WO2020189349A1 - レールの製造方法 - Google Patents

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稔 本庄
峰康 竹正
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Ｊｆｅスチール株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to, for example, a method for manufacturing a rail used in a straight portion of a passenger railway or a high axle load railway.
  • a steel piece (bloom) after continuous casting is heated, hot-rolled to a desired rail shape, and then the obtained rail is cooled to room temperature, and then undergoes a straightening process and an inspection process. , Finally shipped as a product.
  • the following two methods are mainly known as methods for cooling the rail to room temperature after hot rolling.
  • the first method is to transport the rail after hot rolling to the cooling bed as it is and allow it to cool to room temperature (natural cooling) on the cooling bed.
  • the rail obtained by this method is suitable for applications that do not require high hardness, such as a straight portion, and is a so-called "ordinary rail" defined in JIS E 1101.
  • the rail after hot rolling is transported to an online heat treatment facility, where heat treatment is performed to accelerate cool (forced cooling) the rail head to a pearlite transformation temperature of about 400 to 550 ° C or lower, and then heat the rail.
  • This is a method of transporting to a cooling bed and allowing the cooling bed to cool to room temperature (natural cooling).
  • This accelerated cooling is for slack quenching the rail head over the entire cross section, and is performed for the purpose of improving wear resistance by increasing the hardness of the rail head. Therefore, the rail obtained by this method is suitable for use under harsh conditions such as sharp curves and high axle loads, and is a so-called "heat treatment rail" defined in JIS E 1120.
  • Patent Document 1 after hot rolling, in a temperature range where the surface temperature of the head of the rail is 800 ° C. to 450 ° C., the rail is accelerated and cooled while being kept upright, and during that time, the foot of the rail is heated.
  • a method for manufacturing a rail is described, which is characterized by being mechanically restrained and then allowed to cool to room temperature.
  • the rail bends in the height direction. If the bending becomes large, it becomes difficult to carry out the subsequent straightening process (paying out from the cooling bed) and straightening. Therefore, the smaller the bend of the rail conveyed to the straightening process, the easier it is to straighten the rail.
  • the "bending in the height direction” means a bending in the vertical direction when the rail is upright.
  • the entire rail including the head and feet undergoes pearlite transformation in the process of accelerated cooling, so the bending of the rail in the height direction before correction is small.
  • the rail after hot rolling is transported to the cooling bed as it is and allowed to cool to room temperature on the cooling bed, so that a large cooling rate difference occurs between the head and the foot of the rail.
  • the timing of the pearlite transformation of the head and foot of the rail is deviated, and as a result, large bending is likely to occur. That is, when an ordinary rail is to be manufactured by a general manufacturing process, there is a problem that the amount of bending in the height direction tends to be large. In particular, when the rail is conveyed to the cooling floor with a length of 100 m or more without cutting the rail with a hot saw after hot rolling, the amount of bending in the height direction becomes remarkable.
  • the present invention provides a rail manufacturing method capable of reducing the bending of the rail in the height direction before straightening in the manufacturing of the ordinary rail specified in JIS E 1101. The purpose.
  • the cooling stop temperature of the rail head exceeds 700 ° C.
  • the gist structure of the present invention completed based on the above findings is as follows. [1] By mass% C: 0.60% or more and 0.85% or less, Hot-rolled steel pieces containing Si: 0.10% or more and 1.00% or less, and Mn: 0.10% or more and 1.30% or less, and having a component composition in which the balance is Fe and unavoidable impurities.
  • the rail Cooling start temperature of the rail head T1 750 ° C or higher and 850 ° C or lower
  • the cooling stop temperature of the rail head T2 exceeds 700 ° C
  • the composition of the components is mass%. Cr: 1.50% or less, V: 0.50% or less, Cu: 0.50% or less, Ni: 0.50% or less, Nb: 0.10% or less, Mo: 0.50% or less, Al: 0.05% or less, W: 0.50% or less, B: 0.005% or less, Ti: 0.05% or less,
  • the rail manufacturing method of the present invention in the manufacturing of the ordinary rail specified in JIS E 1101, the bending of the rail in the height direction before straightening can be reduced.
  • the method for manufacturing a rail includes a step of hot rolling a steel piece having a predetermined composition to obtain a rail, a step of accelerating and cooling the rail under predetermined conditions, and then the step. It has a step of allowing the rail to cool. After that, the rail undergoes a straightening process and an inspection process according to a standard method, and finally becomes a product.
  • C 0.60% or more and 0.85% or less C is an essential element for forming cementite in the pearlite structure and ensuring the strength of the rail.
  • the amount of C is less than 0.60%, it is difficult to secure the strength of the rail.
  • proeutectoid ferrite is easily formed, and the pearlite transformation starts with it as the core, so that the bending becomes large while the rail is transported to the cooling bed.
  • the amount of C exceeds 0.85%, pro-eutectoid cementite is generated during accelerated cooling in the present invention, and pearlite transformation starts with this as a nucleus, so that the rail bends while being transported to the cooling bed. Becomes larger. Therefore, the amount of C is set to 0.60% or more and 0.85% or less.
  • Si 0.10% or more and 1.00% or less Si is added as a deoxidizer and is added because it contributes to high strength by lowering the pearlite transformation temperature and making the lamellar interval finer.
  • the amount of Si is less than 0.10%, the deoxidizing effect is small and the effect of increasing the strength cannot be sufficiently obtained.
  • proeutectoid ferrite is easily formed, and the pearlite transformation starts with it as the core, so that the bending becomes large while the rail is transported to the cooling bed.
  • the amount of Si exceeds 1.00%, since Si has a high bonding force with oxygen, an oxide is formed in the rail steel, and the pearlite transformation starts with this as a core, so that the rail is cooled. The bend becomes large during transportation to. Therefore, the amount of Si is set to 0.10% or more and 1.00% or less.
  • Mn 0.10% or more and 1.30% or less Mn is added because it contributes to high strength by lowering the pearlite transformation temperature and making the lamellar interval finer.
  • the amount of Mn is less than 0.10%, the effect of increasing the strength cannot be sufficiently obtained.
  • proeutectoid ferrite is easily formed, and the pearlite transformation starts with it as the core, so that the bending becomes large while the rail is transported to the cooling bed.
  • the amount of Mn exceeds 1.30%, coarse MnS is generated and the pearlite transformation starts with it as a core, so that the bending becomes large while the rail is conveyed to the cooling bed. Therefore, the amount of Mn is set to 0.10% or more and 1.30% or less.
  • composition of steel pieces and rails may contain the above basic components, and the balance may consist of Fe and unavoidable impurities. However, one or more selected from the following elements may be further contained as an optional element within a range that does not substantially affect the action and effect of the present invention.
  • Cr 1.50% or less Cr is an element that increases the strength of the rail. From the viewpoint of obtaining the effect, the amount of Cr is preferably 0.10% or more. However, when the amount of Cr exceeds 1.50%, coarse cementite is generated, and on the contrary, fatigue damage of the rail is likely to occur. Therefore, when Cr is added, the amount of Cr is set to 1.50% or less.
  • V 0.50% or less
  • V is an element for forming a carbonitride and increasing the strength of the rail by strengthening precipitation. From the viewpoint of obtaining the effect, the amount of V is preferably 0.005% or more. However, if the amount of C exceeds 0.50%, the alloy cost increases. Therefore, when V is added, the amount of V is set to 0.50% or less.
  • Cu 0.50% or less
  • Cu is an element for further increasing the strength of the rail by strengthening the solid solution. From the viewpoint of obtaining the effect, the amount of Cu is preferably 0.005% or more. However, if the amount of Cu exceeds 0.50%, Cu cracking is likely to occur. Therefore, when Cu is added, the amount of Cu is 0.50% or less.
  • Ni is an element for increasing the strength of rails without deteriorating ductility. Further, in order to suppress Cu cracking by compound addition with Cu, it is desirable to add Ni when Cu is added. From the viewpoint of obtaining these effects, the amount of Ni is preferably 0.005% or more. However, if the amount of Ni exceeds 0.50%, the alloy cost will increase. Therefore, when Ni is added, the amount of Ni is set to 0.50% or less.
  • Nb 0.10% or less
  • Nb is an element that is combined with C and N in steel and precipitated as carbides, nitrides or carbonitrides during and after rolling to increase the hardness of the rail. From the viewpoint of obtaining the effect, the amount of Nb is preferably 0.005% or more. However, if the amount of Nb exceeds 0.10%, the alloy cost will increase. Therefore, when Nb is added, the amount of Nb is set to 0.10% or less.
  • Mo 0.50% or less
  • Mo is an element for further increasing the strength of the rail by strengthening the solid solution. From the viewpoint of obtaining the effect, the amount of Mo is preferably 0.005% or more. However, if the amount of Mo exceeds 0.50%, the alloy cost will increase. Therefore, when Mo is added, the amount of Mo is 0.50% or less.
  • Al 0.05% or less
  • Al is an element added as an antacid.
  • the amount of Al is preferably 0.001% or more.
  • the Al content exceeds 0.05%, the alloy cost increases. Therefore, when Al is added, the amount of Al is set to 0.05% or less.
  • W 0.50% or less W is an element that precipitates as carbide and is intended to further increase the strength of the rail by strengthening the precipitation.
  • the W amount is preferably 0.001% or more. However, if the W amount exceeds 0.50%, the alloy cost will increase. Therefore, when W is added, the amount of W is set to 0.50% or less.
  • B 0.005% or less
  • B is an element that precipitates as a nitride and strengthens the precipitation to further increase the strength of the rail.
  • the amount of B is preferably 0.0001% or more. However, if the amount of B exceeds 0.005%, the alloy cost will increase. Therefore, when B is added, the amount of B is set to 0.005% or less.
  • Ti 0.05% or less
  • Ti is an element that precipitates as carbides, nitrides, or carbonitrides, and strengthens the precipitation to further increase the strength of the rail.
  • the Ti amount is preferably 0.001% or more. However, if the amount of Ti exceeds 0.05%, the alloy cost will increase. Therefore, when Ti is added, the amount of Ti is set to 0.05% or less.
  • Mg 0.020% or less
  • Mg is an element for combining with oxygen and precipitating MgO to further increase the strength.
  • the amount of Mg is preferably 0.001% or more.
  • the amount of Mg exceeds 0.020%, fatigue damage is likely to occur due to the increase in MgO. Therefore, when Mg is added, the amount of Mg is 0.020% or less.
  • Ca 0.020% or less
  • Ca is an element for binding with oxygen and precipitating CaO to further increase the strength.
  • the Ca amount is preferably 0.001% or more.
  • the amount of Ca exceeds 0.020%, fatigue damage is likely to occur due to the increase in CaO. Therefore, when Ca is added, the amount of Ca is 0.020% or less.
  • a slab adjusted to the above-mentioned composition is hot-rolled to obtain a rail.
  • This step can be performed by, for example, the following standard method. First, steel is melted in a converter or an electric furnace, and if necessary, secondary refining such as degassing is performed to adjust the composition of the steel to the above range. Next, the molten steel is continuously cast to form a slab (bloom). Next, the bloom is heated to 1200 ° C. or higher and 1350 ° C. or lower in a heating furnace, and then hot-rolled to obtain a rail. Hot rolling is preferably performed at a rolling end temperature of 850 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower.
  • the cooling medium is not particularly limited, and one or more selected from air, spray water, mist and the like can be used, but it is preferable to use air.
  • Cooling start temperature T1 750 ° C or higher and 850 ° C or lower of the rail head (surface) If the cooling start temperature T1 is less than 750 ° C, there will be a temperature difference between the rail head and the foot, so the cooling floor The bend at is large. Therefore, it is important that the cooling start temperature T1 is 750 ° C. or higher, and preferably 755 ° C. or higher. When accelerated cooling is started from a temperature range exceeding 850 ° C., the head of the rail is cooled earlier than the foot, the timing of the pearlite transformation between the rail head and the foot is shifted, and the bending on the cooling floor becomes large. Therefore, it is important that the cooling start temperature T1 is 850 ° C. or lower, and preferably 845 ° C. or lower.
  • the cooling start temperature T1 can be adjusted by the rolling end temperature of hot rolling and the time until the rail after hot rolling is carried into the online heat treatment facility.
  • the most important feature in this embodiment is that the cooling stop temperature T2 exceeds 700 ° C.
  • the cooling stop temperature T2 exceeds 700 ° C.
  • the cooling stop temperature T2 can be adjusted by the supply conditions of the cooling medium such as the flow rate of air and the staying time of the rail in the online heat treatment facility.
  • T1-T2 20 ° C. or higher It is important to set the upper limit of the cooling stop temperature T2 so that T1-T2 is 20 ° C. or higher.
  • T1-T2 is less than 20 ° C., the temperature range for accelerated cooling of the present embodiment is too narrow, and it is large between the head and the foot of the rail as in the case of manufacturing a general ordinary rail. A difference in cooling rate occurs, the timing of the pearlite transformation of the rail head and foot shifts, and the bending on the cooling floor increases.
  • the upper limit of T1-T2 is not particularly limited as long as T1 and T2 satisfy the above (A) and (B), respectively.
  • the average cooling rate of the surface temperature of the rail head during accelerated cooling is not particularly limited, and can be a general cooling rate during accelerated cooling when manufacturing a heat treatment rail, for example, 1.0 ° C./. It can be s or more and 10 ° C./or less.
  • the rail is allowed to cool to room temperature.
  • This cooling is a process of transporting the rails carried out from the online heat treatment facility to the cooling bed and naturally cooling the rails to room temperature on the cooling bed.
  • the average cooling rate of the surface temperature of the rail head for cooling is not particularly limited, but can generally be in the range of 0.2 ° C./s or more and 0.6 ° C./s or less.
  • the bending of the rail in the height direction before straightening can be reduced.
  • the length of the rail before straightening, that is, supplied to the cooling bed is not particularly limited, but the effect of the present invention can be remarkably obtained when the length is 50 m or more, which is advantageous.
  • Example 1 A steel piece having the component composition shown in Table 1 (the balance is Fe and unavoidable impurities) was heated to 1250 ° C. and then hot-rolled to obtain a rail having a length of 100 m. The rolling end temperature was 900 ° C. Then, the obtained rail was transferred to an online heat treatment facility, and accelerated cooling was performed under the conditions shown in Table 2. Then, the rail was transported to the cooling floor and allowed to cool to room temperature. The average cooling rate during cooling was 0.4 ° C./s. After that, the heights of both ends of the rail from the cooling floor were measured by a scale, and the average value was shown in Table 2 as "the amount of bending in the height direction on the cooling floor".
  • Table 1 the balance is Fe and unavoidable impurities
  • the rails of the examples of the present invention all had a bending amount of 1.5 m or less in the height direction on the cooling floor.
  • Example 2 A steel piece having the component composition shown in Table 3 (the balance is Fe and unavoidable impurities) was heated to 1260 ° C. and then hot-rolled to obtain a rail having a length of 75 m. The rolling end temperature was 885 ° C. Then, the obtained rail was transferred to an online heat treatment facility, and accelerated cooling was performed under the conditions shown in Table 4. The average cooling rate during accelerated cooling was 5.0 ° C./s. Then, the rail was transported to the cooling floor and allowed to cool to room temperature. The average cooling rate during cooling was 0.4 ° C./s. Then, Table 4 shows the “amount of bending in the height direction on the cooling floor” obtained by the same method as in Example 1.
  • Table 3 shows the “amount of bending in the height direction on the cooling floor” obtained by the same method as in Example 1.
  • the rails of the examples of the present invention all had a bending amount of 1.5 m or less in the height direction on the cooling floor.
  • the rail manufacturing method of the present invention in the manufacturing of the ordinary rail specified in JIS E 1101, the bending of the rail in the height direction before straightening can be reduced.

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Abstract

ＪＩＳ　Ｅ　１１０１に規定される普通レールの製造において、矯正前のレールの高さ方向の曲がりを小さくすることが可能な、レールの製造方法を提供する。本開示のレールの製造方法は、質量％で、Ｃ：０．６０％以上０．８５％以下、Ｓｉ：０．１０％以上１．００％以下、及びＭｎ：０．１０％以上１．３０％以下を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる成分組成を有する鋳片を熱間圧延してレールを得る工程と、前記レールを、レール頭部の冷却開始温度Ｔ１：７５０℃以上８５０℃以下、レール頭部の冷却停止温度Ｔ２：７００℃超え、かつ、Ｔ１－Ｔ２が２０℃以上の条件で加速冷却する工程と、その後、前記レールを放冷する工程と、を有することを特徴とする。

Description

レールの製造方法
　本発明は、例えば旅客鉄道や高軸重鉄道の直線部で使用されるレールの製造方法に関する。
　一般に、鉄道用レールは、連続鋳造後の鋼片（ブルーム）を加熱して、所望のレール形状に熱間圧延し、その後得られたレールを常温まで冷却した後、矯正工程及び検査工程を経て、最終的に製品として出荷される。熱間圧延後、レールを常温まで冷却する手法としては、主に以下の２つが知られている。
　第一に、熱間圧延後のレールをそのまま冷却床に搬送し、冷却床にて常温まで放冷（自然冷却）する方法である。この方法により得られるレールは、例えば直線部などの高硬度化が不要な用途に適しており、ＪＩＳ　Ｅ　１１０１に規定されるいわゆる「普通レール」である。
　第二に、熱間圧延後のレールをオンライン熱処理設備に搬送し、そこでレール頭部を４００～５５０℃程度のパーライト変態温度以下にまで加速冷却（強制冷却）する熱処理を行い、その後、レールを冷却床に搬送し、冷却床にて常温まで放冷（自然冷却）する方法である。この加速冷却は、レール頭部を全断面にわたりスラッククエンチ（ｓｌａｃｋ　ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ）するものであり、レール頭部の高硬度化による耐摩耗性の向上を目的に行われるものである。よって、この方法により得られるレールは、急曲線、高軸重などの過酷な条件での使用に適しており、ＪＩＳ　Ｅ　１１２０に規定されるいわゆる「熱処理レール」である。例えば特許文献１には、熱間圧延後、レールの頭部の表面温度が８００℃から４５０℃の温度域において、レールを正立状態に保持しつつ加速冷却し、その間、レールの足部は機械的に拘束されることを特徴とし、その後レールを常温まで放冷する、レールの製造方法が記載されている。
国際公開第２００５／０６６３７７号
　ところで、レールは冷却床で常温まで冷却される際、高さ方向に制約がないため、高さ方向の曲がりが生じる。その曲がりが大きくなると、その後の矯正工程への搬送（冷却床からの払い出し）や矯正を行うことが困難となる。そのため、矯正工程に搬送されるレールの曲がりが小さいほど、レールの矯正が安易となる。なお、本明細書において「高さ方向の曲がり」とは、レールが正立した状態における上下方向の曲がりを意味する。
　熱処理レールの場合、頭部及び足部を含めレールの全体が加速冷却の過程でパーライト変態するため、矯正前のレールの高さ方向の曲がりは小さい。しかしながら、普通レールの場合、熱間圧延後のレールをそのまま冷却床に搬送し、冷却床にて常温まで放冷するため、レールの頭部と足部との間で大きな冷却速度差が生じ、レールの頭部と足部のパーライト変態のタイミングがずれ、それに起因して大きな曲がりが発生しやすくなる。すなわち、普通レールを一般的な製造プロセスで製造しようとする場合、高さ方向の曲がり量が大きくなりやすいという問題があった。特に、熱間圧延後、熱間鋸断機によってレールを切断することなく、長さ１００ｍ以上のままでレールを冷却床に搬送する場合には、この高さ方向の曲がり量が顕著となる。
　そこで本発明は、上記課題に鑑み、ＪＩＳ　Ｅ　１１０１に規定される普通レールの製造において、矯正前のレールの高さ方向の曲がりを小さくすることが可能な、レールの製造方法を提供することを目的とする。
　上記課題を解決すべく本発明者らが鋭意検討したところ、以下の知見を得た。すなわち、普通レールを製造する場合、通常は、熱間圧延後のレールを加速冷却することなく、そのまま冷却床に搬送して常温まで放冷する。しかし、熱間圧延後に、レールをごく軽度に加速冷却すること、具体的には、レール頭部がパーライト変態しない程度の温度（７００℃超え）で加速冷却を停止することによって、冷却床において高さ方向の曲がりが小さい普通レールを製造することができることを見出した。なお、レール頭部をパーライト変態温度以下まで加速冷却してしまうと、加速冷却の過程ではレール頭部の表層部のみがパーライト変態し、冷却床でレール頭部内部の未変態部分がパーライト変態するため、それに起因して大きな曲がりが発生する。そのため、レール頭部の冷却停止温度を７００℃超えとすることが重要である。
　上記知見に基づき完成された本発明の要旨構成は以下のとおりである。
　［１］質量％で、
　Ｃ　：０．６０％以上０．８５％以下、
　Ｓｉ：０．１０％以上１．００％以下、及び
　Ｍｎ：０．１０％以上１．３０％以下
を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる成分組成を有する鋼片を熱間圧延してレールを得る工程と、
　前記レールを、
　　レール頭部の冷却開始温度Ｔ１：７５０℃以上８５０℃以下、
　　レール頭部の冷却停止温度Ｔ２：７００℃超え、かつ、
　　Ｔ１－Ｔ２が２０℃以上
の条件で加速冷却する工程と、
　その後、前記レールを放冷する工程と、
を有することを特徴とするレールの製造方法。
　［２］前記成分組成が、質量％で、
　Ｃｒ：１．５０％以下、
　Ｖ　：０．５０％以下、
　Ｃｕ：０．５０％以下、
　Ｎｉ：０．５０％以下、
　Ｎｂ：０．１０％以下、
　Ｍｏ：０．５０％以下、
　Ａｌ：０．０５％以下、
　Ｗ　：０．５０％以下、
　Ｂ　：０．００５％以下、
　Ｔｉ：０．０５％以下、
　Ｍｇ：０．０２０％以下、及び
　Ｃａ：０．０２０％以下
からなる群より選択される１種以上をさらに含有する、上記［１］に記載のレールの製造方法。
　本発明のレールの製造方法によれば、ＪＩＳ　Ｅ　１１０１に規定される普通レールの製造において、矯正前のレールの高さ方向の曲がりを小さくすることができる。
　本発明の一実施形態によるレールの製造方法は、所定の成分組成を有する鋼片を熱間圧延してレールを得る工程と、前記レールを、所定の条件で加速冷却する工程と、その後、前記レールを放冷する工程と、を有する。その後、レールは、定法による矯正工程及び検査工程を経て、最終的に製品となる。
　（成分組成）
　まず、鋼片及びレールの成分組成について説明する。なお、成分組成における元素の含有量の単位はいずれも「質量％」であるが、以下、特に断らない限り単に「％」で示す。
　Ｃ：０．６０％以上０．８５％以下
　Ｃはパーライト組織においてセメンタイトを形成し、レールの強度を確保するための必須元素である。Ｃ量が０．６０％未満の場合、レールの強度を確保することが困難である。また、初析フェライトが生成しやすくなり、それを核として、パーライト変態が開始するため、レールを冷却床へ搬送する間に曲がりが大きくなる。一方、Ｃ量が０．８５％超えの場合、本発明での加速冷却中に初析セメンタイトが生成し、それを核として、パーライト変態が開始するため、レールを冷却床へ搬送する間に曲がりが大きくなる。したがって、Ｃ量は０．６０％以上０．８５％以下とする。
　Ｓｉ：０．１０％以上１．００％以下
　Ｓｉは脱酸剤として添加され、パーライト変態温度を低下させてラメラー間隔を細かくすることにより、高強度化に寄与するため添加される。Ｓｉ量が０．１０％未満の場合、脱酸の効果が少なく、高強度化の効果を十分に得ることができない。また、初析フェライトが生成しやすくなり、それを核として、パーライト変態が開始するため、レールを冷却床へ搬送する間に曲がりが大きくなる。一方、Ｓｉ量が１．００％超えの場合、Ｓｉは酸素と高い結合力を有するため、レール鋼中に酸化物が生成し、それを核として、パーライト変態が開始するため、レールを冷却床へ搬送する間に曲がりが大きくなる。したがって、Ｓｉ量は０．１０％以上１．００％以下とする。
　Ｍｎ：０．１０％以上１．３０％以下
　Ｍｎは、パーライト変態温度を低下させてラメラー間隔を細かくすることにより、高強度化に寄与するため添加される。Ｍｎ量が０．１０％未満の場合、高強度化の効果を十分に得ることができない。また、初析フェライトが生成しやすくなり、それを核として、パーライト変態が開始するため、レールを冷却床へ搬送する間に曲がりが大きくなる。一方、Ｍｎ量が１．３０％超えの場合、粗大なＭｎＳが生成し、それを核として、パーライト変態が開始するため、レールを冷却床へ搬送する間に曲がりが大きくなる。したがって、Ｍｎ量は０．１０％以上１．３０％以下とする。
　鋼片及びレールの成分組成は、以上の基本成分を含み、残部はＦｅ及び不可避的不純物からなるものとすることができる。ただし、本発明の作用効果に実質的に影響しない範囲において、任意元素として以下の元素から選択される１種以上をさらに含有してもよい。
　Ｃｒ：１．５０％以下
　Ｃｒは、レールの高強度化をもたらす元素である。その効果を得る観点から、Ｃｒ量は０．１０％以上とすることが好ましい。しかし、Ｃｒ量が１．５０％を超えると、粗大なセメンタイトが生成し、却ってレールの疲労損傷が発生しやすくなる。したがって、Ｃｒを添加する場合、Ｃｒ量は１．５０％以下とする。
　Ｖ：０．５０％以下
　Ｖは、炭窒化物を形成し、析出強化によりレールの高強度化を図るための元素である。その効果を得る観点から、Ｖ量は０．００５％以上とすることが好ましい。しかし、Ｃ量が０．５０％を超えると、合金コストが増加する。したがって、Ｖを添加する場合、Ｖ量は０．５０％以下とする。
　Ｃｕ：０．５０％以下
　Ｃｕは、固溶強化によりレールの更なる高強度化を図るための元素である。その効果を得る観点から、Ｃｕ量は０．００５％以上とすることが好ましい。しかし、Ｃｕ量が０．５０％を超えると、Ｃｕ割れが生じ易くなる。したがって、Ｃｕを添加する場合、Ｃｕ量は０．５０％以下とする。
　Ｎｉ：０．５０％以下
　Ｎｉは、延性を劣化することなくレールの高強度化を図るための元素である。また、Ｃｕと複合添加することによりＣｕ割れを抑制するため、Ｃｕを添加した場合にはＮｉも添加することが望ましい。これらの効果を得る観点から、Ｎｉ量は０．００５％以上とすることが好ましい。しかし、Ｎｉ量が０．５０％を超えると、合金コストの増加を招く。したがって、Ｎｉを添加する場合、Ｎｉ量は０．５０％以下とする。
　Ｎｂ：０．１０％以下
　Ｎｂは、鋼中のＣやＮと結び付いて圧延中および圧延後に炭化物、窒化物または炭窒化物として析出し、レールの高硬度化を図るための元素である。その効果を得る観点から、Ｎｂ量は０．００５％以上とすることが好ましい。しかし、Ｎｂ量が０．１０％を超えると、合金コストの増加を招く。したがって、Ｎｂを添加する場合、Ｎｂ量は０．１０％以下とする。
　Ｍｏ：０．５０％以下
　Ｍｏは、固溶強化によりレールの更なる高強度化を図るための元素である。その効果を得る観点から、Ｍｏ量は０．００５％以上とすることが好ましい。しかし、Ｍｏ量が０．５０％を超えると、合金コストの増加を招く。したがって、Ｍｏを添加する場合、Ｍｏ量は０．５０％以下とする。
　Ａｌ：０．０５％以下
　Ａｌは、脱酸剤として添加される元素である。その効果を得るためには、Ａｌ量は０．００１％以上とすることが好ましい。しかし、Ａｌ量が０．０５％を超えると、合金コストの増加を招く。したがって、Ａｌを添加する場合、Ａｌ量は０．０５％以下とする。
　Ｗ：０．５０％以下
　Ｗは、炭化物として析出し、析出強化によりレールの更なる高強度化を図るための元素である。その効果を得るためには、Ｗ量は０．００１％以上とすることが好ましい。しかし、Ｗ量が０．５０％を超えると、合金コストの増加を招く。したがって、Ｗを添加する場合、Ｗ量は０．５０％以下とする。
　Ｂ：０．００５％以下
　Ｂは、窒化物として析出し、析出強化によりレールの更なる高強度化を図るための元素である。その効果を得るためには、Ｂ量は０．０００１％以上とすることが好ましい。しかし、Ｂ量が０．００５％を超えると、合金コストの増加を招く。そのため、Ｂを添加する場合、Ｂ量は０．００５％以下とする。
　Ｔｉ：０．０５％以下
　Ｔｉは、炭化物、窒化物または炭窒化物として析出し、析出強化によりレールの更なる高強度化を図るための元素である。その効果を得るためには、Ｔｉ量は０．００１％以上とすることが好ましい。しかし、Ｔｉ量が０．０５％を超えると、合金コストの増加を招く。そのため、Ｔｉを添加する場合、Ｔｉ量は０．０５％以下とする。
　Ｍｇ：０．０２０％以下
　Ｍｇは、酸素と結合しＭｇＯを析出して更なる高強度化を図るための元素である。その効果を得るためには、Ｍｇ量は０．００１％以上とすることが好ましい。しかし、Ｍｇ量が０．０２０％を超えると、ＭｇＯの増加により疲労損傷が発生しやすくなる。そのため、Ｍｇを添加する場合、Ｍｇ量は０．０２０％以下とする。
　Ｃａ：０．０２０％以下
　Ｃａは、酸素と結合しＣａＯを析出して更なる高強度化を図るための元素である。その効果を得るためには、Ｃａ量は０．００１％以上とすることが好ましい。しかし、Ｃａ量が０．０２０％を超えると、ＣａＯの増加により疲労損傷が発生しやすくなる。そのため、Ｃａを添加する場合、Ｃａ量は０．０２０％以下とする。
　（熱間圧延）
　本実施形態では、上記の成分組成に調整された鋳片を熱間圧延してレールを得る。この工程は、例えば以下に示す定法にて行うことができる。まず、転炉または電気炉で鋼を溶製し、必要に応じて脱ガスなどの二次精錬を経て、鋼の成分組成を上記範囲に調整する。次いで、溶製した鋼を連続鋳造して、鋳片（ブルーム）とする。次に、前記ブルームを、加熱炉で１２００℃以上１３５０℃以下に加熱した後、熱間圧延してレールとする。熱間圧延は、圧延終了温度：８５０℃以上１０００℃以下で行うことが好ましい。
　（加速冷却）
　本実施形態では、次いで、熱間圧延後のレールを以下に示す（Ａ）～（Ｃ）の条件下で加速冷却することが重要である。この加速冷却は、オンライン熱処理設備を用いた強制冷却である。冷却媒体は特に限定されず、空気、スプレー水、及びミスト等から選択される１種以上を用いることができるが、空気を用いることが好ましい。
　（Ａ）レール頭部（表面）の冷却開始温度Ｔ１：７５０℃以上８５０℃以下
　冷却開始温度Ｔ１が７５０℃未満の場合、レールの頭部と足部との温度差がついてしまうため、冷却床での曲がりが大きくなる。そのため、冷却開始温度Ｔ１は７５０℃以上とすることが重要であり、７５５℃以上とすることが好ましい。８５０℃超えの温度域から加速冷却を開始すると、レールの頭部が足部より早く冷やされてしまい、レール頭部と足部のパーライト変態のタイミングがずれ、冷却床での曲がりが大きくなる。そのため、冷却開始温度Ｔ１は８５０℃以下とすることが重要であり、８４５℃以下とすることが好ましい。冷却開始温度Ｔ１は、熱間圧延の圧延終了温度と、熱間圧延後レールがオンライン熱処理設備に搬入されるまでの時間によって、調整することができる。
　（Ｂ）レール頭部（表面）の冷却停止温度Ｔ２：７００℃超え
　本実施形態において最も重要な特徴は、冷却停止温度Ｔ２を７００℃超えとすることである。７００℃以下の温度域で加速冷却を停止すると、加速冷却の過程ではレール頭部の表層部のみがパーライト変態し、冷却床でレール頭部内部の未変態部分がパーライト変態するため、冷却床での曲がりが大きくなる。そのため、冷却停止温度Ｔ２は７００℃超えとすることが重要であり、７０５℃以上とすることが好ましい。冷却停止温度Ｔ２は、例えば空気の流量など冷却媒体の供給条件や、オンライン熱処理設備内でのレールの滞在時間によって、調整することができる。
　（Ｃ）Ｔ１－Ｔ２：２０℃以上
　冷却停止温度Ｔ２の上限は、Ｔ１－Ｔ２が２０℃以上となるように設定することが重要である。Ｔ１－Ｔ２が２０℃未満となる場合、本実施形態の加速冷却を行う温度範囲が狭すぎ、一般的な普通レールを製造する場合と同様に、レールの頭部と足部との間で大きな冷却速度差が生じ、レールの頭部と足部のパーライト変態のタイミングがずれ、冷却床での曲がりが大きくなる。Ｔ１－Ｔ２の上限は、Ｔ１及びＴ２がそれぞれ上記（Ａ）及び（Ｂ）を満たす限り、特に限定されない。
　加速冷却時のレール頭部の表面温度の平均冷却速度は、特に限定されず、熱処理レールを製造する際の一般的な加速冷却時の冷却速度とすることができ、例えば、１．０℃／ｓ以上１０℃／以下とすることができる。
　（放冷）
　本実施形態では、上記加速冷却の後、レールを常温まで放冷する。この冷却は、オンライン熱処理設備から搬出されたレールを冷却床に搬送し、冷却床にて常温まで自然冷却する工程である。放冷のレール頭部の表面温度の平均冷却速度は、特に限定されないが、一般的に０．２℃／ｓ以上０．６℃／ｓ以下の範囲内となり得る。
　以上説明した本実施形態のレールの製造方法によれば、ＪＩＳ　Ｅ　１１０１に規定される普通レールの製造において、矯正前のレールの高さ方向の曲がりを小さくすることができる。矯正前のすなわち冷却床に供給されるレールの長さは特に限定されないが、５０ｍ以上の場合に本発明の効果を顕著に得ることができ、有利である。
　（実施例１）
　表１に示した成分組成（残部はＦｅ及び不可避的不純物）を有する鋼片を１２５０℃に加熱した後、熱間圧延して、長さ１００ｍのレールとした。なお、圧延終了温度は９００℃とした。その後、得られたレールをオンライン熱処理設備に搬送し、表２に示す条件で加速冷却を行った。その後、レールを冷却床に搬送し、室温まで放冷した。放冷時の平均冷却速度は０．４℃／ｓであった。その後、レール両端部の冷却床からの高さをスケールによって測定し、その平均値を「冷却床での高さ方向の曲がり量」として表２に示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表２に示した結果から分かるように、本発明例のレールは、いずれも冷却床での高さ方向の曲がり量が１．５ｍ以内となっていた。
　（実施例２）
　表３に示した成分組成（残部はＦｅ及び不可避的不純物）を有する鋼片を１２６０℃に加熱した後、熱間圧延して、長さ７５ｍのレールとした。なお、圧延終了温度は８８５℃とした。その後、得られたレールをオンライン熱処理設備に搬送し、表４に示す条件で加速冷却を行った。加速冷却時の平均冷却速度は５．０℃／ｓとした。その後、レールを冷却床に搬送し、室温まで放冷した。放冷時の平均冷却速度は０．４℃／ｓであった。その後、実施例１と同じ方法で求めた「冷却床での高さ方向の曲がり量」を表４に示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　表４に示した結果から分かるように、本発明例のレールは、いずれも冷却床での高さ方向の曲がり量が１．５ｍ以内であった。
　本発明のレールの製造方法によれば、ＪＩＳ　Ｅ　１１０１に規定される普通レールの製造において、矯正前のレールの高さ方向の曲がりを小さくすることができる。

Claims (2)

  1. 　質量％で、
    　Ｃ　：０．６０％以上０．８５％以下、
    　Ｓｉ：０．１０％以上１．００％以下、及び
    　Ｍｎ：０．１０％以上１．３０％以下
    を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる成分組成を有する鋼片を熱間圧延してレールを得る工程と、
    　前記レールを、
    　　レール頭部の冷却開始温度Ｔ１：７５０℃以上８５０℃以下、
    　　レール頭部の冷却停止温度Ｔ２：７００℃超え、かつ、
    　　Ｔ１－Ｔ２が２０℃以上
    の条件で加速冷却する工程と、
    　その後、前記レールを放冷する工程と、
    を有することを特徴とするレールの製造方法。
  2. 　前記成分組成が、質量％で、
    　Ｃｒ：１．５０％以下、
    　Ｖ　：０．５０％以下、
    　Ｃｕ：０．５０％以下、
    　Ｎｉ：０．５０％以下、
    　Ｎｂ：０．１０％以下、
    　Ｍｏ：０．５０％以下、
    　Ａｌ：０．０５％以下、
    　Ｗ　：０．５０％以下、
    　Ｂ　：０．００５％以下、
    　Ｔｉ：０．０５％以下、
    　Ｍｇ：０．０２０％以下、及び
    　Ｃａ：０．０２０％以下
    からなる群より選択される１種以上をさらに含有する、請求項１に記載のレールの製造方法。
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