JPS63203724A

JPS63203724A - レ−ルの焼入方法

Info

Publication number: JPS63203724A
Application number: JP3451187A
Authority: JP
Inventors: Norimi Wada; 和田　典巳; Kozo Fukuda; 耕三福田; Toyofumi Kitada; 北田　豊文; Masahiro Ueda; 上田　正博
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1987-02-19
Filing date: 1987-02-19
Publication date: 1988-08-23

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〕この発明は、レールの所望箇所１例えばレール頭部に微
細パーライト組織を形成させる、レールへの焼入方法に
関するものである。

〔従来の技術〕

頭部硬化型レールには、次の２種類がある。

■頭部が微細パーライト組織を呈しており、頭部表面の
硬度がＨｖ３２０〜４３０程度のレール。

０頭部が焼戻しマルテンサイト組織を呈しており、頭部
表面の硬度がＨｖ３２０〜４３０程度のレール。

コノ内、■のレールは■のレールに比べ耐摩耗性が劣っ
ているため、■のレールが主流になっている。

■のレールは、従来製造法では、７００〜１１００℃の
温度を有したレールを連続あるいは一斉処理で、次の冷
却剤を利用して冷却することにより得るものであるが、
それぞれ長所、短所を有している。

（１）水および温水（沸騰水を含む）表面温度が低くなると冷却能が飛躍的に上昇するという
水および温水の冷却特性のために、水または温水による
冷却では、マルテンサイトが生成したり、レール内部が
表面より硬イビしたりする。

非常に制御性に劣り目的のレールの製造が困難である。

（２）圧縮空気圧縮空気による冷却では、均一な表面硬度を有した目的
とするレールを製造できるが、膨大な圧縮空気量が必要
である。そのため、製造コストが大きくなる。

（３）浴焼入れのための浴による冷却では一般に鉛の浴が使われ
るが、鉛を液体状態に保つには浴を４００℃以上に加熱
しておかねばならず、高コストになる。また、鉛は有害
物質であるため公害問題の原因となする。

（４）油油は、機械構造用鋼や工具鋼の焼入剤として広く使用さ
れている。ソ連、アメリカなどではレールに対しても使
用されている（　Ｕｎｉｔｅｄ　５ｔａｔｅＰａｔｅｎ
ｔ　３，３８０，７２５　Ｐａｔｅｎｔｅｄ　Ａｐｒ、
　３０，１９６　Ｂ　。

”レール”、Ｐ、３１４：　社団法人日本鉄道施設協会
、昭和５３年）。

一般に、レールの加熱温度あるいは添加元素が異なる場
合、焼入性が変化し、目的のレールを得るに必要な冷却
速度も変わるが、油では冷却速度を変化させえる幅が狭
いため、レールの鋼種、加熱温度が限定されてくる。あ
るいは、油冷却した後、レール素面に生成したマルテン
サイト、ベイナイト組織を焼戻す処理をしなければなら
ない。

その他、油には焼き入れ時の油煙、火災の危険等も有る
。

（５）高分子水溶性焼入剤高分子水溶性焼入剤は、油に代わるものとして、機械構
造用鋼や工具鋼の焼入剤として最近使用され始めている
。レールにおいても、特開昭５８−２２１２２９号でそ
の適用が考えられている。

高分子水溶性焼入剤の一般的特徴としては、■水との混
合比（濃度）を変えることで、冷却速度を大きく変化さ
せえることが可能であること、■水では、焼入直後、蒸
気膜の生成の為に冷却能があがらないが、高分子水溶性
焼入剤であれば、ヒートセパレーションの効果によりそ
の蒸気膜が素早くつぶされ安定な冷却が可能なこと、■
油のように、油煙、火災の心配が不要なこと、などが挙
げられる（″゛金属’１９８５年５月臨時増刊号、Ｐ、
１０９）。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、高分子水溶性焼入剤（：よる冷却をレールへ適
用する場合、その形状の複雑さ等のために問題がある。

即ち、第１２図に示す従来方法のように、冷却槽ｌ内の
高分子水溶性焼入剤の水溶液（以下高分子焼入剤水溶液
と称す）２中に、レール走行装置６で走行させながらレ
ール３の頭部４を浸漬した場合、高分子焼入剤水溶液２
が上記■の特徴を有している（＝もかかわらず、下を向
いた頭頂面４ａでは蒸気膜がつぶれ難く且つ排除されに
くいために。

頭側面４ｂよりも冷却力が小さい。このため、攪拌装置
５による簡単な攪拌を行なっても、レール頭部４の頭頂
面４ａ側領域では微細パーライト組織を形成させるのに
必要な冷却速度が得られない。そこで、レール頭部４の
頭頂面４ａ側領域で必要な冷却速度を得るために高分子
焼入剤水溶液２の濃度を低くすると、逆１：レール頭部
４の頭側面４ｂ側領域での冷却速度が大きくなり過ぎて
しまう。

このようなことから、上記特開昭５８−２２１２２９号
では、レール頭部の頭頂面側領域および頭側面側領域の
一方だけでなく両方に微細パーライト組織を良好に形成
させることは、困麹である。また、冷却速度の制御を高
分子焼入剤水溶液の濃度の変更によってしかできないた
めに、同種レールの加熱榮件の違いあるいは製鋼上の品
質誤差による同種レールの焼入性変化に対応した冷却制
御を行なうことは、非常に繁雑な作業を要する。このた
め、焼入れの処理能率が低い。

従って、この発明は、上述の現状に鑑み、例えばレール
頭部に微細パーライト組織を良好に形成させることがで
き、且つ、その処理能率も高い、レールの焼入方法を提
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〕

この発明のレールの焼入方法は、７ｏｏ℃以上の温度を
有するレールの少なくとも頭部を高分子焼入剤水溶液の
噴流で冷却することに特徴を有するものである。

以下、この発明のレールの焼入方法について詳述する。

第１図は、この発明の焼入方法の一実施態様を示す説明
図、第２図は、第１図のＡ−Ａ線拡大矢視図である。第
１〜２図において、マは冷却装置８の冷却槽９内に設け
られたノズルで、この発明では、ノズル７から噴出され
た高分子焼入剤水溶液１０の噴流１０ａによって温度’
７００℃以上のレール１１の頭部１２を冷却し、これに
よって頭部１２を焼入れして１頭部１２に微細パーライ
ト組織を良好ζ＝影形成せるものである。

冷却装置８は、第１図に１個示したが、冷却槽９を連結
させて第１図の左右方向に複数個設けられている。冷却
装置８の各々は、冷却槽９と、冷却槽９内に設けられた
３本のへラダー管１３と、冷却槽９の底面に設けられた
１本の戻り管１４と、３本のへラダー管１３と接続され
た１本の送給管１５と、戻り管１４および送給管１５と
接続された循環装置１６と、３本のヘッダー管１３の、
冷却槽９外直近部分に設けられた流量調整弁１７とから
なっており、冷却槽９の各々内上方には、冷却槽９を第
１図の左右方向に貫抜く連続したガイドフレーム１８と
、ガイドフレーム１日に設置された台車１９とからなる
レール走行装置２０が設けられている。なお、冷却装置
８の各々に、高分子焼入剤水溶液１０の温度調整および
濃度調整用の付帯設備を設置してもよい。

温度７００℃以上のレール１１は頭部１２を下に向けて
レール走行装置２０の台車１９に取付けられており、３
本のへラダー管１３はレール頭部１２の頭頂面１２ａお
よび１対の頭側面１２ｂと平行に配置されている。ノズ
ルマは３本のヘッダー管１３の各々（＝、長手方向に適
切な間隔をあけて複数個設けられており、３本のへラダ
ー管１３のノズルフは、それぞれが相対するレール頭部
１２の頭頂面１２ａおよび頭側面１２１）と適切な間隔
を有している。ノズル７は循環装置１６（＝よって圧送
された高分子焼入剤水溶液１０の噴流１０ａを、それぞ
れが相対するレール頭部１２の頭頂面１２ａおよび頭側
面１２１）に向けて噴出する。

ノズルマから噴出された高分子焼入剤水溶液１０は冷却
槽９内に収容される。高分子焼入剤水溶液１０はレール
頭部１２に対する冷却力をより高めるために、レール頭
部１２が浸漬されるように冷却槽９内で水位２１ａに維
持されている。しかし、高分子焼入剤水溶液１０の噴流
１０ａだけでも充分な冷却力が得られるので、レール頭
部１２を高分子焼入剤水溶液１０中に必ずしも浸漬する
必要はなく、高分子焼入剤水溶液１０はレール頭部１２
よりも下の水位２１ｂに維持してもよい。冷却槽９内の
高分子焼入剤水溶液１０は、戻り管１４を通って循環装
置１６に戻される。

以上のような冷却装置Ｂのレール走行装置２０によって
、温度７００℃以上のレール１１は、頭部１２を下に向
けた状態で冷却槽９内を走行され。

３本のヘッダー管１３のノズルマからレール頭部１２の
頭頂面１２ａおよび頭側面１２ｂ°に向けて噴出された
高分子焼入剤水溶液１０の噴流１０ａによって、頭部１
２が冷却される。このとき、頭頂面１２ａでは生成した
蒸気膜が潰れにくいので１頭頂面１２ａへの噴流１０ａ
は流量をより大とする。

このような冷却によれば、高分子焼入剤水溶液１０の噴
流１０ａによっているので、高分子焼入剤水溶液ｌＯが
もっている蒸気膜を潰し且つ排除する効果がより大きく
発揮され、高分子焼入剤水溶液１０本来の優れた冷却特
性を最大限に利用した冷却ができる。従って、レール頭
部１２の頭頂面１２ａ側領域および頭側面１２ｂ側領域
で微細パーライト組織を形成させるのに必要な冷却速度
が得られ、頭頂面１２ａ側領域および頭側面１２ｂ側領
域に微細パーライト組織を良好（＝形成させた、レール
頭部１２の焼入れが得られる。また、高分子焼入剤水溶
液１０の噴流１０ａの流量を変えることにより冷却力を
容易（＝変え得るので、同種レールの加熱条件の違いあ
るいは製鋼上の品質誤差による同種レールの焼入性変化
に対応した冷却制御を容易に行なえる。

以上の実施態様では、レール頭部に微細パーライトを形
成させる焼入れについて説明したが、この発明はこれに
限られず、第３図に示すように、レール１１の全体を冷
却槽９内に入れて、所要の位置に配置されたノズルフか
ら噴射される高分子焼入剤水溶液１０の噴流１０ａによ
ってレール１１の全体を冷却し、レール１１の全体に微
細パーライト組織を形成し、あるいはレール１１の頭部
１２に微細パーライト組織を形成し、そしてレール１１
の腹部２２および底部２３に焼戻しマルテンサイト組織
を形成させることもできる。

〔実施例〕

この発明の方法および従来方法によりレール頭部を焼入
れした。

この発明の方法では、先の第１〜２図に示したのと同様
な冷却装置を使用した。レール頭部の頭頂面に向けたノ
ズル（以下上向きノズルと称す）の内径は２０ｍφ、頭
側面に向けたノズル（以下横向きノズルと称す）の内径
は１６■φで、それぞれ頭頂面および頭側面との間の距
離を１０日に設定した。上向きおよび横向きノズルのへ
ラダー管への配設は長手方向に５０ｗ間隔とした。循環
装置にはポンプを使用し、ヘッダー管に設けられた流量
調整弁の開閉を調整することにより、上向きノズルの各
々および横向きノズルの各々における高分子焼入剤水溶
液噴流の流量を調整した。冷却槽内には高分子焼入剤水
溶液をレール頭部が浸漬される水位に維持した。レール
の走行速度はｏ、６゛ｍ／秒とした。

従来方法は、レール頭部を水中へ浸漬する方法、油中へ
浸漬する方法および高分子焼入剤水溶液中に浸漬する方
法を行なった。高分子焼入剤水溶液中に浸漬する方法は
、先の第１２図に示したのと同様な冷却装置を用い、攪
拌有り、攪拌なしの２つを行なった。高分子焼入剤水溶
液は、ポリエチレングリコール水溶液（ｐＥｏ水溶液）
を用いた。

焼入れに供したレールは、ＡＲＥＡ系成分のレール（以
下供試レールＡと称す）と、８ｉ、Ｃｒｔｌ−添加して
焼入性を増した低合金鋼製１３６　ＲＥレール（以下供
試レールＢと称す）であった。供試レールＡおよびＢの
成分組成を第１表に示す。

レール頭部の焼入れは、レールを温度１０００℃に加熱
して８００℃まで放冷したのち、レール頭部をＳＯＯ℃
から１００℃まで冷却することにより行なった。その際
、この発明の方法では、レール頭部の第４図に示す寸法
の位置Ｘ、Ｙおよび２に熱電対を埋込んで温度を計測し
、これ等の位置Ｘ、Ｙおよび２での温度７ｏｏ〜５００
　’（：間の冷却速度を測定した。

この発明の方法の焼入れによって得られた本発明焼入レ
ール醜１〜４での、供試レールの種類、冷却条件および
レール頭部の冷却速度を第２表に示す。また、本発明焼
入レールＮａｌ〜２でのレール頭部の硬度分布をそれぞ
れ第５〜６図に示す。

第２表同様に、従来方法の焼入れによって得られた従来焼入レ
ール醜１〜５での、供試レールの種類および冷却仕様を
それぞれ第３表に示す。また、従来焼入レール随１〜５
でのレール頭部の硬度分布をそれぞれ第７〜１１図に示
す。

第３表第２表に示されるように１本発明焼入レール階１〜４に
おいては、いずれも、レール頭部の頭頂面側領域（位置
Ｙ）および頭側面側領域（位置Ｘ。

２）で微細パーライト組織を得るのに必要な、それぞれ
のレール鋼種に応じた冷却速度が得られており、しかも
Ｎ１１１〜４の谷々におけるその冷却速度間のバラ付き
はほとんどない。

なお、１０％ポリエチレングリコール水溶液噴流の流量
を変えることによって、供試レールＡ頭部の冷却速度は
約３〜ｂチポリエチレングリコール水溶液噴流の流量を変えるこ
とによって、供試レール８頭部の冷却速度は約１．５〜
ｌＯ℃／秒というように、冷却速度を広範囲に制御可能
であった。

第５図および第６図に示されるように、本発明焼入レー
ルＮａｌ〜２においては、レール頭部の頭頂面側領域お
よび頭側面領域は、Ｈｖ　３５０〜４００の同等の硬度
を有しており、ポリエチレングリコール水溶液の噴流に
よる焼入れによって、レール頭部の頭頂面側領域および
頭側面側領域のいずれにも微細パーライト組織が良好に
形成されていることが判る。本発明焼入レールＮＩＬ３
〜４においても、同様に硬度を調べることによって、レ
ール頭部の頭頂面側領域および頭側面側領域に微細パー
ライト組織が良好に形成されていることが確認された。

なお、供試レールＡの場合はポリエチレングリコール水
溶液の濃度が５〜２０　ｖｔ、％の範囲、供試レールＢ
の場合は同じ＜１５〜４０　ｖｔ％の範囲であれば、噴
流の流量を調整することによって、レール頭部に微細パ
ーライト組織を良好に形成させる焼入れが可能であった
。また、ポリアルキレングリコール水溶液を使用するこ
とも試みたが、その場合においても、はぼ同様の結果が
得られた。

これに対し、水中浸漬による焼入れを行なった従来焼入
レール随１においては、供試レールＡがはＨｖ’ｉ’ｏ
ｏ以上もの硬度になっており、マルテンサイト組織にな
っていた。油中浸漬による焼入れを行なった従来焼入レ
ール階２においては、第８図に示されるように、レール
頭部の頭頂面側領域および頭側面側領域とも硬度が低く
、パーライト組織は形成されているものの、微細組織に
なってはいなかった。一方、同じ油中浸漬による従来焼
入レールｍ３においては、供試レールＢが焼入性が高い
鋼種であるために、第９図に示されるように、レール頭
部の頭頂面側領域表層および頭側面側領域表層ともＨｖ
’ｉ’　Ｏ０以上の硬度になっており、マルテンサイト
組織になっていた。上記従来焼入レールＮａ２〜３の結
果から、油ではレールの焼入性が変化した場合に対応し
難いことが判る。

を向いたレール頭部の頭頂面側領域の硬度が頭側Ｎａ５
でも同様で、水溶液の攪拌を行なっても改善効果が認め
られなかった。なお、ポリエチレングリコール水溶液の
濃度を変化させても、水溶液中浸漬による従来方法では
全体の硬度が上下するだけで、レール頭部の頭頂面側領
域の硬度が低く、頭側面側領域の硬度が高くなる傾向は
変らなかった。また、同様な傾向はポリアルキレングリ
コール水溶液の場合においても認められた。

〔発明の効果〕

この発明の焼入方法によれば、レールの所望箇所、例え
ばレール頭部に微細パーライト組織を良好に形成するこ
とができ、且つ、その処理能率も高い。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の焼入方法の一実施態様を示す説明
図、第２図は、第１図のＡ−Ａ線拡大矢視図、第３図は
、この発明の焼入方法の他の実施態様を示す説明図、第
４図は、この発明の実施例ζ二おいて冷却速度を測定し
たレール頭部での測定位置を示す説明図、第５〜６図は
、それぞれ、この発明の方法によって焼入れされたレー
ル頭部での硬度分布を示すグラフ、第７〜１１図は、そ
れぞれ、従来方法によって焼入れされたレール頭部での
硬度分布を示すグラフ、第１２図は、従来の焼入方法の
一例を示す説明図である。図面において、７・・・ノズル、　　　　　８・・・冷却装置、９・・
・冷却槽、　　　　　　１０・・・高分子焼入剤水溶液
、１０ａ・・・噴流、　　　　　　１１・・・レール、
１２・・・レール頭部、　　１２ａ・・・頭頂面、１２
ｂ゛・・頭側面、　　　　　１３・・・ヘッダー管。〜　　　　　　　　へ第３図第４囮第１１図

Claims

【特許請求の範囲】

７００℃以上の温度を有するレールの少なくとも頭部を
高分子焼入剤水溶液の噴流で冷却することを特徴とする
、レールの焼入方法。