JPWO2016047076A1 - Rail manufacturing method and manufacturing apparatus - Google Patents

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Abstract

頭部および足部の両方に高い延性を有するレールの製造方法および製造装置を提供すること。加熱されたレール鋼素材を熱間圧延し、熱間圧延されたレール鋼素材を冷却することで温度調整し、温度調整されたレール鋼素材を、20%以上の減面率で温度調整圧延することでレール形状に加工し、レール鋼素材を温度調整する際に、レール形状の頭部および足部に相当するレール鋼素材の部位の表面温度を500℃以上1000℃以下に冷却する。To provide a rail manufacturing method and a manufacturing apparatus having high ductility in both a head and a foot. The heated rail steel material is hot-rolled, and the temperature is adjusted by cooling the hot-rolled rail steel material, and the temperature-adjusted rail steel material is temperature-controlled and rolled with a reduction in area of 20% or more. Thus, when the rail steel material is processed and the temperature of the rail steel material is adjusted, the surface temperature of the portion of the rail steel material corresponding to the rail-shaped head and foot is cooled to 500 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower.

Description

本発明は、加熱されたブルームに対して、粗圧延、仕上圧延および熱処理を行う延性に優れたパーライトレールの製造方法および製造装置に関し、特に、パーライトブロックまたはコロニーサイズを微細化させることにより延性を向上させたレールの製造方法および製造装置に関する。   The present invention relates to a method and an apparatus for manufacturing a pearlite rail excellent in ductility in which rough rolling, finish rolling and heat treatment are performed on a heated bloom, and in particular, by reducing the size of a pearlite block or colony, the ductility is improved. The present invention relates to an improved rail manufacturing method and manufacturing apparatus.

頭部の組織がパーライト組織をなすレールは、一般的に以下の製造方法によって製造される。
まず、連続鋳造法によって鋳造されたブルームが、1100℃以上まで加熱された後、粗圧延および仕上圧延によって所定のレール形状に熱間圧延される。各圧延工程における圧延方法は、カリバー圧延とユニバーサル圧延を組み合わせて行われる。この際、粗圧延では複数パス、また仕上圧延では複数パスあるいは単数パスのいずれかで圧延が行われる。
The rail in which the head tissue forms a pearlite structure is generally manufactured by the following manufacturing method.
First, the bloom cast by the continuous casting method is heated to 1100 ° C. or higher, and then hot-rolled into a predetermined rail shape by rough rolling and finish rolling. The rolling method in each rolling process is performed by combining caliber rolling and universal rolling. At this time, rolling is performed in a plurality of passes in rough rolling and in a plurality of passes or a single pass in finish rolling.

次いで、熱間圧延されたレールの端部のクロップが鋸断される。なお、熱間圧延されたレールは、50〜200mの長さとなる。このため、熱処理装置に長さの制限がある場合、クロップの鋸断と同時に、レールが例えば25m等の所定の長さに鋸断される。
さらに、レールに耐摩耗性が要求される場合には、熱間圧延工程に引き続き、熱処理装置によってレールに熱処理が施される(熱処理工程)。この際、熱処理開始温度が高い程、耐摩耗性が向上するため、レールを加熱する再加熱工程が熱処理工程の前に設けられる場合がある。熱処理工程では、レールをクランプ等の拘束装置によって固定し、頭部、足部さらに必要に応じて腹部を、空気、水およびミスト等の冷却媒体を用いて強制冷却する。熱処理工程では、通常、頭部の温度が650℃以下となるまで強制冷却が行われる。
The crop at the end of the hot rolled rail is then sawn. The hot-rolled rail has a length of 50 to 200 m. For this reason, when the length of the heat treatment apparatus is limited, the rail is sawed to a predetermined length such as 25 m simultaneously with the saw cutting of the crop.
Further, when the rail is required to have wear resistance, the rail is subjected to heat treatment by a heat treatment apparatus following the hot rolling step (heat treatment step). At this time, since the wear resistance is improved as the heat treatment start temperature is higher, a reheating step for heating the rail may be provided before the heat treatment step. In the heat treatment step, the rail is fixed by a restraining device such as a clamp, and the head, feet, and, if necessary, the abdomen are forcibly cooled using a cooling medium such as air, water, and mist. In the heat treatment step, the forced cooling is usually performed until the head temperature becomes 650 ° C. or lower.

その後、クランプによるレールの拘束が解除され、レールが冷却床に搬送される。冷却床では、レールが100℃以下となるまで冷却される。
例えば石炭等の天然資源採掘現場等の厳しい環境下で用いられるレールは、高い耐摩耗性と高い靱性が求められる。このため、厳しい環境下で用いられるレールを製造する場合、上記の熱処理工程が必要となる。しかし、上記の工程によって製造されたレールについて、その後、例えば曲げ加工等の加工が施される場合、熱処理が施されるとレールが過度に硬くなり延性が低下するために、加工が困難となる場合が生じる。このため、高硬度かつ延性に優れたレールが求められている。
Thereafter, the restriction of the rail by the clamp is released, and the rail is conveyed to the cooling floor. In the cooling floor, the rail is cooled until it becomes 100 ° C. or lower.
For example, rails used in harsh environments such as natural resource mining sites such as coal are required to have high wear resistance and high toughness. For this reason, when manufacturing the rail used in a severe environment, said heat treatment process is needed. However, when the rail manufactured by the above-described process is subsequently subjected to processing such as bending, for example, when the heat treatment is performed, the rail becomes excessively hard and the ductility is lowered, so that processing becomes difficult. Cases arise. For this reason, a rail having high hardness and excellent ductility is required.

例えば、特許文献1には、仕上圧延における圧延温度がAr3変態点〜900℃となる温度範囲とし、仕上圧延終了後150sec以内に冷却速度2〜30℃/secで少なくとも550℃までレールを加速冷却することで、レールの延性を向上させる方法が開示されている。
また、特許文献2には、熱間圧延をする際に、800℃以下の温度域で減面率10%以上の圧延を行うことでレールの延性を向上させる方法が開示されている。
For example, Patent Document 1 discloses that the rolling temperature in finish rolling is in the temperature range of Ar3 transformation point to 900 ° C, and the rail is accelerated to at least 550 ° C at a cooling rate of 2 to 30 ° C / sec within 150 seconds after finishing rolling. Thus, a method for improving the ductility of the rail is disclosed.
Patent Document 2 discloses a method of improving the ductility of a rail by performing rolling with a reduction in area of 10% or more in a temperature range of 800 ° C. or lower when performing hot rolling.

特開2013−14847号公報JP 2013-14847 A 特開昭62−127453号公報JP 62-127453 A

しかし、特許文献1に記載の方法では、レールの足部に関しての温度制御が行われていないため、足部の延性が向上しないという問題があった。
また、特許文献2に記載の方法では、レールの足部については、圧延時の温度調整の条件が明記されていないため、足部の延性が向上しないという問題があった。
そこで、本発明は、上記の課題に着目してなされたものであり、頭部および足部の両方に高い延性を有するレールの製造方法および製造装置を提供することを目的としている。
However, the method described in Patent Document 1 has a problem that the ductility of the foot portion is not improved because temperature control is not performed on the foot portion of the rail.
Further, in the method described in Patent Document 2, there is a problem that the ductility of the foot portion is not improved for the foot portion of the rail because the conditions for temperature adjustment during rolling are not specified.
Then, this invention is made paying attention to said subject, and it aims at providing the manufacturing method and manufacturing apparatus of a rail which have high ductility in both a head and a foot | leg part.

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係るレールの製造方法は、加熱されたレール鋼素材を熱間圧延し、熱間圧延されたレール鋼素材を冷却することで温度調整し、温度調整されたレール鋼素材を、20%以上の減面率で温度調整圧延することでレール形状に加工し、レール鋼素材を温度調整する際に、レール形状の頭部および足部に相当するレール鋼素材の部位の表面温度を500℃以上1000℃以下に冷却することを特徴とする。   To achieve the above object, the rail manufacturing method according to one aspect of the present invention hot-rolls a heated rail steel material, adjusts the temperature by cooling the hot-rolled rail steel material, When the temperature-adjusted rail steel material is processed into a rail shape by temperature-adjusting and rolling at a reduction in area of 20% or more, it corresponds to the rail-shaped head and foot when the temperature of the rail steel material is adjusted. The surface temperature of the rail steel material part is cooled to 500 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower.

また、本発明の一態様に係るレールの製造装置は、レール鋼素材を圧延する少なくとも一台の第1圧延機と、第1圧延機にて圧延されたレール鋼素材を冷却することで温度調整する冷却装置と、温度調整されたレール鋼素材を、20%以上の減面率で温度調整圧延することでレール形状に加工する少なくとも一台の第2圧延機と、を有し、冷却装置は、レール形状の頭部および足部に相当するレール鋼素材の部位の表面温度を500℃以上1000℃以下に冷却することを特徴とする。   Moreover, the rail manufacturing apparatus according to one aspect of the present invention includes at least one first rolling mill that rolls the rail steel material, and temperature adjustment by cooling the rail steel material that is rolled by the first rolling mill. And at least one second rolling mill that processes the temperature-adjusted rail steel material into a rail shape by performing temperature-adjusted rolling with a reduction in area of 20% or more, and the cooling device is The surface temperature of the rail steel material corresponding to the rail-shaped head and feet is cooled to 500 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower.

本発明に係るレールの製造方法および製造装置によれば、頭部および足部の両方に高い延性を有するレールを製造することができる。   According to the method and apparatus for manufacturing a rail according to the present invention, it is possible to manufacture a rail having high ductility in both the head and the foot.

本発明の一実施形態に係るレールの製造装置を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the manufacturing apparatus of the rail which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の粗冷却装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the rough cooling apparatus of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の熱処理装置を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the heat processing apparatus of one Embodiment of this invention. レールの各部位を示す断面図である。It is sectional drawing which shows each site | part of a rail. 実施例で評価した引張試験片の採取位置を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the collection position of the tensile test piece evaluated in the Example. 実施例で評価したブリネル硬度試験の実施位置を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the implementation position of the Brinell hardness test evaluated in the Example.

以下、本発明を実施するための形態(以下、実施形態という。)を、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の説明において、化学成分に関する%表示は全て質量%を意味する。
<製造装置の構成>
まず、図1〜図4を参照して、本発明の一実施形態に係るレール9の製造装置1について説明する。本実施形態に係るレールの製造装置1は、加熱炉2と、粗圧延機3Aと、仕上圧延機3Bと、粗冷却装置4と、仕上冷却装置5と、再加熱装置6と、熱処理装置7と、冷却床8とを有する圧延ラインである。
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, modes for carrying out the present invention (hereinafter referred to as embodiments) will be described in detail with reference to the drawings. In addition, in the following description, all the% display regarding a chemical component means the mass%.
<Configuration of manufacturing equipment>
First, with reference to FIGS. 1-4, the manufacturing apparatus 1 of the rail 9 which concerns on one Embodiment of this invention is demonstrated. The rail manufacturing apparatus 1 according to the present embodiment includes a heating furnace 2, a rough rolling mill 3A, a finishing rolling mill 3B, a rough cooling apparatus 4, a finishing cooling apparatus 5, a reheating apparatus 6, and a heat treatment apparatus 7. And a cooling line having a cooling bed 8.

レール9は、連続鋳造されたブルーム等のレール鋼素材が製造装置1によって圧延・熱処理されることで製造される。図4に示すように、レール9は、長手方向に垂直な断面視において、幅方向に延在し、互いに上下方向に対向する頭部91および足部93と、上側に配された頭部91と下側に配された足部93とをつなぎ、上下方向に延在する腹部92とからなる。また、レール9としては、例えば、以下の化学成分組成からなる鋼を用いることができる。   The rail 9 is manufactured by rolling and heat-treating a rail steel material such as bloom continuously cast by the manufacturing apparatus 1. As shown in FIG. 4, the rail 9 includes a head 91 and a foot 93 that extend in the width direction and face each other in the vertical direction in a cross-sectional view perpendicular to the longitudinal direction, and a head 91 disposed on the upper side. And an abdominal portion 92 extending in the vertical direction. Moreover, as the rail 9, for example, steel having the following chemical composition can be used.

C:0.60%以上1.05%以下
C(炭素)は、パーライト系レールにおいて、セメンタイトを形成し硬さや強度を高め、耐摩耗性を向上させる重要な元素である。しかし、含有量が0.60%未満ではそれらの効果が小さいことから下限を0.60%とすることが好ましく、0.70%以上とすることがより好ましい。一方、Cの過度の含有はセメンタイト量の増加を招くため、硬さや強度の上昇が期待できるが、逆に延性が低下する。また、C含有量の増加はγ+θ域の温度範囲を拡大させ、溶接熱影響部の軟化を助長する。これらの悪影響を考慮して、C含有量の上限は1.05%とすることが好ましく、0.97%以下とすることがより好ましい。
C: 0.60% or more and 1.05% or less C (carbon) is an important element for forming cementite, increasing hardness and strength, and improving wear resistance in a pearlite rail. However, if the content is less than 0.60%, the effect is small, so the lower limit is preferably 0.60%, more preferably 0.70% or more. On the other hand, excessive content of C leads to an increase in the amount of cementite, and thus an increase in hardness and strength can be expected, but conversely, ductility is reduced. Further, the increase in the C content expands the temperature range of the γ + θ region, and promotes softening of the weld heat affected zone. Considering these adverse effects, the upper limit of the C content is preferably 1.05%, and more preferably 0.97% or less.

Si:0.1%以上1.5%以下
Si(シリコン)は、脱酸剤およびパーライト組織強化のために添加するが、含有量が0.1%未満ではこれらの効果が小さいので、Siの含有量は0.1%以上が好ましく、0.2%以上がより好ましい。一方、Siの過度の含有は脱炭を促進させることや、レール9の表面疵の生成を促進させることから、Si含有量の上限を1.5%とすることが好ましく、1.3%以下とすることがより好ましい。
Si: 0.1% or more and 1.5% or less Si (silicon) is added for strengthening the deoxidizer and the pearlite structure, but if the content is less than 0.1%, these effects are small. The content is preferably 0.1% or more, and more preferably 0.2% or more. On the other hand, excessive content of Si promotes decarburization and promotes the formation of surface flaws on the rail 9, so the upper limit of Si content is preferably 1.5%, 1.3% or less More preferably.

Mn:0.01%以上1.5%以下
Mn(マンガン)は、パーライト変態温度を低下させ、パーライトラメラー間隔を緻密にする効果があるため、レール内部まで高硬度を維持するために有効な元素であり、含有量が0.01%未満ではその効果が小さいので、Mn含有量は0.01%以上が好ましく、0.3%以上がより好ましい。一方、Mn含有量が1.5%を超える場合、パーライトの平衡変態温度(TE)を低下させるとともに、組織がマルテンサイト変態し易くなる。このため、Mn含有量の上限を1.5%とすることが好ましく、1.3%以下がより好ましい。
Mn: 0.01% or more and 1.5% or less Mn (manganese) has an effect of lowering the pearlite transformation temperature and densifying the pearlite lamellar spacing, and is therefore an effective element for maintaining high hardness inside the rail. Since the effect is small if the content is less than 0.01%, the Mn content is preferably 0.01% or more, and more preferably 0.3% or more. On the other hand, when the Mn content exceeds 1.5%, the equilibrium transformation temperature (TE) of pearlite is lowered and the structure is likely to undergo martensitic transformation. For this reason, it is preferable to make the upper limit of Mn content into 1.5%, and 1.3% or less is more preferable.

P:0.035%以下
P(リン)は、含有量が0.035%を超えると靱性や延性を低下させる。そのため、P含有量は、0.035%以下に抑制することが好ましく、0.025%以下に制限することがより好ましい。なお、P含有量を極力低減するために特殊な精錬などを行うと溶製時のコスト上昇を招くことから、下限は0.001%とすることが好ましい。
P: 0.035% or less P (phosphorus) reduces toughness and ductility when the content exceeds 0.035%. Therefore, the P content is preferably suppressed to 0.035% or less, and more preferably 0.025% or less. In addition, when special refining etc. are performed in order to reduce P content as much as possible, the cost at the time of melting is increased, so the lower limit is preferably made 0.001%.

S:0.030%以下
S(硫黄)は、圧延方向に伸展し、延性や靱性を低下させる粗大なMnSを形成する。そのため、S含有量は0.030%以下に抑制することが好ましく、0.015%以下に抑制することがより好ましい。なお、S含有量を極力低減するには溶製処理時間や媒溶剤の増大など溶製時のコスト上昇が著しいため、下限は0.0005%とすることが好ましい。
S: 0.030% or less S (sulfur) forms coarse MnS that extends in the rolling direction and reduces ductility and toughness. For this reason, the S content is preferably suppressed to 0.030% or less, and more preferably 0.015% or less. In addition, in order to reduce S content as much as possible, since the cost increase at the time of smelting, such as the time of smelting treatment and an increase in solvent, is significant, the lower limit is preferably set to 0.0005%.

Cr:0.1%以上2.0%以下
Cr(クロム)は、平衡変態温度(TE)を上昇させ、パーライトラメラー間隔の微細化に寄与して、硬度や強度を上昇させる。また、Sbとの併用効果で脱炭層の生成抑制に有効である。そのため、Crを含有させる場合、その含有量は0.1%以上とすることが好ましく、0.2%以上とすることがより好ましい。一方、Cr含有量が2.0%を超える場合、溶接欠陥が発生する可能性が増加するとともに、焼き入れ性が増加し、マルテンサイトの生成が促進される。そのため、Cr含有量の上限を2.0%とすることが好ましく、1.5%以下とすることがより好ましい。
なお、SiおよびCrの含有量の総量は、2.0%以下とすることが望ましい。SiおよびCrの含有量の総量が2.0%超となる場合、スケールの密着性が増すためにスケールの剥離が阻害され、脱炭が促進される可能性があるからである。
Cr: 0.1% or more and 2.0% or less Cr (chromium) increases the equilibrium transformation temperature (TE), contributes to the refinement of the pearlite lamellar spacing, and increases the hardness and strength. In addition, the combined use effect with Sb is effective in suppressing the formation of the decarburized layer. Therefore, when Cr is contained, the content is preferably 0.1% or more, and more preferably 0.2% or more. On the other hand, when the Cr content exceeds 2.0%, the possibility of occurrence of weld defects increases, the hardenability increases, and the generation of martensite is promoted. Therefore, the upper limit of the Cr content is preferably 2.0%, and more preferably 1.5% or less.
The total content of Si and Cr is preferably 2.0% or less. This is because, when the total content of Si and Cr exceeds 2.0%, the adhesion of the scale is increased, so that peeling of the scale is hindered and decarburization may be promoted.

Sb:0.005%以上0.5以下
Sb(アンチモン)は、レール鋼素材を加熱炉で加熱する際に、その加熱中の脱炭を防止するという顕著な効果を有する。特に、Crとともに添加する際、Sbの含有量が0.005%以上で脱炭層を軽減する効果があるので、Sbを含有させる場合、その含有量は0.005%以上が好ましく、0.01%以上であることがより好ましい。一方、Sb含有量が0.5%を超えると、効果が飽和することから、上限を0.5%とすることが好ましく、0.3%以下とすることがより好ましい。
上記の化学組成に加え、さらに、Cu:0.01%以上1.0%以下、Ni:0.01%以上0.5%以下、Mo:0.01%以上0.5%以下、V:0.001%以上0.15%以下およびNb:0.001%以上0.030%以下のうち1種または2種以上の元素を含有してもよい。
Sb: 0.005% or more and 0.5 or less Sb (antimony) has a remarkable effect of preventing decarburization during heating when the rail steel material is heated in a heating furnace. In particular, when added together with Cr, since the Sb content is 0.005% or more and there is an effect of reducing the decarburized layer, when Sb is contained, the content is preferably 0.005% or more, 0.01 % Or more is more preferable. On the other hand, if the Sb content exceeds 0.5%, the effect is saturated, so the upper limit is preferably 0.5%, and more preferably 0.3% or less.
In addition to the above chemical composition, Cu: 0.01% to 1.0%, Ni: 0.01% to 0.5%, Mo: 0.01% to 0.5%, V: One or more elements of 0.001% or more and 0.15% or less and Nb: 0.001% or more and 0.030% or less may be contained.

Cu:0.01%以上1.0%以下
Cu(銅)は、固溶強化により一層の高硬度化を図ることができる元素である。また、Cuは脱炭抑制にも効果がある。この効果を期待するためには、Cu含有量が0.01%以上であることが好ましく、0.05%以上であることがより好ましい。一方、Cu含有量が1.0%を超える場合、連続鋳造時や圧延時に脆化による表面割れが生じ易くなる。このため、Cu含有量の上限を1.0%とすることが好ましく、0.6%以下とすることがより好ましい。
Cu: 0.01% or more and 1.0% or less Cu (copper) is an element capable of further increasing the hardness by solid solution strengthening. Cu is also effective in suppressing decarburization. In order to expect this effect, the Cu content is preferably 0.01% or more, and more preferably 0.05% or more. On the other hand, when the Cu content exceeds 1.0%, surface cracks due to embrittlement tend to occur during continuous casting or rolling. For this reason, it is preferable to make the upper limit of Cu content into 1.0%, and it is more preferable to set it as 0.6% or less.

Ni:0.01%以上0.5%以下
Ni(ニッケル)は、靱性や延性を向上させるのに有効な元素である。また、Cuと複合して添加することで、Cu割れを抑制するのにも有効な元素であるため、Cuを添加する場合にはNiを添加することが望ましい。但し、Ni含有量が0.01%未満の場合、これら効果が得られないことから、下限を0.01%とすることが好ましく、0.05%以上とすることがより好ましい。一方、Ni含有量が0.5%を超える場合、焼き入れ性が過度に高まり、マルテンサイトの生成が促進されることから、上限を0.5%とすることが好ましく、0.3%以下とすることがより好ましい。
Ni: 0.01% or more and 0.5% or less Ni (nickel) is an element effective for improving toughness and ductility. Moreover, since it is an element effective for suppressing Cu cracking by adding it in combination with Cu, it is desirable to add Ni when Cu is added. However, since these effects cannot be obtained when the Ni content is less than 0.01%, the lower limit is preferably 0.01%, and more preferably 0.05% or more. On the other hand, when the Ni content exceeds 0.5%, the hardenability is excessively increased and the generation of martensite is promoted. Therefore, the upper limit is preferably set to 0.5%, and is 0.3% or less. More preferably.

Mo:0.01%以上0.5%以下
Mo(モリブデン)は、高強度化に有効な元素であるが、含有量が0.01%未満ではその効果が小さいため、下限を0.01%とすることが好ましく、0.05%以上とすることがより好ましい。一方、Mo含有量が0.5%を超える場合、焼き入れ性が高まりマルテンサイトが生成されるため、靱性や延性が極端に低下する。そのため、Mo含有量の上限は0.5%とすることが好ましく、0.3%以下とすることがより好ましい。
Mo: 0.01% or more and 0.5% or less Mo (molybdenum) is an element effective for increasing the strength. However, if the content is less than 0.01%, the effect is small, so the lower limit is 0.01%. And more preferably 0.05% or more. On the other hand, when the Mo content exceeds 0.5%, the hardenability is increased and martensite is generated, so that toughness and ductility are extremely lowered. Therefore, the upper limit of the Mo content is preferably 0.5%, and more preferably 0.3% or less.

V:0.001%以上0.15%以下
V(バナジウム)は、VCあるいはVNなどを形成してフェライト中へ微細に析出し、フェライトの析出強化を通して高強度化に寄与する元素ある。また、Vは水素のトラップサイトとしても機能し、遅れ破壊を抑制する効果も期待できる。そのためには、V含有量は、0.001%以上であることが好ましく、0.005%以上であることがより好ましい。一方、0.15%を超えてのVの添加は、それらの効果が飽和するのに対して合金コストの上昇が甚だしいため、上限を0.15%とすることが好ましく、0.12%以下とすることがより好ましい。
V: 0.001% or more and 0.15% or less V (Vanadium) is an element that forms VC or VN and precipitates finely in ferrite and contributes to high strength through precipitation strengthening of ferrite. V also functions as a hydrogen trap site, and can be expected to suppress delayed fracture. For this purpose, the V content is preferably 0.001% or more, and more preferably 0.005% or more. On the other hand, the addition of V exceeding 0.15% causes the effect to saturate, but the increase in the alloy cost is significant, so the upper limit is preferably made 0.15%, 0.12% or less More preferably.

Nb:0.001%以上0.030%以下
Nb(ニオブ)は、オーステナイトの未再結晶温度を上昇させ、圧延時のオーステナイト中への加工歪の導入によるパーライトコロニーやブロックサイズの微細化に有効であることから、延性や靱性向上に対して有効な元素である。上記効果を得るためには、Nb含有量は、0.001%以上であることが好ましく、0.003%以上であることがより好ましい。一方、Nb含有量が0.030%を超える場合、レール鋼素材の鋳造時における凝固過程でNb炭窒化物が晶出し、清浄性を低下させるため、上限を0.030%とすることが好ましく、0.025%以下ですることがより好ましい。
Nb: 0.001% or more and 0.030% or less Nb (niobium) raises the non-recrystallization temperature of austenite and is effective for refinement of pearlite colonies and block sizes by introducing processing strain into austenite during rolling Therefore, it is an effective element for improving ductility and toughness. In order to acquire the said effect, it is preferable that Nb content is 0.001% or more, and it is more preferable that it is 0.003% or more. On the other hand, when the Nb content exceeds 0.030%, Nb carbonitrides crystallize during the solidification process during the casting of the rail steel material, and lowers the cleanliness. Therefore, the upper limit is preferably 0.030%. And 0.025% or less is more preferable.

上記の成分以外の残部は、Fe(鉄)および不可避的不純物である。不可避的不純物として、N(窒素)については0.015%まで、O(酸素)については0.004%まで、H(水素)については0.0003%まで、それぞれ混入を容認できる。また、硬質AlNやTiNによる転動疲労特性の低下を抑制するため、Al含有量は0.001%以下、Ti含有量は0.001%以下とすることが望ましい。   The balance other than the above components is Fe (iron) and inevitable impurities. As unavoidable impurities, N (nitrogen) can be mixed up to 0.015%, O (oxygen) up to 0.004%, and H (hydrogen) up to 0.0003%. Moreover, in order to suppress the deterioration of rolling fatigue characteristics due to hard AlN or TiN, it is desirable that the Al content is 0.001% or less and the Ti content is 0.001% or less.

加熱炉2は、連続式またはバッチ式の加熱炉であり、連続鋳造されたブルーム等のレール鋼素材を所定の温度に加熱する。
粗圧延機3Aは、鋼素材を所定の減面率で熱間圧延するユニバーサル圧延機であり、複数設けられる。図1に示した例では、製造装置1は、n台の粗圧延機3A1〜3Anを有する。粗圧延機3A1〜3Anのうち、レール9の搬送方向に並んでk台目の粗圧延機3Akと、k+1台目の粗圧延機3Ak+1との間には、粗冷却装置4が設けられる。
The heating furnace 2 is a continuous or batch-type heating furnace, and heats a rail steel material such as bloom continuously cast to a predetermined temperature.
The rough rolling mill 3A is a universal rolling mill that hot-rolls a steel material at a predetermined area reduction rate, and a plurality of the rolling mills are provided. In the example shown in FIG. 1, the manufacturing apparatus 1 has n rough rolling mills 3A1 to 3An. Of the rough rolling mills 3A1 to 3An, a rough cooling device 4 is provided between the kth rough rolling mill 3Ak and the (k + 1) th rough rolling mill 3Ak + 1 in the rail 9 conveyance direction.

仕上圧延機3Bは、粗圧延されたレール9をさらに熱間圧延することで、最終的に目標とするレール形状に加工するユニバーサル圧延機である。本実施形態では、粗冷却装置4以降の圧延工程となるk+1台目の粗圧延機3Ak+1から仕上圧延機3Bまでの間で圧延されるレール9の減面率は、20%以上とする。ここで、本実施形態における減面率は、レール鋼素材の長手方向に垂直な断面積の減面率を示し、ブルーム等の圧延前の状態の断面積に対する圧延に伴う断面積の減少量の比率を示す。   The finish rolling mill 3B is a universal rolling mill that finally processes the roughly rolled rail 9 into a target rail shape by further hot rolling. In this embodiment, the area reduction rate of the rail 9 rolled between the k + 1th rough rolling mill 3Ak + 1 and the finishing rolling mill 3B, which is a rolling process after the rough cooling device 4, is 20% or more. Here, the area reduction rate in the present embodiment indicates the area reduction rate of the cross-sectional area perpendicular to the longitudinal direction of the rail steel material, and the amount of reduction in the cross-sectional area accompanying rolling relative to the cross-sectional area in the state before rolling such as bloom. Indicates the ratio.

粗冷却装置4は、図2に示すように、頭部冷却ノズル41と、足部冷却ノズル42と、頭部温度計43と、足部温度計44と、搬送テーブル45と、ガイド46a,46bと、制御部47とを有する。
頭部冷却ノズル41は、レール9の頭部91に冷却媒体を噴射することで、頭部91を冷却する。足部冷却ノズル42は、レール9の足部93に冷却媒体を噴射することで、足部93を冷却する。頭部冷却ノズル41および足部冷却ノズル42から噴射される冷却媒体は、スプレー水である。頭部冷却ノズル41および足部冷却ノズル42は、頭部91および足部93のy軸正方向側となる上方にそれぞれ設けられ、y軸方向に傾きをもって頭部91および足部93に冷却媒体をそれぞれ噴射する。また、頭部冷却ノズル41および足部冷却ノズル42は、レール9の長手方向となるx−y平面に垂直なz軸方向に並んで複数設けられる。
As shown in FIG. 2, the coarse cooling device 4 includes a head cooling nozzle 41, a foot cooling nozzle 42, a head thermometer 43, a foot thermometer 44, a transfer table 45, and guides 46a and 46b. And a control unit 47.
The head cooling nozzle 41 cools the head 91 by injecting a cooling medium onto the head 91 of the rail 9. The foot cooling nozzle 42 cools the foot 93 by injecting a cooling medium onto the foot 93 of the rail 9. The cooling medium sprayed from the head cooling nozzle 41 and the foot cooling nozzle 42 is spray water. The head cooling nozzle 41 and the foot cooling nozzle 42 are respectively provided above the head 91 and the foot 93 on the positive y-axis direction side, and are inclined to the head 91 and the foot 93 with a tilt in the y-axis direction. Are injected respectively. A plurality of head cooling nozzles 41 and foot cooling nozzles 42 are provided side by side in the z-axis direction perpendicular to the xy plane that is the longitudinal direction of the rail 9.

頭部温度計43および足部温度計44は、冷却媒体が噴射されるレール9の頭部91および足部93の表面温度をそれぞれ測定する非接触型の温度計であり、頭部91および足部93にx軸方向に対向してそれぞれ設けられる。頭部温度計43および足部温度計44の測定結果は、制御部47に送信される。
搬送テーブル45は、x軸方向に延在する搬送ロールであり、z軸方向に並んで複数設けられる。ガイド46a,46bは、板状の部材であり、z軸方向に延在して設けられる。また、ガイド46a,46bは、搬送テーブル45よりも上側となるy軸正方向側、かつ搬送テーブル45の長手方向両端側にそれぞれ配される。さらに、ガイド46a,46bには、頭部温度計43および足部温度計44が配された位置に、開口部461a,461bがそれぞれ設けられる。
The head thermometer 43 and the foot thermometer 44 are non-contact type thermometers that respectively measure the surface temperatures of the head 91 and the foot 93 of the rail 9 to which the cooling medium is injected. The portions 93 are provided to face each other in the x-axis direction. The measurement results of the head thermometer 43 and the foot thermometer 44 are transmitted to the control unit 47.
The conveyance table 45 is a conveyance roll extending in the x-axis direction, and a plurality of conveyance tables 45 are provided side by side in the z-axis direction. The guides 46a and 46b are plate-like members and are provided extending in the z-axis direction. Further, the guides 46 a and 46 b are arranged on the y-axis positive direction side that is above the conveyance table 45 and on both ends in the longitudinal direction of the conveyance table 45. Further, the guides 46a and 46b are provided with openings 461a and 461b, respectively, at positions where the head thermometer 43 and the foot thermometer 44 are disposed.

制御部47は、頭部温度計43および足部温度計44の測定結果に基づいて、頭部冷却ノズル41および足部冷却ノズル42から噴射される冷却媒体の条件を制御することで、レール9を所定の表面温度まで冷却する。冷却媒体の噴射条件は、例えば冷却媒体の噴射量、噴射圧、水分量および噴射時間等である。
上記構成の粗冷却装置4は、レール9の圧延方向に並んだ複数の粗圧延機3Aのうち、k番目の粗圧延機3Akとk+1番目の粗圧延機3Ak+1との間に設けられ、k番目の粗圧延機3Akで圧延されるレール9の頭部91および足部93の表面温度を制御する。
The control unit 47 controls the conditions of the cooling medium ejected from the head cooling nozzle 41 and the foot cooling nozzle 42 based on the measurement results of the head thermometer 43 and the foot thermometer 44, so that the rail 9 Is cooled to a predetermined surface temperature. The cooling medium spraying conditions are, for example, the cooling medium spraying amount, the spraying pressure, the moisture amount, the spraying time, and the like.
The rough cooling device 4 having the above configuration is provided between the k-th rough rolling mill 3Ak and the k + 1-th rough rolling mill 3Ak + 1 among the plurality of rough rolling mills 3A arranged in the rolling direction of the rail 9, and the k-th The surface temperature of the head portion 91 and the foot portion 93 of the rail 9 that is rolled by the rough rolling mill 3Ak is controlled.

仕上冷却装置5は、仕上圧延機3Bの直前に設けられ、仕上圧延機3Bで圧延されるレール9の頭部91および足部93の表面温度を制御する。仕上冷却装置5は、図2に示す粗冷却装置4と同様の構成からなる。
なお、レール9は、粗圧延機3A、粗冷却装置4、仕上冷却装置5および仕上圧延機3Bで圧延または冷却される際、図2に示すような転倒姿勢で搬送・圧延される。
The finish cooling device 5 is provided immediately before the finish rolling mill 3B, and controls the surface temperatures of the head portion 91 and the foot portion 93 of the rail 9 rolled by the finish rolling mill 3B. The finish cooling device 5 has the same configuration as the rough cooling device 4 shown in FIG.
In addition, the rail 9 is conveyed and rolled in a falling posture as shown in FIG. 2 when being rolled or cooled by the rough rolling mill 3A, the rough cooling device 4, the finishing cooling device 5 and the finishing rolling mill 3B.

再加熱装置6は、誘導加熱式の加熱装置であり、レール9の頭部91を所定の温度まで加熱する。
熱処理装置7は、図3に示すように、頭部冷却ヘッダ71a〜71cと、足部冷却ヘッダ72と、頭部温度計73と、制御部74とを有する。頭部冷却ヘッダ71a〜71cは、頭部91の頭頂面および両側の頭側面にそれぞれ対向して設けられ、頭頂面および両側の頭側面に冷却媒体を噴射することで頭部91を冷却する。足部冷却ヘッダ72は、足部93の足裏面に対向して設けられ、足裏面に冷却媒体を噴射することで足部93を冷却する。頭部冷却ヘッダ71a〜71cおよび足部冷却ヘッダ72から噴射される冷却媒体には、空気、水、ミスト等が用いられる。また、頭部冷却ヘッダ71a〜71cおよび足部冷却ヘッダ72は、レール9の長手方向に並んで複数設けられる。頭部温度計73は、非接触式の温度計であり、頭部91の表面温度を測定する。頭部温度計73の測温結果は、制御部74に送信される。制御部74は、頭部温度計73の測温結果に応じて、頭部冷却ヘッダ71a〜71cおよび足部冷却ヘッダ72から噴射される冷却媒体の噴射条件を制御することで、レール9の冷却速度を制御する。上記構成の熱処理装置7は、レール9を所定の冷却速度で、所定の表面温度となるまで冷却する。なお、熱処理装置7は、不図示のクランプを有する。クランプは、レール9の足部を挟持することで拘束する装置である。
冷却床8は、レール9を自然放冷する設備であり、例えばレール9を支持する台座からなる。
The reheating device 6 is an induction heating type heating device, and heats the head 91 of the rail 9 to a predetermined temperature.
As shown in FIG. 3, the heat treatment apparatus 7 includes head cooling headers 71 a to 71 c, a foot cooling header 72, a head thermometer 73, and a control unit 74. The head cooling headers 71a to 71c are provided to face the top surface of the head 91 and the side surfaces of both sides, respectively, and cool the head 91 by injecting a cooling medium onto the top surface and both sides of the head. The foot portion cooling header 72 is provided to face the foot back surface of the foot portion 93, and cools the foot portion 93 by injecting a cooling medium onto the foot back surface. Air, water, mist, or the like is used as a cooling medium sprayed from the head cooling headers 71 a to 71 c and the foot cooling header 72. A plurality of head cooling headers 71 a to 71 c and a foot cooling header 72 are provided side by side in the longitudinal direction of the rail 9. The head thermometer 73 is a non-contact thermometer and measures the surface temperature of the head 91. The temperature measurement result of the head thermometer 73 is transmitted to the control unit 74. The control unit 74 controls the cooling of the rail 9 by controlling the injection conditions of the cooling medium injected from the head cooling headers 71 a to 71 c and the foot cooling header 72 according to the temperature measurement result of the head thermometer 73. Control the speed. The heat treatment apparatus 7 having the above configuration cools the rail 9 at a predetermined cooling rate until a predetermined surface temperature is reached. The heat treatment apparatus 7 has a clamp (not shown). The clamp is a device that restrains by clamping the foot portion of the rail 9.
The cooling floor 8 is a facility that naturally cools the rail 9, and includes, for example, a pedestal that supports the rail 9.

<レールの製造方法>
次に、本発明の一実施形態に係るレール9の製造方法について説明する。
まず、連続鋳造法によって鋳造されたレール鋼素材であるブルームが、加熱炉2に搬入され、1100℃以上になるまで加熱される。
次いで、加熱したレール鋼素材は、粗冷却装置4よりも搬送方向上流側の粗圧延機3Aa〜3Akで、略レール形状となるように圧延される。なお、以下では、熱間圧延途中のものについてもレール鋼素材という。
<Rail manufacturing method>
Next, the manufacturing method of the rail 9 which concerns on one Embodiment of this invention is demonstrated.
First, bloom, which is a rail steel material cast by the continuous casting method, is carried into the heating furnace 2 and heated until it reaches 1100 ° C. or higher.
Next, the heated rail steel material is rolled so as to have a substantially rail shape by the rough rolling mills 3Aa to 3Ak on the upstream side in the transport direction from the rough cooling device 4. In addition, below, what is in the middle of hot rolling is also called a rail steel material.

さらに、粗圧延機3Aa〜3Akで圧延されたレール鋼素材は、粗冷却装置4にてレール9の頭部91および足部93に相当する部位の表面温度が500℃以上1000℃以下となるまで冷却(温度調整)される。この際、制御部47は、冷却媒体の噴射量、噴射圧、水分量および噴射時間等を制御することで、レール鋼素材を冷却させる。
レール鋼素材は、1100℃以上に加熱されることで、全体の組織がオーステナイトへと変態する。1000℃以上のオーステナイト組織は、粒界が動きやすく、再結晶をおこして結晶粒が粗大化する。一方、圧延が行われることで、結晶粒にひずみが入り、結晶粒は分断され、微細化する。このとき、圧延する際の温度が1000℃以下である場合、再結晶および結晶粒の粗大化は起こりづらくなる。このため、圧延時のレール鋼素材の温度を1000℃以下とすることで、圧延によって微細化された結晶粒は粗大化しにくくなる。
Furthermore, the rail steel material rolled by the rough rolling mills 3Aa to 3Ak is until the surface temperature of the portion corresponding to the head portion 91 and the foot portion 93 of the rail 9 becomes 500 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower in the rough cooling device 4. Cooling (temperature adjustment). At this time, the control unit 47 cools the rail steel material by controlling the injection amount, the injection pressure, the moisture amount, the injection time, and the like of the cooling medium.
When the rail steel material is heated to 1100 ° C. or higher, the entire structure is transformed into austenite. In the austenite structure at 1000 ° C. or higher, the grain boundary is easy to move, and recrystallization causes coarsening of crystal grains. On the other hand, when rolling is performed, the crystal grains are distorted, and the crystal grains are divided and refined. At this time, when the temperature at the time of rolling is 1000 ° C. or less, recrystallization and coarsening of crystal grains hardly occur. For this reason, the crystal grain refined | miniaturized by rolling becomes difficult to coarsen by making the temperature of the rail steel raw material at the time of rolling into 1000 degrees C or less.

また、粗冷却装置4にてレール鋼素材を冷却する際に、頭部91および足部93に相当する部位の表面温度が500℃以上730℃以下となるまで温度調整されることが好ましい。レール鋼素材が730℃以下まで冷却されると、組織の一部がパーライト変態をおこすため、レール鋼素材の組織は未変態オーステナイトとパーライトとの2相組織となる。オーステナイトとパーライトとを比較すると、オーステナイトの降伏強度は低いため、ひずみの大部分がオーステナイト粒へ入り、圧延時の組織がオーステナイト単相である場合よりも組織が微細化される。最終組織であるパーライトのコロニーサイズおよびブロックサイズは、変態前組織であるオーステナイトの結晶粒径に影響を受ける。このため、オーステナイト粒が粗大であった場合、パーライトのコロニーサイズおよびブロックサイズも粗大化するため、延性が低下する。一方、オーステナイト粒が微細であった場合、パーライトのコロニーサイズおよびブロックサイズが微細化するため、延性が向上する。   Further, when the rail steel material is cooled by the coarse cooling device 4, it is preferable to adjust the temperature until the surface temperature of the portion corresponding to the head portion 91 and the foot portion 93 becomes 500 ° C. or higher and 730 ° C. or lower. When the rail steel material is cooled to 730 ° C. or less, a part of the structure undergoes pearlite transformation, so that the structure of the rail steel material becomes a two-phase structure of untransformed austenite and pearlite. When austenite and pearlite are compared, since the yield strength of austenite is low, most of the strain enters austenite grains, and the structure becomes finer than when the structure during rolling is a single austenite phase. The final pearlite colony size and block size are affected by the crystal grain size of the austenite pre-transformation structure. For this reason, when the austenite grain is coarse, the pearlite colony size and the block size are also coarsened, so that the ductility is lowered. On the other hand, when the austenite grains are fine, the pearlite colony size and the block size are miniaturized, thereby improving ductility.

さらに、圧延時のレール9の温度が500℃未満となる場合、組織は完全にパーライト変態をおこすため、オーステナイト粒が存在しなくなる。したがって、パーライトのコロニーサイズおよびブロックサイズが微細化されず、延性の向上が望めない。
上記の現象は、レール9の部位によらずにおこるため、頭部91と足部93とに相当する部位で温度調整をした後に圧延を行うことで、靱性および延性の向上を図ることができる。
Furthermore, when the temperature of the rail 9 during rolling is less than 500 ° C., the structure undergoes pearlite transformation completely, so that austenite grains do not exist. Therefore, the pearlite colony size and block size are not miniaturized, and improvement in ductility cannot be expected.
Since the above phenomenon occurs regardless of the portion of the rail 9, the toughness and ductility can be improved by performing rolling after adjusting the temperature at the portion corresponding to the head portion 91 and the foot portion 93. .

その後、粗冷却装置4にて温度調整されたレール鋼素材は、粗圧延機3Ak+1〜3Anにてさらに圧延される。
次いで、粗圧延機3A1〜3Anにて粗圧延されたレール鋼素材は、必要に応じて仕上冷却装置5にて冷却された後、仕上圧延機3Bにて圧延され、所望する形状のレール9となる。なお、温度調整以降の粗圧延機3Ak+1〜3Anおよび仕上圧延機3Bにおける圧延を温度調整圧延ともいう。温度調整圧延されるレール鋼素材の減面率は、20%以上である。減面率を20%以上とすることで、レール鋼素材の内部にもひずみを入れることができるため、レール9の内部を微細化することができる。一方、減面率が20%未満である場合、レール鋼素材の表面に入るひずみは多いものの、内部へ入るひずみは少なくなる。このため、レール9の内部の微細化が難しくなり、延性の向上量が少なくなる。
Thereafter, the rail steel material whose temperature has been adjusted by the coarse cooling device 4 is further rolled by the coarse rolling mills 3Ak + 1 to 3An.
Next, the rail steel material roughly rolled by the rough rolling mills 3A1 to 3An is cooled by the finish cooling device 5 as necessary, and then rolled by the finish rolling mill 3B, and the rail 9 having a desired shape is obtained. Become. Note that rolling in the rough rolling mills 3Ak + 1 to 3An and the finishing mill 3B after the temperature adjustment is also referred to as temperature adjustment rolling. The reduction in area of the rail steel material that is temperature-rolled is 20% or more. By setting the area reduction rate to 20% or more, the inside of the rail steel material can be strained, so that the inside of the rail 9 can be miniaturized. On the other hand, when the area reduction rate is less than 20%, the strain entering the surface of the rail steel material is large, but the strain entering the interior is small. For this reason, it becomes difficult to miniaturize the inside of the rail 9, and the amount of improvement in ductility is reduced.

さらに、粗圧延機3Aおよび仕上圧延機3Bで熱間圧延されたレール9は、再加熱装置6に搬送され、頭部91の表面温度が730℃以上900℃以下となるまで加熱される。
その後、加熱されたレール9は、熱処理装置7へと搬送され、熱処理装置7にて、クランプで拘束された状態で、頭部91の表面温度が600℃以下になるまで強制冷却(熱処理)される。この際、制御部74は、頭部温度計73の測温結果からレール9の冷却速度を算出し、平均冷却速度が1℃/秒以上10℃/秒以下となるように、頭部冷却ヘッダ71a〜71cから噴射される冷却媒体の噴射条件を制御する。また、制御部74は、足部冷却ヘッダ72から噴射される冷却媒体の噴射条件についても、頭部冷却ヘッダ71a〜71cのいずれかと同条件となるように制御する。
Furthermore, the rail 9 hot-rolled by the rough rolling mill 3A and the finish rolling mill 3B is conveyed to the reheating device 6 and heated until the surface temperature of the head 91 becomes 730 ° C. or higher and 900 ° C. or lower.
Thereafter, the heated rail 9 is transported to the heat treatment apparatus 7 where it is forcibly cooled (heat treatment) until the surface temperature of the head 91 becomes 600 ° C. or lower in a state of being restrained by a clamp. The At this time, the control unit 74 calculates the cooling rate of the rail 9 from the temperature measurement result of the head thermometer 73, and the head cooling header so that the average cooling rate is 1 ° C./second or more and 10 ° C./second or less. The injection conditions of the cooling medium injected from 71a-71c are controlled. Moreover, the control part 74 is controlled so that it may become the same conditions as either of the head cooling headers 71a-71c also about the injection conditions of the cooling medium injected from the leg cooling header 72. FIG.

熱処理前に頭部91の表面温度が730℃未満となる場合、組織の一部もしくは全部がパーライト変態を起こす。熱処理前は自然放冷の状態となり、冷却速度が遅いために、パーライトラメラー間隔は粗大となる。したがって、熱処理前に頭部91の表面温度が730℃以上となるように再加熱を行うことで、パーライト組織がオーステナイト組織へ逆変態し、再度ラメラー組織を作り直すことができる。一方、頭部91の表面温度が高いほど、表面の脱炭層の硬化や、レール内部の冷却速度の向上による硬化が可能となることから、耐摩耗性を向上させることができる。しかし、頭部91の表面温度が900℃超の場合、上記の効果が小さくなる。さらに、頭部91の表面温度が1000℃超の場合、オーステナイト粒の再結晶および粗大化が起こるため、好ましくない。したがって、再加熱に要するエネルギーの節約と、耐摩耗性向上効果とを考慮すると、熱処理前の再加熱時の表面温度の上限は、900℃とすることが好ましい。   When the surface temperature of the head 91 is lower than 730 ° C. before the heat treatment, part or all of the tissue undergoes pearlite transformation. Before the heat treatment, the pearlite lamellar spacing becomes coarse due to natural cooling and a slow cooling rate. Therefore, by performing reheating so that the surface temperature of the head 91 becomes 730 ° C. or higher before the heat treatment, the pearlite structure is reversely transformed into the austenite structure, and the lamellar structure can be recreated again. On the other hand, the higher the surface temperature of the head 91, the more hardened the decarburized layer on the surface and the higher the cooling rate inside the rail, so that the wear resistance can be improved. However, when the surface temperature of the head 91 is higher than 900 ° C., the above effect is reduced. Furthermore, when the surface temperature of the head 91 is higher than 1000 ° C., recrystallization and coarsening of austenite grains occur, which is not preferable. Therefore, considering the saving of energy required for reheating and the effect of improving wear resistance, the upper limit of the surface temperature during reheating before heat treatment is preferably set to 900 ° C.

高い耐摩耗特性を達成するためには、パーライトラメラー間隔の微細化が効果的である。パーライトラメラー間隔の微細化を達成するためには、速い冷却速度での熱処理が必要となるため、表面温度および平均冷却速度が上記の範囲で行われることが好ましい。冷却速度が1℃/秒未満の場合、パーライトラメラー間隔が粗くなり、耐摩耗性が低下する。一方、冷却速度が10℃/秒超となる場合、変態組織がベイナイトやマルテンサイトといった、靱性や延性が著しく低下する組織となるため、好ましくない。また、本実施形態では、平均冷却速度は、熱処理開始から終了までの、温度変化量および熱処理時間から求められる冷却速度である。このため、熱処理開始から終了までの熱履歴には、変態熱による発熱や、パテンティング処理による等温保持も含まれる。熱処理終了時の頭部91の表面温度が600℃超となる場合、熱処理終了後にラメラー組織が一部球状化するため、ラメラー間隔が粗大となり、耐摩耗性が低下する。
次いで、加速冷却されたレール9は、冷却床8へと搬送され、100℃以下程度となるまで自然放冷される。冷却床8での冷却の後、レール9は、曲がり等がある場合、必要に応じて矯正される。以上の工程を経ることで、延性および耐摩耗性に優れたレール9が製造される。
In order to achieve high wear resistance, it is effective to reduce the pearlite lamellar spacing. In order to achieve finer pearlite lamellar spacing, heat treatment at a high cooling rate is required. Therefore, the surface temperature and the average cooling rate are preferably performed within the above ranges. When the cooling rate is less than 1 ° C./second, the pearlite lamellar spacing becomes coarse and the wear resistance decreases. On the other hand, when the cooling rate exceeds 10 ° C./second, the transformation structure becomes a structure such as bainite or martensite, which has a significantly reduced toughness and ductility, which is not preferable. In this embodiment, the average cooling rate is a cooling rate obtained from the temperature change amount and the heat treatment time from the start to the end of the heat treatment. For this reason, the heat history from the start to the end of the heat treatment includes heat generation due to transformation heat and isothermal holding due to patenting. When the surface temperature of the head 91 at the end of the heat treatment exceeds 600 ° C., the lamellar structure is partially spheroidized after the end of the heat treatment, so that the lamellar spacing becomes coarse and wear resistance decreases.
Next, the accelerated and cooled rail 9 is conveyed to the cooling floor 8 and naturally cooled until it reaches about 100 ° C. or less. After cooling in the cooling floor 8, the rail 9 is corrected as necessary when there is a bend or the like. By passing through the above process, the rail 9 excellent in ductility and abrasion resistance is manufactured.

<変形例>
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
<Modification>
The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to such examples. It is obvious that a person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention pertains can come up with various changes or modifications within the scope of the technical idea described in the claims. Of course, it is understood that these also belong to the technical scope of the present invention.

例えば、上記実施形態では、粗冷却装置4および仕上冷却装置5における冷却方法は、冷却媒体にスプレー水を用いたスプレー冷却としたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、粗冷却装置4および仕上冷却装置5における冷却方法には、冷却媒体としてミストを用いたスプレー冷却として、ミスト冷却、あるいは冷却媒体としてミストと空気とを用いたミスト冷却と衝風冷却との混合冷却が用いられてもよい。また、粗冷却装置4および仕上冷却装置5でのスプレー冷却の変わりに、自然放冷、浸漬冷却、衝風冷却および水柱冷却等が行われてもよい。なお、自然放冷や衝風冷却では、冷却速度が遅いため、所定の温度まで冷却されるまでの時間が長くなる。このため、圧延ピッチを速くしたい場合は、スプレー冷却、浸漬冷却および水柱冷却等の他の冷却方法が考えられるが、水柱冷却は、冷却速度が速すぎるため、冷却速度の調整が難しい。さらに、レール9が転倒姿勢で搬送される場合、レール9の腹部92に水が溜まり、冷却速度が過度に速い箇所が発生してしまうため、靱性および延性の低いベイナイトやマルテンサイトといった組織へ変態する可能性がある。一方、スプレー冷却は、ある程度速い冷却速度を確保することができ、さらに冷却箇所を限定しやすいという利点がある。このため、粗冷却装置4および仕上冷却装置5における冷却方法にはスプレー冷却を用いることが好ましい。   For example, in the above embodiment, the cooling method in the coarse cooling device 4 and the finish cooling device 5 is spray cooling using spray water as a cooling medium, but the present invention is not limited to such an example. For example, the cooling method in the coarse cooling device 4 and the finish cooling device 5 includes spray cooling using mist as a cooling medium, mist cooling, or mist cooling using mist and air as cooling medium and blast cooling. Mixed cooling may be used. Further, instead of spray cooling in the rough cooling device 4 and the finish cooling device 5, natural cooling, immersion cooling, blast cooling, water column cooling, and the like may be performed. In natural cooling and blast cooling, since the cooling rate is slow, the time until cooling to a predetermined temperature becomes long. For this reason, when it is desired to increase the rolling pitch, other cooling methods such as spray cooling, immersion cooling, and water column cooling can be considered. However, since the water column cooling is too fast, it is difficult to adjust the cooling rate. Furthermore, when the rail 9 is transported in a falling posture, water accumulates in the abdomen 92 of the rail 9 and a portion where the cooling rate is excessively high is generated. there's a possibility that. On the other hand, spray cooling has an advantage that it can secure a somewhat high cooling rate and can easily limit cooling points. For this reason, it is preferable to use spray cooling for the cooling method in the rough cooling device 4 and the finish cooling device 5.

さらに、上記実施形態では、粗圧延機3Ak+1以降の圧延パスで温度調整圧延が行われるとしたが、本発明は係る例に限定されない。温度調整圧延は、減面率が20%以上確保できれば、どの粗圧延機3A以降で行われてもよい。この際、粗冷却装置4は、温度調整圧延が開始される粗圧延機3Aの直前に設けられる。また、温度調整圧延は、仕上圧延機3Bによる仕上圧延時に行われてもよい。この際、レールの製造装置1には、粗冷却装置4が設けられず、仕上冷却装置5のみで温度調整が行われてもよい。なお、温度調整圧延が仕上圧延で行われる場合、20%以上の大きな減面率で仕上圧延をする必要があるため、レール9の形状が悪くなる可能性がある。このため、温度調整圧延は、粗圧延機3Aの一部と、仕上圧延機3Bとによる圧延時に行われることが好ましい。   Furthermore, in the said embodiment, although temperature-controlled rolling was performed by the rolling pass after rough rolling mill 3Ak + 1, this invention is not limited to the example which concerns. The temperature-adjusted rolling may be performed by any roughing mill 3A or later as long as the area reduction rate can be secured by 20% or more. At this time, the rough cooling device 4 is provided immediately before the rough rolling mill 3A where the temperature adjustment rolling is started. Moreover, temperature-controlled rolling may be performed at the time of finish rolling by the finish rolling mill 3B. At this time, the rail manufacturing apparatus 1 is not provided with the coarse cooling device 4, and the temperature may be adjusted only by the finishing cooling device 5. In addition, when temperature control rolling is performed by finish rolling, since it is necessary to finish-roll with a large area reduction ratio of 20% or more, the shape of the rail 9 may be deteriorated. For this reason, it is preferable that temperature control rolling is performed at the time of rolling by a part of rough rolling mill 3A and the finishing mill 3B.

さらに、上記実施形態では、粗圧延機3Aおよび仕上圧延機3Bがユニバーサル圧延機であるとしたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、粗圧延機3Aおよび仕上圧延機3Bはカリバー圧延機であってもよい。なお、ユニバーサル圧延法はカリバー圧延法に比べて複数方向からの圧延が可能となるため、圧延荷重を低減することができる。特に、本発明では、低温で大きな減面率を得ることが可能な圧延操業を行うため、過荷重にロールおよび圧延機への負荷が高くなり、設備トラブルのリスクが高くなる。このため、粗圧延機3Aおよび複数の仕上圧延機3Bのうち少なくともいずれかは、ユニバーサル圧延機であることが好ましい。
さらに、仕上圧延機3Bは、複数設けられてもよい。
Furthermore, in the said embodiment, although rough rolling mill 3A and finishing rolling mill 3B were universal rolling mills, this invention is not limited to this example. For example, the coarse rolling mill 3A and the finishing rolling mill 3B may be caliber rolling mills. Since the universal rolling method enables rolling from a plurality of directions as compared with the caliber rolling method, the rolling load can be reduced. In particular, in the present invention, the rolling operation capable of obtaining a large reduction in area at low temperatures is performed, so that the load on the roll and the rolling mill is excessively increased and the risk of equipment trouble is increased. For this reason, it is preferable that at least one of the rough rolling mill 3A and the plurality of finish rolling mills 3B is a universal rolling mill.
Further, a plurality of finish rolling mills 3B may be provided.

さらに、上記実施形態では、再加熱装置6は、誘導加熱式の加熱装置としたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、再加熱装置6は、バーナー式の加熱装置であってもよい。なお、誘導加熱式の再加熱装置6は、バーナー式に比べて設備の大きさを小さくすることができるため、インラインで設置する場合は好ましい。
また、上記実施形態では、再加熱装置6は、頭部91を加熱するとしたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、再加熱装置6は、レール9全体を加熱する構成であってもよい。なお、レール9は、使用される際に、車輪と接触する箇所が摩耗することになるので、特に頭部91において耐摩耗性が必要となる。したがって、再加熱する際、頭部91のみを再加熱する構成の方が、加熱に掛かるエネルギーを少なくできるため、経済的に優れる。
Furthermore, in the said embodiment, although the reheating apparatus 6 was set as the induction heating type heating apparatus, this invention is not limited to this example. For example, the reheating device 6 may be a burner type heating device. In addition, since the induction heating type reheating device 6 can reduce the size of the equipment as compared with the burner type, it is preferable to install it in-line.
Moreover, in the said embodiment, although the reheating apparatus 6 heated the head 91, this invention is not limited to this example. For example, the reheating device 6 may be configured to heat the entire rail 9. In addition, when the rail 9 is used, since the part which contacts a wheel will be worn out, especially in the head 91, abrasion resistance is required. Therefore, when reheating, the configuration in which only the head 91 is reheated is economically superior because energy required for heating can be reduced.

さらに、上記実施形態では、熱間圧延後に再加熱装置6にて再加熱するとしたが、再加熱装置6での再加熱が行われなくてもよい。この際、熱間圧延されたレール9は、熱処理装置7へと搬送され、熱処理装置7にて熱処理を施される。再加熱が行われなくても、頭部91および足部93の延性向上効果を得ることができるが、熱間圧延終了後(温度調整圧延終了後)のレール9の温度が低い場合には、高い場合に比べて硬度が低下する。また、再加熱に加え、熱処理装置7での熱処理についても省略することもできる。この際、熱間圧延されたレール9は、冷却床8へと搬送され、100℃以下程度となるまで冷却される。再加熱および熱処理が行われなくても、頭部91および足部93の延性向上効果を得ることができるが、再加熱および熱処理を施した場合に比べて硬度が低下する。   Furthermore, in the said embodiment, although it reheated with the reheating apparatus 6 after hot rolling, the reheating with the reheating apparatus 6 does not need to be performed. At this time, the hot-rolled rail 9 is conveyed to the heat treatment apparatus 7 and subjected to heat treatment in the heat treatment apparatus 7. Even if reheating is not performed, the ductility improvement effect of the head portion 91 and the foot portion 93 can be obtained, but when the temperature of the rail 9 after the end of hot rolling (after the end of temperature adjustment rolling) is low, Hardness is lower than when it is high. In addition to the reheating, the heat treatment in the heat treatment apparatus 7 can be omitted. At this time, the hot-rolled rail 9 is conveyed to the cooling bed 8 and cooled to about 100 ° C. or less. Even if reheating and heat treatment are not performed, the effect of improving the ductility of the head portion 91 and the foot portion 93 can be obtained, but the hardness is reduced as compared with the case where reheating and heat treatment are performed.

<実施形態の効果>
(1)上記実施形態に係るレール9の製造方法は、加熱されたレール鋼素材を熱間圧延し、熱間圧延されたレール鋼素材を冷却することで温度調整し、温度調整されたレール鋼素材を、20%以上の減面率で温度調整圧延することでレール形状に加工し、レール鋼素材を温度調整する際に、レール形状の頭部および足部に相当するレール鋼素材の部位の表面温度を500℃以上1000℃以下に冷却する。
上記構成によれば、温度調整圧延時に、オーステナイト温度域における再結晶による結晶粒の粗大化を防止しながら、結晶粒を分断・微細化することができる。このため、レール9の頭部91および足部93について、靱性および延性を向上させることができる。
<Effect of embodiment>
(1) The manufacturing method of the rail 9 which concerns on the said embodiment is temperature-controlled by hot-rolling the heated rail steel raw material, cooling the rail steel raw material hot-rolled, and temperature-controlled rail steel. When the material is processed into a rail shape by temperature-adjusting rolling with a reduction in area of 20% or more, when the temperature of the rail steel material is adjusted, the part of the rail steel material corresponding to the rail-shaped head and foot parts The surface temperature is cooled to 500 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower.
According to the said structure, a crystal grain can be parted and refined | miniaturized, preventing the coarsening of the crystal grain by recrystallization in an austenite temperature range at the time of temperature control rolling. For this reason, the toughness and ductility of the head 91 and the foot 93 of the rail 9 can be improved.

(2)温度調整圧延をした後、1℃/秒以上10℃/秒以下の平均冷却速度で、レール9の頭部表面温度が600℃以下となるまでレール9を熱処理する。
上記構成によれば、レール9の頭部91のパーライトラメラー間隔を微細化することができ、耐摩耗性を向上させることができる。また、熱処理終了後のラメラー組織の球状化を防止することができるため、耐摩耗性が向上する。
(2) After the temperature adjustment rolling, the rail 9 is heat-treated at an average cooling rate of 1 ° C./second or more and 10 ° C./second or less until the head surface temperature of the rail 9 becomes 600 ° C. or less.
According to the said structure, the pearlite lamellar space | interval of the head 91 of the rail 9 can be refined | miniaturized, and abrasion resistance can be improved. In addition, since the spherical structure of the lamellar structure after the heat treatment can be prevented, wear resistance is improved.

(3)レール9を熱処理する前に、レール9の頭部表面温度が730℃未満の場合に、レールを730℃以上へ再加熱する。
上記構成によれば、パーライト組織がオーステナイト組織へ逆変態し、再度ラメラー組織を作り直すことができるため、レール9の硬度および耐摩耗性を向上させることができる。
(4)レール9を再加熱する際に、レール9の頭部91のみを再加熱する。
上記構成によれば、レール9全体を再加熱する場合に比べ、加熱に掛かるエネルギーを少なくすることができる。
(3) Before heat-treating the rail 9, when the head surface temperature of the rail 9 is lower than 730 ° C., the rail is reheated to 730 ° C. or higher.
According to the above configuration, the pearlite structure is reversely transformed into the austenite structure, and the lamellar structure can be recreated again. Therefore, the hardness and wear resistance of the rail 9 can be improved.
(4) When the rail 9 is reheated, only the head portion 91 of the rail 9 is reheated.
According to the said structure, the energy concerning heating can be decreased compared with the case where the whole rail 9 is reheated.

(5)上記実施形態に係るレール9の製造装置1は、レール鋼素材を圧延する少なくとも一台の第1圧延機3A1〜3Akと、第1圧延機3A1〜3Akにて圧延されたレール鋼素材を冷却することで温度調整する冷却装置4と、温度調整されたレール鋼素材を、20%以上の減面率で温度調整圧延することでレール形状に加工する少なくとも一台の第2圧延機3Ak+1〜3An,3Bと、を有し、冷却装置4は、レール形状の頭部91および足部93に相当するレール鋼素材の部位の表面温度を500℃以上1000℃以下に冷却する。
上記構成によれば、(1)と同様な効果を得ることができる。
(5) The rail 1 manufacturing apparatus 1 according to the above embodiment includes at least one first rolling mill 3A1 to 3Ak that rolls a rail steel material, and a rail steel material that is rolled by the first rolling mill 3A1 to 3Ak. The cooling device 4 that adjusts the temperature by cooling the steel, and at least one second rolling mill 3Ak + 1 that processes the temperature-adjusted rail steel material into a rail shape by performing temperature-adjusted rolling at a reduction in area of 20% or more. The cooling device 4 cools the surface temperature of the portion of the rail steel material corresponding to the rail-shaped head portion 91 and the foot portion 93 to 500 ° C. or more and 1000 ° C. or less.
According to the said structure, the effect similar to (1) can be acquired.

次に、本発明者らが行った実施例1について説明する。
実施例1では、図1で説明したレールの製造装置1を用いて、異なる成分条件および圧延条件でレール9を製造し、製造したレール9の全伸びを測定した。
表1は、実施例1で用いたレール9の化学成分条件を示す。残部は鉄および不可避的不純物である。表2は、実施例1における圧延条件と全伸びの測定結果を示す。
Next, Example 1 performed by the present inventors will be described.
In Example 1, the rail manufacturing apparatus 1 described in FIG. 1 was used to manufacture the rail 9 under different component conditions and rolling conditions, and the total elongation of the manufactured rail 9 was measured.
Table 1 shows the chemical component conditions of the rail 9 used in Example 1. The balance is iron and inevitable impurities. Table 2 shows the rolling conditions and the measurement results of total elongation in Example 1.

Figure 2016047076
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Figure 2016047076
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実施例1では、まず、連続鋳造されたブルームを加熱炉2にて1100℃となるまで加熱した。実施例1で用いたブルームの化学成分は、表2に示すように、表1の成分A〜成分Gのいずれかとした。
次いで、加熱されたブルームを加熱炉2から抽出し、粗圧延機3Aおよび仕上圧延機3Bにて熱間圧延した。粗圧延機3Aには、ユニバーサル圧延機とカリバー圧延機とを組み合わせた複数の圧延機を用いた。圧延中のレール9は、転倒姿勢で圧延・搬送される。なお、熱間圧延を行う際、粗冷却装置4または仕上冷却装置5のいずれかで頭部91および足部93の表面温度が500℃以上1000℃以下となるまで温度調整を行った。温度調整方法、温度調整圧延開始から熱間圧延終了までの時間および温度調整圧延パス数を表2にそれぞれ示す。なお、温度調整圧延とは、温度調整をしてからの熱間圧延のことを示す。
In Example 1, first, the continuously cast bloom was heated in the heating furnace 2 to 1100 ° C. As shown in Table 2, the chemical component of the bloom used in Example 1 was any one of Component A to Component G in Table 1.
Next, the heated bloom was extracted from the heating furnace 2 and hot-rolled with a roughing mill 3A and a finishing mill 3B. A plurality of rolling mills combining a universal rolling mill and a caliber rolling mill were used as the rough rolling mill 3A. The rolling rail 9 is rolled and transported in a falling posture. In addition, when performing hot rolling, temperature adjustment was performed by either the rough cooling device 4 or the finish cooling device 5 until the surface temperatures of the head portion 91 and the foot portion 93 became 500 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower. Table 2 shows the temperature adjustment method, the time from the start of temperature adjustment rolling to the end of hot rolling, and the number of temperature adjustment rolling passes. The temperature-adjusted rolling refers to hot rolling after adjusting the temperature.

表2に示すように、実施例1では、スプレー冷却、衝風冷却および自然放冷のいずれかの方法にて温度調整を行った。スプレー冷却の場合、水量密度および冷却時間を調整すること、自然放冷の場合、粗冷却装置4および仕上冷却装置5は用いずに、冷却時間を制御することで、頭部91および足部93の表面温度を調整した。   As shown in Table 2, in Example 1, the temperature was adjusted by any one of spray cooling, blast cooling, and natural cooling. In the case of spray cooling, the water density and the cooling time are adjusted, and in the case of natural cooling, the cooling time is controlled without using the rough cooling device 4 and the finish cooling device 5, so that the head 91 and the foot 93 are controlled. The surface temperature of was adjusted.

また、表2に示す温度調整圧延パス数は、上記のいずれかの方法で温度調整をしてから、圧延したパス数を示す。例えば、温度調整圧延パス数が1回の場合、温度調整後は仕上圧延のみしたことを示し、温度調整圧延パス数がn(n≧2)回の場合、温度調整後はn−1回の粗圧延と1回の仕上圧延とをしたことを示す。なお、温度調整圧延パス回数が1回の場合には、仕上冷却装置5を用いて温度調整を行い、温度調整圧延パス数がn回の場合には、粗冷却装置4を用いて温度調整を行った。   Further, the number of temperature-adjusted rolling passes shown in Table 2 indicates the number of passes that have been rolled after the temperature is adjusted by any of the methods described above. For example, when the number of temperature-adjusted rolling passes is 1, it indicates that only finish rolling is performed after temperature adjustment. When the number of temperature-adjusted rolling passes is n (n ≧ 2) times, n-1 times after temperature adjustment. It shows that rough rolling and one finish rolling were performed. In addition, when the number of temperature-adjusted rolling passes is 1, the temperature is adjusted using the finishing cooling device 5, and when the number of temperature-adjusted rolling passes is n, the temperature is adjusted using the coarse cooling device 4. went.

熱間圧延をした後、レール9を熱処理装置7で強制冷却した。強制冷却を開始する際の、頭部91および足部93の表面温度は、表2に示す条件とした。強制冷却をする際、平均冷却速度は3℃/秒とし、表面温度が400℃になるまで冷却を行った。また、強制冷却をする際、冷却媒体には、ミストを用いた。なお、実施例1では、熱間圧延後に、再加熱装置6を用いた再加熱処理を行わなかった。   After hot rolling, the rail 9 was forcibly cooled by the heat treatment device 7. The surface temperatures of the head 91 and the foot 93 when starting forced cooling were the conditions shown in Table 2. When forced cooling was performed, the average cooling rate was 3 ° C./second, and cooling was performed until the surface temperature reached 400 ° C. Moreover, when performing forced cooling, mist was used for the cooling medium. In Example 1, the reheating process using the reheating device 6 was not performed after the hot rolling.

次いで、強制冷却したレール9を冷却床8へ搬送し、100℃以下となるまで冷却した後、曲がり等の矯正を行った。
上記の工程でレール9を製造した後、レール9の長手方向の端部、1/4位置、1/2位置および3/4位置の4箇所から試験片をそれぞれ採取し、各種物性を測定した。図5に示すように、長手方向の各位置で採取された試験片の、頭部91からサンプル9a、足部93からサンプル9bをそれぞれ採取した。サンプル9aは、頭部91上端から距離d2=12.7mm、かつ幅方向中央から距離d1=24.6mmの位置から採取されたJIS4号試験片である。サンプル9bは、足部93下端から距離d3=12.7mm、かつ幅方向中央の位置から採取されたJIS4号試験片である。
Next, the forcibly cooled rail 9 was transported to the cooling floor 8 and cooled to 100 ° C. or lower, and then correction such as bending was performed.
After manufacturing the rail 9 by the above process, specimens were collected from four ends of the rail 9 in the longitudinal direction, 1/4 position, 1/2 position, and 3/4 position, and various physical properties were measured. . As shown in FIG. 5, samples 9a and 9b were collected from the head 91 and the foot 93, respectively, of the test specimens collected at each position in the longitudinal direction. The sample 9a is a JIS No. 4 test piece taken from a position where the distance d2 = 12.7 mm from the upper end of the head 91 and the distance d1 = 24.6 mm from the center in the width direction. The sample 9b is a JIS No. 4 test piece collected from the lower end of the foot portion 93 at a distance d3 = 12.7 mm and from the center in the width direction.

実施例1では、化学成分、温度調整方法、温度調整圧延パス数、表面温度および減面率が異なる例として、実施例1−1〜1−28の28種類の条件でレール9を製造し、全伸びを評価した。
また、表2に示すように、比較例として、温度調整圧延時の表面温度および減面率が上記実施形態の範囲外である比較例1−1〜1−5についても実施例1−1〜1−28と同様の条件でレール9を製造し、全伸びを評価した。なお、表2に示す全伸びの値は、4箇所から採取した試験片からそれぞれ採取された各1サンプルの合計4サンプルの平均値を示す。
In Example 1, as an example in which the chemical composition, the temperature adjustment method, the number of temperature-adjusted rolling passes, the surface temperature, and the area reduction rate are different, the rail 9 is manufactured under 28 kinds of conditions of Examples 1-1 to 1-28, Total elongation was evaluated.
As shown in Table 2, as Comparative Examples, Comparative Examples 1-1 to 1-5 in which the surface temperature and the area reduction rate during temperature-adjusted rolling are outside the range of the above-described embodiment are also described in Examples 1-1 to 1-1. Rail 9 was manufactured under the same conditions as 1-28, and the total elongation was evaluated. In addition, the value of the total elongation shown in Table 2 shows the average value of a total of 4 samples of 1 sample each collected from the test piece collected from 4 places.

実施例1−1〜1−28のすべての条件において、頭部91および足部93の全伸びが目標となる12%以上となることを確認した。また、温度調整圧延時の頭部91または足部93のいずれかの表面温度が730℃以下である実施例1−14,1−15,1−19,1−20は、表面温度の低い頭部91または足部93の伸びが17%以上と高くなることを確認した。さらに、温度調整圧延時の頭部91および足部93の両方の表面温度が730℃以下である実施例1−8は、頭部91および足部93の全伸びが19%以上と高くなることを確認した。   In all the conditions of Examples 1-1 to 1-28, it was confirmed that the total elongation of the head 91 and the foot 93 was 12% or more as a target. In addition, Examples 1-14, 1-15, 1-19, and 1-20 in which the surface temperature of either the head 91 or the foot 93 during temperature-adjusted rolling is 730 ° C. or lower are the heads having a low surface temperature. It was confirmed that the elongation of the portion 91 or the foot portion 93 was as high as 17% or more. Furthermore, in Example 1-8 in which the surface temperatures of both the head 91 and the foot 93 during temperature-controlled rolling are 730 ° C. or less, the total elongation of the head 91 and the foot 93 is as high as 19% or more. It was confirmed.

一方、温度調整圧延時の足部93の表面温度が1000℃超となる比較例1−1、および温度調整圧延時の足部93の減面率が20%未満となる比較例1−2では、足部93の伸びが12%未満となり、実施例1−1〜1−28に比べ低下した。また、温度調整圧延時の表面温度が500℃未満あるいは1000℃超となる比較例1−3,1−4、および温度調整圧延時の頭部91の圧下率が20%未満となる比較例1−5では、頭部91の伸びが12%未満となり、実施例1−1〜1−28に比べ低下した。   On the other hand, in Comparative Example 1-1 in which the surface temperature of the foot part 93 during temperature-adjusted rolling exceeds 1000 ° C. and Comparative Example 1-2 in which the area reduction rate of the foot part 93 during temperature-adjusted rolling is less than 20% The elongation of the foot portion 93 was less than 12%, which was lower than those of Examples 1-1 to 1-28. Further, Comparative Examples 1-3 and 1-4 in which the surface temperature during temperature-controlled rolling is less than 500 ° C. or over 1000 ° C., and Comparative Example 1 in which the rolling reduction of the head 91 during temperature-controlled rolling is less than 20%. In −5, the elongation of the head 91 was less than 12%, which was lower than those of Examples 1-1 to 1-28.

次に、本発明者ら実施した実施例2について、説明する。
実施例2では、化学成分、温度調整圧延時および熱処理時の条件を変えることで、熱処理条件による全伸び、硬度および表面組織への影響を確認した。表3は、実施例2における、化学成分、温度調整圧延時の表面温度、熱処理(強制冷却)の条件、全伸びの測定結果、硬度の測定結果および頭部表面組織の観察結果をそれぞれ示す。
Next, Example 2 implemented by the present inventors will be described.
In Example 2, the influence on the total elongation, the hardness, and the surface structure due to the heat treatment conditions was confirmed by changing the chemical components, the temperature-adjusted rolling and the heat treatment conditions. Table 3 shows the chemical composition, surface temperature during temperature-adjusted rolling, heat treatment (forced cooling) conditions, measurement results of total elongation, measurement results of hardness, and observation results of the head surface structure in Example 2.

Figure 2016047076
Figure 2016047076

実施例2では、温度調整圧延として、3つのユニバーサル圧延機と1つのカリバー圧延機からなる計4パスの圧延を頭部91及び足部93が減面率30%となるように行った。温度調整圧延時の頭部91および足部93の表面温度と、熱処理時の開始温度、冷却速度および終了温度とは、表3に示す各条件とした。熱処理をする際、冷却速度が3℃/秒以下の条件では冷却媒体に空気を用い、冷却速度が3℃/秒を超える条件では冷却媒体に空気とミストとを混合させたものを用いた。それ以外の製造条件については、実施例1と同様とした。   In Example 2, as temperature control rolling, a total of four passes of rolling consisting of three universal rolling mills and one caliber rolling mill were performed so that the head portion 91 and the foot portion 93 had a reduction in area of 30%. The surface temperature of the head portion 91 and the foot portion 93 during the temperature-adjusted rolling, and the start temperature, the cooling rate, and the end temperature during the heat treatment were as shown in Table 3. When the heat treatment was performed, air was used as a cooling medium when the cooling rate was 3 ° C./second or less, and air and mist were mixed into the cooling medium when the cooling rate exceeded 3 ° C./second. Other manufacturing conditions were the same as in Example 1.

レール9の全伸びについては、実施例1と同様の方法で試験片を採取し、全伸びを測定した。レール9の硬度については、レール9の長手方向の端部、1/4位置、1/2位置および3/4位置の4箇所から鋸断した約20mm厚の試験片から、図6に示す頭部表面位置からサンプル9cおよび頭部内部位置からサンプル9dを採取した。サンプル9cは、表面の凹凸を除去するために研磨された試験片の頭部91の上端面中央から採取された。サンプル9dは、表面の凹凸を除去するために研磨された試験片の幅方向中央、かつ頭部91の上端から距離d4=20mmの位置から採取された。次に、採取されたサンプル9c,9dの硬度を、ブリネル硬度試験によって測定した。表面組織については、採取したサンプル9cの表面組織を観察した。   About the total elongation of the rail 9, the test piece was extract | collected by the method similar to Example 1, and the total elongation was measured. As for the hardness of the rail 9, the head shown in FIG. 6 is obtained from a test piece having a thickness of about 20 mm that is cut from four ends of the longitudinal end, the 1/4 position, the 1/2 position, and the 3/4 position of the rail 9. A sample 9c was taken from the part surface position and a sample 9d was taken from the head internal position. The sample 9c was taken from the center of the upper end surface of the head 91 of the test piece polished to remove the surface irregularities. Sample 9d was collected from the center in the width direction of the test piece polished to remove the irregularities on the surface and from a position d4 = 20 mm away from the upper end of the head 91. Next, the hardness of the collected samples 9c and 9d was measured by a Brinell hardness test. Regarding the surface texture, the surface texture of the sample 9c collected was observed.

実施例2では、化学成分、温度調整圧延時の表面温度、熱処理時の各条件が異なる例として、実施例2−1〜2−21の21種類の条件でレール9を製造し、全伸びおよび硬度を測定し、さらに表面組織を観察した。なお、実施例2−13では、熱処理は行わず、熱間圧延後のレール9を冷却床8に搬送し、100℃以下となるまで冷却した。レール9が100℃以下となった後は、曲がり等を矯正した。   In Example 2, as an example in which the chemical composition, the surface temperature during temperature-adjusted rolling, and the conditions during heat treatment are different, the rail 9 is manufactured under 21 types of conditions of Examples 2-1 to 2-21, and the total elongation and The hardness was measured and the surface texture was further observed. In Example 2-13, heat treatment was not performed, and the rail 9 after hot rolling was transported to the cooling bed 8 and cooled to 100 ° C. or lower. After the rail 9 became 100 ° C. or lower, the bending or the like was corrected.

また、表3に示すように、比較例として、熱処理時の冷却速度が上記実施形態の範囲を超える比較例2−1〜2−3についても実施例2−1〜2−21と同様の条件でレール9を製造し、全伸びおよび硬度を測定し、さらに表面組織を観察した。なお、表3に示す全伸び、硬度の値は、4箇所から採取した試験片からそれぞれ採取された4サンプルの平均値を示す。   Moreover, as shown in Table 3, as Comparative Examples, the same conditions as in Examples 2-1 to 2-21 were also applied to Comparative Examples 2-1 to 2-3 in which the cooling rate during the heat treatment exceeded the range of the above embodiment. The rail 9 was manufactured by measuring the total elongation and hardness, and the surface structure was observed. The values of total elongation and hardness shown in Table 3 are average values of 4 samples collected from test pieces collected from 4 locations.

0.5℃/秒以上10℃/秒以下の冷却速度で熱処理した実施例2−1〜2−21は、すべての条件において、頭部91および足部93の全伸びが目標である12%以上となることを確認した。
実施例2−2,2−3では、他の条件に比べて温度調整圧延時の頭部91の表面温度が低かったため、熱処理開始時の表面温度も低くなり、頭部91の全伸びが15%以上と他の条件よりも高くなった。しかし、実施例2−2,2−3では、頭部91の硬度が380HB以下と実施例2−1よりも低くなった。
In Examples 2-1 to 2-21 which were heat-treated at a cooling rate of 0.5 ° C./second or more and 10 ° C./second or less, the total elongation of the head 91 and the foot 93 was 12% in all conditions. It was confirmed that this was the case.
In Examples 2-2 and 2-3, the surface temperature of the head 91 at the time of temperature-adjusted rolling was low compared to other conditions, so the surface temperature at the start of heat treatment was also low, and the total elongation of the head 91 was 15 % And higher than other conditions. However, in Examples 2-2 and 2-3, the hardness of the head 91 was 380 HB or less, which was lower than that in Example 2-1.

熱処理時の冷却速度を除いた条件が同じである、実施例2−1,2−7〜2−10、さらに成分が異なる実施例2−14〜2−21では、冷却速度が速いほど頭部91の表面および内部の硬度が向上した。また、熱処理時の冷却速度を除いた条件が、実施例2−1,2−7〜2−10,2−14〜2−21が同じであり、冷却速度が10℃/秒超である比較例2−1〜2−3では、冷却速度が過度に高かったため、一部組織がマルテンサイトへ変態し、全伸びが3%と非常に低くなった。   In Examples 2-1 and 2-7 to 2-10 having the same conditions except for the cooling rate during the heat treatment, and in Examples 2-14 to 2-21 having different components, the faster the cooling rate, the higher the head The surface and internal hardness of 91 improved. Moreover, the conditions except the cooling rate at the time of heat processing are the same as in Examples 2-1, 2-7 to 2-10, 2-14 to 2-21, and the cooling rate is higher than 10 ° C./second. In Examples 2-1 to 2-3, since the cooling rate was excessively high, part of the structure was transformed into martensite, and the total elongation was very low at 3%.

熱処理時の終了温度を除いた条件が同じである、実施例2−1,2−11,2−12では、冷却停止温度が低いほど、頭部91の表面および内部の硬度が向上した。また、熱処理時の終了温度が650℃とした実施例2−11では、パーライト組織の一部が球状化した。
熱処理を行わなかった実施例2−13では、頭部91および足部93の全伸びは12%以上となったが、頭部91の表面および内部の硬度は全条件の中で最も低くなった。さらに、実施例2−13では、パーライト組織の一部が球状化した。
In Examples 2-1, 11-12, and 12-12 under the same conditions except for the end temperature at the time of heat treatment, the hardness of the surface and the inside of the head 91 improved as the cooling stop temperature decreased. In Example 2-11 in which the end temperature during the heat treatment was 650 ° C., part of the pearlite structure was spheroidized.
In Example 2-13 where heat treatment was not performed, the total elongation of the head 91 and the foot 93 was 12% or more, but the hardness of the surface and the inside of the head 91 was the lowest among all conditions. . Furthermore, in Example 2-13, a part of the pearlite structure was spheroidized.

次に、本発明者らが行った実施例3について説明する。
実施例3では、再加熱処理による硬度および表面組織への影響を確認するため、硬度が低かった実施例2−3の条件について、熱処理前に再加熱を行った。実施例3は、温度調整圧延時の頭部91の表面温度、および再加熱を行ったことを除き、それ以外の製造条件については、実施例2−3と同じとした。表4は、実施例3における、化学成分、温度調整圧延時の表面温度、再加熱および熱処理時の条件、全伸びの測定結果、硬度の測定結果および頭部表面組織の観察結果をそれぞれ示す。なお、表4に示す全伸びおよび硬度の値は、4箇所から採取した試験片からそれぞれ採取された各1サンプルの合計4サンプルの平均値を示す。
Next, Example 3 performed by the present inventors will be described.
In Example 3, in order to confirm the influence of the reheating treatment on the hardness and the surface structure, reheating was performed before the heat treatment under the conditions of Example 2-3 in which the hardness was low. Example 3 was the same as Example 2-3 except for the surface temperature of the head 91 at the time of temperature-adjusted rolling and reheating. Table 4 shows the chemical composition, surface temperature during temperature-controlled rolling, conditions during reheating and heat treatment, measurement results of total elongation, measurement results of hardness, and observation results of the head surface structure in Example 3. In addition, the value of the total elongation and hardness shown in Table 4 shows the average value of a total of 4 samples of each 1 sample each collected from the test piece extract | collected from 4 places.

Figure 2016047076
Figure 2016047076

実施例3では、熱間圧延後に再加熱装置6にて頭部91またはレール9全体を再加熱した。再加熱装置6は、誘導加熱式の加熱装置であり、表4に示す条件に応じて、頭部91またはレール9全体を加熱することができる。再加熱後の頭部91の表面温度は、表4に示す熱処理時の開始温度である。
実施例3では、温度調整圧延時の頭部91の表面温度、再加熱条件が異なる実施例3−1〜3−9の9種類の条件でレール9を製造し、全伸びおよび硬度を測定し、さらに表面組織を観察した。全伸びおよび硬度のサンプル採取方法、および表面組織観察のためのサンプル採取方法は実施例2と同様である。なお、実施例3−1は、再加熱を実施しなかった条件であり、実施例2−3と同じ製造条件である。
In Example 3, the head 91 or the entire rail 9 was reheated by the reheating device 6 after hot rolling. The reheating device 6 is an induction heating type heating device, and can heat the head 91 or the entire rail 9 according to the conditions shown in Table 4. The surface temperature of the head 91 after reheating is the start temperature during the heat treatment shown in Table 4.
In Example 3, the rail 9 was manufactured under nine types of conditions of Examples 3-1 to 3-9, in which the surface temperature of the head 91 during temperature-controlled rolling and the reheating conditions were different, and the total elongation and hardness were measured. Further, the surface texture was observed. The sample collection method for total elongation and hardness and the sample collection method for surface texture observation are the same as in Example 2. In addition, Example 3-1 is the conditions which did not implement reheating, and is the same manufacturing conditions as Example 2-3.

表4に示すように、実施例3−1〜3−9のすべての条件において、頭部91および足部93の全伸びが目標である12%以上となることを確認した。
再加熱を行わなかった実施例3−1は、温度調整圧延の開始時の表面温度が低かったため、熱処理開始時の頭部91の表面温度が630℃と低くなり、頭部91の表面および内部の硬度が低かった。
As shown in Table 4, in all the conditions of Examples 3-1 to 3-9, it was confirmed that the total elongation of the head 91 and the foot 93 was 12% or more as a target.
In Example 3-1, in which reheating was not performed, the surface temperature at the start of temperature-adjusting rolling was low, so the surface temperature of the head 91 at the start of heat treatment was as low as 630 ° C. The hardness was low.

実施例3−2,3−6では、再加熱を行い、熱処理開始時の頭部91の表面温度を700℃としたものの、表面温度が730℃以下と低かったため、実施例3−1と同様に、頭部91の表面および内部の硬度が低かった。
レール9全体を再加熱した実施例3−3〜3−5、および頭部91のみを再加熱した実施例3−7〜3−9では、再加熱後の温度が低かった実施例3−2,3−6に比べ、頭部91の表面で20HB以上、内部で5HB以上硬度が向上することを確認した。また、レール9全体を再加熱した場合と、頭部91のみを再加熱した場合とでは、頭部91の硬度向上効果に差がないことを確認した。さらに、実施例3−4,3−5,3−8,3−9を比較すると、頭部91の硬度に差がなかったことから、再加熱後の表面温度が900℃以上となると再加熱による硬度向上効果に差がないことを確認した。
以上の結果から、本発明に係るレールの製造方法および製造装置によれば、頭部91および足部93の両方に高い延性を有するレール9を製造できることを確認できた。
In Examples 3-2 and 3-6, although reheating was performed and the surface temperature of the head 91 at the start of the heat treatment was set to 700 ° C., the surface temperature was as low as 730 ° C. or less, and thus similar to Example 3-1. Further, the hardness of the surface and the inside of the head 91 was low.
In Examples 3-3 to 3-5 in which the entire rail 9 was reheated and Examples 3-7 to 3-9 in which only the head 91 was reheated, Example 3-2 in which the temperature after reheating was low , 3-6, it was confirmed that the hardness of the surface of the head 91 was improved by 20 HB or more and by 5 HB or more inside. Further, it was confirmed that there is no difference in the effect of improving the hardness of the head 91 between when the entire rail 9 is reheated and when only the head 91 is reheated. Furthermore, when Examples 3-4, 3-5, 3-8, and 3-9 were compared, there was no difference in the hardness of the head 91, so reheating was performed when the surface temperature after reheating reached 900 ° C or higher. It was confirmed that there was no difference in the hardness improvement effect by.
From the above results, according to the rail manufacturing method and manufacturing apparatus according to the present invention, it was confirmed that the rail 9 having high ductility in both the head 91 and the foot 93 can be manufactured.

1 :製造装置
2 :加熱炉
3A,3A1〜3An :粗圧延機
3B :仕上圧延機
4 :粗冷却装置
41 :頭部冷却ノズル
42 :足部冷却ノズル
43 :頭部温度計
44 :足部温度計
45 :搬送テーブル
46a,46b :ガイド
461a,461b :開口部
5 :仕上冷却装置
6 :再加熱装置
7 :熱処理装置
71a〜71c :頭部冷却ヘッダ
72 :足部冷却ヘッダ
73 :頭部温度計
74 :制御部
8 :冷却床
9 :レール
91 :頭部
92 :腹部
93 :足部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1: Manufacturing apparatus 2: Heating furnace 3A, 3A1-3An: Rough rolling mill 3B: Finish rolling mill 4: Rough cooling apparatus 41: Head cooling nozzle 42: Foot cooling nozzle 43: Head thermometer 44: Foot temperature Total 45: Transfer table 46a, 46b: Guide 461a, 461b: Opening 5: Finishing cooling device 6: Reheating device 7: Heat treatment device 71a-71c: Head cooling header 72: Foot cooling header 73: Head thermometer 74: Control unit 8: Cooling floor 9: Rail 91: Head 92: Abdomen 93: Foot

Claims (5)

加熱されたレール鋼素材を熱間圧延し、
熱間圧延された前記レール鋼素材を冷却することで温度調整し、
温度調整された前記レール鋼素材を、20%以上の減面率で温度調整圧延することでレール形状に加工し、
前記レール鋼素材を温度調整する際に、前記レール形状の頭部および足部に相当する前記レール鋼素材の部位の表面温度を500℃以上1000℃以下に冷却することを特徴とするレールの製造方法。
Hot rolled steel rail material,
The temperature is adjusted by cooling the rail steel material that has been hot-rolled,
The temperature-adjusted rail steel material is processed into a rail shape by temperature-adjusting rolling at a surface reduction rate of 20% or more,
When the temperature of the rail steel material is adjusted, the surface temperature of the portion of the rail steel material corresponding to the rail-shaped head and feet is cooled to 500 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower. Method.
前記温度調整圧延をした後、1℃/秒以上10℃/秒以下の平均冷却速度で、前記レールの頭部の表面温度が600℃以下となるまで前記レールを熱処理することを特徴とする請求項1に記載のレールの製造方法。   After the temperature adjustment rolling, the rail is heat-treated at an average cooling rate of 1 ° C / second or more and 10 ° C / second or less until the surface temperature of the head portion of the rail becomes 600 ° C or less. Item 2. A method for manufacturing a rail according to Item 1. 前記レールを熱処理する前に、前記レールの頭部の表面温度が730℃以下の場合に、前記レールを730℃以上へ再加熱することを特徴とする請求項2に記載のレールの製造方法。   The rail manufacturing method according to claim 2, wherein the rail is reheated to 730 ° C. or higher when the surface temperature of the head of the rail is 730 ° C. or lower before heat-treating the rail. 前記レールを再加熱する際に、前記レールの頭部のみを再加熱することを特徴とする請求項3に記載のレールの製造方法。   The rail manufacturing method according to claim 3, wherein only the head of the rail is reheated when the rail is reheated. レール鋼素材を圧延する少なくとも一台の第1圧延機と、
前記第1圧延機にて圧延された前記レール鋼素材を冷却することで温度調整する冷却装置と、
温度調整された前記レール鋼素材を、20%以上の減面率で温度調整圧延することでレール形状に加工する少なくとも一台の第2圧延機と、
を有し、
前記冷却装置は、前記レール形状の頭部および足部に相当する前記レール鋼素材の部位の表面温度を500℃以上1000℃以下に冷却することを特徴とするレールの製造装置。
At least one first rolling mill for rolling rail steel material;
A cooling device for adjusting the temperature by cooling the rail steel material rolled by the first rolling mill;
At least one second rolling mill that processes the rail-steel material that has been temperature-adjusted into a rail shape by performing temperature-adjusted rolling at a reduction in area of 20% or more;
Have
The said cooling device cools the surface temperature of the site | part of the said rail steel raw material corresponded to the said rail-shaped head and leg | foot to 500 to 1000 degreeC, The manufacturing apparatus of the rail characterized by the above-mentioned.
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