JP3260199B2 - High-strength rail with excellent wear resistance and toughness - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、海外鉱山鉄道のような
重荷重条件下および寒冷条件下で要求されるレール頭部
での耐摩耗性やレール頭部、底部での耐破壊靭性を具備
した耐摩耗性および靭性に優れた高強度レールに関する
ものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention provides wear resistance at a rail head required under heavy load conditions and cold conditions such as overseas mining railways, and fracture toughness at a rail head and bottom. The present invention relates to a high-strength rail having excellent wear resistance and toughness.

【０００２】[0002]

【従来の技術】鉄道輸送の効率化の手段として、海外鉱
山鉄道などにおいて積載重量の増加や列車ダイヤの高密
度化が図られるようになり、このような海外の重荷重鉄
道用レールには、レール頭部での、より一層の耐摩耗性
の向上が認められるようになってきた。2. Description of the Related Art As means for improving the efficiency of rail transportation, the loading capacity and the density of train schedules have been increased in overseas mining railways and the like. A further improvement in wear resistance at the rail head has been recognized.

【０００３】この対策として従来から下記に示す方法が
採られてきた。Ｃｒ，Ｍｏなどの合金元素を多量に添
加した圧延ままの合金鋼レール（特開昭５０−１４０３
１６号公報参照）。合金を添加せずに、レール頭部あ
るいは全体を加速冷却することによって製造される熱処
理レール（特公昭５５−２３８８５号公報参照）。比
較的低い量の合金を添加して、耐摩耗性ばかりでなく、
溶接部の硬度低下を改善した低合金熱処理レール（特公
昭５９−１９１７３号公報参照）。As a countermeasure against this, the following method has conventionally been adopted. An as-rolled alloy steel rail containing a large amount of alloying elements such as Cr and Mo (Japanese Patent Application Laid-Open No. 50-1403)
No. 16). Without the addition of alloy, the heat treatment rails produced by accelerated cooling the rail head or whole (see Japanese Patent Laid-Duke Akira 55-23885). Add a relatively low amount of alloy, not only wear resistance,
A low-alloy heat-treated rail with improved hardness reduction at the weld (see Japanese Patent Publication No. 59-19173).

【０００４】近年、天然資源の枯渇化から、海外鉱山鉄
道などにおいて、自然環境が苛酷な地域までレールが敷
設されるようになってきた。このような鉄道輸送環境の
変化にともない、特に、海外の寒冷地の重荷重鉄道用レ
ールには、レール頭部での耐摩耗性に加えて、頭部内部
に発生した疲労き裂から２次的に発生する脆性き裂に対
するき裂伝播抵抗性が求められるようになってきた。ま
た、従来からレール底部についても、足裏部に発生した
疲労き裂から２次的に発生する脆性き裂に対するき裂伝
播抵抗性のより一層の向上が必要になってきた。[0004] In recent years, due to the depletion of natural resources, rails have been laid to areas where the natural environment is harsh in overseas mining railways and the like. In response to such changes in the railway transportation environment, in particular, heavy-duty railway rails in cold regions abroad have not only abrasion resistance at the rail heads but also secondary cracks from fatigue cracks generated inside the heads. Crack propagation resistance to brittle cracks that occur gradually has been required. In addition, it has been necessary to further improve the crack propagation resistance against brittle cracks secondary from fatigue cracks generated in the soles of the rails.

【０００５】この対策としては下記に示す方法がある。 レール頭部から発生し底部へ伝播する不安定破壊や底
部を水平方向に伝播する不安定破壊に対するき裂伝播停
止特性に優れた耐摩耗性高強度熱処理レール（特公平４
−７４４２４号公報参照）。 このようなレールの特徴は、レール頭部に耐摩耗性に優
れた高強度微細パーライト鋼、レール底部にパーライト
鋼よりも破壊靭性に優れた焼戻しマルテンサイト鋼およ
び焼戻しベイナイト鋼などを配置したものであり、レー
ル頭部から発生し、底部へ伝播する脆性き裂に対しては
レール底部のみの破壊靭性を高めることによりレール全
体の破壊靭性を向上させようとするものであった。As a countermeasure for this, there is the following method. Abrasion-resistant high-strength heat-treated rail with excellent crack propagation arresting characteristics against unstable fracture generated from the rail head and propagated to the bottom and unstable fracture propagated horizontally at the bottom (Tokuhei 4
-74424). The characteristics of such rails are that high strength fine pearlite steel with excellent wear resistance is placed on the rail head, and tempered martensite steel and tempered bainite steel with better fracture toughness than pearlite steel are arranged at the bottom of the rail. In the case of a brittle crack generated from the rail head and propagated to the bottom, the fracture toughness of only the rail bottom is increased to improve the fracture toughness of the entire rail.

【０００６】このように、レール頭部で必要とされる耐
摩耗性を確保しながら、同時に頭部での破壊靭性の向上
を図り、さらに、底部での破壊靭性の抜本的な向上を狙
ったレールの開発は行われていなかった。As described above, while maintaining the required wear resistance at the rail head, the fracture toughness at the head is simultaneously improved, and the fracture toughness at the bottom is drastically improved. Rail development had not taken place.

【０００７】[0007]

【発明が解決しようとする課題】一般に、鋼の靭性を向
上させる手段として金属組織の微細化が有効であると言
われている。この金属組織の細粒化は、オーステナイト
粒の細粒化や粒内変態などの方法によって可能であり、
このオーステナイト粒の細粒化には、低温加熱による圧
延や制御冷却・制御圧延あるいは圧延後の低温加熱熱処
理が利用されている。しかし、レールではその圧延成型
性確保の観点から低温での圧延が困難であり、また、レ
ールの断面形状の複雑さから、制御冷却・制御圧延も困
難であった。現状ではパーライト組織を呈する従来レー
ル鋼の靭性を向上させる手段としては、低温加熱熱処理
によって靭性を向上させる方法がある。しかし、この低
温加熱処理はレール頭部の耐摩耗性の低下をもたらし、
また、レールの再加熱を必要とするためにレール製造コ
ストが高くなり、さらに、再加熱のためにレール製造に
おける生産性が大きく低下するなど問題点があった。Generally, it is said that the refinement of the metal structure is effective as a means for improving the toughness of steel. This refinement of the metal structure is possible by methods such as austenite grain refinement and intragranular transformation,
Rolling by low-temperature heating, controlled cooling / controlled rolling, or low-temperature heat treatment after rolling is used to reduce the austenite grain size. However, rolling at a low temperature is difficult for a rail from the viewpoint of ensuring the roll formability, and controlled cooling and controlled rolling are also difficult due to the complexity of the cross-sectional shape of the rail. At present, as a means for improving the toughness of conventional rail steel exhibiting a pearlite structure, there is a method of improving the toughness by low-temperature heat treatment. However, this low-temperature heat treatment causes a decrease in the wear resistance of the rail head,
In addition, there is a problem that the rail manufacturing cost is increased due to the necessity of reheating the rail, and the productivity in the rail manufacturing is greatly reduced due to the reheating.

【０００８】一方、金属組織の選択によって鋼の靭性を
向上させる方法として、パーライト組織を呈する鋼に比
べて靭性が高い材料として、安価なフェライト・パー
ライト組織を呈する低炭素鋼、ベイナイト組織を呈す
る低炭素鋼を用いることも可能である。しかし、低炭素
のフェライト・パーライト鋼およびベイナイト鋼では、
パーライト鋼と比較して靭性を大きく向上させることが
できる反面、レールの基本的な特性の一つである頭部で
の耐摩耗性を十分に確保することが非常に難しい。ま
た、レール頭部での耐摩耗性の確保と靭性向上が可能な
材料として高炭素のベイナイト鋼を用いることも可能で
ある。しかし、レール頭部で要求される耐摩耗性の確保
および靭性の向上は可能であるが、列車走行時に大きな
曲げ引張り力を受けるレール底部で要求される破壊靭性
に対しては不十分であった。On the other hand, as a method of improving the toughness of steel by selecting a metal structure, a low carbon steel exhibiting an inexpensive ferrite-pearlite structure and a low carbon steel exhibiting a bainite structure are used as materials having higher toughness than steel exhibiting a pearlite structure. It is also possible to use carbon steel. However, in low carbon ferritic pearlite and bainite steels,
Although the toughness can be greatly improved as compared with pearlite steel, it is very difficult to sufficiently secure the wear resistance at the head, which is one of the basic characteristics of the rail. It is also possible to use high-carbon bainite steel as a material capable of ensuring wear resistance and improving toughness at the rail head. However, it is possible to secure the wear resistance required for the rail head and to improve the toughness, but it is insufficient for the fracture toughness required at the bottom of the rail, which receives a large bending tensile force when running the train .

【０００９】本発明はこれらの問題を解決するものであ
って、レール頭表面部分を高炭素のベイナイト組織を呈
した材料と、それ以外の部位を低炭素のベイナイト組織
を呈する材料との二層構造とすることでレール頭部での
耐摩耗性と、レール頭部、底部での破壊靭性の向上を同
時に達成できる耐摩耗性および靭性に優れた高強度レー
ルを提供することを目的とするものである。The present invention has been made to solve these problems, and has two layers of a material having a high carbon bainite structure at the rail head surface portion and a material having a low carbon bainite structure at other portions. The purpose of the present invention is to provide a high-strength rail with excellent wear resistance and toughness capable of simultaneously achieving wear resistance at the rail head and improving fracture toughness at the rail head and bottom by adopting a structure. It is.

【００１０】[0010]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
になされたもので、本発明は以下の構成を要旨とする。
すなわち、レール軸断面においてレールの頭表面部およ
び頭側表面部はレール外郭表面部より５mm〜４０mmの深
さまでの層を質量％で、 Ｃ ：０．３０〜０．５０％ Ｓｉ：０．１５〜１．２０％ Ｍｎ：０．３０〜２．００％ Ｃｒ：１．００〜４．００％ Ｍｏ：０．１０〜０．６０％を含有し、さらに必要に応じて、 Ｎｉ：０．０５〜４．００％ Ｎｂ：０．０１〜０．０５％ Ｖ ：０．０５〜０．３０％ Ｔｉ：０．０１〜０．０５％ Ｃｕ：０．０５〜０．５０％の１種、または２種以上を含有し、 残部が鉄および不可避的不純物からなり、かつその金属
組織がベイナイト組織を呈し、その他の部分は質量％
で、 Ｃ ：０．１０〜０．３０％未満 Ｓｉ：０．１５〜１．２０％ Ｍｎ：０．３０〜２．００％ Ｃｒ：１．００〜４．００％ Ｍｏ：０．１０〜０．６０％を含有し、さらに必要に応じて、 Ｎｉ：０．０５〜４．００％ Ｎｂ：０．０１〜０．０５％ Ｖ ：０．０５〜０．３０％ Ｔｉ：０．０１〜０．０５％ Ｃｕ：０．０５〜０．５０％の１種、または２種以上を含有し、 残部が鉄および不可避的不純物からなり、かつその金属
組織がベイナイト組織を呈する二層構造からなることを
特徴とする耐摩耗性および靭性に優れた高強度レールで
ある。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to achieve the above-mentioned object, and the gist of the present invention is as follows.
That is, in the cross section of the rail shaft, the head surface and the head side surface of the rail have a layer from the rail outer surface to a depth of 5 mm to 40 mm in mass %, C: 0.30 to 0.50% Si: 0.15 Mn: 0.30 to 2.00% Cr: 1.00 to 4.00% Mo: 0.10 to 0.60%, and if necessary, Ni: 0.05 ４4.00% Nb: 0.01 to 0.05% V: 0.05 to 0.30% Ti: 0.01 to 0.05% Cu: 0.05 to 0.50%, or It contains two or more kinds, the balance consists of iron and unavoidable impurities, and its metal structure shows bainite structure, and the other parts are mass %.
C: 0.10 to less than 0.30% Si: 0.15 to 1.20% Mn: 0.30 to 2.00% Cr: 1.00 to 4.00% Mo: 0.10 to 0 Ni: 0.05 to 4.00% Nb: 0.01 to 0.05% V: 0.05 to 0.30% Ti: 0.01 to 0% 0.05% Cu: One or two or more of 0.05 to 0.50%, the balance being iron and unavoidable impurities, and the metal structure having a two-layer structure exhibiting a bainite structure. It is a high-strength rail with excellent wear resistance and toughness.

【００１１】以下に本発明について図面を用いながら説
明する。図１，図２は、本発明の一実施例をレール軸断
面で示したものである。図において１の部分は、Ｃ：
０．３０〜０．５０％、Ｓｉ：０．１５〜１．２０％、
Ｍｎ：０．３０〜２．００％、Ｃｒ：１．００〜４．０
０％、Ｍｏ：０．１０〜０．６０％を含有し、さらに必
要に応じて、Ｎｉ：０．０５〜４．００％、Ｎｂ：０．
０１〜０．０５％、Ｖ：０．０５〜０．３０％、Ｔｉ：
０．０１〜０．０５％、Ｃｕ：０．０５〜０．５０％の
１種、または２種以上を含有し、残部が鉄および不可避
的不純物からなり、その金属組織が炭素量：０．３０〜
０．５０％のベイナイト組織を呈した材料である。The present invention will be described below with reference to the drawings. 1 and 2 show an embodiment of the present invention in a rail shaft section. In the figure, part 1 is C:
0.30 to 0.50%, Si: 0.15 to 1.20%,
Mn: 0.30-2.00%, Cr: 1.00-4.0
0%, Mo: 0.10 to 0.60%, and if necessary, Ni: 0.05 to 4.00%, Nb: 0.
01-0.05%, V: 0.05-0.30%, Ti:
One or two or more of 0.01 to 0.05% and Cu: 0.05 to 0.50% are contained, and the balance is composed of iron and inevitable impurities. 30 ~
It is a material exhibiting a 0.50% bainite structure.

【００１２】図１に示すように、炭素量：０．３０〜
０．５０％のベイナイト組織を呈した材料１は、レール
頭表部ａに配置させるか、あるいは図２に示すように、
レール頭表部ａおよびレール頭側部ｂからレール底部ｃ
の表面全体を覆うようにするなど種々の形態をとり得
る。すなわち、炭素量：０．３０〜０．５０％のベイナ
イト組織を呈した材料１は、レール軸断面において、少
なくとも車輪がレールに接触するレール頭表部ａおよび
レール頭側部ｂに存在し、その被覆厚さがレールの頭表
面部およびその頭側表面部から５mm〜４０mmまでの深さ
とする。As shown in FIG. 1, the carbon content: 0.30
Material 1 exhibiting a 0.50% bainite structure was placed on the rail head surface a, or as shown in FIG.
Rail head surface a and rail head side b to rail bottom c
It can take various forms such as covering the entire surface of the device. That is, the material 1 exhibiting a bainite structure with a carbon content of 0.30 to 0.50% is present at least in the rail head surface part a and the rail head side part b where the wheel contacts the rail in the rail shaft cross section, The coating thickness is 5 mm to 40 mm deep from the head surface of the rail and its head side surface.

【００１３】本発明において、炭素量：０．３０〜０．
５０％のベイナイト組織を呈した材料１の被覆厚さをレ
ール頭表面部およびレール頭側表面部から５mm以上に限
定した理由は、被覆厚さ５mm未満では、摩耗の進行によ
りレール使用中に内部の炭素量：０．１０〜０．３０％
未満のベイナイト組織がレール頭表面部分に露出し、摩
耗によるレールの使用寿命を著しく低下させるために５
mm以上に限定した。また、被覆厚さを４０mm以下に限定
した理由は、レールの摩耗による最大使用限界が頭表面
部および頭側表面部のレール外郭表面部より４０mm程度
であり、被覆厚さが４０mm以上存在しても、これ以上摩
耗したレールは、列車の安全な走行を確保する点からレ
ールとしての機能を果たさないために４０mm以下に限定
した。[0013] In the present invention, the carbon content: 0.30-0.
The reason why the coating thickness of the material 1 having a bainite structure of 50% was limited to 5 mm or more from the surface of the rail head and the surface of the rail head side is that if the coating thickness is less than 5 mm, the inside of the rail is used during the use of the rail due to progress of wear. Carbon content: 0.10 to 0.30%
Less bainite structure is exposed on the surface of the rail head and significantly reduces the service life of the rail due to wear.
mm or more. The reason why the coating thickness is limited to 40 mm or less is that the maximum use limit due to the wear of the rail is about 40 mm from the rail outer surface of the head surface and the head side surface, and the coating thickness is 40 mm or more. However, the worn rails were limited to 40 mm or less in order not to function as rails in order to ensure the safe running of the train.

【００１４】次に、本発明において上記した部分を炭素
量：０．３０〜０．５０％のベイナイト組織を呈した材
料に限定した理由は、炭素量：０．３０〜０．５０％の
ベイナイト鋼はパーライト鋼、低炭素のフェライト・パ
ーライト鋼およびベイナイト鋼と比較してレール頭部で
要求される耐摩耗性の確保と靭性の向上を同時に図るこ
とができるからである。Next, the reason for limiting the above-mentioned portion to a material exhibiting a bainite structure having a carbon content of 0.30 to 0.50% in the present invention is that bainite having a carbon content of 0.30 to 0.50%. This is because the steel can simultaneously attain the required abrasion resistance and improve the toughness required for the rail head as compared with pearlite steel, low-carbon ferritic pearlite steel and bainite steel.

【００１５】また、この部位における各成分を限定した
理由は以下の通りである。Ｃは一定の強度を確保するた
めの必須元素であり、０．３０％未満では、レール頭部
での耐摩耗性を確保することが難しくなり、０．５０％
を超えると破壊靭性の低いパーライト組織が多く生成し
てしまうため、０．３０〜０．５０％に限定した。The reasons for limiting each component at this site are as follows. C is an essential element for securing a certain strength, and if it is less than 0.30%, it becomes difficult to secure wear resistance at the rail head, and 0.50%
If it exceeds 300, a large number of pearlite structures having low fracture toughness are generated, so the content is limited to 0.30 to 0.50%.

【００１６】Ｓｉはフェライト組織に固溶することによ
って強度を向上させる元素であるが脱酸元素としても
０．１５％以上の添加が必要であり、また、１．２０％
を超えるとレール製造時の表面きずの問題やレール溶接
時の接合不良をもたらすばかりか、材質脆化も引き起こ
すため０．１５〜１．２０％に限定した。Si is an element which improves the strength by forming a solid solution in the ferrite structure, but also needs to be added as a deoxidizing element in an amount of 0.15% or more.
Exceeding 0.1 causes not only the problem of surface flaws during rail production and poor joining at the time of rail welding, but also causes material embrittlement, so it was limited to 0.15 to 1.20%.

【００１７】ＭｎはＣ同様に鋼の焼入れ性を高めフェラ
イト粒を細かくし、強度と靭性を同時に向上させる効果
を持つが、０．３０％未満ではその効果が少なく、ま
た、２．００％を超えると破壊靭性の低いパーライト組
織が多く生成してしまい靭性を低下させるため、０．３
０〜２．００％に限定した。Mn has the effect of increasing the hardenability of the steel, making the ferrite grains finer, and simultaneously improving the strength and toughness, as in the case of C. If it is less than 0.30%, the effect is small, and 2.00% is reduced. If it exceeds, a large amount of pearlite structure with low fracture toughness is generated and the toughness is reduced.
It was limited to 0 to 2.00%.

【００１８】Ｃｒはベイナイト組織中のセメンタイトを
微細に分散させ強度を確保するために重要な元素である
が、１．００％未満ではベイナイト組織中のセメンタイ
トの分散が粗くなり、靭性が大きく低下し、また、４．
００％以上では炭化物の粗大化が生じ、靭性に悪影響を
およぼすため、１．００〜４．００％に限定した。Cr is an important element for finely dispersing the cementite in the bainite structure to secure the strength, but if it is less than 1.00%, the dispersion of the cementite in the bainite structure becomes coarse and the toughness is greatly reduced. And 4.
If it is not less than 00%, carbides are coarsened, which has an adverse effect on toughness. Therefore, the content is limited to 1.00 to 4.00%.

【００１９】Ｍｏはベイナイト組織の安定化に欠くこと
ができない元素であるが、０．１０％未満ではその効果
が十分でなく、０．６０％以上ではベイナイト組織中に
硬くて脆いマルテンサイト組織が生成してしまうため、
０．１０〜０．６０％に限定した。なお、Ｃｒ，Ｍｏは
共にベイナイト組織を安定に生成させ、強度を向上させ
る元素であるが、Ｍｏはレール溶接施工などにおけるベ
イナイト組織焼き戻し脆化防止元素として必須であるた
め、ＣｒとＭｏを相互に添加する方法を用いた。Mo is an element that is indispensable for stabilizing the bainite structure, but if its content is less than 0.10%, its effect is not sufficient, and if it is more than 0.60%, a hard and brittle martensite structure is formed in the bainite structure. To generate
It was limited to 0.10 to 0.60%. Note that Cr and Mo are both elements that stably generate a bainite structure and improve strength. However, since Mo is essential as a bainite structure tempering embrittlement preventing element in rail welding and the like, Cr and Mo are mutually bonded. Was used.

【００２０】また、上記の成分組成で製造されるレール
は靭性、延性、さらには強度を向上させる目的で以下の
元素を必要に応じて１種または２種以上を添加する。 Ｎｉ：０．０５〜４．００％ Ｎｂ：０．０１〜
０．０５％ Ｖ ：０．０５〜０．３０％ Ｔｉ：０．０１〜
０．０５％ Ｃｕ：０．０５〜０．５０％ これらの化学成分を上記のように定めた理由は以下の通
りである。Further, one or more of the following elements may be added to a rail manufactured with the above-mentioned component composition as required for the purpose of improving toughness, ductility, and strength. Ni: 0.05 to 4.00% Nb: 0.01 to
0.05% V: 0.05 to 0.30% Ti: 0.01 to
0.05% Cu: 0.05 to 0.50% The reasons for defining these chemical components as described above are as follows.

【００２１】Ｎｉはオーステナイト粒安定化元素であ
り、ベイナイト変態温度を下げ、ベイナイト組織を微細
化させ、靭性を向上させる元素であるが、０．０５％未
満ではその効果が著しく小さく、また、４．００％を超
える添加を行ってもその効果の向上が十分に期待できな
いために０．０５〜４．００％の範囲に限定した。Ni is an austenite grain stabilizing element that lowers the bainite transformation temperature, refines the bainite structure, and improves toughness. If it is less than 0.05%, its effect is extremely small. Even if the addition exceeds 0.000%, the effect cannot be expected to be sufficiently improved, so that the content is limited to the range of 0.05 to 4.00%.

【００２２】Ｎｂはオーステナイト結晶粒微細化元素で
あり、レール鋼の靭性および延性を向上させることがで
きるが、０．０１％以下ではその効果が十分でなく、
０．０５％以上ではＮｂの金属間化合物が生成し脆化を
引き起こすため、０．０１〜０．０５％に限定した。Nb is an element for refining austenite crystal grains and can improve the toughness and ductility of rail steel. However, the effect is not sufficient at 0.01% or less.
If the content is 0.05% or more, an intermetallic compound of Nb is formed to cause embrittlement, so the content is limited to 0.01 to 0.05%.

【００２３】ＶはＮｉとほぼ同等の効果を示し、Ｖ
（Ｃ，Ｎ）の析出によりベイナイト組織を強化すること
ができるが、０．０５％以下ではその効果が十分でな
く、０．３０％以上ではＶの添加はＶ（Ｃ，Ｎ）の粗大
化によってかえって脆化を生じさせるため、０．０５〜
０．３０％に限定した。V has almost the same effect as Ni.
The bainite structure can be strengthened by the precipitation of (C, N), but its effect is not sufficient at 0.05% or less, and at 0.30% or more, the addition of V causes the coarsening of V (C, N). To cause embrittlement instead,
Limited to 0.30%.

【００２４】Ｔｉは析出したＴｉ（Ｃ，Ｎ）が高温でも
溶解しないことを利用して、レールの圧延加熱時のオー
ステナイト結晶粒の細粒化に寄与する。しかし、０．０
１％以下ではその効果が小さく、０．０５％以上ではＴ
ｉＮの粗大化が生じ、レール内部の疲労損傷の核となり
有害であり、０．０１〜０．０５％に限定した。Titanium contributes to refinement of austenite crystal grains during rolling and heating of rails, utilizing the fact that precipitated Ti (C, N) does not dissolve even at high temperatures. However, 0.0
At 1% or less, the effect is small, and at 0.05% or more, T
iN is coarsened, becomes a nucleus for fatigue damage inside the rail, and is harmful, and is limited to 0.01 to 0.05%.

【００２５】Ｃｕは鋼の靭性を損なわず強度を向上させ
る元素である。その効果は０．０５〜０．５０％の範囲
で最も大きく、また、０．５０％を超える添加は強度の
向上が過大となり靭性の低下を招くことから０．０５〜
０．５０％の範囲に限定した。Cu is an element that improves the strength without impairing the toughness of steel. The effect is greatest in the range of 0.05 to 0.50%, and the addition of more than 0.50% results in excessive improvement in strength and reduction in toughness.
The range was limited to 0.50%.

【００２６】図における他の部分２は、Ｃ：０．１０〜
０．３０％未満、Ｓｉ：０．１５〜１．２０％、Ｍｎ：
０．３０〜２．００％、Ｃｒ：１．００〜４．００％、
Ｍｏ：０．１０〜０．６０％を含有し、必要に応じて、
Ｎｉ，Ｎｂ，Ｖ，Ｔｉ，Ｃｕの１種または２種以上を含
有して、残部が鉄および不可避的不純物からなり、その
金属組織が炭素量：０．１０〜０．３０％未満のベイナ
イト組織を呈した材料で、高炭素のベイナイト組織を呈
した材料１で覆われたレール頭表部ａおよびレール頭側
部ｂからレール底部ｃの表面以外の部位に配置される。The other part 2 in FIG.
Less than 0.30%, Si: 0.15 to 1.20%, Mn:
0.30 to 2.00%, Cr: 1.00 to 4.00%,
Mo: 0.10 to 0.60%, and if necessary,
Bainite structure containing one or more of Ni, Nb, V, Ti, and Cu, with the balance being iron and unavoidable impurities, the metal structure of which is carbon content: less than 0.10 to 0.30% And is disposed at a portion other than the surface of the rail bottom surface c from the rail head surface portion a and the rail head side portion b covered with the material 1 exhibiting a high carbon bainite structure.

【００２７】本発明において炭素量：０．１０〜０．３
０％未満のベイナイト組織を呈した材料２をレール頭表
面部および頭側表面部以外の部分に配置した理由は、列
車走行時に大きな曲げ引張り力を受けるレール底部は頭
表面部および頭側表面部と比較して抜本的に破壊靭性を
向上させる必要があるため、レール底部に破壊靭性が非
常に優れている炭素量：０．１０〜０．３０％未満のベ
イナイト組織を呈した材料を配置した。In the present invention, carbon content: 0.10 to 0.3
The reason why the material 2 exhibiting a bainite structure of less than 0% was arranged on a portion other than the rail head surface portion and the head side surface portion is that the rail bottom portion which receives a large bending and tensile force during running of the train has a head surface portion and a head side surface portion. Since it is necessary to improve the fracture toughness drastically as compared with the above, a material exhibiting a bainite structure with a carbon content of 0.10 to less than 0.30%, which is very excellent in fracture toughness, is disposed at the bottom of the rail. .

【００２８】次に、本発明において炭素量：０．１０〜
０．３０％未満のベイナイト組織を呈した材料に限定し
た理由は、炭素量：０．１０〜０．３０％未満のベイナ
イト鋼は高炭素のベイナイト鋼およびパーライト鋼と比
較して靭性が高く、また、低炭素のフェライト・パーラ
イト鋼と比較して高炭素のベイナイト鋼との接合性も良
好であることから炭素量：０．１０〜０．３０％未満の
ベイナイト組織を呈する材料を選んだ。Next, in the present invention, the carbon content: 0.10 to 0.10
The reason for limiting to materials exhibiting a bainite structure of less than 0.30% is that a bainite steel having a carbon content of less than 0.10 to 0.30% has a higher toughness as compared with a high carbon bainite steel and a pearlite steel. Further, a material exhibiting a bainite structure with a carbon content of less than 0.10 to 0.30% was selected because the bondability with a high-carbon bainite steel is better than that of a low-carbon ferrite-pearlite steel.

【００２９】また、この部位における各成分を限定した
理由は以下の通りである。Ｃは一定の強度を確保するた
めの必須元素であり、０．１０％未満では、レール鋼と
しての強度を確保することが難しくなり、０．３０％以
上になるとレール底部で要求される破壊靭性を満たさな
いため、０．１０〜０．３０％未満に限定した。The reasons for limiting each component at this site are as follows. C is an essential element for ensuring a constant strength, is less than 0.10%, it becomes difficult to secure the strength of the rail steel, 0.30% or less
Since the fracture toughness required at the bottom of the rail is not satisfied when it is on the upper side, it is limited to 0.10 to less than 0.30%.

【００３０】Ｓｉはフェライト組織に固溶することによ
って強度を向上させる元素であるが、脱酸元素としても
０．１５％以上の添加が必要であり、また、１．２０％
を超えるとレール製造時の表面きずの問題やレール溶接
時の接合不良をもたらすばかりか、材質脆化も引き起こ
すため０．１５〜１．２０％に限定した。Si is an element which improves the strength by forming a solid solution in the ferrite structure, but also needs to be added as a deoxidizing element in an amount of 0.15% or more.
Exceeding 0.1 causes not only the problem of surface flaws during rail production and poor joining at the time of rail welding, but also causes material embrittlement, so it was limited to 0.15 to 1.20%.

【００３１】ＭｎはＣ同様に鋼の焼入れ性を高めフェラ
イト粒を細かくし、強度と靭性を同時に向上させる効果
を持つが、０．３０％未満ではその効果が少なく、ま
た、２．００％を超えると破壊靭性の低いパーライト組
織が多く生成してしまい靭性を低下させるため、０．３
０〜２．００％に限定した。Mn has the effect of increasing the hardenability of steel and reducing the size of ferrite grains and improving the strength and toughness simultaneously, as in C, but less than 0.30% has little effect. If it exceeds, a large amount of pearlite structure with low fracture toughness is generated and the toughness is reduced.
It was limited to 0 to 2.00%.

【００３２】Ｃｒはベイナイト組織中のセメンタイトを
微細に分散させ強度を確保するために重要な元素である
が、１．００％未満ではベイナイト組織中のセメンタイ
トの分散が粗くなり、靭性が大きく低下し、また、４．
００％以上では炭化物の粗大化が生じ、靭性に悪影響を
およぼすため、１．００〜４．００％に限定した。Cr is an important element for finely dispersing the cementite in the bainite structure to secure the strength. However, if it is less than 1.00%, the dispersion of the cementite in the bainite structure becomes coarse and the toughness is greatly reduced. And 4.
If it is not less than 00%, carbides are coarsened, which has an adverse effect on toughness. Therefore, the content is limited to 1.00 to 4.00%.

【００３３】Ｍｏはベイナイト組織の安定化に欠くこと
ができない元素であるが、０．１０％未満ではその効果
が十分でなく、０．６０％以上ではベイナイト組織中に
硬くて脆いマルテンサイト組織が生成してしまうため、
０．１０〜０．６０％に限定した。なお、Ｃｒ，Ｍｏは
共にベイナイト組織を安定に生成させ、強度を向上させ
る元素であるが、Ｍｏはレール溶接施工などにおけるベ
イナイト組織焼き戻し脆化防止元素として必須であるた
め、ＣｒとＭｏを相互に添加する方法を用いた。Mo is an element indispensable for stabilization of the bainite structure, but if its content is less than 0.10%, its effect is not sufficient, and if it is more than 0.60%, a hard and brittle martensite structure is formed in the bainite structure. To generate
It was limited to 0.10 to 0.60%. Note that Cr and Mo are both elements that stably generate a bainite structure and improve strength. However, since Mo is essential as a bainite structure tempering embrittlement preventing element in rail welding and the like, Cr and Mo are mutually bonded. Was used.

【００３４】また、上記の成分組成で製造されるレール
は靭性、延性、さらには強度を向上させる目的で以下の
元素を必要に応じて１種または２種以上を添加する。 Ｎｉ：０．０５〜４．００％ Ｎｂ：０．０１〜
０．０５％ Ｖ ：０．０５〜０．３０％ Ｔｉ：０．０１〜
０．０５％ Ｃｕ：０．０５〜０．５０％ 次に、これらの化学成分を上記のように定めた理由につ
いて説明する。Ｎｉはオーステナイト粒安定化元素であ
り、ベイナイト変態温度を下げ、ベイナイト組織を微細
化させ、靭性を向上させる元素であるが、０．０５％未
満ではその効果が著しく小さく、また、４．００％を超
える添加を行ってもその効果の向上が十分に期待できな
いために０．０５〜４．００％の範囲に限定した。Further, one or more of the following elements may be added to a rail manufactured with the above-mentioned composition as required for the purpose of improving toughness, ductility, and strength. Ni: 0.05 to 4.00% Nb: 0.01 to
0.05% V: 0.05 to 0.30% Ti: 0.01 to
0.05% Cu: 0.05 to 0.50% Next, the reason for determining these chemical components as described above will be described. Ni is an element for stabilizing austenite grains, lowering the bainite transformation temperature, refining the bainite structure, and improving toughness. If less than 0.05%, the effect is remarkably small, and 4.00% Therefore, the effect is not sufficiently improved even when the addition exceeds the range, so that the content is limited to the range of 0.05 to 4.00%.

【００３５】Ｎｂはオーステナイト結晶粒微細化元素で
あり、レール鋼の靭性および延性を向上させることがで
きるが、０．０１％以下ではその効果が十分でなく、
０．０５％以上ではＮｂの金属間化合物が生成し脆化を
引き起こすため、０．０１〜０．０５％に限定した。Nb is an austenite grain refiner and can improve the toughness and ductility of the rail steel.
If the content is 0.05% or more, an intermetallic compound of Nb is formed to cause embrittlement, so the content is limited to 0.01 to 0.05%.

【００３６】ＶはＮｉとほぼ同等の効果を示し、Ｖ
（Ｃ，Ｎ）の析出によりベイナイト組織を強化すること
ができるが、０．０５％以下ではその効果が十分でな
く、０．３０％以上ではＶの添加はＶ（Ｃ，Ｎ）の粗大
化によってかえって脆化を生じさせるため、０．０５〜
０．３０％に限定した。V has almost the same effect as Ni.
The bainite structure can be strengthened by the precipitation of (C, N), but its effect is not sufficient at 0.05% or less, and at 0.30% or more, the addition of V causes the coarsening of V (C, N). To cause embrittlement instead,
Limited to 0.30%.

【００３７】Ｔｉは析出したＴｉ（Ｃ，Ｎ）が高温でも
溶解しないことを利用して、レールの圧延加熱時のオー
ステナイト結晶粒の細粒化に寄与する。しかし、０．０
１％以下ではその効果が小さく、０．０５％以上ではＴ
ｉＮの粗大化が生じ、レール内部の疲労損傷の核となり
有害であり、０．０１〜０．０５％に限定した。Titanium contributes to refinement of austenite crystal grains at the time of rolling and heating the rail, utilizing the fact that precipitated Ti (C, N) does not dissolve even at high temperatures. However, 0.0
At 1% or less, the effect is small, and at 0.05% or more, T
iN is coarsened, becomes a nucleus for fatigue damage inside the rail, and is harmful, and is limited to 0.01 to 0.05%.

【００３８】Ｃｕは鋼の靭性を損なわず強度を向上させ
る元素である。その効果は０．０５〜０．５０％の範囲
で最も大きく、また、０．５０％を超える添加は強度の
向上が過大となり靭性の低下を招くことから０．０５〜
０．５０％の範囲に限定した。Cu is an element that improves the strength without impairing the toughness of the steel. The effect is greatest in the range of 0.05 to 0.50%, and the addition of more than 0.50% results in excessive improvement in strength and reduction in toughness.
The range was limited to 0.50%.

【００３９】以上のようにレール頭表面部および頭側表
面部に、Ｃ：０．３０〜０．５０％、Ｓｉ：０．１５〜
１．２０％、Ｍｎ：０．３０〜２．００％、Ｃｒ：１．
００〜４．００％、Ｍｏ：０．１０〜０．６０％を含有
し、さらに必要に応じて、Ｎｉ：０．０５〜４．００
％、Ｎｂ：０．０１〜０．０５％、Ｖ：０．０５〜０．
３０％、Ｔｉ：０．０１〜０．０５％、Ｃｕ：０．０５
〜０．５０％の１種または２種以上を含有し、残部が鉄
および不可避的不純物からなり、その金属組織が炭素
量：０．３０〜０．５０％のベイナイト組織を呈した材
料１を配置し、その他の部分に、Ｃ：０．１０〜０．３
０％未満、Ｓｉ：０．１５〜１．２０％、Ｍｎ：０．３
０〜２．００％、Ｃｒ：１．００〜４．００％、Ｍｏ：
０．１０〜０．６０％を含有し、必要に応じて、Ｎｉ，
Ｎｂ，Ｖ，Ｔｉ，Ｃｕの１種または２種以上を含有し
て、その金属組織が炭素量：０．１０〜０．３０％未満
のベイナイト組織を呈した材料２を配置した理由は、レ
ール頭表面部分を炭素量：０．３０〜０．５０％のベイ
ナイト組織を呈した材料を配置することでレール頭部で
の耐摩耗性の確保と破壊靭性の向上を同時に満足させ、
さらにその内部に炭素量：０．１０〜０．３０％未満の
ベイナイト組織を呈する材料を配置することによって、
レール底部での破壊靭性を抜本的に向上させ、レール頭
部での耐摩耗性の確保とレール全体の耐破壊靭性を大き
く向上させることができるからである。As described above, on the rail head surface and head side surface, C: 0.30 to 0.50%, Si: 0.15 to
1.20%, Mn: 0.30 to 2.00%, Cr: 1.
0.00 to 4.00%, Mo: 0.10 to 0.60%, and if necessary, Ni: 0.05 to 4.00.
%, Nb: 0.01-0.05%, V: 0.05-0.
30%, Ti: 0.01 to 0.05%, Cu: 0.05
Material 1 containing at least one or more of 0.50%, the balance consisting of iron and unavoidable impurities, and a metal structure having a bainite structure with a carbon content of 0.30 to 0.50%. Placed, C: 0.10-0.3 in other parts
Less than 0%, Si: 0.15 to 1.20%, Mn: 0.3
0 to 2.00%, Cr: 1.00 to 4.00%, Mo:
0.10 to 0.60%, and if necessary, Ni,
Material 2 containing one or two or more of Nb, V, Ti, and Cu and having a bainite structure whose metal structure has a carbon content of less than 0.10 to 0.30% was arranged. The reason is that by arranging a material having a bainite structure with a carbon content of 0.30 to 0.50% on the surface of the rail head, it is possible to simultaneously secure the wear resistance and improve the fracture toughness at the rail head. ,
Further, by arranging a material exhibiting a bainite structure having a carbon content of 0.10 to less than 0.30% therein,
This is because the fracture toughness at the bottom of the rail can be drastically improved, and the wear resistance at the rail head and the fracture toughness of the entire rail can be greatly improved.

【００４０】上記のように、レール軸断面において異種
金属の二層構造からなる本発明は、爆着圧延、クラッド
法、鋳ぐるみ鋳造法、積層分散鋳造法、複層連続鋳造法
など任意の方法でブルームあるいはスラブを製造した
後、通常の熱間成型圧延法によってレールに製造され
る。さらに、必要によっては、本レールの頭部、底部お
よびその他の部分の材質を改善するために熱処理が施さ
れる。このようにして製造された本レールは、鉄道用の
レールとして要求される耐摩耗性や耐破壊靭性を具備す
る。As described above, the present invention, which has a two-layer structure of dissimilar metals in the cross section of the rail shaft, can be applied to any method such as explosive rolling, cladding, cast-in casting, lamination dispersion casting, and multilayer continuous casting. After producing a bloom or a slab, a rail is produced by a normal hot forming rolling method. Further, if necessary, heat treatment is performed to improve the material of the head, bottom and other parts of the rail. The rail thus manufactured has abrasion resistance and fracture toughness required as rails for railways.

【００４１】[0041]

【実施例】次に、本発明の実施例について説明する。表
１−１，１−２に示す本発明の６種類の二層構造レール
と、単一成分からなる２種類のレールを用いて、実レー
ルと実車輪によるレール頭表面での摩耗試験と実レール
による落重試験を行った。結果を表２および表３−１，
２に示す。また、表１−１，１−２には、それぞれのレ
ール試料についての衝撃試験における吸収エネルギーを
併記した。Next, an embodiment of the present invention will be described. Using the six types of double-layered rails of the present invention shown in Tables 1-1 and 1-2 and the two types of rails composed of a single component, a wear test was carried out on a rail head surface using actual rails and actual wheels. A drop weight test using a rail was performed. The results are shown in Table 2 and Table 3-1.
It is shown in FIG. Tables 1-1 and 1-2 also show the absorbed energy in the impact test for each rail sample.

【００４２】なお、レールの構造、構造材料の組織は以
下の通りである。 符号Ｂ；断面形状図２の二層構造レール レール頭頂面での部位１の初期表層厚さ；１６．３mm レール頭表面；高炭素のベイナイト組織を呈する材料 それ以外の部位；低炭素のベイナイト組織を呈する材料 符号Ｃ；断面形状図１の二層構造レール レール頭頂面での部位１の初期表層厚さ；２８．６mm レール頭表面；高炭素のベイナイト組織を呈する材料 それ以外の部位；低炭素のベイナイト組織を呈する材料 符号Ｄ；断面形状図２の二層構造レール レール頭頂面での部位１の初期表層厚さ；２９．１mm レール頭表面；高炭素のベイナイト組織を呈する材料 それ以外の部位；低炭素のベイナイト組織を呈する材料 符号Ｅ；断面形状図２の二層構造レール レール頭頂面での部位１の初期表層厚さ；３５．１mm レール頭表面；高炭素のベイナイト組織を呈する材料 それ以外の部位；低炭素のベイナイト組織を呈する材料 符号Ｆ；断面形状図１の二層構造レール レール頭頂面での部位１の初期表層厚さ；３５．２mm レール頭表面；高炭素のベイナイト組織を呈する材料 それ以外の部位；低炭素のベイナイト組織を呈する材料 符号Ｇ；断面形状図１の二層構造レール レール頭頂面での部位１の初期表層厚さ；３９．６mm レール頭表面；高炭素のベイナイト組織を呈する材料 それ以外の部位；低炭素のベイナイト組織を呈する材料 符号Ｉ；パーライト鋼を呈する普通高炭素鋼単層レール 符号Ｊ；パーライト鋼を呈する頭部熱処理高炭素鋼単層レール。The structure of the rail and the structure of the structural material are as follows. Reference B: Double-layer structure rail of sectional shape diagram 2 Initial surface layer thickness of part 1 at the rail top surface; 16.3 mm Rail head surface; material exhibiting high carbon bainite structure Other parts; low carbon bainite structure Reference symbol C: Double-layered rail of cross-sectional shape Figure 1 Initial surface layer thickness of site 1 on rail top surface; 28.6 mm Rail head surface; Material presenting high carbon bainite structure Other sites: Low carbon Material having a bainite structure of symbol D: Double-layered structure rail of sectional shape diagram 2 Initial surface layer thickness of part 1 on the rail top surface; 29.1 mm Rail head surface; Material having a high carbon bainite structure Other parts A material exhibiting a low-carbon bainite structure; symbol E; a two-layered rail in cross-sectional view 2; an initial surface layer thickness of a portion 1 at the top of the rail; 35.1 mm; a rail head surface; Material presenting a microstructure other than the above; Material exhibiting a low carbon bainite structure Symbol F: Double-layered rail of cross-sectional view Fig. 1 Initial surface layer thickness of Site 1 at the top of the rail; 35.2 mm Rail head surface; Material presenting a high carbon bainite structure Other parts; Material presenting a low carbon bainite structure Reference symbol G: Double-layered rail in cross-sectional view Fig. 1 Initial surface layer thickness of site 1 on top of rail; 39.6 mm rail Head surface; material exhibiting high-carbon bainite structure Other parts: material exhibiting low-carbon bainite structure Symbol I: ordinary high-carbon steel single-layer rail exhibiting pearlite steel Symbol J: head heat-treated high carbon exhibiting pearlite steel Steel single-layer rail.

【００４３】また試験条件は次の通りとした。 摩耗試験条件（全試験片とも共通） ・試験機 ；摩耗試験機 ・試験荷重 ；ラジアル荷重１５．０ｔ、スラスト荷
重０ｔ ・試験速度 ；車輪走行速度６０km/h ・繰り返し回数（通過トン数）；１億通過トン数 ・雰囲気 ；大気中 落重試験条件（全試験片とも共通） ・試験機 ；落重試験機 ・試験片長さ ；１．５ｍ ・支点間の距離；１．０ｍ ・支持方法；頭部を上にして試験する（表３−１）
（頭部に落錘を落とす） 頭部を下にして試験する（表３−２）（底部に落錘を
落とす） ・落錘の重さ ；１０００kg ・落錘の高さ ；１０ｍ ・試験温度 ；＋２０〜−１００℃The test conditions were as follows. Abrasion test conditions (common to all test specimens) ・ Test machine; Abrasion tester ・ Test load: Radial load 15.0t, thrust load 0t ・ Test speed: Wheel running speed 60km / h ・ Number of repetitions (passing tonnage); Billion tons • Atmosphere: In the air Drop weight test conditions (common to all test specimens) • Testing machine: Drop weight test machine • Test piece length: 1.5 m • Distance between fulcrums: 1.0 m • Support method: head Test with the part up (Table 3-1)
(Drop the weight on the head) Test with the head down (Table 3-2) (drop the weight on the bottom) ・ Weight of the weight: 1000kg ・ Height of the weight: 10m ・ Test temperature +20 to -100 ° C

【００４４】[0044]

【表１】 [Table 1]

【００４５】[0045]

【表２】 [Table 2]

【００４６】[0046]

【表３】 [Table 3]

【００４７】[0047]

【表４】 [Table 4]

【００４８】[0048]

【表５】 [Table 5]

【００４９】表２に摩耗試験結果を示す。表２に示すよ
うに、本発明二層レールＢ，Ｃ、およびＤ，Ｅ，Ｇは従
来の普通高炭素単層レールＩと比較して、同等の耐摩耗
性を有する。また、頭部の熱処理を施した本開発二層レ
ールＦについても、従来の頭部熱処理高炭素単層レール
Ｊと比較して、同等の耐摩耗性を有する。表３−１，表
３−２に落重試験結果を示す。各試験条件共に、４本の
レールの落重試験後の破断の有無について表中に示し
た。その結果、レール頭部に落錘を落とす場合、比較レ
ールが−３０〜−４０℃で４本全てのレールが破断して
しまうのに対して、本発明レールは、−８０℃まで４本
全てのレールが破断せず、また、レール底部に落錘を落
とす場合についても、比較レールが−２０〜−３０℃で
４本全てのレールが破断してしまうのに対して、本発明
レールは、−６０℃まで４本全てのレールが破断しない
ことが明らかになった。すなわち、本発明二層レール
は、従来レールと比較して、同等の耐摩耗性を有し、か
つ、レール頭部および底部の破壊靭性も明らかに向上し
ている。Table 2 shows the results of the wear test. As shown in Table 2, the present invention bilayer rail B, C, and D, E, G, compared with ordinary high carbon monolayer rail I of the sub <br/> years, have comparable wear resistance. In addition, the newly developed two-layer rail F subjected to heat treatment of the head also has the same wear resistance as the conventional head heat-treated high-carbon single-layer rail J. Tables 3-1 and 3-2 show the results of the drop weight test. For each of the test conditions, the presence or absence of breakage of the four rails after the drop load test is shown in the table. As a result, when the falling weight is dropped on the rail head, all four rails of the comparative rail are broken at −30 to −40 ° C., whereas all four rails of the present invention are −80 ° C. The rail of the present invention does not break, and also when the falling weight is dropped on the bottom of the rail, all four rails of the comparative rail break at -20 to -30 ° C. It became clear that all four rails did not break up to -60 ° C. That is, the two-layer rail of the present invention has the same abrasion resistance as the conventional rail, and the fracture toughness of the rail head and bottom is clearly improved.

【００５０】[0050]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば頭
部および頭側部の表層を高炭素のベイナイト組織とし、
他の部分を低炭素のベイナイト組織とする二層構造とす
ることにより耐摩耗性および靭性の極めて優れた高強度
レールを得ることができる。As described above, according to the present invention, the head and the head side surface layer have a high carbon bainite structure,
A high-strength rail with extremely excellent wear resistance and toughness can be obtained by forming the other portion into a two-layer structure having a low carbon bainite structure.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】本発明レールの断面プロフィルを示す説明図。FIG. 1 is an explanatory view showing a cross-sectional profile of a rail of the present invention.

【図２】本発明の他のレールの断面プロフィルを示す説
明図。FIG. 2 is an explanatory view showing a cross-sectional profile of another rail of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ 炭素：０．３〜０．５％のベイナイト組織を呈する
材料 ２ 炭素：０．３〜０．５％未満のベイナイト組織を呈
する材料 ａ レール頭表部 ｂ レール頭側部 ｃ レール底部1 Carbon: Material exhibiting a bainite structure of 0.3 to 0.5% 2 Carbon: Material exhibiting a bainite structure of less than 0.3 to 0.5% a Rail head surface b Rail head side c Rail bottom

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭55−23885（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−7991（ＪＰ，Ａ) Ｈ．ｉｃｈｉｎｏｓｅら，Ａｎ ｉｎ ｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｏｎ ｃｏｎ ｔａｃｔ ｆａｔｉｇｕｅ ａｎｄ ｗ ｅａｒ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｂｅｈ ａｖｂｉｏｕｒ ｉｎ ｒａｉｌ ｓｔ ｅｅｌｓ，Ｈｅａｖｙ Ｈａｕｌ Ｒａ ｉｌｗａｙｓ ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｓｅｓｓｉｏ ｎ307，１−10 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C22C 38/00 - 38/60 Continuation of front page (56) References JP-A-55-23885 (JP, A) JP-A-5-7991 (JP, A) ichinose et al., An in vestigation on con tact fatigue and w ear resistance beh avbiour in rail st eels, Heavy Haul Ra ilways conference proceedings sessio n307,1-10 (58) investigated the field (Int.Cl. ^7, DB name) C22C 38/00-38/60

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】 レール軸断面において、レールの頭表面
部および頭側表面部はレール外郭表面部より５mm〜４０
mmの深さまでの層を質量％で、 Ｃ ：０．３０〜０．５０％ Ｓｉ：０．１５〜１．２０％ Ｍｎ：０．３０〜２．００％ Ｃｒ：１．００〜４．００％ Ｍｏ：０．１０〜０．６０％ を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなり、か
つその金属組織がベイナイト組織を呈し、その他の部分
は質量％で、 Ｃ ：０．１０〜０．３０％未満 Ｓｉ：０．１５〜１．２０％ Ｍｎ：０．３０〜２．００％ Ｃｒ：１．００〜４．００％ Ｍｏ：０．１０〜０．６０％ を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなり、か
つその金属組織がベイナイト組織を呈する二層構造から
なることを特徴とする耐摩耗性および靭性に優れた高強
度レール。1. In a cross section of a rail shaft, a head surface portion and a head side surface portion of the rail are 5 mm to 40 mm from a rail outer surface portion.
The layers up to a depth of mm in mass%, C: 0.30~0.50% Si: 0.15~1.20% Mn: 0.30~2.00% Cr: 1.00~4.00 % Mo: 0.10 to 0.60%, the balance consisting of iron and unavoidable impurities, and the metal structure presenting a bainite structure, and the other parts in mass %, C: 0.10 to 0 Less than 30% Si: 0.15 to 1.20% Mn: 0.30 to 2.00% Cr: 1.00 to 4.00% Mo: 0.10 to 0.60%, the balance being A high-strength rail excellent in wear resistance and toughness, comprising iron and inevitable impurities and having a two-layer structure in which the metal structure exhibits a bainite structure. 【請求項２】 レール軸断面において、レールの頭表面
部および頭側表面部はレール外郭表面部より５mm〜４０
mmの深さまでの層を質量％で、 Ｃ ：０．３０〜０．５０％ Ｓｉ：０．１５〜１．２０％ Ｍｎ：０．３０〜２．００％ Ｃｒ：１．００〜４．００％ Ｍｏ：０．１０〜０．６０％ を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなり、か
つその金属組織がベイナイト組織を呈し、その他の部分
は質量％で、 Ｃ ：０．１０〜０．３０％未満 Ｓｉ：０．１５〜１．２０％ Ｍｎ：０．３０〜２．００％ Ｃｒ：１．００〜４．００％ Ｍｏ：０．１０〜０．６０％ を含有し、さらに Ｎｉ：０．０５〜４．００％ Ｎｂ：０．０１〜０．０５％ Ｖ ：０．０５〜０．３０％ Ｔｉ：０．０１〜０．０５％ Ｃｕ：０．０５〜０．５０％ の１種、または２種以上を含有し、残部が鉄および不可
避的不純物からなり、かつその金属組織がベイナイト組
織を呈する二層構造からなることを特徴とする耐摩耗性
および靭性に優れた高強度レール。2. In the rail shaft cross section, the head surface portion and the head side surface portion of the rail are 5 mm to 40 mm from the outer surface of the rail.
The layers up to a depth of mm in mass%, C: 0.30~0.50% Si: 0.15~1.20% Mn: 0.30~2.00% Cr: 1.00~4.00 % Mo: 0.10 to 0.60%, the balance consisting of iron and unavoidable impurities, and the metal structure presenting a bainite structure, and the other parts in mass %, C: 0.10 to 0 less than .30% Si: 0.15~1.20% Mn: 0.30~2.00% Cr: 1.00~4.00% Mo: containing from 0.10 to 0.60%, further Ni : 0.05 to 4.00% Nb: 0.01 to 0.05% V: 0.05 to 0.30% Ti: 0.01 to 0.05% Cu: 0.05 to 0.50% Contains one or more kinds, the balance being iron and unavoidable impurities, and its metal structure exhibits a bainite structure A high-strength rail with excellent wear resistance and toughness characterized by a two-layer structure. 【請求項３】 レール軸断面において、レールの頭表面
部および頭側表面部はレール外郭表面部より５mm〜４０
mmの深さまでの層を質量％で、 Ｃ ：０．３０〜０．５０％ Ｓｉ：０．１５〜１．２０％ Ｍｎ：０．３０〜２．００％ Ｃｒ：１．００〜４．００％ Ｍｏ：０．１０〜０．６０％ を含有し、さらに Ｎｉ：０．０５〜４．００％ Ｎｂ：０．０１〜０．０５％ Ｖ ：０．０５〜０．３０％ Ｔｉ：０．０１〜０．０５％ Ｃｕ：０．０５〜０．５０％ の１種、または２種以上を含有し、残部が鉄および不可
避的不純物からなり、かつその金属組織がベイナイト組
織を呈し、その他の部分は質量％で、 Ｃ ：０．１０〜０．３０％未満 Ｓｉ：０．１５〜１．２０％ Ｍｎ：０．３０〜２．００％ Ｃｒ：１．００〜４．００％ Ｍｏ：０．１０〜０．６０％ を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなり、か
つその金属組織がベイナイト組織を呈する二層構造から
なることを特徴とする耐摩耗性および靭性に優れた高強
度レール。3. In the rail shaft cross section, the head surface portion and the head side surface portion of the rail are 5 mm to 40 mm from the outer surface of the rail.
The layers up to a depth of mm in mass%, C: 0.30~0.50% Si: 0.15~1.20% Mn: 0.30~2.00% Cr: 1.00~4.00 % Mo: 0.10 to 0.60%, Ni: 0.05 to 4.00% Nb: 0.01 to 0.05% V: 0.05 to 0.30% Ti: 0. 1 to 0.05% Cu: 0.05 to 0.50%, one or more of the following, the balance being iron and unavoidable impurities, the metal structure of which exhibits a bainite structure, The portion is% by mass , C: less than 0.10 to 0.30% Si: 0.15 to 1.20% Mn: 0.30 to 2.00% Cr: 1.00 to 4.00% Mo: 0 0.10 to 0.60%, the balance being iron and unavoidable impurities, and the metal structure of the metal exhibits a bainite structure. A high-strength rail with excellent wear resistance and toughness characterized by a two-layer structure. 【請求項４】 レール軸断面において、レールの頭表面
部および頭側表面部はレール外郭表面部より５mm〜４０
mmの深さまでの層を質量％で、 Ｃ ：０．３０〜０．５０％ Ｓｉ：０．１５〜１．２０％ Ｍｎ：０．３０〜２．００％ Ｃｒ：１．００〜４．００％ Ｍｏ：０．１０〜０．６０％ を含有し、さらに Ｎｉ：０．０５〜４．００％ Ｎｂ：０．０１〜０．０５％ Ｖ ：０．０５〜０．３０％ Ｔｉ：０．０１〜０．０５％ Ｃｕ：０．０５〜０．５０％ の１種、または２種以上を含有し、残部が鉄および不可
避的不純物からなり、かつその金属組織がベイナイト組
織を呈し、その他の部分は質量％で、 Ｃ ：０．１０〜０．３０％未満 Ｓｉ：０．１５〜１．２０％ Ｍｎ：０．３０〜２．００％ Ｃｒ：１．００〜４．００％ Ｍｏ：０．１０〜０．６０％ を含有し、さらに Ｎｉ：０．０５〜４．００％ Ｎｂ：０．０１〜０．０５％ Ｖ ：０．０５〜０．３０％ Ｔｉ：０．０１〜０．０５％ Ｃｕ：０．０５〜０．５０％ の１種、または２種以上を含有し、残部が鉄および不可
避的不純物からなり、かつその金属組織がベイナイト組
織を呈する二層構造からなることを特徴とする耐摩耗性
および靭性に優れた高強度レール。4. In the rail shaft cross section, the head surface portion and the head side surface portion of the rail are 5 mm to 40 mm from the outer surface of the rail.
The layers up to a depth of mm in mass%, C: 0.30~0.50% Si: 0.15~1.20% Mn: 0.30~2.00% Cr: 1.00~4.00 % Mo: 0.10 to 0.60%, Ni: 0.05 to 4.00% Nb: 0.01 to 0.05% V: 0.05 to 0.30% Ti: 0. 1 to 0.05% Cu: 0.05 to 0.50%, one or more of the following, the balance being iron and unavoidable impurities, the metal structure of which exhibits a bainite structure, The portion is% by mass , C: less than 0.10 to 0.30% Si: 0.15 to 1.20% Mn: 0.30 to 2.00% Cr: 1.00 to 4.00% Mo: 0 0.10 to 0.60%, Ni: 0.05 to 4.00% Nb: 0.01 to 0.05% V: 0.05 to 0% 30% Ti: 0.01-0.05% Cu: 0.05-0.50%, one or more of the following, the balance being iron and inevitable impurities, and the metal structure thereof is bainite High-strength rail with excellent wear resistance and toughness characterized by having a two-layer structure exhibiting a texture.