KR20100116671A

KR20100116671A - 구름 접촉 피로 저항성 및 마모 특성의 양호한 결합을 갖는 레일 강

Info

Publication number: KR20100116671A
Application number: KR1020107020907A
Authority: KR
Inventors: 로버트 캐롤; 하워드 마틴 스미스; 스리칸트 자이스왈
Original assignee: 코러스 유케이 리미티드
Priority date: 2008-02-22
Filing date: 2009-02-23
Publication date: 2010-11-01
Also published as: EP2247764B1; CA2716282A1; JP5490728B2; BRPI0907583A2; MY153003A; KR101603355B1; RU2459009C2; ZA201006226B; US20110038749A1; EP2247764A1; RU2010138913A; CA2716282C; GB2469771B; ES2370149T3; PT2247764E; PL2247764T3; US8430976B2; AU2009216933A1; HRP20110815T1; ATE522633T1

Abstract

본 발명은 마모 특성 및 구름 접촉 피로 저항성의 양호한 결합을 갖는 고강도 퍼얼라이트 강 레일에 관한 것으로서,
상기 강은 0.88 % 내지 0.95 %의 탄소; 0.75 % 내지 0.92 %의 실리콘; 0.80 % 내지 0.95 %의 망간; 0.05 % 내지 0.14 %의 바나디움; 0.008 % 이하의 질소; 0.030 % 이하의 인; 0.008 % 내지 0.030 %의 황; 2.5 ppm 이하의 수소; 0.10 % 이하의 크롬; 0.010 % 이하의 알루미늄; 20 ppm 이하의 산소; 및 잔부 철 및 불가피한 불순물로 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

구름 접촉 피로 저항성 및 마모 특성의 양호한 결합을 갖는 레일 강{RAIL STEEL WITH AN EXCELLENT COMBINATION OF WEAR PROPERTIES AND ROLLING CONTACT FATIGUE RESISTANCE}

본 발명은 종래의 중량 화물 철로에 요구되는 마모 특성 및 구름 접촉 피로 저항성의 양호한 결합을 갖는 레일 강에 관한 것이다.

기차 속도 및 하중이 증가함으로 철로 운송이 보다 효율적으로 되었다. 그러나 이러한 증가는 또한 레일에 있어서 매우 큰 하중 상태를 의미하며, 추가로 부과되는 응력 사이클의 증가 및 증가된 응력에 대해 저항 및 내성이 큰 레일 재료 특성들의 개선이 필요하다. 마모의 증가는 특히 높은 비율의 화물 수송 및 높은 수송 밀도를 갖는 타이트한 곡선에서 특히 심하며, 레일의 사용 기한의 감소가 커지게 되며, 바람직하지 않다. 그러나 레일의 사용 기한은 공석 탄소 강을 사용하고, 미세한 퍼얼라이트 구조(fine pearlitic structure)를 갖는 고 강도 레일을 개발하고, 레일을 추가로 강화시키는 열처리 기술의 개선으로 최근 몇년에 크게 개선되었다.

마모에 대한 더 낮은 저항성을 필요로하는 철로의 직선 및 완만한 곡선 부분에서, 바퀴와 레일 사이의 반복적인 접촉으로 레일 헤드의 표면 상에 구름 접촉 피로(RCF) 파괴가 야기될 수 있다. 이러한 파괴로 레일 헤드 표면의 상부 평면에서 시작되어 이의 내부로 피로 균열이 확대된다. "스쿼트(squat)" 또는 "다크 스팟(dark spot)"이라고 하는 파괴는 고속 철로의 접면 궤도에서 주로 나타나며, 그 이유는 바퀴와 레일 사이의 반복적인 접촉으로 발생되는 레일 헤드 표면의 중심 상에 손상이 누적되기 때문이다.

이러한 파괴는 정해진 간격에서 레일 헤드 표면을 연마함으로써 제거할 수 있다. 그러나 차량 연마 및 작동 비용이 크며, 연마 시간도 기차의 진행 스케줄에 의해 제한적이다.

또 다른 해결책으로는 결함이 발생하기 이전에 레일 헤드 표면의 마모율을 증가시켜 누적된 손상이 마모되게 만드는 것이다. 레일의 마모율은 이의 마모 저항성이 강의 경도에 따라 달라지므로 이의 경도를 감소시킴으로써 증가시킬 수 있다. 그러나 단순한 강의 경도 감소는 레일 헤드 표면 상의 소성 변형을 야기하며, 차례 차례 최적 프로파일 손상을 야기하고, 구름 접촉 피로 균열을 발생시킨다.

베이나이트 구조(bainitic structure)를 갖는 레일은 퍼얼라이트 구조를 갖는 레일 보다 더 많이 마모되는데 베이나이트 구조를 갖는 레일이 부드러운 페라이트 매트릭스(soft ferritic matrix)에서 미세하게 분산된 카바이드 입자(carbide particles)로 구성되기 때문이다. 따라서 베이나이트 구조의 레일 상에서 진행하는 바퀴는 카바이드가 페라이트 매트릭스로 쉽게 마모되게 한다. 따라서 촉진된 마모로 레일 헤드의 레일 헤드 표면에서 피로-손상 층이 제거된다. 페라이트 매트릭스의 낮은 강도는 크롬 또는 다른 합금 원소들을 높은 퍼센트로 첨가하여 대응할 수 있으며, 압연된 것과 같이 요구되는 높은 강도를 제공한다. 그러나 증가된 합금 첨가는 비용적인 것 뿐만 아니라 또한 레일 사이의 용접 이음부에 단단한 취성 구조(hard and brittle structure)를 형성할 수 있다. 이러한 베이나이트 강은 응력 부식 균열에 좀더 민감하게 나타났으며, 잔류 응력의 좀 더 견고한 제어가 필요하다. 또한 베이나이트 강의 알루미노-열(alumino-thermic) 및 플래시 버트(flash butt) 용접의 성능을 개선시켜야 한다.

퍼얼라이트 구조를 갖는 레일은 단단한 시멘타이트(hard cementite)의 라멜라(lamellae) 및 소프트 페라이트의 결합물을 포함한다. 바퀴와 접촉하는 레일 헤드 표면 상에 소프트 페라이트를 눌러서 하드 시멘타이트의 라멜라만 남긴다. 이러한 시멘타이트 및 가공 경화의 효과로 레일의 요구되는 마모 저항성이 제공된다. 이러한 퍼얼라이트 강의 강도는 합금 첨가, 가속 냉각 또는 이들의 결합을 통해서 획득된다. 이러한 수단들을 이용하면 퍼얼라이트의 층상 간격이 감소한다. 강의 경도 증가로 마모 저항성이 증가한다. 그러나 약 360 HB 및 그 이상의 경도 값에서 마모율이 너무 작아 추가의 경도 증가로 크게 다른 마모율이 수득되지는 않는다. 그러나 완전하게 퍼얼라이트 미세구조를 갖는 공석 및 아공석 강 있어서의 경도 상한값으로 간주되는 것이 일반적인 ~400 HB까지의 경도 증가로 구름 접촉 피로에 대한 저항성이 개선되었다.

그러나 실제적인 조건하에서 이러한 고 강도 퍼얼라이드 강의 RCF 저항성은 구름 접촉 피로 균열의 시작을 연기시켜 레일 연마 작업 사이의 간격을 연장시키기 위한 추가의 개선이 필요하다.

따라서 본 발명의 목적은 현재의 열 처리 레일의 현저한 마모 저항성을 보유하면서 구름 접촉 피로에 저항하는 고강도 레일을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 하기를 (중량%로) 포함하는, 구름 접촉 피로 저항성 및 마모 특성의 양호한 결합을 갖는 고강도 퍼얼라이트 레일 강으로 획득하였다:

0.88 % 내지 0.95 %의 탄소;

0.75 % 내지 0.95 %의 실리콘;

0.80 % 내지 0.95 %의 망간;

0.05 % 내지 0.14 %의 바나디움;

0.008 % 이하의 질소;

0.030 % 이하의 인;

0.008 % 내지 0.030 %의 황;

2.5 ppm 이하의 수소;

0.10 % 이하의 크롬;

0.010 % 이하의 알루미늄;

20 ppm 이하의 산소; 및

잔류 철 및 불가피한 불순물.

본 발명에 따른 강의 화학적 조성물은 종래의 아공석 및 과공석 퍼얼라이트 강과 비교해서 매우 양호한 마모 특성들을 나타냈다. 본 발명자들은 균형된 화학적 조성물(balanced chemical composition)로 매우 미세하게 분산된 바나디움 카르보-니트라이드를 포함하는 큰 마모 저항성 퍼얼라이트가 제조된다는 것을 확인하였다. 또한 상기 RCF 저항성은 비교가능한 종래 강의 저항성 보다 현저하게 높다. 다수의 인자들이 함께 모여 이러한 개선들이 획득된다. 우선 철-탄소 상 다이아그램의 과공석 영역의 이동으로 미세구조 중의 하드 시멘타이트의 체적 분율이 증가한다. 그러나 레일에서 경험한 비교적 느린 냉각하에 이러한 고농도의 탄소는 결정 경계(grain boundary)에서 시멘타이트를 취화시키는 유해한 네트워크를 야기할 수 있다. 조성물에 더 높은 실리콘 및 바나디움의 고의적 첨가가 결정 경계 시멘타이트를 방지하기 위해서 설계되었다. 이러한 첨가는 또한 두번째로 동일하게 중요한 기능을 갖는다. 실리콘은 고용체 강화제(solid solution strengthener)이며, RCF 개시에 대한 퍼얼라이트의 저항성을 증가시키는 퍼얼라이트 페라이트의 강도를 증가시킨다. 유사하게 퍼얼라이트 페라이트 내에 미세한 바나디움 카르보-니트라이드의 석출로 이의 강도가 증가하여 상기의 결합된 퍼얼라이트 미세구조의 RCF 저항성이 증가한다. 조성물 설계의 추가 특성은 질소 함량을 제한하여 질화바나디움의 미성숙 및 거친 석출물을 방지하는데 그 이유는 퍼얼라이트 페라이트의 강도 증가에 효과적이지 않기 때문이다. 상기로 인해서 바나디움 첨가물이 더 낮은 온도에서 오스테나이트 내의 용액 중에 남아있고, 이에 따라 미세한 석출물이 얻어지는 것이 확실하다. 용액 중의 바나디움은 또한 경화능 제제로서 활성을 가져 퍼얼라이트 간격을 개선한다. 따라서 본 실시양태에서 청구하는 조성물의 특이적 설계는 마모 및 RCF 저항성이 모두 높은 목적하는 미세구조를 생성하기 위해서 개개 원소의 다양한 속성을 이용한다. 따라서 강화된 RCF 및 마모 저항성은 더 낮은 경도 값에서 수득될 수 있다. 더 높은 경도가 레일에서의 더 높은 잔류 응력과 관련이 있는 것이 일반적이므로, 더 낮은 경도는 특히 피로 균열의 성장 속도를 감소시키는데 유리한 본 발명에 따른 레일의 이러한 잔류 응력을 감소시키는 것을 의미한다. 본 발명에 따른 강의 기계적 특성들은 높은 캔트화 곡선(canted curves)의 낮은 레일 상에서 및 타이트한 곡선에서 사용하는 것이 일반적인 종래의 등급 350 HT와 유사하다. 추가의 개선은 열간 압연 또는 열 처리 후에 레일을 가속 냉각하여 획득할 수 있다.

본 발명의 하나의 실시양태에서 질소의 최소량은 0.003 %이다. 적당한 최대 질소 함량은 0.007 %임이 확인되었다.

바나디움은 강에 존재하는 질소의 함량 및 온도에 따라 바나디움 카바이드 또는 질화바나디움을 형성한다. 원칙적으로 석출물의 존재로 강의 강도 및 경도가 증가하지만 석출물의 유효성은 이들이 거친 입자로 고온에서 석출하는 경우에 감소한다. 질소 함량이 너무 높으면, 저온에서의 미세한 바나디움 카바이드 대신에 고온에서 질화바나디움의 형성이 증가하는 경향을 보인다. 본 발명자들은 질소 함량이 0.007 % 이하인 경우에 목적하지 않은 질화바나디움의 양이 목적하는 바나디움 카바이드와 비교해서 적으며, 즉 미세하게 분산된 바나디움 카바이드의 존재의 유리한 효과가 강하면서 질화바나디움 존재의 유해한 영향은 관찰되지 않은 것을 확인하였다. 질소의 최소량 0.003 %는 단지 작은 비율만이 고온의 비교적 거친 질화바나디움 석출물과 결합되도록 함으로써 고가의 바나디움 첨가의 유효성을 최대화하는 실질적인 하한값이다. 질소의 적당한 최대 값은 0.006 %이거나, 심지어 0.005 %이다.

본 발명의 실시양태에서, 바다디움의 최소량은 0.08 %이다. 적당한 최대 함량은 0.13 %인 것이 확인되었다. 바람직하게 바나디움은 0.08 % 이상 및/또는 0.12 % 이하이다. 바나디움 카르보-니트라이드를 미세하게 분포시키기 위해서 본 발명자들은 약 0.10 % 바나디움의 양이 최적이며 바람직하다는 것을 확인하였다. 유리한 효과는 바나디움의 양이 증가함에 따라 감소되며, 경제적으로도 불리하다.

탄소는 레일 강에서 합금 원소를 강화시키는 것에 비용적으로 가장 효과적이다. 적당한 최소 탄소 함량은 0.90 %임이 확인되었다. 바람직한 탄소 범위는 0.90 내지 0.95 %이다. 상기 범위에서 결정 경계에서 시멘타이트를 취화시키는 유해한 네트워크 석출의 방지와 하드 시멘타이트의 체적 분율 사이의 최적의 균형을 제공한다. 탄소는 또한 더 낮은 변태 온도와, 이에 따라 더 미세한 층상 간격을 촉진하는 잠재적인 경화능 제제이다. 미세한 층상 간격 및 하드 시멘타이트의 높은 체적 분율로 마모 저항성이 제공되며, 본 발명의 실시양태에서 포함되는 조성물의 RCF 저항성 증가에 기여한다.

실리콘은 0.75 내지 0.95 %의 범위에 걸쳐 퍼얼라이트 구조에서의 페라이트의 고용체 강화에 의해 강도를 개선시킨다. 0.75 내지 0.92 %의 실리콘 함량은 용접력 뿐만 아니라 레일의 연성(ductility) 및 인성(toughness)의 양호한 균형을 제공하는 것으로 확인되었다. 값이 더 높아지면 연성 및 인성 값이 신속하게 떨어지며, 값이 더 낮아지면 강의 마모 및 특히 RCF 저항성이 급속하게 감소한다. 추천하는 수준에서의 실리콘은 또한 결정 경계에서의 시멘타이트를 취화시키는 유해한 네트워크에 대한 효과적인 안전 장치를 제공한다. 바람직하게 최소 실리콘 함량은 0.82 %이다. 0.82 내지 0.92 범위는 용접성 뿐만 아니라 레일의 연성 및 인성의 매우 양호한 균형을 제공한다는 것이 입증되었다.

망간은 퍼얼라이트의 경화능을 개선시킴으로써 강도를 증가시키는 유효한 원소이다. 이의 우선적인 목적은 퍼얼라이트 변태 온도를 낮추는 것이다. 이의 함량이 0.80 % 이하이면 망간의 효과는 선택된 탄소 함량에서 목적하는 경화능을 획득하기 불충분하다는 것이 확인되었으며, 0.95 % 이상의 값에서는 망간의 분리 때문에 마텐자이트의 형성 위험이 증가한다. 높은 망간 함량으로 용접 작업이 보다 어려워진다. 바람직한 실시양태에서 망간 함량은 0.90 % 이하이다. 바람직하게 강의 인 함량은 0.015 % 이하이다. 바람직하게 알루미늄 함량은 0.006 % 이하이다.

황 값은 0.008 내지 0.030 %이어야 한다. 최소 황 함량의 이유는 강에 존재할 수 있는 임의의 잔류 수소에 대한 싱크로 작용하는 MnS 개재물(inclusion)이 형성된다는 것이다. 레일 중의 임의의 수소로 인해서 바퀴로부터의 높은 응력 하에서 헤드에서 피로 균열("tache ovals"로 알려져 있음) 이 시작될 수 있는 날카로운 면을 갖는 작은 균열들인 미세 균열(shatter cracks)로 알려진 것들이 생성된다. 0.008 % 이상의 황을 첨가하면 수소의 유해한 영향을 방지한다. 0.030 %의 최대 값을 선택하여 구조의 취화를 방지한다. 바람직하게 최대 값은 0.020 % 이하이다. 바람직한 실시양태에서 본 발명에 따른 강은 하기로 이루어진다:

0.90 % 내지 0.95 %의 탄소;

0.82 % 내지 0.92 %의 실리콘;

0.80 % 내지 0.95 %의 망간;

0.08 % 내지 0.12 %의 바나디움;

0.003 % 내지 0.007 %의 질소;

0.015 % 이하의 인;

0.008 % 내지 0.030 %의 황;

2 ppm 이하의 수소;

0.10 % 이하의 크롬;

0.004 % 이하의 알루미늄;

20 ppm 이하의 산소;

잔부 철과 불가피한 불순물; 및

퍼얼라이트 구조를 가짐.

RCF 및 마모 저항성은 R.I. Carroll, Rolling Contact Fatigue and surface metallurgy of rail, PhD Thesis, Department of Engineering Materials, University of Sheffield, 2005에 기재된 설비와 유사한 실험실 규모의 트윈-디스크 설비를 사용하여 측정하였다. 상기 장비는 바퀴가 레일 상에서 굴러가고, 미끄러지는 경우에 나타나는 힘을 시뮬레이션한다. 이러한 시험에서 사용되는 바퀴는 표준 영국 바퀴인 R8T-바퀴이다. 이러한 평가는 전형적인 레일 자격 절차의 일부분은 아니지만 상이한 레일 강 조성물의 상대적인 가동중 성능에 관해서 양호한 지표를 제공하는 것으로 확인되었다. 마모 시험의 시험 조건은 750 MPa 접촉 응력, 25 % 슬립 및 무윤활의 사용을 포함하지만, RCF에 대한 시험 조건은 900 MPa의 더 높은 접촉 응력, 5 % 슬립(slip) 및 물 윤활을 이용한다.

본 발명은 구름 접촉 피로에 대한 이의 저항성이 종래 열 처리된 레일에서 보다 훨씬 더 큰다는 것을 보여준다. 압연 조건에서 370 HB 경도의 퍼얼라이트 레일 (80000 사이클)과 비교해서 62 % 이상의 균열 발생까지의 사이클 수(130000 사이클)를 증가시키는 것으로 나타났다. 본 발명의 열 처리는 추가로 160000 사이클까지 이의 RCF 저항성을 증가시킨다.

본 발명의 실시양태에서, 퍼얼라이트 레일은 물 윤활 트윈 디스크 시험 조건하에서 개시까지 130,000 이상의 사이클의 RCF 저항성을 갖도록 제공된다. 상기에서 기재한 것과 같이 이러한 값들은 구름 및 슬라이딩 조건하이다.

본 발명의 실시양태에서 퍼얼라이트 레일은 열 처리된 종래의 레일 강과 대등한 마모 저항성이 있으며, 바람직하게는 상기에서 기재한 것과 같이 시험하는 경우 마모는 320 내지 350 HB 사이의 경도에서 40 mg/m 슬립 미만이며, 또는 350 HB 초과의 경도에서 20 mg/m 미만, 바람직하게는 10 mg/m 슬립 미만이다.

본 발명은 트윈 디스크 시험 중에 마모에 대한 이의 저항성은 가장 강한 종래의 열 처리된 레일 만큼 효과적이라는 것을 입증하였다. 압연 조건에서 레일의 마모 저항성은 370 HB의 높은 경도를 갖는 종래의 열 처리된 레일 보다 더 크다. 열 처리된 조건에서 레일은 400 HB의 경도를 갖는 종래의 레일과 유사한 매우 낮은 마모율을 갖는다.

불가피한 불순물의 최대 추천 수준은 상한선은 EN13674-1:2003을 기준이며, 이에 따른 상한은 Mo 0.02 %, Ni 0.10 %, Sn - 0.03%, Sb - 0.020 %, Ti - 0.025 %, Nb - 0.01 %이다.

몇몇 비-제한적 예에 따르면 선택된 합금 원소내에서 설계된 변이를 갖는 두개의 주조물 A 및 B를 준비하였으며, 잉곳으로 주조한다. 이러한 예들의 화학적 조성물들을 표 1에 나타냈다.

이러한 잉곳을 표준 330 x 254 레일 블룸 섹션으로 분괴(cog)하고, 56E1 섹션으로 압연하였다. 모든 레일 길이는 어떠한 내부 또는 표면 파손 결함 없이 제조되었다. 이러한 레일은 열간 압연(as-hot-rolled) 조건 및 제어된 가속 냉각 조건에서 시험하였다.

강의 경도는 342 HB 내지 349 HB로 확인되었다. 레일의 수명 평가에 대한 경도에 의존하는 경우에 상기 강은 최소 등급 350 HT를 충족하지 않는다는 결론이 유도된다. 그러나 발명자들은 본 발명에 따라 좁은 화학적 윈도우에서 강을 선택함으로써 유사한 기계적 특성들을 나타내면서 마모 저항성 및 RCF 저항성 둘 다가 탁월하며, 등급 350 보다 더 나은 결과를 유도한다는 것을 확인하였다. 열 처리 조건(즉 가속 냉각 조건)에서 경도는 약 400 HB이다.

표 2에서의 강들은 상용 시험물이다. 이러한 강들로 수득된 결과로 실험실 주조물들의 결과를 확인하였다. 상용 주조물들의 마모 저항성은 실험실 주조물의 것 보다 더 나았다. 상기는 산업적 시험물에서 수득된 더 미세한 미세구조 및 미세한 퍼얼라이트 때문에 기인하는 것으로 믿어진다. 예를 들면 강 C에 대한 마모율(mg/m 슬립)은 3.6으로 나타났으며, 강 A 및 B에 대한 값들은 대략 25이다. 후자의 값들은 R260 및 R350HT의 통상적인 값들(각각 124 및 31)과 비교해서 매우 양호하지만, 상용 시험물(commerical trial)도 또한 실험실용 실험물의 값들을 초과한다. 상기 RCF-저항성은 또한 균열 발생까지 200000-220000 사이클을 갖는 상용 주조물들에서 현저하게 높다. 실험실용 실험물들은 130000-140000이다. 이러한 개선은 상용 실험 주조물들에 있어서 0.008 % 임계값 이상인 황 함량이 적어도 일부분 기여하며, 또한 산업용 실험물에서 수득된 미세한 퍼얼라이트 및 미세한 미세구조도 또한 기여한다. 또한 상기 값들은 각각 50000 및 80000인 R260 및 R350HT에 있어서의 통상적인 값들 보다 이미 훨씬 더 높다. 레일에서 측정된 경도 값들은 레일의 전반적인 단면적에 걸쳐 매우 균일하다.

강들은 또한 플래시 버트 용접 및 알루미노-열 용접에 의해 용접하였으며, 두개의 경우에 용접으로 균질한 용접(동일한 물질들) 및 불균질한 용접(상이한 물질들)에 있어서 요구되는 표준을 만족하는 것으로 입증되었다.

모든 다른 관련된 특성들도 현재 이용가능한 퍼얼라이트 레일 강 등급의 것들과 유사하거나 또는 그 이상이었으며, 이에 따라 현재 이용가능한 퍼얼라이트 레일 강 등급의 것들과 유사하거나 또는 그 이상인 특성들 뿐만 아니라 구름 접촉 피로 저항성 및 마모 특성들이 탁월하게 결합된 레일이 수득되었다.

도 1에서는 레일의 경도 함수로서 (HB로) 본 발명에 따른 레일의 RCF 발생에 대한 사이클 수(원)를 종래의 퍼얼라이트 강(정사각형)과 비교하였다. 본 발명에 따른 레일은 공지된 레일보다 더 나은 결과를 가져왔으며, 구름 접촉 피로에 대한 이들의 저항성에서도 계단 변화 개선을 보여주었다. 산업용 실험물의 결과들도 또한 나타냈다(삼각형).

도 2에서 mg/m 슬립으로 본 발명에 따른 레일의 마모 특성들(원)을 레일의 경도 함수로 (HB로) 종래의 퍼얼라이트 강(정사각형)과 비교하였다. 본 발명에 따른 레일의 마모율은 380 HB 이하의 경도에 있어서의 종래의 레일 강 보다 더 낮았으며, 380 HB 보다 더 큰 경도 값에 있어서는 종래의 레일 강과 비슷하다. 산업용 실험물의 결과도 또한 나타냈다(삼각형).

Claims

마모 특성 및 구름 접촉 피로 저항성의 양호한 결합을 갖는 고강도 퍼얼라이트 강 레일으로서,
상기 강은
0.88 % 내지 0.95 %의 탄소;
0.75 % 내지 0.95 %의 실리콘;
0.80 % 내지 0.95 %의 망간;
0.05 % 내지 0.14 %의 바나디움;
0.008 % 이하의 질소;
0.030 % 이하의 인;
0.008 % 내지 0.030 %의 황;
2.5 ppm 이하의 수소;
0.10 % 이하의 크롬;
0.010 % 이하의 알루미늄;
20 ppm 이하의 산소; 및
잔부 철과 불가피한 불순물로 이루어진 것을 특징으로 하는 퍼얼라이트 강 레일.
제 1 항에 있어서,
탄소는 0.90 % 이상인 것을 특징으로 하는 퍼얼라이트 강 레일.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
질소는 0.003 % 이상이거나 또는 질소는 0.007 % 이하인 것을 특징으로 하는 퍼얼라이트 강 레일.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
질소는 0.005 % 이하인 것을 특징으로 하는 퍼얼라이트 강 레일.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
바나디움은 0.08 % 이상 및/또는 0.12 % 이하인 것을 특징으로 하는 퍼얼라이트 강 레일.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
0.90 % 내지 0.95 %의 탄소;
0.82 % 내지 0.92 %의 실리콘;
0.80 % 내지 0.95 %의 망간;
0.08 % 내지 0.12 %의 바나디움;
0.003 % 내지 0.007 %의 질소;
0.015 % 이하의 인;
0.008 % 내지 0.030 %의 황;
2 ppm 이하의 수소;
0.10 % 이하의 크롬;
0.004 % 이하의 알루미늄;
20 ppm 이하의 산소; 및
잔부 철 및 불가피한 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 퍼얼라이트 강 레일.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
망간은 0.90 % 이하인 것을 특징으로 하는 퍼얼라이트 강 레일.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
물로 윤활된 트윈 디스크 시험 조건하에서 발생까지 130,000 이상의 사이클의 RCF 저항성을 갖는 것을 특징으로 하는 퍼얼라이트 강 레일.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
열 처리된 종래의 레일 강들과 동등한 마모 저항성을 가지며, 바람직하게 마모는 320 내지 350 HB의 경도에서 40 mg/m 슬립(slip) 미만이거나, 또는 350 HB 초과의 경도에서 20 mg/m 미만, 바람직하게는 10 mg/m 슬립 미만인 것을 특징으로 하는 퍼얼라이트 강 레일.