JPS63277721A - 高強度高靭性レ−ルの製造方法 - 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〕 この発明は高強度高靭性レールの製造方法に関する。

〔従来技術〕

オンラインで制御圧延をしたり、冷却をしたりして、高
強度高靭性のレールを製造する方法には、従来法のよう
な方法があった。

（１）普通圧延した後、加速冷却を行う。

（２）制御圧延を行う。

（３）制御圧延した後、加速冷却を行う。

この方法は特開昭５２−１３８４２８号に開示されてい
る方法である。その考え方は、制御圧延によリオーステ
ナイト粒を細粒化して靭性を改善しようとするものであ
るので、制御圧延後にそのまま放冷すると強度が低下す
るという問題があり、その対策として加速冷却をして１
強度の上昇を図るというものである。しかしながら、靭
性を著しく向上させるためには、オーステナイト低温域
、たとえば８００℃以下好ましくは７５０℃以下で圧下
する必要がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上述した従来技術には次のような問題点
があった。

（１）普通圧延後に加速冷却を行う方法では、靭性が圧
延ままとほぼ同等である。

（２）制御圧延のみでは、靭性は向上するが、強度が低
下する。

（３）ルｊ御圧延後加速冷却する方法では、　８００℃
好ましくは７５０℃以下で圧延する必要があるが、その
ような圧延を実施すると、オーステナイト相からパーラ
イト相への変態点が上昇するため、加速冷却を開始する
前に変態が開始されるという問題が生じる。したがって
、たとえ圧延機のすぐ後に冷却ゾーンがあっても、オー
ステナイト相からパーライト相への変態開始の潜伏期間
が消費されているので、特にレール頭部の内部まで硬化
させることは困難である。

この発明は上述のような問題点を解消し、オンラインで
高強度高靭性のレールを製造する方法を提供することを
目的としている。

〔問題点を解消するための手段〕

この発明は、 Ｃ：　０．５０〜０．８５Ｗｔ％、Ｓｉ：０．１〜１．
０　Ｗｔ％。

Ｍ　ｎ：　０．５〜１．５　Ｗｔ％、　Ｐ　：　　０．
０３５　Ｗｔ％以下Ｓ　：　０．０３５　Ｗｔ％以下、
　Ａｔ　：　０．０５　Ｗｔ％以下を含有し、残部がＦ
ｅおよび不可避的不純物からなる鋼を、８００℃以下に
おいて５％以上の減面率の圧延を実施した後、オーステ
ナイトからパーライトへの変態点に達する以前に再び７
５０〜９００℃に加熱し、その後１〜１５℃八ｅｃの冷
却速度で加速冷却をすることを特徴とする微細パーライ
ト組織を有した高強度高靭性レールの製造方法およびＣ
：　０．５０〜０．８５Ｗｔ％、Ｓｉ：０．１〜１．０
　Ｗｔ％。

Ｍｎ：　０．５〜１．５　Ｗｔ％、　Ｐ　：　　０．０
３５　ｊｉｌｔ％以下。

Ｓ　：　０．０３５讐ｔ％以下、　Ａｌ　：　０．０５
　Ｗｔ％以下と、Ｃｒ　：　０．０５〜１．５　Ｗｔ％
、　Ｍｏ　：　０．０１〜０．２讐ｔ％、　Ｖ　：　０
．０３〜０．Ｉ　Ｗｔ％、Ｎｉ：０．１〜１．０Ｗｔ％
、　Ｎｂ　：　０．００５〜Ｑ、０５Ｗｔ％の何れか１
種または２種以上を含有し、残部がＦｅおよび不可避的
不純物からなる鋼を、８００℃以下において５％以上の
減面率の圧延を実施した後、オーステナイトからパーラ
イトへの変態点に達する以前に再び７５０〜９００℃に
加熱し、その後１〜１５℃／ｓｅｃの冷却速度で加速冷
却することを特徴とする微細パーライトを有した高強度
高靭性レールの製造方法である。

〔作用〕

Ｗｔ％（以下単に％という）で、Ｃを０．５０以上とし
て耐摩耗性を得しめ、Ｃ：　０．８５％以下、Ｓｉ　：
１．００％以下、ＰおよびＳをそれぞれ０．０３５％以
下として延性劣化を回避する。

Ｓ　ｉ：　０．１−１．０％、Ｍｎ：０．５％以上を含
有させて強度向上を図り、Ｓｉを０．１％以ととして脱
酸を図る。

Ｍｎを　１．５％以下とし、また任意元素としのＣｒを
　１．５％以下、Ｍａ　＠０．２０％以下として溶接性
を良好にする。

ＰおよびＳをそれぞれ０．０３５％として軌性劣化を避
け、またＡＩを０．０５０％以下として疲労性能劣化を
防止する。

さらに本発明を効率よく、かつ効果的に実施するために
添加する任意添加元素についての限定理由は以下の通り
である。

Ｃｒの添加により、レールの焼入性は向上する。

このことにより、レール頭部を微細パーライト組織にす
るのが容易になるとともに、パーライト組織の焼なまし
軟化抵抗を高め、高強度微細バーライト組織が得やすく
なる。したがってＣ「の下限は、Ｃｒの添加により焼入
性の向上が認められる０、０５％とした。またＣｒを１
．５０％以上添加すると、レールの溶接性が悪化するの
で１．５０％を上限とした。ＭｏはＣｒと同様この元素
の添加により、レールの焼入性を向上させる。モしてＣ
「同様パーライト組織の焼なまし軟化抵抗を高め、レー
ルの強度を上昇させる効果がある。またＭＯを添加しす
ぎると、Ｃｒ同様溶接性が悪化する。したがってＭｏの
下限は焼入性向上の効果がある０、０１％とし、その上
限は溶接性悪化の点から０．２０％とした。

Ｎ　ｂ、Ｖはオーステナイトの再結晶を抑制する効果を
有する元素である。Ｎｂ、Ｖを添加して制御圧延するこ
とにより、オーステナイト粒の微細化と同時に粒内に多
くの変形帯を導入させることができる。そしてこれらの
変形帯は、オーステナイト相からパーライト相への変態
の核生成サイトとなる。

このためパーライト粒（コロニー）が微細となり、非常
に優れた靭性が得られる。このような再結晶抑制効果を
発揮させるためには、Ｎｂは０．００５％以上、■は０
．０３％以−ヒ添加する必要がある。またＮｂを０．０
５％を超えて、■を０．１％を超えて添加すると、粗大
なＮｂ炭窒化物やｖ炭窒化物が析出し、レールの靭性を
劣化させるので、Ｎｂの上限は０．０５％、■の上限は
０．１％とした。

Ｎｉは焼入性向上に効果のある元素であり、そのことが
レールの強度上昇および靭性向上にも結びつく元素であ
る。したがって下限は焼入性向上に効果のある０、１０
％とし、上限は焼入性の向上効果が飽和する１、００％
とした。

以上の成分を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物
からなる鋼を８００℃以下で５％以上の減面率の圧延を
実施することにより、オーステナイト粒の微細化および
変形帯の導入を図り、変態後のパーライトコロニーを微
細にする。第４図は８００℃以下での減面率と強度Φ靭
性の関係を示したものである。仕上温度７２０℃で圧延
した後、オーステナイトからパーライトへの変態点に達
する以前に８００℃で５分保持の再加熱を行い、その後
炉出側で３００℃まで加速冷却を行った。その時の冷却
速度はオーステナイト相からパーライト相への変態点が
５９０℃になるよう、５〜ｂ た。第４図には仕上温度８５０℃で圧延し、その後加速
冷却するという従来法の強度・靭性も併記した。この図
から８００℃以下での減面率がＯである従来法の靭性と
、　８００℃以下での減面率が５％の靭性とでは大きな
差があり、８００℃以下での減面率が５％以上必要なこ
とが理解される。なお上記減面率の上限は鋼の組織的な
面から決まるのではなく、圧延機の能力により決まるこ
とであるのであえて限定しない。

この鋼をこのままオーステナイトからパーライトへの変
態点を過ぎて放冷後加熱したのでは、変態により前記制
御圧延の効果が消失してしまうので、変態前に加熱炉ま
たは保熱炉に装入する。

加熱炉または保熱炉に装入した鋼を７５０℃〜８００℃
に加熱または保熱する。これは７５０℃未満の加熱また
は保熱では滞炉中にオーステナイト層からパーライト層
への変態が進行ないしは潜伏期の消費が起きるので、　
７５０℃以上とした。また９００℃を超えて加熱すると
、制御圧延で微細にしたオーステナイト粒が再結晶粗大
化するので、上限を９００℃とした。

第５図は第１表のＡ鋼についての再加熱温度と強度・靭
性の関係を示したものである。この場合８００℃以下の
制御圧延を１５％の減面率で行い、７２０℃で仕りだ後
、それぞれの再加熱温度に４分保持した。モして炉出側
でｌＯ℃／ｓｅｃの冷却速度で３００℃まで加速冷却を
行なった。

第５図には従来法で圧延し７００℃に５分保持したもの
の強度・靭性を併記した。この図から７００℃の再加熱
では、レールの頭頂下１０ｍｍの部分の強度が７５０℃
のものに比較して著しく低下するので、再加熱温度の下
限は７５０℃としなければならず、また９５０℃の再加
熱では、レールの頭頂下５■鵬の部分の靭性が９００℃
の再加熱のものに比較して著しく低下するので再加熱温
度の上限は９００℃としなければならないということが
理解できる。

このように７５０〜９００℃に加熱または保熱したレー
ルの頭部を、必要に応じて腹部も１〜１５℃／Ｓｅｃの
冷却速度で加速冷却することにより、微細パーライト組
織を有する高強度高靭性レールが得られる。この場合微
細パーライト組織を得るためには、冷却速度を適正に選
択する必要があるが、それにはレール鋼の成分とオース
テナイト粒径が大きく関与する。本発明では、レール鋼
が合金鋼であること、オーステナイト粒が超微細粒であ
ることを考慮して　１〜ｂ 下限を１℃／ｓｅｃとしたのは、これより遅い冷却速度
では通常の放冷と同じになり加速冷却の効果が期待でき
ないからであり、上限を１５℃／ｓｅｃとしたのは、こ
れより速い冷却速度ではマルテンサイト組織となり、期
待する微細パーライト組織が得られないからである０以
上に述べた内容をフロー図にしたのが第２図である。

〔実施例〕

第１表に示したＡ−Ｌの１２＠種を溶製し１本発明の方
法でレールを製造した。また本発明の効果を把握する目
的で、前記Ａ−Ｌの１２鋼種につき従来方法でレールを
製造した９本発明の方法および従来方法の具体的な圧延
および冷却条件は次のとおりである。

本発明の方法 ０８００℃以下で１５％の減面率の制御圧延を行い、７
２０℃で仕上る。

■十−ステナイトからパーライトへの変態点に達する以
前に再加熱を行なう。

再加熱の条件は８００℃で５分子Ｌ’ｌの保持を行う。

Ｑ）再加熱後炉出側のすぐ後方で３００℃まで加速冷却
を行う。

従来方法１ ０８５０℃仕上げの汀通圧延を行う。

■圧延後ただちに　３００℃までの加速ん却を行う。

従来方法２ ０８００℃以下で１５％の減面率の制御圧延を行い、７
２０℃で仕上げる。

■圧延後放冷する。

従来方法３ ０８００℃以下で１５％の減面率の制御圧延を行い、７
２０℃で什ヒげる。

第　　１　　表 第２−１表 第２−２表 ■圧延後ただちに３００℃まマの加速冷却を行う。

なお加速冷却の場合の冷却速度は１−１５℃の範囲で適
宜選定した。

上記圧延φ冷却条件で製造したレールから試験片を採取
し、引張試験および衝撃試験を行い、それぞれのレール
の強度および靭性を確認した。それぞれの試験値とその
時の冷却速度を第２−１表および第２−２表に示す、ま
た第３図はその中のＡ鋼の従来方法と本発明の方法との
比較を示すグラフである。これらの表およびグラフから
明らかなように、制御圧延を行わない従来方法１に比較
して制御圧延を行う従来方法２、従来方法３および本発
明の方法は、第１図のレールｌの頭頂２下５ｍｍの位置
３から採取した２ｍｍ　ｕノツチ試験片による＋２０℃
での衝撃試験の吸収エネルギーが大幅に向上しており、
靭性が改善されていることが認められる。しかしながら
、第３図に見られるように、特にレール頭頂２下１ｈｍ
の位置４から採取した試験片による引張試験値が、従来
方法２および従来方法３は本発明の方法のものより大幅
に低下している。しかたがって高強度高靭性レールの製
造方法には、本発明の方法が最適であることが理解でき
る・　　　　　　２ さらにはレール頭部Ｉをスラツククエンチし、レール腹
部５および底部６をクエンチテンパーと讐る等、部分に
より冷却速度を替えることにより。

高性能なレールを製造することも可能である。

〔発明の効果〕

本発明により高強度で高靭性のレールをオンラインで製
造することができるので、その工業的な効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図はレールの断面の説明図、第２図は本発明のフロ
ー図、第３図は本発明と従来方法との強度および靭性を
比較したグラフ、第４図は８００℃以下での減面率と強
度・靭性との関係を示すグラフ、第５図は再加熱温度と
強度・靭性との関係を示すグラフである。 ■・・・レール、２・・・頭頂部、３・・・頭頂下５＋
ａｍの位置、４・・・頭頂下１０＋ｓｍの位置、５・・
・腹部、６・・・底部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、Ｃ：０．５０〜０．８５Ｗｔ％、Ｓｉ：０．１〜１
   ．０Ｗｔ％、Ｍｎ：０．５〜１．５Ｗｔ％、Ｐ：０．０
   ３５Ｗｔ％以下、Ｓ：０．０３５Ｗｔ％以下、Ａｌ：０
   ．０５Ｗｔ％以下を含有し、残部がＦｅおよび不可避的
   不純物からなる鋼を、８００℃以下において５％以上の
   減面率の圧延を実施した後、オーステナイトからパーラ
   イトへの変態点に達する以前に再び７５０〜９００℃に
   加熱し、その後１〜１５℃／ｓｅｃの冷却速度で加速冷
   却をすることを特徴とする微細パーライト組織を有した
   高強度高靭性レールの製造方法。 ２、Ｃ：０．５〜０．８５Ｗｔ％、Ｓｉ：０．１〜１．
   ０Ｗｔ％、Ｍｎ：０．５〜１．５Ｗｔ％、Ｐ：０．０３
   ５Ｗｔ％以下、Ｓ：０．０３５Ｗｔ％以下、Ａｌ：０．
   ０５Ｗｔ％以下と、Ｃｒ：０．０５〜１．５Ｗｔ％、Ｍ
   ｏ：０．０１〜０．２Ｗｔ％、Ｖ：０．０３〜０．１Ｗ
   ｔ％、Ｎｉ：０．１〜１．０Ｗｔ％、Ｎｂ：０．００５
   〜０．０５Ｗｔ％の何れか１種または２種以上を含有し
   、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼を、８０
   ０℃以下において５％以上の減面率の圧延を実施した後
   、オーステナイトからパーライトへの変態点に達する以
   前に再び７５０〜９００℃に加熱し、その後１〜１５℃
   ／ｓｅｃの冷却速度で加速冷却することを特徴とする微
   細パーライトを有した高強度高靭性レールの製造方法。