WO2023062886A1 - 鉄道車輪 - Google Patents

鉄道車輪 Download PDF

Info

Publication number
WO2023062886A1
WO2023062886A1 PCT/JP2022/025613 JP2022025613W WO2023062886A1 WO 2023062886 A1 WO2023062886 A1 WO 2023062886A1 JP 2022025613 W JP2022025613 W JP 2022025613W WO 2023062886 A1 WO2023062886 A1 WO 2023062886A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
boss portion
central axis
content
wheel
railroad
Prior art date
Application number
PCT/JP2022/025613
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
健人 前島
太郎 大阪
雄一郎 山本
直樹 松井
Original Assignee
日本製鉄株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日本製鉄株式会社 filed Critical 日本製鉄株式会社
Priority to AU2022367982A priority Critical patent/AU2022367982A1/en
Publication of WO2023062886A1 publication Critical patent/WO2023062886A1/ja

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60B—VEHICLE WHEELS; CASTORS; AXLES FOR WHEELS OR CASTORS; INCREASING WHEEL ADHESION
    • B60B17/00—Wheels characterised by rail-engaging elements
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/50—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with titanium or zirconium

Definitions

  • This disclosure relates to railroad wheels.
  • Railway vehicles run on the rails that make up the tracks.
  • a railway vehicle comprises a plurality of railway wheels.
  • Rail wheels support the vehicle, contact the rails, and move in rotation on the rails.
  • Rail wheels wear due to contact with the rails.
  • Patent Document 1 A technique for improving the wear resistance of railway wheels is proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-315928 (Patent Document 1).
  • the railway vehicle wheel disclosed in Patent Document 1 contains, 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 predetermined amounts, and the balance is Fe and A one-piece railway vehicle wheel made of steel containing chemical components of other unavoidable impurities, wherein at least a part of the tread surface and/or the flange surface of the wheel has a perlite structure.
  • Patent Document 1 the service life of railroad vehicle wheels depends on the amount of wear of the tread and flange surface (paragraph [0002] of Patent Document 1), and furthermore, the increase in the amount of heat generated when the brakes are applied in high-speed rail It is described that it depends on the cracks on the tread surface and flange surface that occur along with it. Further, it is described that the railway vehicle wheel having the above configuration can suppress wear resistance and thermal cracking of the tread surface and the flange surface. In Patent Document 1, the wear resistance of railroad wheels is enhanced by using hypereutectoid steel with an increased C content.
  • the load corresponding to the load weight of the railway vehicle is first applied to the railway axle. Then, the load is transmitted to the railroad wheels via the boss portions, which are the contact portions between the railroad axles and the railroad wheels. Large loads are applied to the bosses of railroad wheels. Therefore, the boss portion of railway wheels is required to have excellent toughness.
  • the wear resistance of railway wheels can be improved by using hypereutectoid steel with an increased C content.
  • a hypereutectoid steel with a high C content is used, there is a concern that the toughness of the boss portion will decrease. Therefore, even if the C content is as high as over 0.80%, there is a demand for a railroad wheel that is excellent in the toughness of the boss portion.
  • Patent Document 2 Even if the C content is as high as 0.80% or more, a technique for improving the toughness of railway wheels is proposed in International Publication No. 2020/067520 (Patent Document 2) and International Publication No. 2020/067506 (Patent Document 3). It is Patent Documents 2 and 3 increase the toughness of railroad wheels by reducing proeutectoid cementite or controlling the morphology of proeutectoid cementite.
  • the railroad wheel disclosed in Patent Document 2 includes a rim portion, a boss portion, and 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 of Patent Document 2 is, in mass%, C: 0.80 to 1.15%, Si: 0.45% or less, Mn: 0.10 to 0.85%, P: 0.050 % or less, S: 0.030% or less, Al: 0.200 to 1.500%, N: 0.0200% or less, Nb: 0.005 to 0.050%, Cr: 0 to 0.25%, V: 0-0.12%, and the balance consists of Fe and impurities.
  • the amount of proeutectoid cementite defined by the formula (1) is 2.00/100 ⁇ m or less. be.
  • Amount of pro-eutectoid cementite (lines/100 ⁇ m) total number of pro-eutectoid cementite crossing two diagonal lines in a square field of view of 200 ⁇ m x 200 ⁇ m/(5.66 x 100 ⁇ m) x 100 (1)
  • the railroad wheel disclosed in Patent Document 3 includes a rim portion, a boss portion, and 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 of Patent Document 3 is, in mass%, C: 0.80 to 1.60%, Si: 1.00% or less, Mn: 0.10 to 1.25%, P: 0.050 % or less, S: 0.030% or less, Al: 0.010-0.650%, N: 0.0030-0.0200%, Cr: 0-0.60%, V: 0-0.12% , 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%, and the proeutectoid cementite is the highest.
  • the width is 1.80 ⁇ m or less.
  • Patent Documents 2 and 3 By using the techniques disclosed in Patent Documents 2 and 3, it is possible to increase the toughness of railway wheels. However, Patent Documents 2 and 3 do not pay attention to the boss portion. Therefore, in addition to the techniques disclosed in Patent Documents 2 and 3, it would be preferable if a technique for further increasing the toughness of the boss portion could be proposed.
  • An object of the present disclosure is to provide a railroad wheel with excellent boss toughness even when the C content is as high as over 0.80%.
  • a railroad wheel comprises: a rim; a boss portion having a through hole; 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 railroad wheel is, in mass %, C: more than 0.80% to 1.35%, Si: 1.00% or less, Mn: 0.10-1.50%, P: 0 to 0.050%, S: 0 to 0.030%, N: 0.0200% or less, Al: 0 to 1.500%, Cu: 0-0.50%, Ni: 0 to 0.50%, Cr: 0 to 0.50%, V: 0 to 0.12%, Ti: 0 to 0.010%, Mo: 0-0.20%, Nb: 0 to 0.050%, and
  • the balance consists of Fe and impurities, In a cross section of the boss section when the boss section is cut along a plane including the central axis in the central axis direction of the through hole, A plurality of axial line segments parallel to the central axis and
  • the railway wheel of the present disclosure has excellent boss toughness even when the C content is as high as over 0.80%.
  • FIG. 1 is a sectional view including the central axis of the railway wheel according to this embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing division of measurement regions by EPMA in a boss portion cross section of the railroad wheel cross section shown in FIG.
  • FIG. 3 is a diagram showing the relationship between C concentration and Charpy impact value.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing a manufacturing process of railroad wheels.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the boss portion for explaining a method of arranging the measurement field of view of the EPMA.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing a manufacturing process of a railroad wheel when the punched part volume ratio is appropriate.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing a manufacturing process of a railroad wheel when the punched part volume ratio is too small.
  • FIG. 1 is a sectional view including the central axis of a railway wheel 1 according to this embodiment.
  • a railroad wheel 1 is disk-shaped and includes a boss portion 2 , a plate portion 3 and a rim portion 4 .
  • the boss portion 2 has a cylindrical shape and is arranged in the central portion in the radial direction of the railway wheel 1 (the direction perpendicular to the central axis).
  • the boss portion 2 has a through hole 21 .
  • An inner peripheral surface 22 of the boss portion 2 forms a through hole 21 .
  • the central axis of through hole 21 coincides with the central axis of railroad wheel 1 .
  • a railway axle (not shown) is inserted into the through hole 21 .
  • the direction of the center axis of the through-hole 21 and the railroad wheel 1 is also simply referred to as the direction of the center axis.
  • a direction perpendicular to the central axis of the railroad wheel 1 is called a radial direction of the railroad wheel 1 .
  • the radial direction of the railroad wheel 1 is also simply referred to as the radial direction.
  • the boss portion 2 has a through hole 21 .
  • the boss portion 2 further has an inner peripheral surface 22 forming a through hole 21 , a flange-side surface 23 , and a tread-side surface 24 .
  • the flange-side surface 23 is connected to the inner peripheral surface 22, and the opening of the through hole 21 is formed.
  • the tread side surface 24 is arranged on the side opposite to the flange side surface 23, is connected to the inner peripheral surface 22, and has an opening of the through hole 21 formed therein.
  • the thickness T2 of the boss portion 2 is thicker than the thickness T3 of the plate portion 3 .
  • the rim portion 4 is formed on the outer peripheral edge of the railroad wheel 1 .
  • Rim portion 4 includes a tread surface 41 and a flange portion 42 .
  • the tread surface 41 is connected to the flange portion 42 .
  • the thickness T4 of the rim portion 4 is thicker than the thickness T3 of the plate portion 3 .
  • the plate portion 3 is arranged between the boss portion 2 and the rim portion 4 and is connected to the boss portion 2 and the rim portion 4 . Specifically, the inner peripheral edge portion of the plate portion 3 is connected to the boss portion 2 , and the outer peripheral edge portion of the plate portion 3 is connected to the rim portion 4 .
  • the thickness T3 of the plate portion 3 is thinner than the thickness T2 of the boss portion 2 and the thickness T4 of the rim portion 4 .
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing division of measurement regions by EPMA in the cross section of the boss portion 2 in the cross section of the railroad wheel 1 shown in FIG. Referring to FIG.
  • the cross section of boss portion 2 is defined as a plurality of axial line segments parallel to the central axis of through hole 21 and arranged radially from inner peripheral surface 22 of through hole 21 at a pitch of 15 mm. , and a plurality of radial line segments that are perpendicular to the central axis of the through hole 21 and arranged at a pitch of 15 mm in the direction of the central axis of the through hole 21 from the flange-side surface 23, in a plurality of rectangular regions P of 15 mm ⁇ 15 mm. classified. Then, the concentrations of the main elements within each rectangular region P were measured using EPMA, and the average concentration within each rectangular region P was obtained. As a result, it was found that the C concentration varied within the boss portion 2 .
  • the average C concentration within the rectangular regions P was 1.40% by mass or less. However, among the plurality of rectangular regions P, a rectangular region P with a high C concentration was included. When the C concentration was high, the average C concentration within one rectangular region P exceeded 1.40% by mass.
  • the inventors' EPMA measurement test revealed the following for the first time.
  • the C concentration is not necessarily constant and may be locally high. Furthermore, even in the railroad wheel 1 having a chemical composition in which the C content as a whole is 1.35% or less, the C concentration may locally exceed 1.40% by mass in the boss portion 2 .
  • the present inventors investigated how the toughness changes when the C concentration locally exceeds 1.40% by mass. Specifically, using molten steel having the chemical composition shown in Table 1, an ingot was produced by an ingot casting method. Here, in order to reproduce the variation in C concentration, the C concentration of each steel material number was changed.
  • a blank in Table 1 means that the content of the corresponding element is 0% in the number of digits specified in the embodiment. In other words, in the corresponding element content, the number next to the digit specified in the embodiment cannot be specified, or when the number next to the digit specified in the embodiment is rounded off 0%. Rounding off means rounding down if the lower digit (fraction) of the specified digit is less than 5, and rounding up if it is 5 or more.
  • An ingot having the chemical composition shown in Table 1 was heated to 1250°C and hot forged to produce a square bar steel material having a width of 45 mm, a height of 45 mm and a length of 100 mm or more.
  • a heat treatment simulating the manufacturing conditions of the boss portion 2 of the railroad wheel 1 was performed on the obtained square bar-shaped steel material.
  • four square bar-shaped materials each having a width of 12 mm, a height of 12 mm, and a length of 70 mm were taken from a square bar-shaped steel material.
  • the square-bar-shaped material was sampled avoiding the range of radius 4 mm from the central axis of the square-bar-shaped steel material.
  • the longitudinal direction of the square bar material was parallel to the longitudinal direction of the square bar steel material.
  • the following heat treatment was performed on the square bar-shaped material.
  • a thermal cycle tester manufactured by Fuji Denpa Koki was used for the heat treatment.
  • the square bar-shaped material was held at 850-950° C. for 5-10 minutes.
  • simulating the cooling process of the boss portion 2 cooling was performed under the condition that the average cooling rate from 750°C to 550°C was 0.10 to 0.20°C/s or less.
  • U-notch test piece conforming to JIS Z 2242 (2005) was taken from the central position of the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the square bar material of each steel material 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 square bar-shaped material.
  • U notch A U notch was formed at the center of the length of the test piece (that is, at the center of the length of 55 mm).
  • the notch depth was 2 mm and the notch bottom radius was 1 mm.
  • a Charpy impact test was performed at room temperature in the atmosphere in accordance with JIS Z 2242 (2005). The Charpy impact value (J/cm 2 ) was determined for four U-notch test pieces for each steel material number, and the average value thereof was taken as the Charpy impact value (J/cm 2 ) for that steel material number. The results are shown in Table 2 and FIG.
  • the Charpy impact value (J/cm 2 ) of steel materials with a C concentration exceeding 1.40% by mass is the Charpy impact value (J/cm 2 ) of steel materials with a C concentration of 1.40% by mass or less ( J/cm 2 ). That is, when the C concentration varies and the C concentration locally exceeds 1.40% by mass, the toughness of the portion where the C concentration exceeds 1.40% by mass is 1.40% by mass or less. Low compared to portions. From this, it can be said that, among the plurality of rectangular regions P, the rectangular region P having a high C concentration has lower toughness than the periphery thereof.
  • the present inventors have found that the toughness of the boss portion 2 can be improved by suppressing the variation in the C concentration in the boss portion 2 and controlling the average C concentration in each rectangular region P to be 1.40% by mass or less. I thought it could be improved.
  • the railway wheel 1 of this embodiment completed based on the above knowledge has the following configuration.
  • a railway wheel a rim; a boss portion having a through hole; 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 railroad wheel is, in mass %, C: more than 0.80% to 1.35%, Si: 1.00% or less, Mn: 0.10-1.50%, P: 0 to 0.050%, S: 0 to 0.030%, N: 0.0200% or less, Al: 0 to 1.500%, Cu: 0-0.50%, Ni: 0 to 0.50%, Cr: 0 to 0.50%, V: 0 to 0.12%, Ti: 0 to 0.010%, Mo: 0-0.20%, Nb: 0 to 0.050%, and
  • the balance consists of Fe and impurities, In a cross section of the boss section when the boss section is cut along a plane including the central axis in the central axis direction of the through hole, A plurality of axial line segments parallel to the central axis and arranged
  • the railway wheel according to [1] The chemical composition is P: 0.001 to 0.050%, S: 0.001 to 0.030%, Al: 0.001 to 1.500%, Cu: 0.01-0.50%, Ni: 0.01 to 0.50%, Cr: 0.01 to 0.50%, V: 0.01 to 0.12%, Ti: 0.001 to 0.010%, Mo: 0.01 to 0.20%, and Nb: 0.010 to 0.050%, containing one or more elements selected from the group consisting of railroad wheels.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing the manufacturing process of the railroad wheel 1.
  • An example of the manufacturing process of the railroad wheel 1 is as follows.
  • a disc-shaped railroad wheel steel material 5 is manufactured.
  • a disc-shaped railroad wheel steel material 5 is hot forged once or multiple times in the thickness direction to manufacture an intermediate product 7 having the outer shape of the railroad wheel 1 .
  • hot rolling wheel rolling
  • a central shaft portion 71 of the forged intermediate product 7 is removed by punching so that the axle can pass therethrough.
  • an intermediate product 8 having a railroad wheel shape is formed.
  • Heat treatment (tread hardening) is performed on the molded intermediate product 8 .
  • a cooling liquid is injected to the tread surface 41 and the flange portion 42 of the rim portion 4 to rapidly cool the tread surface 41 and the flange portion 42 of the intermediate product 8 .
  • fine perlite having high wear resistance is generated in the matrix structure of the surface layer portion of the tread surface 41 .
  • a quenched layer made of martensite or made of martensite and bainite is formed on the upper layer of fine pearlite.
  • the hardened layer is easily worn. Therefore, after tread hardening, the quenched layer formed on the outermost layer of the tread 41 is removed by cutting.
  • the railroad wheel 1 is manufactured by the above steps.
  • the railroad wheel 1 of the present embodiment is arranged between the rim portion 4, the boss portion 2 having the through hole 21, and the rim portion 4 and the boss portion 2, and the rim portion 4 and the boss portion and a plate portion 3 connected to 2.
  • the chemical composition of the railroad wheel 1 of this embodiment contains the following elements.
  • C more than 0.80% to 1.35%
  • Carbon (C) increases the hardness of steel and increases the wear resistance of the railroad wheel 1 . If the C content is 0.80% or less, this effect cannot be obtained even if the content of other elements is within the range of the present embodiment. On the other hand, if the C content exceeds 1.35%, the toughness of the railroad wheel 1 is lowered even if the content of other elements is within the range of the present embodiment. Therefore, the C content is more than 0.80% to 1.35%.
  • the lower limit of the C content is preferably 0.83%, more preferably 0.85%, still more preferably 0.87%, still more preferably 0.90%.
  • the upper limit of the C content is preferably 1.30%, more preferably 1.25%, still more preferably 1.20%, still more preferably 1.10%, still more preferably 1.10%. 05%, more preferably 1.00%.
  • Si Silicon
  • Si Silicon
  • the Si content is over 0%.
  • Si solid-solution strengthens ferrite to increase the hardness of steel.
  • the toughness of the railway wheel 1 is lowered even if the content of other elements is within the range of the present embodiment.
  • the Si content exceeds 1.00%, the hardenability of the steel becomes too high, and martensite tends to form. In this case, the thickness of the quenched layer formed on the tread surface during tread quenching increases. As a result, the cutting amount increases and the yield decreases.
  • the Si content exceeds 1.00%, the rim portion 4 is quenched due to frictional heat generated between the railway wheel 1 and the brake during use.
  • the Si content is 1.00% or less.
  • the upper limit of the Si content is preferably 0.90%, more preferably 0.80%, still more preferably 0.70%, still more preferably 0.60%, still more preferably 0.60%. 50%.
  • the lower limit of Si content is not particularly limited. However, excessive reduction of the Si content increases manufacturing costs. Therefore, the lower limit of Si content is preferably 0.01%, more preferably 0.05%. From the viewpoint of increasing the hardness of steel, the lower limit of the Si content is more preferably 0.10%, more preferably 0.15%.
  • Mn 0.10-1.50%
  • Mn Manganese (Mn) solid-solution strengthens ferrite to increase the hardness of steel. Mn also forms MnS, which improves the machinability of steel. If the Mn content is less than 0.10%, these effects cannot be obtained even if the content of other elements is within the range of the present embodiment. On the other hand, if the Mn content exceeds 1.50%, the hardenability of the steel becomes too high even if the contents of other elements are 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. Furthermore, when the railroad wheel 1 is used, the rim portion 4 is quenched by the frictional heat generated between it and the brake. In this case, the crack resistance of steel may decrease.
  • the Mn content is 0.10-1.50%.
  • the lower limit of the Mn content is preferably 0.50%, more preferably 0.60%, still more preferably 0.70%.
  • the upper limit of the Mn content is preferably 1.40%, more preferably 1.30%, still more preferably 1.20%, still more preferably 1.10%, still more preferably 1.10%. 00%, preferably 0.95%, and more preferably 0.90%.
  • P 0-0.050% Phosphorus (P) is an impurity. P segregates at grain boundaries and lowers the toughness of steel. Therefore, the P content is 0.050% or less.
  • the upper limit of the P content is preferably 0.030%, more preferably 0.020%. The lower the P content is, the better.
  • the P content may be 0%. However, excessive reduction of the P content increases manufacturing costs. Therefore, considering normal industrial production, the lower limit of the P content is preferably 0.001%, more preferably 0.002%.
  • S 0-0.030%
  • Sulfur (S) is an impurity. S forms MnS and enhances the machinability of steel. On the other hand, if the S content is too high, the toughness of the steel will decrease. Therefore, the S content is 0.030% or less.
  • the upper limit of the S content is preferably 0.020%. It is preferable that the S content is as low as possible. The S content may be 0%. However, excessive reduction of the S content increases manufacturing costs. Therefore, considering normal industrial production, the lower limit of the S content is preferably 0.001%, more preferably 0.002%, and even more preferably 0.005%.
  • N 0.0200% or less Nitrogen (N) is an unavoidable impurity. That is, the N content is over 0%. If the N content exceeds 0.0200%, AlN coarsens and the toughness of the steel is lowered even if the content of other elements is within the range of the present embodiment. Therefore, the N content is 0.0200% or less.
  • the upper limit of the N content is preferably 0.0180%, more preferably 0.0150%, still more preferably 0.0130%, still more preferably 0.0100%, still more preferably 0.010%. 0080%.
  • N content is preferably as low as possible. However, excessive reduction of the N content raises manufacturing costs. Therefore, considering normal industrial production, the lower limit of the N content is preferably 0.0010%, more preferably 0.0030%, and even more preferably 0.0050%.
  • the remainder of the chemical composition of the railway wheel 1 according to this embodiment consists of Fe and impurities.
  • the impurities are those that are mixed from ore, scrap, or manufacturing environment as raw materials when industrially manufacturing the railway wheel 1, and adversely affect the railway wheel 1 of the present embodiment. It means what is permissible within the range not given.
  • Impurities other than those mentioned above are O, for example.
  • the O content is, for example, 0.0070% or less.
  • the chemical composition of the railway wheel 1 of the present embodiment further contains one or more elements selected from the group consisting of Al, Cu, Ni, Cr, V, Ti, Mo and Nb instead of part of Fe. good too.
  • Al 0-1.500%
  • Aluminum (Al) is an optional element and may not be contained. That is, the Al content may be 0%. When included, Al combines with N to form AlN and refine grains. Refining the grains increases the toughness of the steel. However, if the Al content exceeds 1.500%, coarse nonmetallic inclusions increase and the toughness and fatigue strength of the steel decrease even if the content of other elements is within the range of the present embodiment. . Therefore, the Al content is 0-1.500%.
  • the lower limit of the Al content is preferably more than 0%, more preferably 0.001%, still more preferably 0.005%, still more preferably 0.010%, still more preferably 0.020 %, more preferably 0.030%.
  • the upper limit of the Al content is preferably 1.200%, more preferably 1.000%, still more preferably 0.800%, still more preferably 0.650%.
  • the Al content as used herein means the content of acid-soluble Al (sol. Al).
  • Cu 0-0.50% Copper (Cu) is an optional element and may not be contained. That is, the Cu content may be 0%. When included, Cu increases the hardness of the steel through solid solution strengthening. As a result, the wear resistance of the railroad wheel 1 is enhanced. However, if the Cu content exceeds 0.50%, the hot workability of the steel deteriorates even if the content of other elements is within the range of the present embodiment. Therefore, the Cu content is 0-0.50%.
  • the lower limit of the Cu content is preferably more than 0%, more preferably 0.01%, still more preferably 0.02%, still more preferably 0.05%, still more preferably 0.10 %.
  • the upper limit of the Cu content is preferably 0.45%, more preferably 0.40%, still more preferably 0.35%, still more preferably 0.30%, still more preferably 0.35%. 25%.
  • Ni 0-0.50%
  • Nickel (Ni) is an optional element and may not be contained. That is, the Ni content may be 0%. When included, Ni increases the toughness of the steel. However, if the Ni content exceeds 0.50%, even if the content of other elements is within the range of the present embodiment, the hardenability becomes excessively high, and the thickness of the hardened layer after tread hardening is excessive. increases to Therefore, the Ni content is 0-0.50%.
  • the lower limit of the Ni content is preferably over 0%, more preferably 0.01%, and still more preferably 0.05%.
  • the upper limit of the Ni content is preferably 0.45%, more preferably 0.40%, still more preferably 0.35%, still more preferably 0.30%, still more preferably 0.30%. 25%, more preferably 0.20%.
  • Chromium (Cr) is an optional element and may not be contained. That is, the Cr content may be 0%. When included, Cr narrows the lamellar spacing of pearlite. This significantly increases the hardness of the pearlite. However, if the Cr content exceeds 0.50%, even if the content of other elements is within the range of the present embodiment, the hardenability becomes excessively high, and the thickness of the quenched layer after tread quenching becomes excessive. increases to Therefore, the Cr content is 0-0.50%.
  • the lower limit of the Cr content is preferably over 0%, more preferably 0.01%, still more preferably 0.02%, still more preferably 0.03%, still more preferably 0.05 %.
  • the upper limit of the Cr content is preferably 0.45%, more preferably 0.40%, still more preferably 0.35%, still more preferably 0.30%, still more preferably 0.35%. 25%, more preferably 0.20%.
  • V 0-0.12% 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 precipitation strengthen steel (specifically ferrite in steel). As a result, the hardness of the railroad wheel 1 is increased and the wear resistance is enhanced. However, if the V content exceeds 0.12%, the hardenability increases and the thickness of the hardened layer after tread hardening increases excessively. Therefore, the V content is 0-0.12%.
  • the lower limit of the V content is preferably more than 0%, more preferably 0.01%, still more preferably 0.02%, still more preferably 0.03%.
  • the upper limit of the V content is preferably 0.11%, more preferably 0.10%, still more preferably 0.08%.
  • Titanium (Ti) is an optional element and may not be contained. That is, the Ti content may be 0%. When included, Ti forms any of carbides, nitrides, and carbonitrides to precipitation strengthen steel (specifically ferrite in steel). As a result, the hardness of the railroad wheel 1 is increased and the wear resistance is enhanced. However, if the Ti content exceeds 0.010%, the hardenability increases and the thickness of the hardened layer after tread hardening increases excessively. Therefore, the Ti content is 0-0.010%.
  • the lower limit of the Ti content is preferably over 0%, more preferably 0.001%, still more preferably 0.002%, still more preferably 0.003%.
  • the upper limit of the Ti content is preferably 0.008%, more preferably 0.007%, still more preferably 0.005%.
  • Mo Molybdenum
  • Mo is an optional element and may not be contained. That is, the Mo content may be 0%. When included, Mo increases the hardness of steel. As a result, the wear resistance of the railroad wheel 1 is enhanced. However, if the Mo content exceeds 0.20%, even if the content of other elements is within the range of the present embodiment, the hardenability becomes excessively high, and the thickness of the quenched layer after tread quenching becomes excessive. increases to Therefore, the Mo content is 0-0.20%.
  • the lower limit of the Mo content is preferably over 0%, more preferably 0.01%, still more preferably 0.05%.
  • the upper limit of the Mo content is preferably 0.18%, more preferably 0.15%, still more preferably 0.12%, still more preferably 0.10%, still more preferably 0.10%. 05%.
  • Niobium (Nb) is an optional element and may not be contained. That is, the Nb content may be 0%.
  • Nb combines with C to form fine NbC during heating for tread quenching in the manufacturing process of the railroad wheel 1 .
  • Fine NbC functions as pinning particles and suppresses coarsening of austenite during heating. Therefore, the prior austenite grains are kept fine, and the hardenability of the steel is suppressed. As a result, formation of a quenched layer during the manufacturing process of the railroad wheel 1 is suppressed.
  • Nb also increases the toughness of the steel material by suppressing the coarsening of prior austenite grains.
  • the Nb content is 0-0.050%.
  • the lower limit of the Nb content is preferably over 0%, more preferably 0.010%, still more preferably 0.020%.
  • the upper limit of the Nb content is preferably 0.030%, more preferably 0.020%.
  • Variation in the concentration of C in the boss portion 2 of the railroad wheel 1 of this embodiment is small. Specifically, in the cross section of the boss portion 2 when the boss portion 2 is cut along a plane including the central axis in the direction of the central axis of the through hole 21, the inner peripheral surface 22 of the through hole 21 is parallel to the central axis. A plurality of axial line segments arranged at a pitch of 15 mm in the radial direction from the center axis, and a plurality of axial line segments arranged at a pitch of 15 mm in the center axis direction from the surface on which the opening of the through hole 21 of the boss portion 2 is formed.
  • the average C concentration of each rectangular area P in the cross section of the boss portion 2 is 1.40% by mass or less. is.
  • the railroad wheel 1 of the present embodiment there is no rectangular region of 15 mm ⁇ 15 mm in which the average C concentration exceeds 1.40% by mass within the boss portion 2 . Therefore, the toughness is high throughout the boss portion 2 . As a result, the railroad wheel 1 of this embodiment has excellent toughness of the boss portion 2 .
  • the variation in C concentration inside the boss portion 2 is measured by the following method.
  • a section of the boss portion 2 is obtained by cutting along a plane including the central axis of the railroad wheel 1 and parallel to the central axis.
  • a cross section of the boss portion 2 exposed by cutting is polished by mechanical polishing or ion milling to obtain a smooth observation surface.
  • the C concentration is measured on the viewing surface using EPMA.
  • the EPMA measurement field of view is a rectangle of 15 mm ⁇ 15 mm.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the boss portion 2 for explaining the method of arranging the EPMA measurement field. Referring to FIG. 5, in the cross section of boss portion 2, boss portion 2 is divided by a plurality of axial line segments L1 and a plurality of radial line segments L2.
  • the axial line segments L1 are parallel to the central axis of the railroad wheel 1 and are arranged radially from the inner peripheral surface 22 of the through hole 21 at a pitch of 15 mm.
  • the radial line segments L2 are perpendicular to the central axis of the railway wheel 1 and are arranged at a pitch of 15 mm in the central axis direction from the surface of the boss portion 2 where the openings of the through holes 21 are formed.
  • the radial line segment L2 is aligned from the tread surface 24.
  • the radial line segment L2 may be arranged from the flange side surface 23 .
  • a rectangular area P is defined as a 15 mm ⁇ 15 mm area defined by an axial line segment L1 and a radial line segment L2.
  • EPMA the average C density of each rectangular area P is obtained, and variations in C density are determined.
  • boss portion 2 may not be included in the entire area of rectangular region P including the outer periphery of boss portion 2 . In this case, when the area occupied by the boss portion 2 in the rectangular area P is 50% or more, it is taken as a measurement object.
  • the boss portion 2 refers to the central axis of the railroad wheel 1 from the inner peripheral surface 22 in the cross section when the railroad wheel 1 is cut along the central axis direction of the railroad wheel 1 along a plane including the central axis.
  • the area until the straight line distance between two points on the outer circumference of the railroad wheel 1 intersecting with a straight line parallel to is half the thickness T2 of the boss portion 2.
  • two points on the outer periphery of the railway wheel 1 that intersect with a straight line parallel to the central axis of the railway wheel 1 are shown as intersection point A and intersection point B, respectively.
  • the boss portion 2 refers to a cross section of the railroad wheel 1 cut along a plane including the central axis in the direction of the central axis of the railroad wheel 1. It refers to a region where the linear distance is half the thickness T2 of the boss portion 2 . If the average C concentration in the rectangular regions P is 1.40% by mass or less in all the rectangular regions P to be measured, it is determined that the variation in the C concentration in the boss portion 2 is small.
  • EPMA is measured under the following conditions. Accelerating voltage: 15.0 kV Irradiation current: 0.50 ⁇ A Time: 50ms Beam diameter: 20 ⁇ m Rectangular area P: 15mm x 15mm Number of measurement points in one rectangular area P: 500 ⁇ 500 points Measurement interval: 30.0 ⁇ m in both the vertical and horizontal directions 500 ⁇ 500 points are measured within one rectangular area P, and the arithmetic average value of the C concentrations at all measurement points is taken as the average C concentration within one rectangular area P.
  • the microstructure of the rim portion 4, the plate portion 3, and the boss portion 2 of the railway wheel 1 of the present embodiment preferably has an area ratio of pearlite of 75% or more, and even if the microstructure is substantially made of pearlite, good.
  • "consisting substantially of pearlite” means that the area ratio of pearlite in the microstructure is 95% or more.
  • one or more species selected from the group consisting of pro-eutectoid cementite, pro-eutectoid ferrite, bainite and martensite may coexist in a total area ratio of 25% or less.
  • the microstructures of the rim portion 4, the plate portion 3, and the boss portion 2 of the railroad wheel 1 of the present embodiment are one or more selected from the group consisting of proeutectoid cementite, proeutectoid ferrite, bainite, and martensite.
  • the total percentage may be 0-25% and the balance may be a microstructure consisting of perlite.
  • the perlite area ratio is obtained by the following method. Samples are taken from the central position of the rim portion 4 of the railroad wheel 1 in the thickness direction, the central position of the plate portion 3 in the thickness direction, and the central position of the boss portion 2 in the thickness direction. The observation surface of each sample is mirror-finished by mechanical polishing. After that, the observation surface is corroded with a nital solution (mixed solution of nitric acid and ethanol). A photographic image is generated using a 500x optical microscope for any one field of view (200 ⁇ m ⁇ 200 ⁇ m) in the observation plane after corrosion.
  • Hardened layers (martensite and/or bainite), pro-eutectoid cementite and pro-eutectoid ferrite, and pearlite have different contrasts. Therefore, the quenched layer and perlite in the observation plane are identified based on the contrast. The area ratio of pearlite is obtained based on the specified total area of pearlite and the area of the viewing surface.
  • the railroad wheel 1 of the present embodiment has each element content in the chemical composition within the range of the present embodiment, and the boss portion 2 is in the central axis direction of the through hole 21, including the central axis In the cross section of the boss portion 2 when cut along the plane, a plurality of axial line segments L1 parallel to the central axis and arranged radially from the inner peripheral surface 22 of the through hole 21 at a pitch of 15 mm, and A 15 mm ⁇ 15 mm area defined by a plurality of radial line segments L2 that are vertical and arranged at a pitch of 15 mm in the central axis direction from the surface where the opening of the through hole 21 of the boss portion 2 is formed.
  • the average C concentration of each rectangular region P in the cross section of the boss portion 2 is 1.40% by mass or less. Therefore, the toughness of the boss portion 2 is excellent.
  • This manufacturing method includes a material manufacturing process, a molding process, a heat treatment process, and a cutting process.
  • steel materials 5 for railway wheels are manufactured.
  • a wheel-shaped intermediate product 8 is formed from the railroad wheel steel material 5 by hot working.
  • heat treatment heat treatment (tread hardening) is performed on the molded intermediate product 8 .
  • the railroad wheel 1 is obtained by removing the quenched layer from the tread surface 41 and the like of the intermediate product 8 after the heat treatment by cutting.
  • molten steel having the chemical composition described above is melted using an electric furnace, a converter, or the like, and then cast into a cast material (slab or ingot).
  • a slab may be produced by continuous casting, or an ingot may be produced by casting using a mold.
  • a slab or ingot is hot worked to produce a railroad wheel steel material 5 of a desired size.
  • Hot working includes, for example, hot forging, hot rolling, and the like.
  • the railroad wheel steel material 5 is manufactured by the following method, for example.
  • hot rolling for example, a blooming mill is used.
  • the steel materials 5 for railway wheels are produced by blooming the raw material with a blooming mill.
  • a continuous rolling mill is installed downstream of the blooming mill, the steel material after blooming is further hot-rolled using the continuous rolling mill to further reduce the size of steel materials for railway wheels. 5 may be produced.
  • horizontal stands with a pair of horizontal rolls and vertical stands with a pair of vertical rolls are alternately arranged in a row.
  • the heating temperature of the heating furnace in hot rolling is not particularly limited, it is, for example, 1100 to 1350°C.
  • the steel material 5 for railroad wheels is manufactured by the manufacturing process described above.
  • the railway wheel steel material 5 may be a cast material (slab or ingot).
  • the railroad wheel steel material 5 may be obtained by slicing a cylindrical cast material perpendicularly to the axial direction. That is, the hot working described above may be omitted. Through the above steps, the railroad wheel steel material 5, which is the raw material of the railroad wheel 1, is manufactured.
  • the railroad wheel steel material 5 is, for example, a cylindrical material.
  • the prepared railroad wheel steel material 5 is used to form a wheel-shaped intermediate product 8 by hot working.
  • the intermediate product 8 has a wheel shape, it includes a boss portion 2 , a plate portion 3 , and a rim portion 4 including a tread surface 41 and a flange portion 42 .
  • Hot working includes, for example, hot forging, hot rolling (wheel rolling), and the like.
  • the following molding process can reduce variations in C concentration in the boss portion 2 .
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing the manufacturing process of the railroad wheel 1.
  • a disk-shaped intermediate product 6 is manufactured by hot forging steel material 5 for railroad wheels.
  • an intermediate product 7 having the outer shape of a wheel is manufactured.
  • hot rolling wheel rolling
  • the central shaft portion 71 of the intermediate product 7 having the outer shape of a wheel is removed by punching.
  • an intermediate product 8 having the shape of a wheel is manufactured.
  • the volume of the center shaft portion 71 with respect to the volume of the steel material 5 for railway wheels is referred to as the punched portion volume ratio.
  • the punched part volume ratio is defined by the following formula (i). (D71 2 ⁇ T71)/(D5 2 ⁇ T5) (i)
  • the diameter (cm) of the central shaft portion 71 is substituted for D71
  • the thickness (cm) of the central shaft portion 71 is substituted for T71
  • the diameter (cm) of the railway wheel steel material 5 is substituted for D5. cm) is substituted
  • the thickness (cm) of the railway wheel steel material 5 is substituted for T5.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing the manufacturing process of the railroad wheel 1 when the punched portion volume ratio is appropriate.
  • the center shaft portion of steel material 5 for railway wheels is crushed by hot working, and expands in the radial direction of steel material 5 for railway wheels.
  • the volume of the center shaft portion 71 is sufficiently large with respect to the volume of the steel material 5 for railway wheels. In this case, the distortion of the boss portion 2 caused by hot working is small.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing the manufacturing process of the railroad wheel 1 when the punched portion volume ratio is too small.
  • the volume of the center shaft portion 71 is too small with respect to the volume of the steel material 5 for railway wheels.
  • the boss portion 2 is subjected to a stronger reduction, and the boss portion 2 is distorted more due to the hot working. It is considered that the C concentration locally varies in the distorted region.
  • the present inventors have studied variations in the punched part volume ratio and the C concentration in the boss part 2 . Specifically, railroad wheels 1 with different punched part volume ratios were manufactured, and the presence or absence of variation in C concentration was investigated. As a result, as described in Examples described later, it was found that if the punched portion volume ratio is 0.07% or more, the variation in the C concentration of the boss portion 2 can be suppressed to 1.40% by mass or less. That is, by setting the punched portion volume ratio to 0.07% or more, the distortion of the boss portion 2 can be suppressed, and the variation in C concentration can be suppressed.
  • the punched portion volume ratio during hot working is adjusted to 0.07% or more.
  • distortion of the boss portion 2 can be suppressed, and variations in the C concentration of the boss portion 2 can be suppressed. This increases the toughness of the railroad wheel 1 .
  • the preferred heating temperature for the railway wheel steel material 5 during hot working is 1220°C or higher.
  • a method for cooling the intermediate product after hot working is not particularly limited. It may be left to cool, or it may be water-cooled.
  • the wheel-shaped intermediate product 8 that has been molded is subjected to tread hardening.
  • the intermediate product 8 after the forming process hot forging or hot rolling
  • reheat treatment the intermediate product 8 after the forming process
  • the tread surface 41 and the flange portion 42 of the intermediate product 8 are rapidly cooled (tread hardening).
  • a cooling medium is jetted to rapidly cool the tread 41 and the flange portion 42 .
  • the cooling medium is, for example, air, mist, or spray, and is not particularly limited as long as the cooling rate suitable for the desired tissue can be obtained.
  • the plate portion 3 and the boss portion 2 are left to cool without water cooling.
  • tread hardening may be performed directly (without reheating) on the intermediate product 8 after hot working.
  • the intermediate product 8 after tread hardening is tempered as necessary. It is sufficient to perform tempering at a known temperature and time.
  • the tempering temperature is, for example, 400-600°C.
  • the railway wheel 1 of the present embodiment is manufactured through the above steps.
  • the railroad wheel 1 of the present embodiment has each element content in the chemical composition within the range of the present embodiment, and the boss portion 2 is cut in the central axis direction of the through hole 21 on a plane including the central axis.
  • a plurality of axial line segments L1 parallel to the central axis and arranged at a pitch of 15 mm in the radial direction from the inner peripheral surface 22 of the through hole 21, and perpendicular to the central axis
  • a rectangular region P is defined by a plurality of radial line segments L2 arranged at a pitch of 15 mm in the central axis direction from the surface where the opening of the through hole 21 of the boss portion 2 is formed.
  • the average C concentration of each rectangular region P in the cross section of the boss portion 2 is 1.40% by mass or less. Therefore, the toughness of the boss portion 2 is excellent.
  • the diameter is 97 cm
  • the thickness of the rim (T4) is 15 cm
  • the width of the rim is 9 cm
  • the thickness of the plate (T3) is 5 cm
  • the width of the plate is 26 cm
  • the thickness of the boss is 7 cm
  • An intermediate product having a railroad wheel profile with a boss width (T2) of 20 cm was produced.
  • Intermediate products having the outer shape of railway wheels were manufactured with a punched portion volume ratio of 0.20% or 0.05%, and the presence or absence of variations in the C concentration of the boss portion 2 was investigated.
  • the tread surface quenching and cutting of the quenched layer were performed on the intermediate product having the outer shape of the railroad wheel with the punched part volume ratio changed to manufacture the railroad wheel.
  • the obtained railroad wheel was cut along the central axis direction of the through-hole along a plane including the central axis.
  • the cross section of the boss portion was polished by mechanical polishing to obtain a smooth observation surface.
  • the cross section of the boss portion 2 is parallel to the central axis of the railroad wheel, and is perpendicular to the central axis of the railroad wheel and a plurality of axial line segments arranged at a pitch of 15 mm in the radial direction from the inner peripheral surface of the through hole.
  • a rectangular area P was defined as a 15 mm ⁇ 15 mm area.
  • the average C concentration within each rectangular region P was measured by EPMA. EPMA measurement conditions were as described in the above-mentioned "Variation of C concentration in boss portion". Among the obtained average C concentrations, the highest C concentration is shown in the column of "maximum C concentration (% by mass)" in Table 3.
  • U-notch test piece conforming to JIS Z 2242 (2005) was taken from the central position of the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the steel material of each steel material 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.
  • U notch A U notch was formed at the center of the length of the test piece (that is, at the center of the length of 55 mm).
  • the notch depth was 2 mm and the notch bottom radius was 1 mm.
  • a Charpy impact test was performed at room temperature in the atmosphere in accordance with JIS Z 2242 (2005).
  • the Charpy impact value (J/cm 2 ) was obtained for four U-notch test pieces for each test number, and the average value thereof was taken as the Charpy impact value (J/cm 2 ) for that test number.
  • Table 5 shows the results.
  • the average C concentration of each rectangular region P in the cross section of the boss portion was 1.40% by mass or less. Furthermore, when the C concentration was 1.40% by mass or less, the Charpy impact value was 12.0 (J/cm 2 ) or more. That is, in the railroad wheel of Test No. 1, the average C concentration in each rectangular region P in the boss portion was 1.40% by mass or less, so the Charpy impact value was 12.0 (J/cm 2 ) over the entire boss portion. ) was over. Therefore, the boss portion of the railroad wheel manufactured under the conditions of Test No. 1 had excellent toughness.
  • the punched part volume ratio in hot forging was less than 0.07%. Therefore, the variation in C concentration in the boss portion could not be suppressed.
  • the cross section of the boss part when the boss part is cut along a plane including the central axis in the direction of the central axis of the through hole it is parallel to the central axis and is 15 mm in the radial direction from the inner peripheral surface of the through hole.
  • the rectangular region P in which the average C concentration exceeds 1.40% by mass is included in the rectangular region P in the cross section of the boss portion. rice field. Furthermore, the Charpy impact value was less than 12.0 (J/cm 2 ) when the C concentration exceeded 1.40% by mass. That is, in the rectangular region P where the average C concentration exceeded 1.40% by mass, the Charpy impact value was less than 12.0 (J/cm 2 ). Therefore, the railroad wheel boss portion manufactured under the conditions of Test No. 2 did not have excellent toughness.

Abstract

ボス部の靭性に優れる鉄道車輪を提供する。本開示による鉄道車輪は、リム部と、貫通孔を有するボス部と、板部とを備える。鉄道車輪の化学組成は、質量％で、Ｃ：０．８０％超～１．３５％、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：０．１０～１．５０％、Ｐ：０～０．０５０％、Ｓ：０～０．０３０％、Ｎ：０．０２００％以下及び、残部がＦｅ及び不純物からなる。ボス部を貫通孔の中心軸方向に、中心軸を含む面で切断したときのボス部の断面において、中心軸と平行であり、貫通孔の内周面から鉄道車輪の径方向に１５ｍｍピッチで配列される複数の軸方向線分と、中心軸に垂直であり、ボス部の貫通孔の開口が形成されている表面から中心軸方向に１５ｍｍピッチで配列される複数の径方向線分と、で区画される、１５ｍｍ×１５ｍｍの領域を矩形領域と定義したとき、ボス部の断面での各矩形領域の平均Ｃ濃度は１．４０質量％以下である。

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２００４－３１５９２８号公報（特許文献１）に提案されている。
　特許文献１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１には、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１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。特許文献１では、Ｃ含有量を高めた過共析鋼を用いることにより、鉄道車輪の耐摩耗性を高めている。
特開２００４－３１５９２８号公報 国際公開第２０２０／０６７５２０号 国際公開第２０２０／０６７５０６号
　ところで、鉄道車両の積載重量に応じた負荷は、まず鉄道用車軸に与えられる。そして、鉄道用車軸と鉄道車輪との接触部分であるボス部を介して鉄道車輪に負荷が伝わる。鉄道車輪のボス部には大きな負荷が加えられる。そのため、鉄道車輪のボス部には優れた靭性が求められる。
　しかしながら、従前の検討では、ボス部の靭性については検討されてこなかった。これは、鉄道車輪において、レールと接触するリム部の耐摩耗性の向上が重要であると認識されてきたためである。上述の特許文献１においても、ボス部の靭性については検討されていない。そのため、特許文献１に開示された技術を用いても、ボス部において優れた靭性が得られない可能性がある。
　上述の特許文献１に記載のとおり、Ｃ含有量を高めた過共析鋼を用いることにより、鉄道車輪の耐摩耗性を高めることができる。しかしながら、Ｃ含有量の高い過共析鋼を用いれば、ボス部の靭性の低下が懸念される。そのため、Ｃ含有量が０．８０％超と高くても、ボス部の靭性に優れる鉄道車輪が求められている。
　Ｃ含有量が０．８０％以上と高くても、鉄道車輪の靭性を高める技術が、国際公開第２０２０／０６７５２０号（特許文献２）及び国際公開第２０２０／０６７５０６号（特許文献３）に提案されている。特許文献２及び３では、初析セメンタイトを減らすか、又は、初析セメンタイトの形態を制御することにより、鉄道車輪の靭性を高める。
　特許文献２に開示された鉄道車輪は、リム部と、ボス部と、リム部とボス部との間に配置され、リム部とボス部とにつながる板部とを備える。特許文献２の鉄道車輪の化学組成は、質量％で、Ｃ：０．８０～１．１５％、Ｓｉ：０．４５％以下、Ｍｎ：０．１０～０．８５％、Ｐ：０．０５０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ａｌ：０．２００～１．５００％、Ｎ：０．０２００％以下、Ｎｂ：０．００５～０．０５０％、Ｃｒ：０～０．２５％、Ｖ：０～０．１２％、及び、残部がＦｅ及び不純物からなる。特許文献２の鉄道車輪のリム部、ボス部及び板部のうち、少なくともリム部及び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量が２．００本／１００μｍ以下である。
　初析セメンタイト量（本／１００μｍ）＝２００μｍ×２００μｍの正方形視野の２本の対角線と交差する初析セメンタイトの本数の総和／（５．６６×１００μｍ）×１００・・・（１）
　特許文献３に開示された鉄道車輪は、リム部と、ボス部と、リム部とボス部との間に配置され、リム部とボス部とにつながる板部とを備える。特許文献３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％、Ｃｒ：０～０．６０％、Ｖ：０～０．１２％、及び、残部がＦｅ及び不純物からなる。特許文献３の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、初析セメンタイトの最大幅は１．８０μｍ以下である。
　特許文献２及び３に開示された技術を用いれば、鉄道車輪の靭性を高めることができる。しかしながら、特許文献２及び３では、ボス部に着目していない。そのため、特許文献２及び３に開示された技術に加えて、ボス部の靭性をさらに高める技術を提案できれば好ましい。
　本開示の目的は、Ｃ含有量が０．８０％超と高くても、ボス部の靭性に優れ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、
　貫通孔を有するボス部と、
　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％超～１．３５％、
　Ｓｉ：１．００％以下、
　Ｍｎ：０．１０～１．５０％、
　Ｐ：０～０．０５０％、
　Ｓ：０～０．０３０％、
　Ｎ：０．０２００％以下、
　Ａｌ：０～１．５００％、
　Ｃｕ：０～０．５０％、
　Ｎｉ：０～０．５０％、
　Ｃｒ：０～０．５０％、
　Ｖ：０～０．１２％、
　Ｔｉ：０～０．０１０％、
　Ｍｏ：０～０．２０％、
　Ｎｂ：０～０．０５０％、及び、
　残部がＦｅ及び不純物からなり、
　前記ボス部を前記貫通孔の中心軸方向に、前記中心軸を含む面で切断したときの前記ボス部の断面において、
　前記中心軸と平行であり、前記貫通孔の内周面から前記鉄道車輪の径方向に１５ｍｍピッチで配列される複数の軸方向線分と、前記中心軸に垂直であり、前記ボス部の前記貫通孔の開口が形成されている表面から前記中心軸方向に１５ｍｍピッチで配列される複数の径方向線分と、で区画される、１５ｍｍ×１５ｍｍの領域を矩形領域と定義したとき、
　前記ボス部の前記断面での各矩形領域の平均Ｃ濃度が１．４０質量％以下である。
　本開示の鉄道車輪は、Ｃ含有量が０．８０％超と高くても、ボス部の靭性に優れる。
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２は、図１に示す鉄道車輪の断面のうちのボス部断面において、ＥＰＭＡによる測定領域の区分を示す模式図である。 図３は、Ｃ濃度と、シャルピー衝撃値との関係を示す図である。 図４は、鉄道車輪の製造工程を示す模式図である。 図５は、ＥＰＭＡの測定視野の配置方法について説明するための、ボス部の断面図である。 図６は、打抜き部体積率が適切な場合の、鉄道車輪の製造工程を示す模式図である。 図７は、打抜き部体積率が小さすぎる場合の、鉄道車輪の製造工程を示す模式図である。
　［鉄道車輪の構成］
　図１は本実施形態による鉄道車輪１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、中央部に配置される。ボス部２は貫通孔２１を有する。ボス部２の内周面２２は、貫通孔２１を形成する。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。本明細書において、貫通孔２１及び鉄道車輪１の中心軸方向を、単に中心軸方向とも称する。鉄道車輪１の中心軸に対して垂直な方向を、鉄道車輪１の径方向という。本明細書において、鉄道車輪１の径方向を、単に径方向とも称する。
　ボス部２は、貫通孔２１を有する。ボス部２はさらに、貫通孔２１を形成する内周面２２と、フランジ側表面２３と、踏面側表面２４とを有する。フランジ側表面２３は、内周面２２とつながっており、貫通孔２１の開口が形成されている。踏面側表面２４は、フランジ側表面２３と反対側に配置され、内周面２２とつながっており、貫通孔２１の開口が形成されている。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。
　［本開示の鉄道車輪の技術思想］
　本発明者らは、ボス部２の靭性を高めるため、化学的な観点から検討を行った。ボス部２を、鉄道車輪１の中心軸を含み中心軸と平行な面で切断して、ボス部２の断面を得た。観察面に対して電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）を用いて、主要な元素の濃度を測定した。ＥＰＭＡによる測定は、ボス部２の断面内の任意の複数個所において行った。図２は、図１に示す鉄道車輪１の断面のうちのボス部２の断面において、ＥＰＭＡによる測定領域の区分を示す模式図である。図２を参照して、ボス部２の断面を、貫通孔２１の中心軸と平行であり、貫通孔２１の内周面２２から径方向に１５ｍｍピッチで配列される複数の軸方向線分と、貫通孔２１の中心軸に垂直であり、フランジ側表面２３から貫通孔２１の中心軸方向に１５ｍｍピッチで配列される複数の径方向線分とで、１５ｍｍ×１５ｍｍの複数の矩形領域Ｐに区分した。そして、各矩形領域Ｐ内の主要な元素の濃度を、ＥＰＭＡを用いて測定し、各矩形領域Ｐ内の平均濃度を求めた。その結果、ボス部２内において、Ｃ濃度にばらつきがあることが判明した。
　複数の矩形領域Ｐのうち、大部分の矩形領域Ｐでは、矩形領域Ｐ内の平均Ｃ濃度が１．４０質量％以下であった。しかしながら、複数の矩形領域Ｐの中には、Ｃ濃度が高い矩形領域Ｐが含まれていた。Ｃ濃度が高い場合、１つの矩形領域Ｐ内の平均Ｃ濃度は１．４０質量％を超えた。
　本発明者らのＥＰＭＡの測定試験により、以下のことがはじめて明らかとなった。鉄道車輪１のボス部２内において、Ｃ濃度は必ずしも一定ではなく、局所的に高い場合がある。さらに、全体としてＣ含有量が１．３５％以下の化学組成を有する鉄道車輪１であっても、ボス部２において、局所的にＣ濃度が１．４０質量％を超える場合がある。
　そこで本発明者らは、局所的にＣ濃度が１．４０質量％を超えた場合に、靭性がどのように変化するか調査した。具体的には、表１に示す化学組成を有する溶鋼を用いて、造塊法によりインゴットを製造した。ここで、Ｃ濃度のばらつきを再現するため、各鋼材番号のＣ濃度を変化させた。なお、表１中の空欄は、対応する元素含有量が、実施形態に規定の桁数において、０％であることを意味する。換言すれば、対応する元素含有量において、実施形態に規定の桁の次の位の数字が特定不可能であるか、あるいは、実施形態に規定の桁の次の位の数字を四捨五入した場合に０％であることを意味する。なお、四捨五入とは、規定された桁の下の桁の数字（端数）が５未満であれば切り捨て、５以上であれば切り上げることを意味する。
　表１に示す化学組成を有するインゴットを１２５０℃に加熱後、熱間鍛造して、幅４５ｍｍ、高さ４５ｍｍ、長さ１００ｍｍ以上の角棒状鋼材を製造した。得られた角棒状鋼材に対して、鉄道車輪１のボス部２の製造条件を模擬した熱処理を行った。具体的には、角棒状鋼材から、幅１２ｍｍ、高さ１２ｍｍ、長さ７０ｍｍの角棒状素材を４本ずつ採取した。角棒状素材は角棒状鋼材の中心軸から半径４ｍｍの範囲を避けて採取した。角棒状素材の長手方向は、角棒状鋼材の長手方向に平行であった。角棒状素材に対して、以下の熱処理を実施した。熱処理には富士電波工機製の熱サイクル試験機を使用した。角棒状素材を８５０～９５０℃で５～１０分保持した。続いて、ボス部２の冷却過程を模擬して、７５０℃から５５０℃までの平均冷却速度が０．１０～０．２０℃／ｓ以下の条件で冷却した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　鋼材番号１～１０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、各鋼材番号の角棒状素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、角棒状素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。各鋼材番号で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、その鋼材番号のシャルピー衝撃値（Ｊ／ｃｍ２）とした。結果を表２及び図３に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表２及び図３を参照して、Ｃ濃度が１．４０質量％を超えた鋼材のシャルピー衝撃値（Ｊ／ｃｍ２）は、Ｃ濃度が１．４０質量％以下の鋼材のシャルピー衝撃値（Ｊ／ｃｍ２）と比較して低いことが分かった。つまり、Ｃ濃度がばらついて、局所的にＣ濃度が１．４０質量％を超えた場合、Ｃ濃度が１．４０質量％を超えた部分の靭性は、Ｃ濃度が１．４０質量％以下の部分と比較して低い。このことから、複数の矩形領域Ｐのうち、Ｃ濃度が高かった矩形領域Ｐにおいては、その周辺と比較して靭性が低いといえる。
　そこで本発明者らは、ボス部２内のＣ濃度のばらつきを抑制し、各矩形領域Ｐ内の平均Ｃ濃度を１．４０質量％以下となるように制御すれば、ボス部２の靭性をさらに高めることができると考えた。
　以上の知見に基づいて完成した本実施形態の鉄道車輪１は、次の構成を有する。
　［１］
　鉄道車輪であって、
　リム部と、
　貫通孔を有するボス部と、
　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％超～１．３５％、
　Ｓｉ：１．００％以下、
　Ｍｎ：０．１０～１．５０％、
　Ｐ：０～０．０５０％、
　Ｓ：０～０．０３０％、
　Ｎ：０．０２００％以下、
　Ａｌ：０～１．５００％、
　Ｃｕ：０～０．５０％、
　Ｎｉ：０～０．５０％、
　Ｃｒ：０～０．５０％、
　Ｖ：０～０．１２％、
　Ｔｉ：０～０．０１０％、
　Ｍｏ：０～０．２０％、
　Ｎｂ：０～０．０５０％、及び、
　残部がＦｅ及び不純物からなり、
　前記ボス部を前記貫通孔の中心軸方向に、前記中心軸を含む面で切断したときの前記ボス部の断面において、
　前記中心軸と平行であり、前記貫通孔の内周面から前記鉄道車輪の径方向に１５ｍｍピッチで配列される複数の軸方向線分と、前記中心軸に垂直であり、前記ボス部の前記貫通孔の開口が形成されている表面から前記中心軸方向に１５ｍｍピッチで配列される複数の径方向線分と、で区画される、１５ｍｍ×１５ｍｍの領域を矩形領域と定義したとき、
　前記ボス部の前記断面での各矩形領域の平均Ｃ濃度が１．４０質量％以下である、
　鉄道車輪。
　［２］
　［１］に記載の鉄道車輪であって、
　前記化学組成は、
　Ｐ：０．００１～０．０５０％、
　Ｓ：０．００１～０．０３０％、
　Ａｌ：０．００１～１．５００％、
　Ｃｕ：０．０１～０．５０％、
　Ｎｉ：０．０１～０．５０％、
　Ｃｒ：０．０１～０．５０％、
　Ｖ：０．０１～０．１２％、
　Ｔｉ：０．００１～０．０１０％、
　Ｍｏ：０．０１～０．２０％、及び、
　Ｎｂ：０．０１０～０．０５０％、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。
　以下、本実施形態の鉄道車輪１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。
　図４は、鉄道車輪１の製造工程を示す模式図である。鉄道車輪１の製造工程の一例は以下のとおりである。円盤状の鉄道車輪用鋼材５を製造する。円盤状の鉄道車輪用鋼材５を厚さ方向に１又は複数回熱間鍛造し、鉄道車輪１の外形を有する中間品７を製造する。必要に応じ、熱間鍛造後に熱間圧延（車輪圧延）を実施してもよい。鍛造後の中間品７の中心軸部分７１を、車軸が貫通できるよう打抜き加工により除去する。これにより、鉄道車輪形状の中間品８を成形する。成形された中間品８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８を加熱した後、リム部４の踏面４１及びフランジ部４２に対して冷却液を噴射して、中間品８の踏面４１及びフランジ部４２を急冷する。これにより、踏面４１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４１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１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４１の最表層に形成された焼入れ層を切削加工で除去する。以上の工程により、鉄道車輪１が製造される。
　［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、リム部４と、貫通孔２１を有するボス部２と、リム部４とボス部２との間に配置され、リム部４とボス部２とにつながる板部３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％超～１．３５％
　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％以下であれば、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１．３５％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、鉄道車輪１の靭性が低下する。したがって、Ｃ含有量は０．８０％超～１．３５％である。Ｃ含有量の下限は好ましくは０．８３％であり、さらに好ましくは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％である。Ｃ含有量の上限は好ましくは１．３０％であり、さらに好ましくは１．２５％であり、さらに好ましくは１．２０％であり、さらに好ましくは１．１０％であり、さらに好ましくは１．０５％であり、さらに好ましくは１．００％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、鉄道車輪１の靭性が低下する。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まりが低下する。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含有量の上限は好ましくは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０．６０％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含有量の過度な低減は製造コストを高める。したがって、Ｓｉ含有量の下限は好ましくは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含有量の下限はさらに好ましくは０．１０％であり、さらに好ましくは０．１５％である。
　Ｍｎ：０．１０～１．５０％
　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１．５０％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０．１０～１．５０％である。Ｍｎ含有量の下限は好ましくは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含有量の上限は好ましくは１．４０％であり、さらに好ましくは１．３０％であり、さらに好ましくは１．２０％であり、さらに好ましくは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：０～０．０５０％
　リン（Ｐ）は、不純物である。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含有量の上限は好ましくは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。Ｐ含有量は０％であってもよい。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含有量の下限は好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％である。
　Ｓ：０～０．０３０％
　硫黄（Ｓ）は、不純物である。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含有量の上限は好ましくは０．０２０％である。Ｓ含有量はなるべく低い方が好ましい。Ｓ含有量は０％であってもよい。しかしながら、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、通常の工業生産を考慮した場合、Ｓ含有量の下限は好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％であり、さらに好ましくは０．００５％である。
　Ｎ：０．０２００％以下
　窒素（Ｎ）は、不可避に含有される不純物である。つまり、Ｎ含有量は０％超である。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、ＡｌＮが粗大化して、鋼の靭性を低下する。したがって、Ｎ含有量は０．０２００％以下である。Ｎ含有量の上限は好ましくは０．０１８０％であり、さらに好ましくは０．０１５０％であり、さらに好ましくは０．０１３０％であり、さらに好ましくは０．０１００％であり、さらに好ましくは０．００８０％である。Ｎ含有量はなるべく低い方が好ましい。しかしながら、Ｎ含有量の過剰な低減は製造コストを引き上げる。したがって、通常の工業生産を考慮すれば、Ｎ含有量の下限は好ましくは０．００１０％であり、さらに好ましくは０．００３０％であり、さらに好ましくは０．００５０％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はたとえば、Ｏである。Ｏ含有量はたとえば、０．００７０％以下である。
　［任意元素について］
　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、Ａｌ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｖ、Ｔｉ、Ｍｏ及びＮｂからなる群から選択される１元素以上を含有してもよい。
　Ａｌ：０～１．５００％
　アルミニウム（Ａｌ）は、任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ａｌ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ａｌは、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、鋼の靭性が高まる。しかしながら、Ａｌ含有量が１．５００％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、粗大な非金属介在物が増加して鋼の靭性及び疲労強度が低下する。したがって、Ａｌ含有量は０～１．５００％である。Ａｌ含有量の下限は好ましくは０％超であり、さらに好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．００５％であり、さらに好ましくは０．０１０％であり、さらに好ましくは０．０２０％であり、さらに好ましくは０．０３０％である。Ａｌ含有量の上限は好ましくは１．２００％であり、さらに好ましくは１．０００％であり、さらに好ましくは０．８００％であり、さらに好ましくは０．６５０％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。
　Ｃｕ：０～０．５０％
　銅（Ｃｕ）は、任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｃｕ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｃｕは固溶強化により鋼の硬度を高める。その結果、鉄道車輪１の耐摩耗性が高まる。しかしながら、Ｃｕ含有量が０．５０％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、鋼の熱間加工性が低下する。したがって、Ｃｕ含有量は０～０．５０％である。Ｃｕ含有量の下限は好ましくは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０．０５％であり、さらに好ましくは０．１０％である。Ｃｕ含有量の上限は好ましくは０．４５％であり、さらに好ましくは０．４０％であり、さらに好ましくは０．３５％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％である。
　Ｎｉ：０～０．５０％
　ニッケル（Ｎｉ）は、任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｎｉ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｎｉは鋼の靭性を高める。しかしながら、Ｎｉ含有量が０．５０％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、Ｎｉ含有量は０～０．５０％である。Ｎｉ含有量の下限は好ましくは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０．０５％である。Ｎｉ含有量の上限は好ましくは０．４５％であり、さらに好ましくは０．４０％であり、さらに好ましくは０．３５％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。
　Ｃｒ：０～０．５０％
　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０．５０％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０～０．５０％である。Ｃｒ含有量の下限は好ましくは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％であり、さらに好ましくは０．０５％である。Ｃｒ含有量の上限は好ましくは０．４５％であり、さらに好ましくは０．４０％であり、さらに好ましくは０．３５％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。
　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、耐摩耗性が高まる。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含有量の下限は好ましくは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含有量の上限は好ましくは０．１１％であり、さらに好ましくは０．１０％であり、さらに好ましくは０．０８％である。
　Ｔｉ：０～０．０１０％
　チタン（Ｔｉ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｔｉ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｔｉ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、耐摩耗性が高まる。しかしながら、Ｔｉ含有量が０．０１０％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、Ｔｉ含有量は０～０．０１０％である。Ｔｉ含有量の下限は好ましくは０％超であり、さらに好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％であり、さらに好ましくは０．００３％である。Ｔｉ含有量の上限は好ましくは０．００８％であり、さらに好ましくは０．００７％であり、さらに好ましくは０．００５％である。
　Ｍｏ：０～０．２０％
　モリブデン（Ｍｏ）は、任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｍｏ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｍｏは鋼の硬度を高める。その結果、鉄道車輪１の耐摩耗性が高まる。しかしながら、Ｍｏ含有量が０．２０％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、Ｍｏ含有量は０～０．２０％である。Ｍｏ含有量の下限は好ましくは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０．０５％である。Ｍｏ含有量の上限は好ましくは０．１８％であり、さらに好ましくは０．１５％であり、さらに好ましくは０．１２％であり、さらに好ましくは０．１０％であり、さらに好ましくは０．０５％である。
　Ｎｂ：０～０．０５０％
　ニオブ（Ｎｂ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｎｂ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｎｂは鉄道車輪１の製造工程中の踏面焼入れのための加熱時において、Ｃと結合して微細なＮｂＣを生成する。微細なＮｂＣはピンニング粒子として機能して、加熱時におけるオーステナイトの粗大化を抑制する。そのため、旧オーステナイト結晶粒が微細なまま維持され、鋼の焼入れ性が抑制される。その結果、鉄道車輪１の製造工程中における焼入れ層の生成を抑制する。Ｎｂはさらに、旧オーステナイト結晶粒の粗大化を抑制することにより、鋼材の靭性も高める。一方、Ｎｂ含有量が０．０５０％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、ＮｂＣが粗大化して鋼材の靭性がかえって低下する。したがって、Ｎｂ含有量は０～０．０５０％である。Ｎｂ含有量の下限は好ましくは０％超であり、さらに好ましくは０．０１０％であり、さらに好ましくは０．０２０％である。Ｎｂ含有量の上限は好ましくは０．０３０％であり、さらに好ましくは０．０２０％である。
　［ボス部のＣ濃度のばらつき］
　本実施形態の鉄道車輪１のボス部２内のＣ濃度のばらつきは小さい。具体的には、ボス部２を貫通孔２１の中心軸方向に、中心軸を含む面で切断したときのボス部２の断面において、中心軸と平行であり、貫通孔２１の内周面２２から径方向に１５ｍｍピッチで配列される複数の軸方向線分と、中心軸に垂直であり、ボス部２の貫通孔２１の開口が形成されている表面から中心軸方向に１５ｍｍピッチで配列される複数の径方向線分と、で区画される、１５ｍｍ×１５ｍｍの領域を矩形領域Ｐと定義したとき、ボス部２の断面での各矩形領域Ｐの平均Ｃ濃度は１．４０質量％以下である。本実施形態の鉄道車輪１においては、ボス部２内において、平均Ｃ濃度が１．４０質量％を超える１５ｍｍ×１５ｍｍの矩形領域が存在しない。そのため、ボス部２内全域にわたって靭性が高い。その結果、本実施形態の鉄道車輪１は、ボス部２の靭性に優れる。
　ボス部２内のＣ濃度のばらつきは、次の方法で測定する。鉄道車輪１の中心軸を含み中心軸と平行な面で切断してボス部２の断面を得る。切断によって現れたボス部２の断面を機械研磨又はイオンミリング等によって研磨し、平滑な観察面を得る。観察面に対して、ＥＰＭＡを用いてＣ濃度を測定する。ＥＰＭＡの測定視野は、１５ｍｍ×１５ｍｍの矩形とする。図５は、ＥＰＭＡの測定視野の配置方法について説明するための、ボス部２の断面図である。図５を参照して、ボス部２の断面において、ボス部２を、複数の軸方向線分Ｌ１と、複数の径方向線分Ｌ２とで区画する。軸方向線分Ｌ１は、鉄道車輪１の中心軸と平行であり、貫通孔２１の内周面２２から径方向に１５ｍｍピッチで配列される。径方向線分Ｌ２は、鉄道車輪１の中心軸に垂直であり、ボス部２の貫通孔２１の開口が形成されている表面から中心軸方向に１５ｍｍピッチで配列される。図５では、径方向線分Ｌ２は、踏面側表面２４から配列されている。しかしながら、径方向線分Ｌ２は、フランジ側表面２３から配列されてもよい。軸方向線分Ｌ１と、径方向線分Ｌ２とで区画された、１５ｍｍ×１５ｍｍの領域を、矩形領域Ｐと定義する。ＥＰＭＡによって、各矩形領域Ｐの平均Ｃ濃度を求め、Ｃ濃度のばらつきを判断する。図５を参照して、ボス部２の外周を含む矩形領域Ｐにおいて、矩形領域Ｐの全域にボス部２が含まれない場合がある。その場合、矩形領域Ｐ内におけるボス部２の占有面積が５０％以上の場合、測定対象とする。なお、本明細書においてボス部２とは、鉄道車輪１を鉄道車輪１の中心軸方向に、中心軸を含む面で切断したときの断面において、内周面２２から、鉄道車輪１の中心軸と平行な直線と交差する鉄道車輪１の外周上の２点間の直線距離がボス部２の厚さＴ２の半分になるまでの領域をいう。図５において、鉄道車輪１の中心軸と平行な直線と交差する、鉄道車輪１の外周上の２点をそれぞれ、交点Ａ、及び、交点Ｂとして示す。図５を参照して、ボス部２とは、鉄道車輪１を鉄道車輪１の中心軸方向に中心軸を含む面で切断したときの断面において、内周面２２から、交点Ａ－Ｂ間の直線距離がボス部２の厚さＴ２の半分になるまでの領域をいう。測定対象となった全ての矩形領域Ｐにおいて、矩形領域Ｐ内の平均Ｃ濃度が１．４０質量％以下であれば、ボス部２内のＣ濃度のばらつきが小さいと判断する。
　ＥＰＭＡは次の条件で測定する。
　加速電圧：１５．０ｋＶ
　照射電流：０．５０μＡ
　時間：５０ｍｓ
　ビーム径：２０μｍ
　矩形領域Ｐ：１５ｍｍ×１５ｍｍ
　１つの矩形領域Ｐ内の測定点数：５００×５００点
　測定間隔：縦方向及び横方向ともに３０．０μｍ
　１つの矩形領域Ｐ内で５００×５００点の測定を行い、全測定点におけるＣ濃度の算術平均値を１つの矩形領域Ｐ内の平均Ｃ濃度とする。
　［鉄道車輪のミクロ組織］
　本実施形態の鉄道車輪１のリム部４、板部３及びボス部２のミクロ組織は、パーライトが面積率で７５％以上であることが望ましく、実質的にパーライトからなるミクロ組織であってもよい。ここで「実質的にパーライトからなる」とは、ミクロ組織におけるパーライトの面積率が９５％以上であることをいう。しかしながら、化学組成及び熱処理条件によって、初析セメンタイト、初析フェライト、ベイナイト及びマルテンサイトからなる群から選択される１種以上が、面積率の合計で２５％以下混在することがある。したがって、本実施形態の鉄道車輪１のリム部４、板部３及びボス部２のミクロ組織は、初析セメンタイト、初析フェライト、ベイナイト及びマルテンサイトからなる群から選択される１種以上が面積率の合計で０～２５％、及び、残部はパーライトからなるミクロ組織であってもよい。
　パーライトの面積率は次の方法で求める。鉄道車輪１のリム部４の厚さ方向の中央位置、板部３の厚さ方向の中央位置、及びボス部２の厚さ方向の中央位置からそれぞれ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、観察面をナイタル液（硝酸とエタノールとの混合液）で腐食する。腐食後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。焼入れ層（マルテンサイト及び／又はベイナイト）、初析セメンタイト及び初析フェライトと、パーライトとは、コントラストが異なる。したがって、コントラストに基づいて、観察面中の焼入れ層、及びパーライトを特定する。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面の面積とに基づいて求める。
　以上のとおり、本実施形態の鉄道車輪１は、化学組成中の各元素含有量が本実施形態の範囲内であり、かつ、ボス部２を貫通孔２１の中心軸方向に、中心軸を含む面で切断したときのボス部２の断面において、中心軸と平行であり、貫通孔２１の内周面２２から径方向に１５ｍｍピッチで配列される複数の軸方向線分Ｌ１と、中心軸に垂直であり、ボス部２の貫通孔２１の開口が形成されている表面から中心軸方向に１５ｍｍピッチで配列される複数の径方向線分Ｌ２と、で区画される、１５ｍｍ×１５ｍｍの領域を矩形領域Ｐと定義したとき、ボス部２の断面での各矩形領域Ｐの平均Ｃ濃度が１．４０質量％以下である。そのため、ボス部２の靭性に優れる。
　［鉄道車輪の製造方法］
　上述の鉄道車輪１を製造する方法の一例を説明する。本製造方法は、素材製造工程と、成形工程と、熱処理工程と、切削加工工程とを含む。素材製造工程では、鉄道車輪用鋼材５を製造する。成形工程では、熱間加工により、鉄道車輪用鋼材５から車輪形状の中間品８を成形する。熱処理工程では、成形された中間品８に対して熱処理（踏面焼入れ）を実施する。切削加工工程では、熱処理後の中間品８の踏面４１等から焼入れ層を切削加工により除去して鉄道車輪１とする。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、鋳造して鋳造材（鋳片又はインゴット）にする。連続鋳造による鋳片を製造してもよいし、鋳型によって鋳込んでインゴットを製造してもよい。
　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５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５を製造する場合、たとえば、次の方法で鉄道車輪用鋼材５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５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、さらにサイズの小さい鉄道車輪用鋼材５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５が製造される。
　なお、鉄道車輪用鋼材５は、鋳造材（鋳片又はインゴット）であってもよい。鉄道車輪用鋼材５は、円柱状の鋳造材を軸方向に対して垂直に輪切りして得られたものであってもよい。つまり、上述の熱間加工は省略されてもよい。以上の工程により、鉄道車輪１の素材である鉄道車輪用鋼材５が製造される。鉄道車輪用鋼材５はたとえば、円柱状の素材である。
　［成形工程］
　成形工程では、準備された鉄道車輪用鋼材５を用いて、熱間加工により車輪形状の中間品８を成形する。中間品８は車輪形状を有するため、ボス部２と、板部３と、踏面４１及びフランジ部４２を含むリム部４とを備える。熱間加工はたとえば、熱間鍛造、熱間圧延（車輪圧延）等である。一例として、以下の成形工程であれば、ボス部２内のＣ濃度のばらつきを小さくできる。
　図４は、鉄道車輪１の製造工程を示す模式図である。図４を参照して、鉄道車輪用鋼材５を熱間鍛造することによって、円盤形状の中間品６が製造される。円盤形状の中間品６をさらに熱間鍛造することによって、車輪の外形を有する中間品７が製造される。必要に応じ、熱間鍛造後に熱間圧延（車輪圧延）を実施してもよい。そして、車輪の外形を有する中間品７の中心軸部分７１を打抜き加工により除去する。これにより、車輪の形状を有する中間品８が製造される。
　本発明者らは、鉄道車輪用鋼材５の体積に対する、車輪の外形を有する中間品７の中心軸部分７１（以下、中心軸部分７１という）の体積を調整することによって、ボス部２のＣ濃度のばらつきを抑制できることを知見した。この理由は定かではないが、たとえば以下の事項が考えられる。
　本明細書において、鉄道車輪用鋼材５の体積に対する、中心軸部分７１の体積を、打抜き部体積率という。打抜き部体積率は、次の式（ｉ）で定義される。
　（Ｄ７１２×Ｔ７１）／（Ｄ５２×Ｔ５）　（ｉ）
　式（ｉ）中、Ｄ７１には中心軸部分７１の直径（ｃｍ）が代入され、Ｔ７１には中心軸部分７１の厚さ（ｃｍ）が代入され、Ｄ５には鉄道車輪用鋼材５の直径（ｃｍ）が代入され、Ｔ５には鉄道車輪用鋼材５の厚さ（ｃｍ）が代入される。
　図６は、打抜き部体積率が適切な場合の、鉄道車輪１の製造工程を示す模式図である。図６を参照して、鉄道車輪用鋼材５の中心軸部分は、熱間加工によって押しつぶされ、鉄道車輪用鋼材５の径方向に延び広がる。打抜き部体積率が適切な場合、鉄道車輪用鋼材５の体積に対して、中心軸部分７１の体積が十分に大きい。この場合、熱間加工によって生じるボス部２の歪が少ない。
　図７は、打抜き部体積率が小さすぎる場合の、鉄道車輪１の製造工程を示す模式図である。図７を参照して、打抜き部体積率が小さすぎる場合、鉄道車輪用鋼材５の体積に対して、中心軸部分７１の体積が小さすぎる。この場合、打抜き部体積率が適切な場合と比較して、より強い圧下を受けるため、熱間加工によって生じるボス部２の歪が多い。歪が生じた領域では、Ｃ濃度に局所的なばらつきが生じるものと考えられる。
　本発明者らは、打抜き部体積率と、ボス部２のＣ濃度のばらつきについて検討を行った。具体的には、打抜き部体積率を変化させた鉄道車輪１を製造し、Ｃ濃度のばらつきの有無を調査した。その結果、後述する実施例に記載のとおり、打抜き部体積率が０．０７％以上であれば、ボス部２のＣ濃度のばらつきを、１．４０質量％以下まで抑制できることが分かった。つまり、打抜き部体積率を０．０７％以上にすることで、ボス部２の歪を抑制でき、Ｃ濃度のばらつきが抑制できる。
　以上のとおり、本開示の鉄道車輪１の製造方法では、熱間加工時の打抜き部体積率を０．０７％以上に調整する。これにより、ボス部２の歪を抑制し、ボス部２のＣ濃度のばらつきを抑制できる。これにより、鉄道車輪１の靭性が高まる。
　熱間加工時における鉄道車輪用鋼材５の好ましい加熱温度は１２２０℃以上である。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８に対して踏面焼入れを実施する。具体的には、成形工程（熱間鍛造又は熱間圧延）後の中間品８をＡｃｍ変態点以上に再加熱する（再加熱処理）。加熱後、中間品８の踏面４１及びフランジ部４２を急冷（踏面焼入れ）する。たとえば、冷却媒体を噴射して踏面４１及びフランジ部４２を急冷する。冷却媒体はたとえば、エアー、ミスト、スプレーであり、所望の組織に合った冷却速度が得られるものであれば特に限定されるものではない。なお、踏面焼入れ時において、板部３及びボス部２は水冷せずに放冷する。
　上記説明では中間品８を再加熱するが、熱間加工後の中間品８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８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８の踏面４１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１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１が製造される。本実施形態の鉄道車輪１は、化学組成中の各元素含有量が本実施形態の範囲内であり、かつ、ボス部２を貫通孔２１の中心軸方向に、中心軸を含む面で切断したときのボス部２の断面において、中心軸と平行であり、貫通孔２１の内周面２２から径方向に１５ｍｍピッチで配列される複数の軸方向線分Ｌ１と、中心軸に垂直であり、ボス部２の貫通孔２１の開口が形成されている表面から中心軸方向に１５ｍｍピッチで配列される複数の径方向線分Ｌ２と、で区画される、１５ｍｍ×１５ｍｍの領域を矩形領域Ｐと定義したとき、ボス部２の断面での各矩形領域Ｐの平均Ｃ濃度が１．４０質量％以下である。そのため、ボス部２の靭性に優れる。
　打ち抜き部体積率に対する、ボス部のＣ濃度のばらつきを調査した。具体的には、Ｃ：１．１５％、Ｓｉ：０．３０％、Ｍｎ：０．８０％、Ｐ：０．０１０％、Ｓ：０．０１０％、Ｎ：０．００４０％、Ａｌ：０．５００％、Ｃｒ：０．１０％、及び、残部がＦｅ及び不純物からなる溶鋼を製造した。鉄道車輪の製造工程の素材製造工程を模擬して、上記溶鋼を用いて造塊法によりインゴット（直径４６ｃｍ、厚さ５０ｃｍの円柱状鋼材）を製造した。インゴットを１２５０℃に加熱後、１回熱間鍛造して、直径８７ｃｍ、厚さ１４ｃｍの円盤状の中間品を製造した。さらにもう１回鍛造して、直径９７ｃｍ、リム部の厚さ（Ｔ４）１５ｃｍ、リム部の幅９ｃｍ、板部の厚さ（Ｔ３）５ｃｍ、板部の幅２６ｃｍ、ボス部の厚さ７ｃｍ、ボス部の幅（Ｔ２）２０ｃｍの鉄道車輪の外形を有する中間品を製造した。打抜き部体積率を０．２０％、又は、０．０５％として、鉄道車輪の外形を有する中間品を製造し、ボス部２のＣ濃度のばらつきの有無を調査した。
　打抜き部体積率を変化させた、鉄道車輪の外形を有する中間品に対して、踏面焼入れ、及び、焼入れ層の切削加工を実施し、鉄道車輪を製造した。得られた鉄道車輪を、貫通孔の中心軸方向に、中心軸を含む面で切断した。そして、ボス部の断面を機械研磨によって研磨し、平滑な観察面を得た。ボス部２の断面を、鉄道車輪の中心軸と平行であり、貫通孔の内周面から径方向に１５ｍｍピッチで配列される複数の軸方向線分と、鉄道車輪の中心軸に垂直であり、ボス部の貫通孔の開口が形成されている表面から中心軸方向に１５ｍｍピッチで配列される複数の径方向線分とで区画した。区画された１５ｍｍ×１５ｍｍの領域を矩形領域Ｐと定義した。各矩形領域Ｐ内の平均Ｃ濃度をＥＰＭＡによって測定した。ＥＰＭＡの測定条件は、上述の「ボス部のＣ濃度のばらつき」に記載のとおりであった。得られた平均Ｃ濃度のうち、最も高いＣ濃度を、表３の「最大Ｃ濃度（質量％）」の欄に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　［シャルピー衝撃試験］
　Ｃ濃度と靭性との関係を調査するため、シャルピー衝撃試験を行った。表４に示す化学組成の鋼材を作製した。Ｃ含有量は、表３の最大Ｃ濃度に合わせて調整した。鋼材の形状は、直径２０ｍｍ、長さ１２５ｍｍの丸棒とした。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　試験番号１及び２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、各鋼材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）とした。結果を表５に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
　［評価結果］
　表５を参照して、試験番号１では、熱間鍛造における打抜き部体積率が０．０７％以上であった。そのため、ボス部のＣ濃度のばらつきが抑制された。具体的には、ボス部を貫通孔の中心軸方向に、中心軸を含む面で切断したときのボス部の断面において、中心軸と平行であり、貫通孔の内周面から径方向に１５ｍｍピッチで配列される複数の軸方向線分と、中心軸に垂直であり、ボス部の貫通孔の開口が形成されている表面から中心軸方向に１５ｍｍピッチで配列される複数の径方向線分と、で区画される、１５ｍｍ×１５ｍｍの領域を矩形領域Ｐと定義したとき、ボス部の断面での各矩形領域Ｐの平均Ｃ濃度が１．４０質量％以下であった。さらに、Ｃ濃度が１．４０質量％以下の場合の、シャルピー衝撃値は、１２．０（Ｊ／ｃｍ２）以上であった。つまり、試験番号１の鉄道車輪は、ボス部内の各矩形領域Ｐ内の平均Ｃ濃度が１．４０質量％以下であったため、ボス部内の全域にわたってシャルピー衝撃値が１２．０（Ｊ／ｃｍ２）以上であった。したがって、試験番号１の条件で製造した鉄道車輪のボス部は、優れた靭性を有した。
　一方、試験番号２では、熱間鍛造における打抜き部体積率が０．０７％未満であった。そのため、ボス部のＣ濃度のばらつきが抑制できなかった。具体的には、ボス部を貫通孔の中心軸方向に、中心軸を含む面で切断したときのボス部の断面において、中心軸と平行であり、貫通孔の内周面から径方向に１５ｍｍピッチで配列される複数の軸方向線分と、中心軸に垂直であり、ボス部の貫通孔の開口が形成されている表面から中心軸方向に１５ｍｍピッチで配列される複数の径方向線分と、で区画される、１５ｍｍ×１５ｍｍの領域を矩形領域Ｐと定義したとき、ボス部の断面での矩形領域Ｐのうち、平均Ｃ濃度が１．４０質量％を超える矩形領域Ｐが含まれた。さらに、Ｃ濃度が１．４０質量％を超える場合の、シャルピー衝撃値は、１２．０（Ｊ／ｃｍ２）未満であった。つまり、平均Ｃ濃度が１．４０質量％を超えた矩形領域Ｐでは、シャルピー衝撃値が、１２．０（Ｊ／ｃｍ２）未満になった。したがって、試験番号２の条件で製造した鉄道車輪のボス部は、優れた靭性を有さなかった。
　以上、本開示の実施の形態を説明した。しかしながら、上述した実施の形態は本開示を実施するための例示に過ぎない。したがって、本開示は上述した実施の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の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
　２１　貫通孔
　２２　内周面
　２３　フランジ側表面
　２４　踏面側表面
　４１　踏面
　４２　フランジ部
　Ｌ１　軸方向線分
　Ｌ２　径方向線分
 

Claims (2)

  1. 　鉄道車輪であって、
    　リム部と、
    　貫通孔を有するボス部と、
    　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％超～１．３５％、
    　Ｓｉ：１．００％以下、
    　Ｍｎ：０．１０～１．５０％、
    　Ｐ：０～０．０５０％、
    　Ｓ：０～０．０３０％、
    　Ｎ：０．０２００％以下、
    　Ａｌ：０～１．５００％、
    　Ｃｕ：０～０．５０％、
    　Ｎｉ：０～０．５０％、
    　Ｃｒ：０～０．５０％、
    　Ｖ：０～０．１２％、
    　Ｔｉ：０～０．０１０％、
    　Ｍｏ：０～０．２０％、
    　Ｎｂ：０～０．０５０％、及び、
    　残部がＦｅ及び不純物からなり、
    　前記ボス部を前記貫通孔の中心軸方向に、前記中心軸を含む面で切断したときの前記ボス部の断面において、
    　前記中心軸と平行であり、前記貫通孔の内周面から前記鉄道車輪の径方向に１５ｍｍピッチで配列される複数の軸方向線分と、前記中心軸に垂直であり、前記ボス部の前記貫通孔の開口が形成されている表面から前記中心軸方向に１５ｍｍピッチで配列される複数の径方向線分と、で区画される、１５ｍｍ×１５ｍｍの領域を矩形領域と定義したとき、
    　前記ボス部の前記断面での各矩形領域の平均Ｃ濃度が１．４０質量％以下である、
    　鉄道車輪。
  2. 　請求項１に記載の鉄道車輪であって、
    　前記化学組成は、
    　Ｐ：０．００１～０．０５０％、
    　Ｓ：０．００１～０．０３０％、
    　Ａｌ：０．００１～１．５００％、
    　Ｃｕ：０．０１～０．５０％、
    　Ｎｉ：０．０１～０．５０％、
    　Ｃｒ：０．０１～０．５０％、
    　Ｖ：０．０１～０．１２％、
    　Ｔｉ：０．００１～０．０１０％、
    　Ｍｏ：０．０１～０．２０％、及び、
    　Ｎｂ：０．０１０～０．０５０％、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。
PCT/JP2022/025613 2021-10-14 2022-06-27 鉄道車輪 WO2023062886A1 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
AU2022367982A AU2022367982A1 (en) 2021-10-14 2022-06-27 Railroad wheel

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021169148 2021-10-14
JP2021-169148 2021-10-14

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023062886A1 true WO2023062886A1 (ja) 2023-04-20

Family

ID=85988276

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2022/025613 WO2023062886A1 (ja) 2021-10-14 2022-06-27 鉄道車輪

Country Status (2)

Country Link
AU (1) AU2022367982A1 (ja)
WO (1) WO2023062886A1 (ja)

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004315928A (ja) 2003-04-18 2004-11-11 Nippon Steel Corp 耐摩耗性および耐熱き裂性に優れた高炭素鉄道車両用車輪
JP2012107295A (ja) * 2010-11-18 2012-06-07 Sumitomo Metal Ind Ltd 車輪用鋼
WO2017104719A1 (ja) * 2015-12-15 2017-06-22 Ｊｆｅスチール株式会社 レール鋼および車輪鋼の選択方法
WO2018181861A1 (ja) * 2017-03-31 2018-10-04 新日鐵住金株式会社 鉄道車輪
WO2018181862A1 (ja) * 2017-03-31 2018-10-04 新日鐵住金株式会社 鉄道車輪の製造方法及び鉄道車輪
WO2020067506A1 (ja) 2018-09-28 2020-04-02 日本製鉄株式会社 鉄道車輪
WO2020067520A1 (ja) 2018-09-28 2020-04-02 日本製鉄株式会社 鉄道車輪
JP2021063258A (ja) * 2019-10-11 2021-04-22 日本製鉄株式会社 鉄道車輪
WO2021193808A1 (ja) * 2020-03-26 2021-09-30 日本製鉄株式会社 鉄道車輪

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004315928A (ja) 2003-04-18 2004-11-11 Nippon Steel Corp 耐摩耗性および耐熱き裂性に優れた高炭素鉄道車両用車輪
JP2012107295A (ja) * 2010-11-18 2012-06-07 Sumitomo Metal Ind Ltd 車輪用鋼
WO2017104719A1 (ja) * 2015-12-15 2017-06-22 Ｊｆｅスチール株式会社 レール鋼および車輪鋼の選択方法
WO2018181861A1 (ja) * 2017-03-31 2018-10-04 新日鐵住金株式会社 鉄道車輪
WO2018181862A1 (ja) * 2017-03-31 2018-10-04 新日鐵住金株式会社 鉄道車輪の製造方法及び鉄道車輪
WO2020067506A1 (ja) 2018-09-28 2020-04-02 日本製鉄株式会社 鉄道車輪
WO2020067520A1 (ja) 2018-09-28 2020-04-02 日本製鉄株式会社 鉄道車輪
JP2021063258A (ja) * 2019-10-11 2021-04-22 日本製鉄株式会社 鉄道車輪
WO2021193808A1 (ja) * 2020-03-26 2021-09-30 日本製鉄株式会社 鉄道車輪

Also Published As

Publication number Publication date
AU2022367982A1 (en) 2024-04-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6443606B1 (ja) 鉄道車輪
AU2018246551B9 (en) Method for producing railway wheel and railway wheel
CN112301205B (zh) 一种高屈强比珠光体钢轨及其制备方法
CN106521315A (zh) 一种高强度高韧性重载列车车轮用钢及其热处理方法
US11890894B2 (en) Railway wheel
CN108699654B (zh) 铁道用车轮
CN106435367A (zh) 一种贝氏体钢轨及其制备方法
JP7332886B2 (ja) 鉄道車輪
JP6737427B1 (ja) 鉄道車輪
WO2023062886A1 (ja) 鉄道車輪
WO2021193808A1 (ja) 鉄道車輪
WO2022220237A1 (ja) 鉄道車輪
CN116005067A (zh) 一种抗热损伤机车车轮及其生产方法和应用

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 22880591

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2022367982

Country of ref document: AU

Ref document number: AU2022367982

Country of ref document: AU

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2023554258

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2022367982

Country of ref document: AU

Date of ref document: 20220627

Kind code of ref document: A