KR930010334B1 - 고강도.내손상 레일 및 그 제조장치 - Google Patents

고강도.내손상 레일 및 그 제조장치 Download PDF

Info

Publication number
KR930010334B1
KR930010334B1 KR1019910013150A KR910013150A KR930010334B1 KR 930010334 B1 KR930010334 B1 KR 930010334B1 KR 1019910013150 A KR1019910013150 A KR 1019910013150A KR 910013150 A KR910013150 A KR 910013150A KR 930010334 B1 KR930010334 B1 KR 930010334B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
rail
head
hardness
weight
less
Prior art date
Application number
KR1019910013150A
Other languages
English (en)
Other versions
KR920002236A (ko
Inventor
오. 베시 고오던
에이. 호브랜드 존
쥰 후루가와
히데유끼 야마나까
고죠 후꾸다
도모우 호리다
유즈루 가따오까
마사히로 우에다
데쓰나리 이데
아쓰시 이또
다까오 기노
Original Assignee
버어링톤 노우던 레일로드 컴퍼니
더블류. 이. 글래빈
엔케이케이 코퍼레이션
야마시로 아끼나리
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 버어링톤 노우던 레일로드 컴퍼니, 더블류. 이. 글래빈, 엔케이케이 코퍼레이션, 야마시로 아끼나리 filed Critical 버어링톤 노우던 레일로드 컴퍼니
Publication of KR920002236A publication Critical patent/KR920002236A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR930010334B1 publication Critical patent/KR930010334B1/ko

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B1/00—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations
    • B21B1/08—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations for rolling structural sections, i.e. work of special cross-section, e.g. angle steel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/04—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for rails
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D2221/00—Treating localised areas of an article
    • C21D2221/02—Edge parts

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)
  • Railway Tracks (AREA)
  • Heat Treatments In General, Especially Conveying And Cooling (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

Abstract

내용 없음.

Description

고강도.내손상 레일 및 그 제조장치
제1도는 철도차량의 발명에 관한 레일의 두부(頭部)를 도시하는 단면도.
제2도는 철도차량에 작용하는 수직하중과 손상수명과의 관계를 파악하기 위한 2원통접촉 전동시험을 설명하기 위한 도면.
제3도는 제2도에 도시하는 시험에 있어서 수직하중과 손상수명과의 관계를 도시하는 도면.
제4도는 2원통식 접촉회전 마모시험에 있어서 경도와 마모속도와의 관계 및 조직과 마모속도와의 관계를 도시하는 도면.
제5도는 레일의 두정부(頭頂部) 및 코너부 사이의 경도비와 손상수명과의 관계를 도시하는 도면.
제6도는 이 발명에 관한 레일의 경도분포의 예를 도시하는 도면.
제7도는 레일두부의 경도분포를 도시하는 도면.
제8도는 제7도에 도시한 경도분포의 측정포인트를 도시하는 도면.
제9도는 조성 또는 열처리방법이 다른 레일시험편에 있어서 경도비와 손상수명과의 관계를 도시하는 도면.
제10도는 레일소재를 냉각하는 방법을 설명하기 위한 도면.
제11도 및 제12도는 본 발명에 관한 레일냉각방법 및 부수적인 방법을 실시할 때에 이용하는 레일두정부 냉각용 헤더의 노즐구멍의 배열을 도시하는 것으로서, 제11도는 본 발명의 예를 도시한 도면이고, 제12도는 종래예를 도시한 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 두정부 2 : 코너부
3 : 측부 4 : 턱부
본 발명은 고강성의 궤도를 갖는 고축중(高軸重)철도 급곡선에 이용되는 내마모용 고강도.내손상 레일에 관한 것이며, 특히 사용초기에 있어서 차바퀴와의 친숙성을 개선하고, 두정부의 내손상성을 향상시킨 고강도.내손상 레일 및 그 제조방법에 관한 것이다.
레일의 두부는 일반적으로 두정부, 코너부, 두측부 및 턱부를 갖고 있다. 그리고, 고축중철도의 급곡선부의 목재침목을 사용한 궤도에서, 종래부터 이용되고 있던 내마모용 고강도레일은 코너부 및 두측부와, 두정부와의 사이에서 경도가 같아지도록 열처리되어 형성되어 있다. 따라서, 재질의 면에서 말하면 레일코너부와 레일두정부에서 내마모특성은 동등하게 되어 있다.
그러나, 차바퀴와 레일과의 접촉은 복잡하고, 레일두부의 위치에 따라 접촉환경이 달려져 있다. 고축중철도 급곡선부에서는 레일게이지 코너부(안쪽의 코너부) 및 레일 두측면에 작용하는 미끄러짐이 크고, 한편, 접촉압력은 레일두정부 및 레일게이지 코너부에서 크다. 이 결과, 종래의 내마모용 고강도레일에서는 레일게이지 및 코너부 및 레일두측부는 레일두정부보다도 마모가 촉진된다. 따라서, 레일두정부는 항상 레일게이지 코너부보다도 마모가 늦게 진행되고, 차바퀴에서의 접촉압력은 레일두정부 중앙의 마모가 늦는 부분에서 최대가 된다.
이러한 레일두부의 마모특성이 균일한 종래의 내마모용 고강도레일은 전술한 바와 같은 차바퀴와의 접촉상태가 되므로 신제품의 사용초기에 있어서 차바퀴와의 친숙성이 늦어지고, 국소적인 최대접촉적응력이 길게 존재하고, 피로성의 결함이 생기기 쉽다. 또한, 이에 덧붙여서 레일과 차바퀴가 친숙해진 후에도, 레일두정부에 최대접촉압력이 작용한다. 목재침목을 사용한 궤도에서는 이러한 상태에서도 문제는 적지만 콘크리트 침목을 사용한 고강성 궤도의 경우 철도차량의 통과에 다르는 최대접촉압력이 증가하기 때문에 레일두정부 중앙에 헤드체크라 불리우는 손상이 발생한다는 문제가 나타나고 있다.
종래, 이러한 헤드체크를 방지하기 위해 레일에 피로가 축적되기전에 레일 두부표층을 바르게 깍아내는 방법을 채용하고 있지만 삭정(削正)에는 시간과 비용이 들고, 또한 적절한 삭정시간을 결정하는 것이 곤란하다.
본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로 철도차량의 바퀴무게를 경감시키지 않고 레일두정부 중앙에 발생하는 최대접촉압력을 완화하고, 레일의 삭정을 실시하지 않아도, 레일두정부 중앙에 피로가 축적되지 않고, 내접촉피로손상성에 우수하고 또, 차바퀴와의 초기친숙특성이 양호한 고강도.내손상 레일 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이 발명에 관한 고강도.내손상 레일은 첫째로 C가 0.60 내지 0.85중량%, Si가 0.1 내지 1.0중량%, Mn이 0.5 내지 1.5중량%, P가 0.035중량% 이하, S가 0.040중량% 이하, Al이 0.05중량% 이하이며, 잔여부가 Fe 및 불가피한 불순물로 구성되고, 그 코너부 및 두측부의 경도가 HB341 내지 405이며, 그 두측부의 경도가 이 코너부 및 두측부의 경도의 0.9 이하인 것을 특징으로 한다.
또한, 둘째로, C가 0.60 내지 0.85중량%, Si가 0.1 내지 1.0중량%, Mn이 0.5 내지 1.5중량%, P가 0.035중량% 이하, S가 0.040중량% 이하, Al이 0.05중량% 이하이며, 0.05 내지 1.5중량%의 Cr, 0.01 내지 0.20중량%의 Mo, 0.01 내지 0.10중량%의 V, 0.1 내지 1.0중량%의 Ni, 0.005 내지 0.50중량%의 Nb중 1종류 또는 2종류이상을 함유하고, 잔여부가 Fe 및 불가피한 불순물로 구성되고, 코너부 및 두측부의 경도가 HB341 내지 405이며, 레일 두부의 경도가 이 코너부 및 두측부의 경도의 0.9 이하인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관한 고강도.내손상 레일의 제조방법은 열간압연(熱間壓延)에 의해 상기 제1 또는 제2의 레일의 조성을 갖는 레일소재을 제조하는 공정과, 이 레일소재의 두부의 오스테나이트영역 온도로 유지한 상태에서 냉각헤더의 복수의 냉매분출노즐에서 레일소재로 냉매를 불어서 레일두부를 냉각하는 공정을 갖고, 상기 냉각공정은 상기 냉각헤더의 노즐개수, 노즐직경 및 냉매의 분출압력 중, 적어도 1종류를 조절하여 레일두정부의 냉각속도가 레일두측부의 냉각속도보다도 늦어지도록 실시되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관한 레일의 제어냉각방법은 레일소재를 오스테나이트영역 온도로 유지하는 공정과, 냉각헤더의 노즐개수, 노즐직경 및 냉매의 분출압력 중 적어도 1종류를 조절하여 냉각헤더의 복수의 냉매분출노즐에서 레일소재로 냉매를 불어서 레일두부의 부위에 의해 냉각속도가 다르도록 레일두부를 냉각하는 공정을 갖는 것을 특징으로 한다.
이러한 고강도.내손상 레일에 있어서는 레일두정부의 초기친숙성 및 고강성궤도 사용환경하에 있어서 레일두정부의 내손상성을 개선할 수 있다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
제1도는 본 발명에 관한 고강도.내손상 레일의 두부를 도시하는 단면도이다. 레일두부는 두정부(1), 코너부(2), 두측부(3) 및 턱부(4)를 갖고 있다. 코너부(2)의 한쪽은 사용시에 차바퀴와 접촉하는 게이지코너부가 된다.
레일의 손상, 특히 두정부(1)의 헤드체크는 레일두부에 미치는 접촉응력이 높아짐에 따라 단기간에 발생하게 된다. 이것은 제2도 및 제3도를 참조하여 설명한다. 제2도는 접촉면굴곡률 반경이 15mm로 최대직경이 30mm인 레일시험편과, 직경 30mm이고 주면이 플랫형상인 차바퀴시험편과를 사용한 2원통 접촉전동피로시험방법을 도시하는 모식도이다. 이 시험에 의해 수직가중과 손상수명과의 관계를 구하면 제3도에 도시하는 바와 같은 결과가 얻어진다. 즉, 수직하중이 높은 경우에 즉, 접촉적응력이 높은 경우에 단기간에 손상이 발생하는(즉, 손상수명이 짧은것)것을 확인할 수 있다.
한편, 신품의 고강도레일의 사용초기에 있어서, 차바퀴와의 친숙성이 좋지 않은 경우, 레일에 집중적인 수직하중이 작용하고, 손상이 발생하기 쉽다. 또한 레일의 차바퀴와 접촉하는 부분의 형상이 레일의 마모에 의해 차바퀴와 친숙해져 있는 경우, 마모속도가 늦는 부분에서는 수직적응력이 선택적으로 작용한다. 이러한 점에서 레일의 수명을 연장시키기 위해서는 종래의 레일의 두정면에 있어서 마모속도가 늦음으로써 지나치게 작용하고 있던 최대수직적응력을 분산시키는 것이 유효하다고 말할 수 있다.
이처럼 두정부(1)의 헤드체크를 방지하기 위해서는 레일에 걸리는 하중을 저감하거나 또는 차바퀴에서의 접촉압력이 국부적으로 집중하지 않도록 접촉상황을 제어하는 방법이 생각된다.
본 발명에 있어서는 철도차량의 바퀴무게를 경가시키지 않고, 과제를 해결하는 관점에서 후자의 방법을 채용하고 있다. 즉, 열차를 지지하기 위한 강도와 내모마성과를 유지하면서 또 레일의 두정부에 있어서 최대접촉적응력을 저하시키는 레일조성을 조절하고, 또한 레일의 코너부 및 두측부보다도 두정부의 쪽이 경도가 낮아지도록 했다.
다음에, 본 발명에 관한 레일의 성분조성의 한정이유에 대하여 설명한다.
우선, C는 0.60~0.85중량%이다. 0.6% 이상으로 함으로써 양호한 강도 및 내마모성을 기대할 수 있는 한편, 0.85를 넘으면 초석(初析) 시멘타이트의 석출에 의해 인성(靭性)이 저하하기 때문이다.
Si는 0.1~1.0중량%이다. 레일강도확보를 위해 0.1% 이상 필요하지만 1.0%를 넘으면 인성 및 용접성이 약화하기 때문이다.
Mn은 0.5~1.5중량%이다. 레일강도확보를 위해 0.5% 이상 필요하지만 1.5%를 넘으면 인성 및 용접성이 악영향을 미치기 때문이다.
P 및 S에 대해서는 연성약화를 회피하기 위해 각각 0.035중량% 이하 및 0.040중량% 이하로 했다.
Al은 피로성능을 약화시키는 성분이기 때문에 0.05를 상한으로 했다.
특히, 차바퀴와 레일과의 접촉조건이 엄격한 곳에서 이용되는 레일에 관해서는 레일게이지 코너부의 내마모성과의 강도를 한층 양호하게 하기 위해 Cr, Mo, V, Ni 및 Nb의 1종류 또는 2종류이상을 저합금첨가한다.
Cr은 0.05 내지 1.50%이다. 0.5% 이상이라면 펄라이트멜라(pearlite lamellar) 간격을 작게 하여 펄라이트를 미세화하고, 강도, 내마모성 및 내손상성을 향상시키지만 1.50%를 넘으면 용접성에 악영향을 준다.
Mo는 0.01~0.2중량%이다. Mo는 Cr과 마찬가지로 강도를 향상시키는 원소이며, 그 효과는 0.01% 이상으로 나타난다. 이에 대하여 0.2%를 넘으면 용접성이 약화한다.
Nb 및 V는 석출강화원소이며, 각각 0.005~0.050중량% 및 0.01~0.10중량%이다. 이들이 석출강화원소로서의 효과를 얻기 위해서는 Nb는 0.005% 이상, V는 0.01% 이상 첨가할 필요가 있다. 한편, Nb가 0.05%, 또는 V가 0.10%를 넘어서 첨가하면 Nb 또는 V의 조대한 탄질화물이 석출되고, 레일의 인성을 약화시킨다.
Ni는 강도 및 인성의 향상에 효과가 있는 원소이며, 0.1~1.0중량%이다. 0.1% 보다도 적으면 효과가 나타나지 않고, 1.0%에서 효과가 포화하기 때문이다. 이 발명에 관한 레일은 이러한 성분조성을 갖고, 미세펄라이트조직을 갖고 있다. 그리고, 이 발명에 있어서는 전술한 바와 같이 레일의 두부의 경도분포를 조절하여 레일각부의 마모특성을 제어하고, 최대접촉압력의 수준을 낮게 억제함으로써, 고강성궤도에 있어서 고접촉압력의 발생에 의한 레일두정부의 헤드체크손상을 억제한다. 바람직한 경도분포는 예를들면 각 부분에 있어서 열처리를 조절함으로써 달성된다.
또한 두정부의 금속조직을 변화시킴으로써 마모속도를 조정해도 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 즉, 본 발명에서는 미세펄라이트조직을 전제로 하여 적절한 처리에 의해 레일의 경도분포를 조절하고 있지만 금속조직을 변화시킴으로써 경도에 관계없이 마모특성을 제어할 수 있다. 예를들면, 제4도에 도시하는 바와 같이 같은 경도에서는 미세펄라이트조직이 가장 마모특성이 양호하다. 또한, 이 도면에 도시하는 바와 같이 금속조직을 제어함으로써 경도를 향상시켜서 피로강도를 계속 향상시키고, 마모속도를 향상시키는 것도 가능하다.
다음에 미세펄라이트조직의 레일에 있어서 상술한 바와 같은 효과를 실용적으로 얻기 위한 레일두정부와 레일코너부 및 두측부와의 사이의 경도비에 대하여 설명한다. 전술한 바와 같이 차바퀴에서의 접촉압력이 국부적으로 집중하지 않도록 접촉상황을 제어하기 위해서는 레일두정부의 경도를 레일코너부 및 두측부의 경도보다도 작게 하면 좋다. 이들의 바람직한 경도비를 2원통식 전동시험기에 의한 손상수명시험에 의해 파악했다. 이 시험은 실제차바퀴 및 레일의 1/4의 단면 크기를 갖는 원통시험편을 작성하여 실시했다. 또한 차바퀴시험편의 경도는 약 HB(브리넬 경도) 331로 했다. 또한 레일시험편으로서는 C-Mn재(0.77% C, 0.23% Si, 0.90% Mn, 0.019% P, 0.088% S, sol Al)에서 채취한 것을 이용하고, 두부상당부분에 열처리를 실시하고, 레일코너부에 상당하는 부분의 경도를 약 HB370에 고정하고, 레일두정부에 상당하는 부분을 연화시켜서 경도차를 설정했다. 그 결과, 제5도에 도시하는 바와 같은 결과가 얻어졌다. 제5도는 횡축에 레일두정부 상당부분과 레일코너부 상당부분과의 사이의 경도비(브리넬 경도)를 잡고, 종축에 종래의 내마모용 고강도레일(이완 열처리 레일)에 대한 두정부손상수명비를 잡고, 이들의 관계를 도시하는 그래프이다. 이 제5도에 도시하는 바와 같이 레일두정부 상당부분의 경도와 레일코너부분의 경도와의 비를 0.9 이하로 한 경우에 레일두정부 상당부분에 있어서 손상의 발생이 현저히 억제되는 것이 확인되었다. 또한 이 범위에서 초기에 있어서 레일두부와 차바퀴와의 친숙함이 촉진되는 것도 확인되었다. 따라서 본 발명에서는 두정부와 레일코너부 및 두측부와의 사이의 경도비를 0.9 이하로 설정했다. 또한 경도비가 0.6 이하인 경우에는 레일게이지코너부에 상당하는 부분에 손상이 발생하는 것이 확인되었다. 따라서 이 경도비는 0.6 이하가 바람직하다.
또한 레일의 경도 및 내마모성을 충분한 값으로 하기 위해서는 레일코너부 및 두측부의 경도를 HB341~HB405의 범위에 설정한다.
본 발명에 관한 고강도.내손상 레일에 있어서 두부의 경도분포의 예를 제6도에 도시한다. 제6a도에서는 레일두측면에서 두부폭의 1/4내부까지의 부분 중 레일두정면에서 깊이 15mm까지의 부분 및 제6a도에 있어서 점 A, A'에서의 턱부까지의 직선과 레일두측면에 의해 둘러싸여지는 부분이 레일코너부 및 레일두측부이며, 이들 부분의 경도를 통상의 고강도레일의 마모특성을 갖도록 HB341~HB405의 범위로 하고, 레일두정부로서의 레일두정면에서 25mm의 깊이 정도까지의 부분의 경도를 레일코너부 및 레일두측부의 경도에 대한 경도비가 0.9 이하이고 0.6 이상이 되는 범위로 조절하고, 또한 HB265 이상을 만족시키고 있다. 이에 의해 레일두정부와 레일게이지코너부와의 사이에 마모특성의 차이를 생기게 할 수 있고, 이 차이를 각종 레일의 사용환경에서의 최적의 값으로 함으로써 레일두정부 중앙에서의 과대한 최대접촉압력발생을 해결할 수 있다.
제6b도에서는 레일두정면에서 15mm내부에 레일두측면에서 15mm내부의 점을 시점으로 하고, 이 점에서 레일코너부 및 턱부를 연결한 직선으로 둘러싸여진 부분을 HB341~HB405의 경도로 하고, 레일두정면에서 25mm 깊이까지의 다른 부분의 경도를 상기 부분의 경도에 대한 경도비가 0.9 이상, 0.6 이하가 되도록 조절하고 있다. 이러한 경도패턴에서도 제6a도와 같은 효과를 얻을 수 있다.
또한, 완곡선과 같이 차바퀴와 레일과의 접촉조건이 그다지 엄격하지 않은 환경하에서는 두측부, 게이지코너부의 고강도부분의 경도 범위를 HB320~HB380으로 내리는 것도 가능하다. 또한 제6c도와 같이 레일두정중앙부분의 1/2폭 부분에서 두정면에서의 깊이 약 25mm까지의 부분을 상술한 바와 같은 경도비가 되도록 연화시킨 레일도 본 발명의 범위에 포함되고, 같은 효과를 얻을 수 있다.
본 발명에 관한 레일에서는 레일 두부의 경도분포를 레일사용초기에 있어서 두정부의 마모속도가 코너부 및 두측부보다 약간 빨라지도록 조절함으로써 차바퀴와의 친숙함이 촉진되고, 국소적인 과대접촉적응력의 존재를 초기에 완화할 수 있다. 또한 친숙해지는 과정이 종료한 후에 레일은 차바퀴와의 접촉상황하에서 두부의 각부에 있어서 마모속도가 조절되고, 두정부중앙의 마모가 우선적으로 생긴다. 이에 의해 레일두부에 작용하는 수직하중을 레일두부상면에 균등히 분담시킬 수 있고, 레일두정부에 작용하는 진폭응력이 완하되고, 최대접촉압력을 피로한계이하까지 내릴 수 있다. 따라서, 피로손상의 발생을 억제하여 레일수명을 연장시킬 수 있다.
다음에, 이러한 레이의 제조방법에 대하여 설명한다.
통상, 레일은 이하와 같이 제조된다. 우선, 열간압연에 의해 레일소재를 제작하고, 이어서, 그 레일소재의 두부를 오스테나이트 영역온도로 유지한 상태에서 냉각한다. 여기에서는 이 냉각시의 냉각속도를 제어함으로써, 두정부와 두측부에서 경도가 다른 레일을 제조한다.
레일소재두부의 냉각은 제10도에 도시하는 바와 같이 두정부 냉각헤더(11)와 2개의 두측부냉각헤더(12)를 각각 레일소재의 두정부 및 두측부에 대향하도록 배치하고, 이들 냉각헤더의 복수의 노즐에서 레일소재에 냉매, 예를 들면 에어를 불어 넣음으로써 이루어진다. 이 경우에 노즐의 개수, 노즐직경 및 냉매의 분출압력중 적어도 1종류를 조절함으로써 레일두부의 부위에 의해 냉각속도를 다르게 하도록 할 수 있다. 한편, 레일의 경도는 오스테나이트 영역온도에서의 냉각속도가 늦는 만큼 저하된다.
따라서, 본 발명에 있어서는 본 발명의 범위내의 조성을 갖는 레일소재를 열간압연에 의해 제조하고, 이 레일소재의 두부를 오스테나이트 영역온도로 유지한 상태에서 레일두정부의 속도가 레일두측부의 냉각속도보다도 늦어지도록 노즐의 개수, 노즐직경 및 냉매의 분출압력중 적어도 1종류를 조정하여 냉각헤더에서의 레일소재의 냉매를 불어서 냉각한다. 이에 의해 본 발명에 관한 두정부의 경도가 두측부의 경도보다 낮은 레일을 제조할 수 있다.
또한 열간압연후, 레일소재가 오스테나이트 영역온도로 유지되어 있으면 그대로 레일소재를 냉각하지만 레일소재의 온도가 오스테나이트 영역온도보다 낮은 경우에는 레일소재를 오스테나이트 영역온도까지 재가열하고 나서 냉각한다.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다.
본 발명에 관한 레일조성의 범위인 표 1에 나타내는 조성의 강을 레일소재로 했다.
[표 1]
표 1중의 C-Mn재로 형성된 60Kg레일소재에 대하여 종래의 두부 이완열처리를 실시한 종래의 경두(硬頭)레일과 같은 소재에 대하여 두정부의 냉각을 약화시킨 두부의 이완열처리를 실시한 본 발명에 관한 레일과를 작성했다.
본 발명에 관한 레일은 이하와 같이 제조했다. 즉, 열간압연에 의해 레일소재를 제작한 후, Ar1이상에 있는 레일소재두부에 제10도에 도시하는 바와 같이 배치된 두정부 냉각용 에어헤드(11) 및 두측부 냉각용 에어헤드(12)에 설치된 복수의 노즐에서 에어를 불고 레일 소재두부를 냉각했다. 제11도는 여기에서 이용한 두정부 냉각용 에어헤드(11)의 노즐배치를 도시하는 도면이며 이 도면에 도시하는 바와 같이 그 중앙부에 있어서 노즐구멍의 개수가 감소되어 있다. 즉, 종래의 두정부 냉각용 헤드는 제12도에 도시하는 바와 같이 노즐 구멍이 균일하게 배치되어 있지만 여기에서는 헤드중앙부의 노즐구멍 개수를 감하여 레일두정부에 부는 에어의 양이 적어지도록 했다. 또한, 헤드의 에어압력을 제어하여 두측부에 분사하는 에어압력보다도 두정부에서 분사하는 에어압력이 낮아지도록 했다. 표 2에 두정부 및 두측부에 대한 에어압력, 및 두정부와 두측부의 노즐 구멍개수를 나타낸다. 표 2중, 상단은 실시예, 하단은 종래예이다.
[표 2]
이들 레일의 두정면 하 1mm부분의 경도분포를 제7도에 도시한다. 제7도중 부호 A는 종래 레일의 경도분포를 도시하고 부호 B는 본 발명 레일의 경도분포를 도시한다. 또한, 제7도의 횡축에 도시한 숫자는 실제의 경도측정 포인트를 기재한 제8도에 도시하는 숫자의 위치에 대응한다.
제7도에 도시하는 바와 같이 종래 레일에서는 두정부와, 두측부 및 코너부와의 사이에서 경도차가 적은데 대하여 본 발명 레일에서는 두정부의 경도가 낮아지고 있다.
표 1에 도시하는 조성의 레일소재에서 실제차바퀴 및 1/4의 단면크기를 갖는 원통시험편을 작성하고, 2원통식 전동시험기에 의해 손상수명시험을 실시한 차바퀴시험편의 경도는 HB331이었다. 레일 시험편은 레일두정부에 상당하는 부분에 본 발명의 특징을 갖게 하기 위해 레일두정부에 상당하는 부분의 경도를 코너부 상당부분의 경도(약 HB370)에 고정의 0.9이하로 한 것이다. 또한 표 1중, C-Mn재를 이완 열처리한 후, 두정부에 어닐링(annealing)처리를 실시한 시험편도 작성하고, 마찬가지로 시험을 실시했다. 이것은 두정부를 구상(求狀) 펄라이트조직으로 함으로써 두정부의 경도저하를 의도한 것이다.
이 시험의 결과를 제9도에 도시한다. 제9도에서 알 수 있는 바와 같이 어떤 시험편에 대해서도 레일코너부에 대한 레일두정부의 경도비가 0.9이하인 경우에 손상수명이 1.2배 이상 향상하고, 최대 1.9배나 되는 것이 확인되었다.
또한, Ni, Cr, Mo, Nb, V에서 선택되는 원소를 첨가한 Cr-V재, Cr-Mo-V재, Ni-Nb재로 작성한 시험편에서는 이들을 포함하지 않는 C-Mn재로 작성한 시험편보다도 손상수명이 길어졌다. 이것에서 Cr등의 합금원소를 첨가함으로써 손상수명이 개선되는 것이 확인되었다.
본 발명의 레일로서 표 1에 나타내는 C-Mn재를 제7도중 B처럼 경도분포를 갖도록 이완열처리한 레일을 종래의 고강도레일과 함께 고축중(高軸重)철도의 실제노선에 부설하고 실제로 차량을 달리게 하여 시험한 결과, 본 발명의 레일은 부설초기에 차바퀴와의 친숙함이 양호하였다. 또한, 250000000 통과 톤(ton)시에는 레일두정면의 손상 발생률이 종래의 1/6이 되고, 부설초기를 제외한 내손상성도 종래보다도 양호하다는 것이 확인되었다.
이들 시험의 결과에서 손상수명을 연장시키기 위해서는 본 발명과 같이 차바퀴에서 레일두정면에 작용하는 수직응력을 분산시키는 것이 유효하다는 것을 알았다.
종래, 본 발명처럼 차바퀴에서 레일두부에 미치는 접촉응력의 위치에 착안하여 레일두부의 마모특성을 부분적으로 제어한 예는 없고, 내마모성 및 내손상성에 우수한 본 발명의 레일은 금후 고강성궤도의 보급에 따라 철도의 보수비점을 위해 유효한 것이 되리라고 기대된다.
본 발명에 의하면 헤드체크등의 과대접촉압력에 따라 발생하는 두정부의 손상을 억제할 수 있고, 레일수명을 연장시킬 수 있다. 이 때문에 고축중철도의 급곡선에 있어서 콘크리트침목등을 이용하는 고강성궤도를 도입함에 있어서 문제점을 해결할 수 있고, 궤도보수비를 저감시킬 수 있다. 이처럼 본 발명은 경제적가치가 매우 높다.

Claims (5)

  1. C가 0.60 내지 0.85중량% Si가 0.1 내지 1.0중량% Mn이 0.5 내지 1.5중량%, P가 0.035중량% 이하, S가 0.040중량% 이하, Al이 0.05중량% 이하, 잔여부가 Fe 및 불가피한 불순물로 구성되고, 그 코너부 및 두측부의 경도가 HB341 내지 405이며, 그 두정부의 경도가 이 코너부 및 두측부의 경도의 0.9 이하인 것을 특징으로 하는 고강도ㆍ내손상 레일.
  2. C가 0.60 내지 0.85중량%, Si가 0.1 내지 1.0중량%, Mn이 0.5 내지 1.5중량%의, P가 0.035중량% 이하, S가 0.040중량% 이하, Al이 0.05중량% 이하이며, 0.05 내지 1.5중량%의 Cr, 0.01 내지 0.20중량%의 Mo, 0.01 내지 0.10중량%의 V, 0.1 내지 1.0중량%의 Ni 및, 0.005 내지 0.50중량%의 Nb중 1종류 또는 2종류 이상을 함유하고, 잔여부가 Fe 및 불가피한 불순물로 구성되고, 그 코너부 및 두측부의 경도가 HB341 내지 405이며, 레일 두정부의 경도가 이 코너부 및 두측부의 경도의 0.9 이하인 것을 특징으로 하는 고강도ㆍ내손상 레일.
  3. 열간압연에 의해 C가 0.60 내지 0.85중량%, Si가 0.1 내지 1.0중량%, Mn이 0.5 내지 1.5중량%, P가 0.035중량% 이하, S가 0.040중량% 이하, Al이 0.05중량% 이하, 잔여부가 Fe 및 불가피한 불순물의 구성되는 레일소재를 제작하는 공정과, 이 레일소재의 두부를 오스테나이트 영역온도로 유지한 상태에서 냉각헤더의 복수의 냉매노즐에서 레일소재에 냉매를 불어서 두부를 냉각하는 공정을 갖고, 상기 냉각단계는 상기 냉각헤더의 노즐개수, 노즐직경 및 냉매의 분출압력중 적어도 1종류를 조절하여 레일 두정부의 냉각속도가 레일 두측부 및 코너부의 냉각속도보다도 늦어지도록 실시되고, 이에 의해 코너부 및 두측부의 경도를 HB341 내지 405의 범위로 설정하고, 두정부의 경도를 코너부 및 두측부의 경도의 0.9 이하로 설정하는 것을 특징으로 하는 고강도ㆍ내손상 레일.
  4. 열간압연에 의해 C가 0.60 내지 0.85중량%, Si가 0.1 내지 1.0중량%, Mn이 0.5 내지 1.5중량%, P가 0.035중량% 이하, S가 0.040중량% 이하, Al이 0.05중량% 이하이며, 0.05 내지 1.5중량%의 Cr, 0.01 내지 0.20중량%의 Mo, 0.01 내지 0.10중량%의 V, 0.1 내지 1.0중량%의 Ni, 및 0.005 내지 0.50중량%의 Nb중 1종류 또는 2종류 이상을 함유하고, 잔여부가 Fe 및 불가피한 불순물로 구성되는 레일소재를 제작하는 공정과, 이 레일소재의 두부를 오스테나이트 영역온도로 유지한 상태에서 냉각헤더의 복수의 냉매분출노즐에서 레일소재에 냉매를 불어서 레일두부를 냉각하는 공정을 갖고, 상기 냉각공정은 상기 냉각헤더의 노즐개수, 노즐직경 및 냉매의 분출압력중 적어도 1종류를 조절하여 레일 두정부의 냉각속도가 레일 두측부 및 코너부의 냉각속도보다도 늦어지도록 실시되고, 이에 의해 코너부 및 두측부의 경도를 HB340 내지 405의 범위로 설정하고, 두정부의 경도를 코너부 및 두측부의 경도의 0.9 이하로 설정하는 것을 특징으로 하는 고강도ㆍ내손상 레일의 제조방법.
  5. 레일소재를 오스테나이트 영역온도로 유지하는 공정과, 냉각헤더의 노즐개수, 노즐직경, 및 냉매의 분출압력중 적어도 1종류를 조절하여 냉각헤더의 복수의 냉매분출노즐에서 레일소재에 냉매를 불어서 레일 두부를 냉각하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 레일의 제어냉각 제조방법.
KR1019910013150A 1990-07-30 1991-07-30 고강도.내손상 레일 및 그 제조장치 KR930010334B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US55962890A 1990-07-30 1990-07-30
US559,628 1990-07-30

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR920002236A KR920002236A (ko) 1992-02-28
KR930010334B1 true KR930010334B1 (ko) 1993-10-16

Family

ID=24234362

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019910013150A KR930010334B1 (ko) 1990-07-30 1991-07-30 고강도.내손상 레일 및 그 제조장치

Country Status (10)

Country Link
EP (1) EP0469560B1 (ko)
JP (1) JPH0617193A (ko)
KR (1) KR930010334B1 (ko)
CN (1) CN1063916A (ko)
AT (1) ATE128486T1 (ko)
AU (1) AU642279B2 (ko)
BR (1) BR9103264A (ko)
CA (1) CA2048097C (ko)
DE (1) DE69113358T2 (ko)
SU (1) SU1839687A3 (ko)

Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU663023B2 (en) * 1993-02-26 1995-09-21 Nippon Steel Corporation Process for manufacturing high-strength bainitic steel rails with excellent rolling-contact fatigue resistance
AU682675B2 (en) * 1993-08-27 1997-10-16 Nkk Corporation Steel bar for prestressed concrete excellent in delayed fracture resistance at weld zone
ATE201054T1 (de) * 1993-12-20 2001-05-15 Nippon Steel Corp Hochfeste, abriebsresistente schiene mit perlitstruktur und verfahren zu deren herstellung
CZ156894A3 (en) * 1994-06-27 1996-01-17 Zdb Steel for railway vehicle wheels, particularly for railway wheel tyres
US5762723A (en) 1994-11-15 1998-06-09 Nippon Steel Corporation Pearlitic steel rail having excellent wear resistance and method of producing the same
US6783610B2 (en) * 2001-03-05 2004-08-31 Amsted Industries Incorporated Railway wheel alloy
JP4949144B2 (ja) * 2007-07-02 2012-06-06 新日本製鐵株式会社 耐表面損傷性および耐摩耗性に優れたパーライト系レールおよびその製造方法
BRPI1006017B1 (pt) 2009-08-18 2018-06-19 Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation Trilho à base de perlita
RU2449045C1 (ru) * 2010-11-26 2012-04-27 Открытое акционерное общество "Новокузнецкий металлургический комбинат" Рельсовая сталь
RU2457272C1 (ru) * 2011-02-17 2012-07-27 Открытое акционерное общество "ЕВРАЗ Объединенный Западно-Сибирский металлургический комбинат" (ОАО "ЕВРАЗ ЗСМК") Рельсовая сталь
PL2785890T3 (pl) 2011-11-28 2015-12-31 British Steel Ltd Stal szynowa o doskonałej kombinacji odporności na zużycie, na zmęczenie toczne i spawalności
JP5776565B2 (ja) * 2012-01-23 2015-09-09 新日鐵住金株式会社 レール鋼及び車輪鋼の材質選択方法
WO2013114600A1 (ja) * 2012-02-02 2013-08-08 Ｊｆｅスチール株式会社 レール冷却方法およびレール冷却装置
CN104480390B (zh) * 2015-01-07 2016-10-19 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 高冲击韧性的钢轨及其生产方法
JP6354862B2 (ja) * 2015-01-23 2018-07-11 新日鐵住金株式会社 レール
RU2601847C1 (ru) * 2015-07-02 2016-11-10 Открытое акционерное общество "ЕВРАЗ Объединенный Западно-Сибирский металлургический комбинат", ОАО "ЕВРАЗ ЗСМК" Способ изготовления рельсов низкотемпературной надежности
CN104988405B (zh) * 2015-07-23 2017-03-08 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 一种客货混运用钢轨及其生产方法和应用
CN105154773B (zh) * 2015-07-23 2017-03-08 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 一种重载铁路用钢轨及其生产方法和应用
CN110468632B (zh) * 2019-08-30 2021-03-16 武汉钢铁有限公司 一种用于直线-曲线过渡段的钢轨及其生产方法
CN112267063A (zh) * 2020-09-09 2021-01-26 邯郸钢铁集团有限责任公司 一种耐磨热轧钢轨及其生产方法
CN115747464A (zh) * 2022-11-24 2023-03-07 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 一种中碳低锰钢轨焊接接头单频感应加热的热处理方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR765157A (fr) * 1933-02-28 1934-06-04 Petits Fils Francois Wendel Procédé et installation pour le traitement thermique des rails et barres analogueset pièces en résultant
GB619699A (en) * 1946-07-17 1949-03-14 Petits Fils Francois Wendel Method and apparatus for heat treating railroad rails
GB2118579A (en) * 1982-01-29 1983-11-02 British Steel Corp Heat treatment of rails
EP0186373B1 (en) * 1984-12-24 1990-09-12 Nippon Steel Corporation Method of and apparatus for heat treating rails
MX165036B (es) * 1987-04-10 1992-10-16 Signode Corp Tratamiento continuo de acero de manganeso de carbono laminado en frio
JPH01268846A (ja) * 1988-04-20 1989-10-26 Kawasaki Steel Corp 熱間プレス工具用鋼
US4895605A (en) * 1988-08-19 1990-01-23 Algoma Steel Corporation Method for the manufacture of hardened railroad rails

Also Published As

Publication number Publication date
CN1063916A (zh) 1992-08-26
CA2048097A1 (en) 1992-01-31
JPH0617193A (ja) 1994-01-25
CA2048097C (en) 1998-05-05
BR9103264A (pt) 1992-02-18
AU8143291A (en) 1992-02-06
ATE128486T1 (de) 1995-10-15
EP0469560A1 (en) 1992-02-05
DE69113358D1 (de) 1995-11-02
SU1839687A3 (en) 1993-12-30
EP0469560B1 (en) 1995-09-27
DE69113358T2 (de) 1996-04-18
KR920002236A (ko) 1992-02-28
AU642279B2 (en) 1993-10-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR930010334B1 (ko) 고강도.내손상 레일 및 그 제조장치
EP0612852B1 (en) Process for manufacturing high-strength bainitic steel rails with excellent rolling-contact fatique resistance
US7972451B2 (en) Pearlitic steel rail excellent in wear resistance and ductility and method for producing same
US4767475A (en) Wear resistant rails having capability of preventing propagation of unstable rupture
US4575397A (en) Rail having high resistance to wear in its head and high resistance to rupture in its foot
US20130193223A1 (en) Steel rail for high speed and quasi-high speed railways and method of manufacturing the same
US4082577A (en) Process for the heat treatment of steel
US7566372B2 (en) Railway car wheel
EP3717142B1 (en) Method for manufacturing a rail and corresponding rail
JPS63128123A (ja) 靭性の優れた高強度レ−ルの製造方法
US5209792A (en) High-strength, damage-resistant rail
CA2166359C (en) High-strength, bainitic steel rail having excellent damage-resistance
Singh et al. Microstructure and mechanical properties of as rolled high strength bainitic rail steels
EP0705369B1 (en) Rails
CN107675080A (zh) 抗接触疲劳珠光体钢轨及其制造方法
JP3317146B2 (ja) 頭頂部に耐損傷性に優れた硬度分布を有する高強度・耐損傷レール
US20220267870A1 (en) Method for producing rail
US20200017943A1 (en) Track part made of a hypereutectoid steel
US6361625B2 (en) High-strength, damage-resistant rail having hardness distribution of excellent damage-resistance at its head top portion
GB2118579A (en) Heat treatment of rails
JPH0892645A (ja) 車輪とのなじみ性に優れた高強度レールおよびその製造方法
JP2912123B2 (ja) 耐表面損傷性に優れた高強度・高靭性ベイナイト系レールの製造法
JP3950212B2 (ja) 耐摩耗性に優れた高強度パーライト系レールの製造法
JP4234892B2 (ja) 耐脆性き裂進展特性と疲労特性に優れたベイナイトレールの製造方法
US20230279517A1 (en) Rail having excellent fatigue crack propagation resistance characteristics, and method of producing same

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
G160 Decision to publish patent application
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 19970827

Year of fee payment: 5

LAPS Lapse due to unpaid annual fee