JP3513427B2 - Pearlitic rail excellent in wear resistance and internal fatigue damage resistance, and method of manufacturing the same - Google Patents

Pearlitic rail excellent in wear resistance and internal fatigue damage resistance, and method of manufacturing the same

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JP3513427B2
JP3513427B2 JP15284199A JP15284199A JP3513427B2 JP 3513427 B2 JP3513427 B2 JP 3513427B2 JP 15284199 A JP15284199 A JP 15284199A JP 15284199 A JP15284199 A JP 15284199A JP 3513427 B2 JP3513427 B2 JP 3513427B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、重荷重鉄道のレー
ルに要求される耐摩耗性、耐内部疲労損傷性を向上させ
たパーライト系レールおよびその製造法に関するもので
ある。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a pearlite rail having improved wear resistance and internal fatigue damage resistance required for a rail of a heavy-duty railway, and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】海外の重荷重鉄道では、鉄道輸送の高効
率化の手段として、列車速度の向上や列車積載重量の増
加が図られている。このような鉄道輸送の効率化はレー
ル使用環境の過酷化を意味し、レール材質の一層の改善
が要求されるに至っている。具体的には、曲線区間に敷
設されたレールでは、G.C.(ゲージ・コーナー)部
や頭側部の摩耗が急激に増加し、レールの使用寿命の点
で問題視されるようになった。
2. Description of the Related Art In overseas heavy-duty railways, the speed of trains and the weight of loaded trains have been increased as a means of increasing the efficiency of rail transportation. Such efficient rail transportation means that the rail usage environment becomes severe, and further improvement of the rail material has been required. Specifically, in the rail laid in the curved section, G. C. The wear on the (gauge / corner) part and the head side part increased rapidly, and it became a problem in terms of the service life of the rail.

【0003】しかしながら、最近の高強度化熱処理技術
の進歩により、共析炭素鋼を用いた微細パーライト組織
を呈した下記に示すような高強度(高硬度)レールが発
明され、重荷重鉄道の曲線区間のレール寿命を飛躍的に
改善してきた。 [1] 頭部がソルバイト組織、または微細なパーライト
組織の超大荷重用の熱処理レール(特公昭54−254
90号公報)。 [2] 圧延終了後あるいは、再加熱したレール頭部をオ
ーステナイト域温度から850〜500℃間を1〜4℃
/secで加速冷却する130kgf/mm2 以上の高強度レール
の製造法(特許第1597914号)。これらのレール
の特徴は、共析炭素含有鋼(炭素量:0.7〜0.8
%)による微細パーライト組織を呈する高強度レールで
あり、その目的とするところは、パーライト組織中のラ
メラ間隔を微細化し、耐摩耗性を向上させるところにあ
った。
However, due to recent advances in heat treatment technology for strengthening, a high-strength (high hardness) rail having a fine pearlite structure using eutectoid carbon steel as shown below has been invented, and the curve of a heavy-duty railway is shown. The rail life of the section has been dramatically improved. [1] Heat-treating rail for super heavy load with sorbite structure or fine pearlite structure in the head (Japanese Patent Publication No. 54-254)
No. 90). [2] After rolling or after reheating, the rail head is heated to 1 to 4 degrees Celsius between 850 and 500 degrees Celsius from the austenite temperature.
A method for manufacturing high-strength rails of 130 kgf / mm 2 or more, which is accelerated cooling at / sec (Patent No. 1597914). The characteristics of these rails are that the steel containing eutectoid carbon (carbon content: 0.7 to 0.8).
%) Is a high-strength rail exhibiting a fine pearlite structure, and its purpose was to refine the lamella spacing in the pearlite structure and improve wear resistance.

【0004】しかし、近年海外の重荷重鉄道ではより一
層の鉄道輸送の高効率化のために、貨物の高積載化を強
力に進めており、特に急曲線のレールでは上記開発のレ
ールを用いてもG.C.部や頭側部の耐摩耗性が十分確
保できず、摩耗によるレール寿命の低下が問題となって
きた。このような背景から、現状の共析炭素鋼の高強度
レール以上の耐摩耗性を有するレールの開発が求められ
るようになってきた。
However, in recent years, overseas heavy-duty railroads have been strongly promoted to be loaded with freight in order to further improve the efficiency of railroad transportation. Particularly, in the case of a steep curve rail, the rails developed as described above are used. G. C. The wear resistance of the head part and the head side part cannot be sufficiently secured, and the reduction of rail life due to wear has become a problem. Against this background, there has been a demand for the development of a rail having wear resistance higher than that of the current high-strength rail of eutectoid carbon steel.

【0005】これらの問題を解決するため、本発明者ら
は下記に示すようなレールを開発した。 [3] 過共析鋼(C:0.85超〜1.20%)を用い
て、パーライト組織中のラメラ中のセメンタイト密度を
増加させた耐摩耗性に優れたレール(特開平8−144
061公報) [4] 過共析鋼(C:0.85超〜1.20%)を用い
て、パーライト組織中のラメラ中のセメンタイト密度を
増加させ、同時に、硬さを制御した耐摩耗性に優れたレ
ール(特開平8−246100公報)これらのレール
の特徴は、鋼の炭素量を増加し、パーライトラメラ中の
耐摩耗性に優れたセメタイト相の密度を増加させ、さら
に、硬さを制御することによりパーライト組織の耐摩耗
性を向上させるものであった。
In order to solve these problems, the present inventors have developed a rail as shown below. [3] Using hyper-eutectoid steel (C: more than 0.85 to 1.20%), a rail having excellent wear resistance with increased cementite density in lamella in a pearlite structure (Japanese Patent Laid-Open No. 8-144).
No. 061) [4] Using hyper-eutectoid steel (C: more than 0.85 to 1.20%), the cementite density in the lamella in the pearlite structure is increased, and at the same time, the wear resistance is controlled. Excellent rail (Japanese Patent Laid-Open No. 8-246100) These rails are characterized by increasing the carbon content of steel, increasing the density of the wear-resistant cementite phase in the pearlite lamella, and further increasing the hardness. The wear resistance of the pearlite structure was improved by controlling the depth.

【0006】さらに、本発明者らは、炭素量の高い過共
析鋼を用いて、レール頭部の耐摩耗性と耐内部疲労損傷
性を向上させた下記に示すようなレールを開発した。 [5] 過共析鋼(C:0.85超〜1.20%)にBを
添加することにより、耐摩耗性と耐内部疲労損傷性を向
上させたレール(特願平8−527465号明細書)。
このレールの特徴は、過共析鋼に微量なBを添加するこ
とにより、パーライト変態を促進させ、レール頭表面か
ら内部までより均一な硬度分布を付与し、レールの耐摩
耗性と耐内部疲労損傷性大きく向上させるものであっ
た。
Further, the present inventors have developed a rail as shown below, which is made of hyper-eutectoid steel having a high carbon content to improve the wear resistance and the internal fatigue damage resistance of the rail head. [5] A rail with improved wear resistance and internal fatigue damage resistance by adding B to hypereutectoid steel (C: more than 0.85 to 1.20%) (Japanese Patent Application No. 8-527465). Specification ).
The characteristic of this rail is that by adding a trace amount of B to hyper-eutectoid steel, it promotes pearlite transformation and gives a more uniform hardness distribution from the rail head surface to the inside. The damage was greatly improved.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】上記 [5]に示された発
明レールは、耐摩耗性に優れた過共析鋼(C:0.85
超〜1.20%)に微量なBを添加することにより、耐
摩耗性、耐内部疲労損傷性を兼ね備え、重荷重鉄道用レ
ールの高寿命化に最も寄与するものと期待されるが、鋼
の成分系の違いによっては、過共析鋼に単にBを添加し
たのみでは、パーライト変態の促進効果が十分に得られ
ず、レール頭表面から内部まで均一な硬度分布が得られ
ない場合があることが明らかとなった。
DISCLOSURE OF THE INVENTION Problems to be Solved by the Invention The invention rail shown in the above [5] is a hypereutectoid steel (C: 0.85) having excellent wear resistance.
It is expected that the addition of a small amount of B (super ~ 1.20%) has both wear resistance and internal fatigue damage resistance and contributes most to the long life of heavy-duty railway rails. Depending on the difference in the composition system of B, if only B is added to the hyper-eutectoid steel, the pearlite transformation acceleration effect may not be sufficiently obtained, and a uniform hardness distribution from the rail head surface to the inside may not be obtained. It became clear.

【0008】そこで、本発明者らはこの問題点を解決す
るため、Bに代わる添加元素を実験により検討した。実
レールを用いたレール頭部の加速冷却実験を行った結
果、レール頭表部と比較して冷却速度の遅いレール頭部
内部では、過共析鋼にVを添加することにより、パーラ
イトイ組織中のフェライト地にVの炭化物が析出しやす
く、レール頭部内部の硬度が向上することが確認され
た。
Therefore, the present inventors have examined an additive element in place of B by experiments in order to solve this problem. As a result of the accelerated cooling experiment of the rail head using the actual rail, the pearlite toy structure was obtained by adding V to the hyper-eutectoid steel inside the rail head where the cooling rate was slower than the rail head surface. It was confirmed that carbide of V was likely to precipitate on the ferrite material inside, and the hardness inside the rail head was improved.

【0009】さらに、本発明者らはVの効果をさらに向
上させる元素を上記実験により検討した。その結果、V
の添加に加えて、Nを複合添加することにより、過共析
鋼のパーライトイ組織中のフェライト地に析出するVの
炭化物に加えて、Vの窒化物が析出し、レール頭部内部
の硬度が大幅に向上することが確認された。以上の実験
結果から、本発明者らは過共析鋼へのBの添加に代わっ
て、V、さらには、Vに加えてNを添加することによ
り、レール頭部内部においても硬度の向上を可能とし、
耐摩耗性、耐内部疲労損傷性を同時に向上させることが
できることを確認した。
Further, the present inventors have examined the elements for further improving the effect of V by the above experiment. As a result, V
In addition to the addition of N, by adding N in combination, V nitrides are precipitated in addition to the V carbides precipitated on the ferrite ground in the pearlite structure of the hypereutectoid steel, and the hardness inside the rail head is increased. Was confirmed to be significantly improved. From the above experimental results, the present inventors improved the hardness even inside the rail head by adding V instead of B to the hyper-eutectoid steel, and further adding N in addition to V. Enable and
It was confirmed that abrasion resistance and internal fatigue damage resistance can be improved at the same time.

【0010】これに加えて、本発明者らは、V、さらに
は、Vに加えてNを添加した鋼レールの高強度化を図る
ための熱処理条件について実験により検討した。その結
果、レール頭表部においてマルテンサイトなどの異常組
織を生成させず、耐摩耗性に優れたパーライト組織を安
定的に生成させ、同時に、レール頭部内部においてVの
炭化物および窒化物を析出させ、硬度の向上を図るに
は、レール頭表部の冷却速度に一定の範囲が存在するこ
とを確認した。
In addition to this, the present inventors conducted an experimental study on the heat treatment conditions for increasing the strength of V, and further of the steel rail containing N in addition to V. As a result, an abnormal structure such as martensite is not generated in the rail head surface portion, a pearlite structure having excellent wear resistance is stably generated, and at the same time, carbides and nitrides of V are precipitated inside the rail head portion. In order to improve the hardness, it was confirmed that the cooling rate of the rail head surface portion had a certain range.

【0011】以上の結果から、本発明者らは重荷重鉄道
用レールの耐摩耗性および耐内部疲労損傷性を向上させ
るため、まず、レール鋼の炭素量を増加させ、同時に、
V、さらには、Vに加えてNを添加することにより、V
の炭化物および窒化物を安定的に生成させ、これに加え
て、加速冷却熱処理を行うことにより、レール頭表面か
ら内部まで均一な高い硬度分布を有した耐摩耗性および
耐内部疲労損傷性に優れた高強度レールが製造できるこ
とを知見した。
From the above results, the present inventors first increase the carbon content of the rail steel and, at the same time, increase the carbon content of the rail steel in order to improve the wear resistance and the internal fatigue damage resistance of the heavy rail rail.
V, and by adding N in addition to V, V
Stable formation of carbides and nitrides, and accelerated cooling heat treatment in addition to this, has excellent wear resistance and internal fatigue damage resistance with a uniform high hardness distribution from the rail head surface to the inside. It was discovered that high strength rails can be manufactured.

【0012】すなわち本発明の目的は、重荷重鉄道のレ
ールに要求される耐摩耗性を向上させ、同時に、耐内部
疲労損傷性を安定的に向上させることを目的としたパー
ライト系レールおよびその製造法に関するものである。
That is, an object of the present invention is to improve the wear resistance required for rails of heavy-duty railways, and at the same time, to stably improve the internal fatigue damage resistance, and a pearlite rail and its manufacture. It is about law.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するものであって、その要旨とするところは、以下の通
りである。 ()質量%で、 C :0.85超〜1.20%、 Si:0.10
〜1.00%、 Mn:0.10〜1.50%、 V :0.02
〜0.20%、 N :0.0060〜0.0500% を含有し、さらに必要に応じて、 Cr:0.05〜1.00%、 Mo:0.01
〜0.20%、 Cu:0.05〜0.50%、 Ni:0.05
〜1.00%、 Nb:0.002〜0.050%、 Ti:0.00
50〜0.0300%、 Mg:0.0010〜0.0100%、Ca:0.00
10〜0.0150%、 Co:0.10〜2.00% の1種または2種以上を含有し、残部がFeおよび不可
避的不純物からなることを特徴とする耐摩耗性、耐内部
疲労損傷性に優れたパーライト系レール。 () 前記(1)記載の成分を有するレールであっ
て、前記鋼レールの頭部コーナー部および頭頂部表面を
起点として少なくとも深さ20mmの範囲が、硬さHv3
60〜480の範囲で、かつ、その硬さの差がHv40
以下であるパーライト組織とすることを特徴とする耐摩
耗性、耐内部疲労損傷性に優れたパーライト系レール。 ()前記(1)記載の成分からなる、熱間圧延ままの
Ar1点以上の温度の鋼レール頭部、あるいは熱処理す
る目的でAc1点+30℃以上の温度に加熱された鋼レ
ール頭部を、オーステナイト域温度から1〜15℃/se
c の冷却速度で加速冷却し、前記鋼レールの頭部の温度
が650〜450℃達した時点で加速冷却を停止し、
その後放冷して、前記鋼レールの頭部コーナー部および
頭頂部表面を起点として少なくとも深さ20mmの範囲
が、硬さHv360〜480の範囲で、かつ、その硬さ
の差がHv40以下であるパーライト組織とすることを
特徴とする耐摩耗性、耐内部疲労損傷性に優れたパーラ
イト系レールの製造方法。
The present invention achieves the above objects, and the gist thereof is as follows. ( 1 )% by mass, C: more than 0.85 to 1.20%, Si: 0.10.
~ 1.00%, Mn: 0.10 to 1.50%, V: 0.02
.About.0.20%, N: 0.0060 to 0.0500%, and, if necessary, Cr: 0.05 to 1.00%, Mo: 0.01.
~ 0.20%, Cu: 0.05 to 0.50%, Ni: 0.05
~ 1.00%, Nb: 0.002 to 0.050%, Ti: 0.00
50-0.0300%, Mg: 0.0010-0.0100%, Ca: 0.00
10 to 0.0150%, Co: 0.10 to 2.00%, containing 1 or 2 or more kinds, and the balance consisting of Fe and unavoidable impurities, wear resistance and internal fatigue damage resistance Perlite rail with excellent properties. ( 2 ) In the rail having the composition described in (1) above , the hardness Hv3 is at least a range of 20 mm in depth starting from the head corner portion and the top surface of the steel rail.
Within the range of 60 to 480, and the difference in hardness is Hv40.
A pearlite rail having excellent wear resistance and internal fatigue damage resistance, which is characterized by having the following pearlite structure. ( 3 ) A steel rail head, which is composed of the component described in (1) above and has a temperature of Ar 1 point or higher as hot-rolled, or a steel rail head heated to a temperature of Ac 1 point + 30 ° C. or higher for the purpose of heat treatment. , Austenite temperature from 1 to 15 ℃ / se
It accelerated cooling at c cooling rate of the temperature of the head of the steel rail to stop accelerated cooling at the point reaching six hundred fifty to four hundred fifty ° C.,
Then, it is allowed to cool, and at least a depth of 20 mm from the head corner portion and the top surface of the steel rail as a starting point has a hardness of Hv360 to 480 and a difference in hardness of Hv40 or less. A method for producing a pearlite rail having excellent wear resistance and internal fatigue damage resistance, which is characterized by having a pearlite structure.

【0014】[0014]

【発明の実施の態様】以下、本発明について詳細に説明
する。請求項1〜において、化学成分、または化学成
分とパーライト組織の範囲および硬さ、およびパーライ
ト組織の硬さの差を、上記請求範囲のように限定した理
由について詳細に説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be described in detail below. In claims 1 to 6 , the reason why the chemical component, or the range and hardness of the chemical component and the pearlite structure, and the difference in hardness of the pearlite structure are limited as in the above claims will be described in detail.

【0015】(1)レール鋼の化学成分 まず、本発明においてレールの化学成分を上記のように
限定した理由について説明する。Cは、パーライト変態
を促進させて、かつ、耐摩耗性を確保する有効な元素で
あり、通常のレール鋼としてはC量0.60〜0.85
%が添加されているが、C量0.85%以下では耐摩耗
性の向上を図るためのパーライト組織中のセメンタイト
相の密度が確保できず、さらに、レール頭部内部に疲労
損傷の起点となる粒界フェライトが生成し易くなり、レ
ール寿命が低下する。また、C量が1.20%を超える
と、成分系によっては、パーライト組織中に初析セメン
タイト組織が生成し、レールの靱性や延性が大きく低下
することや、パーライト組織中のセメンタイト相の密度
が増加し、レールに必要とされる延性を十分に確保でき
なくなるため、C量を0.85超〜1.20%に限定し
た。
(1) Chemical Composition of Rail Steel First, the reason why the chemical composition of the rail is limited as described above in the present invention will be explained. C is an effective element that promotes pearlite transformation and secures wear resistance. As a normal rail steel, the C content is 0.60 to 0.85.
%, But if the C content is 0.85% or less, the density of the cementite phase in the pearlite structure in order to improve wear resistance cannot be secured, and further, it may cause fatigue damage inside the rail head. Grain boundary ferrite is easily generated, and the rail life is shortened. Further, when the C content exceeds 1.20%, depending on the component system, a pro-eutectoid cementite structure is generated in the pearlite structure, the toughness and ductility of the rail are significantly reduced, and the density of the cementite phase in the pearlite structure is decreased. Is increased, and the ductility required for the rail cannot be sufficiently secured, so the C content is limited to more than 0.85 to 1.20%.

【0016】Siは、パーライト組織中のフェライト相
への固溶体硬化によりレール頭部の硬度(強度)を上昇
させる元素であるが、0.10%未満ではその効果が十
分に期待できず、また、1.00%を超えると、熱間圧
延時に表面疵が多く生成することや、酸化物の生成によ
り溶接性が低下するため、Si量を0.10〜1.00
%に限定した。
Si is an element that increases the hardness (strength) of the rail head by solid solution hardening into the ferrite phase in the pearlite structure, but if it is less than 0.10%, its effect cannot be expected sufficiently, and If it exceeds 1.00%, many surface defects are generated during hot rolling and weldability is deteriorated due to the formation of oxides, so the Si content is 0.10 to 1.00.
Limited to%.

【0017】Mnは、パーライト変態温度を低下させ、
焼き入れ性を高めることによって高強度化に寄与し、さ
らに、初析セメンタイト組織の生成を抑制する元素であ
るが、0.10%未満の含有量ではその効果が小さく、
レール頭部に必要とされる硬さの確保が困難となる。ま
た、1.50%を超えると、焼入性が著しく増加し、マ
ルテンサイト組織が生成し易くなることや、偏析が助長
され、偏析部にレールの靭性に有害な初析セメンタイト
組織が生成し易くなるため、Mn量を0.10〜1.5
0%に限定した。
Mn lowers the pearlite transformation temperature,
It is an element that contributes to the strengthening by increasing the hardenability and further suppresses the formation of pro-eutectoid cementite structure, but if the content is less than 0.10%, its effect is small,
It becomes difficult to secure the hardness required for the rail head. On the other hand, if it exceeds 1.50%, the hardenability is remarkably increased, the martensite structure is easily generated, and segregation is promoted, so that a pro-eutectoid cementite structure harmful to the toughness of the rail is generated in the segregation part. Since it becomes easy, the Mn content is set to 0.10 to 1.5.
Limited to 0%.

【0018】Vはレール頭部の熱処理において、レール
頭表部と比較して冷却速度の遅いレール頭部内部で炭化
物や窒化物を形成し、パーライト組織中のフェライト地
に析出することにより、頭部内部の硬度を向上させる元
素であるが、0.01%未満では、窒化物や窒化物の形
成が困難となり、レール頭部内部のパーライト組織の析
出硬化が困難となる。また、0.20%を超えて添加し
てもそれ以上の効果が期待できないことや、Vの窒化物
を形成させる化学的に当量であるNの添加量が0.05
00%を超え、溶鋼溶製時に、内部疲労損傷の起点とな
るブローホールなどの内部欠陥が発生しやすくなるた
め、V量を0.01〜0.20%に限定した。
In the heat treatment of the rail head, V forms carbides or nitrides inside the rail head, which has a slower cooling rate than the rail head surface portion, and precipitates on the ferrite ground in the pearlite structure. Although it is an element that improves the hardness inside the portion, if it is less than 0.01%, it becomes difficult to form a nitride or a nitride, and it becomes difficult to precipitate and harden the pearlite structure inside the rail head portion. Further, even if added over 0.20%, no further effect can be expected, and the addition amount of N, which is a chemically equivalent amount for forming V nitride, is 0.05.
Since the content of V exceeds 0.00% and internal defects such as blowholes, which are the starting point of internal fatigue damage, are likely to occur during molten steel melting, the V amount is limited to 0.01 to 0.20%.

【0019】また、さらにNを含有させVの効果を相
乗効果で高めるために添加する。NはVと結合してVの
窒化物を形成し、パーライト組織中のフェライト地に析
出することにより、冷却速度の比較的遅いレール頭部内
部の硬度をより一層向上させる元素であるが、0.00
60%未満では、Vの窒化物の生成が困難となる。ま
た、0.0500%を超えると、溶鋼溶製時に、内部疲
労損傷の起点となるブローホールなどの内部欠陥が発生
しやすくなるため、N量を0.0060〜0.0500
%に限定した。なお、レール内部の硬さの上昇を図るた
め、Vの窒化物を安定的に生成させ、同時にブローホー
ル等の内部欠陥の発生を抑制するには、N添加量を0.
0100〜0.0200%の範囲とすることが望まし
い。
[0019] further contain an N, it is added to enhance the effect of V in synergy. N is an element that combines with V to form a nitride of V and precipitates in the ferrite ground in the pearlite structure to further improve the hardness inside the rail head where the cooling rate is relatively slow. .00
If it is less than 60%, it becomes difficult to form V nitride. Further, when it exceeds 0.0500%, internal defects such as blowholes, which are the starting point of internal fatigue damage, are likely to occur during molten steel melting, so the N content is 0.0060 to 0.0500.
Limited to%. Note that, in order to increase the hardness inside the rail, in order to stably generate the nitride of V and at the same time suppress the generation of internal defects such as blowholes, the N addition amount is set to 0.
It is desirable to set it in the range of 0100 to 0.0200%.

【0020】また、上記の成分組成で製造されるレール
は強度、延性、靭性、さらには溶接時の材料劣化を防止
する目的で、Cr、Mo、Cu、Ni、Nb、Ti、M
g、Ca、Coの元素を、必要に応じて1種類または2
種以上を添加する。ここで、Cr、Moは高強度化と耐
摩耗性向上、Ni、Nb、Tiは延性と靭性と同時に強
度と向上、Cu、Coは強度向上、Mg、Caは延性と
靭性の向上を主な目的として添加する。
Further, the rail manufactured with the above component composition has strength, ductility, toughness, and further for the purpose of preventing material deterioration during welding, Cr, Mo, Cu, Ni, Nb, Ti, M.
g, Ca, Co elements, if necessary, one kind or two
Add more than one seed. Here, Cr and Mo mainly improve strength and wear resistance, Ni, Nb and Ti mainly improve ductility and toughness and strength simultaneously, Cu and Co improve strength, and Mg and Ca mainly improve ductility and toughness. Add as purpose.

【0021】Crは、パーライトの平衡変態点を上昇さ
せ、結果としてパーライト組織を微細にして高強度化に
寄与すると同時に、パーライト組織中のセメンタイト相
を強化することによって耐摩耗性を向上させる元素であ
るが、0.05%未満ではその効果が小さく、1.00
%を超える過剰な添加を行うと、マルテンサイト組織が
多量に生成し、レールの靱性を低下させるため、Cr量
を0.05〜1.00%に限定した。
[0021] Cr is an element that raises the equilibrium transformation point of pearlite and, as a result, makes the pearlite structure finer and contributes to higher strength, and at the same time, improves the wear resistance by strengthening the cementite phase in the pearlite structure. However, if less than 0.05%, its effect is small, and it is 1.00
%, An excessive addition of martensite structure will reduce the toughness of the rail, so the Cr content was limited to 0.05 to 1.00%.

【0022】Moは、Cr同様パーライトの平衡変態点
を上昇させ、結果としてパーライト組織を微細にするこ
とにより高強度化に寄与し、耐摩耗性を向上させる元素
であるが、0.01%未満ではその効果が小さく、0.
20%を超える過剰な添加を行うと、偏析が助長され、
さらに、パーライト変態速度が低下し、偏析部にマルテ
ンサイト組織が生成し、レールの靱性が低下するため、
Mo量を0.01〜0.20%に限定した。
Mo is an element which, like Cr, raises the equilibrium transformation point of pearlite and, as a result, contributes to higher strength by making the pearlite structure finer and improves wear resistance, but less than 0.01%. However, the effect is small.
Excessive addition exceeding 20% will promote segregation,
Further, the pearlite transformation rate decreases, a martensite structure is generated in the segregated portion, and the rail toughness decreases, so
The amount of Mo was limited to 0.01 to 0.20%.

【0023】Cuは、パーライト鋼の靭性を損なわず強
度を向上させる元素であり、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
と赤熱脆化を生じやすくなることから、Cu量を0.0
5〜0.50%に限定した。
Cu is an element that improves the strength without impairing the toughness of pearlite steel, and its effect is 0.05 to 0.
It is the largest in the range of 50%, and when it exceeds 0.50%, red hot embrittlement is likely to occur, so the Cu content is 0.0
It was limited to 5 to 0.50%.

【0024】Niは、パーライト鋼の延性と靭性を向上
させ、同時に、固溶強化によりパーライト鋼の高強度化
を図る元素であるが、0.05%未満ではその効果が著
しく小さく、また、1.00%を超える過剰な添加を行
ってもそれ以上の効果が期待できない。したがって、N
i量を0.05〜1.00%に限定した。
Ni is an element that improves the ductility and toughness of pearlite steel and at the same time enhances the strength of pearlite steel by solid solution strengthening, but if it is less than 0.05%, its effect is extremely small, and Even if it is added in excess of 0.00%, no further effect can be expected. Therefore, N
The i amount was limited to 0.05 to 1.00%.

【0025】Nbは、Vと同様にNb炭化物、Nb窒化
物による析出硬化で強度を高め、さらに、高温度に加熱
する熱処理が行われる際に結晶粒の成長を抑制する作用
によりオーステナイト粒を微細化させ、そのオーステナ
イト粒成長抑制効果はVよりも高温度域(1200℃近
傍)まで作用し、パーライト組織の延性と靭性を改善す
る。その効果は、0.002%未満では期待できず、ま
た、0.050%を超える過剰な添加を行ってもそれ以
上の効果が期待できない。従って、Nb量を0.002
〜0.050%に限定した。
Similar to V, Nb increases the strength by precipitation hardening with Nb carbides and Nb nitrides, and further suppresses the growth of crystal grains when heat treatment is performed at a high temperature. The austenite grain growth suppressing effect acts to a temperature range higher than V (near 1200 ° C.), and improves the ductility and toughness of the pearlite structure. The effect cannot be expected if it is less than 0.002%, and further effect cannot be expected even if an excessive addition exceeding 0.050% is performed. Therefore, the amount of Nb is 0.002
Limited to ~ 0.050%.

【0026】Tiは、レール圧延時の再加熱において、
析出したTi炭化物、Ti窒化物が溶解しないことを利
用して、圧延加熱時のオーステナイト結晶粒の微細化を
図り、パーライト組織の延性や靭性を向上させるのに有
効な成分である。しかし、0.0050%未満ではその
効果が少なく、0.0300%を超えて添加すると、粗
大なTi炭化物、Ti窒化物が生成して、レール使用中
の疲労損傷の起点となり、き裂を発生させるため、Ti
量を0.0050〜0.0300%に限定した。
Ti is reheated during rail rolling.
By utilizing the fact that the precipitated Ti carbide and Ti nitride do not dissolve, it is an effective component for refining the austenite crystal grains during rolling heating and improving the ductility and toughness of the pearlite structure. However, if it is less than 0.0050%, its effect is small, and if it is added over 0.0300%, coarse Ti carbide and Ti nitride are generated, which becomes a starting point of fatigue damage during rail use and cracks occur. To make Ti
The amount was limited to 0.0050-0.0300%.

【0027】Mgは、O、または、SやAl等と結合し
て微細な酸化物を形成し、レール圧延時の再加熱におい
て、結晶粒の粒成長を抑制し、オーステナイト粒の微細
化を図り、パーライト組織の延性や靭性を向上させるの
に有効な元素である。さらに、MgO、MgSがMnS
を微細に分散させ、MnSの周囲にMnの希薄帯を形成
し、パーライト変態の生成に寄与し、その結果、パーラ
イトブロックサイズを微細化することにより、パーライ
ト組織の延性や靭性を向上させるのに有効な元素であ
る。しかし、0.0010%未満ではその効果は弱く、
0.0100%を超えて添加するとMgの粗大酸化物が
生成してレール延性や靭性を劣化させるため、Mg量を
0.0010〜0.0100%に限定した。
Mg combines with O, S, Al or the like to form a fine oxide, and suppresses grain growth of crystal grains during reheating during rail rolling, thereby achieving a fine austenite grain. , Is an element effective in improving the ductility and toughness of the pearlite structure. Furthermore, MgO and MgS are MnS
Finely dispersed to form a Mn rare zone around MnS and contribute to the generation of pearlite transformation. As a result, by reducing the pearlite block size, it is possible to improve the ductility and toughness of the pearlite structure. It is an effective element. However, if less than 0.0010%, the effect is weak,
If added in excess of 0.0100%, coarse Mg oxide is generated to deteriorate rail ductility and toughness, so the Mg content was limited to 0.0010 to 0.0100%.

【0028】Caは、Sとの結合力が強く、CaSとし
て硫化物を形成し、さらに、CaSがMnSを微細に分
散させ、MnSの周囲にMnの希薄帯を形成し、パーラ
イト変態の生成に寄与し、その結果、パーライトブロッ
クサイズを微細化することにより、パーライト組織の延
性や靭性を向上させるのに有効な元素である。しかし、
0.0010%未満ではその効果は弱く、0.0150
%を超えて添加するとCaの粗大酸化物が生成してレー
ル延性や靭性を劣化させるため、Ca量を0.0010
〜0.0150%に限定した。
Ca has a strong bonding force with S and forms a sulfide as CaS, and further, CaS finely disperses MnS and forms a Mn diluted zone around MnS, which causes pearlite transformation. It is an element that contributes and, as a result, reduces the size of the pearlite block to improve the ductility and toughness of the pearlite structure. But,
If less than 0.0010%, the effect is weak, and 0.0150
%, The coarse oxide of Ca is generated and the rail ductility and toughness are deteriorated.
Was limited to 0.0150%.

【0029】Coは、パーライトの変態エネルギーを増
加させて、パーライト組織を微細にすることにより強度
を向上させる元素であるが、0.10%未満ではその効
果が期待できず、また、2.00%を超える過剰な添加
を行ってもその効果が飽和域に達してしまうため、Co
量を0.10〜2.00%に限定した。
Co is an element that increases the transformation energy of pearlite and makes the pearlite structure finer to improve the strength, but if it is less than 0.10%, its effect cannot be expected, and 2.00 %, The effect reaches the saturation range even if excessive addition is performed, so Co
The amount was limited to 0.10-2.00%.

【0030】上記のような成分組成で構成されるレール
鋼は、転炉、電気炉などの通常使用される溶解炉で溶製
を行い、この溶鋼を造塊・分塊法あるいは連続鋳造法、
さらに熱間圧延を経てレールとして製造される。次に、
この熱間圧延した高温度の熱を保有するレール、あるい
は熱処理する目的で高温に再加熱されたレール頭部に熱
処理を施すことにより、レール頭部に硬さの高いパーラ
イト組織を安定的に生成させることが可能となる。
The rail steel composed of the above-described composition is melted in a commonly used melting furnace such as a converter or an electric furnace, and the molten steel is ingot-segmented or continuously cast,
Further, it is manufactured as a rail through hot rolling. next,
By heat-treating this hot-rolled rail that retains high-temperature heat, or the rail head that has been reheated to a high temperature for the purpose of heat treatment, a pearlite structure with high hardness is stably generated in the rail head. It becomes possible.

【0031】(2)パーライト組織の望ましい硬さおよ
びその範囲 はじめに、パーライト組織の望ましい硬さをHv360
〜480の範囲に限定した理由について説明する。本成
分系では硬さがHv360未満になると、レールの摩耗
が進行し、重荷重鉄道で要求されている耐摩耗性を確保
することが困難となり、さらに、急曲線区間において使
用されるレールでは頭部内部から疲労き裂が発生しやす
くなる。また、硬さがHv480を超えると、レール頭
表部の車輪とのなじみ性が低下し、表面損傷が発生しや
すくなることや、また、レール熱処理製造において、レ
ール頭部にベイナイトやマルテンサイトなどの異常組織
が生成し、レールの耐摩耗性や耐内部疲労損傷性を低下
させるため、硬さをHv360〜480の範囲に限定し
た。
(2) Desirable hardness of pearlite structure and its range First, the desirable hardness of pearlite structure is Hv360.
The reason why the range is limited to 480 will be described. If the hardness of this component system is less than Hv360, the wear of the rail will progress, and it will be difficult to secure the wear resistance required for heavy-duty railways. Fatigue cracks tend to occur from inside the part. Further, if the hardness exceeds Hv480, the compatibility of the rail head surface portion with the wheel is deteriorated and surface damage is likely to occur, and in the rail heat treatment manufacturing, the rail head is made of bainite or martensite. The hardness is limited to the range of Hv360 to 480 in order to generate the abnormal structure of No. 3 and reduce the wear resistance and the internal fatigue damage resistance of the rail.

【0032】次に、硬さHv360〜480の範囲のパ
ーライト組織の呈する望ましい範囲を、頭部コーナー部
および頭頂部の該頭部表面を起点として深さ20mmの範
囲に限定した理由について説明する。20mm未満では、
レール頭部に必要とされている耐摩耗性および耐内部疲
労損傷性領域としては小さく、摩耗の進行および内部疲
労損傷の発生により十分な寿命改善効果が得られないた
めである。また、前記パーライト組織を呈する範囲が頭
部コーナー部および頭頂部の該頭部表面を起点として深
さ30mm以上あれば、寿命改善効果がさらに増し、より
望ましい。
Next, the reason why the desirable range exhibited by the pearlite structure in the hardness range of Hv360 to 480 is limited to the depth of 20 mm from the head surface of the head corner and the crown is described. Below 20 mm,
This is because the wear resistance and internal fatigue damage resistance regions required for the rail head are small, and sufficient life improvement effect cannot be obtained due to progress of wear and internal fatigue damage. Further, if the range exhibiting the pearlite structure has a depth of 30 mm or more from the head surface of the head corner portion and the crown portion as a starting point, the life improving effect is further increased, which is more preferable.

【0033】ここで、図1に本発明の耐摩耗性、耐内部
疲労損傷性に優れたレールの頭部断面表面位置での呼称
および耐摩耗性が必要とされる領域を示す。レール頭部
において1は頭頂部、2は頭部コーナー部であり、頭部
コーナー部2の一方は車輪と主に接触するゲージコーナ
ー(G.C.)部である。また、硬さHv360〜48
0の範囲のパーライト組織は少なくとも図中の斜線部分
に配置されていれば、レール使用寿命の向上が可能とな
る。
Here, FIG. 1 shows the name of the rail cross-section surface position of the rail which is excellent in wear resistance and internal fatigue damage resistance of the present invention and a region where wear resistance is required. In the rail head portion, 1 is a crown portion, 2 is a head corner portion, and one of the head corner portions 2 is a gauge corner (GC) portion that mainly contacts the wheel. Also, hardness Hv360-48
If the pearlite structure in the range of 0 is arranged at least in the shaded area in the drawing, the service life of the rail can be improved.

【0034】(3)パーライト組織の望ましい硬さの差 最後に、深さ20mmの範囲における望ましいパーライト
組織の硬さの差の最大値をHv40以下に限定した理由
を説明する。レール頭部では断面の各部位によって冷却
速度が異なるため、一般的に硬さはレール頭表部から頭
部内部へ進むにしたがって低下する分布を示す。このレ
ール頭表面と頭部内部の硬度差がHv40を超えると、
レール頭部断面内において材料強度の変化が著しく大き
くなり、これにともない、レールに作用する外力から発
生する歪み(塑性変形領域)が、レール頭部内部の低硬
度(強度)部に集中し、その結果、内部疲労損傷が発生
し、レール寿命が低下するため、硬さの差の最大値をH
v40以下に限定した。
(3) Desired Hardness Difference of Perlite Structure Finally, the reason why the maximum value of the desired hardness difference of the pearlite structure in the depth range of 20 mm is limited to Hv 40 or less will be described. In the rail head, the cooling rate is different depending on each part of the cross section, so the hardness generally shows a distribution that decreases as it goes from the rail head surface part to the inside of the head part. If the hardness difference between the surface of the rail head and the inside of the head exceeds Hv40,
The material strength changes significantly within the rail head cross section, and along with this, the strain (plastic deformation region) generated from the external force acting on the rail is concentrated in the low hardness (strength) part inside the rail head, As a result, internal fatigue damage occurs and the rail life is shortened. Therefore, the maximum difference in hardness is H
Limited to v40 or less.

【0035】(4)製造条件 本発明の製造方法において、レール製造時の加熱、冷却
条件を上記のように限定した理由について詳細に説明す
る。まず、レール頭部を冷却する前の温度条件である
が、所定の組織および硬度を得るためには、少なくとも
レール頭部を十分にオーステナイト化させる必要があ
る。その温度は、圧延直後のレール頭部においてはAr
1点以上の温度域であり、また、再加熱されたレール頭
部ではAc1点+30℃以上の温度が必要である。な
お、温度の上限は特に規定しないが、あまり高温度にす
ると液相が現れ、オーステナイト相が不安定になるた
め、温度は実質1350℃が上限となる。
(4) Manufacturing conditions In the manufacturing method of the present invention, the reason why the heating and cooling conditions during rail manufacturing are limited as described above will be described in detail. First, regarding the temperature condition before cooling the rail head, at least the rail head must be sufficiently austenitized in order to obtain a predetermined structure and hardness. The temperature is Ar at the rail head immediately after rolling.
It is a temperature range of 1 point or higher, and the reheated rail head needs a temperature of Ac 1 point + 30 ° C or higher. The upper limit of the temperature is not particularly specified, but if the temperature is too high, the liquid phase appears and the austenite phase becomes unstable, so the upper limit of the temperature is substantially 1350 ° C.

【0036】ここで、上記の「レール頭部」とは、図1
に示すレール頭頂部(符号:1)および頭部コーナー部
(符号:2)を含む部分である。以下に説明する冷却速
度および温度は、前記図2に示すレール頭頂部(符号:
1)および頭部コーナー部(符号:2)の頭部表面から
深さが2〜5mmの範囲で測定すれば、レール頭部の少な
くとも深さ20mmの範囲(図2の斜線部分)を代表させ
ることができ、少なくとも前記部分(図2の斜線部分)
の組織と硬度を制御することが可能となる。
Here, the above-mentioned "rail head" means that in FIG.
The rail top portion (reference numeral: 1) and the head corner portion (reference numeral: 2) shown in FIG. The cooling rate and the temperature described below are the same as the rail top portion (reference numeral: shown in FIG. 2).
1) and at the depth of 2 to 5 mm from the head surface of the head corner portion (reference numeral: 2), at least the depth of the rail head of 20 mm is represented (hatched portion in FIG. 2). At least the above-mentioned part (hatched part in FIG. 2)
It is possible to control the texture and hardness of the.

【0037】次に、レール頭部をオーステナイト域温度
から650〜450℃までの間を1〜15℃/sec の冷
却速度で加速冷却する方法において、加速冷却停止温度
を上記の様に限定した理由について説明する。650℃
を超える温度で加速冷却を停止すると、加速冷却直後に
パーライト変態が開始し、硬さの低いパーライト組織が
多く生成し、レール頭部の硬さがHv360未満とな
り、耐摩耗性や耐内部疲労損傷性が確保できないため、
650℃以下に限定した。また、450℃未満まで加速
冷却を行うと、加速冷却後にレール内部からの十分な復
熱が期待できず、レール頭部内部の偏析部等にレールの
靭性、耐内部疲労損傷性に有害なマルテンサイト組織が
生成するため450℃以上に限定した。
Next, in the method of accelerating cooling the rail head from the austenite region temperature to 650 to 450 ° C. at a cooling rate of 1 to 15 ° C./sec, the reason for limiting the accelerated cooling stop temperature as described above. Will be described. 650 ° C
When the accelerated cooling is stopped at a temperature higher than, the pearlite transformation starts immediately after the accelerated cooling, many pearlite structures with low hardness are generated, and the hardness of the rail head becomes less than Hv360, resulting in wear resistance and internal fatigue damage resistance. Because it is not possible to secure
It was limited to 650 ° C or lower. In addition, if accelerated cooling is performed to less than 450 ° C, sufficient reheat from the inside of the rail cannot be expected after accelerated cooling, and martens that are harmful to rail toughness and internal fatigue damage resistance may occur in the segregated portion inside the rail head. Since the site structure is generated, the temperature is limited to 450 ° C or higher.

【0038】また、レール頭部の加速冷却速度が1℃/
sec 未満になると、加速冷却途中の高温度域でパーライ
ト変態が開始し、硬さの低いパーライト組織が多く生成
し、レール頭部の硬さがHv360未満となり、レール
頭部の耐摩耗性、耐内部疲労損傷性の確保が困難になる
ことや、成分系によってはレールの靭性および延性に有
害な初析セメンタイト組織が生成するため、1℃/sec
以上に限定した。加速冷却速度が15℃/sec を超える
と、加速冷却中にパーライト変態をせずに、レール頭部
にベイナイトやマルテサイト等の異常組織が生成し、耐
摩耗性や耐内部疲労損傷性を低下させるため、加速冷却
速度を1〜15℃/sec の範囲に限定した。なお、硬度
の高いパーライト組織をレール頭部内部まで安定的に生
成させるには、加速冷却速度を5〜10℃/sec の範囲
とすることが最も望ましい。
The accelerated cooling rate of the rail head is 1 ° C. /
If it is less than sec, pearlite transformation starts in the high temperature range during accelerated cooling, a lot of pearlite structure with low hardness is generated, the hardness of the rail head becomes less than Hv360, and the wear resistance and resistance of the rail head are reduced. It is difficult to secure internal fatigue damage, and depending on the component system, a pro-eutectoid cementite structure that is harmful to the toughness and ductility of the rail is generated.
Limited to the above. If the accelerated cooling rate exceeds 15 ° C / sec, abnormal structures such as bainite and martesite are generated in the rail head without pearlite transformation during accelerated cooling, and wear resistance and internal fatigue damage resistance are reduced. Therefore, the accelerated cooling rate is limited to the range of 1 to 15 ° C./sec. It is most desirable to set the accelerated cooling rate in the range of 5 to 10 ° C./sec in order to stably generate the pearlite structure having high hardness inside the rail head.

【0039】本加速冷却速度範囲は冷却開始から終了ま
での平均的な冷却速度を限定するものであるが、加速冷
却途中においてパーライト変態による発熱やレール内部
からの自然復熱による一時的な温度上昇が発生すること
がある。しかし、加速冷却開始から終了までの平均的な
冷却速度が上記範囲内であれば本パーライト系レールの
特性に大きな影響をおよぼさないため、本レールの加速
冷却条件としては冷却途中の一時的な温度上昇にともな
う冷却速度の低下も含んでいる。
This accelerated cooling rate range limits the average cooling rate from the start to the end of cooling, but during the accelerated cooling, heat generation due to pearlite transformation and temporary temperature rise due to natural recuperation from inside the rails occur. May occur. However, if the average cooling rate from the start to the end of accelerated cooling is within the above range, it will not affect the characteristics of this pearlite rail significantly. It also includes a decrease in cooling rate with a rise in temperature.

【0040】また、1〜15℃/sec の冷却速度を得る
方法としては、空気や空気を主としミスト等を加えた冷
却媒体およびこれらの組み合わせにより、所定冷却速度
を得ることが可能である。
As a method of obtaining a cooling rate of 1 to 15 ° C./sec, it is possible to obtain a predetermined cooling rate by using air or a cooling medium containing air as a main component and a mist or the like and a combination thereof.

【0041】従って、Hv360以上のパーライト組織
を呈した耐摩耗性、耐内部疲労損傷性に優れたレールを
製造するには、レール頭表部において、硬さの低いパー
ライト組織の生成を防止し、耐摩耗性、延性、靱性、耐
内部疲労損傷性に有害な初析セメンタイト、マルテンサ
イト、ベイナイト組織が生成しないように、空気や空気
を主としミスト等を加えた冷媒を用いてオーステナイト
域温度から1〜15℃/sec の冷却速度で加速冷却し、
該鋼レール頭表部の温度が650〜450℃達した時
点で加速冷却を停止することにより、レール頭表部から
内部まで高硬度のパーライト組織を安定的に生成させる
ことが可能となる。
Therefore, in order to manufacture a rail exhibiting a pearlite structure of Hv 360 or more and having excellent wear resistance and internal fatigue damage resistance, formation of a pearlite structure having a low hardness at the rail head surface portion is prevented, To prevent the formation of proeutectoid cementite, martensite, and bainite structures that are harmful to wear resistance, ductility, toughness, and internal fatigue damage resistance, use air or a refrigerant containing air as a main component and adding mist, etc. Accelerated cooling at a cooling rate of 1 to 15 ° C / sec,
By stopping the accelerated cooling when the temperature of the steel rail head surface portion reaches 650 to 450 ° C. , it becomes possible to stably generate a high hardness pearlite structure from the rail head surface portion to the inside.

【0042】また、加速冷却後の冷却は強制的な冷却は
行わず、パーライト変態を完遂するまで放冷、すなわち
自然冷却することが望ましい。なお、生産性向上等のた
めレールを強制的に冷却する時には、マルテンサイト組
織などのレールの靱性を低下させる組織の生成を防止す
るため、パーライト変態が完遂してから冷却を行うこと
が望まし。なお、本成分系において、レール頭部全体の
パーライト変態がほぼ完了する温度は、レール頭表面の
温度が350℃未満に冷却された状態である。
Further, the cooling after the accelerated cooling is not carried out forced cooling, cool until complete pearlite transformation, i.e. it is desirable to cool. When the rail is forcibly cooled to improve productivity, it is desirable to cool the rail after the pearlite transformation is completed in order to prevent the formation of a structure such as a martensite structure that reduces the toughness of the rail. . In this component system, the temperature at which the pearlite transformation of the entire rail head is almost completed is the state in which the rail head surface temperature is cooled to less than 350 ° C.

【0043】レールの金属組織としてはパーライト組織
であることが望ましいが、成分系、加速冷却速度および
素材の偏析状態によっては、パーライト組織中に微量な
初析フェライト組織や初析セメンタイト組織が生成する
ことがある。しかし、パーライト組織中にこれらの組織
が微量に生成してもレールの耐摩耗性、延性、靱性、耐
内部疲労損傷性および強度に大きな影響をおよぼさない
ため、本パーライト系レールの組織としては若干の初析
フェライト組織および初析セメンタイト組織の混在も含
んでいる。
The metal structure of the rail is preferably a pearlite structure, but a slight amount of proeutectoid ferrite structure or proeutectoid cementite structure is generated in the pearlite structure depending on the component system, the accelerated cooling rate and the segregation state of the material. Sometimes. However, even if a trace amount of these structures is generated in the pearlite structure, it does not significantly affect the wear resistance, ductility, toughness, internal fatigue damage resistance, and strength of the rail. Contains a slight mixture of proeutectoid ferrite structure and proeutectoid cementite structure.

【0044】[0044]

【実施例】次に、本発明の実施例について説明する。表
1に本発明レール鋼の化学成分、頭部加速冷却条件、レ
ール頭部軸心部硬さ、および頭部ミクロ組織を示す。ま
た、表1には図2に示す強制冷却条件下における西原式
摩耗試験での70万回繰り返し後の摩耗量、図3に示す
転動疲労試験結果も併記した。
EXAMPLES Next, examples of the present invention will be described. Table 1 shows the chemical composition, rail head accelerated cooling conditions, rail head shaft center hardness, and head microstructure of the rail steel of the present invention. In addition, Table 1 also shows the amount of wear after 700,000 cycles of wear in the Nishihara-type wear test under the forced cooling condition shown in FIG. 2 and the rolling fatigue test result shown in FIG.

【0045】[0045]

【表1】 [Table 1]

【0046】また、表2に比較レール鋼の化学成分、頭
部加速冷却条件、レール頭部軸心部硬さおよび頭部ミク
ロ組織を示す。また、表1には図2に示す強制冷却条件
下における西原式摩耗試験での70万回繰り返し後の摩
耗量、図3に示す転動疲労試験結果も併記した。
Further, Table 2 shows the chemical composition of comparative rail steel, head accelerated cooling conditions, rail head axial center hardness and head microstructure. In addition, Table 1 also shows the amount of wear after 700,000 cycles of wear in the Nishihara-type wear test under the forced cooling condition shown in FIG. 2 and the rolling fatigue test result shown in FIG.

【0047】[0047]

【表2】 [Table 2]

【0048】図4は、表1に示す本発明レール鋼と表2
に示す比較レール鋼(共析炭素含有鋼)の摩耗試験結果
を硬さと摩耗量の関係で比較したものである。図5、
本発明レール鋼(符号B、C)の頭部断面硬度分布の
一例である。また、図7、8は比較レール鋼(符号M、
)の頭部断面硬度分布の一例である。
FIG. 4 shows the rail steel of the present invention shown in Table 1 and Table 2
It is a comparison of the wear test results of the comparative rail steel (steel containing eutectoid carbon) shown in (1) in terms of hardness and wear amount. 5 and 6
Is an example of a head cross-section hardness distribution of the rail steel of the present invention (symbols B and C ). 7 and 8 are comparative rail steels (reference M,
It is an example of the head cross-section hardness distribution of N.

【0049】図2において、3はレール試験片、4は相
手材、5は冷却用ノズルである。また、図3において、
6はレール移動用スライダーであり、この上にレール7
が設置される。10はモーター9で回転する車輪8の左
右の動きおよび荷重を制御する荷重負荷装置である。試
験は左右に移動するレール7上に車輪8が転動する。
In FIG. 2, 3 is a rail test piece, 4 is a mating member, and 5 is a cooling nozzle. In addition, in FIG.
6 is a slider for moving the rail, on which the rail 7
Is installed. Reference numeral 10 is a load applying device that controls the lateral movement and the load of the wheel 8 rotated by the motor 9. In the test, wheels 8 roll on rails 7 that move left and right.

【0050】なお、レールの構成は以下のとおりであ
る。 ・本発明レール鋼(本) 符号A〜 上記成分範囲で、該鋼レールの少なくともレール頭部表
面から該頭部表面を起点として深さ20mmの範囲がパー
ライト組織を呈し、前記範囲のパーライト組織の硬さが
Hv360以上で、かつ、その硬さの差がHv40以下
であることを特徴とする耐摩耗性、耐内部疲労損傷性に
優れたパーライト系レール。 ・比較レール鋼(11本) 符号H〜J:化学成分が上記請求範囲外の共析炭素含有
鋼による比較レール鋼(3本)。 符号K〜N:化学成分が上記請求範囲外の過共析炭素含
有鋼による比較レール鋼(4本)。 符号O〜R:製造条件が上記請求範囲外の過共析炭素含
有鋼による比較レール鋼(4本)。
The structure of the rail is as follows. -Rail steel of the present invention ( 7 pieces) Codes A to G Within the above composition range, at least a rail head surface of the steel rail has a pearlite structure at a depth of 20 mm from the head surface as a starting point, and pearlite within the above range. A pearlite rail having excellent wear resistance and internal fatigue damage resistance, characterized in that the hardness of the tissue is Hv 360 or more and the difference in hardness is Hv 40 or less. -Comparative rail steel (11 pieces) Symbols H to J : Comparative rail steels (3 pieces) made of eutectoid carbon-containing steel whose chemical composition is out of the above range. Reference symbols K to N : Comparative rail steels (4 pieces) made of hypereutectoid carbon-containing steel whose chemical composition is outside the above-mentioned claims. Reference numerals O to R : Comparative rail steels (4 pieces) made of hyper-eutectoid carbon-containing steel whose manufacturing conditions are outside the above-mentioned claims.

【0051】摩耗試験条件は次のとおりとした。 試験機 :西原式摩耗試験機 試験片形状:円盤状試験片(外径:30mm、厚さ:8m
m) 試験荷重 :686N すべり率 :20% 相手材 :パーライト鋼(Hv390) 雰囲気 :大気中 冷却 :圧搾空気による強制冷却(流量:100N
l/min) 繰返し回数:70万回
The wear test conditions were as follows. Testing machine: Nishihara abrasion tester Test piece shape: Disc-shaped test piece (outer diameter: 30 mm, thickness: 8 m
m) Test load: 686N Slip ratio: 20% Counterpart material: Perlite steel (Hv390) Atmosphere: Cooling in air: Forced cooling by compressed air (Flow rate: 100N
1 / min) Number of repetitions: 700,000 times

【0052】転動疲労試験の条件は次のとおりとした。 試験機:転動疲労試験機 試験片形状 レール:136ポンドレール×2m 車 輪:AARタイプ(直径920mm) ラジアル荷重:147000N スラスト荷重: 9800N 潤滑 :ドライ+油(間欠給油)The conditions of the rolling fatigue test were as follows. Testing machine: Rolling fatigue testing machine Test piece shape Rail: 136 lbs rail x 2m Wheels: AAR type (diameter 920mm) Radial load: 147000N Thrust load: 9800N Lubrication: Dry + oil (intermittent lubrication)

【0053】図に示すように、本発明レール鋼は比較
レール鋼と比べて炭素量を高めることにより同一硬さに
おいて摩耗量が少なく、耐摩耗性が大きく向上してい
る。
As shown in FIG. 4 , the rail steel of the present invention has a smaller amount of wear at the same hardness and a significantly improved wear resistance by increasing the carbon content as compared with the comparative rail steel.

【0054】Vに加えてNを添加することにより、本発
明レール鋼(符号)は、図に示すように、図7、8
に示す比較レール鋼(符号M、N)と比べて、レール表
面と内部の硬度差が減少する。
[0054] By addition to the V addition of N, the present invention rail steels (reference numeral B), as shown in FIG. 5, FIGS. 7 and 8
The hardness difference between the rail surface and the inside is smaller than that of the comparative rail steel (reference numerals M and N ) shown in FIG.

【0055】さらに、Nの添加量を0.0100〜0.
0200%の範囲に制御することにより、本発明レール
鋼(符号)は、図に示すように、本発明レール鋼
(符号)と比べて、レール表面と内部の硬度差が減少
し、耐内部疲労損傷性がより一層向上する。
Further, the amount of N added is 0.0100-0.
By controlling the 0200% range, the present invention rail steel (code C), as shown in FIG. 6, in comparison with the present invention the rail steel (code B), the hardness difference between the interior and the rail surface is reduced, The internal fatigue damage resistance is further improved.

【0056】表1、2に示すように化学成分を適切な範
囲に納め、適切な熱処理条件を選択することにより、レ
ールの靱性や耐摩耗性に有害な初析セメンタイト組織や
マルテンサイト組織の生成させることなく、高い硬度の
パーライト組織をレール頭部内部まで安定的に生成させ
ることが可能となる。
As shown in Tables 1 and 2, by containing chemical components in an appropriate range and selecting an appropriate heat treatment condition, the formation of a pro-eutectoid cementite structure or martensite structure which is harmful to the toughness and wear resistance of the rail. It is possible to stably generate a pearlite structure having a high hardness even inside the rail head without performing the above.

【0057】[0057]

【発明の効果】このように本発明によれば、重荷重鉄道
に耐摩耗性および耐内部疲労損傷性に優れたレールを提
供することができる。
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a rail having excellent wear resistance and internal fatigue damage resistance for a heavy-duty railway.

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

【図1】レール頭部断面表面位置の呼称およびHv37
0以上のパーライト組織の必要範囲を示した図。
FIG. 1 Designation of rail head cross-section surface position and Hv37
The figure which showed the required range of 0 or more pearlite organization.

【図2】西原式摩耗試験機の概略図。FIG. 2 is a schematic diagram of a Nishihara-type abrasion tester.

【図3】転動疲労試験機の概要図。FIG. 3 is a schematic diagram of a rolling fatigue tester.

【図4】本発明レール鋼と比較レール鋼の摩耗試験結果
を硬さと摩耗量の関係で比較した図。
FIG. 4 is a diagram comparing the wear test results of the present invention rail steel and comparative rail steel in terms of hardness and wear amount.

【図5】本発明レール鋼(符号)の頭部断面硬度分布
を示した図。
FIG. 5 is a view showing a head cross-section hardness distribution of the rail steel of the present invention (reference B ).

【図6】本発明レール鋼(符号)の頭部断面硬度分布
を示した図。
FIG. 6 is a diagram showing the hardness distribution of the head cross section of the rail steel of the present invention (reference C ).

【図7】比較レール鋼(符号)の頭部断面硬度分布を
示した図。
FIG. 7 is a diagram showing a head cross-section hardness distribution of a comparative rail steel (reference M 2 ).

【図8】比較レール鋼(符号)の頭部断面硬度分布を
示した図。
FIG. 8 is a view showing a head cross-sectional hardness distribution of a comparative rail steel (reference N ).

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1:頭頂部 2:頭部コーナー部 3:レール試験片 4:相手材 5:冷却用ノズル 6:レール移動用スライダー 7:レール 8:車輪 9:モーター 10:荷重負荷装置 1: Top of the head 2: Head corner 3: Rail test piece 4: Counterpart material 5: Nozzle for cooling 6: Slider for rail movement 7: Rail 8: Wheel 9: Motor 10: Load device

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平11−92867(JP,A) 特開 平9−316598(JP,A) 特開 平9−137252(JP,A) 特開 平9−137228(JP,A) 特開 平9−137227(JP,A) 特開 平8−246101(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C22C 38/00 301 C21D 9/04 C22C 38/12 C22C 38/52 C21D 8/00 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) Reference JP-A-11-92867 (JP, A) JP-A-9-316598 (JP, A) JP-A-9-137252 (JP, A) JP-A-9- 137228 (JP, A) JP-A-9-137227 (JP, A) JP-A-8-246101 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) C22C 38/00 301 C21D 9/04 C22C 38/12 C22C 38/52 C21D 8/00

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 質量%で、 C :0.85超〜1.20%、 Si:0.10〜1.00%、 Mn:0.10〜1.50%、 V :0.01〜0.20%、 N :0.0060〜0.0500% を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなるこ
とを特徴とする耐摩耗性、耐内部疲労損傷性に優れたパ
ーライト系レール。
1. In mass%, C: more than 0.85 to 1.20%, Si: 0.10 to 1.00%, Mn: 0.10 to 1.50%, V: 0.01 to 0. 20%, N: 0.0060 to 0.0500%, and the balance being Fe and inevitable impurities, the pearlite rail having excellent wear resistance and internal fatigue damage resistance.
【請求項2】 質量%で、 C :0.85超〜1.20%、 Si:0.10〜1.00%、 Mn:0.10〜1.50%、 V :0.01〜0.20%、 N :0.0060〜0.0500% を含有し、さらに、 Cr:0.05〜1.00%、 Mo:0.01〜0.20%、 Cu:0.05〜0.50%、 Ni:0.05〜1.00%、 Nb:0.002〜0.050%、 Ti:0.0050〜0.0300%、 Mg:0.0010〜0.0100%、 Ca:0.0010〜0.0150%、 Co:0.10〜2.00% の1種または2種以上を含有し、残部がFeおよび不可
避的不純物からなることを特徴とする耐摩耗性、耐内部
疲労損傷性に優れたパーライト系レール。
2. In mass%, C: more than 0.85 to 1.20%, Si: 0.10 to 1.00%, Mn: 0.10 to 1.50%, V: 0.01 to 0. 20%, N: 0.0060 to 0.0500%, Cr: 0.05 to 1.00%, Mo: 0.01 to 0.20%, Cu: 0.05 to 0. 50%, Ni: 0.05 to 1.00%, Nb: 0.002 to 0.050%, Ti: 0.0050 to 0.0300%, Mg: 0.0010 to 0.0100%, Ca: 0 Wear resistance and internal fatigue resistance characterized by containing one or more of 0.0010 to 0.0150%, Co: 0.10 to 2.00%, and the balance being Fe and inevitable impurities. Perlite rail with excellent damage.
【請求項3】 質量%で、 C :0.85超〜1.20%、 Si:0.10〜1.00%、 Mn:0.10〜1.50%、 V :0.01〜0.20%、 N :0.0060〜0.0500% を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなるレ
ールであって、前記鋼レールの頭部コーナー部および頭
頂部表面を起点として少なくとも深さ20mmの範囲が、
硬さHv360〜480の範囲で、かつ、その硬さの差
がHv40以下であるパーライト組織とすることを特徴
とする耐摩耗性、耐内部疲労損傷性に優れたパーライト
系レール。
3. In mass%, C: more than 0.85 to 1.20%, Si: 0.10 to 1.00%, Mn: 0.10 to 1.50%, V: 0.01 to 0. 20%, N: 0.0060 to 0.0500%, with the balance being Fe and unavoidable impurities, the steel rail having a head corner portion and a crown portion surface as a starting point and at least a depth. 20mm range,
A pearlite rail having excellent wear resistance and internal fatigue damage resistance, which has a pearlite structure having a hardness in the range of Hv360 to 480 and a hardness difference of Hv40 or less.
【請求項4】 質量%で、 C :0.85超〜1.20%、 Si:0.10〜1.00%、 Mn:0.10〜1.50%、 V :0.01〜0.20%、 N :0.0060〜0.0500% を含有し、さらに、 Cr:0.05〜1.00%、 Mo:0.01〜0.20%、 Cu:0.05〜0.50%、 Ni:0.05〜1.00%、 Nb:0.002〜0.050%、 Ti:0.0050〜0.0300%、 Mg:0.0010〜0.0100%、 Ca:0.0010〜0.0150%、 Co:0.10〜2.00% の1種または2種以上を含有し、残部がFeおよび不可
避的不純物からなるレールであって、前記鋼レールの頭
部コーナー部および頭頂部表面を起点として少なくとも
深さ20mmの範囲が、硬さHv360〜480の範囲
で、かつ、その硬さの差がHv40以下であるパーライ
ト組織とすることを特徴とする耐摩耗性、耐内部疲労損
傷性に優れたパーライト系レール。
4. In mass%, C: more than 0.85 to 1.20%, Si: 0.10 to 1.00%, Mn: 0.10 to 1.50%, V: 0.01 to 0. 20%, N: 0.0060 to 0.0500%, Cr: 0.05 to 1.00%, Mo: 0.01 to 0.20%, Cu: 0.05 to 0. 50%, Ni: 0.05 to 1.00%, Nb: 0.002 to 0.050%, Ti: 0.0050 to 0.0300%, Mg: 0.0010 to 0.0100%, Ca: 0 A rail containing at least one of 0.0010 to 0.0150%, Co: 0.10 to 2.00%, and the balance being Fe and unavoidable impurities, the head corner of the steel rail. Of the hardness Hv360-480 at least 20 mm deep from the surface of the head and the surface of the crown. A pearlite rail having excellent wear resistance and internal fatigue damage resistance, which has a pearlite structure having a hardness difference of Hv40 or less within a range.
【請求項5】 質量%で、 C :0.85超〜1.20%、 Si:0.10〜1.00%、 Mn:0.10〜1.50%、 V :0.01〜0.20%、 N :0.0060〜0.0500% を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる、
熱間圧延ままのAr1点以上の温度の鋼レール頭部、あ
るいは熱処理する目的でAc1点+30℃以上の温度に
加熱された鋼レール頭部を、オーステナイト域温度から
1〜15℃/sec の冷却速度で加速冷却し、前記鋼レー
ルの頭部の温度が650〜450℃達した時点で加速
冷却を停止し、その後放冷して、前記鋼レールの頭部コ
ーナー部および頭頂部表面を起点として少なくとも深さ
20mmの範囲が、硬さHv360〜480の範囲で、か
つ、その硬さの差がHv40以下であるパーライト組織
とすることを特徴とする耐摩耗性、耐内部疲労損傷性に
優れたパーライト系レールの製造方法。
5. In mass%, C: more than 0.85 to 1.20%, Si: 0.10 to 1.00%, Mn: 0.10 to 1.50%, V: 0.01 to 0. 20%, N: 0.0060 to 0.0500%, with the balance being Fe and inevitable impurities.
As-hot-rolled steel rail head at a temperature of 1 point or higher, or steel rail head heated to a temperature of Ac1 point + 30 ° C or higher for the purpose of heat treatment, is cooled from the austenite region temperature by 1 to 15 ° C / sec. Accelerated cooling at a speed, stopping the accelerated cooling when the temperature of the head of the steel rail reaches 650 to 450 ° C. , and then allowing to cool, starting from the head corner portion and the top surface of the steel rail. As a pearlite structure having a hardness of Hv360 to 480 and a hardness difference of Hv40 or less, the wear resistance and internal fatigue damage resistance are excellent. For manufacturing perlite rails.
【請求項6】 質量%で、 C :0.85超〜1.20%、 Si:0.10〜1.00%、 Mn:0.10〜1.50%、 V :0.01〜0.20%、 N :0.0060〜0.0500% を含有し、さらに、 Cr:0.05〜1.00%、 Mo:0.01〜0.20%、 Cu:0.05〜0.50%、 Ni:0.05〜1.00%、 Nb:0.002〜0.050%、 Ti:0.0050〜0.0300%、 Mg:0.0010〜0.0100%、 Ca:0.0010〜0.0150%、 Co:0.10〜2.00% の1種または2種以上を含有し、残部がFeおよび不可
避的不純物からなる、熱間圧延ままのAr1点以上の温
度の鋼レール頭部、あるいは熱処理する目的でAc1点
+30℃以上の温度に加熱された鋼レール頭部を、オー
ステナイト域温度から1〜15℃/sec の冷却速度で加
速冷却し、前記鋼レールの頭部の温度が650〜450
達した時点で加速冷却を停止し、その後放冷して、
前記鋼レールの頭部コーナー部および頭頂部表面を起点
として少なくとも深さ20mmの範囲が、硬さHv360
〜480の範囲で、かつ、その硬さの差がHv40以下
であるパーライト組織とすることを特徴とする耐摩耗
性、耐内部疲労損傷性に優れたパーライト系レールの製
造方法。
6. In mass%, C: more than 0.85 to 1.20%, Si: 0.10 to 1.00%, Mn: 0.10 to 1.50%, V: 0.01 to 0. 20%, N: 0.0060 to 0.0500%, Cr: 0.05 to 1.00%, Mo: 0.01 to 0.20%, Cu: 0.05 to 0. 50%, Ni: 0.05 to 1.00%, Nb: 0.002 to 0.050%, Ti: 0.0050 to 0.0300%, Mg: 0.0010 to 0.0100%, Ca: 0 0.0010 to 0.0150%, Co: 0.10 to 2.00%, one or two or more, and the balance consisting of Fe and unavoidable impurities. Steel rail head, or steel rail head heated to a temperature of Ac1 point + 30 ° C or higher for the purpose of heat treatment , Accelerated cooling at a cooling rate of 1 to 15 ° C. / sec from the austenite zone temperature, the temperature of the head of the steel rail 650-450
When the temperature reaches ℃ , stop the accelerated cooling, and then let it cool,
The hardness Hv360 is at least 20 mm deep from the surface of the top and the corners of the head of the steel rail.
A method for producing a pearlite-based rail having excellent wear resistance and internal fatigue damage resistance, which is characterized in that the pearlite structure has a hardness difference of Hv40 or less in a range of 480 to 480.
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