WO2020067506A1 - 鉄道車輪 - Google Patents

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WO2020067506A1
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cementite
railway wheel
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健人 前島
久保田　学
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日本製鉄株式会社
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Definitions

  • the present disclosure relates to railway wheels.
  • Rail cars run on the rails that make up the tracks.
  • a railway vehicle has a plurality of railway wheels.
  • the railway wheel supports the vehicle, contacts the rail, and moves while rotating on the rail.
  • Railway wheels are worn by contact with rails.
  • an increase in the weight loaded on rail vehicles and an increase in speed of rail vehicles have been promoted.
  • improvement in wear resistance of railway wheels is required.
  • Patent Document 1 JP-A-9-202937
  • Patent Document 2 JP-A-2012-107295
  • Patent Document 3 JP-A-2013-231212
  • Patent Document 4 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-315928
  • the railway wheel disclosed in Patent Document 1 has, in mass%, C: 0.4 to 0.75%, Si: 0.4 to 0.95%, Mn: 0.6 to 1.2%, and Cr: It contains 0 to less than 0.2%, P: less than 0.03%, and S: 0.03% or less, with the balance being Fe and other unavoidable impurities.
  • a region from the surface of the wheel tread portion to at least a depth of 50 mm has a pearlite structure.
  • the method for manufacturing a railway wheel disclosed in Patent Document 1 discloses a method in which a cooling curve of a wheel tread portion passes through a pearlite generation region in a continuous cooling transformation curve diagram and is on a longer time side than a martensitic transformation curve. Including a quenching step of cooling.
  • the steel for wheels disclosed in Patent Document 2 is, by mass%, C: 0.65 to 0.84%, Si: 0.02 to 1.00%, Mn: 0.50 to 1.90%, Cr : 0.02 to 0.50%, V: 0.02 to 0.20%, S ⁇ 0.04%, P ⁇ 0.05%, Cu ⁇ 0.20%, Ni ⁇ 0.20%
  • the balance has a chemical composition of Fe and impurities.
  • This chemical composition further satisfies the following relationship: [34 ⁇ 2.7 + 29.5 ⁇ C + 2.9 ⁇ Si + 6.9 ⁇ Mn + 10.8 ⁇ Cr + 30.3 ⁇ Mo + 44.3 ⁇ V ⁇ 43] and [0.76 ⁇ exp (0.05 ⁇ C) ⁇ exp ( 1.35 ⁇ Si) ⁇ exp (0.38 ⁇ Mn) ⁇ exp (0.77 ⁇ Cr) ⁇ exp (3.0 ⁇ Mo) ⁇ exp (4.6 ⁇ V) ⁇ 25].
  • Patent Document 2 describes that this vehicle steel is excellent in wear resistance, rolling contact fatigue resistance, and spoke ring resistance by satisfying the above chemical composition and the above formula.
  • the steel for wheels disclosed in Patent Document 3 is, by mass%, C: 0.65 to 0.84%, Si: 0.4 to 1.0%, Mn: 0.50 to 1.40%, Cr : 0.02 to 0.13%, S: 0.04% or less, V: 0.02 to 0.12%, and Fn1 defined by the formula (1) is 32 to 43; Fn2 represented by (2) is 25 or less, and the balance consists of Fe and impurities.
  • Patent Document 3 describes that this wheel steel has the above chemical composition, and that Fn1 and Fn2 satisfy the above ranges, thereby exhibiting excellent wear resistance, rolling contact fatigue resistance, and spoke ring resistance. I have.
  • the railway vehicle wheel disclosed in Patent Document 4 has, in mass%, C: 0.85 to 1.20%, Si: 0.10 to 2.00%, Mn: 0.05 to 2.00%, If necessary, one or more of Cr, Mo, V, Nb, B, Co, Cu, Ni, Ti, Mg, Ca, Al, Zr, and N are contained in a predetermined amount, and the balance is Fe and An integrated railway vehicle wheel made of steel containing a chemical component consisting of other unavoidable impurities, wherein at least a part of a tread surface and / or a flange surface of the wheel has a pearlite structure.
  • the life of the railcar wheel depends on the amount of wear on the tread surface and the flange surface (paragraph [0002] of Patent Literature 4). It is described that it depends on thermal cracks on the tread and flange surfaces that occur as soon as possible. And it is described that the wear resistance and the thermal crack of a tread surface and a flange surface can be suppressed because the railcar wheel has the above configuration.
  • the railway wheel proposed in Patent Document 1 has an appropriate hardenability and a property of obtaining a pearlite structure, so that the Cr content is kept low and an appropriate amount of Si is contained.
  • the C content of the railway wheel described in Patent Document 1 is 0.4 to 0.75%, and this wheel is made of so-called hypoeutectoid steel. Therefore, there is a limit in improving the wear resistance.
  • an example of a method of manufacturing a railway wheel is as follows.
  • the steel slab is hot worked to form a railway wheel shaped intermediate product.
  • Heat treatment (tread quenching) is performed on the formed intermediate product.
  • the tread surface and the flange portion of the intermediate product are rapidly cooled.
  • fine pearlite having high wear resistance is generated in the matrix structure of the surface layer portion of the tread.
  • a hardened layer made of martensite or made of martensite and bainite
  • the quenched layer is subject to wear. Therefore, after the tread quenching, the quenched layer formed on the outermost layer of the tread is removed by cutting to expose the fine pearlite to the tread.
  • railway vehicle wheels made of hypereutectoid steel have excellent wear resistance.
  • the proeutectoid cementite is formed in the railway wheel, for example, in a plate portion and / or a boss portion of the railway wheel. Is easily generated.
  • Proeutectoid cementite reduces the toughness of the steel.
  • the thickness of the plate portion is smaller than that of the boss portion and the rim portion. Therefore, a decrease in toughness due to pro-eutectoid cementite may lead to breakage of the wheel, particularly in the plate portion.
  • An object of the present disclosure is to provide a railway wheel having excellent toughness even when the C content is as high as 0.80% or more.
  • the railway wheel according to the present disclosure Rim part, Boss part, A plate portion disposed between the rim portion and the boss portion and connected to the rim portion and the boss portion;
  • the chemical composition of the railway wheel is, in mass%, C: 0.80 to 1.60%, Si: 1.00% or less, Mn: 0.10-1.25%, P: 0.050% or less, S: 0.030% or less, Al: 0.010 to 0.650%, N: 0.0030 to 0.0200%, Cr: 0 to 0.60%, V: 0 to 0.12%, and
  • the balance consists of Fe and impurities
  • the area ratio of pearlite is 85.0% or more
  • the area ratio of proeutectoid cementite is 0.90 to 15.00%
  • the defined average value of the width W of the proeutectoid cementite is 0.95 ⁇ m or less.
  • a in the formula (1) is an area ( ⁇ m 2 ) of the pro-eutectoid cementite, and P is an outer peripheral length ( ⁇ m) of the pro-eutectoid cementite.
  • the railway wheel according to the present disclosure Rim part, Boss part, A plate portion disposed between the rim portion and the boss portion and connected to the rim portion and the boss portion;
  • the chemical composition of the railway wheel is, in mass%, C: 0.80 to 1.60%, Si: 1.00% or less, Mn: 0.10-1.25%, P: 0.050% or less, S: 0.030% or less, Al: 0.010 to 0.650%, N: 0.0030 to 0.0200%, Cr: 0 to 0.60%, V: 0 to 0.12%, and
  • the balance consists of Fe and impurities
  • the area ratio of pearlite is 85.0% or more
  • the area ratio of proeutectoid cementite is 0.90 to 15.00%
  • the maximum width of the proeutectoid cementite is Is 1.80 ⁇ m or less.
  • the railway wheel according to the present disclosure has excellent toughness even when the C content is as high as 0.80% or more.
  • FIG. 1 is a sectional view parallel to the central axis of the railway wheel.
  • FIG. 2 is a diagram showing a heat pattern in a heat treatment simulating tread quenching.
  • FIG. 3 is a diagram showing a heat pattern in a heat treatment simulating tread quenching, which is different from FIG.
  • FIG. 4 is an image diagram showing the relationship between the isothermal transformation diagram of the steel having the chemical composition shown in Table 1 and the heat patterns of FIGS. 2 and 3.
  • FIG. 5 is a schematic diagram for explaining measurement positions in the Vickers hardness test.
  • FIG. 6 is a microstructure photograph image of Test No. 5 (0.90% C material) obtained by microstructure observation.
  • FIG. 7 is a microstructure photograph image of Test No. 8 (1.00% C material) obtained by microstructure observation.
  • FIG. 6 is a microstructure photograph image of Test No. 5 (0.90% C material) obtained by microstructure observation.
  • FIG. 7 is a microstructure photograph image of Test No. 8 (1.00% C material)
  • FIG. 8 shows the Vickers hardness (HV), the Charpy impact value (J / cm 2 ), and the presence or absence of proeutectoid cementite in hypereutectoid steel materials (0.90% C material and 1.00% C material).
  • FIG. 9 is a microstructure photograph image of Test No. 5 (0.90% C material) in Table 2 obtained by SEM.
  • FIG. 10 is a microstructure photograph image of Test No. 8 (1.00% C material) in Table 2 obtained by SEM.
  • FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the proeutectoid cementite width and the Charpy impact value of Test Nos. 1, 2, 4, 5, 7, and 8 in Table 2.
  • FIG. 12 is a diagram in which binarization processing is performed on the microstructure photograph image shown in FIG. 9 to identify proeutectoid cementite.
  • FIG. 13 is a diagram in which a skeleton line obtained by performing a thinning process on the proeutectoid cementite of FIG. 12 is superimposed and displayed on the proeutectoid cementite.
  • FIG. 14 is a schematic diagram in which a part of the binarized pro-eutectoid cementite and the skeleton line 60 of the pro-eutectoid cementite are enlarged.
  • FIG. 15 is a diagram showing an optical microscope photograph image and an image after binarization processing.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating an example of a cooling device for cooling an intermediate product.
  • FIG. 17 is a diagram showing a heat pattern in a heat treatment simulating tread quenching adopted in the example.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view including the central axis of the railway wheel according to the present embodiment.
  • a railway wheel 1 has a disk shape and includes a boss 2, a plate 3, and a rim 4.
  • the boss 2 has a cylindrical shape and is arranged at the center of the railway wheel 1 in the radial direction of the railway wheel 1 (the direction perpendicular to the center axis).
  • the boss 2 has a through hole 21.
  • the central axis of the through-hole 21 coincides with the central axis of the railway wheel 1.
  • a rail axle (not shown) is inserted into the through hole 21.
  • the thickness T2 of the boss 2 is greater than the thickness T3 of the plate 3.
  • the rim portion 4 is formed at an outer peripheral edge of the railway wheel 1.
  • the rim 4 includes a tread 41 and a flange 42.
  • the tread 41 is connected to the flange 42.
  • the thickness T4 of the rim portion 4 is larger than the thickness T3 of the plate portion 3.
  • the plate 3 is disposed between the boss 2 and the rim 4 and is connected to the boss 2 and the rim 4. More specifically, the inner peripheral edge of the plate 3 is connected to the boss 2, and the outer peripheral edge of the plate 3 is connected to the rim 4.
  • the thickness T3 of the plate portion 3 is smaller than the thickness T2 of the boss portion 2 and the thickness T4 of the rim portion 4.
  • the diameter of the railway wheel 1 is not particularly limited, but is, for example, 700 mm to 1000 mm.
  • the present inventors first studied a chemical composition suitable for enhancing wear resistance of a railway wheel. As a result, in a railway wheel, even if the same hardness is obtained, it is better to increase the C content to 0.80% or more and to increase the hardness than to increase the hardness by increasing the V content. It was found that the wear resistance when used as a railway wheel was increased. Although this mechanism is not clear, the following items can be considered.
  • the tread of the railway wheel in use receives an external force (load) from the rail.
  • the cementite in the pearlite of the surface layer immediately below the tread is crushed by this external force, and the hardness is increased by dispersion strengthening. Further, the carbon in the crushed fine cementite is supersaturated with ferrite in pearlite to form a solid solution, and the hardness of the surface layer immediately below the tread is increased by solid solution strengthening.
  • the above-described mechanism increases the wear resistance of the railway wheel.
  • V is contained in steel
  • the hardness of the steel is increased by precipitation strengthening of V carbonitride.
  • V carbonitride is generated in the ferrite, it mainly increases the hardness of the ferrite. That is, although the content of V increases the hardness of ferrite, it does not significantly affect the refinement of pearlite. Therefore, although the wear resistance can be increased to some extent by containing V, the wear resistance cannot be increased as much as the dispersion strengthening by crushed cementite and the solid solution strengthening of C.
  • the present inventors considered that it is preferable to use hypereutectoid steel having a C content of 0.80 to 1.60% in the chemical composition of the railway wheel in order to enhance the wear resistance.
  • pro-eutectoid cementite is easily generated in railway wheels made of hypereutectoid steel having a C content of 0.80% or more. Proeutectoid cementite reduces the toughness of railway wheels.
  • the present inventors have studied a method of increasing toughness in a railway wheel made of hypereutectoid steel having a high C content.
  • the present inventors studied to increase the toughness of a railway wheel made of hypereutectoid steel by suppressing the formation of proeutectoid cementite.
  • it has been found that it is very difficult to completely suppress the generation of proeutectoid cementite in the case of a railway wheel made of hypereutectoid steel having a high C content.
  • the present inventors do not increase the toughness of railway wheels made of hypereutectoid steel by suppressing the formation of proeutectoid cementite, but on the assumption that proeutectoid cementite is formed, the form of proeutectoid cementite It was thought that the toughness of railway wheels made of hypereutectoid steel could be improved by controlling the temperature. Therefore, the present inventors further studied the relationship between the form of proeutectoid cementite generated in a railway wheel made of hypereutectoid steel and the toughness of the railway wheel.
  • the shape of the steel material was a round bar having a diameter of 20 mm and a length of 125 mm. Heat treatment of the heat pattern shown in FIGS. 2 and 3 was performed among the steel materials to change the form of proeutectoid cementite generated in the steel materials TP1 and TP2.
  • the heat patterns shown in FIGS. 2 and 3 indicate the temperature of the atmosphere of the heat treatment. That is, it indicates the temperature of the atmosphere in which the steel material is placed during the heat treatment.
  • the heat pattern HP1 in FIG. 2 is a heat pattern in which the residence time of the steel materials TP1 and TP2 in the production temperature range of proeutectoid cementite (720 ° C.) is increased in the steel materials TP1 and TP2.
  • the heat pattern HP2 in FIG. 3 the residence time of the steel material TP2 (1.00% C material) in the temperature range for the formation of proeutectoid cementite by quenching is shortened, or the steel material TP1 (0. In the case of (90% C material), the heat pattern does not pass through the temperature range for the formation of proeutectoid cementite.
  • FIG. 4 is an image diagram showing the relationship between the isothermal transformation diagrams of the steel materials TP1 and TP2 and the heat patterns HP1 and HP2 in FIGS. 2 and 3.
  • FIG. 4 shows proeutectoid cementite nose and pearlite nose in the chemical composition of steel materials TP1 and TP2.
  • the position of the pearlite nose is substantially the same between the steel TP1 (0.90% C material) and the steel TP2 (1.00% C material).
  • the proeutectoid cementite nose the steel material TP2 (1.00% C material, broken line in FIG. 4) is shifted to the left from the steel material TP1 (0.90% C material: solid line in FIG. 4). .
  • the cooling liquid is sprayed on the treads 41 shown in FIG. 1 to cool the railway wheels 1 while performing the quenching.
  • the thickness T2 of the boss 2 is greater than the thickness T3 of the plate 3, and the boss 2 is far from the rim 4 with which the coolant contacts. Therefore, in the tread quenching, the cooling speed of the boss portion 2 is lower than the cooling speed of the plate portion 3. Therefore, as shown in FIG. 2, in the heat pattern HP1, heat patterns HP11 and HP12 assuming the cooling speed in the boss portion 2 and heat patterns HP13 and HP14 assuming the cooling speed in the plate portion 3 are prepared. Similarly, as shown in FIG. 3, in the heat pattern HP2, a heat pattern HP21 assuming a cooling speed in the boss portion 2 and a heat pattern HP22 assuming a cooling speed in the plate portion 3 were prepared.
  • the heat patterns HP11 and HP12 assuming the cooling rate at the boss portion have different holding times at 720 ° C. Specifically, in the heat pattern HP11, the holding time at 720 ° C. was 47 minutes, and in the heat pattern HP12, the holding time at 720 ° C. was 17 minutes. In other words, it was assumed that the amount of pro-eutectoid cementite generated in the steel material heat-treated in the heat pattern HP11 was larger than the amount of pro-eutectoid cementite generated in the steel material heat-treated in the heat pattern HP12. Similarly, in FIG. 2, in the heat patterns HP13 and HP14 assuming the cooling rate in the plate portion 3, the holding time at 720 ° C. is different.
  • the holding time at 720 ° C. was 47 minutes
  • the holding time at 720 ° C. was 17 minutes. That is, it was assumed that the amount of pro-eutectoid cementite generated in the steel material heat-treated in the heat pattern HP13 was larger than the amount of pro-eutectoid cementite generated in the steel material heat-treated in the heat pattern HP14.
  • a plurality of steel materials TP1 were prepared, and a plurality of steel materials TP2 were prepared. Each steel material was subjected to a heat treatment using heat patterns HP11 to HP14, HP21 and HP22 simulating tread quenching. Specifically, test materials of Test Nos. 1 to 8 shown in Table 2 were produced by combining steel materials TP1 and TP2 and heat patterns HP11 to HP14, HP21 and HP22.
  • the Vickers hardness of the steel materials of Test Nos. 1 to 8 after the heat treatment was determined. Specifically, as shown in FIG. 5, in a cross section perpendicular to the longitudinal direction (Longitudinal-direction) of the steel material 100 of each test number, a center point P1 of the steel material 100 and a circle having a radius of 1 mm centered on the point P1 are shown.
  • the Vickers hardness (HV) was measured in accordance with JIS Z 2244 (2009) at five points P2 to P5 at a 90 ° pitch position. The test force at this time was 9.8 N (1.0 kgf). The average value of the obtained Vickers hardness was defined as the Vickers hardness (HV) of the test number.
  • U-notch test pieces in accordance with JIS Z 2242 (2005) were collected from the center position in the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the steel material of each test number.
  • the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the U notch test piece was a square of 10 mm ⁇ 10 mm, and the length of the U notch test piece in the longitudinal direction was 55 mm.
  • the longitudinal direction of the U-notch test piece was parallel to the longitudinal direction of the steel material.
  • a U-notch was formed at the center of the length of the U-notch test piece (that is, at the center of a length of 55 mm).
  • the notch depth was 2 mm, and the notch bottom radius was 1 mm.
  • a Charpy impact test in a room temperature atmosphere was performed.
  • the Charpy impact value (J / cm 2 ) was determined for each of the four U-notch test pieces for each test number, and the average value was defined as the Charpy impact value (J / cm 2 ) for that test number.
  • the microstructure of the steel material of each test number after the heat treatment was observed, and the presence or absence of proeutectoid cementite was investigated.
  • a sample for microstructure observation was collected from the center position of the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the steel material of each test number after the heat treatment.
  • a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the steel material was defined as an observation surface.
  • the observation surface of each sample was mirror-finished by mechanical polishing. Thereafter, the observation surface was etched using a sodium picrate solution (100 ml of water + 2 g of picric acid + 25 g of sodium hydroxide), which is a corrosive solution suitable for the appearance of proeutectoid cementite.
  • the sample was immersed in a boiled sodium picrate solution.
  • a photographic image was generated using a 500-fold optical microscope for an arbitrary field of view (200 ⁇ m ⁇ 200 ⁇ m) in the observation surface of the sample after etching.
  • the proeutectoid cementite formed at the former austenite grain boundary exhibits a black color. Therefore, the presence or absence of proeutectoid cementite could be confirmed.
  • FIG. 6 is a microstructure photograph image of Test No. 5 (0.90% C material) obtained by the above microstructure observation.
  • FIG. 7 is a microstructure photograph image of Test No. 8 (1.00% C material) obtained by the above microstructure observation. Referring to FIGS. 6 and 7, black regions (regions indicated by black arrows) in these photographic images are proeutectoid cementite.
  • the area ratio of proeutectoid cementite confirmed in the above visual field was determined. Specifically, the area of proeutectoid cementite in the visual field (200 ⁇ m ⁇ 200 ⁇ m) was determined. The ratio of the area of the obtained proeutectoid cementite to the total area of the visual field was defined as the proeutectoid cementite area ratio (%).
  • FIG. 8 shows the Vickers hardness (HV), the Charpy impact value (J / cm 2 ), and the presence or absence of proeutectoid cementite in hypereutectoid steel materials (0.90% C material and 1.00% C material).
  • FIG. 8 in Test Nos. 1, 2, 4, and 5 in which heat pattern HP1 was applied using steel material TP1 (0.90% C material), proeutectoid cementite was present in the microstructure. Therefore, the Charpy impact value was 8.5 J / cm 2 or less.
  • Test No. 1 Heat Pattern HP11
  • Test No. 2 Heat Pattern HP12
  • Test No. 1 was higher than that of Test No. 1. .
  • the Charpy impact values for Test Nos. 1 and 2 were comparable.
  • Test No. 4 Heating Pattern HP13
  • Test No. 5 Heat Pattern HP14
  • Test No. 5 having a shorter holding time at 720 ° C. has a higher Vickers hardness than Test No. 4.
  • the Charpy impact values of Test Nos. 4 and 5 were equivalent.
  • Test Nos. 3 and 6 using the steel material TP1 and applying the heat pattern HP2 (HP21 and HP22) no proeutectoid cementite was present in the microstructure. Therefore, the Charpy impact value was as high as 14 J / cm 2 or more.
  • Test Nos. 7 and 8 to which the heat pattern HP2 (HP21 and HP22) was applied using the steel material TP2 (1.00% C material), as in Test Nos. 1, 2, 4 and 5, the microstructure was the first. Precipitated cementite was present. However, despite the presence of pro-eutectoid cementite, the Charpy impact values of Test Nos. 7 and 8 were significantly higher than those of Test Nos. 1, 2, 4, and 5, which also had pro-eutectoid cementite, and were 14 J / It exceeded cm 2. In particular, when Test No. 2 and Test No. 7 were compared, the Charpy impact values were greatly different although the Vickers hardnesses of both were almost the same. Similarly, when Test No. 5 and Test No. 8 were compared, the Charpy impact values were greatly different although the Vickers hardnesses of both were almost the same.
  • FIG. 9 is a microstructure photograph image of Test No. 5 obtained by SEM.
  • FIG. 10 is a microstructure photograph image of Test No. 8 obtained by SEM.
  • a region surrounded by a white line is proeutectoid cementite (reference numeral 50).
  • the morphology of pro-eutectoid cementite generated in Test No. 8 having a high Charpy impact value is remarkably different from the morphology of pro-eutectoid cementite generated in Test No. 5 having a low Charpy impact value.
  • the proeutectoid cementite of Test No. 8 was formed such that the width of the proeutectoid cementite was narrower overall than the proeutectoid cementite of Test No. 5.
  • the present inventors thought that even if proeutectoid cementite was formed on the plate portion 3 of the railway wheel 1, if the width of the generated proeutectoid cementite was narrow, it was possible to suppress a decrease in toughness.
  • the present inventors paid attention to the width of pro-eutectoid cementite in the microstructure photograph image.
  • the present inventors have defined the following two indices for the width of proeutectoid cementite.
  • (B) Regulation using the maximum width of proeutectoid cementite as an index The average value of the width of proeutectoid cementite in the above (A) is described in Non-Patent Document 1. It can be obtained based on the described rectangle-like method (ribbon-like method).
  • the maximum width of the proeutectoid cementite in the above (B) can be determined by performing a thinning process which is one of the image processing methods.
  • the average value of the width W of the proeutectoid cementite is determined by the rectangular approximation method described in Non-Patent Document 1. Specifically, it is determined by the following method.
  • the above microstructure photographic image (200 ⁇ m ⁇ 200 ⁇ m) obtained by the above 500 ⁇ optical microscope is binarized by image processing to specify proeutectoid cementite.
  • the area A of the specified pro-eutectoid cementite is determined.
  • the outer peripheral length P (outer peripheral length) of the specified proeutectoid cementite is determined.
  • the proeutectoid cementite is a rectangle having an area A and an outer peripheral length P. Then, assuming that the cementite is rectangular, the long side of the rectangle is regarded as the length L of the proeutectoid cementite, and the short side of the rectangle is regarded as the width W of the proeutectoid cementite. That is, the proeutectoid cementite is regarded as a rectangle satisfying the following equations (a) and (b).
  • A L ⁇ W (a)
  • P 2 ⁇ (L + W) (b)
  • the width W of the proeutectoid cementite can be defined by the following expression (1) based on the expressions (a) and (b).
  • W 1/2 ⁇ (P / 2 ⁇ ((P / 2) 2 ⁇ 4A) 1/2 ) (1)
  • the width W of each proeutectoid cementite can be determined from the area A and the peripheral length P of each proeutectoid cementite specified in the observation visual field. Then, using the width W of each proeutectoid cementite, the average value of the width W of the proeutectoid cementite can be obtained.
  • each pro-eutectoid cementite specified in the observation visual field was subjected to the method described above.
  • the area A and the peripheral length P were determined.
  • the average value of the area A of the specified proeutectoid cementite was determined, and the average value of the outer peripheral length P was determined.
  • a pro-eutectoid cementite width W defined by the equation (1) was obtained.
  • the obtained proeutectoid cementite width W was defined as the average value ( ⁇ m) of the proeutectoid cementite width W for the test number. Then, a relationship between the obtained average value of the proeutectoid cementite width W and the Charpy impact value was obtained.
  • FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the average value of the proeutectoid cementite width W of Test Nos. 1, 2, 4, 5, 7, and 8, and the Charpy impact value.
  • the Charpy impact value is 8.5 J / cm. 2 or less.
  • the Charpy impact value exceeds 8.5 J / cm 2 , and the pro-eutectoid cementite width W is further reduced.
  • the present inventors have found that in a railway wheel made of hypereutectoid steel, by controlling the form of proeutectoid cementite, specifically, the proeutectoid cementite width defined by the formula (1) is obtained.
  • the average value of W 0.95 ⁇ m or less, it was found that the Charpy impact value was more than 8.5 J / cm 2 and excellent toughness was obtained despite the presence of proeutectoid cementite.
  • FIG. 12 is a diagram in which binarization processing is performed on the microstructure photograph image shown in FIG. 9 to specify proeutectoid cementite.
  • the proeutectoid cementite 50 can be easily specified.
  • the proeutectoid cementite 50 in the microstructure is black, and the region other than the proeutectoid cementite (pearlite region) is white.
  • the specified pro-eutectoid cementite 50 is subjected to a thinning process.
  • the thinning process is a process of converting a binarized image (proeutectoid cementite 50) into a line image having a width of one pixel (one pixel), and is a well-known image processing method.
  • a line image obtained by the thinning processing is referred to as a “skeleton line”.
  • FIG. 13 is a diagram in which a skeleton line 60 obtained by performing a thinning process on the proeutectoid cementite 50 of FIG.
  • FIG. 14 is a schematic diagram in which a part of the binarized pro-eutectoid cementite 50 and the skeleton line 60 of the pro-eutectoid cementite 50 are enlarged.
  • a straight line is drawn perpendicular to skeleton line 60 at an arbitrary measurement point P of skeleton line 60.
  • a line segment L between two intersections with the contour of the proeutectoid cementite 50 is defined as the width of the proeutectoid cementite at the measurement point P.
  • a straight line perpendicular to the skeleton line 60 is drawn at the measurement point P ⁇ b> 1 of the skeleton line 60, and the straight line between the intersections of the two points with the contour of the proeutectoid cementite 50 is drawn.
  • the length of the line segment L1 is defined as the width of the proeutectoid cementite 50 at the measurement point P1.
  • the length of a line segment L2 perpendicular to the skeleton line 60 at the measurement point P2 is defined as the width of the proeutectoid cementite 50 at the measurement point P2.
  • a branch point BP where the skeleton line 60 branches may occur.
  • the skeleton line 60 in the reference circle Cref having a diameter of 1.5 ⁇ m and centered on the branch point BP is excluded from the measurement of the width of the proeutectoid cementite.
  • the length of the line segment L is also excluded from the measurement of the width of the proeutectoid cementite 50.
  • the line segment L3 of the measurement point P3 outside the reference circle Cref intersects with the point P4 on the skeleton line 60 in addition to the measurement point P3. That is, the line segment L3 intersects the skeleton line 60 at least twice. In this case, the line segment L3 is excluded from the measurement of the width of the proeutectoid cementite 50.
  • the maximum width of the proeutectoid cementite measured in each visual field is defined as the maximum width ( ⁇ m) of the proeutectoid cementite.
  • the present inventors measured the maximum width of proeutectoid cementite by the above method. As a result, it has been found that if the maximum width of the proeutectoid cementite is 1.80 ⁇ m or less, the Charpy impact value exceeds 8.5 J / cm 2 and excellent toughness can be obtained.
  • the railway wheel of the present embodiment completed based on the above knowledge has the following configuration.
  • the chemical composition of the railway wheel is, in mass%, C: 0.80 to 1.60%, Si: 1.00% or less, Mn: 0.10-1.25%, P: 0.050% or less, S: 0.030% or less, Al: 0.010 to 0.650%, N: 0.0030 to 0.0200%, Cr: 0 to 0.60%, V: 0 to 0.12%, and
  • the balance consists of Fe and impurities
  • the area ratio of pearlite is 85.0% or more
  • the area ratio of proeutectoid cementite is 0.90 to 15.00%
  • the defined average value of the width W of the proeutectoid cementite is 0.95 ⁇ m or less.
  • a in the formula (1) is an area ( ⁇ m 2 ) of the pro-eutectoid cementite, and P is an outer peripheral length ( ⁇ m) of the pro-eutectoid cementite.
  • the chemical composition of the railway wheel is, in mass%, C: 0.80 to 1.60%, Si: 1.00% or less, Mn: 0.10-1.25%, P: 0.050% or less, S: 0.030% or less, Al: 0.010 to 0.650%, N: 0.0030 to 0.0200%, Cr: 0 to 0.60%, V: 0 to 0.12%, and
  • the balance consists of Fe and impurities
  • the area ratio of pearlite is 85.0% or more
  • the area ratio of proeutectoid cementite is 0.90 to 15.00%
  • the maximum width of the proeutectoid cementite is Is 1.80 ⁇ m or less.
  • the railway wheel of [4] is the railway wheel of [3], In the microstructure of the boss portion of the railway wheel, the area ratio of pearlite is 85.0% or more, and the area ratio of the proeutectoid cementite is 0.90 to 15.00%. The large value is 1.80 ⁇ m or less.
  • the railway wheel 1 of the present embodiment includes a boss 2, a plate 3, and a rim 4.
  • the chemical composition of the railway wheel 1 of the present embodiment contains the following elements.
  • C 0.80 to 1.60% Carbon (C) increases the hardness of the steel and increases the wear resistance of the railway wheel 1. If the C content is less than 0.80%, this effect cannot be obtained even if other element contents are within the range of the present embodiment. On the other hand, if the C content exceeds 1.60%, even if other element contents are within the range of the present embodiment, an excessively large amount of pro-eutectoid cementite precipitates at the prior austenite grain boundary, and The area ratio exceeds 15.00%. In this case, the toughness of the railway wheel 1 decreases. Therefore, the C content is 0.80 to 1.60%. A preferred lower limit of the C content is 0.85%, more preferably 0.87%, further preferably 0.90%, and still more preferably 0.95%. A preferred upper limit of the C content is 1.55%, more preferably 1.45%, further preferably 1.30%, more preferably 1.15%, and still more preferably 1.05%. %.
  • Si 1.00% or less Silicon (Si) is inevitably contained. That is, the Si content is more than 0%. Si enhances the hardness of steel by solid solution strengthening ferrite. However, if the Si content exceeds 1.00%, proeutectoid cementite is likely to be generated even if the content of other elements is within the range of the present embodiment. If the Si content exceeds 1.00%, the hardenability of the steel becomes too high, and martensite is easily formed. In this case, the thickness of the quenched layer formed on the tread during quenching of the tread increases. As a result, the cutting amount increases and the yield decreases.
  • the Si content is 1.00% or less.
  • the preferable upper limit of the Si content is 0.90%, more preferably 0.80%, further preferably 0.70%, and further preferably 0.50%.
  • the lower limit of the Si content is not particularly limited. However, excessive reduction of the Si content increases manufacturing costs. Therefore, a preferable lower limit of the Si content is 0.01%, and more preferably 0.05%. From the viewpoint of increasing the hardness of the steel, the lower limit of the Si content is more preferably 0.10%, and still more preferably 0.15%.
  • Mn 0.10-1.25%
  • Mn increases the hardness of steel by solid solution strengthening ferrite. Mn further forms MnS and improves the machinability of the steel. If the Mn content is less than 0.10%, these effects cannot be obtained even if other element contents are within the range of the present embodiment. On the other hand, if the Mn content exceeds 1.25%, the hardenability of the steel becomes too high even if the content of other elements is within the range of the present embodiment. In this case, the thickness of the quenched layer increases, and the yield in the manufacturing process decreases. Further, when the railway wheel 1 is used, the rim portion 4 is burned by frictional heat generated between the rim portion 4 and the brake. In this case, the crack resistance of the steel may decrease.
  • the Mn content is 0.10 to 1.25%.
  • a preferred lower limit of the Mn content is 0.50%, more preferably 0.60%, and further preferably 0.70%.
  • a preferred upper limit of the Mn content is 1.10%, more preferably 1.00%, further preferably 0.95%, and still more preferably 0.90%.
  • P 0.050% or less Phosphorus (P) is an unavoidable impurity. That is, the P content is more than 0%. P segregates at the grain boundaries and lowers the toughness of the steel. Therefore, the P content is 0.050% or less.
  • the preferable upper limit of the P content is 0.030%, and more preferably 0.020%.
  • the P content is preferably as low as possible. However, excessive reduction of the P content increases manufacturing costs. Therefore, in consideration of ordinary industrial production, a preferable lower limit of the P content is 0.001%, more preferably 0.002%.
  • S 0.030% or less Sulfur (S) is inevitably contained. That is, the S content is more than 0%. S forms MnS and enhances machinability of steel. On the other hand, if the S content is too high, the toughness of the steel decreases. Therefore, the S content is 0.030% or less. A preferred upper limit of the S content is 0.020%. Excessive reduction of the S content increases manufacturing costs. Therefore, a preferable lower limit of the S content is 0.001%, more preferably 0.002%, and a further preferable lower limit is 0.005%.
  • Al 0.010 to 0.650%
  • Aluminum (Al) deoxidizes steel. Al further suppresses the formation of proeutectoid cementite and increases the toughness of the steel. Al further combines with N to form AlN and refines crystal grains. Refining the crystal grains increases the toughness of the steel. If the Al content is less than 0.010%, these effects cannot be sufficiently obtained even if other element contents are within the range of the present embodiment. On the other hand, if the Al content exceeds 0.650%, the nonmetallic inclusions increase and the toughness of the steel decreases even if the content of other elements is within the range of the present embodiment. Therefore, the Al content is 0.010 to 0.650%.
  • a preferable lower limit of the Al content is 0.012%, more preferably 0.020%, further preferably 0.025%, and further preferably 0.030%.
  • the preferred upper limit of the Al content is 0.600%, more preferably 0.500%, further preferably 0.300%, more preferably less than 0.250%, and still more preferably 0.1%. 240%.
  • the Al content referred to in this specification means the content of acid-soluble Al (sol. Al).
  • N 0.0030 to 0.0200%
  • Nitrogen (N) combines with Al to form AlN and refines prior austenite grains. The refinement of the prior austenite grains increases the toughness of the steel. If the N content is less than 0.0030%, this effect cannot be sufficiently obtained even if other element contents are within the range of the present embodiment. On the other hand, if the N content exceeds 0.0200%, the effect is saturated even if the content of other elements is within the range of the present embodiment. Therefore, the N content is 0.0030 to 0.0200%.
  • a preferred lower limit of the N content is 0.0035%, more preferably 0.0040%.
  • a preferred upper limit of the N content is 0.0100%, and more preferably 0.0080%.
  • the balance of the chemical composition of the railway wheel 1 according to the present embodiment consists of Fe and impurities.
  • the impurities are mixed in from the ore, scrap, or the production environment as raw materials when the railway wheel 1 is manufactured industrially, and have an adverse effect on the railway wheel 1 of the present embodiment. Means acceptable within the range not given.
  • the impurities other than the above-mentioned impurities include, for example, O, Cu, Ni, and Mo.
  • the contents of these impurity elements are, for example, as follows. O: 0.0070% or less, Cu: 0.20% or less, more preferably 0.10% or less, further preferably 0.08% or less, Ni: 0.20% or less, more preferably 0.10% or less. , More preferably, 0.08% or less, Mo: 0.07% or less.
  • the chemical composition of the railway wheel 1 of the present embodiment may further contain Cr instead of part of Fe.
  • Chromium (Cr) is an optional element and need not be contained. That is, the Cr content may be 0%. When contained, Cr narrows the lamella spacing of pearlite. This significantly increases the hardness of the pearlite. However, if the Cr content exceeds 0.60%, the quenchability becomes excessively high and the thickness of the quenched layer after quenching the treads becomes excessive even if the content of other elements is within the range of the present embodiment. To increase. Therefore, the Cr content is 0 to 0.60%.
  • a preferable lower limit of the Cr content is more than 0%, more preferably 0.01%, further preferably 0.02%, and further preferably 0.03%.
  • a preferable upper limit of the Cr content is 0.55%, more preferably 0.40%, further preferably 0.30%, further preferably 0.25%, and further preferably 0.20%. %.
  • the chemical composition of the railway wheel 1 of the present embodiment may further contain V instead of part of Fe.
  • V 0 to 0.12% Vanadium (V) is an optional element and may not be contained. That is, the V content may be 0%. When included, V forms any of carbides, nitrides, and carbonitrides to precipitate and strengthen steel (specifically, ferrite in steel). As a result, the hardness of the railway wheel 1 increases, and the wear resistance further increases. However, if the V content exceeds 0.12%, the quenchability increases, and the thickness of the quenched layer after tread quenching excessively increases. Therefore, the V content is 0 to 0.12%.
  • a preferred lower limit of the V content is more than 0%, more preferably 0.01%, further preferably 0.02%, and further preferably 0.03%.
  • a preferred upper limit of the V content is 0.11%, and more preferably 0.10%.
  • the area ratio of pearlite is 85.0% or more, and the area ratio of proeutectoid cementite is 0.90 to 15.00%.
  • phases other than pearlite and proeutectoid cementite are, for example, martensite and / or bainite.
  • the area ratio of pearlite is 85.0% or more, and the area ratio of proeutectoid cementite is 0.90 to 15.00%.
  • phases other than pearlite and proeutectoid cementite are, for example, martensite and / or bainite.
  • the pearlite area ratio is preferably 95.0% or more, and more preferably 97.0% or more.
  • phases other than pearlite and pro-eutectoid cementite are, for example, martensite and / or bainite.
  • the pearlite area ratio and the proeutectoid cementite area ratio in the microstructure of the plate portion 3, the boss portion 2, and the rim portion 4 are determined by the following methods.
  • the central position in the thickness direction of the plate portion 3 (the central position in the thickness T3 in FIG. 1), the central position in the thickness direction of the boss portion 2 (the central position in the thickness T2 in FIG. 1), the thickness of the rim portion 4.
  • a sample is taken from the center position in the direction (the center position of the thickness T4 in FIG. 1).
  • the observation surface of each sample is mirror-finished by mechanical polishing. Thereafter, etching is performed on the observation surface using a sodium picrate solution (100 ml of water + 2 g of picric acid + 25 g of sodium hydroxide).
  • the sample is immersed in a boiled sodium picrate solution.
  • a photographic image is generated using an optical microscope with a magnification of 500 for an arbitrary visual field (200 ⁇ m ⁇ 200 ⁇ m) in the observation surface of the sample after etching.
  • pearlite and proeutectoid cementite have different contrasts.
  • the black region indicated by the arrow is proeutectoid cementite
  • the remaining light gray region is pearlite.
  • each phase of the microstructure can be distinguished based on the contrast. Therefore, pearlite and proeutectoid cementite are specified based on the contrast.
  • the area ratio (%) of pearlite is determined based on the specified total area of pearlite and the area of the observation visual field (40000 ⁇ m 2 ).
  • the area ratio (%) of the proeutectoid cementite is determined based on the specified total area of the proeutectoid cementite and the area of the observation visual field (40000 ⁇ m 2 ).
  • the average value of the width W of the proeutectoid cementite defined by the expression (1) is 0.95 ⁇ m or less.
  • W 1/2 ⁇ (P / 2 ⁇ ((P / 2) 2 ⁇ 4A) 1/2 ) (1)
  • a in the formula (1) is the area of pro-eutectoid cementite ( ⁇ m 2 )
  • P is the outer peripheral length of pro-eutectoid cementite ( ⁇ m).
  • the plate portion 3 As described above, with reference to FIG. 1, among the rim portion 4, the plate portion 3, and the boss portion 2 of the railway wheel 1, the plate portion 3 has the smallest thickness T3. Therefore, in the railway wheel 1, the plate portion 3 is required to have high toughness. In the microstructure of the plate portion 3, if the average value of the width W of the proeutectoid cementite defined by the formula (1) is 0.95 ⁇ m or less, the toughness is significantly increased as shown in FIG. Therefore, in the microstructure of at least the plate portion 3 of the railway wheel of the present embodiment, the average value of the width W of the proeutectoid cementite defined by the expression (1) is 0.95 ⁇ m or less.
  • the preferable upper limit of the average value of the width W of the proeutectoid cementite is 0.90 ⁇ m, more preferably 0.85 ⁇ m, further preferably 0.80 ⁇ m, further preferably 0.75 ⁇ m, and still more preferably 0. It is less than 0.70 ⁇ m, more preferably 0.68 ⁇ m, and still more preferably 0.65 ⁇ m.
  • FIG. 15 is a diagram showing a microstructure photograph image obtained using an optical microscope and an image after binarization processing. Referring to FIG. 15, in the microstructure photograph images of mark A and mark B, the black region is proeutectoid cementite, and the other light gray regions are pearlite.
  • the image obtained by binarizing these microstructure photograph images by image processing is the image in the “binarization” column of FIG.
  • proeutectoid cementite is shown in white, and pearlite is shown in black.
  • proeutectoid cementite may be shown in black and pearlite may be shown in white.
  • the binarization process can be performed by a known image processing application such as ImageJ (trademark).
  • ImageJ trademark
  • the number of pixels of the image is not particularly limited, a preferable range of the number of pixels of the image is 300,000 pixels or more, more preferably 400,000 pixels or more, and further preferably 500,000 pixels or more.
  • the upper limit of the number of pixels is not particularly limited, but is, for example, 2 million pixels, may be 1.2 million pixels, or may be 1 million pixels.
  • each specified proeutectoid cementite is specified.
  • the continuously connected area is specified as one cementite.
  • the area A ( ⁇ m 2 ) of each specified proeutectoid cementite is determined.
  • the outer peripheral length P ( ⁇ m) of each of the specified proeutectoid cementite is determined.
  • the area A and the outer peripheral length P can be obtained by a known image processing application such as ImageJ (trademark).
  • ImageJ trademark
  • the area A and the peripheral length P of each target proeutectoid cementite are determined.
  • the average value of the area A of all the targeted proeutectoid cementite is determined, and the average value of the outer peripheral length P is determined.
  • a proeutectoid cementite width W defined by the equation (1) is obtained.
  • the obtained proeutectoid cementite width W is regarded as the average value of the proeutectoid cementite width W.
  • the average value of the proeutectoid cementite width W of the mark A in FIG. 15 is 0.52 ⁇ m
  • the average value of the proeutectoid cementite width W of the mark B is 0.95 ⁇ m.
  • the pearlite area ratio is 85.0% or more, and the area ratio of proeutectoid cementite is 0.90 to 15.00%. Further, the average value of the proeutectoid cementite width W is 0.95 ⁇ m or less.
  • proeutectoid cementite exists in the plate portion 3. However, since the average value of the proeutectoid cementite width W of the plate portion 3 is 0.95 ⁇ m or less, the railway wheel 1 of the present embodiment exhibits excellent toughness.
  • the pearlite area ratio is 85.0% or more, the area ratio of proeutectoid cementite is 0.90 to 15.00%, In addition, the average value of the proeutectoid cementite width W is 0.95 ⁇ m or less. In this case, the railway wheel 1 shows more excellent toughness.
  • a preferred upper limit of the average value of the width W of the proeutectoid cementite in the boss portion 2 is 0.90 ⁇ m, more preferably 0.85 ⁇ m, further preferably 0.80 ⁇ m, and further preferably 0.75 ⁇ m, More preferably, it is less than 0.70 ⁇ m, more preferably 0.68 ⁇ m, and still more preferably 0.65 ⁇ m.
  • the average value of the width W of the pro-eutectoid cementite in the boss portion 2 was calculated using the microstructure photograph image (observation field: 200 ⁇ m ⁇ 200 ⁇ m) of the boss portion obtained by the optical microscope described above.
  • the average value of the precipitated cementite width W can be determined by the same method as the method for determining the average value.
  • the pro-eutectoid cementite in the plate portion 3 is determined not by the average value of the width W but by the maximum width of pro-eutectoid cementite. Can also be defined.
  • the area ratio of pearlite is 85.0% or more, the area ratio of proeutectoid cementite is 0.90 to 15.00%, The maximum width of proeutectoid cementite is 1.80 ⁇ m or less.
  • the plate portion 3 As described above, with reference to FIG. 1, among the rim portion 4, the plate portion 3, and the boss portion 2 of the railway wheel 1, the plate portion 3 has the smallest thickness T3. Therefore, in the railway wheel 1, the plate portion 3 is required to have high toughness. In the microstructure of the plate portion 3, if the maximum width of the proeutectoid cementite is 1.80 ⁇ m or less, the toughness is significantly increased. Therefore, in the microstructure of at least the plate portion 3 of the railway wheel of the present embodiment, the maximum width of the proeutectoid cementite is 1.80 ⁇ m or less.
  • a preferred upper limit of the maximum width of the proeutectoid cementite is 1.75 ⁇ m, more preferably 1.70 ⁇ m, further preferably 1.60 ⁇ m, further preferably 1.50 ⁇ m, and still more preferably 1.40 ⁇ m. Yes, more preferably 1.30 ⁇ m, further preferably 1.20 ⁇ m, and still more preferably 1.10 ⁇ m.
  • the maximum width of proeutectoid cementite is determined by the following method.
  • a sample is taken from an arbitrary thickness center position of the plate portion 3 (the center position of the thickness T3 of the plate portion 3 in FIG. 1).
  • An arbitrary surface among the surfaces of the sample is defined as an observation surface.
  • the observation surface is mirror-finished by mechanical polishing. Thereafter, the observation surface is etched using a nital liquid.
  • Eight arbitrary visual fields of the observation surface of the sample after etching are observed at a magnification of 2000 using a scanning electron microscope (SEM), and a microstructure photograph image of a secondary electron image of each visual field (60 ⁇ m ⁇ 45 ⁇ m) is generated. .
  • SEM scanning electron microscope
  • the number of pixels of the image is not particularly limited, a preferable range of the number of pixels of the image is 300,000 pixels or more, more preferably 400,000 pixels or more, and further preferably 500,000 pixels or more.
  • the upper limit of the number of pixels is not particularly limited, but is, for example, 3 million pixels, may be 2 million pixels, or may be 1.5 million pixels.
  • the width of the proeutectoid cementite at a measurement point within a range of a reference circle Cref having a diameter of 1.5 ⁇ m from the branch point of the skeleton line and the line segment at the measurement point include the measurement point.
  • the width of proeutectoid cementite when it intersects the skeleton line at two or more points is out of scope.
  • the width of the proeutectoid cementite is specified in each field of view, excluding the width of the proeutectoid cementite.
  • the largest width is defined as the maximum width of proeutectoid cementite.
  • the pearlite area ratio is 85.0% or more, the area ratio of proeutectoid cementite is 0.90 to 15.00%, In addition, the maximum width of proeutectoid cementite is 1.80 ⁇ m or less. In this case, the railway wheel 1 shows more excellent toughness.
  • a preferred upper limit of the maximum width of the proeutectoid cementite in the boss portion 2 is 1.75 ⁇ m, more preferably 1.70 ⁇ m, further preferably 1.60 ⁇ m, further preferably 1.50 ⁇ m, and further preferably It is 1.40 ⁇ m, more preferably 1.30 ⁇ m, further preferably 1.20 ⁇ m, and further preferably 1.10 ⁇ m.
  • the manufacturing method includes a step of manufacturing steel for railway wheels (material manufacturing step), a step of forming a wheel-shaped intermediate product from steel for railway wheels by hot working (forming step), and a formed intermediate product.
  • a heat treatment quenching of the tread
  • cutting step cutting to form a railway wheel
  • molten steel having the above-described chemical composition is melted using an electric furnace or a converter, and then cast into a steel ingot.
  • the steel ingot may be either a slab by continuous casting or an ingot cast by a mold.
  • Hot-work slabs or ingots to produce steel materials for railway wheels of desired size The hot working is, for example, hot forging, hot rolling or the like.
  • steel materials for railway wheels are manufactured by the following method.
  • hot rolling for example, a slab rolling mill is used. The slab rolling is performed on the material by a slab rolling mill to produce a steel material for railway wheels. If a continuous rolling mill is installed downstream of the bulk rolling mill, the steel material after the bulk rolling is further subjected to hot rolling using a continuous rolling mill to produce a steel material for railway wheels. Is also good.
  • horizontal stands having a pair of horizontal rolls and vertical stands having a pair of vertical rolls are alternately arranged in a line.
  • the heating temperature of the heating furnace in hot rolling is not particularly limited, but is, for example, 1100 to 1350 ° C.
  • the steel material for railway wheels may be a cast material (slab or ingot). That is, the above-described hot working step may be omitted. Through the above steps, a steel material for railway wheels, which is a material for railway wheels, is manufactured.
  • a wheel-shaped intermediate product is formed by hot working using the prepared steel material for railway wheels. Since the intermediate product has a wheel shape, the intermediate product includes a boss portion, a plate portion, and a rim portion including a tread surface and a flange portion.
  • the hot working is, for example, hot forging, hot rolling or the like.
  • rough land forging for forming a wheel-shaped coarse intermediate product by hot forging is performed.
  • Hot rolling using a wheel rolling machine is performed on the crude intermediate product after the rough land forging.
  • Rotary forging is performed on the rough intermediate product after the hot rolling to form a through hole in a central portion corresponding to the boss portion.
  • the preferred heating temperature of the steel material for railway wheels during hot working in the forming step is 1220 ° C or higher.
  • a preferred lower limit of the heating temperature during hot working is 1230 ° C., more preferably 1250 ° C., and further preferably 1300 ° C.
  • the preferred upper limit of the heating temperature during hot working is 1350 ° C.
  • the method of cooling the intermediate product after hot working is not particularly limited. Cooling may be performed by cooling, or cooling by water.
  • tread quenching is performed on the formed wheel-shaped intermediate product. Specifically, reheating the hot working (hot forging or hot rolling) after the intermediate product over Ac m transformation point (reheating). After heating, quenching (tread quenching) is performed on the tread and the flange of the intermediate product. At this time, it is not necessary to rapidly cool the plate portion 3, and the average cooling rate CR 800-500 from 800 ° C. to 500 ° C. in the plate portion 3 may be less than 0.500 ° C./sec. However, the average cooling rate CR 750-700 from 750 ° C. to 700 ° C. in the plate portion 3 is set to 0.022 ° C./sec or more.
  • the temperature range of 750 to 700 ° C. is a temperature range in which proeutectoid cementite precipitates.
  • the average cooling rate CR 750-700 is 0.022 ° C./sec or more
  • the average value of the width W of the proeutectoid cementite in the plate portion 3 is 0.95 ⁇ m or less
  • the maximum width of the proeutectoid cementite is 1.80 ⁇ m or less.
  • the toughness of the railway wheel is good.
  • the average cooling rate CR 750-700 in the plate portion 3 from 750 ° C. to 700 ° C. is 0.022 ° C./sec or more
  • the average value of the width W of the proeutectoid cementite in the plate portion 3 becomes 0.95 ⁇ m or less.
  • the maximum width of the proeutectoid cementite in the plate portion 3 is 1.80 ⁇ m or less.
  • a preferable lower limit of the average cooling rate CR 750-700 in the plate portion 3 is 0.025 ° C./sec, more preferably 0.030 ° C./sec, further preferably 0.040 ° C./sec. Is 0.045 ° C./sec, more preferably 0.050 ° C./sec, further preferably 0.052 ° C./sec, more preferably 0.055 ° C./sec, and still more preferably 0 100 ° C./sec, more preferably 0.500 ° C./sec.
  • the average cooling rate CR 750-700 exceeds 33.000 ° C./sec , the average cooling rate CR 800-500 also becomes 0.500 ° C./sec or more. In this case, the generation of pro-eutectoid cementite is suppressed, and the area ratio of pro-eutectoid cementite can be made less than 0.90% in the steel having the above chemical composition. However, it is necessary to improve the cooling capacity of the cooling device at the time of tread quenching, which increases the equipment cost. If the cooling rate increases, a quenched layer may be formed not only on the tread but also on the surfaces of the plate portion 3 and the boss portion 2.
  • the railway wheel 1 in the present embodiment is based on the premise that at least the plate portion 3 contains proeutectoid cementite. Therefore, it is not necessary to control the cooling rate strictly in the plate portion 3 such that the generation of proeutectoid cementite is suppressed and the generation of the quenched layer is suppressed. As a result, complication of the manufacturing process can be suppressed.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating an example of a cooling device for cooling an intermediate product.
  • the cooling device 10 includes a rotating device 11 having a rotating shaft, one or a plurality of boss cooling nozzles 12, one or a plurality of plate cooling nozzles 13, and one or a plurality of tread cooling nozzles 14.
  • the tread cooling nozzle 14 is arranged around the rotation axis of the cooling device 10.
  • the nozzle opening of the tread cooling nozzle 14 is arranged to face the tread 41 of the intermediate product.
  • the nozzle opening of the tread cooling nozzle 14 may be arranged to face the surface of the flange 42 of the intermediate product.
  • the plate portion cooling nozzle 13 is arranged such that the nozzle port faces the surface of the plate portion 3.
  • the boss cooling nozzle 12 is arranged so that the nozzle port faces the surface of the boss 2.
  • the tread cooling nozzle 14 injects a cooling liquid from the nozzle opening to mainly cool the tread 41 of the rim 4 and the surface of the flange 42.
  • the cooling liquid is, for example, water, mist, spray or the like.
  • the plate portion cooling nozzle 13 mainly cools the plate portion 3 by injecting a cooling gas from the nozzle port.
  • the cooling gas is, for example, compressed air.
  • the boss cooling nozzle 12 also injects a cooling gas from the nozzle opening to mainly cool the boss 2.
  • the cooling device 10 further includes a plurality of thermometers 20.
  • the thermometer 20 is arranged around the intermediate product, and measures the temperature of the rim portion 4, the tread surface 41, the flange portion 42, the plate portion 3, and the boss portion 2.
  • the plurality of thermometers 20 include the tread 41, the surface of the flange 42, the surface of the rim 4 other than the surface of the tread 41 and the flange 42 (for example, the side surface of the rim 4), and the plate.
  • the temperature distribution on the surface of the part 3 and the temperature distribution on the surface of the boss part 2 can be measured.
  • the intermediate product heated above the A cm transformation point is placed in the cooling device 10. While rotating the intermediate product by the rotating device 11, the cooling liquid is injected from the tread cooling nozzle 14 to perform the tread quenching. Further, during the tread quenching, cooling gas is injected from the plate cooling nozzle 13 and / or the boss cooling nozzle 12 to cool the plate 3 and / or the boss 2. While measuring the temperature distribution of the intermediate product with the thermometer 20, the cooling rate of the plate portion 3 at 750 to 700 ° C. is adjusted to be 0.022 to 33.000 ° C./sec.
  • Fine pearlite is generated on the surface layer of the tread 41 by the tread quenching.
  • the C content of the railway wheel 1 of the present embodiment is as high as 0.80 to 1.60%. Therefore, the wear resistance of the fine pearlite increases.
  • the average cooling rate CR 750-700 at 750 to 700 ° C. in the plate portion 3 is adjusted to 0.022 to 33.000 ° C./sec.
  • the pearlite area ratio is 85.0% or more and the area ratio of proeutectoid cementite is 0.90 to 15.00%, but the width W of proeutectoid cementite is Can be 0.95 ⁇ m or less.
  • the maximum width of the proeutectoid cementite can be 1.80 ⁇ m or less. For this reason, although proeutectoid cementite is present in the microstructure, sufficient toughness can be obtained.
  • the pearlite area ratio is 85.0% or more, the area ratio of proeutectoid cementite is 0.90 to 15.00%, and
  • the average value of the width W of the proeutectoid cementite is 0.95 ⁇ m or less, or the maximum width of the proeutectoid cementite is 1.80 ⁇ m or less, the average cooling rate CR 800 at 800 to 500 ° C. in the plate portion 3 and the boss portion 2. Even if ⁇ 500 is less than 0.500 ° C./sec, the average cooling rate CR 750-700 at 750 to 700 ° C.
  • the area ratio of pearlite is 85.0% or more, the area ratio of proeutectoid cementite is 0.90 to 15.00%, and the average value of the width W of proeutectoid cementite is 0.95 ⁇ m or less, and also in the microstructure of the boss portion 2, the area ratio of pearlite is 85.0% or more and the area ratio of proeutectoid cementite is 0.90 to 15.00%.
  • the average value of the width W becomes 0.95 ⁇ m or less.
  • the area ratio of pearlite is 85.0% or more, the area ratio of proeutectoid cementite is 0.90 to 15.00%, and the maximum width of proeutectoid cementite is 1.80 ⁇ m or less.
  • the area ratio of pearlite is 85.0% or more, the area ratio of proeutectoid cementite is 0.90 to 15.00%, and the maximum width of proeutectoid cementite is 1%. .80 ⁇ m or less.
  • the cooling device 10 may not include the boss portion cooling nozzle 12. Further, the cooling device 10 may include the tread cooling nozzle 14 and may not include the plate cooling nozzle 13 and the boss cooling nozzle 12.
  • the average cooling rate CR 750-700 at 750 to 700 ° C. in the plate portion 3 or the plate portion 3 and the boss portion 2 is adjusted by adjusting the injection amount of the cooling liquid of the tread cooling nozzle 14 during the tread quenching. Can be adjusted to 0.022 to 33.000 ° C./sec.
  • the intermediate product is reheated.
  • the intermediate product after hot working may be directly (without reheating) subjected to tread quenching.
  • Temper up the intermediate product after hardening the tread as necessary Tempering at a known temperature and time is sufficient.
  • the tempering temperature is, for example, 400 to 600 ° C.
  • the railway wheel of the present embodiment is manufactured.
  • the pearlite area ratio is at least 85.0% and the area ratio of proeutectoid cementite is 0.90 to 15.00 in at least the microstructure of the plate portion 3. %,
  • the average value of the width W of the proeutectoid cementite defined by the formula (1) is 0.95 ⁇ m or less.
  • the maximum width of the proeutectoid cementite is 1.80 ⁇ m or less.
  • the pearlite area ratio is 85.0% or more, and the area ratio of proeutectoid cementite is 0.90 to 15.00%.
  • the average value of the width W of the pro-eutectoid cementite defined in (1) is 0.95 ⁇ m or less, and in the microstructure of the boss portion 2, the pearlite area ratio is 85.0% or more.
  • the area ratio is 0.90 to 15.00%, and the average value of the width W of the proeutectoid cementite defined by the formula (1) is 0.95 ⁇ m or less. Therefore, in the railway wheel of the present embodiment, sufficient toughness can be obtained although proeutectoid cementite is present.
  • the pearlite area ratio is at least 85.0% and the area ratio of proeutectoid cementite is 0.90 to 15 at least in the microstructure of the plate portion 3. 0.000%, and the maximum width of proeutectoid cementite is 1.80 ⁇ m or less.
  • the pearlite area ratio is 85.0% or more, and the area ratio of proeutectoid cementite is 0.90 to 15.00%.
  • the maximum width of precipitated cementite is 1.80 ⁇ m or less, and in the microstructure of the boss portion 2, the pearlite area ratio is 85.0% or more, and the area ratio of proeutectoid cementite is 0.90 to 15.00%. And the maximum width of proeutectoid cementite is 1.80 ⁇ m or less. Therefore, in the railway wheel of the present embodiment, sufficient toughness can be obtained although proeutectoid cementite is present.
  • An ingot (a truncated cone with a top diameter of 107 mm, a bottom diameter of 97 mm, and a height of 230 mm) was manufactured from the molten steel by an ingot making method.
  • the ingot was heated to 1250 ° C. to simulate the hot working process of the railway wheel manufacturing process, and then hot forged to produce a round bar having a diameter of 40 mm. Further, a round bar (steel material) having a diameter of 20 mm and a length of 125 mm was collected from the center of the round bar by machining.
  • a simulated tread quenching test simulating tread quenching during the manufacturing process of the railway wheel was performed on the steel material of each test number. Specifically, the heat treatment of the heat pattern shown in Table 4 and FIG. 17 was performed on the steel material of each test number. In each heat pattern, the average cooling rate of the steel material temperature of 800 ⁇ 500 °C CR 800-500 (°C / sec), and the average cooling rate in the steel material temperature of 750 ⁇ 700 °C CR 750-700 (°C / second) , And Table 4. Through the above manufacturing process, a steel material simulating a railway wheel (simulated railway wheel steel material) was manufactured.
  • the average cooling rate CR 800-500 is reduced to 0.420 ° C./sec by starting cooling from 950 ° C., maintaining the temperature at 690 ° C. for a predetermined time, and then restarting cooling.
  • the average cooling rate CR 750-700 was adjusted to 0.530 ° C./sec.
  • the cooling is started from 950 ° C., kept at 720 ° C. for a predetermined time, restarted cooling, then kept at 650 ° C. for a predetermined time, and then restarted cooling, so that the average cooling rate CR 800-500 was adjusted to 0.175 ° C./sec, and the average cooling rate CR 750-700 was adjusted to 0.0480 ° C./sec.
  • Test pieces for microstructure observation were collected from the center position of the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the simulated railway wheel steel of each test number after the heat treatment.
  • a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the test material was used as an observation surface on the surface of the test piece.
  • the observation surface of each test piece was mirror-finished by mechanical polishing. Thereafter, the observation surface was subjected to etching using a sodium picrate solution (100 ml of water + 2 g of picric acid + 25 g of sodium hydroxide). In the etching, the test piece was immersed in a boiled sodium picrate solution.
  • a photographic image for microstructure observation was generated using an optical microscope at a magnification of 500 with respect to an arbitrary visual field (200 ⁇ m ⁇ 200 ⁇ m) in the observation surface of the test piece after etching.
  • the pearlite, proeutectoid cementite, and other phases differ in contrast, as described above. Therefore, pearlite and proeutectoid cementite were specified based on the contrast of the photographic image.
  • the area ratio (%) of pearlite was determined based on the specified total area of pearlite and the area of the observation visual field.
  • the area ratio (%) of the pro-eutectoid cementite was determined based on the specified total area of pro-eutectoid cementite and the area of the observation visual field.
  • Table 4 shows the obtained pearlite area ratio and proeutectoid cementite area ratio.
  • pro-eutectoid cementite width W defined by the equation (1) was obtained.
  • the obtained proeutectoid cementite width W was regarded as the average value of the proeutectoid cementite width W.
  • Table 4 shows the obtained average value ( ⁇ m) of the pro-eutectoid cementite width W.
  • Test Nos. 12 to 16 calculation of the average value of the proeutectoid cementite width W was omitted because the area ratio of proeutectoid cementite was extremely small (described as “ ⁇ ” in Table 4).
  • the specified pro-eutectoid cementite was subjected to a thinning process to obtain a skeleton line of the pro-eutectoid cementite.
  • the straight line perpendicular to the skeleton line from any measurement point of the skeletal line is defined as the line segment length between the intersection of two points with the contour of the proeutectoid cementite as the width of the proeutectoid cementite at the measurement point. did.
  • the width of the proeutectoid cementite when it intersected was excluded from the target.
  • the maximum value of the width of the proeutectoid cementite was specified in each field of view, excluding the width of the proeutectoid cementite in the case.
  • the largest width was defined as the maximum width of proeutectoid cementite.
  • Table 4 shows the obtained maximum width ( ⁇ m) of proeutectoid cementite. In Test Nos. 12 to 16, calculation of the maximum width of pro-eutectoid cementite was omitted because the area ratio of pro-eutectoid cementite was extremely small (denoted by "-" in Table 4).
  • U-notch test specimens based on JIS Z 2242 (2005) were collected from the center position of the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the simulated railway wheel steel material of each test number.
  • the cross section perpendicular to the longitudinal direction (Longitudinal-direction) of the U notch test piece was a square of 10 mm ⁇ 10 mm, and the length of the U notch test piece in the longitudinal direction was 55 mm.
  • the longitudinal direction of the U-notch test piece was parallel to the longitudinal direction of the steel material.
  • a U-notch was formed at the center of the length of the U-notch test piece (that is, at the center of a length of 55 mm).
  • the notch depth was 2 mm, and the notch bottom radius was 1.0 mm.
  • a Charpy impact test in a room temperature atmosphere was performed.
  • the Charpy impact value (J / cm 2 ) was determined for four U-notch test pieces, and the average value of the four U-notch test pieces was defined as the Charpy impact value (J / cm 2 ) of the test number.
  • Table 4 shows the obtained Charpy impact values.
  • Table 4 shows the test results. Referring to Table 4, the chemical compositions of the simulated railway wheel steel materials of Test Nos. 1 to 7 were appropriate. Further, in the heat treatment simulating the tread quenching, the average cooling rate CR 800-500 (° C./second ) and the average cooling rate CR 750-700 (° C./second ) were appropriate. Therefore, the pearlite area ratio was 85.0% or more, and the area ratio of proeutectoid cementite was 0.90 to 15.00%. Further, the average value of the width W of the proeutectoid cementite was 0.95 ⁇ m or less. The maximum width of the proeutectoid cementite was 1.80 ⁇ m or less. Therefore, the Charpy impact value exceeded 8.5 J / cm 2 , and excellent toughness was obtained.
  • the average cooling rate CR 750-700 was as low as 0.010 to 0.019 ° C./sec. Therefore, in the microstructures of the simulated railway wheel steel materials of these test numbers, the average value of the width W of the proeutectoid cementite exceeded 0.95 ⁇ m. Further, the maximum width of the proeutectoid cementite exceeded 1.80 ⁇ m. Therefore, the Charpy impact value was 8.5 J / cm 2 or less. In Test Nos. 11 to 15, the average cooling rate CR 800-500 exceeded 0.500 ° C./sec. In Test Nos. 14 and 15, the average cooling rate CR 750-700 exceeded 33.000 ° C./sec. Was. Therefore, the area ratio of proeutectoid cementite was less than 0.90%, which was out of the scope of the present invention.

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Abstract

Ｃ含有量が０．８０％以上と高くても、優れた靭性を有する、鉄道車輪を提供する。本実施形態の鉄道車輪の化学組成は、質量％で、Ｃ：０．８０～１．６０％、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：０．１０～１．２５％、Ｐ：０．０５０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ａｌ：０．０１０～０．６５０％、Ｎ：０．００３０～０．０２００％及び、残部がＦｅ及び不純物からなり、鉄道車輪の板部のミクロ組織において、パーライトの面積率は８５．０％以上であり、初析セメンタイトの面積率は０．９０～１５．００％であり、式（１）の初析セメンタイトの幅Ｗの平均値は０．７０μｍ未満である。　Ｗ＝１／２×（Ｐ／２－（（Ｐ／２）２－４Ａ）１／２）　（１）　式（１）中のＡは初析セメンタイトの面積（μｍ２）であり、Ｐは初析セメンタイトの外周長（μｍ）である。

Description

鉄道車輪
　本開示は、鉄道車輪に関する。
　鉄道車両は、線路を構成するレール上を走行する。鉄道車両は、複数の鉄道車輪を備える。鉄道車輪は、車両を支持し、レールと接触して、レール上を回転しながら移動する。鉄道車輪は、レールとの接触により摩耗する。最近、鉄道輸送の高効率化を目的として、鉄道車両への積載重量の増加、及び、鉄道車両の高速化が進められている。その結果、鉄道車輪の耐摩耗性の向上が求められている。
　鉄道車輪の耐摩耗性を高める技術が、特開平９－２０２９３７号公報（特許文献１）、特開２０１２－１０７２９５号公報（特許文献２）、特開２０１３－２３１２１２号公報（特許文献３）、特開２００４－３１５９２８号公報（特許文献４）に提案されている。
　特許文献１に開示された鉄道車輪は、質量％で、Ｃ：０．４～０．７５％、Ｓｉ：０．４～０．９５％、Ｍｎ：０．６～１．２％、Ｃｒ：０～０．２％未満、Ｐ：０．０３％未満、Ｓ：０．０３％以下を含有し、残部がＦｅ及びその他不可避の不純物からなる。この鉄道車輪において、車輪踏面部の表面から少なくとも深さ５０ｍｍまでの領域が、パーライト組織からなる。特許文献１の鉄道車輪の製造方法は、車輪踏面部の冷却曲線が、連続冷却変態曲線図におけるパーライト生成領域を通り、かつ、マルテンサイト変態曲線より長時間側にある条件で、車輪踏面部を冷却する焼入工程を含む。
　特許文献２に開示された車輪用鋼は、質量％で、Ｃ：０．６５～０．８４％、Ｓｉ：０．０２～１．００％、Ｍｎ：０．５０～１．９０％、Ｃｒ：０．０２～０．５０％、Ｖ：０．０２～０．２０％、Ｓ≦０．０４％、Ｐ≦０．０５％、Ｃｕ≦０．２０％、Ｎｉ≦０．２０％を含有し、残部がＦｅと不純物とからなる化学組成を有する。この化学組成はさらに、次の関係式を満たす。〔３４≦２．７＋２９．５×Ｃ＋２．９×Ｓｉ＋６．９×Ｍｎ＋１０．８×Ｃｒ＋３０．３×Ｍｏ＋４４．３×Ｖ≦４３〕かつ〔０．７６×ｅｘｐ（０．０５×Ｃ）×ｅｘｐ（１．３５×Ｓｉ）×ｅｘｐ（０．３８×Ｍｎ）×ｅｘｐ（０．７７×Ｃｒ）×ｅｘｐ（３．０×Ｍｏ）×ｅｘｐ（４．６×Ｖ）≦２５〕。この車両用鋼は、上記化学組成及び上記式を満たすことにより、耐摩耗性、耐転動疲労特性、耐スポークリング性に優れる、と特許文献２には記載されている。
　特許文献３に開示された車輪用鋼は、質量％で、Ｃ：０．６５～０．８４％、Ｓｉ：０．４～１．０％、Ｍｎ：０．５０～１．４０％、Ｃｒ：０．０２～０．１３％、Ｓ：０．０４％以下、Ｖ：０．０２～０．１２％を含有し、式（１）で定義されるＦｎ１が３２～４３で、かつ、式（２）で表されるＦｎ２が２５以下であり、残部がＦｅ及び不純物からなる。ここで、式（１）は、Ｆｎ１＝２．７＋２９．５Ｃ＋２．９Ｓｉ＋６．９Ｍｎ＋１０．８Ｃｒ＋３０．３Ｍｏ＋４４．３Ｖであり、式（２）は、Ｆｎ２＝ｅｘｐ（０．７６）×ｅｘｐ（０．０５Ｃ）×ｅｘｐ（１．３５Ｓｉ）×ｅｘｐ（０．３８Ｍｎ）×ｅｘｐ（０．７７Ｃｒ）×ｅｘｐ（３．０Ｍｏ）×ｅｘｐ（４．６Ｖ）である。この車輪用鋼は、上記化学組成を有し、Ｆｎ１及びＦｎ２が上記範囲を満たすことにより、耐摩耗性、耐転動疲労特性、耐スポークリング性に優れる、と特許文献３には記載されている。
　特許文献４に開示された鉄道車両用車輪は、質量％で、Ｃ：０．８５～１．２０％、Ｓｉ：０．１０～２．００％、Ｍｎ：０．０５～２．００％、必要に応じてさらにＣｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｎｂ、Ｂ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ａｌ、Ｚｒ、及びＮの１種又は２種以上を所定量含有し、残部がＦｅ及びその他不可避的不純物からなる化学成分を含有する鋼で構成された一体型の鉄道車両用車輪であって、車輪の踏面及び／又はフランジ面の少なくとも一部がパーライト組織である。特許文献４では、鉄道車両用車輪の寿命は、踏面及びフランジ面の摩耗量に依存し（特許文献４の段落［０００２］）、さらに、高速鉄道においてブレーキを掛けたときの発熱量の増大にともない発生する踏面及びフランジ面での熱亀裂に依存すると記載されている。そして、鉄道車両用車輪が上記構成を有することにより、踏面及びフランジ面の耐摩耗性及び熱亀裂を抑制できる、と記載されている。
特開平９－２０２９３７号公報 特開２０１２－１０７２９５号公報 特開２０１３－２３１２１２号公報 特開２００４－３１５９２８号公報
　特許文献１に提案されている鉄道車輪は、適度の焼入れ性と同時に、パーライト組織が得られる性質を持たせるために、Ｃｒ含有量を低く抑え、かつ、適量のＳｉを含有する。しかしながら、特許文献１に記載の鉄道車輪のＣ含有量は０．４～０．７５％であり、この車輪はいわゆる亜共析鋼からなる。そのため、耐摩耗性の向上には限界がある。
　特許文献２及び特許文献３に提案されている車輪用鋼では、Ｃ含有量が０．６５～０．８４％の鋼にＶを含有することにより、パーライト組織を強化して、耐摩耗性を高めている。しかしながら、特許文献２及び３に提案されている車輪用鋼もいわゆる亜共析鋼からなる。そのため、Ｖを含有するだけでは、耐摩耗性の向上に限界がある。
　一方、特許文献４に提案されている鉄道車両用車輪では、Ｃ含有量を高めた過共析鋼を用いることにより、耐摩耗性を高めている。
　ところで、鉄道車輪の製造方法の一例は次のとおりである。鋼片を熱間加工して鉄道車輪形状の中間品を成形する。成形された中間品に対して、熱処理（踏面焼入れ）を実施する。踏面焼入れでは、中間品を加熱した後、中間品の踏面及びフランジ部を急冷する。これにより、踏面の表層部分のマトリクス組織には、耐摩耗性が高い微細パーライトが生成する。しかしながら、踏面焼入れ後の踏面の表層部分には、微細パーライトの上層にマルテンサイトからなる（又は、マルテンサイト及びベイナイトからなる）焼入れ層が形成される。鉄道車輪の使用中において、焼入れ層は摩耗しやすい。そのため、踏面焼入れ後、踏面の最表層に形成された焼入れ層を切削加工で除去して、微細パーライトを踏面に露出させる。以上の工程により、鉄道車輪が製造される。
　上述のとおり、過共析鋼からなる鉄道車両用車輪は、耐摩耗性に優れる。しかしながら、過共析鋼を用いて上述の製造方法で鉄道車輪を製造した場合、亜共析鋼とは異なり、鉄道車輪内、たとえば、鉄道車輪の板部及び／又はボス部に、初析セメンタイトが生成しやすくなる。初析セメンタイトは鋼の靱性を低下する。特に、ボス部及びリム部と比較して板部の厚さは薄い。そのため、初析セメンタイトによる靱性の低下は、板部において特に車輪の割損につながる可能性がある。
　本開示の目的は、Ｃ含有量が０．８０％以上と高くても優れた靭性を有する鉄道車輪を提供することである。
　本開示による鉄道車輪は、
　リム部と、
　ボス部と、
　前記リム部と前記ボス部との間に配置され、前記リム部と前記ボス部とにつながる板部とを備え、
　前記鉄道車輪の化学組成は、質量％で、
　Ｃ：０．８０～１．６０％、
　Ｓｉ：１．００％以下、
　Ｍｎ：０．１０～１．２５％、
　Ｐ：０．０５０％以下、
　Ｓ：０．０３０％以下、
　Ａｌ：０．０１０～０．６５０％、
　Ｎ：０．００３０～０．０２００％、
　Ｃｒ：０～０．６０％、
　Ｖ：０～０．１２％、及び、
　残部がＦｅ及び不純物からなり、
　前記鉄道車輪の前記板部のミクロ組織において、パーライトの面積率は８５．０％以上であり、初析セメンタイトの面積率は０．９０～１５．００％であり、かつ、式（１）で定義される前記初析セメンタイトの幅Ｗの平均値は０．９５μｍ以下である。
　Ｗ＝１／２×（Ｐ／２－（（Ｐ／２）２－４Ａ）１／２）　（１）
　ここで、式（１）中のＡは前記初析セメンタイトの面積（μｍ２）であり、Ｐは前記初析セメンタイトの外周長（μｍ）である。
　本開示による鉄道車輪は、
　リム部と、
　ボス部と、
　前記リム部と前記ボス部との間に配置され、前記リム部と前記ボス部とにつながる板部とを備え、
　前記鉄道車輪の化学組成は、質量％で、
　Ｃ：０．８０～１．６０％、
　Ｓｉ：１．００％以下、
　Ｍｎ：０．１０～１．２５％、
　Ｐ：０．０５０％以下、
　Ｓ：０．０３０％以下、
　Ａｌ：０．０１０～０．６５０％、
　Ｎ：０．００３０～０．０２００％、
　Ｃｒ：０～０．６０％、
　Ｖ：０～０．１２％、及び、
　残部がＦｅ及び不純物からなり、
　前記鉄道車輪の前記板部のミクロ組織において、パーライトの面積率は８５．０％以上であり、初析セメンタイトの面積率は０．９０～１５．００％であり、前記初析セメンタイトの最大幅は１．８０μｍ以下である。
　本開示による鉄道車輪は、Ｃ含有量が０．８０％以上と高くても、優れた靭性を有する。
図１は、鉄道車輪の中心軸に平行な断面図である。 図２は、踏面焼入れを模擬した熱処理でのヒートパターンを示す図である。 図３は、図２と異なる、踏面焼入れを模擬した熱処理でのヒートパターンを示す図である。 図４は、表１に示す化学組成の鋼材における等温変態線図と、図２及び図３のヒートパターンとの関係を示すイメージ図である。 図５は、ビッカース硬さ試験の測定位置を説明するための模式図である。 図６は、ミクロ組織観察により得られた試験番号５（０．９０％Ｃ材）のミクロ組織写真画像である。 図７は、ミクロ組織観察により得られた試験番号８（１．００％Ｃ材）のミクロ組織写真画像である。 図８は、過共析鋼材（０．９０％Ｃ材及び１．００％Ｃ材）でのビッカース硬さ（ＨＶ）と、シャルピー衝撃値（Ｊ／ｃｍ２）と、初析セメンタイトの有無との関係を示す図である。 図９は、ＳＥＭで得られた表２中の試験番号５（０．９０％Ｃ材）のミクロ組織写真画像である。 図１０は、ＳＥＭで得られた表２中の試験番号８（１．００％Ｃ材）のミクロ組織写真画像である。 図１１は、表２中の試験番号１、２、４、５、７及び８の初析セメンタイト幅とシャルピー衝撃値との関係を示す図である。 図１２は、図９に示すミクロ組織写真画像に対して２値化処理を実施して、初析セメンタイトを特定した図である。 図１３は、図１２の初析セメンタイトに対して細線化処理を実施して得られた骨格線を、初析セメンタイトに重ねて表示した図である。 図１４は、２値化された初析セメンタイトと、その初析セメンタイトの骨格線６０との一部を拡大した模式図である。 図１５は、光学顕微鏡写真画像と、２値化処理後の画像とを示す図である。 図１６は、中間品を冷却するための冷却装置の一例を示す図である。 図１７は、実施例において採用した、踏面焼入れを模擬した熱処理でのヒートパターンを示す図である。
　［鉄道車輪の構成］
　図１は本実施形態による鉄道車輪の中心軸を含む断面図である。図１を参照して、鉄道車輪１は円盤状であり、ボス部２と、板部３と、リム部４とを備える。ボス部２は円筒状であり、鉄道車輪１の径方向（中心軸に対して垂直な方向）において、鉄道車輪１の中央部に配置される。ボス部２は貫通孔２１を有する。貫通孔２１の中心軸は、鉄道車輪１の中心軸と一致する。貫通孔２１には、図示しない鉄道用車軸が挿入される。ボス部２の厚さＴ２は、板部３の厚さＴ３よりも厚い。リム部４は、鉄道車輪１の外周の縁部に形成されている。リム部４は、踏面４１と、フランジ部４２とを含む。踏面４１は、フランジ部４２と繋がっている。鉄道車輪１の使用時において、踏面４１及びフランジ部４２はレール表面と接触する。リム部４の厚さＴ４は、板部３の厚さＴ３よりも厚い。板部３は、ボス部２とリム部４との間に配置され、ボス部２及びリム部４とつながっている。具体的には、板部３の内周縁部はボス部２とつながっており、板部３の外周縁部はリム部４とつながっている。板部３の厚さＴ３は、ボス部２の厚さＴ２及びリム部４の厚さＴ４よりも薄い。鉄道車輪１の直径は特に限定されるものではないが、たとえば、７００ｍｍ～１０００ｍｍである。
　［本開示の鉄道車輪の技術思想］
　本発明者らは初めに、鉄道車輪において、耐摩耗性を高めるのに適切な化学組成について検討を行った。その結果、鉄道車輪においては、同じ硬さを得るにしても、Ｖ含有量を高めて硬さを高めるよりも、Ｃ含有量を０．８０％以上に高めて硬さを高めた方が、鉄道車輪として使用したときの耐摩耗性が高まることが分かった。このメカニズムは定かではないが、次の事項が考えられる。使用中の鉄道車輪の踏面は、レールから外力（荷重）を受ける。この外力により踏面直下の表層のパーライト中のセメンタイトが破砕され、分散強化により硬さが高まる。さらに、破砕された微細なセメンタイト中の炭素がパーライト中のフェライトに過飽和に固溶し、固溶強化により踏面直下の表層の硬さを高める。
　鋼のＣ含有量を高めれば、パーライト中のセメンタイトの体積分率が増大し、さらに、パーライトがより微細なラメラを形成しやすい。この場合、上記メカニズムにより鉄道車輪の耐摩耗性が高まる。これに対して、鋼にＶを含有した場合、Ｖ炭窒化物の析出強化により鋼の硬さを高める。このとき、Ｖ炭窒化物はフェライト中に生成するため、主としてフェライトの硬さを高める。つまり、Ｖの含有は、フェライトの硬さを高めるものの、パーライトの微細化にはそれほど影響しない。そのため、Ｖ含有によりある程度耐摩耗性を高めることはできるものの、破砕セメンタイトによる分散強化及びＣの固溶強化ほど、耐摩耗性を高めることができない。
　そこで、本発明者らは、耐摩耗性を高めるためには、鉄道車輪の化学組成において、Ｃ含有量を０．８０～１．６０％の過共析鋼とするのが好ましいと考えた。
　しかしながら、本発明者らの検討の結果、Ｃ含有量が０．８０％以上の過共析鋼の鉄道車輪では、初析セメンタイトが生成しやすいことが分かった。初析セメンタイトは、鉄道車輪の靭性を低下する。
　そこで、本発明者らは、Ｃ含有量が高い過共析鋼からなる鉄道車輪において、靭性を高める方法について検討を行った。
　初めに、本発明者らは、過共析鋼からなる鉄道車輪において、初析セメンタイトの生成を抑制することにより、鉄道車輪の靭性を高めることを検討した。しかしながら、Ｃ含有量が高い過共析鋼からなる鉄道車輪の場合、初析セメンタイトの生成を完全に抑えることは非常に困難であることが判明した。そして、初析セメンタイトの生成を極力抑えようとすれば、製造工程における制御を厳格に行う必要があることが判明した。
　そこで、本発明者らは、初析セメンタイトの生成を抑制することにより過共析鋼からなる鉄道車輪の靭性を高めるのではなく、初析セメンタイトが生成することを前提として、初析セメンタイトの形態を制御することにより、過共析鋼からなる鉄道車輪の靭性を高めることができるのではないかと考えた。そこで、本発明者らは、過共析鋼からなる鉄道車輪に生成している初析セメンタイトの形態と、鉄道車輪の靭性との関係についてさらに検討を行った。その結果、過共析鋼からなる鉄道車輪の板部において初析セメンタイトが面積率で０．９０～１５．００％生成している場合であっても、式（１）で定義される初析セメンタイト幅Ｗの平均値が０．９５μｍ以下であれば、十分な靭性が得られることを初めて知見した。以下、この点について説明する。
　［鉄道車輪における初析セメンタイトと靭性との関係について］
　過共析鋼の鉄道車輪を模擬した、表１に示す化学組成の鋼材ＴＰ１、ＴＰ２を作製した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
  
　鋼材の形状は直径２０ｍｍ、長さ１２５ｍｍの丸棒とした。各鋼材のうち、図２及び図３に示すヒートパターンの熱処理を実施して、鋼材ＴＰ１、ＴＰ２に生成する初析セメンタイトの形態を変化させた。
　図２及び図３に示すヒートパターンは、熱処理の雰囲気の温度を示す。つまり、鋼材が熱処理時に配置される雰囲気の温度を示す。図２のヒートパターンＨＰ１は、鋼材ＴＰ１及びＴＰ２において、初析セメンタイトの生成温度域内（７２０℃）での鋼材ＴＰ１及びＴＰ２の滞留時間を長くしたヒートパターンである。一方、図３のヒートパターンＨＰ２は、急冷により初析セメンタイトの生成温度域での鋼材ＴＰ２（１．００％Ｃ材）の滞留時間を短くした、又は、Ｃ含有量が低い鋼材ＴＰ１（０．９０％Ｃ材）の場合には初析セメンタイトの生成温度域を通過しない、ヒートパターンである。
　図４は、鋼材ＴＰ１及びＴＰ２の等温変態線図と図２及び図３のヒートパターンＨＰ１、ＨＰ２との関係を示すイメージ図である。図４では、鋼材ＴＰ１及びＴＰ２の化学組成における初析セメンタイトノーズとパーライトノーズとを示す。なお、鋼材ＴＰ１（０．９０％Ｃ材）と鋼材ＴＰ２（１．００％Ｃ材）とでは、パーライトノーズの位置はほぼ同じである。一方、初析セメンタイトノーズに関しては、鋼材ＴＰ２（１．００％Ｃ材、図４中で破線）の方が、鋼材ＴＰ１（０．９０％Ｃ材：図４中で実線）よりも左にずれる。
　図４を参照して、鋼材ＴＰ１（０．９０％Ｃ材）に対してヒートパターンＨＰ１を適用した場合、初析セメンタイト生成温度域での滞留時間が長くなる。そのため、ヒートパターンＨＰ１を適用した鋼材ＴＰ１のミクロ組織には、初析セメンタイト（初析θともいう）が生成する。また、鋼材ＴＰ１（０．９０％Ｃ材）に対してヒートパターンＨＰ２を適用した場合、初析セメンタイト生成温度域を通過しない。そのため、ヒートパターンＨＰ２を適用した鋼材ＴＰ１のミクロ組織には、初析セメンタイトがほぼ生成しない。一方、鋼材ＴＰ１よりもＣ含有量が高い鋼材ＴＰ２（１．００％Ｃ材）に対してヒートパターンＨＰ２を適用した場合、初析セメンタイト生成温度域を通過する。そのため、ヒートパターンＨＰ２を適用した鋼材ＴＰ２のミクロ組織には、初析セメンタイトが生成する。
　なお、上述のとおり、鉄道車輪の踏面焼入れでは、図１に示す踏面４１に冷却液を噴射して、焼入れを実施しながら鉄道車輪１を冷却する。図１に示すとおり、鉄道車輪１において、ボス部２の厚さＴ２は板部３の厚さＴ３よりも厚く、かつ、ボス部２は、冷却液が接触するリム部４から遠い。そのため、踏面焼入れにおいて、ボス部２の冷却速度は、板部３の冷却速度よりも遅い。そこで、図２に示すとおり、ヒートパターンＨＰ１では、ボス部２での冷却速度を想定したヒートパターンＨＰ１１及びＨＰ１２と、板部３での冷却速度を想定したヒートパターンＨＰ１３及びＨＰ１４とを準備した。同様に、図３に示すとおり、ヒートパターンＨＰ２では、ボス部２での冷却速度を想定したヒートパターンＨＰ２１と、板部３での冷却速度を想定したヒートパターンＨＰ２２とを準備した。
　なお、図２において、ボス部での冷却速度を想定したヒートパターンＨＰ１１及びＨＰ１２は、７２０℃での保持時間を異なる時間とした。具体的には、ヒートパターンＨＰ１１では、７２０℃での保持時間を４７分とし、ヒートパターンＨＰ１２では、７２０℃での保持時間を１７分とした。つまり、ヒートパターンＨＰ１１で熱処理した鋼材の初析セメンタイトの生成量が、ヒートパターンＨＰ１２で熱処理した鋼材の初析セメンタイトの生成量よりも多くなることを想定した。同様に、図２において、板部３での冷却速度を想定したヒートパターンＨＰ１３及びＨＰ１４は、７２０℃での保持時間を異なる時間とした。具体的には、ヒートパターンＨＰ１３では、７２０℃での保持時間を４７分とし、ヒートパターンＨＰ１４では、７２０℃での保持時間を１７分とした。つまり、ヒートパターンＨＰ１３で熱処理した鋼材の初析セメンタイトの生成量が、ヒートパターンＨＰ１４で熱処理した鋼材の初析セメンタイトの生成量よりも多くなることを想定した。
　鋼材ＴＰ１を複数準備し、鋼材ＴＰ２を複数準備した。各鋼材に対して、踏面焼入れを模擬したヒートパターンＨＰ１１～ＨＰ１４、ＨＰ２１及びＨＰ２２による熱処理を実施した。具体的には、鋼材ＴＰ１、ＴＰ２、及び、ヒートパターンＨＰ１１～ＨＰ１４、ＨＰ２１及びＨＰ２２の組み合わせにより、表２に示す試験番号１～試験番号８の試験材を作製した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
  
　熱処理後の各試験番号１～８の鋼材のビッカース硬さを求めた。具体的には、図５に示すとおり、各試験番号の鋼材１００の長手方向（Ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ－ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）に垂直な断面において、鋼材１００の中心点Ｐ１と、点Ｐ１を中心とした半径１ｍｍの円上で９０°ピッチ位置の点Ｐ２～点Ｐ５の５点において、ＪＩＳ　Ｚ　２２４４（２００９）に準拠してビッカース硬さ（ＨＶ）を測定した。このときの試験力を９．８Ｎ（１．０ｋｇｆ）とした。得られたビッカース硬さの平均値を、その試験番号のビッカース硬さ（ＨＶ）と定義した。
　さらに、熱処理後の各試験番号１～８の鋼材の靭性を評価するために、シャルピー衝撃値を求めた。具体的には、各試験番号の鋼材の長手方向に垂直な断面における中心位置から、ＪＩＳ　Ｚ　２２４２（２００５）に準拠したＵノッチ試験片を採取した。Ｕノッチ試験片の長手方向に垂直な断面は１０ｍｍ×１０ｍｍの正方形とし、Ｕノッチ試験片の長手方向の長さは５５ｍｍとした。Ｕノッチ試験片の長手方向は、鋼材の長手方向と平行とした。Ｕノッチ試験片の長さ中央位置（つまり、長さ５５ｍｍの中央位置）に、Ｕノッチを形成した。ノッチ深さを２ｍｍとし、ノッチ底半径を１ｍｍとした。ＪＩＳ　Ｚ　２２４２（２００５）に準拠して、室温大気中でのシャルピー衝撃試験を実施した。各試験番号で４個のＵノッチ試験片に対してシャルピー衝撃値（Ｊ／ｃｍ２）を求め、それらの平均値を、その試験番号のシャルピー衝撃値（Ｊ／ｃｍ２）と定義した。
　さらに、熱処理後の各試験番号の鋼材のミクロ組織を観察して、初析セメンタイトの有無を調査した。具体的には、熱処理後の各試験番号の鋼材の長手方向に垂直な断面の中心位置から、ミクロ組織観察用サンプルを採取した。サンプルの表面のうち、鋼材の長手方向に垂直な断面を観察面とした。各サンプルの観察面を機械研磨により鏡面仕上げした。その後、観察面に対して、初析セメンタイトの現出に適した腐食液であるピクリン酸ソーダ液（水１００ｍｌ＋ピクリン酸２ｇ＋水酸化ナトリウム２５ｇ）を用いたエッチングを実施した。エッチングでは、煮沸したピクリン酸ソーダ液にサンプルを浸漬した。エッチング後のサンプルの観察面内の任意の１視野（２００μｍ×２００μｍ）に対して、５００倍の光学顕微鏡を用いて写真画像を生成した。観察面において、旧オーステナイト粒界に生成した初析セメンタイトは黒色を呈する。そのため、初析セメンタイトの有無を確認できた。
　図６は、上述のミクロ組織観察により得られた試験番号５（０．９０％Ｃ材）のミクロ組織写真画像である。図７は、上述のミクロ組織観察により得られた試験番号８（１．００％Ｃ材）のミクロ組織写真画像である。図６及び図７を参照して、これらの写真画像のうちの黒色の領域（黒色矢印で示す領域）が初析セメンタイトである。
　上記視野内で確認された初析セメンタイトの面積率を求めた。具体的には、視野内（２００μｍ×２００μｍ）中の初析セメンタイトの面積を求めた。得られた初析セメンタイトの面積の、視野の総面積に対する割合を、初析セメンタイト面積率（％）と定義した。
　得られた初析セメンタイト面積率が０．９０％未満であれば、初析セメンタイトがない、と判断した。一方、初析セメンタイト面積率が０．９０％を超えれば、初析セメンタイトがある、と判断した。
　以上の試験結果に基づいて、各試験番号でのビッカース硬さ（ＨＶ）、シャルピー衝撃値（Ｊ／ｃｍ２）及び初析セメンタイトの有無との関係を調査した。
　図８は、過共析鋼材（０．９０％Ｃ材及び１．００％Ｃ材）でのビッカース硬さ（ＨＶ）と、シャルピー衝撃値（Ｊ／ｃｍ２）と、初析セメンタイトの有無との関係を示す図である。図８を参照して、鋼材ＴＰ１（０．９０％Ｃ材）を用いてヒートパターンＨＰ１を適用した試験番号１、２、４及び５では、ミクロ組織内に初析セメンタイトが存在した。そのため、シャルピー衝撃値が８．５Ｊ／ｃｍ２以下であった。なお、試験番号１（ヒートパターンＨＰ１１）と試験番号２（ヒートパターンＨＰ１２）とを比較すると、７２０℃での保持時間が短い試験番号２の方が、試験番号１よりもビッカース硬さが高かった。しかしながら、シャルピー衝撃値は、試験番号１及び２は同等であった。同様に、試験番号４（ヒートパターンＨＰ１３）と試験番号５（ヒートパターンＨＰ１４）とを比較すると、７２０℃での保持時間が短い試験番号５の方が、試験番号４よりもビッカース硬さが高かった。しかしながら、シャルピー衝撃値は、試験番号４及び５は同等であった。一方、鋼材ＴＰ１を用い、かつ、ヒートパターンＨＰ２（ＨＰ２１及びＨＰ２２）を適用した試験番号３及び６では、ミクロ組織中に初析セメンタイトが存在しなかった。そのため、シャルピー衝撃値が１４Ｊ／ｃｍ２以上と高かった。
　一方、鋼材ＴＰ２（１．００％Ｃ材）を用いてヒートパターンＨＰ２（ＨＰ２１及びＨＰ２２）を適用した試験番号７及び８では、試験番号１、２、４及び５と同様に、ミクロ組織において初析セメンタイトが存在した。しかしながら、初析セメンタイトが存在するにもかかわらず、試験番号７及び８のシャルピー衝撃値は、同じく初析セメンタイトが存在する試験番号１、２、４及び５と比較して顕著に高く、１４Ｊ／ｃｍ２を超えた。特に、試験番号２と試験番号７とを比較すると、両者のビッカース硬さはほぼ同じであるにもかかわらず、シャルピー衝撃値が大きく異なっていた。同様に、試験番号５と試験番号８とを比較すると、両者のビッカース硬さはほぼ同じであるにもかかわらず、シャルピー衝撃値が大きく異なっていた。
　以上の調査結果は、初析セメンタイトが存在していても、靭性を高めることができる可能性があることを示している。そこで、本発明者らは、共に初析セメンタイトが存在している試験番号５及び試験番号８の鋼材に注目し、５０００倍の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いてミクロ組織写真画像を生成して、試験番号５及び試験番号８のミクロ組織における初析セメンタイトの形態を調査した。
　図９は、ＳＥＭで得られた試験番号５のミクロ組織写真画像である。図１０は、ＳＥＭで得られた試験番号８のミクロ組織写真画像である。図９及び図１０において白線で囲んだ領域は初析セメンタイト（符号５０）である。図９及び図１０を比較して、シャルピー衝撃値が高い試験番号８で生成している初析セメンタイトの形態は、シャルピー衝撃値が低い試験番号５で生成している初析セメンタイトの形態と顕著に異なっていた。具体的には、試験番号８の初析セメンタイトは、試験番号５の初析セメンタイトと比較して、全体的に初析セメンタイトの幅が狭く形成されていた。
　以上の検討結果から、本発明者らは、鉄道車輪１の板部３に初析セメンタイトが生成しても、生成した初析セメンタイトの幅が狭い場合、靭性の低下を抑制できると考えた。
　そこで、鉄道車輪１内の初析セメンタイトの形態を示す指標として、本発明者らは、ミクロ組織写真画像内の初析セメンタイトの幅に注目した。そして、本発明者らは、初析セメンタイトの幅について、次の２つの指標を定義した。
　（Ａ）初析セメンタイトの幅の平均値を指標とした規定
　（Ｂ）初析セメンタイトの最大幅を指標とした規定
　上記（Ａ）の初析セメンタイトの幅の平均値は、非特許文献１に記載の長方形近似法（ｒｉｂｂｏｎ－ｌｉｋｅ　ｍｅｔｈｏｄ）に基づいて求めることができる。上記（Ｂ）の初析セメンタイトの最大幅は、画像処理方法の１つである細線化処理を実施することにより求めることができる。以下、上記（Ａ）及び（Ｂ）について詳述する。
　（Ａ）初析セメンタイトの幅Ｗの平均値を初析セメンタイトの形態の指標とした規定
　初析セメンタイトの幅Ｗの平均値を、非特許文献１に記載の長方形近似法により求める。具体的には、次の方法により求める。上述の５００倍の光学顕微鏡により得られた上述のミクロ組織写真画像（２００μｍ×２００μｍ）を画像処理により２値化して、初析セメンタイトを特定する。特定された初析セメンタイトの面積Ａを求める。さらに、特定された初析セメンタイトの外周の長さＰ（外周長）を求める。得られた各初析セメンタイトの面積Ａ及び外周長Ｐとを用いて、初析セメンタイトを面積Ａ及び外周長Ｐを有する長方形であると仮定する。そして、セメンタイトを長方形と仮定したときの長方形の長辺を初析セメンタイトの長さＬとみなし、長方形の短辺を初析セメンタイトの幅Ｗとみなす。つまり、初析セメンタイトを次の式（ａ）及び式（ｂ）を満たす長方形とみなす。
　Ａ＝Ｌ×Ｗ　（ａ）
　Ｐ＝２×（Ｌ＋Ｗ）　（ｂ）
　このように、各初析セメンタイトを長方形に近似した場合、式（ａ）及び式（ｂ）に基づいて、初析セメンタイトの幅Ｗを次の式（１）で定義できる。
　Ｗ＝１／２×（Ｐ／２－（（Ｐ／２）２－４Ａ）１／２）　（１）
　なお、初析セメンタイトの長さＬは次の式で定義できる。
　Ｌ＝１／２×（Ｐ／２＋（（Ｐ／２）２－４Ａ）１／２）
　式（１）を用いれば、観察視野において特定された各初析セメンタイトの面積Ａ及び外周長Ｐとから、各初析セメンタイトの幅Ｗを求めることができる。そして、各初析セメンタイトの幅Ｗを用いて、初析セメンタイトの幅Ｗの平均値を求めることができる。
　初析セメンタイトが確認された試験番号１、２、４、５、７及び８のミクロ組織観察視野（２００μｍ×２００μｍ）において、観察視野で特定された各初析セメンタイトに対して、上述の方法で面積Ａ及び外周長Ｐを求めた。特定された初析セメンタイトの面積Ａの平均値を求め、外周長Ｐの平均値を求めた。求めた面積Ａの平均値と、求めた外周長Ｐの平均値とを用いて、式（１）で定義された初析セメンタイト幅Ｗを求めた。求めた初析セメンタイト幅Ｗを、その試験番号での初析セメンタイト幅Ｗの平均値（μｍ）と定義した。そして、求めた初析セメンタイト幅Ｗの平均値とシャルピー衝撃値との関係を求めた。
　図１１は、試験番号１、２、４、５、７及び８の初析セメンタイト幅Ｗの平均値とシャルピー衝撃値との関係を示す図である。図１１を参照して、上記式（１）で定義された初析セメンタイトの幅Ｗの平均値が０．９５μｍよりも大きい場合（試験番号１、４）、シャルピー衝撃値が８．５Ｊ／ｃｍ２以下となる。これに対して、初析セメンタイトが９．５μｍ以下になれば、（試験番号２、５、７及び８）、シャルピー衝撃値が８．５Ｊ／ｃｍ２を超え、さらに、初析セメンタイト幅Ｗの平均値が狭くなるにしたがい、シャルピー衝撃値が急速に上昇する。つまり、図１１のグラフにおいて、初析セメンタイト幅Ｗの平均値＝０．９５μｍ付近に変曲点が存在する。
　以上の検討結果から、本発明者らは、過共析鋼からなる鉄道車輪では、初析セメンタイトの形態を制御することにより、具体的には、式（１）で定義される初析セメンタイト幅Ｗの平均値を０．９５μｍ以下にすることにより、初析セメンタイトが存在するにもかかわらず、シャルピー衝撃値が８．５Ｊ／ｃｍ２超となり、優れた靭性が得られることを見出した。
　（Ｂ）初析セメンタイトの最大幅を初析セメンタイトの形態の指標とした規定
　初析セメンタイトの最大幅を、次の方法で求めた。上述の観察面に対して、機械研磨による鏡面仕上げの後、ナイタール液を用いたエッチングを実施した。エッチング後の観察面内の任意の８視野において、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて２０００倍で観察し、二次電子像のミクロ組織写真画像（６０μｍ×４５μｍ）を生成する。ミクロ組織写真画像を画像処理により２値化して、初析セメンタイトを特定する。特定された初析セメンタイトに対して、細線化処理を実施する。
　図１２は、図９に示すミクロ組織写真画像に対して２値化処理を実施して、初析セメンタイトを特定した図である。図１２に示すとおり、周知の２値化処理を実施することにより、初析セメンタイト５０を容易に特定できる。図１２では、ミクロ組織のうち、初析セメンタイト５０を黒色とし、初析セメンタイト以外の領域（パーライト領域）を白色としている。
　２値化処理によりミクロ組織写真画像中の初析セメンタイト５０を特定した後、特定された初析セメンタイト５０に対して、細線化処理を実施する。細線化処理とは、２値化された画像（初析セメンタイト５０）を幅１画素（１ピクセル）の線画像に変換する処理であり、周知の画像処理方法である。以下、細線化処理により得られた線画像を「骨格線」という。
　２値化された画像中の初析セメンタイト５０に対して細線化処理を実施して、骨格線を得た。図１３は、図１２の初析セメンタイト５０に対して細線化処理を実施して得られた骨格線６０を、初析セメンタイト５０に重ねて表示した図である。
　図１４は、２値化された初析セメンタイト５０と、その初析セメンタイト５０の骨格線６０との一部を拡大した模式図である。図１４を参照して、骨格線６０の任意の測定点Ｐにおいて、骨格線６０と垂直に直線を引く。そして、その直線のうち、初析セメンタイト５０の輪郭との２点の交点の間の線分Ｌを、その測定点Ｐでの初析セメンタイトの幅と定義する。図１４を参照して、たとえば、骨格線６０のうち、測定点Ｐ１において、骨格線６０に垂直な直線を引き、その直線のうち、初析セメンタイト５０の輪郭との２点の交点の間の線分Ｌ１の長さを、測定点Ｐ１での初析セメンタイト５０の幅と定義する。同様に、骨格線６０のうち、測定点Ｐ２における骨格線６０と垂直な線分Ｌ２の長さを、測定点Ｐ２での初析セメンタイト５０の幅と定義する。
　なお、骨格線６０では、骨格線６０が分岐する分岐点ＢＰが発生する場合がある。分岐点ＢＰを中心とした直径１．５μｍの基準円Ｃｒｅｆ内の骨格線６０については、初析セメンタイトの幅の測定の対象外とする。また、基準円Ｃｒｅｆ外の測定点Ｐの線分Ｌが骨格線６０と２回以上交差する場合、その線分Ｌの長さについても、初析セメンタイト５０の幅の測定の対象外とする。図１４では、基準円Ｃｒｅｆ外の測定点Ｐ３の線分Ｌ３は、測定点Ｐ３以外に、骨格線６０上の点Ｐ４と交差する。つまり、線分Ｌ３は、骨格線６０と２回以上交差する。この場合、線分Ｌ３は、初析セメンタイト５０の幅の測定の対象外とする。
　各視野（合計８視野）で測定された初析セメンタイトの幅のうち、最大の幅を、初析セメンタイトの最大幅（μｍ）と定義する。
　本発明者らは上記の方法により初析セメンタイトの最大幅を測定した。その結果、初析セメンタイトの最大幅が１．８０μｍ以下であれば、シャルピー衝撃値が８．５Ｊ／ｃｍ２超となり、優れた靱性が得られることを見出した。
　以上の知見に基づいて完成した本実施形態の鉄道車輪は、次の構成を有する。
　［１］の鉄道車輪は、
　リム部と、
　ボス部と、
　前記リム部と前記ボス部との間に配置され、前記リム部と前記ボス部とにつながる板部とを備え、
　前記鉄道車輪の化学組成は、質量％で、
　Ｃ：０．８０～１．６０％、
　Ｓｉ：１．００％以下、
　Ｍｎ：０．１０～１．２５％、
　Ｐ：０．０５０％以下、
　Ｓ：０．０３０％以下、
　Ａｌ：０．０１０～０．６５０％、
　Ｎ：０．００３０～０．０２００％、
　Ｃｒ：０～０．６０％、
　Ｖ：０～０．１２％、及び、
　残部がＦｅ及び不純物からなり、
　前記鉄道車輪の前記板部のミクロ組織において、パーライトの面積率は８５．０％以上であり、初析セメンタイトの面積率は０．９０～１５．００％であり、かつ、式（１）で定義される前記初析セメンタイトの幅Ｗの平均値は０．９５μｍ以下である。
　Ｗ＝１／２×（Ｐ／２－（（Ｐ／２）２－４Ａ）１／２）　（１）
　ここで、式（１）中のＡは前記初析セメンタイトの面積（μｍ２）であり、Ｐは前記初析セメンタイトの外周長（μｍ）である。
　［２］の鉄道車輪は、［１］に記載の鉄道車輪であってさらに、
　前記鉄道車輪の前記ボス部のミクロ組織において、パーライトの面積率は８５．０％以上であり、前記初析セメンタイトの面積率は０．９０～１５．００％であり、かつ、式（１）で定義される前記初析セメンタイトの幅Ｗの平均値は０．９５μｍ以下である。
　［３］の鉄道車輪は、
　リム部と、
　ボス部と、
　前記リム部と前記ボス部との間に配置され、前記リム部と前記ボス部とにつながる板部とを備え、
　前記鉄道車輪の化学組成は、質量％で、
　Ｃ：０．８０～１．６０％、
　Ｓｉ：１．００％以下、
　Ｍｎ：０．１０～１．２５％、
　Ｐ：０．０５０％以下、
　Ｓ：０．０３０％以下、
　Ａｌ：０．０１０～０．６５０％、
　Ｎ：０．００３０～０．０２００％、
　Ｃｒ：０～０．６０％、
　Ｖ：０～０．１２％、及び、
　残部がＦｅ及び不純物からなり、
　前記鉄道車輪の前記板部のミクロ組織において、パーライトの面積率は８５．０％以上であり、初析セメンタイトの面積率は０．９０～１５．００％であり、前記初析セメンタイトの最大幅は１．８０μｍ以下である。
　［４］の鉄道車輪は、［３］に記載の鉄道車輪であって、
　前記鉄道車輪の前記ボス部のミクロ組織において、パーライトの面積率は８５．０％以上であり、前記初析セメンタイトの面積率は０．９０～１５．００％であり、前記初析セメンタイトの最大幅は１．８０μｍ以下である。
　［５］の鉄道車輪は、［１］～［４］のいずれか１項に記載の鉄道車輪であって、
　前記化学組成は、
　Ｃｒ：０．０２～０．６０％、及び、
　Ｖ：０．０２～０．１２％、
　からなる群から選択される１元素以上を含有する。
　以下、本実施形態の鉄道車輪について詳述する。本明細書において、元素に関する「％」は、特に断りがない限り、質量％を意味する。
　［鉄道車輪の化学組成］
　本実施形態の鉄道車輪１は、図１に示すとおり、ボス部２と、板部３とリム部４とを備える。本実施形態の鉄道車輪１の化学組成は、次の元素を含有する。
　Ｃ：０．８０～１．６０％
　炭素（Ｃ）は、鋼の硬度を高め、鉄道車輪１の耐摩耗性を高める。Ｃ含有量が０．８０％未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、この効果が得られない。一方、Ｃ含有量が１．６０％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、旧オーステナイト粒界に初析セメンタイトが過剰に多く析出し、初析セメンタイトの面積率が１５．００％を超える。この場合、鉄道車輪１の靱性が低下する。したがって、Ｃ含有量は０．８０～１．６０％である。Ｃ含有量の好ましい下限は０．８５％であり、さらに好ましくは０．８７％であり、さらに好ましくは０．９０％であり、さらに好ましくは０．９５％である。Ｃ含有量の好ましい上限は１．５５％であり、さらに好ましくは１．４５％であり、さらに好ましくは１．３０％であり、さらに好ましくは１．１５％であり、さらに好ましくは１．０５％である。
　Ｓｉ：１．００％以下
　シリコン（Ｓｉ）は不可避に含有される。つまり、Ｓｉ含有量は０％超である。Ｓｉは、フェライトを固溶強化して鋼の硬さを高める。しかしながら、Ｓｉ含有量が１．００％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、初析セメンタイトが生成しやすくなる。Ｓｉ含有量が１．００％を超えればさらに、鋼の焼入れ性が高くなりすぎ、マルテンサイトが生成しやすくなる。この場合、踏面焼入れ時に踏面上に形成される焼入れ層の厚みが増大する。その結果、切削量が増大して歩留りが低下する。Ｓｉ含有量が１．００％を超えればさらに、鉄道車輪１の使用中に、ブレーキとの間に発生する摩擦熱によりリム部４に焼きが入る。この場合、鋼の耐き裂性が低下する場合がある。したがって、Ｓｉ含有量は１．００％以下である。Ｓｉ含有量の好ましい上限は０．９０％であり、さらに好ましくは０．８０％であり、さらに好ましくは０．７０％であり、さらに好ましくは０．５０％である。Ｓｉ含有量の下限は特に制限されない。しかしながら、Ｓｉ含有量の過剰な低減は製造コストを高める。したがって、Ｓｉ含有量の好ましい下限は０．０１％であり、さらに好ましくは０．０５％である。鋼の硬さを高める観点では、Ｓｉ含有量のさらに好ましい下限は０．１０％であり、さらに好ましくは０．１５％である。
　Ｍｎ：０．１０～１．２５％
　マンガン（Ｍｎ）はフェライトを固溶強化して鋼の硬さを高める。Ｍｎはさらに、ＭｎＳを形成し、鋼の被削性を向上する。Ｍｎ含有量が０．１０％未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、これらの効果は得られない。一方、Ｍｎ含有量が１．２５％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼の焼入れ性が高くなりすぎる。この場合、焼入れ層の厚みが増大し、製造工程時における歩留まりが低下する。さらに、鉄道車輪１の使用時に、ブレーキとの間に発生する摩擦熱によりリム部４に焼きが入る。この場合、鋼の耐き裂性が低下する場合がある。したがって、Ｍｎ含有量は０．１０～１．２５％である。Ｍｎ含有量の好ましい下限は０．５０％であり、さらに好ましくは０．６０％であり、さらに好ましくは０．７０％である。Ｍｎ含有量の好ましい上限は１．１０％であり、さらに好ましくは１．００％であり、さらに好ましくは０．９５％であり、さらに好ましくは０．９０％である。
　Ｐ：０．０５０％以下
　りん（Ｐ）は、不可避に含有される不純物である。つまり、Ｐ含有量は０％超である。Ｐは粒界に偏析して鋼の靭性を低下する。したがって、Ｐ含有量は０．０５０％以下である。Ｐ含有量の好ましい上限は０．０３０％であり、さらに好ましくは０．０２０％である。Ｐ含有量はなるべく低い方が好ましい。しかしながら、Ｐ含有量の過剰な低減は製造コストを高める。したがって、通常の工業生産を考慮した場合、Ｐ含有量の好ましい下限は０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％である。
　Ｓ：０．０３０％以下
　硫黄（Ｓ）は、不可避に含有される。つまり、Ｓ含有量は０％超である。ＳはＭｎＳを形成し、鋼の被削性を高める。一方、Ｓ含有量が高すぎれば、鋼の靭性が低下する。したがって、Ｓ含有量は０．０３０％以下である。Ｓ含有量の好ましい上限は０．０２０％である。Ｓ含有量の過剰な低減は製造コストを高める。したがって、Ｓ含有量の好ましい下限は０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％であり、さらに好ましい下限は０．００５％である。
　Ａｌ：０．０１０～０．６５０％
　アルミニウム（Ａｌ）は、鋼を脱酸する。Ａｌはさらに、初析セメンタイトの生成を抑制し、鋼の靱性を高める。Ａｌはさらに、Ｎと結合してＡｌＮを形成し、結晶粒を微細化する。結晶粒を微細化することにより、鋼の靱性が高まる。Ａｌ含有量が０．０１０％未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、これらの効果が十分に得られない。一方、Ａｌ含有量が０．６５０％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、非金属介在物が増加して鋼の靱性が低下する。したがって、Ａｌ含有量は０．０１０～０．６５０％である。Ａｌ含有量の好ましい下限は０．０１２％であり、さらに好ましくは０．０２０％であり、さらに好ましくは０．０２５％であり、さらに好ましくは０．０３０％である。Ａｌ含有量の好ましい上限は０．６００％であり、さらに好ましくは０．５００％であり、さらに好ましくは０．３００％であり、さらに好ましくは０．２５０％未満であり、さらに好ましくは０．２４０％である。本明細書でいうＡｌ含有量は、酸可溶Ａｌ（ｓｏｌ．Ａｌ）の含有量を意味する。
　Ｎ：０．００３０～０．０２００％
　窒素（Ｎ）は、Ａｌと結合してＡｌＮを形成し、旧オーステナイト粒を微細化する。旧オーステナイト粒が微細化することにより、鋼の靭性が高まる。Ｎ含有量が０．００３０％未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、この効果が十分に得られない。一方、Ｎ含有量が０．０２００％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、その効果が飽和する。したがって、Ｎ含有量は０．００３０～０．０２００％である。Ｎ含有量の好ましい下限は、０．００３５％であり、さらに好ましくは０．００４０％である。Ｎ含有量の好ましい上限は、０．０１００％であり、さらに好ましくは０．００８０％である。
　本実施形態による鉄道車輪１の化学組成の残部は、Ｆｅ及び不純物からなる。ここで、不純物とは、上記鉄道車輪１を工業的に製造する際に、原料としての鉱石、スクラップ、又は製造環境などから混入されるものであって、本実施形態の鉄道車輪１に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。上述の不純物以外の不純物としては、たとえば、Ｏ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｍｏである。これらの不純物元素の含有量はたとえば、次のとおりである。Ｏ：０．００７０％以下、Ｃｕ：０．２０％以下、さらに好ましくは０．１０％以下、さらに好ましくは０．０８％以下、Ｎｉ：０．２０％以下、さらに好ましくは０．１０％以下、さらに好ましくは０．０８％以下、Ｍｏ：０．０７％以下。
　［任意元素（Ｏｐｔｉｏｎａｌ　Ｅｌｅｍｅｎｔｓ）について］
　本実施形態の鉄道車輪１の化学組成はさらに、Ｆｅの一部に代えて、Ｃｒを含有してもよい。
　Ｃｒ：０～０．６０％
　クロム（Ｃｒ）は、任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｃｒ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｃｒは、パーライトのラメラ間隔を狭める。これにより、パーライトの硬度が顕著に増大する。しかしながら、Ｃｒ含有量が０．６０％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、焼入れ性が過剰に高くなり、踏面焼入れ後の焼入れ層の厚さが過剰に増大する。したがって、Ｃｒ含有量は０～０．６０％である。Ｃｒ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．０１％であり、さらに好ましくは０．０２％であり、さらに好ましくは０．０３％である。Ｃｒ含有量の好ましい上限は０．５５％であり、さらに好ましくは０．４０％であり、さらに好ましくは０．３０％であり、さらに好ましくは０．２５％であり、さらに好ましくは０．２０％である。
　本実施形態の鉄道車輪１の化学組成はさらに、Ｆｅの一部に代えて、Ｖを含有してもよい。
　Ｖ：０～０．１２％
　バナジウム（Ｖ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｖ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｖは、炭化物、窒化物、及び炭窒化物のいずれかを形成して、鋼（具体的には鋼中のフェライト）を析出強化する。その結果、鉄道車輪１の硬さが増大して、耐摩耗性をさらに高める。しかしながら、Ｖ含有量が０．１２％を超えれば、焼入れ性が高くなり、踏面焼入れ後の焼入れ層の厚さが過剰に増大する。したがって、Ｖ含有量は０～０．１２％である。Ｖ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．０１％であり、さらに好ましくは０．０２％であり、さらに好ましくは０．０３％である。Ｖ含有量の好ましい上限は０．１１％であり、さらに好ましくは０．１０％である。
　［鉄道車輪の板部のミクロ組織］
　本実施形態の鉄道車輪１の板部３のミクロ組織において、パーライトの面積率は８５．０％以上であり、初析セメンタイトの面積率は０．９０～１５．００％である。板部３のミクロ組織のうち、パーライト及び初析セメンタイト以外の相はたとえば、マルテンサイト及び／又はベイナイトである。
　好ましくは、本実施形態の鉄道車輪のボス部２のミクロ組織では、パーライトの面積率は８５．０％以上であり、初析セメンタイトの面積率は０．９０～１５．００％である。ボス部２のミクロ組織のうち、パーライト及び初析セメンタイト以外の相はたとえば、マルテンサイト及び／又はベイナイトである。
　なお、リム部４のミクロ組織では、好ましくはパーライト面積率が９５．０％以上であり、さらに好ましくは９７．０％以上である。リム部４のミクロ組織のうち、パーライト及び初析セメンタイト以外の相はたとえば、マルテンサイト及び／又はベイナイトである。
　板部３、ボス部２、及びリム部４のミクロ組織におけるパーライト面積率、初析セメンタイト面積率は、次の方法で求める。板部３の厚さ方向の中央位置（図１の厚さＴ３の中央位置）、ボス部２の厚さ方向の中央位置（図１の厚さＴ２の中央位置）、リム部４の厚さ方向の中央位置（図１の厚さＴ４の中央位置）からサンプルを採取する。各サンプルの観察面を機械研磨により鏡面仕上げする。その後、観察面に対して、ピクリン酸ソーダ液（水１００ｍｌ＋ピクリン酸２ｇ＋水酸化ナトリウム２５ｇ）を用いたエッチングを実施する。エッチングでは、煮沸したピクリン酸ソーダ液にサンプルを浸漬する。エッチング後のサンプルの観察面内の任意の１視野（２００μｍ×２００μｍ）に対して、５００倍の光学顕微鏡を用いて写真画像を生成する。観察面において、パーライトと、初析セメンタイトとは、コントラストが異なる。たとえば、図６及び図７において、矢印で示される黒色の領域は初析セメンタイトであり、残りの薄い灰色の領域はパーライトである。このように、ミクロ組織の各相はコントラストに基づいて、判別可能である。そこで、コントラストに基づいて、パーライト及び初析セメンタイトを特定する。パーライトの面積率（％）は、特定されたパーライトの総面積と観察視野の面積（４００００μｍ２）とに基づいて求める。初析セメンタイトの面積率（％）は、特定された初析セメンタイトの総面積と、観察視野の面積（４００００μｍ２）とに基づいて求める。
　［初析セメンタイトの形態について］
　（Ａ）初析セメンタイトの幅Ｗの平均値を指標とする規定
　本実施形態の鉄道車輪１では、板部３のミクロ組織において、パーライト面積率が８５．０％以上であり、かつ、初析セメンタイトの面積率が０．９０～１５．００％である。つまり、板部３において、初析セメンタイトが存在している。しかしながら、後述のとおり、初析セメンタイト幅Ｗの平均値が０．９５μｍ以下であるため、本実施形態の鉄道車輪１は、優れた靭性を示す。
　［板部３の初析セメンタイト幅Ｗの平均値について］
　本実施形態の鉄道車輪ではさらに、少なくとも板部のミクロ組織において、式（１）で定義される初析セメンタイトの幅Ｗの平均値が０．９５μｍ以下である。
　Ｗ＝１／２×（Ｐ／２－（（Ｐ／２）２－４Ａ）１／２）　（１）
　ここで、式（１）中のＡは初析セメンタイトの面積（μｍ２）であり、Ｐは初析セメンタイトの外周長（μｍ）である。
　上述のとおり、図１を参照して、鉄道車輪１のリム部４、板部３、ボス部２のうち、板部３の厚さＴ３が最も薄い。したがって、鉄道車輪１において、板部３には高い靭性が求められる。板部３のミクロ組織において、式（１）で定義される初析セメンタイトの幅Ｗの平均値が０．９５μｍ以下であれば、図１１に示すとおり、靭性が顕著に高まる。したがって、本実施形態の鉄道車輪の、少なくとも板部３のミクロ組織において、式（１）で定義される初析セメンタイトの幅Ｗの平均値が０．９５μｍ以下である。初析セメンタイトの幅Ｗの平均値の好ましい上限は０．９０μｍであり、さらに好ましくは０．８５μｍであり、さらに好ましくは０．８０μｍであり、さらに好ましくは０．７５μｍであり、さらに好ましくは０．７０μｍ未満であり、さらに好ましくは０．６８μｍであり、さらに好ましくは０．６５μｍである。
　初析セメンタイトの幅Ｗの平均値は、次の方法で求める。上述の光学顕微鏡を用いて得られた板部３のミクロ組織写真画像（観察視野：２００μｍ×２００μｍ）を準備する。写真画像に対して周知の画像処理により２値化処理を実施する。図１５は、光学顕微鏡を用いて得られたミクロ組織写真画像と、２値化処理後の画像とを示す図である。図１５を参照して、マークＡ及びマークＢのミクロ組織写真画像において、黒色領域が初析セメンタイトであり、それ以外の薄い灰色領域がパーライトである。これらのミクロ組織写真画像を画像処理により２値化処理した画像が図１５の「２値化」欄の画像である。２値化欄の画像では、初析セメンタイトを白色で示し、パーライトを黒色で示している。しかしながら、２値化処理では、初析セメンタイトを黒色で示し、パーライトを白色で示してもよい。２値化処理はたとえば、ＩｍａｇｅＪ（商標）等の周知の画像処理アプリケーションで実施することができる。なお、画像の画素数は特に限定されないが、画像の画素数の好ましい範囲は、３０万画素以上であり、さらに好ましくは４０万画素以上であり、さらに好ましくは５０万画素以上である。画素数の上限は特に限定されないが、たとえば、２００万画素であり、１２０万画素であってもよいし、１００万画素であってもよい。
　２値化処理後の画像において、個々の初析セメンタイトを特定する。このとき、連続して繋がっている領域は、１つのセメンタイトとして特定する。特定された各初析セメンタイトの面積Ａ（μｍ２）を求める。さらに、特定された各初析セメンタイトの外周長Ｐ（μｍ）を求める。面積Ａ及び外周長Ｐはたとえば、ＩｍａｇｅＪ（商標）等の周知の画像処理アプリケーションで求めることができる。特定された各初析セメンタイトにおいて、面積Ａが０．８０μｍ２未満のものは、ノイズである可能性があるため、除外する。つまり、面積Ａが０．８０μｍ２以上の初析セメンタイトを対象とする。対象となる各初析セメンタイトの面積Ａ及び外周長さＰを求める。対象となった全ての初析セメンタイトの面積Ａの平均値を求め、かつ、外周長Ｐの平均値を求める。求めた面積Ａの平均値と、求めた外周長Ｐの平均値とを用いて、式（１）で定義された初析セメンタイト幅Ｗを求める。求めた初析セメンタイト幅Ｗを初析セメンタイト幅Ｗの平均値とみなす。なお、図１５のマークＡの初析セメンタイト幅Ｗの平均値は０．５２μｍであり、マークＢの初析セメンタイト幅Ｗの平均値は０．９５μｍである。
　以上のとおり、本実施形態の鉄道車輪１では、板部３のミクロ組織において、パーライト面積率が８５．０％以上であり、初析セメンタイトの面積率が０．９０～１５．００％であり、かつ、初析セメンタイト幅Ｗの平均値が０．９５μｍ以下である。本実施形態の鉄道車輪１では、板部３において初析セメンタイトが存在している。しかしながら、板部３の初析セメンタイト幅Ｗの平均値が０．９５μｍ以下であるため、本実施形態の鉄道車輪１は、優れた靭性を示す。
　［ボス部２の好ましい初析セメンタイト幅Ｗの平均値について］
　好ましくは、本実施形態の鉄道車輪１のボス部２のミクロ組織においても、パーライト面積率が８５．０％以上であり、初析セメンタイトの面積率が０．９０～１５．００％であり、かつ、初析セメンタイト幅Ｗの平均値が０．９５μｍ以下である。この場合、鉄道車輪１はさらに優れた靭性を示す。ボス部２における初析セメンタイトの幅Ｗの平均値の好ましい上限は０．９０μｍであり、さらに好ましくは０．８５μｍであり、さらに好ましくは０．８０μｍであり、さらに好ましくは０．７５μｍであり、さらに好ましくは０．７０μｍ未満であり、さらに好ましくは０．６８μｍであり、さらに好ましくは０．６５μｍである。
　なお、ボス部２における初析セメンタイトの幅Ｗの平均値は、上述の光学顕微鏡により得られたボス部のミクロ組織写真画像（観察視野：２００μｍ×２００μｍ）を用いて、板部３での初析セメンタイト幅Ｗの平均値を求める方法と同じ方法により求めることができる。
　（Ｂ）初析セメンタイトの最大幅を指標とする規定
　本実施形態による鉄道車輪１において、板部３内の初析セメンタイトを、上述の幅Ｗの平均値ではなく、初析セメンタイトの最大幅で定義することもできる。この場合、本実施形態の鉄道車輪１の板部３のミクロ組織において、パーライトの面積率は８５．０％以上であり、初析セメンタイトの面積率は０．９０～１５．００％であり、初析セメンタイトの最大幅は１．８０μｍ以下である。
　上述のとおり、図１を参照して、鉄道車輪１のリム部４、板部３、ボス部２のうち、板部３の厚さＴ３が最も薄い。したがって、鉄道車輪１において、板部３には高い靭性が求められる。板部３のミクロ組織において、初析セメンタイトの最大幅が１．８０μｍ以下であれば、靭性が顕著に高まる。したがって、本実施形態の鉄道車輪の、少なくとも板部３のミクロ組織において、初析セメンタイトの最大幅が１．８０μｍ以下である。初析セメンタイトの最大幅の好ましい上限は１．７５μｍであり、さらに好ましくは１．７０μｍであり、さらに好ましくは１．６０μｍであり、さらに好ましくは１．５０μｍであり、さらに好ましくは１．４０μｍであり、さらに好ましくは１．３０μｍであり、さらに好ましくは１．２０μｍであり、さらに好ましくは１．１０μｍである。
　初析セメンタイトの最大幅は、次の方法で求める。板部３の任意の厚さ中央位置（図１中の板部３の厚さＴ３の中央位置）からサンプルを採取する。サンプルの表面のうち、任意の表面を観察面とする。観察面を機械研磨により鏡面仕上げにする。その後、観察面に対して、ナイタール液を用いたエッチングを実施する。エッチング後のサンプルの観察面の任意の８視野を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて２０００倍で観察し、各視野（６０μｍ×４５μｍ）の二次電子像のミクロ組織写真画像を生成する。なお、画像の画素数は特に限定されないが、画像の画素数の好ましい範囲は、３０万画素以上であり、さらに好ましくは４０万画素以上であり、さらに好ましくは５０万画素以上である。画素数の上限は特に限定されないが、たとえば、３００万画素であり、２００万画素であってもよいし、１５０万画素であってもよい。
　ミクロ組織写真画像を画像処理により２値化して、初析セメンタイトを特定する。特定された初析セメンタイトに対して、細線化処理を実施して、初析セメンタイトの骨格線を特定する。骨格線の任意の測定点から骨格線に対して垂直な直線のうち、初析セメンタイトの輪郭との２点の交差点間の線分長さを、その測定点での初析セメンタイトの幅と定義する。このとき、図１４を参照して、骨格線の分岐点から直径１．５μｍの基準円Ｃｒｅｆの範囲内の測定点での初析セメンタイトの幅と、測定点での線分が測定点を含んだ２点以上で骨格線と交差する場合の初析セメンタイトの幅とは、対象外とする。
　骨格線の分岐点から直径１．５μｍの基準円Ｃｒｅｆの範囲内の測定点での初析セメンタイトの幅と、測定点での線分が測定点を含んだ２点以上で骨格線と交差する場合の初析セメンタイトの幅とを対象外として、各視野において、初析セメンタイトの幅の最大値を特定する。８つの視野の初析セメンタイトの幅の最大値のうち、最も大きい幅を、初析セメンタイトの最大幅と定義する。
　好ましくは、本実施形態の鉄道車輪１のボス部２のミクロ組織においても、パーライト面積率が８５．０％以上であり、初析セメンタイトの面積率が０．９０～１５．００％であり、かつ、初析セメンタイトの最大幅が１．８０μｍ以下である。この場合、鉄道車輪１はさらに優れた靭性を示す。ボス部２における初析セメンタイトの最大幅の好ましい上限は１．７５μｍであり、さらに好ましくは１．７０μｍであり、さらに好ましくは１．６０μｍであり、さらに好ましくは１．５０μｍであり、さらに好ましくは１．４０μｍであり、さらに好ましくは１．３０μｍであり、さらに好ましくは１．２０μｍであり、さらに好ましくは１．１０μｍである。
　［鉄道車輪の製造方法］
　上述の鉄道車輪を製造する方法の一例を説明する。本製造方法は、鉄道車輪用鋼を製造する工程（素材製造工程）と、熱間加工により、鉄道車輪用鋼から車輪形状の中間品を成形する工程（成形工程）と、成形された中間品に対して熱処理（踏面焼入れ）を実施する工程（熱処理工程）と、熱処理後の中間品の踏面等から焼入れ層を切削加工により除去して鉄道車輪とする工程（切削加工工程）とを含む。以下、各工程について説明する。
　［素材製造工程］
　素材製造工程では、電気炉又は転炉等を用いて上述の化学組成を有する溶鋼を溶製した後、鋳造して鋼塊にする。なお、鋼塊は連続鋳造による鋳片、鋳型によって鋳込まれたインゴットのいずれであってもよい。
　鋳片又はインゴットを熱間加工して、所望のサイズの鉄道車輪用鋼材を製造する。熱間加工はたとえば、熱間鍛造、熱間圧延等である。熱間圧延により鉄道車輪用鋼材を製造する場合、たとえば、次の方法で鉄道車輪用鋼材を製造する。熱間圧延ではたとえば、分塊圧延機を用いる。分塊圧延機により素材に対して分塊圧延を実施して、鉄道車輪用鋼材を製造する。分塊圧延機の下流に連続圧延機が設置されている場合、分塊圧延後の鋼材に対してさらに、連続圧延機を用いて熱間圧延を実施して、鉄道車輪用鋼材を製造してもよい。連続圧延機では、一対の水平ロールを有する水平スタンドと、一対の垂直ロールを有する垂直スタンドとが交互に一列に配列される。熱間圧延での加熱炉の加熱温度は特に限定されないが、たとえば、１１００～１３５０℃である。以上の製造工程により、鉄道車輪用鋼材が製造される。
　なお、鉄道車輪用鋼材は、鋳造材（鋳片又はインゴット）であってもよい。つまり、上述の熱間加工工程は省略されてもよい。以上の工程により、鉄道車輪の素材である鉄道車輪用鋼材が製造される。
　［成形工程］
　成形工程では、準備された鉄道車輪用鋼材を用いて、熱間加工により車輪形状の中間品を成形する。中間品は車輪形状を有するため、ボス部と、板部と、踏面及びフランジ部を含むリム部とを備える。熱間加工はたとえば、熱間鍛造、熱間圧延等である。たとえば、熱間鍛造により車輪形状の粗中間品を成形する荒地鍛造を実施する。荒地鍛造後の粗中間品に対して、車輪圧延機を用いた熱間圧延を実施する。熱間圧延後の粗中間品に対して回転鍛造を実施して、ボス部に相当する中央部に貫通孔を形成する。以上の構成により、熱間加工により車輪形状の中間品を成形する。
　成形工程での熱間加工時における鉄道車輪用鋼材の好ましい加熱温度は１２２０℃以上である。この場合、熱間加工時の加熱温度の好ましい下限は１２３０℃であり、さらに好ましくは１２５０℃であり、さらに好ましくは１３００℃である。熱間加工時の加熱温度の好ましい上限は１３５０℃である。
　なお、熱間加工後の中間品の冷却方法は特に限定されない。放冷でもよいし、水冷でもよい。
　［熱処理工程］
　熱処理工程では、成形された車輪形状の中間品に対して踏面焼入れを実施する。具体的には、熱間加工（熱間鍛造又は熱間圧延）後の中間品をＡｃｍ変態点以上に再加熱する（再加熱処理）。加熱後、中間品の踏面及びフランジ部に対して急冷（踏面焼入れ）を実施する。このとき、板部３に対して急冷する必要はなく、板部３における８００℃から５００℃に至るまでの平均冷却速度ＣＲ８００－５００は０．５００℃／秒未満であってよい。しかしながら、板部３における７５０℃から７００℃に至るまでの平均冷却速度ＣＲ７５０－７００を０．０２２℃／秒以上とする。
　上述の化学組成の鉄道車輪１の中間品において、７５０～７００℃の温度域は、初析セメンタイトが析出する温度域である。平均冷却速度ＣＲ７５０－７００が０．０２２℃／秒以上であれば、板部３における初析セメンタイトの幅Ｗの平均値が０．９５μｍ以下となり、初析セメンタイトの最大幅が１．８０μｍ以下となる。この場合、鉄道車輪の靭性が良好である。
　板部３における７５０℃から７００℃に至るまでの平均冷却速度ＣＲ７５０－７００が０．０２２℃／秒以上であれば、板部３における８００℃から５００℃に至るまでの平均冷却速度ＣＲ８００－５００が０．５００℃／秒未満であっても、過剰な初析セメンタイトの生成が抑制される。その結果、板部３における初析セメンタイトの幅Ｗの平均値が０．９５μｍ以下となる。また、板部３における初析セメンタイトの最大幅が１．８０μｍ以下になる。板部３における平均冷却速度ＣＲ７５０－７００の好ましい下限は０．０２５℃／秒であり、さらに好ましくは０．０３０℃／秒であり、さらに好ましくは０．０４０℃／秒であり、さらに好ましくは０．０４５℃／秒であり、さらに好ましくは０．０５０℃／秒であり、さらに好ましくは０．０５２℃／秒であり、さらに好ましくは０．０５５℃／秒であり、さらに好ましくは０．１００℃／秒であり、さらに好ましくは０．５００℃／秒である。
　なお、平均冷却速度ＣＲ７５０－７００が３３．０００℃／秒を超えれば、平均冷却速度ＣＲ８００－５００も０．５００℃／秒以上となる。この場合、初析セメンタイトの生成が抑制され、上記化学組成の鋼材において、初析セメンタイトの面積率を０．９０％未満とすることができる。しかしながら、踏面焼入れ時の冷却装置の冷却能力を向上させる必要があり、設備コストが高くなる。冷却速度が速くなれば、踏面だけでなく、板部３やボス部２の表面にも焼入れ層が形成されてしまう可能性がある。板部３やボス部２での焼入れ層の生成は抑制できる方が好ましい。したがって、初析セメンタイトの面積率を０．９０％未満にしようとすれば、焼入れ層の生成の抑制も考慮しつつ、板部３の冷却速度を厳密に調整する必要がある。本実施形態での鉄道車輪１は、少なくとも板部３に初析セメンタイトが存在することを前提とする。そのため、板部３において、初析セメンタイトの生成を抑制しつつ、かつ、焼入れ層の生成を抑制する、というような厳密な冷却速度の制御をする必要がない。その結果、製造工程の複雑化を抑制できる。
　図１６は、中間品を冷却するための冷却装置の一例を示す図である。冷却装置１０は、回転軸を有する回転装置１１と、１又は複数のボス部冷却ノズル１２と、１又は複数の板部冷却ノズル１３と、１又は複数の踏面冷却ノズル１４とを備える。踏面冷却ノズル１４は、冷却装置１０の回転軸の周りに配置される。踏面冷却ノズル１４のノズル口は、中間品の踏面４１に対向して配置される。踏面冷却ノズル１４のノズル口は、中間品のフランジ部４２の表面に対向して配置してもよい。板部冷却ノズル１３は、ノズル口が板部３の表面に対向するように配置される。ボス部冷却ノズル１２は、ノズル口がボス部２の表面に対向するように配置される。
　踏面冷却ノズル１４は、ノズル口から冷却液を噴射して、主としてリム部４の踏面４１及びフランジ部４２の表面を冷却する。冷却液はたとえば、水、ミスト、スプレー等である。一方、板部冷却ノズル１３は、ノズル口から冷却気体を噴射して、主として板部３を冷却する。冷却気体はたとえば圧縮空気等である。ボス部冷却ノズル１２も板部冷却ノズル１３と同様に、ノズル口から冷却気体を噴射して、主としてボス部２を冷却する。
　冷却装置１０はさらに、複数の測温計２０を備える。測温計２０は中間品の周りに配置され、リム部４、踏面４１、フランジ部４２、板部３、ボス部２の温度を測定する。図１６では、複数の測温計２０は、踏面４１、フランジ部４２の表面、リム部４の表面のうち踏面４１及びフランジ部４２の表面以外の表面（たとえば、リム部４の側面）、板部３の表面、及びボス部２の表面の温度分布が測定可能となるように配置されている。
　Ａｃｍ変態点以上に加熱された中間品を冷却装置１０に配置する。回転装置１１により中間品を回転させながら、踏面冷却ノズル１４から冷却液を噴射して、踏面焼入れを実施する。さらに、踏面焼入れを実施中に、板部冷却ノズル１３及び／又はボス部冷却ノズル１２から冷却気体を噴射して、板部３及び／又はボス部２を冷却する。測温計２０で中間品の温度分布を測定しながら、板部３において７５０～７００℃での冷却速度が０．０２２～３３．０００℃／秒となるように調整する。
　踏面焼入れにより、踏面４１の表層に微細パーライトが生成する。本実施形態の鉄道車輪１のＣ含有量は０．８０～１．６０％と高い。そのため、微細パーライトの耐摩耗性が高まる。さらに、踏面焼入れ時、板部３において、７５０～７００℃における平均冷却速度ＣＲ７５０－７００を０．０２２～３３．０００℃／秒に調整する。この場合、少なくとも板部３のミクロ組織において、パーライト面積率が８５．０％以上となり、かつ、初析セメンタイトの面積率が０．９０～１５．００％となるものの、初析セメンタイトの幅Ｗの平均を０．９５μｍ以下にすることができる。また、初析セメンタイトの最大幅を１．８０μｍ以下とすることができる。そのため、ミクロ組織中に初析セメンタイトが存在するものの、十分な靭性を得ることができる。
　なお、板部３だけでなく、ボス部２のミクロ組織においても、パーライト面積率を８５．０％以上とし、かつ、初析セメンタイトの面積率を０．９０～１５．００％とし、かつ、初析セメンタイトの幅Ｗの平均値を０．９５μｍ以下、又は、初析セメンタイトの最大幅を１．８０μｍ以下とする場合、板部３及びボス部２における８００～５００℃の平均冷却速度ＣＲ８００－５００を０．５００℃／秒未満であっても、板部３における７５０～７００℃での平均冷却速度ＣＲ７５０－７００を０．０２２～３３．０００℃／秒とするとともに、ボス部２における７５０～７００℃での平均冷却速度ＣＲ７５０－７００も０．０２２～３３．０℃／秒とする。この場合、板部３のミクロ組織において、パーライト面積率が８５．０％以上であって初析セメンタイトの面積率が０．９０～１５．００％となり、初析セメンタイトの幅Ｗの平均値が０．９５μｍ以下になるとともに、ボス部２のミクロ組織においても、パーライト面積率が８５．０％以上であって初析セメンタイトの面積率が０．９０～１５．００％となり、初析セメンタイトの幅Ｗの平均値が０．９５μｍ以下になる。また、板部３のミクロ組織において、パーライト面積率が８５．０％以上であって初析セメンタイトの面積率が０．９０～１５．００％となり、初析セメンタイトの最大幅が１．８０μｍ以下になるとともに、ボス部２のミクロ組織においても、パーライト面積率が８５．０％以上であって初析セメンタイトの面積率が０．９０～１５．００％となり、初析セメンタイトの最大幅が１．８０μｍ以下になる。
　なお、上述の冷却装置１０は、板部冷却ノズル１３及びボス部冷却ノズル１２が備えられているが、冷却装置１０は、ボス部冷却ノズル１２を備えていなくてもよい。また、冷却装置１０は、踏面冷却ノズル１４を備え、板部冷却ノズル１３及びボス部冷却ノズル１２を備えていなくてもよい。この場合、踏面焼入れ時の踏面冷却ノズル１４の冷却液の噴射量を調整することにより、板部３、又は、板部３及びボス部２における７５０～７００℃での平均冷却速度ＣＲ７５０－７００を０．０２２～３３．０００℃／秒に調整することができる。
　上記説明では中間品を再加熱するが、熱間加工後の中間品に対して直接（再加熱せずに）、踏面焼入れを実施してもよい。
　踏面焼入れ後の中間品に対して、必要に応じて焼戻しを実施する。焼戻しは周知の温度及び時間で行えば足りる。焼戻し温度はたとえば、４００～６００℃である。
　［切削加工工程］
　上述のとおり、熱処理後の中間品の踏面の表層には微細パーライトが形成されるが、その上層には焼入れ層が形成されている。鉄道車輪の使用において、焼入れ層の耐摩耗性は低いため、切削加工により焼入れ層を除去する。切削加工は周知の方法で行えば足りる。
　以上の工程により本実施形態の鉄道車輪が製造される。上記製造工程で製造された本実施形態の鉄道車輪において、少なくとも板部３のミクロ組織では、パーライト面積率が８５．０％以上であり、初析セメンタイトの面積率が０．９０～１５．００％であり、式（１）で定義される初析セメンタイトの幅Ｗの平均値が０．９５μｍ以下である。又は、初析セメンタイトの最大幅が１．８０μｍ以下である。好ましくは、本実施形態の鉄道車輪において、板部３のミクロ組織では、パーライト面積率が８５．０％以上であり、初析セメンタイトの面積率が０．９０～１５．００％であり、式（１）で定義される初析セメンタイトの幅Ｗの平均値が０．９５μｍ以下であり、かつ、ボス部２のミクロ組織では、パーライト面積率が８５．０％以上であり、初析セメンタイトの面積率が０．９０～１５．００％であり、式（１）で定義される初析セメンタイトの幅Ｗの平均値が０．９５μｍ以下である。そのため、本実施形態の鉄道車輪では、初析セメンタイトが存在するものの、十分な靭性が得られる。
　また、上記製造工程で製造された本実施形態の鉄道車輪において、少なくとも板部３のミクロ組織では、パーライト面積率が８５．０％以上であり、初析セメンタイトの面積率が０．９０～１５．００％であり、初析セメンタイトの最大幅は１．８０μｍ以下である。好ましくは、本実施形態の鉄道車輪において、板部３のミクロ組織では、パーライト面積率が８５．０％以上であり、初析セメンタイトの面積率が０．９０～１５．００％であり、初析セメンタイトの最大幅が１．８０μｍ以下であり、かつ、ボス部２のミクロ組織では、パーライト面積率が８５．０％以上であり、初析セメンタイトの面積率が０．９０～１５．００％であり、初析セメンタイトの最大幅が１．８０μｍ以下である。そのため、本実施形態の鉄道車輪では、初析セメンタイトが存在するものの、十分な靭性が得られる。
　表３に示す化学組成を有する鋼番号Ａ～Ｆの溶鋼を製造した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
  
　上記溶鋼を用いて造塊法によりインゴット（上面直径１０７ｍｍ、底面直径９７ｍｍ、高さ２３０ｍｍの円錐台型）を製造した。鉄道車輪の製造工程の熱間加工工程を模擬して、インゴットを１２５０℃に加熱後、熱間鍛造して、直径４０ｍｍの丸棒を製造した。さらに、この丸棒の中央部から、機械加工により直径２０ｍｍ、長さ１２５ｍｍの丸棒（鋼材）を採取した。
　［模擬踏面焼入れ試験］
　各試験番号の鋼材に対して、鉄道車輪の製造工程中の踏面焼入れを模擬した模擬踏面焼入れ試験を実施した。具体的には、各試験番号の鋼材に対して、表４及び図１７に示すヒートパターンの熱処理を実施した。各ヒートパターンにおいて、鋼材温度が８００～５００℃の平均冷却速度ＣＲ８００－５００（℃／秒）、及び、鋼材温度が７５０～７００℃での平均冷却速度ＣＲ７５０－７００（℃／秒）は、表４に示すとおりであった。以上の製造工程により、鉄道車輪を模擬した鋼材（模擬鉄道車輪鋼材）を製造した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
  
　図１７において、たとえば、「ＨＰ６９０」では、９５０℃から冷却を開始し、６９０℃で所定時間保持し、その後冷却を再開することにより、平均冷却速度ＣＲ８００－５００を０．４２０℃／秒に調整し、平均冷却速度ＣＲ７５０－７００を０．５３０℃／秒に調整した。「ＨＰ７２０速６５０」では、９５０℃から冷却を開始し、７２０℃で所定時間保持し、その後冷却を再開し、６５０℃で所定時間保持し、その後、冷却を再開することにより、平均冷却速度ＣＲ８００－５００を０．１７５℃／秒に調整し、平均冷却速度ＣＲ７５０－７００を０．０４８０℃／秒に調整した。
　［パーライト面積率及び初析セメンタイト面積率の測定］
　熱処理後の各試験番号の模擬鉄道車輪鋼材の長手方向に垂直な断面の中心位置から、ミクロ組織観察用の試験片を採取した。試験片の表面のうち、供試材の長手方向に垂直な断面を観察面とした。各試験片の観察面を機械研磨により鏡面仕上げした。その後、観察面に対して、ピクリン酸ソーダ液（水１００ｍｌ＋ピクリン酸２ｇ＋水酸化ナトリウム２５ｇ）を用いたエッチングを実施した。エッチングでは、煮沸したピクリン酸ソーダ液に試験片を浸漬した。エッチング後の試験片の観察面内の任意の１視野（２００μｍ×２００μｍ）に対して、５００倍の光学顕微鏡を用いてミクロ組織観察用の写真画像を生成した。視野において、パーライト、初析セメンタイト、及び他の相（マルテンサイト、ベイナイト）は、上述のとおり、コントラストが異なる。したがって、写真画像のコントラストに基づいて、パーライト及び初析セメンタイトを特定した。特定されたパーライトの総面積と観察視野の面積とに基づいて、パーライトの面積率（％）を求めた。また、特定された初析セメンタイトの総面積と観察視野の面積とに基づいて、初析セメンタイトの面積率（％）を求めた。得られたパーライト面積率及び初析セメンタイト面積率を表４に示す。
　［初析セメンタイト幅Ｗの平均値の測定］
　上述のエッチング後の試験片の観察面内の任意の１視野（２００μｍ×２００μｍ）のミクロ組織観察用の写真画像に対して、画像処理アプリケーションＩｍａｇｅＪ（商品名）を用いて、２値化処理を実施し、視野（写真画像）中の個々の初析セメンタイトを特定した。特定された各初析セメンタイトの面積Ａ（μｍ２）を求めた。さらに、特定された各初析セメンタイトの外周長Ｐ（μｍ）を求めた。各初析セメンタイトの面積Ａ及び外周長Ｐは上述の画像処理アプリケーションを用いて求めた。特定された各初析セメンタイトにおいて、面積Ａが０．８０μｍ２未満のものは、ノイズである可能性があるため、除外した。対象となる各初析セメンタイトの面積Ａ及び外周長さＰを求めた。対象となった全ての初析セメンタイトの面積Ａの平均値を求め、かつ、外周長Ｐの平均値を求めた。求めた面積Ａの平均値と、求めた外周長Ｐの平均値とを用いて、式（１）で定義された初析セメンタイト幅Ｗを求めた。求めた初析セメンタイト幅Ｗを初析セメンタイト幅Ｗの平均値とみなした。求めた初析セメンタイト幅Ｗの平均値（μｍ）を表４に示す。なお、試験番号１２～１６は、初析セメンタイトの面積率が極めて小さかったため、初析セメンタイト幅Ｗの平均値の算出を省略した（表４中で「－」と記載）。
　［初析セメンタイトの最大幅の測定］
　上述の観察面に対して、機械研磨による鏡面仕上げの後、ナイタール液を用いたエッチングを実施した。エッチング後の試験片の観察面内の任意の８視野を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて２０００倍で観察し、各視野（６０μｍ×４５μｍ）の二次電子像のミクロ組織写真画像を生成した。ミクロ組織観察用の写真画像に対して、画像処理アプリケーションＩｍａｇｅＪ（商品名）を用いて、２値化処理を実施し、視野（写真画像）中の個々の初析セメンタイトを特定した。そして、２値化処理によりミクロ組織写真画像中の初析セメンタイトを特定した後、特定された初析セメンタイトに対して、細線化処理を実施して、初析セメンタイトの骨格線を得た。
　骨格線の任意の測定点から骨格線に対して垂直な直線のうち、初析セメンタイトの輪郭との２点の交差点間の線分長さを、その測定点での初析セメンタイトの幅と定義した。このとき、骨格線の分岐点から直径１．５μｍの基準円Ｃｒｅｆの範囲内の測定点での初析セメンタイトの幅と、測定点での線分が測定点を含んだ２点以上で骨格線と交差する場合の初析セメンタイトの幅とは、対象外とした。
　骨格線の分岐点から直径１．５μｍの基準円Ｃｒｅｆの範囲内の測定点での初析セメンタイトの幅と、測定点での線分が測定点を含んだ２点以上で骨格線と交差する場合の初析セメンタイトの幅とを対象外として、各視野において、初析セメンタイトの幅の最大値を特定した。８つの視野の初析セメンタイトの幅の最大値のうち、最も大きい幅を、初析セメンタイトの最大幅と定義した。求めた初析セメンタイトの最大幅（μｍ）を表４に示す。なお、試験番号１２～１６は、初析セメンタイトの面積率が極めて小さかったため、初析セメンタイト最大幅の算出を省略した（表４中で「－」と記載）。
　［シャルピー衝撃試験］
　各試験番号の模擬鉄道車輪鋼材の長手方向に垂直な断面の中心位置から、ＪＩＳ　Ｚ　２２４２（２００５）に準拠したＵノッチ試験片を採取した。Ｕノッチ試験片の長手方向（Ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ－ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）に垂直な断面は１０ｍｍ×１０ｍｍの正方形とし、Ｕノッチ試験片の長手方向の長さは５５ｍｍとした。Ｕノッチ試験片の長手方向は、鋼材の長手方向と平行とした。Ｕノッチ試験片の長さ中央位置（つまり、長さ５５ｍｍの中央位置）に、Ｕノッチを形成した。ノッチ深さを２ｍｍとし、ノッチ底半径を１．０ｍｍとした。ＪＩＳ　Ｚ　２２４２（２００５）に準拠して、室温大気中でのシャルピー衝撃試験を実施した。４個のＵノッチ試験片に対してシャルピー衝撃値（Ｊ／ｃｍ２）を求め、４個の平均値を、その試験番号のシャルピー衝撃値（Ｊ／ｃｍ２）と定義した。得られたシャルピー衝撃値を表４に示す。
　［試験結果］
　試験結果を表４に示す。表４を参照して、試験番号１～７の模擬鉄道車輪鋼材の化学組成は適切であった。さらに、踏面焼入れを模擬した熱処理において、平均冷却速度ＣＲ８００－５００（℃／秒）、及び、平均冷却速度ＣＲ７５０－７００（℃／秒）が適切であった。そのため、パーライト面積率は８５．０％以上であり、かつ、初析セメンタイトの面積率が０．９０～１５．００％であった。さらに、初析セメンタイトの幅Ｗの平均値が０．９５μｍ以下であった。また、初析セメンタイトの最大幅が１．８０μｍ以下であった。そのため、シャルピー衝撃値が８．５Ｊ／ｃｍ２を超え、優れた靭性が得られた。
　一方、試験番号８～１０ではいずれも、化学組成は適切であったものの、平均冷却速度ＣＲ７５０－７００が０．０１０～０．０１９℃／秒と低かった。そのため、これらの試験番号の模擬鉄道車輪鋼材のミクロ組織において、初析セメンタイトの幅Ｗの平均値が０．９５μｍを超えた。また、初析セメンタイトの最大幅が１．８０μｍを超えた。そのため、シャルピー衝撃値が８．５Ｊ／ｃｍ２以下であった。なお、試験番号１１～１５では、平均冷却速度ＣＲ８００－５００が０．５００℃／秒を超え、試験番号１４及び１５ではさらに、平均冷却速度ＣＲ７５０－７００が３３．０００℃／秒を超えた。そのため、初析セメンタイトの面積率が０．９０％未満となり、本発明の対象外であった。
　以上、本発明の実施形態を説明した。しかしながら、上述した実施形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。したがって、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施形態を適宜変更して実施することができる。
　１　鉄道車輪
　２　ボス部
　３　板部
　４　リム部
　４１　踏面
　４２　フランジ部

Claims (5)

  1. 　鉄道車輪であって、
    　リム部と、
    　ボス部と、
    　前記リム部と前記ボス部との間に配置され、前記リム部と前記ボス部とにつながる板部とを備え、
    　前記鉄道車輪の化学組成は、質量％で、
    　Ｃ：０．８０～１．６０％、
    　Ｓｉ：１．００％以下、
    　Ｍｎ：０．１０～１．２５％、
    　Ｐ：０．０５０％以下、
    　Ｓ：０．０３０％以下、
    　Ａｌ：０．０１０～０．６５０％、
    　Ｎ：０．００３０～０．０２００％、
    　Ｃｒ：０～０．６０％、
    　Ｖ：０～０．１２％、及び、
    　残部がＦｅ及び不純物からなり、
    　前記鉄道車輪の前記板部のミクロ組織において、パーライトの面積率は８５．０％以上であり、初析セメンタイトの面積率は０．９０～１５．００％であり、かつ、式（１）で定義される前記初析セメンタイトの幅Ｗの平均値は０．９５μｍ以下である、
    　鉄道車輪。
    　Ｗ＝１／２×（Ｐ／２－（（Ｐ／２）２－４Ａ）１／２）　（１）
    　ここで、式（１）中のＡは前記初析セメンタイトの面積（μｍ２）であり、Ｐは前記初析セメンタイトの外周長（μｍ）である。
  2. 　請求項１に記載の鉄道車輪であってさらに、
    　前記鉄道車輪の前記ボス部のミクロ組織において、パーライトの面積率は８５．０％以上であり、前記初析セメンタイトの面積率は０．９０～１５．００％であり、かつ、式（１）で定義される前記初析セメンタイトの幅Ｗの平均値は０．９５μｍ以下である、
    　鉄道車輪。
  3. 　鉄道車輪であって、
    　リム部と、
    　ボス部と、
    　前記リム部と前記ボス部との間に配置され、前記リム部と前記ボス部とにつながる板部とを備え、
    　前記鉄道車輪の化学組成は、質量％で、
    　Ｃ：０．８０～１．６０％、
    　Ｓｉ：１．００％以下、
    　Ｍｎ：０．１０～１．２５％、
    　Ｐ：０．０５０％以下、
    　Ｓ：０．０３０％以下、
    　Ａｌ：０．０１０～０．６５０％、
    　Ｎ：０．００３０～０．０２００％、
    　Ｃｒ：０～０．６０％、
    　Ｖ：０～０．１２％、及び、
    　残部がＦｅ及び不純物からなり、
    　前記鉄道車輪の前記板部のミクロ組織において、パーライトの面積率は８５．０％以上であり、初析セメンタイトの面積率は０．９０～１５．００％であり、前記初析セメンタイトの最大幅は１．８０μｍ以下である、
    　鉄道車輪。
  4. 　請求項３に記載の鉄道車輪であって、
    　前記鉄道車輪の前記ボス部のミクロ組織において、パーライトの面積率は８５．０％以上であり、前記初析セメンタイトの面積率は０．９０～１５．００％であり、前記初析セメンタイトの最大幅は１．８０μｍ以下である、
    　鉄道車輪。
  5. 　請求項１～請求項４のいずれか１項に記載の鉄道車輪であって、
    　前記化学組成は、
    　Ｃｒ：０．０２～０．６０％、及び、
    　Ｖ：０．０２～０．１２％、
    　からなる群から選択される１元素以上を含有する、
    　鉄道車輪。
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