組成ヲ」二記のように定めた
限定理由について説明する。
Cは高強度化およびパーライト組織生成のための必須元
素であり、また耐摩耗性に対して−義的に効果を示す元
素であるが、0,55チ未満ではオーステナイト粒界に
耐摩耗性Vこ好ましくない初析フェライトが多量に生成
し7.0,85%を超えるとオーステナイト粒界に有害
な初析セメンタイIf生成させるばかりか、熱処理層や
溶接部の微小偏析部にマルテンサイトが生成し脆化させ
るため0.55〜0.85 %に限定した。
Siはパーライト組織中のフェライトに固溶することに
よって強度全上昇させ耐摩耗性を同上させる元素である
が、脱酸元素としても0.201以上の添加が必要であ
り、また1、 20 % ?超えると脆化が生じ溶接接
合性をも減するので0.20〜1.20%に限定した。
MnはC同様パーライト変態温肢金低下させ焼入性金高
めることによって、高強度化に寄与する元素である。し
かし、0.50%未満ではその寄与が小さくまた1、5
0係金超えると偏析部にマルテンサイ)1生成させやす
くするため050〜1.50 %に限定した。
Crはパーライト変態開始温度全低下させ高強度化に寄
与するばかりか、パーライト中の七メンタイトを強化す
ることによっても耐摩耗性(・乙貢献するが、さらに熱
処理レールの溶接部軟化防止に対しても欠くべからざる
元素である。従来この溶接部軟化防止に対してCr0.
2%未満の添加は効果がないとされて来たが、0,1チ
〜0,19チの添加でも十分効果が発揮され、第2図に
示すように抑制された母材部硬度に合致ルだ溶接継宇部
硬度が得られる。また0、 191以上のCrの添加は
、本発明鋼の冷却速度範囲で得られる母材部硬度より高
くなり、溶接継手部との一体硬度全損う結果となる。
さらに本発明では、必要によっては上記の成分の他にN
b、 V、 Tiなどのオーステナイト粒細粒化元素全
添加することによって、高強度化と共に延性も確保する
ことができる。Nbは熱間圧延時に低温加熱することに
よってNb(C,N)の析出物がオーステナイト粒成長
全抑制し細粒化に寄与する。゛また、高温加熱・低温仕
上圧延によって熱間圧延後のオーステナイト粒を細粒化
し、強制冷却後に得られるパーライト・ブロックサイズ
を細粒にする。
このとき有効なNb添加量は0.01%であり、0.0
5%金超えるとNbCが生成し、かえって脆化を招く。
従ってNbの成分範囲i0.01〜0.05%に限定し
た。■はNbとほぼ同様の傾向上水すが、加熱中に析出
するV(C,N)はNb (C,、N )  より溶融
温度が低いだめ、レール圧延時の低温加熱時のみ初期オ
ーステナイト粒の細粒化に寄与する。
また通常加熱によって溶融したV(C,N)は冷却中に
再析出して析出硬化による強度増をもたらす。しかし■
の0.05φ以下の添加ではその析出物の数も少なく所
定の効果は期待できない。
また0、 20 %超の■の添加はV(C,N)の粗大
化によってかえって脆化ケ生じさせる。このため■の成
分範囲を0.05〜0.20係に限定した。
Tiは析出した’I’i(C,N)が高温でも溶融17
ないことが知られており、通常のレール圧延加熱温度で
もオーステナイトの初期粒度?細粒化するために有効で
ある。しかしNb同様Tiも0.01%以下ではその効
果は小さく、0.05 %超では主としてTiNの粗大
化が生じ損傷の起点となる可能性が高いため、Tiの成
分範囲全0.01〜0.05チに限定した。この他、本
発明において不可避的不純物成分としてのP、Sは本発
明の目的全阻害する有害な成分で、極力低下せし7める
必要がある。
上記のような成分組成で構成されるレールは、転炉、電
気炉などが通常使用される溶解炉で溶製された溶鋼を、
造塊・分塊、法あるいは連続y4造法、さらに熱間圧延
?経て製造される。熱間圧延を終えたレールは、圧延終
了後あるいは一旦低温度に冷却され熱処理する目的で再
加熱されたオーステナイト域温度から冷却する。この場
合の冷却開始温度をオーステナイト域温度にしたのは均
一でかつ微細なパーライト組織を生成して耐摩耗性、耐
損傷性のレールが得られる温度である。また冷却は、従
来の高強度熱処理レールがHB341〜388の範囲に
対してHB300〜340の硬度範囲を目標とするもの
で必然的に低加速冷却となり その冷却制御温度範囲は
800〜450℃好ましくは500℃である。尚、オー
ステナイト域温度から冷却制御開始温度までのこの間の
冷却速度は任意な速度でよい。このような冷却制御温度
範囲は大断面レールから小断面レールまですべてのパー
ライト変態開始から終了までを含むものであって、この
間の冷却速度は1〜b 程度従来の高強度レールより低硬度化を目的とするもの
で、  1℃/see以下の遅い冷却速度では目的とす
るHB 300以上の硬度が得られなへその反面4℃/
sec f越える速い速度では母材部が高硬度を示し、
化学成分によって定まる溶接継手部と不連続となり、溶
接性を損う結果となる。
上記のような本発明法でレールを製造するが、レールに
熱間圧延終了後直ちに加速冷却処理を施した時に耐損傷
性など品質特性に特にすぐれたものが得られる。
(実施例及び発明の効果) 次に本発明の一実施例について説明する。
第1図は表−1に示す組成のCr−V合金鋼レールのフ
ラッシュ・バット溶接継中部断面硬度分布である。
表1  合金鋼レールの化学成分 このように高Cr含有レールでは継手部にマルテンサイ
ト組織が生成し異常高硬度全示す。
第2図は表−2に示す組成の従来タイプの熱処理レール
と本発明レールのフラッシュ9バット溶接継手部断面硬
度分布を示す。
表2 本発明鋼と比較鋼の化学成分 SiとOrが増量された比較鋼Aは、溶接性を付与した
現有高強度熱処理レールは、高価なため急曲線区間に限
定使用されている。比較鋼Bは今や普及型高強度熱処理
レールであるが、Orなどの合金が添加されていないた
め、溶接継手部の硬度が低下してしまい、母材部との硬
度不連続性全もたらし、しばしば列車通過時の騒音、振
動の原因となるばかりか衝撃的な負荷によるレール折損
や波状摩耗などを生成させる。また比較iAおよびBな
どの高強度レールは、一方では耐摩耗性がすぐれている
ばかりに最大せん断応力の作用する位置が固定してしま
いレール内部からの折損や、疲労ダメージの頭表面への
蓄積によりハク離性の損傷が近年クローズ・アップして
来ている。
このような本発明鋼CおよびDは上記のような観点から
母材部の硬度全ある程度抑制し、溶接継手部の硬度金高
めるべく微量合金添加した溶接性付与高強度レールであ
る。この母材部と溶接部の一体硬度化によって、列車の
燃費向上に注目されているレールの塗油に対しても、連
続的な一定のレール摩耗を導き耐損傷性のすぐれた新し
いタイプのレールが製造できる優れた効果を示すもので
ある。
表−3に本発明鋼と比較鋼の母材部の冷却速度と冷却方
法2示す。
表3  冷却速度と冷却方法
【図面の簡単な説明】
第1図は圧延まま合金鋼レールのフラッシュ・バット溶
接継手部断面硬度分布全示す図、第2図は比較鋼A、B
と本発明鋼C,Dの7ラツシ五・バット溶接継手部の断
面硬度分布全示す図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1重量%で  C:0.55〜0.85% Si:0.20〜1.20% Mn:0.5〜 1.65% Cr:0.1〜 0.19% で残部が鉄および不可避的不純物からなるレールの頭部
    を熱間圧延終了後あるいは熱処理する目的で加熱された
    オーステナイト域温度からの冷却において、800〜4
    50℃間を冷却速度1〜4℃/secで冷却することを
    特徴とする溶接性を付与した高強度レールの製造法。 2 重量%で  C:0.55〜0.85% Si:0.20〜1.20% Mn:0.5 〜1.65% Cr:0.1 〜0.19% の他に Nb:0.01〜0.05%  V:0.05〜0.20% Ti:0.01〜0.05% の1種または2種以上を含有し、 残部が鉄および不可避不純物からなるレールの頭部を、
    熱間圧延終了後あるいは熱処理する目的で加熱されたオ
    ーステナイト域温度からの冷却において、800℃〜4
    50℃間を冷却速度1〜4℃/secで冷却することを
    特徴とする溶接性を付与した高強度レールの製造法。
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