JP5238930B2 - 耐摩耗性レールおよびその製造方法 - Google Patents
耐摩耗性レールおよびその製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5238930B2 JP5238930B2 JP2009029747A JP2009029747A JP5238930B2 JP 5238930 B2 JP5238930 B2 JP 5238930B2 JP 2009029747 A JP2009029747 A JP 2009029747A JP 2009029747 A JP2009029747 A JP 2009029747A JP 5238930 B2 JP5238930 B2 JP 5238930B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- mass
- rail
- less
- wear
- lamellar spacing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 10
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 title description 5
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 33
- 229910001562 pearlite Inorganic materials 0.000 claims description 33
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 33
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 21
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 21
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 12
- 230000009466 transformation Effects 0.000 claims description 11
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 4
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 25
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 description 15
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 12
- 229910000734 martensite Inorganic materials 0.000 description 7
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 6
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 5
- 239000010953 base metal Substances 0.000 description 4
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 4
- 238000004781 supercooling Methods 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000005098 hot rolling Methods 0.000 description 3
- 238000009864 tensile test Methods 0.000 description 3
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 2
- 230000013011 mating Effects 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 2
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001566 austenite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000009749 continuous casting Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000032798 delamination Effects 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 230000007257 malfunction Effects 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000002040 relaxant effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 238000005204 segregation Methods 0.000 description 1
- 238000009628 steelmaking Methods 0.000 description 1
- 230000000930 thermomechanical effect Effects 0.000 description 1
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Description
例えば、特許文献1には、酸化物系介在物の量および組成を適正範囲に制御することによってレール頭部の内部に生じる転動疲労損傷(ヘビーシェリング損傷という)に対する耐損傷性を高めたレールが開示されている。また、特許文献2には、レール頭頂部に適切な硬度分布を付与することによって、レールと車輪との接触応力状態を緩和させ、レール頭頂部中央に発生する損傷(ヘッドチェック)を抑制する技術が開示されている。また、特許文献3には、レール頭部の硬さとコーナー部の硬さを制御することによって、頭頂部およびコーナー部に発生する車輪の走行、スリップに起因したマルテンサイト組織(ホワイトフェーズ)の生成を防止し、耐転がり疲労損傷を抑制する技術が開示されている。
また、特許文献4には、レールの化学成分を適正に制御することによって、電気アーク溶接の際、鋼材表面に生じるマルテンサイトの生成を防止し、耐折損性を向上する技術が開示されている。さらに、特許文献5には、パーライト組織の鋼レールにおいて、鋼の成分を適正に制御し、同時に熱処理を施すことにより、初期硬さを所定の範囲に納め、さらに、衝撃値を向上させることにより、直線区間や緩曲線区間に使用されるレールの耐表面損傷性と靭性の向上を図る技術が開示されている。
固有抵抗値(ρμΩ・cm)=5.68×C+6.49×Mn+6.06×Cr+4.13×Mo+11.84 ・・・(1)
ここで、上記式中の元素記号は、各元素の質量(mass%)
で求められる固有抵抗値が21〜24ρμΩ・cmの範囲にあるレールであって、そのレール頭頂から深さ10mmの領域におけるミクロ組織がラメラー間隔0.08〜0.25μmのパーライト組織であり、応力拡大係数ΔKが15MPa√mのときの疲労き裂伝播速度が2.5×10−8m/cycle以下であることを特徴とする耐摩耗性レールである。
0.7〜0.8mass%C−0.8〜1.1mass%Mn−0.3mass%Crの成分組成を有する数種類の鋼材に、パーライト組織のラメラー間隔を変化させるために熱処理および加工熱処理を施した。そして、この鋼材から、外径:30mmφ、厚さ:8mmのリング状試験片を採取し、図1に示した西原式摩耗試験機を用いてすべり転動摩耗試験を行い、摩擦面直下に形成される塑性流動域について調査した。この際の試験条件は、試験片回転速度:684rpm、相手材回転速度:760rpm、すべり率:−10%、接触圧力:684MPaで、試験時間は4時間とした。
C:0.5〜1.0mass%
Cは、レールの高強度化およびパーライト組織形成のために必須の元素である。特に、耐摩耗性の向上に対して極めて有効であり、この観点から0.5mass%以上の添加を必要とする。一方、1.0mass%を超える添加は、レールの延性や靭性の低下を招く。よって、本発明では、Cは0.5〜1.0mass%の範囲とする。なお、延性や靭性をより重視する場合には、Cの上限は0.85mass%とするのが好ましい。
Siは、脱酸材として添加される元素であり、その効果を得るためには0.1mass%以上の添加が必要である。一方、1.0mass%を超える添加は、Si酸化物が晶出して、介在物起因による内部割れを起こすようになる。よって、Siは0.1〜1.0mass%の範囲とする。
Mnは、オーステナイト形成元素でありパーライト変態温度を低下させることから、鋼の高強度化に有効な元素であり、また、脱酸材としても有効である。しかし、0.1mass%未満の添加では、上記効果が小さく、一方、1.5mass%を超える添加は、逆に焼入れ性が過度に高まってマルテンサイトが形成されやすくなる。よって、Mnは0.1〜1.5mass%の範囲とする。好ましくは、0.2〜1.2mass%の範囲である。
Pは、鋼中に不可避的に混入してくる有害な不純物元素であり、偏析を起こして鋼を脆化させるので極力低減することが望ましい。しかし、本発明では、0.030%以下であれば許容することができる。
Sは、鋼中に不可避的に混入してくる不純物元素であり、Mnと結合してMnSを形成し、レールの延性を低下させるので、極力低下することが望ましい。しかし、0.020mass%以下であればその影響は小さいので、上限を0.020mass%とする。
Alは、脱酸材として強力な効果を有する元素であるが、鋼中にアルミナクラスターを形成し、レールにとって致命的となる転動疲労特性の低下を引き起こす。したがって、本発明では、Al脱酸は極力避けて、鋼中のAlを低減することが望ましい。そこで、本発明では、Alは0.005mass%以下に制限する。
Crは、過度に鋼の焼入れ性を上昇させることなく、過冷度を拡大して、ラメラー間隔を微細化する効果があり、レールのより内部まで高い硬度を得る場合などに有用な元素である。しかし、0.25mass%以下ではその効果が小さく、一方、1.5mass%を超える添加は、溶接性を損なう。よって、Crは、0.25mass%超え1.5mass%以下の範囲で添加する。
Oは、鋼中へ不可避的に混入し、硬質の酸化物系介在物を形成し、これが破壊の起点となって転動疲労特性を著しく低下させる有害元素である。しかし、Oが0.0020mass%以下であれば、その悪影響は小さい。よって、Oは0.0020mass%以下とする。
Cu:0.05〜1.0mass%
Cuは、鋼中に固溶してマトリックスを強化する有用な元素であり、その効果は、0.05mass%以上の添加で得ることができる。しかし、1.0mass%を超えて添加すると、レールの脆化を促進する。よって、Cuを添加する場合は、0.05〜1.0mass%の範囲とするのが好ましい。
Niは、鋼の強度および靭性の向上に有効な元素であり、それらの効果は、0.05mass%以上の添加で得ることができる。しかし、1.0mass%を超えて添加しても、その効果が飽和するだけなので、上限は1.0mass%とする。よって、Niは、0.05〜1.0mass%の範囲で添加するのが好ましい。
Moは、レールの強度向上に有効な元素であり、0.05mass%以上の添加でその効果を発現する。一方、0.5mass%を超える添加は、溶接性を低下したり、焼入れ性を上昇してマルテンサイト変態を促進させたりする。よって、Moは、0.05〜0.5mass%の範囲で添加するのが好ましい。
固有抵抗値(ρμΩ・cm)=5.68×C+6.49×Mn+6.06×Cr+4.13×Mo+11.84 ・・・(1)
ここで、上記式中の元素記号は、各元素の質量(mass%)である。
で求めることができる。
本発明のレールは、レール頭頂から深さ10mmの領域における鋼の0.2%耐力が800MPa以上であることが好ましい。これは、曲線軌道区間における車輪との接触によるレール表層の塑性流動域の深さを浅くし、それに伴って発生する微視割れを軽減させるためであり、より好ましくは850MPa以上である。また、レールの延性を確保する観点からは、引張試験における伸びは10%以上であることが好ましい。
本発明のレールは、パーライト組織を主体としたものであり、レール頭頂から深さ10mmの領域におけるパーライト組織のラメラー間隔は、0.08〜0.25μmの範囲に制限する必要がある。ラメラー間隔が0.25μmを超えると、鋼が軟質化し、耐摩耗性が大きく低下する。一方、ラメラー間隔が0.08μm未満になると、レール摩擦面に形成される塑性流動域に発生した微視割れの進展速度が高まり、却って耐剥離損傷性を低下させるからである。好ましくは、0.10〜0.22μmの範囲である。
本発明のレールは、上述した成分組成に調整した鋼を溶製後、常法により鋼素材とし、この鋼素材を加熱後、熱間圧延してレール形状にし、その後、パーライト変態開始温度Ps以上の温度からパーライト変態終了温度Pf以下までを加速冷却して製造する。
これに対して、鋼記号Gから製造したNo.8のレールは、耐摩耗性や耐表面損傷性については優れているものの、固有抵抗値が本発明の範囲を外れている。
また、C含有量が高い鋼Hから製造したNo.9のレールは、延性が十分ではなく、また、C含有量が低い鋼Iから製造したNo.10のレールは、ラメラー間隔が0.25μmを大きく超えており、摩耗量が多く、すべり転動摩耗試験後の塑性流動域におけるき裂伝播速度も大きい。
また、例え本願発明の成分組成を満たしている場合でも、製造条件が本発明の範囲を外れる場合には、ラメラー間隔が適合範囲(0.08〜0.25μm)から外れ、耐摩耗性と耐表面損傷性とを兼備したレールは得られない。例えば、No.11〜14のレールは、冷却条件が本発明範囲外であるため、ラメラー間隔が粗く、塑性流動域の深さが大きく、また、疲労き裂伝播速度も上昇したことから、耐摩耗性と耐表面損傷性がともに十分でない。また、No.15のレールは、冷却速度が速すぎたために、ラメラー間隔が0.08μm未満となり、その結果、塑性流動域が浅く、耐摩耗性は十分に優れるものの、塑性流動域に生じた微視割れのき裂伝播速度が大きく、耐表面損傷性が大きく低下している。また、Cr含有量が少ない鋼J,Kから製造したNo.16,17のレールは、ラメラー間隔が0.25μmを超えているため、摩耗量が多く、すべり転動摩耗試験後の塑性流動域におけるき裂伝播速度も大きい。
Claims (5)
- C:0.5〜1.0mass%、Si:0.1〜1.0mass%、Mn:0.1〜1.5mass%、P:0.030mass%以下、S:0.020mass%以下、Al:0.005mass%以下、Cr:0.25mass%超え1.5mass%以下、O:0.0020mass%以下を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、下記(1)式で求められる固有抵抗値が21〜24ρμΩ・cmの範囲にあるレールであって、そのレール頭頂から深さ10mmの領域におけるミクロ組織がラメラー間隔0.08〜0.25μmのパーライト組織であり、応力拡大係数ΔKが15MPa√mのときの疲労き裂伝播速度が2.5×10−8m/cycle以下であることを特徴とする耐摩耗性レール。
記
固有抵抗値(ρμΩ・cm)=5.68×C+6.49×Mn+6.06×Cr+4.13×Mo+11.84 ・・・(1)
ここで、上記式中の元素記号は、各元素の質量(mass%) - レール頭頂から深さ10mmの領域における0.2%耐力が800MPa以上、ビッカース硬さHvが350〜470であることを特徴とする請求項1に記載の耐摩耗性レール。
- 上記成分組成に加えてさらに、Cu:0.05〜1.0mass%、Ni:0.05〜1.0mass%およびMo:0.05〜0.5mass%のうちから選ばれる1種または2種以上を含有することを特徴とする請求項1または2に記載の耐摩耗性レール。
- 曲線半径Rが1000m以下の曲線軌道区間に使用されるものであることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の耐摩耗性レール。
- 上記請求項1または3に記載の成分組成からなる鋼素材を1150〜1350℃に加熱後、レール形状に熱間圧延し、パーライト変態開始温度以上の温度からパーライト変態終了温度以下までを冷却速度1〜5℃/sで加速冷却することを特徴とする耐摩耗性レールの製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009029747A JP5238930B2 (ja) | 2009-02-12 | 2009-02-12 | 耐摩耗性レールおよびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009029747A JP5238930B2 (ja) | 2009-02-12 | 2009-02-12 | 耐摩耗性レールおよびその製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2010185106A JP2010185106A (ja) | 2010-08-26 |
JP5238930B2 true JP5238930B2 (ja) | 2013-07-17 |
Family
ID=42765936
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009029747A Active JP5238930B2 (ja) | 2009-02-12 | 2009-02-12 | 耐摩耗性レールおよびその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5238930B2 (ja) |
Families Citing this family (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2785890B1 (en) * | 2011-11-28 | 2015-07-15 | Tata Steel UK Ltd | Rail steel with an excellent combination of wear properties, rolling contact fatigue resistance and weldability |
JP6064515B2 (ja) * | 2012-10-24 | 2017-01-25 | Jfeスチール株式会社 | レール |
CN103014504A (zh) * | 2012-12-08 | 2013-04-03 | 内蒙古包钢钢联股份有限公司 | 一种高硬度热处理钢轨专用钢材 |
CN103014486A (zh) * | 2012-12-08 | 2013-04-03 | 内蒙古包钢钢联股份有限公司 | 一种高强度热处理钢轨专用钢材 |
CN103014506A (zh) * | 2012-12-29 | 2013-04-03 | 内蒙古包钢钢联股份有限公司 | 一种低合金中等强度钢轨专用钢材 |
US20170101692A1 (en) * | 2014-03-24 | 2017-04-13 | Jfe Steel Corporation | Rail and method for manufacturing same |
MX2016013422A (es) * | 2014-04-17 | 2017-05-30 | Evraz Inc Na Canada | Riel con alto contenido de acero al carbono con ductibilidad mejorada. |
US9670570B2 (en) | 2014-04-17 | 2017-06-06 | Evraz Inc. Na Canada | High carbon steel rail with enhanced ductility |
CN104060065B (zh) * | 2014-07-14 | 2016-04-06 | 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 | 耐海洋环境腐蚀的钢轨 |
CN107299284A (zh) * | 2017-05-27 | 2017-10-27 | 内蒙古包钢钢联股份有限公司 | 低成本耐磨钢轨及其生产工艺 |
CN107299277A (zh) * | 2017-05-27 | 2017-10-27 | 内蒙古包钢钢联股份有限公司 | 高Cr钢轨专用钢材及其生产方法 |
JP7173366B2 (ja) * | 2020-06-29 | 2022-11-16 | Jfeスチール株式会社 | 耐疲労き裂伝播特性に優れるレールおよびその製造方法 |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0718326A (ja) * | 1993-06-30 | 1995-01-20 | Nkk Corp | オンライン熱処理による高強度高靭性レールの製造方法 |
JPH07126741A (ja) * | 1993-11-05 | 1995-05-16 | Nippon Steel Corp | 高延性・高靭性レールの製造法 |
JPH0849019A (ja) * | 1994-08-03 | 1996-02-20 | Nippon Steel Corp | 高疲労限度比および高延性値を有するレール |
JP3078461B2 (ja) * | 1994-11-15 | 2000-08-21 | 新日本製鐵株式会社 | 高耐摩耗パーライト系レール |
JP4410342B2 (ja) * | 1999-08-24 | 2010-02-03 | 新日本製鐵株式会社 | 熱膨張の少ない耐摩耗性に優れたレール |
JP4336028B2 (ja) * | 2000-06-16 | 2009-09-30 | 新日本製鐵株式会社 | 球状化炭化物を含有する耐摩耗性に優れたパーライト系レール |
JP2002363701A (ja) * | 2001-06-12 | 2002-12-18 | Nkk Corp | パーライト系レール |
JP4272410B2 (ja) * | 2002-11-12 | 2009-06-03 | 新日本製鐵株式会社 | パーライトレールの熱処理方法 |
-
2009
- 2009-02-12 JP JP2009029747A patent/JP5238930B2/ja active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2010185106A (ja) | 2010-08-26 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5238930B2 (ja) | 耐摩耗性レールおよびその製造方法 | |
JP6210155B2 (ja) | 鉄道車両用車輪および鉄道車両用車輪の製造方法 | |
KR101100941B1 (ko) | 내마모성 및 연성이 우수한 펄라이트계 레일의 제조 방법 | |
CA2451147C (en) | Pearlitic steel rail excellent in wear resistance and ductility and method for producing the same | |
TWI604071B (zh) | Steel plate and its manufacturing method | |
JP5761116B2 (ja) | 車輪用鋼 | |
WO2016148037A1 (ja) | 冷間加工性と浸炭熱処理後の靱性に優れる浸炭用鋼板 | |
AU2015268447A1 (en) | Rail and production method therefor | |
JP5391711B2 (ja) | 高炭素パーライト系レールの熱処理方法 | |
JP5783056B2 (ja) | 浸炭軸受鋼鋼材 | |
AU2015268431A1 (en) | Rail and production method therefor | |
JP6737208B2 (ja) | 耐摩耗鋼板 | |
JP6801747B2 (ja) | オーステナイト系レールの製造方法 | |
JP4964489B2 (ja) | 耐摩耗性および延性に優れたパーライト系レールの製造方法 | |
JP2008240130A (ja) | 非調質鋼材 | |
JP6769579B2 (ja) | レールおよびその製造方法 | |
JP5472418B2 (ja) | 耐摩耗性および延性に優れたパーライト系レールの製造方法 | |
JP2003293086A (ja) | 耐摩耗性および延性に優れたパーライト系レール | |
JP6930628B2 (ja) | 耐摩耗鋼板の製造方法 | |
JP2004190127A (ja) | 球状化炭化物組織を有する軸受け用線材・棒鋼およびその製造方法 | |
JP4846476B2 (ja) | 耐摩耗性および延性に優れたパーライト系レールの製造方法 | |
JP2020070495A (ja) | レールおよびその製造方法 | |
JP6064515B2 (ja) | レール | |
JP6109730B2 (ja) | 浸炭後の曲げ疲労特性に優れた鋼材およびその製造方法並びに浸炭部品 | |
JP6669109B2 (ja) | 熱間圧延用ロール外層材および熱間圧延用複合ロール |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20110405 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20130125 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20130205 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20130207 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20160412 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Ref document number: 5238930 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |