JPS6365735B2 - - Google Patents

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
グレールやクロツ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ツ
ク、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敷設使用されているレ
ールは、通常、炭素含有量が0.60〜0.72％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け
易くレール頭部の摩耗量が多くなるものでは、こ
れに用いる高炭素剛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つて、少
量の初析フエ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、
水焼入れを行なつ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つて該当
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、最近になつて曲線敷設に使用される頭
部硬化レールにおいては、QT処理に代つて耐摩
耗性とか耐疲労性が更に改善された性能をもつス
ラツク、クエンチ熱処理（以下、SQ処理または
SQ法という）による頭部硬化熱処理レールが開
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
炭素含有量0.72〜0.80％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
制冷却操作を行なつて、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開け溝が設けられた
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つ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SQ法によるレール頭部の硬化熱処
理を行なつ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つて期待することが
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
あつても、その後に行なわれる焼もどし操作によ
つて、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すべく創意し
たものであつて、鉄道分岐器類の構成部材である
トングレール、クロツ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理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動制御
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つて行なわれ、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つて冷
却が与えられる構造の冷却装置によつて行なわれ
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HS（シヨアー
硬さ）49〜55、硬化深さが15〜25mm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Ｓ、Ｑ法硬化熱処理の設備
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：
0.10〜0.35％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
別に設けた駆動装置（図示せず）によつて第１図
の矢印方向に80〜321mm／minの速度で移動され
るようにしてある。

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
い側に向つて順次行なうようにしてある。

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ｂ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装着してある。

予熱炉５の両側には予倍炉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700〜900℃の温度に設定されるように
バーナー９の弁調整（自動制御）がなされる。

これによつて架台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℃／secのゆつくりした加熱速度をも
つて昇温し、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、該焼入加熱装置
１４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等から成り立つている。

上部バーナー１５、及び側部バーナー１６，１
６には、燃料ガスと酸素がそれぞれの圧力、流量
を調整してそれぞれの導入口１８，１８′からガ
ス室１９，１９′に導かれ、ノズル板部２０，２
０′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、この多数の小径ノズ
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
ようにしてある。

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２０，２０′に穿つてあ
る。

また焼入加熱操作の連続で上記ノズル板部２
０，２０′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１９，１９′を形
成する内枠２２，２２′と外枠２３，２３′との間
に水室部２４，２４′が形成してあつて、該水室
部２４，２４′にそれぞれの水入口２５，２５′か
ら水圧、流量を調整せる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′から排出するようにしてある。

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巾ｄに対応する範
囲に小径ノズル孔２１が穿つてあり、且つガス室
１９内には両側からガス室１９の中心に向つて摺
動し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でパツキ
ング２９の一端が回動自由に軸支してあり、且つ
該パツキング２９とスライド封鎖弁２７との間に
は発条３０が配してあつて、常時パツキング２９
を上圧してガス室１９の上面に弾性接触させ温度
変化による膨脹、寸法の変化に対処してスライド
封鎖弁２７がガス室１９内で気密性を保つて摺動
し得るようにしてある。

スライド封鎖弁２７は、上部バーナー１５の両
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
を介して連繁してあつて、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つてスライド封鎖弁２
７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２
０の小径ノズル孔２１の数を増減自由に調整し得
るようにしてある。

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、、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を通つて上記
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、巾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
側面にセンサーロツド１７′の一端を接しさせた
間隔検知センサー１７のリレースイツチ１７″に
電気的に接続した上記液圧シリンダー３２の弁装
置（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てある。

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
法が変化する場合において、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１
６，１６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つて同一条件
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つて、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20mm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℃／mm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によつて行なわれる。

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
却装置４１との中間位置に上方から吊下してあ
り、卑近距離にあつ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ｆ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、該冷却
装置４１はエアーコンプレツ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管４
３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から成り立つている。

上部冷却箱４３及び側部冷却箱４４，４４には
圧力、流量を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４９，４９′に設けた多数の小孔５
０，５０′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のレール頭部の上側面を緩速冷
却する上部冷却箱４３の空気放射板部４９には変
断面レール１のレール頭部の最大巾に対応する範
囲に小孔５０が穿つてあり、且つ空気室４８内に
は両側から空気室４８の中心に向つて気密性を維
持して摺動し部分的に小孔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の両外側に
形成した支持枠５２の端部に固定した液圧シリン
ダー５３のピストン５４にピストン棒５５を介し
て連繋しあつて、液圧シリンダー５３の両端の給
排口部５６，５７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
給排することによつて可動封止弁５１を空気室４
８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４９の小孔５
０の数を増減自由に調整できるようにしてある。

変断面レール１の両側方に配した側部冷却箱４
４は空気放射板部４９′とレール頭部側面からの
距離をｇ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５
２に設けた長手方向の通過孔５９を通つてピスト
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動封
鎖弁５１と連動して移動するようにしてある。

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
ンサーロツド４６′の一端を接しさせた間隔検知
センサー４６のリレースイツチ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。

側部冷却箱４４，４４の下部に装着した放水箱
４５，４５には圧力、流量が調整された水が水導
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のレール頭部の内層域
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せしめるものである。

而して上記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℃となつているが冷
却装置４１の後方位置に吊下した水冷シヤワー６
４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、冷却機構が追随
して作動しレール頭部との間に一定の間隔を保持
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、
これによつて架台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のレール頭部は熱遮蔽装
置４０の熱遮蔽置を通過し冷却装置４１の全域を
通過することによつて、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つて緩速冷
却することができるのである。

上記所要冷却速度とは、所望の硬さなどの機械
的性質を有す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つて、800
℃〜500℃の温度域において、表層では５〜６
℃／sec、レール頭部の頭頂中心の表層下20mm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……輻射温度計、１４……焼入加熱装
置、１５……上部バーナー、１６……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、
４０……熱遮蔽装置、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。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 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
   よつて行なわれ、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つて行なわれるこ
   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。