WO2018168969A1 - レールの冷却装置及び製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
まず、熱間圧延されたオーステナイト温度域のレール、あるいはオーステナイト温度域に加熱されたレールを、正立した状態で熱処理装置に搬入する。正立した状態とは、レールの頭部が上方、足裏部が下方になった状態をいう。このとき、レールは、例えば100m程度の圧延長のままの状態、あるいはレール1本あたりの長さが例えば25m程度の長さに切断(以下では、「鋸断」とも称する。)された状態で熱処理装置へ搬送される。なお、レールが鋸断されてから熱処理装置に搬送される場合、熱処理装置は、鋸断されたレールに応じた長さの複数のゾーンに分割されていることもある。
さらに、強制冷却されたレールは、クランプによる拘束が開放され、冷却床へと搬送された後に、室温まで冷却される。
また、レールは、最大で25mm摩耗するまで使用されることから、頭部表面のみならず、表面から25mmの深さの内部までの耐摩耗性が要求される。
また、特許文献2には、強制冷却の前半は空気による冷却を行い、後半はミストによる冷却を行うことで、レールの頭部中心まで高硬度にする方法が開示されている。
また、特許文献2に記載の方法では、ミスト冷却するために水を供給する必要があるため、ランニングコストが高くなることや、水供給配管や排水配管といった設備が必要となるため、初期投資のコストの増大が問題となるまた、低温まで冷却したときに、コールドスポットが生じることから、局所的に冷却速度が上昇し、マルテンサイトやベイナイトといった靱性や耐摩耗性が著しく低下する組織へ変態する恐れがあった。
まず、図1~図4を参照して、本発明の一態様に係るレール1の冷却装置2の構成について説明する。冷却装置2は、後述する熱間圧延工程または、熱間鋸断工程の後に行われる熱処理工程で用いられ、高温のレール1を強制冷却する。レール1は、図3に示すように、レール1の長手方向に直交する断面視において、頭部11と、足部12と、ウェブ部13とからなる。頭部11及び足部12は、図3の断面視において、上下方向(図3の上下方向)に対向し、幅方向(図3の左右方向)にそれぞれ延在する。ウェブ部13は、上下方向の上側に配された頭部11の幅方向の中央と、下側に配された足部12の幅方向の中央とをつなぎ、上下方向に延在する。
3つの第1冷却ヘッダ211a~211cは、数mm~100mmピッチで配置された冷却媒体噴出口が、頭部11の頭頂面(z軸方向上側の端面)及び頭側面(x軸方向の両端面)にそれぞれ対向して設けられる。つまり、図1に示す断面視において、第1冷却ヘッダ211aは頭部11のz軸正方向側となる上側、第1冷却ヘッダ211bは頭部11のx軸負方向側となる左側、第1冷却ヘッダ211cは頭部11のx軸正方向側となる右側にそれぞれ配される。また、3つの第1冷却ヘッダ211a~211cは、レール1の長手方向(y軸方向)に並んでそれぞれ複数設けられる。3つの第1冷却ヘッダ211a~211cは、頭部11の頭頂面及び頭側面に対して、冷却媒体噴出口から冷却媒体を噴射することで、頭部11を強制冷却する。なお、冷却媒体には空気が用いられる。
冷却装置2による冷却を開始した後には、機内温度計24による温度測定結果にもとづき、第1駆動部213a~213cを駆動させ、噴射距離を変化させることで、冷却速度が目標範囲内となるように、あるいは目標範囲に近づくようにする。この際、冷却中に上下方向の反りや左右方向の曲がりの状況が変化し、噴射距離が反りや曲がりの影響で変化する可能性がある。しかし、このような場合においても、距離計27で各ヘッダと対向するレール面との間の距離を測定できるので、反りの発生に伴う噴射距離の変化を加味した上で、噴射距離を正しく設定することが可能となる。
第2冷却部22は、第2冷却ヘッダ221と、第2調整部222と、第2駆動部223cとを有する。
第2冷却ヘッダ221は、数mm~100mmピッチで配置された冷却媒体噴出口が、足部12の下面(上下方向下側の端面)に対向して設けられる。つまり、図1に示す断面視において、第2冷却ヘッダ221は足部12の下側に設けられる。また、第2冷却ヘッダ221は、レール1の長手方向に並んで複数設けられる。第2冷却ヘッダ221は、足部12の下面に対して、冷却媒体噴出口から冷却媒体を噴射することで、足部12を強制冷却する。なお、冷却媒体には、空気が用いられる。
また、第1冷却部21及び第2冷却部22は、規格によって様々に異なるレール1の寸法に対応するように、レール1の頭部11及び足部12に対して、冷却ヘッダが上記の所定の位置となるように、設置位置を変更可能な機構を有することが好ましい。
機内温度計24は、放射温度計等の非接触型の温度計であり、頭部11の少なくとも一箇所の表面温度を測定する。機内温度計24は、制御部26に電気的に接続され、頭頂面の表面温度の測定結果を制御部26に送信する。また、機内温度計24は、レール1の強制冷却が行われる間、所定の時間の間隔で、頭部の表面温度を連続的に測定する。
制御部26は、機内温度計24の測定結果に基づいて、3つの第1調整部212a~212c、第2調整部222、3つの第1駆動部213a~213c及び第2駆動部223を制御することで、冷却媒体の噴射距離及び噴射流量を調整する。これにより、制御部26は、目標の冷却速度となるように、頭部11の冷却速度を調整する。制御部26による、冷却媒体の噴射距離及び噴射流量の調整方法については後述する。
また、図4に示すように、冷却装置2の周辺には、搬入テーブル3と、搬出テーブル4とが設けられる。搬入テーブル3は、熱間圧延工程等の前工程から冷却装置2へとレール1を搬送するテーブルである。搬出テーブル4は、冷却装置2にて熱処理されたレール1を、冷却床や検査設備等の次工程へと搬送するテーブルである。
次に、本実施形態に係るレールの製造方法について説明する。本実施形態では、耐摩耗性及び靱性に優れたパーライト系のレール1を製造する。レール1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。なお、化学成分に関する%表示は、特に限らない限り質量パーセントを意味する。
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、C含有量が0.60%未満ではそれらの効果が小さいことから、C含有量は、0.60%以上であることが好ましく、0.70%以上であ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、逆に延性を低下させる。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含有量は、1.05%以下であることが好ましく、0.97%以下であることがより好ましい。
Si(シリコン)は、レール材において脱酸剤及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。このため、Siの含有量は、0.1%以上であることが好ましく、0.2%以上であることがより好ましい。一方、Siの過度の含有は、脱炭を促進させ、レール1の表面疵の生成を促進させる。このため、Si含有量は、1.5%以下であることが好ましく、1.3%以下であることがより好ましい。
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1の内部まで高硬度を維持するため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。このため、Mn含有量は、0.01%以上であることが好ましく、0.3%以上であることがより好ましい。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)が低下するとともに、組織がマルテンサイト変態し易くなる。このため、Mn含有量は、1.5%以下であることが好ましく、1.3%以下であることがより好ましい。
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。このため、P含有量を抑制することが好ましい。具体的には、P含有量は、0.035%以下であることが好ましく、0.025%以下であ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。このため、P含有量は、0.001%以上であることが好ましい。
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。このため、S含有量を抑制することが好ましい。具体的には、S含有量は、0.030%以下であることが好ましく、0.015%以下であ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。このため、S含有量は0.0005%以上であることが好ましい。
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、Crは、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含有量は、0.1%以上であることが好ましく、0.2%以上であ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含有量は、2.0%以下であることが好ましく、1.5%以下であることがより好ましい。
なお、Si及びCrの含有量の総量は、2.0%以下であることが望ましい。Si及び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過度に増すために、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。
レール1として用いられる鋼は、上記の化学組成に加え、さらに、Sb0.5%以下、Cu:1.0%以下、Ni:0.5%以下、Mo:0.5%以下、V:0.15%以下及びNb: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(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、Sbは、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。このため、Sb含有量を含有させる場合は、0.005%以上であることが好ましく、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。このため、Si含有量は、0.5%以下であることが好ましく、0.3%以下であることがより好ましい。なお、Sbを積極的に含有させない場合であっても、不純物としてSbが0.001%以下で含有されることがある。
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。この効果を期待してCuを含有させる場合は、Cu含有量は、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含有量は、1.0%以下であることが好ましく、0.6%以下であることがより好ましい。
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、Niは、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。このため、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、これらの効果が得られない。このため、これらの効果を期待してNiを含有させる場合は、Ni含有量は、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、Ni含有量が0.5%を超える場合、焼き入れ性が高まり、マルテンサイトの生成が促進される。このため、Ni含有量は、0.5%以下であることが好ましく、0.3%以下であることがより好ましい。
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。このため、Moを高強度化に寄与させるためには、Mo含有量は、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、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含有量は、0.5%以下であることが好ましく、0.3%以下であることがより好ましい。
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。Vによるこれらの効果を得るためには、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。このため、V含有量は、0.15%以下であることが好ましく、0.12%以下であることがより好ましい。
Nb(ニオブ)は、オーステナイトの未再結晶温度域を高温側に上昇させ、圧延時のオーステナイト中への加工歪の導入を促進し、これによるパーライトコロニーやブロックサイズを微細化するのに有効である。このことから、Nbは、延性や靱性向上に対して有効な元素である。Nbによるこれらの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、ブルーム等の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。このため、Nb含有量は、0.030%以下であることが好ましく、0.025%以下であることがより好ましい。
次いで、加熱されたブルームは、ブレイクダウン圧延機、粗圧延機及び仕上圧延機でそれぞれ1パス以上圧延され、最終的に図2に示す形状のレール1へと圧延される(熱間圧延工程)。このとき、圧延後のレール1は、長手方向の長さが50m~200m程度となり、必要があれば、熱間鋸断され、例えば25mの長さとなる(熱間鋸断工程)。なお、レール1の長手方向の長さが短い場合、その後の熱処理工程において、冷却が行われる際、意図せずとも長手方向の端面に噴射される冷却媒体の影響が出てしまう。このため、熱処理工程に用いられるレール1の長手方向の長さは、レール1の頭部11の上面(z軸負方向側の端面)から足部12の下面(z軸負方向側の端面)までの高さの3倍以上とする。一方、熱処理工程に用いられるレール1の長手方向の長さの上限は、圧延長(熱間圧延工程での最大圧延長さ)とする。
一方で、冷却装置2にて冷却が開始される際に、レール1の温度がオーステナイト温度域である場合、再加熱を行う必要は無い。
石炭や鉄鉱石等の天然資源採掘場といった厳しい環境下では、レール1に対して高い耐摩耗性と高い靱性とが求められる。このため、このような環境下で用いられるレール1は、耐摩耗性を低下させるベイナイト組織や耐疲労損傷性を低下させるマルテンサイト組織は好ましくなく、98%以上のパーライト組織であることが好ましい。また、ラメラー間隔を微細化させ、高硬度化させたパーライト組織は、耐摩耗性を向上させる。耐摩耗性は、製造直後の頭部11の表面のみならず、摩耗した後の表面にも求められる。レール1の交換基準は、鉄道会社によって異なるが、最大で25mm深さまで利用されるため、表面から最大25mm深さまでにおいて所定の硬度が求められる。特にカーブ区間では列車が遠心力を受けるため、レール1に対して大きな力が加わり、摩耗し易い。カーブ区間では、レール1の頭部11の表面の硬度をHB420以上、使用する深さの硬度をHB390以上とすることで、長寿命化を図ることができる。
以上で、特定の実施形態を参照して本発明を説明したが、これら説明によって発明を限定することを意図するものではない。本発明の説明を参照することにより、当業者には、開示された実施形態の種々の変形例とともに本発明の別の実施形態も明らかである。従って、特許請求の範囲は、本発明の範囲及び要旨に含まれるこれらの変形例または実施形態も網羅すると解すべきである。
さらに、上記実施形態では、一例として特定の化学成分組成を示したが、本発明はかかる例に限定されない。用いられる鋼の化学成分組成は、使用用途や必要とされる特性から、上記以外のものが用いられてもよい。
さらに、上記実施形態では、冷却媒体に空気を用いるとしたが、本発明はかかる例に限定されない。用いる冷却媒体は、気体であればよく、N2やArなどの他の成分組成であってもよい。
(1)本発明の一態様に係るレール1の冷却装置2は、オーステナイト温度域のレール1の頭部11及び足部12に冷却媒体を噴射することで、レール1を強制冷却するレールの冷却装置2であって、頭部11の頭頂面及び頭側面に気体の冷却媒体を噴射する複数の第1冷却ヘッダ211a~211cと、複数の第1冷却ヘッダ211a~211cのうち、少なくとも1つの第1冷却ヘッダ211a~211cを移動させることで、第1冷却ヘッダ211a~211cから噴射される冷却媒体の噴射距離を変化させる第1駆動部213a~213cと、を有する第1冷却部21と、足部12に気体の冷却媒体を噴射する第2冷却ヘッダ221を有する第2冷却部22とを備える。
上記(2)の構成によれば、冷却速度の実績に応じて、目標とする最適な温度履歴となるように、レール1を強制冷却することができる。
ここで、例えば特許文献1のように、噴射流量のみを調整して冷却速度を制御する方法の場合、噴射流量の増加だけでは冷却速度の上昇に限度があった。このため、特許文献1のような製造方法の場合、例えば、鉱山用のカーブ区間で使用される高い耐摩耗性が求められるレールに適用しようとしても、求められる品質まで内部を高硬度化することが困難であった。
これに対して、上記(3)の構成によれば、噴射距離及び噴射流量を調整することができるようになるため、噴射距離を短くし、噴射流量を増大させることで、冷却速度をより高めることができる。このため、特許文献1の方法に比べ、頭部11の内部まで、硬度や耐摩耗性を向上させることができるようになる。
上記(4)の構成によれば、頭部11と足部12との冷却バランスを適正化することができるようになるため、強制冷却工程において生じる上下反りを抑制することができる。
上記(5)の構成によれば、レール1に、反りが発生する場合や、冷却中に反りが発生する場合においても、噴射距離を正確に調整することが可能となり、レール1を精度良く冷却することができる。なお、距離計27により測定した値を基に位置を調整する駆動部は第1駆動部213a~213c、第2駆動部223のいずれか1つとしてもよく、1つ以上としてもよい。レール1の反りや曲がりに伴う噴射距離の変化が冷却速度に及ぼす影響を考慮して、この影響が大きくなる冷却ヘッダを駆動する駆動部について、距離計27による測定値を基に駆動部の制御が行われるようにすればよい。
上記(6)の構成によれば、上記(1)と同様な効果を得ることができる。
従来例1では、まず、表1に示す条件A~条件Dの化学成分組成のブルームを、連続鋳造法を用いて鋳造した。なお、ブルームの化学成分組成の残部は、実質的にFeであり、具体的には、Fe及び不可避的不純物である。また、表1中のSb含有量については、0.001%以下の場合は、Sbが不可避的不純物として混入したものである。表1中のTiおよびAlの含有量については、いずれも不可避的不純物として混入したものである。
さらに、熱間圧延されたレール1を冷却装置2に搬送し、レール1を冷却した(熱処理工程)。この際、熱間圧延ではレール1が倒立姿勢で圧延されたため、レール1を冷却装置2に搬入する際に転回することで、足部12が鉛直方向下側となり頭部11が鉛直方向上側となる図3に示す正立姿勢にさせ、足部12をクランプ23a,23bで拘束した。そして、冷却ヘッダから冷却媒体として空気を噴射して冷却を行った。また、冷却ヘッダ~レール間の距離である噴射距離を、20mmまたは50mmの一定とし、冷却中に変化させなかった。このとき、クランプ23a,24aと、第1冷却ヘッダ211a~211cと、レールの製品寸法とから相対位置を事前に測定及び決定し、第1駆動部213a~213cを駆動させることによって、噴射距離を設定した。さらに、特許文献1の冷却方法のように、冷却途中で変態発熱による冷却速度の低下が生じたときより、冷却媒体の噴射流量を増加させ、冷却速度を維持させる制御を行った。このとき、機内温度計24で頭部11の温度測定を連続的に行いながら、実績の温度に応じて一定の冷却速度となるように、調整部212a~212cで噴射流量の調整を行った。そして、頭部11の表面温度が430℃以下になるまで冷却を行った。
その後、ローラ矯正機を用いて矯正を行い、最終的な製品となるレール1を製造した。
さらに、従来例1では、製造されたレール1を冷間鋸断することでサンプルを採取し、採取されたサンプルについて硬度測定を行った。硬度測定の方法としては、レール1の頭部11の幅方向中央の表面、並びに頭部11の表面より5mm、10mm、15mm、20mm及び25mm深さ位置にて、ブリネル硬さ試験を行った。表2に、従来例1における、成分の条件、噴射距離の設定値、冷却速度の実績値及びブリネル硬度の測定値を示す。また、採取された各サンプルについて、ナイタールによるエッチングを行った後、光学顕微鏡による組織観察を行った。
実施例1では、まず、表1に示す条件A~条件Dの化学成分組成のブルームを、連続鋳造法を用いて鋳造した。なお、ブルームの化学成分組成の残部は、実質的にFeであり、具体的には、Fe及び不可避的不純物である。
さらに、熱間圧延されたレール1を冷却装置2に搬送し、レール1を冷却した(熱処理工程)。この際、従来例1と同様に、冷却装置2に搬入する際にレール1を転回させ、正立姿勢にさせた状態で、クランプ23a,23bでレール1の足部12を拘束した。そして、冷却ヘッダから冷却媒体として空気を噴射して冷却を行った。また、相変態が開始するまでの強制冷却の前半における、冷却ヘッダ~レール間の距離である噴射距離は、20mmまたは50mmの一定とした。このとき、クランプ23a,24aと、第1冷却ヘッダ211a~211cと、レールの製品寸法とから相対位置を事前に測定及び決定し、第1駆動部213a~213cを駆動させることによって、噴射距離を設定した。。さらに、冷却途中で変態発熱による冷却速度の低下が生じたときより、第1冷却ヘッダ211a~211cの噴射距離を、20mmから15mm、50mmから45mmにそれぞれ変化させ、冷却速度を維持させる制御を行った。そして、頭部11の表面温度が430℃以下になるまで冷却を行った。
さらに、従来例1と同様に、製造されたレール1を冷間鋸断することでサンプルを採取し、採取されたサンプルについて硬度測定を行った。表3に、実施例1における、成分の条件、噴射距離の設定値、冷却速度の実績値及びブリネル硬度の測定値を示す。また、採取された各サンプルについて、従来例1と同様に、光学顕微鏡による組織観察を行った。
また、強制冷却中に頭部11の頭頂面に冷却媒体を噴射する第1冷却ヘッダ211aのみを移動させた実施例1-8では、表面及び5mm深さの硬度が同成分かつ同冷却速度で製造をした実施例1-1と比較して、HB5程度上昇することが確認できた。
さらに、従来例1-1~1-7及び実施例1-1~1-9のサンプル断面の組織観察を行ったところ、頭部11の表面を含むレール1全体がパーライト組織をなすことが確認され、マルテンサイト組織やベイナイト組織は観察されなかった。
はじめに、実施例2に先立ち従来例2として、特許文献2のように、強制冷却途中で冷却媒体を空気からミストへと変化させて冷却する方法、及び強制冷却途中で冷却媒体の噴射圧力を変えることで冷却流量を変化させて冷却する方法を、噴射距離を変更せずに行った。従来例2では、まず、表1に示す条件D及び条件Fの化学成分組成のブルームを、連続鋳造法を用いて鋳造した。なお、ブルームの化学成分組成の残部は、実質的にFeであり、具体的には、Fe及び不可避的不純物である。
さらに、熱間圧延されたレール1を冷却装置2に搬送し、レール1を冷却した(熱処理工程)。この際、従来例1と同様に、冷却装置2に搬入する際にレール1を転回させ、正立姿勢にさせた状態で、クランプ23a,23bでレール1の足部12を拘束した。そして、冷却ヘッダから冷却媒体として空気またはミストを噴射して冷却を行った。また、冷却ヘッダ~レール間の距離である噴射距離は、20mmまたは30mmの一定とし、冷却中に変化させなかった。さらに、従来例2では、熱処理工程を冷却条件の異なる初期冷却ステップ及び最終冷却ステップの2段階に分け、頭部11の表面温度が430℃以下になるまで冷却を行った。
さらに、従来例1と同様に、製造されたレール1を冷間鋸断することでサンプルを採取し、採取されたサンプルについて硬度測定を行った。表4に、従来例2及び後述する実施例2における、成分の条件、各冷却ステップにおける冷却条件(冷却時間(初期冷却ステップのみ)、噴射距離の設定値及び冷却速度の実績値)及びブリネル硬度の測定値を示す。また、採取された各サンプルについて、従来例1と同様に、光学顕微鏡による組織観察を行った。
また、従来例2-1のサンプルについて、組織観察を行ったところ、表面を含むレール1の全体がパーライト組織をなしていることを確認した。これに対して、従来例2-2では、表面の一部で、マルテンサイト組織やベイナイト組織といった靱性や耐摩耗性を悪化させる組織が観察された。これは、ミスト冷却によって水滴が、繰り返し多く当たった位置が急冷されて、コールドスポットと呼ばれる領域が生成したことに起因すると考えられる。
実施例2では、まず、表1に示す条件A~条件Gの化学成分組成のブルームを、連続鋳造法を用いて鋳造した。なお、ブルームの化学成分組成の残部は、実質的にFeであり、具体的には、Fe及び不可避的不純物である。
さらに、熱間圧延されたレール1を冷却装置2に搬送し、レール1を冷却した(熱処理工程)。この際、従来例1と同様に、冷却装置2に搬入する際にレール1を転回させ、正立姿勢にさせた状態で、クランプ23a,23bでレール1の足部12を拘束した。そして、冷却ヘッダから冷却媒体として空気を噴射して冷却を行った。
さらに、従来例1と同様に、製造されたレール1を冷間鋸断することでサンプルを採取し、採取されたサンプルについて硬度測定を行った。また、採取された各サンプルについて、従来例1と同様に、光学顕微鏡による組織観察を行った。
また、実施例2-1,2-2の条件で製造したレール1は、カーブ区間に適用可能な条件となる、表面の硬度がHB420以上、25mm深さでの硬度がHB390以上という条件を達成することが確認された。
実施例3では、まず、表1に示す条件Dの化学成分組成のブルームを、連続鋳造法を用いて鋳造した。なお、ブルームの化学成分組成の残部は、実質的にFeであり、具体的には、Fe及び不可避的不純物である。
さらに、熱間圧延されたレール1を冷却装置2に搬送し、レール1を冷却した(熱処理工程)。この際、冷却装置2に搬入する際にレール1を転回させ、正立姿勢にさせた状態で、クランプ23a,23bでレール1の足部12を拘束した。熱処理工程の条件は表4に記載の実施例2-1とし、そして、冷却ヘッダから冷却媒体として空気を噴射して冷却を行った。
熱処理工程の後、レール1を冷却装置2から搬出テーブル4へと取り出し、冷却床へと搬送し、冷却床にてレール1の表面温度が50℃となるまで冷却を行った。
そして、製造されたレール1を冷間鋸断することでサンプルを採取し、採取されたサンプルについて硬度測定を行った。硬度測定の方法としては、レール1の頭部11の幅方向中央の表面、並びに頭部11の表面より5mm、10mm、15mm、20mm及び25mm深さ位置にて、ブリネル硬さ試験を行った。
よって、噴射距離を制御するには、オンラインで噴射距離が測定可能な装置が好ましく、レーザー変位計や渦流式変位計などを設置する方が好ましいことが確認された。
11 頭部
12 足部
13 ウェブ部
2 冷却装置
21 第1冷却部
211a~211c 第1冷却ヘッダ
212a~212c 第1調整部
213a~213c 第1駆動部
22 第2冷却部
221 第2冷却ヘッダ
222 第2調整部
223 第2駆動部
23a,23b クランプ
24 機内温度計
25 搬送部
26 制御部
27 距離計
3 搬入テーブル
4 搬出テーブル
5 出側温度計
Claims (6)
- オーステナイト温度域のレールの頭部及び足部に冷却媒体を噴射することで、前記レールを強制冷却するレールの冷却装置であって、
前記頭部の頭頂面及び頭側面に気体の前記冷却媒体を噴射する複数の第1冷却ヘッダと、前記複数の第1冷却ヘッダのうち、少なくとも1つの第1冷却ヘッダを移動させることで、該第1冷却ヘッダから噴射される冷却媒体の噴射距離を変化させる第1駆動部と、を有する第1冷却部と、
前記足部に前記冷却媒体を噴射する第2冷却ヘッダを有する第2冷却部と
を備えるレールの冷却装置。 - 前記第1駆動部を制御することで、前記噴射距離を調整する制御部と、
前記レールの表面温度を測定する機内温度計と
をさらに備え、
前記制御部は、前記機内温度計の測定結果から得られる冷却速度と、予め設定される目標冷却速度とに応じて、前記噴射距離を調整する請求項1に記載のレールの冷却装置。 - 前記第1冷却部は、前記複数の第1冷却ヘッダから噴射される前記冷却媒体の噴射流量を変化させる第1調整部をさらに備える請求項1または2に記載のレールの冷却装置。
- 前記第2冷却部は、前記第2冷却ヘッダを移動させることで、該第2冷却ヘッダから噴射される冷却媒体の噴射距離を変化させる第2駆動部をさらに有する請求項1~3のいずれか1項に記載のレールの冷却装置。
- 前記第1冷却ヘッダ、前記第2冷却ヘッダのいずれか1つ以上は、前記噴射距離を測定するための距離計を有し、
該距離計が測定した値に基づき前記第1駆動部、第2駆動部のいずれか1つ以上を制御する装置を有する請求項1~4のいずれか1項に記載のレールの冷却装置。 - オーステナイト温度域のレールの頭部及び足部に冷却媒体を噴射することで、前記レールを強制冷却する際に、
複数の第1の冷却ヘッダから前記頭部の頭頂面及び頭側面に気体の前記冷却媒体を噴射し、
第2冷却ヘッダから前記足部に前記冷却媒体を噴射し、
前記複数の第1冷却ヘッダのうち、少なくとも1つの第1冷却ヘッダを移動させることで、該第1冷却ヘッダから噴射される冷却媒体の噴射距離を変化させるレールの製造方法。
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