JP7332886B2 - train wheels - Google Patents
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本開示は、鉄道車輪に関する。 The present disclosure relates to railroad wheels.
鉄道車両は、線路を構成するレール上を走行する。鉄道車両は、複数の鉄道車輪を備える。鉄道車輪は、車両を支持し、レールと接触して、レール上を回転しながら移動する。鉄道車輪は、レールとの接触により摩耗する。最近、鉄道輸送の高効率化を目的として、鉄道車両への積載重量の増加、及び、鉄道車両の高速化が進められている。その結果、鉄道車輪の耐摩耗性の向上が求められている。 A railroad vehicle travels on rails that constitute a railroad track. A railway vehicle comprises a plurality of railway wheels. Railroad wheels support the vehicle, contact the rails, and move in rotation on the rails. Railroad wheels wear due to contact with the rails. 2. Description of the Related Art Recently, in order to improve the efficiency of railroad transportation, efforts have been made to increase the load weight of railroad vehicles and to increase the speed of railroad vehicles. As a result, there is a demand for improved wear resistance of railroad wheels.
鉄道車輪の耐摩耗性を高める技術が、特開平９－２０２９３７号公報（特許文献１）、特開２０１２－１０７２９５号公報（特許文献２）、特開２０１３－２３１２１２号公報（特許文献３）、特開２００４－３１５９２８号公報（特許文献４）に提案されている。 Techniques for improving the wear resistance of railway wheels are disclosed in JP-A-9-202937 (Patent Document 1), JP-A-2012-107295 (Patent Document 2), JP-A-2013-231212 (Patent Document 3), This is proposed in Japanese Patent Laying-Open No. 2004-315928 (Patent Document 4).
特許文献１に開示された鉄道車両用車輪は、質量％で、Ｃ：０．４～０．７５％、Ｓｉ：０．４～０．９５％、Ｍｎ：０．６～１．２％、Ｃｒ：０～０．２％未満、Ｐ：０．０３％未満、Ｓ：０．０３％以下を含有し、残部がＦｅ及びその他不可避の不純物からなる。この鉄道車輪において、車輪踏面部の表面から少なくとも深さ５０ｍｍまでの領域が、パーライト組織からなる。特許文献１の鉄道車輪の製造方法は、車輪踏面部の冷却曲線が、連続冷却変態曲線図におけるパーライト生成領域を通り、かつ、マルテンサイト変態曲線より長時間側にある条件で、車輪踏面部を冷却する焼入工程を含む。
The railway vehicle wheel disclosed in
特許文献２に開示された車輪用鋼は、質量％で、Ｃ：０．６５～０．８４％、Ｓｉ：０．０２～１．００％、Ｍｎ：０．５０～１．９０％、Ｃｒ：０．０２～０．５０％、Ｖ：０．０２～０．２０％、Ｓ≦０．０４％を含み、残部がＦｅと不純物からなり、Ｐ≦０．０５％、Ｃｕ≦０．２０％、Ｎｉ≦０．２０％の化学組成を有する。この化学組成はさらに、次の関係式を満たす。〔３４≦２．７＋２９．５×Ｃ＋２．９×Ｓｉ＋６．９×Ｍｎ＋１０．８×Ｃｒ＋３０．３×Ｍｏ＋４４．３×Ｖ≦４３〕かつ〔０．７６×ｅｘｐ（０．０５×Ｃ）×ｅｘｐ（１．３５×Ｓｉ）×ｅｘｐ（０．３８×Ｍｎ）×ｅｘｐ（０．７７×Ｃｒ）×ｅｘｐ（３．０×Ｍｏ）×ｅｘｐ（４．６×Ｖ）≦２５〕。この車両用鋼は、上記化学組成及び上記式を満たすことにより、耐摩耗性、耐転動疲労特性、耐スポークリング性に優れる、と特許文献２には記載されている。
The wheel steel disclosed in
特許文献３に開示された車輪用鋼は、質量％で、Ｃ：０．６５～０．８４％、Ｓｉ：０．４～１．０％、Ｍｎ：０．５０～１．４０％、Ｃｒ：０．０２～０．１３％、Ｓ：０．０４％以下、Ｖ：０．０２～０．１２％を含有し、式（１）で定義されるＦｎ１が３２～４３で、かつ、式（２）で表されるＦｎ２が２５以下であり、残部がＦｅ及び不純物からなる。ここで、式（１）は、Ｆｎ１＝２．７＋２９．５Ｃ＋２．９Ｓｉ＋６．９Ｍｎ＋１０．８Ｃｒ＋３０．３Ｍｏ＋４４．３Ｖであり、式（２）は、Ｆｎ２＝ｅｘｐ（０．７６）×ｅｘｐ（０．０５Ｃ）×ｅｘｐ（１．３５Ｓｉ）×ｅｘｐ（０．３８Ｍｎ）×ｅｘｐ（０．７７Ｃｒ）×ｅｘｐ（３．０Ｍｏ）×ｅｘｐ（４．６Ｖ）である。この車輪用鋼は、上記化学組成を有し、Ｆｎ１及びＦｎ２が上記範囲を満たすことにより、耐摩耗性、耐転動疲労特性、耐スポーリング性に優れる、と特許文献３には記載されている。
The wheel steel disclosed in
特許文献４に開示された鉄道車両用車輪は、質量％で、Ｃ：０．８５～１．２０％、Ｓｉ：０．１０～２．００％、Ｍｎ：０．０５～２．００％、必要に応じてさらにＣｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｎｂ、Ｂ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ａｌ、Ｚｒ、及びＮの１種又は２種以上を所定量含有し、残部がＦｅ及びその他不可避的不純物からなる化学成分を含有する鋼で構成された一体型の鉄道車両用車輪であって、車輪の踏面及び／又はフランジ面の少なくとも一部がパーライト組織である。特許文献４では、鉄道車両用車輪の寿命は、踏面及びフランジ面の摩耗量に依存し（特許文献４の段落［０００２］）、さらに、高速鉄道においてブレーキを掛けたときの発熱量の増大にともない発生する踏面及びフランジ面での亀裂に依存すると記載されている。そして、鉄道車両用車輪が上記構成を有することにより、踏面及びフランジ面の耐摩耗性及び熱亀裂を抑制できる、と記載されている。
The railway vehicle wheel disclosed in
特許文献１に提案されている鉄道車両用車輪は、適度の焼入れ性と同時に、パーライト組織が得られる性質を持たせるために、Ｃｒ含有量を低く抑え、かつ、適量のＳｉを含有する。しかしながら、特許文献１に記載の鉄道車両用車輪のＣ含有量は０．４～０．７５％であり、この車輪はいわゆる亜共析鋼からなる。そのため、耐摩耗性の向上には限界がある。同様に、特許文献２及び特許文献３に提案されている車輪用鋼も亜共析鋼からなる。特許文献２及び３では、亜共析鋼にＶを含有することにより、パーライト組織を強化して、耐摩耗性を高めている。しかしながら、Ｖを含有するだけでは、耐摩耗性の向上に限界がある。
The railway vehicle wheel proposed in
一方、特許文献４に提案されている鉄道車両用車輪では、Ｃ含有量を高めた過共析鋼を用いることにより、耐摩耗性を高めている。しかしながら、過共析鋼からなる鉄道車輪を製造する場合、亜共析鋼とは異なる新たな問題点が生じることが判明した。
On the other hand, in the railway vehicle wheel proposed in
通常、鉄道車輪は、次の工程で製造される。熱間鍛造及び熱間圧延による中間品を製造する。中間品に対して、踏面焼入れを実施する。そして、踏面焼入れ後の中間品のリム部の踏面に形成されたマルテンサイト層を切削して除去し、踏面のミクロ組織をパーライト組織とする。 Generally, railroad wheels are manufactured in the following steps. An intermediate product is manufactured by hot forging and hot rolling. The intermediate product is subjected to tread hardening. Then, the martensite layer formed on the tread surface of the rim portion of the intermediate product after the tread surface quenching is cut and removed, and the microstructure of the tread surface is made into a pearlite structure.
以上のとおり、鉄道車輪の製造では、リム部の踏面に形成されたマルテンサイト層を切削して除去する工程が含まれる。亜共析鋼の鉄道車輪の場合、マルテンサイト層の切削は比較的容易に実施することができた。しかしながら、過共析鋼の場合、マルテンサイト層の硬さが非常に高いため、切削加工が困難となる。 As described above, the manufacture of railroad wheels includes a step of cutting and removing the martensite layer formed on the tread surface of the rim portion. In the case of railway wheels of hypo-eutectoid steel, the cutting of the martensite layer could be carried out relatively easily. However, in the case of hypereutectoid steel, the hardness of the martensite layer is very high, making cutting difficult.
そこで、本開示の目的は、耐摩耗性に優れ、かつ、製造工程時における被削性に優れた、鉄道車輪を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present disclosure to provide a railroad wheel having excellent wear resistance and excellent machinability during the manufacturing process.
本開示による鉄道車輪は、
リム部と、
ボス部と、
前記リム部と前記ボス部との間に配置される板部とを備え、
前記鉄道車輪の化学組成は、質量％で、
Ｃ：０．８５～１．１５％、
Ｓｉ：０．８０％以下、
Ｍｎ：１．５０％以下、
Ｐ：０．０５０％以下、
Ｓ：０．０５０％以下、
Ｃｒ：０～０．５０％、
Ｖ：０～０．１０％、
Ｍｏ：０～０．２０％、
Ｃｕ：０～０．５０％、
Ｎｉ：０～０．５０％、
Ａｌ：０～０．５００％、及び、
残部がＦｅ及び不純物からなり、
式（１）で定義されるＦｎ１が４２．０以下であり、
式（２）で定義されるＦｎ２が３９．０以上であり、
前記リム部の踏面に垂直な断面におけるパーライトの総面積率は９５．０％以上であり、
前記リム部の前記踏面に垂直な断面の前記パーライトのうち、縦２０μｍ×横２０μｍの矩形の観察視野において、縦方向に０．５μｍピッチで４０等分し、横方向に０．５μｍピッチで４０等分して、４０×４０個の微小領域を区画し、前記微小領域のうち、前記微小領域内に全体が収まるセメンタイトを少なくとも１つ含む前記微小領域を、球状化セメンタイト含有微小領域と定義したとき、
前記微小領域の総個数に対する、前記球状化セメンタイト含有微小領域の総個数の割合である、球状化セメンタイト含有微小領域面積率が４０．０％以下である。
Ｆｎ１＝３０．５２＋６．９６×Ｃ＋４．９６×Ｓｉ＋１．８５×Ｍｎ＋４．８５×Ｃｒ＋３４．７７×Ｖ・・・（１）
Ｆｎ２＝１８．１８＋２１．８２×Ｃ＋２．３９×Ｓｉ＋１．０１×Ｍｎ＋６．９７×Ｃｒ＋２４．７９×Ｖ・・・（２）
ここで、式（１）及び式（２）中の各元素記号には、対応する元素の含有量（質量％）が代入される。
A railroad wheel according to the present disclosure comprises:
a rim;
a boss and
a plate portion disposed between the rim portion and the boss portion;
The chemical composition of the railroad wheel is, in mass %,
C: 0.85 to 1.15%,
Si: 0.80% or less,
Mn: 1.50% or less,
P: 0.050% or less,
S: 0.050% or less,
Cr: 0 to 0.50%,
V: 0 to 0.10%,
Mo: 0-0.20%,
Cu: 0-0.50%,
Ni: 0 to 0.50%,
Al: 0 to 0.500%, and
The balance consists of Fe and impurities,
Fn1 defined by formula (1) is 42.0 or less,
Fn2 defined by formula (2) is 39.0 or more,
A total area ratio of pearlite in a cross section perpendicular to the tread surface of the rim portion is 95.0% or more,
In a rectangular observation field of 20 μm long×20 μm wide, the perlite of the cross section perpendicular to the tread surface of the rim portion is vertically divided into 40 equal parts with a pitch of 0.5 μm and 40 parts are divided horizontally with a pitch of 0.5 μm. It was equally divided into 40×40 micro-regions, and among the micro-regions, the micro-region containing at least one cementite that could fit entirely within the micro-region was defined as a spheroidized cementite-containing micro-region. when
The area ratio of the spheroidized cementite-containing microregions, which is the ratio of the total number of the spheroidized cementite-containing microregions to the total number of the microregions, is 40.0% or less.
Fn1=30.52+6.96*C+4.96*Si+1.85*Mn+4.85*Cr+34.77*V (1)
Fn2=18.18+21.82*C+2.39*Si+1.01*Mn+6.97*Cr+24.79*V (2)
Here, the content (% by mass) of the corresponding element is substituted for each element symbol in formulas (1) and (2).
本開示による鉄道車輪は、耐摩耗性に優れ、かつ、製造工程時における被削性に優れる。 A railroad wheel according to the present disclosure has good wear resistance and good machinability during the manufacturing process.
［鉄道車輪の構成］
図１は本実施形態による鉄道車輪の中心軸を含む断面図である。図１を参照して、鉄道車輪１は円盤状であり、ボス部２と、板部３とリム部４とを備える。ボス部２は円筒状であり、鉄道車輪１の径方向（中心軸に対して垂直な方向）において、中央部に配置される。ボス部２は貫通孔２１を有する。貫通孔２１の中心軸は、鉄道車輪１の中心軸と一致する。貫通孔２１には、図示しない鉄道車軸が挿入される。ボス部２の厚さＴ２は、板部３の厚さＴ３よりも厚い。リム部４は、鉄道車輪１の外周の縁部に形成されている。リム部４は、踏面４１と、フランジ４２とを含む。踏面４１は、フランジ４２と繋がっている。鉄道車輪１の使用時において、踏面４１及びフランジ４２はレール表面と接触する。リム部４の厚さＴ４は、板部３の厚さＴ３よりも厚い。板部３は、ボス部２とリム部４との間に配置され、ボス部２及びリム部４とつながっている。具体的には、板部３の内周縁部はボス部２とつながっており、板部３の外周縁部はリム部４とつながっている。板部３の厚さＴ３は、ボス部２の厚さＴ２及びリム部４の厚さＴ４よりも薄い。鉄道車輪１の直径は特に限定されるものではないが、たとえば、７００ｍｍ～１０００ｍｍである。
[Composition of railroad wheels]
FIG. 1 is a sectional view including the central axis of the railway wheel according to this embodiment. Referring to FIG. 1 , a
本発明者らは、耐摩耗性及び被削性を両立できる、鉄道車輪について検討を行った。初めに、本発明者らは、質量％で、Ｃ：０．８５～１．１５％、Ｓｉ：０．８０％以下、Ｍｎ：１．５０％以下、Ｐ：０．０５０％以下、Ｓ：０．０５０％以下、Ｃｒ：０～０．５０％、Ｖ：０～０．１０％、Ｍｏ：０～０．２０％、Ｃｕ：０～０．５０％、Ｎｉ：０～０．５０％、Ａｌ：０～０．５００％、及び、残部がＦｅ及び不純物からなる化学組成であれば、耐摩耗性及び被削性を両立できる可能性があると考えた。 The present inventors have studied railroad wheels that can achieve both wear resistance and machinability. First, the present inventors found that, in mass%, C: 0.85 to 1.15%, Si: 0.80% or less, Mn: 1.50% or less, P: 0.050% or less, S: 0.050% or less, Cr: 0-0.50%, V: 0-0.10%, Mo: 0-0.20%, Cu: 0-0.50%, Ni: 0-0.50% , Al: 0 to 0.500%, and the balance being Fe and impurities, it is possible that both wear resistance and machinability can be achieved.
ところで、鉄道車輪の被削性を高めるためには、踏面焼入れにより形成されるマルテンサイトの硬さが抑えられるのが好ましい。さらに、鉄道車輪の耐摩耗性を高めるには、パーライトの硬さを高めるのが好ましい。そこで、マルテンサイト層の硬さを抑えつつ、パーライトの硬さを高める方法を化学組成の観点から検討した。その結果、次の式（１）で定義されるＦｎ１が４２．０以下であり、式（２）で定義されるＦｎ２が３９．０以上であれば、踏面焼入れにより形成されるマルテンサイト層の硬さが過剰に高くなるのを抑えつつ、かつ、パーライトの硬さを高めることができることを見出した。
Ｆｎ１＝３０．５２＋６．９６×Ｃ＋４．９６×Ｓｉ＋１．８５×Ｍｎ＋４．８５×Ｃｒ＋３４．７７×Ｖ・・・（１）
Ｆｎ２＝１８．１８＋２１．８２×Ｃ＋２．３９×Ｓｉ＋１．０１×Ｍｎ＋６．９７×Ｃｒ＋２４．７９×Ｖ・・・（２）
ここで、式（１）及び式（２）中の各元素記号には、対応する元素の含有量（質量％）が代入される。
By the way, in order to improve the machinability of railroad wheels, it is preferable to suppress the hardness of martensite formed by tread hardening. Furthermore, it is preferable to increase the hardness of perlite in order to increase the wear resistance of railroad wheels. Therefore, from the viewpoint of chemical composition, a method for increasing the hardness of pearlite while suppressing the hardness of the martensite layer was investigated. As a result, if Fn1 defined by the following formula (1) is 42.0 or less and Fn2 defined by formula (2) is 39.0 or more, the martensite layer formed by tread hardening It has been found that the hardness of pearlite can be increased while suppressing an excessive increase in hardness.
Fn1=30.52+6.96*C+4.96*Si+1.85*Mn+4.85*Cr+34.77*V (1)
Fn2=18.18+21.82*C+2.39*Si+1.01*Mn+6.97*Cr+24.79*V (2)
Here, the content (% by mass) of the corresponding element is substituted for each element symbol in formulas (1) and (2).
しかしながら、化学組成が上述の範囲内であり、かつ、Ｆｎ１が４２．０以下であり、かつ、Ｆｎ２が３９．０以上であっても、耐摩耗性が低い場合があった。そこで、本発明者らはさらに検討を行った。その結果、本発明者らは、次の知見を得た。 However, even if the chemical composition is within the above range, Fn1 is 42.0 or less, and Fn2 is 39.0 or more, wear resistance may be low. Therefore, the present inventors conducted further studies. As a result, the inventors obtained the following knowledge.
過共析鋼からなる鉄道車輪の製造工程において、踏面焼入れ後の焼戻しは必須の工程となる。焼戻しにおいて、焼戻し温度が高いほど、マルテンサイト（焼戻しマルテンサイト）の硬さが低くなり、被削性が高まる。したがって、過共析鋼からなる鉄道車輪の場合、マルテンサイトの硬さを低くして被削性を高めるために、焼戻し温度を高くするのが好ましいように考えられる。 Tempering after tread quenching is an essential step in the manufacturing process of railroad wheels made of hypereutectoid steel. In tempering, the higher the tempering temperature, the lower the hardness of martensite (tempered martensite) and the higher the machinability. Therefore, in the case of railway wheels made of hypereutectoid steel, it seems preferable to increase the tempering temperature in order to reduce the hardness of the martensite and improve the machinability.
しかしながら、過共析鋼からなる鉄道車輪において、焼戻し温度が高すぎれば、パーライトのラメラが崩れ、パーライト中のセメンタイトが球状化してしまう。セメンタイトが過剰に球状化すれば、化学組成が上述の範囲内であり、かつ、Ｆｎ１が４２．０以下であり、かつ、Ｆｎ２が３９．０以上であっても、鉄道車輪の耐摩耗性が低くなる。 However, in railroad wheels made of hypereutectoid steel, if the tempering temperature is too high, the pearlite lamellae will collapse and the cementite in the pearlite will become spheroidized. If the cementite is excessively spheroidized, even if the chemical composition is within the above range, Fn1 is 42.0 or less, and Fn2 is 39.0 or more, the wear resistance of the railway wheel is poor. lower.
そこで、本発明者らは、過共析鋼からなる鉄道車輪において、被削性と耐摩耗性とを両立可能なミクロ組織の形態についてさらに検討を行った。その結果、次の事項が判明した。 Therefore, the present inventors further investigated the morphology of the microstructure that can achieve both machinability and wear resistance in railroad wheels made of hypereutectoid steel. As a result, the following matters were clarified.
過共析鋼の鉄道車輪のリム部の踏面に垂直な断面中のパーライト領域に注目する。このパーライト領域のうち、縦２０μｍ×横２０μｍの矩形の観察視野において、縦方向に０．５μｍピッチで４０等分し、横方向に０．５μｍピッチで４０等分して、４０×４０個の微小領域を区画する。そして、これらの微小領域のうち、微小領域内に全体が収まるセメンタイト（球状化セメンタイト）を少なくとも１つ含む微小領域を、「球状化セメンタイト含有微小領域」と定義する。ここで、「微小領域内に全体が収まるセメンタイトを少なくとも１つ含む」とは、複数のセメンタイトのうち、少なくとも１つのセメンタイト全体が、微小領域内に収まっていることを意味する。つまり、微小領域内から一部でもはみ出るセメンタイトは、「微小領域内に全体が収まるセメンタイト」に該当しない。 Note the pearlite region in the cross-section perpendicular to the tread surface of the rim of a hypereutectoid steel railroad wheel. In the rectangular observation field of 20 μm long×20 μm wide, the perlite region was vertically divided into 40 equal parts at a pitch of 0.5 μm and horizontally divided into 40 equal parts at a pitch of 0.5 μm, resulting in 40×40 pieces. Demarcate minute areas. Among these microregions, a microregion containing at least one cementite (spheroidized cementite) that can be entirely accommodated within the microregion is defined as a "spheroidized cementite-containing microregion". Here, "at least one cementite whose entirety is contained within a minute region" means that at least one cementite of a plurality of cementites is wholly contained within a minute region. In other words, the cementite that protrudes even partially from the minute area does not correspond to "the cementite that is wholly contained within the minute area".
さらに、球状化セメンタイト含有微小領域面積率（％）を次の式で定義する。
球状化セメンタイト含有微小領域面積率（％）＝球状化セメンタイト含有微小領域の総個数／微小領域の総個数×１００
Further, the area ratio (%) of microregions containing spheroidized cementite is defined by the following formula.
Spheroidized cementite-containing microregion area ratio (%) = total number of spheroidized cementite-containing microregions/total number of microregions x 100
上記式で定義された球状化セメンタイト含有微小領域面積率が４０．０％以下であれば、高い被削性及び高い耐摩耗性の両立が可能であることを本発明者らは見出した。以上の知見に基づいて完成した本実施形態の鉄道車輪は次の構成を備える。 The present inventors have found that if the area ratio of the spheroidized cementite-containing microregions defined by the above formula is 40.0% or less, both high machinability and high wear resistance can be achieved. The railway wheel of this embodiment completed based on the above findings has the following configuration.
［１］
鉄道車輪であって、
リム部と、
ボス部と、
前記リム部と前記ボス部との間に配置される板部とを備え、
前記鉄道車輪の化学組成は、質量％で、
Ｃ：０．８５～１．１５％、
Ｓｉ：０．８０％以下、
Ｍｎ：１．５０％以下、
Ｐ：０．０５０％以下、
Ｓ：０．０５０％以下、
Ｃｒ：０～０．５０％、
Ｖ：０～０．１０％、
Ｍｏ：０～０．２０％、
Ｃｕ：０～０．５０％、
Ｎｉ：０～０．５０％、
Ａｌ：０～０．５００％、及び、
残部がＦｅ及び不純物からなり、
式（１）で定義されるＦｎ１が４２．０以下であり、
式（２）で定義されるＦｎ２が３９．０以上であり、
前記リム部の踏面に垂直な断面におけるパーライトの総面積率は９５．０％以上であり、
前記リム部の前記踏面に垂直な断面の前記パーライトのうち、縦２０μｍ×横２０μｍの矩形の観察視野において、縦方向に０．５μｍピッチで４０等分し、横方向に０．５μｍピッチで４０等分して、４０×４０個の微小領域を区画し、前記微小領域のうち、前記微小領域内に全体が収まるセメンタイトを少なくとも１つ含む前記微小領域を、球状化セメンタイト含有微小領域と定義したとき、
前記微小領域の総個数に対する、前記球状化セメンタイト含有微小領域の総個数の割合である、球状化セメンタイト含有微小領域面積率が４０．０％以下である、
鉄道車輪。
Ｆｎ１＝３０．５２＋６．９６×Ｃ＋４．９６×Ｓｉ＋１．８５×Ｍｎ＋４．８５×Ｃｒ＋３４．７７×Ｖ・・・（１）
Ｆｎ２＝１８．１８＋２１．８２×Ｃ＋２．３９×Ｓｉ＋１．０１×Ｍｎ＋６．９７×Ｃｒ＋２４．７９×Ｖ・・・（２）
ここで、式（１）及び式（２）中の各元素記号には、対応する元素の含有量（質量％）が代入される。
[1]
a railway wheel,
a rim;
a boss and
a plate portion disposed between the rim portion and the boss portion;
The chemical composition of the railroad wheel is, in mass %,
C: 0.85 to 1.15%,
Si: 0.80% or less,
Mn: 1.50% or less,
P: 0.050% or less,
S: 0.050% or less,
Cr: 0 to 0.50%,
V: 0 to 0.10%,
Mo: 0-0.20%,
Cu: 0-0.50%,
Ni: 0 to 0.50%,
Al: 0 to 0.500%, and
The balance consists of Fe and impurities,
Fn1 defined by formula (1) is 42.0 or less,
Fn2 defined by formula (2) is 39.0 or more,
A total area ratio of pearlite in a cross section perpendicular to the tread surface of the rim portion is 95.0% or more,
In a rectangular observation field of 20 μm long×20 μm wide, the perlite of the cross section perpendicular to the tread surface of the rim portion is vertically divided into 40 equal parts with a pitch of 0.5 μm and 40 parts are divided horizontally with a pitch of 0.5 μm. It was equally divided into 40×40 micro-regions, and among the micro-regions, the micro-region containing at least one cementite that could fit entirely within the micro-region was defined as a spheroidized cementite-containing micro-region. when
The area ratio of the spheroidized cementite-containing microregions, which is the ratio of the total number of the spheroidized cementite-containing microregions to the total number of the microregions, is 40.0% or less.
railroad wheels.
Fn1=30.52+6.96*C+4.96*Si+1.85*Mn+4.85*Cr+34.77*V (1)
Fn2=18.18+21.82*C+2.39*Si+1.01*Mn+6.97*Cr+24.79*V (2)
Here, the content (% by mass) of the corresponding element is substituted for each element symbol in formulas (1) and (2).
［２］
［１］に記載の鉄道車輪であって、
前記鉄道車輪の化学組成は、
Ａｌ：０．０１０～０．５００％を含有する、
鉄道車輪。
[2]
The railway wheel according to [1],
The chemical composition of the railroad wheel is
Al: containing 0.010 to 0.500%,
railroad wheels.
［３］
［１］又は［２］に記載の鉄道車輪であって、
前記鉄道車輪の化学組成は、
Ｃｒ：０．０１～０．５０％、
Ｖ：０．０１～０．１０％、
Ｍｏ：０．０１～０．２０％、
Ｃｕ：０．０１～０．５０％、及び、
Ｎｉ：０．０１～０．５０％からなる群から選択される１元素又は２元素以上を含有する、
鉄道車輪。
[3]
A railway wheel according to [1] or [2],
The chemical composition of the railroad wheel is
Cr: 0.01 to 0.50%,
V: 0.01 to 0.10%,
Mo: 0.01 to 0.20%,
Cu: 0.01 to 0.50%, and
Ni: containing one element or two or more elements selected from the group consisting of 0.01 to 0.50%,
railroad wheels.
以下、本実施形態の鉄道車輪について詳述する。本明細書において、元素に関する「％」は、特に断りがない限り、質量％を意味する。 Hereinafter, the railroad wheel of this embodiment will be described in detail. In this specification, "%" for elements means % by mass unless otherwise specified.
［鉄道車輪の化学組成］
本実施形態の鉄道車輪１は、図１に示すとおり、ボス部２と、板部３と、リム部４とを備える。板部３は、リム部４とボス部２との間に配置される。本実施形態の鉄道車輪１の化学組成は、次の元素を含有する。
[Chemical composition of railroad wheels]
A
Ｃ：０．８５～１．１５％
炭素（Ｃ）は、鋼の硬度を高め、鉄道車輪１の耐摩耗性を高める。Ｃ含有量が０．８５％未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、この効果が得られない。一方、Ｃ含有量が１．１５％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、初析セメンタイトが過剰に生成して、鉄道車輪１の靱性が低下する。したがって、Ｃ含有量は０．８５～１．１５％である。Ｃ含有量の好ましい下限は０．８６％であり、さらに好ましくは０．８７％である。Ｃ含有量の好ましい上限は１．１０％であり、さらに好ましくは１．０５％であり、さらに好ましくは１．００％であり、さらに好ましくは０．９５％である。
C: 0.85-1.15%
Carbon (C) increases the hardness of steel and increases the wear resistance of the
Ｓｉ：０．８０％以下
シリコン（Ｓｉ）は不可避に含有される。つまり、Ｓｉ含有量は０％超である。Ｓｉは、フェライトを固溶強化して鋼の硬さを高める。しかしながら、Ｓｉ含有量が０．８０％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼の焼入れ性が高くなりすぎ、マルテンサイトが生成しやすくなる。この場合、踏面焼入れ時に踏面４１上に形成される焼入れ層の厚みが増大する。その結果、切削量が増大して歩留りが低下する。Ｓｉ含有量が０．８０％を超えればさらに、鉄道車輪１の使用中に、ブレーキとの間に発生する摩擦熱によりリム部４に焼きが入る。この場合、鋼の耐き裂性が低下する場合がある。したがって、Ｓｉ含有量は０．８０％以下である。Ｓｉ含有量の好ましい上限は０．７８％であり、さらに好ましくは０．７５％であり、さらに好ましくは０．７０％であり、さらに好ましくは０．５０％である。Ｓｉ含有量の下限は特に制限されない。しかしながら、Ｓｉ含有量の過剰な低減は製造コストを高める。したがって、Ｓｉ含有量の好ましい下限は０．０１％であり、さらに好ましくは０．０５％である。鋼の硬さを高める観点では、Ｓｉ含有量のさらに好ましい下限は０．１０％であり、さらに好ましくは０．１５％である。
Si: 0.80% or less Silicon (Si) is inevitably contained. That is, the Si content is over 0%. Si solid-solution strengthens ferrite to increase the hardness of steel. However, if the Si content exceeds 0.80%, the hardenability of the steel becomes too high and martensite tends to form even if the content of other elements is within the range of the present embodiment. In this case, the thickness of the quenched layer formed on the
Ｍｎ：１．５０％以下
マンガン（Ｍｎ）は不可避に含有される。つまり、Ｍｎ含有量は０％超である。Ｍｎはフェライトを固溶強化して鋼の硬さを高める。Ｍｎはさらに、ＭｎＳを形成し、鋼の被削性を高める。しかしながら、Ｍｎ含有量が１．５０％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼の焼入れ性が高くなりすぎる。この場合、マルテンサイト層の厚みが増大する。その結果、切削量が増大して歩留りが低下する。さらに、鉄道車輪１の使用時に、ブレーキとの間に発生する摩擦熱によりリム部４に焼きが入る。この場合、鋼の耐き裂性が低下する場合がある。したがって、Ｍｎ含有量は１．５０％以下である。Ｍｎ含有量の好ましい上限は１．４０％であり、さらに好ましくは１．３０％であり、さらに好ましくは１．２０％であり、さらに好ましくは１．１０％であり、さらに好ましくは１．００％である。鋼の硬さを高める観点では、Ｍｎ含有量の好ましい下限は０．１０％であり、さらに好ましくは０．３０％であり、さらに好ましくは０．５０％であり、さらに好ましくは０．６０％であり、さらに好ましくは０．７０％である。
Mn: 1.50% or less Manganese (Mn) is inevitably contained. That is, the Mn content is over 0%. Mn solid-solution strengthens ferrite to increase the hardness of steel. Mn also forms MnS and enhances the machinability of the steel. However, if the Mn content exceeds 1.50%, the hardenability of the steel becomes too high even if the contents of other elements are within the range of the present embodiment. In this case, the thickness of the martensite layer increases. As a result, the cutting amount increases and the yield decreases. Furthermore, when the
Ｐ：０．０５０％以下
りん（Ｐ）は、不可避に含有される不純物である。つまり、Ｐ含有量は０％超である。Ｐは粒界に偏析して鋼の靭性を低下させる。したがって、Ｐ含有量は０．０５０％以下である。Ｐ含有量の好ましい上限は０．０３０％であり、さらに好ましくは０．０２０％である。Ｐ含有量はなるべく低い方が好ましい。しかしながら、Ｐ含有量の過剰な低減は製造コストを高める。したがって、通常の工業生産を考慮した場合、Ｐ含有量の好ましい下限は０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％である。
P: 0.050% or less Phosphorus (P) is an unavoidable impurity. That is, the P content is over 0%. P segregates at grain boundaries and lowers the toughness of steel. Therefore, the P content is 0.050% or less. A preferable upper limit of the P content is 0.030%, more preferably 0.020%. The lower the P content is, the better. However, excessive reduction of the P content increases manufacturing costs. Therefore, considering normal industrial production, the preferable lower limit of the P content is 0.001%, more preferably 0.002%.
Ｓ：０．０５０％以下
硫黄（Ｓ）は、不可避に含有される。つまり、Ｓ含有量は０％超である。ＳはＭｎＳを形成し、鋼の被削性を高める。一方、Ｓ含有量が高すぎれば、鋼の靭性が低下する。したがって、Ｓ含有量は０．０５０％以下である。Ｓ含有量の好ましい上限は０．０３５％であり、さらに好ましくは０．０２０％である。Ｓ含有量の過剰な低減は製造コストを高める。したがって、Ｓ含有量の好ましい下限は０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％であり、さらに好ましい下限は０．００５％である。
S: 0.050% or less Sulfur (S) is inevitably contained. That is, the S content is over 0%. S forms MnS and enhances the machinability of steel. On the other hand, if the S content is too high, the toughness of the steel will decrease. Therefore, the S content is 0.050% or less. A preferable upper limit of the S content is 0.035%, more preferably 0.020%. Excessive reduction of S content increases manufacturing cost. Therefore, the lower limit of the S content is preferably 0.001%, more preferably 0.002%, and still more preferably 0.005%.
本実施形態による鉄道車輪１の化学組成の残部は、Ｆｅ及び不純物からなる。ここで、不純物とは、上記鉄道車輪１を工業的に製造する際に、原料としての鉱石、スクラップ、又は製造環境などから混入されるものであって、本実施形態の鉄道車輪１に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。上述の不純物以外の不純物はたとえば、Ｎ：０．０１５０％以下、Ｏ：０．００７０％以下等である。
The remainder of the chemical composition of the
［任意元素（Ｏｐｔｉｏｎａｌ Ｅｌｅｍｅｎｔｓ）について］
本実施形態の鉄道車輪１の化学組成はさらに、Ｆｅの一部に代えて、Ｃｒ、Ｖ、Ｍｏ、Ｃｕ、及び、Ｎｉからなる群から選択される１元素又は２元素以上を含有してもよい。これらの元素はいずれも、パーライトの硬さを高める。
[About Optional Elements]
The chemical composition of the
Ｃｒ：０～０．５０％
クロム（Ｃｒ）は、任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｃｒ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｃｒは、パーライトのラメラ間隔を狭める。これにより、パーライトの硬さが増大して、鉄道車輪１の耐摩耗性が高まる。Ｃｒが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｃｒ含有量が０．５０％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、焼入れ性が過剰に高くなり、踏面焼入れ後のマルテンサイト層の厚さが過剰に増大する。この場合、切削量が多くなり、歩留まりが低下する。したがって、Ｃｒ含有量は０～０．５０％である。Ｃｒ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．０１％であり、さらに好ましくは０．０３％である。Ｃｒ含有量の好ましい上限は０．４０％であり、さらに好ましくは０．２０％である。
Cr: 0-0.50%
Chromium (Cr) is an optional element and may not be contained. That is, the Cr content may be 0%. When included, Cr narrows the lamellar spacing of pearlite. As a result, the hardness of the pearlite increases, and the wear resistance of the
Ｖ：０～０．１０％
バナジウム（Ｖ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｖ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｖは、炭化物、窒化物、及び炭窒化物のいずれかを形成して、鋼（具体的にはパーライト中のフェライト）を析出強化する。その結果、パーライトの硬さが増大して、鉄道車輪１の耐摩耗性が高まる。Ｖが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｖ含有量が０．１０％を超えれば、焼入れ性が過剰に高くなり、踏面焼入れ後のマルテンサイト層の厚さが過剰に増大する。したがって、Ｖ含有量は０～０．１０％である。Ｖ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．０１％であり、さらに好ましくは０．０２％であり、さらに好ましくは０．０３％である。Ｖ含有量の好ましい上限は０．０９％であり、さらに好ましくは０．０８％である。
V: 0-0.10%
Vanadium (V) is an optional element and may not be contained. That is, the V content may be 0%. When included, V forms either carbides, nitrides, and carbonitrides to precipitation strengthen steel (specifically ferrite in pearlite). As a result, the hardness of the pearlite increases, and the wear resistance of the
Ｍｏ：０～０．２０％
モリブデン（Ｍｏ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｍｏ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｍｏは、パーライト中のフェライトを固溶強化する。その結果、パーライトの硬さが増大して、鉄道車輪１の耐摩耗性が高まる。Ｍｏが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｍｏ含有量が０．２０％を超えれば、焼入れ性が過剰に高くなり、踏面焼入れ後のマルテンサイト層の厚さが過剰に増大する。したがって、Ｍｏ含有量は０～０．２０％である。Ｍｏ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．０１％であり、さらに好ましくは０．０２％であり、さらに好ましくは０．０３％である。Ｍｏ含有量の好ましい上限は０．１０％であり、さらに好ましくは０．０７％であり、さらに好ましくは０．０５％である。
Mo: 0-0.20%
Molybdenum (Mo) is an optional element and may not be contained. That is, the Mo content may be 0%. When included, Mo solid-solution strengthens the ferrite in the pearlite. As a result, the hardness of the pearlite increases, and the wear resistance of the
Ｃｕ：０～０．５０％
銅（Ｃｕ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｃｕ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｃｕは、パーライト中のフェライトを固溶強化する。その結果、パーライトの硬さが増大して、鉄道車輪１の耐摩耗性が高まる。Ｃｕが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｃｕ含有量が０．５０％を超えれば、鋳造時又は熱間加工時に表面割れが発生しやすくなる。したがって、Ｃｕ含有量は０～０．５０％である。Ｃｕ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．０１％であり、さらに好ましくは０．０２％であり、さらに好ましくは０．０３％である。Ｃｕ含有量の好ましい上限は０．４０％であり、さらに好ましくは０．２５％であり、さらに好ましくは０．１０％である。
Cu: 0-0.50%
Copper (Cu) is an optional element and may not be contained. That is, the Cu content may be 0%. When included, Cu solid-solution strengthens the ferrite in the pearlite. As a result, the hardness of the pearlite increases, and the wear resistance of the
Ｎｉ：０～０．５０％
ニッケル（Ｎｉ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｎｉ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｎｉはパーライト中のフェライトを固溶強化する。その結果、パーライトの硬さが増大して、鉄道車輪１の耐摩耗性が高まる。Ｎｉが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｎｉ含有量が０．５０％を超えれば、焼入れ性が過剰に高くなり、踏面焼入れ後のマルテンサイト層の厚さが過剰に増大する。したがって、Ｎｉ含有量は０～０．５０％である。Ｎｉ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．０１％であり、さらに好ましくは０．０２％であり、さらに好ましくは０．０３％である。Ｎｉ含有量の好ましい上限は０．４０％であり、さらに好ましくは０．２５％であり、さらに好ましくは０．１０％である。
Ni: 0-0.50%
Nickel (Ni) is an optional element and may not be contained. That is, the Ni content may be 0%. When included, Ni solid-solution strengthens the ferrite in the pearlite. As a result, the hardness of the pearlite increases, and the wear resistance of the
本実施形態の鉄道車輪１の化学組成はさらに、Ｆｅの一部に代えて、Ａｌを含有してもよい。
The chemical composition of the
Ａｌ：０～０．５００％
アルミニウム（Ａｌ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ａｌ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ａｌは初析セメンタイトの生成を抑制し、鋼の靱性を高める。Ａｌはさらに、Ｎと結合してＡｌＮを形成し、結晶粒を微細化する。結晶粒を微細化することにより、鋼の靱性がさらに高まる。Ａｌが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ａｌ含有量が０．５００％を超えれば、製鋼工程にて粗大な非金属介在物が生成して、鋼の靱性が低下する場合がある。したがって、Ａｌ含有量は０～０．５００％である。Ａｌ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．０１０％であり、さらに好ましくは０．０２０％であり、さらに好ましくは０．０３０％である。Ａｌ含有量の好ましい上限は０．４００％であり、さらに好ましくは０．３００％であり、さらに好ましくは、０．２００％であり、さらに好ましくは０．１００％である。本明細書でいうＡｌ含有量は、酸可溶Ａｌ（ｓｏｌ．Ａｌ）の含有量を意味する。
Al: 0-0.500%
Aluminum (Al) is an optional element and may not be contained. That is, the Al content may be 0%. When included, Al suppresses the formation of proeutectoid cementite and increases the toughness of steel. Al further combines with N to form AlN, which refines the crystal grains. Refining the grains further increases the toughness of the steel. If even a small amount of Al is contained, the above effect can be obtained to some extent. However, if the Al content exceeds 0.500%, coarse non-metallic inclusions may be formed in the steelmaking process and the toughness of the steel may be lowered. Therefore, the Al content is 0-0.500%. A preferable lower limit of the Al content is more than 0%, more preferably 0.010%, still more preferably 0.020%, still more preferably 0.030%. A preferable upper limit of the Al content is 0.400%, more preferably 0.300%, still more preferably 0.200%, and still more preferably 0.100%. The Al content as used herein means the content of acid-soluble Al (sol. Al).
［Ｆｎ１について］
本実施形態の鉄道車輪１の化学組成はさらに、式（１）で定義されるＦｎ１が４２．０以下である。
Ｆｎ１＝３０．５２＋６．９６×Ｃ＋４．９６×Ｓｉ＋１．８５×Ｍｎ＋４．８５×Ｃｒ＋３４．７７×Ｖ・・・（１）
ここで、式（１）中の各元素記号には、対応する元素の含有量（質量％）が代入される。
[About Fn1]
Further, the chemical composition of the
Fn1=30.52+6.96*C+4.96*Si+1.85*Mn+4.85*Cr+34.77*V (1)
Here, the content (% by mass) of the corresponding element is substituted for each element symbol in formula (1).
Ｆｎ１は鉄道車輪１の化学組成中の各元素含有量が本実施形態の範囲内であることを前提とした、マルテンサイトの硬さの指標である。Ｆｎ１が４２．０を超えれば、鉄道車輪１のマルテンサイトの硬さが高すぎる。この場合、鉄道車輪１の被削性が低下する。Ｆｎ１が４２．０以下であれば、マルテンサイトの硬さが十分に低く抑えられている。そのため、化学組成中の各元素含有量が本実施形態の範囲内である鉄道車輪１において、被削性を高めることができる。
Fn1 is an index of the hardness of martensite on the premise that the content of each element in the chemical composition of the
Ｆｎ１の好ましい上限は４１．５であり、さらに好ましくは４１．０であり、さらに好ましくは４０．５であり、さらに好ましくは４０．０である。Ｆｎ１は、対応する元素含有量を式（１）に代入して得られた値の小数第二位を四捨五入して得られた値である。 The upper limit of Fn1 is preferably 41.5, more preferably 41.0, still more preferably 40.5, still more preferably 40.0. Fn1 is a value obtained by rounding off the value obtained by substituting the corresponding element content into formula (1) to the second decimal place.
［Ｆｎ２について］
本実施形態の鉄道車輪１の化学組成はさらに、式（２）で定義されるＦｎ２が３９．０以上である。
Ｆｎ２＝１８．１８＋２１．８２×Ｃ＋２．３９×Ｓｉ＋１．０１×Ｍｎ＋６．９７×Ｃｒ＋２４．７９×Ｖ・・・（２）
ここで、式（２）中の各元素記号には、対応する元素の含有量（質量％）が代入される。
[About Fn2]
Further, the chemical composition of the
Fn2=18.18+21.82*C+2.39*Si+1.01*Mn+6.97*Cr+24.79*V (2)
Here, the content (% by mass) of the corresponding element is substituted for each element symbol in formula (2).
Ｆｎ２は鉄道車輪１の化学組成中の各元素含有量が本実施形態の範囲内であることを前提とした、パーライトの硬さの指標である。Ｆｎ２が３９．０未満であれば、鉄道車輪１のパーライトの硬さが低すぎる。この場合、鉄道車輪１の耐摩耗性が低下する。Ｆｎ２が３９．０以上であれば、パーライトの硬さが十分に高い。そのため、化学組成中の各元素含有量が本実施形態の範囲内である鉄道車輪１において、耐摩耗性を高めることができる。
Fn2 is an index of pearlite hardness on the premise that the content of each element in the chemical composition of the
Ｆｎ２の好ましい下限は３９．５であり、さらに好ましくは４０．０であり、さらに好ましくは４０．５であり、さらに好ましくは４１．０である。Ｆｎ２は、対応する元素含有量を式（２）に代入して得られた値の小数第二位を四捨五入して得られた値である。 The preferred lower limit of Fn2 is 39.5, more preferably 40.0, still more preferably 40.5, still more preferably 41.0. Fn2 is a value obtained by rounding off the value obtained by substituting the corresponding element content into formula (2) to the second decimal place.
［鉄道車輪１のミクロ組織におけるパーライト総面積率］
本実施形態の鉄道車輪１のリム部４のミクロ組織において、踏面４１に垂直な断面におけるパーライトの総面積率は９５．０％以上である。ここで、踏面４１に垂直な断面は、踏面４１から踏面４１の垂直方向に深さ１５ｍｍの範囲内の任意の面とする。リム部４のミクロ組織において、パーライト以外の相は、マルテンサイト、ベイナイト、フェライト及び初析セメンタイトの少なくとも１種以上である。
[Perlite total area ratio in microstructure of railroad wheel 1]
In the microstructure of the
好ましくは、本実施形態の鉄道車輪１のボス部２のミクロ組織では、パーライトの総面積率は９５．０％以上である。ボス部２のミクロ組織において、パーライト以外の相は、マルテンサイト、ベイナイト、フェライト及び初析セメンタイトの少なくとも１種以上である。
Preferably, in the microstructure of the
好ましくは、本実施形態の鉄道車輪１の板部３のミクロ組織では、パーライトの総面積率は９５．０％以上である。板部３のミクロ組織において、パーライト以外の相は、マルテンサイト、ベイナイト、フェライト及び初析セメンタイトの少なくとも１種以上である。
Preferably, in the microstructure of the
リム部４のミクロ組織におけるパーライトの総面積率は、次の方法で求める。リム部４の踏面４１から踏面４１の垂直方向に深さ１５ｍｍの範囲内から、踏面４１に垂直な断面を有するサンプルを採取する。サンプルのうち、踏面４１に垂直な断面を、観察面と定義する。観察面を機械研磨により鏡面仕上げする。鏡面仕上げされた観察面に対して、硝酸とエタノールとの混合溶液を用いたエッチングを実施する。エッチング後のサンプルの観察面内の任意の１視野（２００μｍ×２００μｍ）に対して、５００倍の光学顕微鏡を用いて写真画像を生成する。観察面において、パーライトと、他の相（マルテンサイト等）とは、コントラストが異なる。そのため、ミクロ組織の各相はコントラストに基づいて、判別可能である。そこで、コントラストに基づいて、パーライトを特定する。パーライトの総面積率は、特定されたパーライトの総面積と観察視野の面積（４００００μｍ２）とに基づいて求める。
The total area ratio of pearlite in the microstructure of the
なお、板部３のミクロ組織におけるパーライトの総面積率（％）及びボス部２のミクロ組織におけるパーライトの総面積率（％）も、リム部４のミクロ組織におけるパーライトの総面積率と同じ方法により測定できる。具体的には、板部３の厚さ方向の中央位置（図１の厚さＴ３の中央位置）、ボス部２（図１の厚さＴ２の中央位置）からサンプルを採取する。各サンプルの観察面を機械研磨により鏡面仕上げする。その後、鏡面仕上げされた観察面に対して、硝酸とエタノールとの混合溶液を用いたエッチングを実施する。エッチング後のサンプルの観察面内の任意の１視野（２００μｍ×２００μｍ）に対して、５００倍の光学顕微鏡を用いて写真画像を生成する。観察面において、コントラストに基づいて、パーライトを特定する。パーライトの総面積率は、特定されたパーライトの総面積と観察視野の面積（４００００μｍ２）とに基づいて求める。
The total area ratio (%) of pearlite in the microstructure of the
［球状化セメンタイト含有微小領域面積率について］
本実施形態の鉄道車輪１のリム部４において、踏面４１に垂直な断面でのパーライト組織に注目する。ここで、踏面４１に垂直な断面は、踏面４１から踏面４１の垂直方向に深さ１５ｍｍの範囲内の任意の面とする。踏面４１に垂直な断面を、観察面とする。
[Regarding the area ratio of microregions containing spheroidized cementite]
In the
上述の観察面のパーライト組織領域中の任意の観察視野を選択する。観察視野は縦２０μｍ×横２０μｍの矩形（正方形）とする。観察視野は、５０００倍の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察する。図２に示すとおり、観察視野４１０を、縦方向に０．５μｍピッチで４０等分し、横方向に０．５μｍピッチで４０等分する。これにより、観察視野４１０は、４０×４０＝１６００個の微小領域ＳＡに区画される。
Select any viewing field in the perlite textured region of the viewing surface described above. The observation field of view is a rectangle (square) of 20 μm long×20 μm wide. The field of view is observed with a scanning electron microscope (SEM) at a magnification of 5000 times. As shown in FIG. 2, an observation field of
各微小領域ＳＡでのセメンタイトの態様を観察する。図３は、図２に示す観察視野４１０のうち、３×３＝９個の微小領域ＳＡを拡大した一例を示す模式図である。図３を参照して、ハッチングされている領域はパーライト中のフェライト２００を示す。図３中の白色の領域はセメンタイト１００を示す。後述の説明を容易にするために、図４に示すとおり、図３中の９個の微小領域ＳＡを、微小領域ＳＡの配置位置に基づいて、微小領域ＳＡ１１、ＳＡ１２、ＳＡ１３、ＳＡ２１、ＳＡ２２、ＳＡ２３、ＳＡ３１、ＳＡ３２、ＳＡ３３と定義する。
Observe the aspect of cementite in each microregion SA. FIG. 3 is a schematic diagram showing an example in which 3×3=9 minute areas SA in the
図２に示す観察視野４１０の１６００個の微小領域ＳＡのうち、微小領域ＳＡ内に全体が収まっているセメンタイト１００を少なくとも１個以上含む微小領域ＳＡの個数をカウントする。ここで、「微小領域ＳＡ内に全体が収まるセメンタイト１００」とは、セメンタイト１００の全体が、１つの微小領域ＳＡ内に含まれているセメンタイト１００を意味する。セメンタイト１００のうち少なくとも一部が１つの微小領域ＳＡからはみ出している場合、「微小領域ＳＡ内に全体が収まっているセメンタイト１００」に相当しない。
Among the 1600 minute areas SA in the field of
たとえば、図３及び図４を参照して、ＳＡ１１に注目する。ＳＡ１１中には、セメンタイト１００Ａ～１００Ｆが存在する。このうち、セメンタイト１００Ａ及び１００Ｂは、その全体が微小領域ＳＡ１１内に収まっておらず、セメンタイト１００Ａ及び１００Ｂの一部が微小領域ＳＡ１１からはみ出ている。一方、セメンタイト１００Ｃ～１００Ｆは、全体が微小領域ＳＡ１１内に収まっている。
For example, referring to FIGS. 3 and 4, focus on SA11.
微小領域ＳＡ１１のように、少なくとも１つのセメンタイトの全体が微小領域ＳＡ内に収まっている微小領域ＳＡを「球状化セメンタイト含有微小領域ＳＡｘ」と定義する。図３の９個の微小領域ＳＡのうち、微小領域ＳＡ１１、ＳＡ２１、ＳＡ２２、ＳＡ３１及びＳＡ３２は、球状化セメンタイト含有微小領域ＳＡｘに相当する。したがって、図３において、球状化セメンタイト含有微小領域ＳＡｘは５個である。 Like the microregion SA11, a microregion SA in which at least one cementite is wholly contained within the microregion SA is defined as a “spheroidized cementite-containing microregion SAx”. Of the nine micro-regions SA in FIG. 3, micro-regions SA11, SA21, SA22, SA31 and SA32 correspond to spheroidized cementite-containing micro-regions SAx. Therefore, in FIG. 3, there are five spheroidized cementite-containing minute regions SAx.
図５は、観察視野４１０の一部のミクロ組織の一例を示す写真画像（ＳＥＭ画像）の図である。図５において、白色の領域がセメンタイト１００である。黒色の領域がフェライト２００である。破線で区切られた領域が微小領域ＳＡである。そして、太枠の実線で区切られた領域が、球状化セメンタイト含有微小領域ＳＡｘに相当する。
FIG. 5 is a photographic image (SEM image) showing an example of the microstructure of part of the
以上の判定方法により、図２に示す観察視野４１０の１６００個の微小領域ＳＡにおいて、微小領域ＳＡ内に全体が収まるセメンタイト１００を少なくとも１つ含む微小領域ＳＡの個数をカウントする。つまり、観察視野４１０の微小領域ＳＡのうち、球状化セメンタイト含有微小領域ＳＡｘの総個数をカウントする。得られた球状化セメンタイト含有微小領域ＳＡｘの総個数を用いて、次式により、球状化セメンタイト含有微小領域面積率（％）を求める。
球状化セメンタイト含有微小領域面積率（％）＝球状化セメンタイト含有微小領域ＳＡｘの総個数／微小領域ＳＡの総個数（１６００個）×１００
By the above determination method, the number of minute areas SA including at least one piece of
Spheroidized cementite-containing microregion area ratio (%) = total number of spheroidized cementite-containing microregions SAx/total number of microregions SA (1600) x 100
鉄道車輪１において、化学組成中の各元素が上述の範囲内であり、かつ、式（１）で定義されるＦｎ１が４２．０以下であり、式（２）で定義されるＦｎ２が３９．０以上であっても、球状化セメンタイト含有微小領域面積率が４０．０％を超えれば、リム部４の踏面４１近傍部分のパーライトにおいて十分な硬さが得られない。この場合、鉄道車輪１の耐摩耗性が低下する。
In the
本実施形態の鉄道車輪１では、化学組成中の各元素が上述の範囲内であり、かつ、Ｆｎ１が４２．０以下であり、Ｆｎ２が３９．０以上であり、さらに、球状化セメンタイト含有微小領域面積率が４０．０％以下である。そのため、優れた被削性及び優れた耐摩耗性の両立が可能である。
In the
球状化セメンタイト含有微小領域面積率の好ましい上限は３８．０％であり、さらに好ましくは３５．０％であり、さらに好ましくは３０．０％であり、さらに好ましくは２５．０％であり、さらに好ましくは２０．０％である。 The upper limit of the area ratio of the spheroidized cementite-containing microregions is preferably 38.0%, more preferably 35.0%, still more preferably 30.0%, still more preferably 25.0%, and Preferably it is 20.0%.
［鉄道車輪１の製造方法］
上述の鉄道車輪１を製造する方法の一例を説明する。本製造方法は、鉄道車輪用鋼材を製造する工程（素材製造工程）と、熱間加工により、鉄道車輪用鋼材から車輪形状の中間品を成形する工程（成形工程）と、成形された中間品に対して熱処理（踏面焼入れ）を実施する工程（焼入れ工程）と、踏面焼入れ後に焼戻しを実施する工程（焼戻し工程）と、焼戻し工程後の中間品の踏面等からマルテンサイト層（焼入れ層）を切削加工により除去して鉄道車輪１とする工程（切削加工工程）とを含む。以下、各工程について説明する。
[Manufacturing method of railroad wheel 1]
An example of a method for manufacturing the
［素材製造工程］
素材製造工程では、電気炉又は転炉等を用いて上述の化学組成を有する溶鋼を溶製する。溶鋼を鋳造して、鋳造材にする。なお、鋳造材は連続鋳造による鋳片であってもよいし、鋳型によって鋳込まれたインゴットであってもよい。
[Material manufacturing process]
In the material manufacturing process, molten steel having the chemical composition described above is melted using an electric furnace, a converter, or the like. Cast molten steel into casting materials. The cast material may be a slab obtained by continuous casting, or an ingot cast by a mold.
鋳片又はインゴットを熱間加工して、所望のサイズの鉄道車輪用鋼材を製造する。熱間加工はたとえば、熱間鍛造、熱間圧延等である。熱間圧延により鉄道車輪用鋼材を製造する場合、たとえば、次の方法で鉄道車輪用鋼材を製造する。熱間圧延ではたとえば、分塊圧延機を用いる。分塊圧延機により素材に対して分塊圧延を実施して、鉄道車輪用鋼材を製造する。分塊圧延機の下流に連続圧延機が設置されている場合、分塊圧延後の鋼材に対してさらに、連続圧延機を用いて熱間圧延を実施して、鉄道車輪用鋼材を製造してもよい。連続圧延機では、一対の水平ロールを有する水平スタンドと、一対の垂直ロールを有する垂直スタンドとが交互に一列に配列される。熱間圧延での加熱炉の加熱温度は特に限定されないが、たとえば、１１００～１３５０℃である。以上の製造工程により、鉄道車輪用鋼材が製造される。 The slab or ingot is hot worked to produce a railroad wheel steel material of a desired size. Hot working includes, for example, hot forging, hot rolling, and the like. When hot rolling is used to manufacture a steel material for railway wheels, for example, the steel material for railway wheels is manufactured by the following method. In hot rolling, for example, a blooming mill is used. The material is bloomed by a blooming mill to produce a steel material for railway wheels. When a continuous rolling mill is installed downstream of the blooming mill, the steel material after blooming is further hot-rolled using the continuous rolling mill to manufacture steel materials for railway wheels. good too. In a continuous rolling mill, horizontal stands with a pair of horizontal rolls and vertical stands with a pair of vertical rolls are alternately arranged in a row. Although the heating temperature of the heating furnace in hot rolling is not particularly limited, it is, for example, 1100 to 1350°C. The steel material for railroad wheels is manufactured by the manufacturing process described above.
なお、鉄道車輪用鋼材は、鋳造材（鋳片又はインゴット）であってもよい。つまり、上述の熱間加工工程は省略されてもよい。以上の工程により、鉄道車輪１の素材である鉄道車輪用鋼材が製造される。
Note that the steel material for railroad wheels may be a cast material (slab or ingot). That is, the hot working process described above may be omitted. Through the above steps, the steel material for railway wheels, which is the raw material for the
［成形工程］
成形工程では、準備された鉄道車輪用鋼材を用いて、熱間加工により車輪形状の中間品を成形する。中間品は車輪形状を有するため、ボス部と、板部と、踏面及びフランジを含むリム部とを備える。熱間加工はたとえば、熱間鍛造、熱間圧延等である。成形工程では、たとえば、初めに、熱間鍛造により車輪形状の粗中間品を成形する荒地鍛造を実施する。荒地鍛造後の粗中間品に対して、車輪圧延機を用いた熱間圧延を実施する。熱間圧延後の粗中間品に対して回転鍛造を実施して、ボス部に相当する中央部に貫通孔を形成する。以上の工程により、車輪形状の中間品を成形する。
[Molding process]
In the forming step, the prepared railroad wheel steel material is used to form a wheel-shaped intermediate product by hot working. Since the intermediate product has a wheel shape, it comprises a boss portion, a plate portion, and a rim portion including a tread and a flange. Hot working includes, for example, hot forging, hot rolling, and the like. In the forming process, for example, first, rough forging is performed to form a wheel-shaped rough intermediate product by hot forging. Hot rolling using a wheel rolling mill is performed on the rough intermediate product after rough forging. A rough intermediate product after hot rolling is subjected to rotary forging to form a through hole in the central portion corresponding to the boss portion. Through the above steps, a wheel-shaped intermediate product is formed.
成形工程における熱間加工時の鉄道車輪用鋼材の好ましい加熱温度は１２２０℃以上である。この場合、熱間加工時の加熱温度の好ましい下限は１２３０℃であり、さらに好ましくは１２５０℃であり、さらに好ましくは１３００℃である。熱間加工時の加熱温度の好ましい上限は１３５０℃である。 A preferred heating temperature for the steel material for railway wheels during hot working in the forming process is 1220° C. or higher. In this case, the preferred lower limit of the heating temperature during hot working is 1230°C, more preferably 1250°C, and still more preferably 1300°C. A preferable upper limit of the heating temperature during hot working is 1350°C.
なお、熱間加工後の中間品の冷却方法は特に限定されない。放冷でもよいし、水冷でもよい。 The method for cooling the intermediate product after hot working is not particularly limited. It may be left to cool, or it may be water-cooled.
［焼入れ工程］
焼入れ工程では、成形された車輪形状の中間品に対して踏面焼入れを実施する。具体的には、熱間加工（熱間鍛造又は熱間圧延）後の中間品をＡｃｍ変態点以上に再加熱する（再加熱処理）。加熱後、中間品の踏面及びフランジに対して急冷（踏面焼入れ）を実施する。
[Quenching process]
In the quenching step, the tread surface is quenched on the wheel-shaped intermediate product that has been formed. Specifically, the intermediate product after hot working (hot forging or hot rolling) is reheated to the A cm transformation point or higher (reheat treatment). After heating, the tread and flange of the intermediate product are rapidly cooled (tread hardening).
図６は、中間品を冷却するための冷却装置の一例を示す図である。図６を参照して、冷却装置１０は、回転軸を有する回転装置１１と、１又は複数の踏面冷却ノズル１４とを備える。踏面冷却ノズル１４は、冷却装置１０の回転軸の周りに配置される。踏面冷却ノズル１４のノズル口は、中間品の踏面４１に対向して配置される。踏面冷却ノズル１４のノズル口は、中間品のフランジ４２の表面に対向して配置してもよい。踏面冷却ノズル１４は、ノズル口から冷却液を噴射して、主としてリム部４の踏面４１及びフランジ４２の表面を冷却する。冷却液はたとえば、水、ミスト、スプレー等である。冷却装置１０は、複数の測温計２０を備えてもよい。
FIG. 6 is a diagram showing an example of a cooling device for cooling intermediate products. Referring to FIG. 6 ,
焼入れ工程では、Ａｃｍ変態点以上に加熱された中間品を冷却装置１０に配置する。回転装置１１により中間品を回転させながら、踏面冷却ノズル１４から冷却液を噴射して、踏面焼入れを実施する。
In the quenching step, the intermediate product heated to the A cm transformation point or higher is placed in the
踏面焼入れにより、踏面４１に微細なパーライトが生成する。本実施形態の鉄道車輪１のＣ含有量は０．８５～１．１５％と高い。そのため、鉄道車輪１の耐摩耗性が高まる。なお、踏面焼入れにより、踏面４１上には、マルテンサイト層が形成される。
Fine perlite is generated on the
上記説明では中間品を再加熱するが、熱間加工後の中間品に対して直接（再加熱せずに）、踏面焼入れを実施してもよい。 Although the intermediate product is reheated in the above description, tread hardening may be performed directly (without reheating) on the intermediate product after hot working.
［焼戻し工程］
焼戻し工程では、踏面焼入れ後の中間品に対して焼戻しを実施する。焼戻し温度は４００～５５０℃である。焼戻し温度が５５０℃を超えれば、リム部４の踏面４１でのパーライトのラメラ構造が崩れ、セメンタイトが球状化される。その結果、球状化セメンタイト含有微小領域面積率（％）が４０．０％を超えてしまう。この場合、鉄道車輪１の耐摩耗性が低下する。
[Tempering process]
In the tempering step, the intermediate product after tread hardening is tempered. The tempering temperature is 400-550°C. If the tempering temperature exceeds 550° C., the lamellar structure of pearlite at the
焼戻し温度が４００～５５０℃であれば、リム部４の踏面４１でのパーライトのラメラ構造が維持され、球状化セメンタイト含有微小領域面積率（％）が４０．０％以下となる。その結果、鉄道車輪１は優れた耐摩耗性が得られる。
If the tempering temperature is 400 to 550° C., the pearlite lamellar structure on the
［切削加工工程］
上述のとおり、熱処理後の中間品の踏面の表層には微細パーライトが形成されるが、その上層にはマルテンサイト層（焼入れ層）が形成されている。鉄道車輪１の使用において、マルテンサイト層の耐摩耗性は低いため、切削加工によりマルテンサイト層を除去する。本実施形態の中間品の化学組成では、各元素の含有量が本実施形態の範囲内であって、かつ、Ｆｎ１が４２．０以下であり、Ｆｎ２が３９．０以上である。そのため、本実施形態では、マルテンサイト層の硬さが抑制されている。そのため、本実施形態の鉄道車輪１の製造工程では、十分な被削性が得られる。なお、切削加工は周知の方法で行えば足りる。
[Cutting process]
As described above, fine pearlite is formed on the surface layer of the tread surface of the intermediate product after heat treatment, and a martensite layer (quenched layer) is formed thereon. When using the
以上の工程により本実施形態の鉄道車輪１が製造される。上記製造工程で製造された本実施形態の鉄道車輪１では、化学組成中の各元素が本実施形態の範囲内であって、かつ、Ｆｎ１が４２．０以下であり、Ｆｎ２が３９．０以上である。さらに、球状化セメンタイト含有微小領域面積率が４０．０％以下である。そのため、本実施形態の鉄道車輪１では、優れた耐摩耗性と優れた被削性とを両立させることができる。
The
表１に示す化学組成を有する試験番号１～２５の溶鋼を製造した。
Molten steels of
表１中の空欄は、対応する元素含有量が検出限界未満であった（つまり、含有されていなかった）ことを示す。上記溶鋼を用いて連続鋳造法により丸鋳片を製造した。丸鋳片に対して、分塊圧延機及び連続圧延機による熱間圧延（熱間加工）を実施して、丸鋼片（鉄道車輪用鋼材）を製造した。熱間加工時の加熱温度は１２５０℃であった。鉄道車輪用鋼材に対して成形工程を実施した。具体的には、鉄道車輪用鋼材に対して、熱間鍛造（荒地鍛造）を実施して、車輪形状の粗中間品を成形した。荒地鍛造後の粗中間品に対して、車輪圧延機を用いた熱間圧延を実施した。熱間圧延後の粗中間品に対して回転鍛造を実施して、ボス部に相当する中央部に貫通孔を形成した。以上の成形工程により、車輪形状の中間品を成形した。なお、成形工程時の鋼材の加熱温度は１２５０℃であった。 A blank in Table 1 indicates that the content of the corresponding element was below the detection limit (that is, not present). A round slab was produced from the above molten steel by a continuous casting method. The round billet was subjected to hot rolling (hot working) by a blooming mill and a continuous rolling mill to produce a round billet (steel material for railway wheels). The heating temperature during hot working was 1250°C. A forming process was performed on steel for railroad wheels. Specifically, hot forging (rough forging) was performed on steel materials for railroad wheels to form wheel-shaped rough intermediate products. Hot rolling using a wheel rolling mill was performed on the rough intermediate product after rough forging. A rough intermediate product after hot rolling was subjected to rotary forging to form a through hole in the central portion corresponding to the boss portion. A wheel-shaped intermediate product was formed by the above forming process. The heating temperature of the steel material during the forming process was 1250°C.
製造された中間品に対して、踏面焼入れを実施した。踏面焼入れでは、図６に示す冷却装置を用いて、中間品の踏面及びフランジを水冷した。踏面焼入れ後の中間品に対して、焼戻しを実施した。各試験番号の中間品の焼戻し温度は、表１に示すとおりであった。表１中の「焼戻し温度」欄の「適正」は、焼戻し温度が４００～５５０℃の範囲内であったことを示す。「不適」は、焼戻し温度が５５０℃超～６５０℃の範囲内であったことを示す。以上の製造工程により、マルテンサイト層が形成された鉄道車輪を製造した。 Tread hardening was performed on the manufactured intermediate product. In the tread hardening, the tread and flange of the intermediate product were water-cooled using the cooling device shown in FIG. Tempering was performed with respect to the intermediate product after tread hardening. The tempering temperature of the intermediate product of each test number was as shown in Table 1. "Appropriate" in the "Tempering temperature" column in Table 1 indicates that the tempering temperature was within the range of 400 to 550°C. "Unsuitable" indicates that the tempering temperature was in the range of over 550°C to 650°C. A railroad wheel having a martensite layer formed thereon was manufactured through the manufacturing process described above.
［マルテンサイト層のビッカース硬さ測定試験］
各試験番号の鉄道車輪のマルテンサイト層のビッカース硬さを次の方法で測定した。各試験番号の鉄道車輪のリム部の踏面近傍部分から、マルテンサイト層を含む試験片を１つ採取した。試験片のマルテンサイト層の任意の３箇所において、ＪＩＳ Ｚ ２２４１（２００９）に準拠したビッカース硬さ試験を実施した。試験力はいずれも２．９４２１Ｎとした。得られた３つのビッカース硬さの算術平均値を、マルテンサイトのビッカース硬さ（ＨＶ）と定義した。マルテンサイトのビッカース硬さは、被削性と相関する。そこで、マルテンサイトのビッカース硬さが４１０ＨＶ以下であれば、十分な被削性が得られると判断した。得られたマルテンサイトのビッカース硬さを表１の「マルテンサイト硬さ（ＨＶ）」欄に示す。
[Vickers hardness measurement test of martensite layer]
The Vickers hardness of the martensite layer of the railroad wheel of each test number was measured by the following method. One test piece containing a martensite layer was taken from a portion near the tread surface of the rim portion of the railroad wheel of each test number. A Vickers hardness test in accordance with JIS Z 2241 (2009) was performed at three arbitrary locations on the martensite layer of the test piece. Both test forces were set to 2.9421N. The arithmetic mean value of the three Vickers hardnesses obtained was defined as the Vickers hardness (HV) of martensite. Vickers hardness of martensite correlates with machinability. Therefore, it was determined that sufficient machinability can be obtained if the Vickers hardness of martensite is 410 HV or less. The Vickers hardness of the obtained martensite is shown in Table 1, "Martensite hardness (HV)" column.
［リム部のミクロ組織観察試験］
各試験番号の鉄道車輪のマルテンサイト層を切削加工により除去した。除去後の鉄道車輪において、リム部のパーライト総面積率を、次の方法により求めた。リム部の踏面から踏面の垂直方向に深さ１５ｍｍの範囲内から、踏面に垂直な断面を有するサンプルを採取した。サンプルのうち、踏面に垂直な断面を、観察面と定義した。観察面を機械研磨により鏡面仕上げした。鏡面仕上げされた観察面に対して、硝酸とエタノールとの混合溶液を用いたエッチングを実施した。エッチング後のサンプルの観察面内の任意の１視野（２００μｍ×２００μｍ）に対して、５００倍の光学顕微鏡を用いて写真画像を生成した。観察面において、パーライトと、他の相（マルテンサイト等）とは、コントラストが異なる。そのため、ミクロ組織の各相はコントラストに基づいて、判別可能であった。そこで、コントラストに基づいて、パーライトを特定した。パーライトの総面積率（％）は、特定されたパーライトの総面積と観察視野の面積（４００００μｍ２）とに基づいて求めた。得られたパーライト総面積率を表１中の「パーライト総面積率（％）」欄に示す。いずれの試験番号においても、リム部の踏面に垂直な断面でのパーライトの総面積率は９５．０％以上であった。
[Microstructure Observation Test of Rim]
The martensite layer of each test number railroad wheel was removed by cutting. The pearlite total area ratio of the rim portion of the railroad wheel after removal was obtained by the following method. A sample having a cross section perpendicular to the tread surface was taken from within a range of 15 mm in depth from the tread surface of the rim portion in the direction perpendicular to the tread surface. A section perpendicular to the tread surface of the sample was defined as an observation surface. The observation surface was mirror-finished by mechanical polishing. The mirror-finished observation surface was etched using a mixed solution of nitric acid and ethanol. A photographic image was generated using a 500x optical microscope for an arbitrary field of view (200 μm×200 μm) within the observation plane of the sample after etching. On the viewing plane, pearlite and other phases (such as martensite) have different contrasts. Therefore, each phase of the microstructure was distinguishable based on the contrast. Therefore, perlite was identified based on the contrast. The total area ratio (%) of pearlite was obtained based on the specified total area of pearlite and the area of the observation field (40000 μm 2 ). The obtained pearlite total area ratio is shown in the "perlite total area ratio (%)" column in Table 1. In any test number, the total area ratio of pearlite in the cross section perpendicular to the tread surface of the rim portion was 95.0% or more.
なお、リム部と同様に、各試験番号の鉄道車輪の板部、及びボス部におけるパーライトの総面積率も求めた。具体的には、板部の厚さ方向の中央位置（図１の厚さＴ３の中央位置に相当）、ボス部厚さ方向の中央位置（図１の厚さＴ２の中央位置に相当）からサンプルを採取した。各サンプルの表面の１つを観察面とした。各サンプルの観察面を機械研磨により鏡面仕上げした。その後、鏡面仕上げされた観察面に対して、硝酸とエタノールとの混合溶液を用いたエッチングを実施した。エッチング後のサンプルの観察面内の任意の１視野（２００μｍ×２００μｍ）に対して、５００倍の光学顕微鏡を用いて写真画像を生成した。観察面において、コントラストに基づいて、パーライトを特定した。パーライトの総面積率は、特定されたパーライトの総面積と観察視野の面積（４００００μｍ２）とに基づいて求めた。各試験番号の板部及びボス部ではいずれも、パーライトの総面積率が９５．０％以上であった。 In addition, the total area ratio of perlite in the plate portion and boss portion of the railroad wheel of each test number was also determined in the same manner as in the rim portion. Specifically, from the central position in the thickness direction of the plate portion (corresponding to the central position of the thickness T3 in FIG. 1) and the central position in the thickness direction of the boss portion (corresponding to the central position of the thickness T2 in FIG. 1) A sample was taken. One of the surfaces of each sample was used as the viewing surface. The observation surface of each sample was mirror-finished by mechanical polishing. After that, the mirror-finished observation surface was etched using a mixed solution of nitric acid and ethanol. A photographic image was generated using a 500x optical microscope for an arbitrary field of view (200 μm×200 μm) within the observation plane of the sample after etching. Perlite was identified on the viewing surface based on contrast. The total area ratio of pearlite was obtained based on the specified total area of pearlite and the area of the observation field (40000 μm 2 ). The total area ratio of pearlite was 95.0% or more in both the plate portion and the boss portion of each test number.
［球状化セメンタイト含有微小領域面積率測定試験］
マルテンサイト層を除去した各試験番号の鉄道車輪のリム部の踏面から踏面の垂直方向に深さ１５ｍｍの範囲内から、踏面に垂直な断面を有するサンプルを採取した。サンプルのうち、踏面に垂直な断面を、観察面と定義した。観察面を機械研磨により鏡面仕上げした。鏡面仕上げされた観察面に対して、硝酸とエタノールとの混合溶液を用いたエッチングを実施した。エッチング後、上述の観察面のパーライト組織領域中の任意の観察視野を選択した。観察視野は縦２０μｍ×横２０μｍの正方形とした。観察視野は、５０００倍の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察した。図２に示すとおり、観察視野４１０を、縦方向に０．５μｍピッチで４０等分し、横方向に０．５μｍピッチで４０等分した。これにより、観察視野４１０は、４０×４０＝１６００個の微小領域ＳＡに区画した。
[Measurement test of area ratio of microregions containing spheroidized cementite]
A sample having a cross section perpendicular to the tread surface was taken from within a range of 15 mm in depth in the direction perpendicular to the tread surface from the tread surface of the rim portion of each test number railroad wheel from which the martensite layer was removed. A section perpendicular to the tread surface of the sample was defined as an observation surface. The observation surface was mirror-finished by mechanical polishing. The mirror-finished observation surface was etched using a mixed solution of nitric acid and ethanol. After etching, an arbitrary viewing field was selected within the pearlite textured region of the viewing surface described above. The field of view for observation was a square of 20 μm long×20 μm wide. The observation field was observed with a scanning electron microscope (SEM) of 5000 times. As shown in FIG. 2, an observation field of
１６００個の微小領域ＳＡのうち、少なくとも１つのセメンタイトの全体が微小領域ＳＡ内に収まっている微小領域ＳＡを「球状化セメンタイト含有微小領域ＳＡｘ」と定義した。観察視野４１０の１６００個の微小領域ＳＡにおいて、微小領域ＳＡ内に全体が収まっているセメンタイトを少なくとも１個以上含む微小領域ＳＡの個数をカウントした。つまり、観察視野４１０の微小領域ＳＡのうち、球状化セメンタイト含有微小領域ＳＡｘの個数をカウントした。得られた球状化セメンタイト含有微小領域ＳＡｘの個数を用いて、次式により、球状化セメンタイト含有微小領域面積率（％）を求めた。
球状化セメンタイト含有微小領域面積率（％）＝球状化セメンタイト含有微小領域ＳＡｘの総個数／微小領域ＳＡの総個数（１６００個）×１００
得られた球状化セメンタイト含有微小領域面積率（％）を、表１中の「球状化セメンタイト含有微小領域面積率（％）」欄に示す。
Of the 1600 microregions SA, at least one microregion SA in which the entirety of cementite is contained within the microregion SA was defined as a “spheroidized cementite-containing microregion SAx”. In the 1600 minute areas SA in the
Spheroidized cementite-containing microregion area ratio (%) = total number of spheroidized cementite-containing microregions SAx/total number of microregions SA (1600) x 100
The obtained spheroidized cementite-containing microregion area ratio (%) is shown in the column of "spheroidized cementite-containing microregion area ratio (%)" in Table 1.
［パーライトのビッカース硬さ試験］
各試験番号の鉄道車輪のリム部のパーライトのビッカース硬さを次の方法で測定した。各試験番号の鉄道車輪のリム部の踏面から踏面の垂直方向に深さ１５ｍｍの範囲内の断面を含むサンプルを採取した。この断面を測定面とした。測定面の任意の３箇所において、ＪＩＳ Ｚ ２２４１（２００９）に準拠したビッカース硬さ試験を実施した。試験力はいずれも２．９４２１Ｎとした。得られた３つのビッカース硬さの算術平均値を、パーライトのビッカース硬さ（ＨＶ）と定義した。パーライトのビッカース硬さは、耐摩耗性と相関する。そこで、パーライトのビッカース硬さが３８０ＨＶ以上であれば、十分な耐摩耗性が得られると判断した。得られたパーライトのビッカース硬さを表１中の「パーライト硬さ（ＨＶ）」欄に示す。
[Vickers hardness test of perlite]
The Vickers hardness of perlite in the rim portion of the railroad wheel of each test number was measured by the following method. A sample including a cross section within a depth of 15 mm in the vertical direction from the tread surface of the rim portion of the railroad wheel of each test number was taken. This cross section was used as the measurement surface. A Vickers hardness test according to JIS Z 2241 (2009) was performed at three arbitrary points on the measurement surface. Both test forces were set to 2.9421N. The arithmetic mean value of the three Vickers hardness values obtained was defined as the Vickers hardness (HV) of pearlite. Vickers hardness of perlite correlates with wear resistance. Therefore, it was determined that if the Vickers hardness of pearlite is 380 HV or more, sufficient wear resistance can be obtained. The Vickers hardness of the obtained pearlite is shown in the column of "Pearlite hardness (HV)" in Table 1.
［試験結果］
表１を参照して、試験番号４～６、９、１１～１３、１５～１８、２０、２１、及び、２４の鉄道車輪では、化学組成が適切であり、Ｆｎ１が４２．０以下であり、Ｆｎ２が３９．０以上であった。さらに、焼戻し温度も適切であった。そのため、鉄道車輪のリム部、板部、ボス部のパーライト総面積率はいずれも９５．０％以上であり、球状化セメンタイト含有微小領域面積率は４０．０％以下であった。そのため、マルテンサイトのビッカース硬さがいずれも４１０ＨＶ以下であり、優れた被削性が得られることが予想できた。さらに、パーライトのビッカース硬さはいずれも３８０ＨＶ以上であり、優れた耐摩耗性が得られることが予想できた。
[Test results]
With reference to Table 1, the railway wheels of
一方、試験番号１及び２では、Ｃ含有量が低すぎ、鉄道車輪の素材は亜共析鋼材であった。そのため、パーライトのビッカース硬さが３８０ＨＶ未満となり、十分な耐摩耗性が得られないと予想された。 On the other hand, in Test Nos. 1 and 2, the C content was too low, and the railroad wheel material was hypo-eutectoid steel. Therefore, it was expected that the Vickers hardness of pearlite would be less than 380 HV and sufficient wear resistance would not be obtained.
試験番号３、８及び１４では、化学組成中の各元素の含有量は適切であったものの、Ｆｎ２が３９．０未満であった。そのため、パーライトのビッカース硬さが３８０ＨＶ未満となり、十分な耐摩耗性が得られないと予想された。
In
試験番号７では、Ｃ含有量が高すぎた。そのため、マルテンサイトのビッカース硬さが４１０ＨＶを超え、十分な被削性が得られないと予想された。 In test number 7, the C content was too high. Therefore, it was expected that the Vickers hardness of martensite would exceed 410 HV and sufficient machinability would not be obtained.
試験番号１０では、Ｓｉ含有量が高すぎた。そのため、マルテンサイトのビッカース硬さが４１０ＨＶを超え、十分な被削性が得られないと予想された。
In
試験番号１９及び２５では、化学組成中の各元素の含有量は適切であったものの、Ｆｎ１が４２．０を超えた。そのため、マルテンサイトのビッカース硬さが４１０ＨＶを超え、十分な被削性が得られないと予想された。 In Test Nos. 19 and 25, Fn1 exceeded 42.0 although the content of each element in the chemical composition was appropriate. Therefore, it was expected that the Vickers hardness of martensite would exceed 410 HV and sufficient machinability would not be obtained.
試験番号２２及び２３では、化学組成中の各元素の含有量は適切であり、Ｆｎ１が４２．０以下であり、Ｆｎ２が３９．０以上であった。しかしながら、焼戻し温度が５５０℃を超えた。そのため、球状化セメンタイト含有微小領域面積率は４０．０％を超えた。そのため、パーライトのビッカース硬さが３８０ＨＶ未満となり、十分な耐摩耗性が得られないと予想された。 In test numbers 22 and 23, the content of each element in the chemical composition was appropriate, Fn1 was 42.0 or less, and Fn2 was 39.0 or more. However, the tempering temperature exceeded 550°C. Therefore, the area ratio of microregions containing spheroidized cementite exceeded 40.0%. Therefore, it was expected that the Vickers hardness of pearlite would be less than 380 HV and sufficient wear resistance would not be obtained.
以上、本発明の実施形態を説明した。しかしながら、上述した実施形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。したがって、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施形態を適宜変更して実施することができる。 The embodiments of the present invention have been described above. However, the above-described embodiments are merely examples for implementing the invention. Therefore, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and the above-described embodiments can be modified as appropriate without departing from the scope of the invention.
１ 鉄道車輪
２ ボス部
３ 板部
４ リム部
４１ 踏面
４２ フランジ
1
Claims (3)
リム部と、
ボス部と、
前記リム部と前記ボス部との間に配置される板部とを備え、
前記鉄道車輪の化学組成は、質量％で、
Ｃ：０．８５～１．１５％、
Ｓｉ：０．８０％以下、
Ｍｎ：１．５０％以下、
Ｐ：０．０５０％以下、
Ｓ：０．０５０％以下、
Ｃｒ：０～０．５０％、
Ｖ：０～０．１０％、
Ｍｏ：０～０．２０％、
Ｃｕ：０～０．５０％、
Ｎｉ：０～０．５０％、
Ａｌ：０～０．５００％、及び、
残部がＦｅ及び不純物からなり、
式（１）で定義されるＦｎ１が４２．０以下であり、
式（２）で定義されるＦｎ２が３９．０以上であり、
前記リム部の踏面に垂直な断面におけるパーライトの総面積率は９５．０％以上であり、
前記リム部の前記踏面に垂直な断面の前記パーライトのうち、縦２０μｍ×横２０μｍの矩形の観察視野において、縦方向に０．５μｍピッチで４０等分し、横方向に０．５μｍピッチで４０等分して、４０×４０個の微小領域を区画し、前記微小領域のうち、前記微小領域内に全体が収まるセメンタイトを少なくとも１つ含む前記微小領域を、球状化セメンタイト含有微小領域と定義したとき、
前記微小領域の総個数に対する、前記球状化セメンタイト含有微小領域の総個数の割合である、球状化セメンタイト含有微小領域面積率が４０．０％以下である、
鉄道車輪。
Ｆｎ１＝３０．５２＋６．９６×Ｃ＋４．９６×Ｓｉ＋１．８５×Ｍｎ＋４．８５×Ｃｒ＋３４．７７×Ｖ・・・（１）
Ｆｎ２＝１８．１８＋２１．８２×Ｃ＋２．３９×Ｓｉ＋１．０１×Ｍｎ＋６．９７×Ｃｒ＋２４．７９×Ｖ・・・（２）
ここで、式（１）及び式（２）中の各元素記号には、対応する元素の含有量（質量％）が代入される。 a railway wheel,
a rim;
a boss and
a plate portion disposed between the rim portion and the boss portion;
The chemical composition of the railroad wheel is, in mass %,
C: 0.85 to 1.15%,
Si: 0.80% or less,
Mn: 1.50% or less,
P: 0.050% or less,
S: 0.050% or less,
Cr: 0 to 0.50%,
V: 0 to 0.10%,
Mo: 0-0.20%,
Cu: 0-0.50%,
Ni: 0 to 0.50%,
Al: 0 to 0.500%, and
The balance consists of Fe and impurities,
Fn1 defined by formula (1) is 42.0 or less,
Fn2 defined by formula (2) is 39.0 or more,
A total area ratio of pearlite in a cross section perpendicular to the tread surface of the rim portion is 95.0% or more,
In a rectangular observation field of 20 μm long×20 μm wide, the perlite of the cross section perpendicular to the tread surface of the rim portion is vertically divided into 40 equal parts with a pitch of 0.5 μm and 40 parts are divided horizontally with a pitch of 0.5 μm. It was equally divided into 40×40 micro-regions, and among the micro-regions, the micro-region containing at least one cementite that could fit entirely within the micro-region was defined as a spheroidized cementite-containing micro-region. when
The area ratio of the spheroidized cementite-containing microregions, which is the ratio of the total number of the spheroidized cementite-containing microregions to the total number of the microregions, is 40.0% or less.
railroad wheels.
Fn1=30.52+6.96*C+4.96*Si+1.85*Mn+4.85*Cr+34.77*V (1)
Fn2=18.18+21.82*C+2.39*Si+1.01*Mn+6.97*Cr+24.79*V (2)
Here, the content (% by mass) of the corresponding element is substituted for each element symbol in formulas (1) and (2).
前記鉄道車輪の化学組成は、
Ａｌ：０．０１０～０．５００％を含有する、
鉄道車輪。 A railway wheel according to claim 1,
The chemical composition of the railroad wheel is
Al: containing 0.010 to 0.500%,
railroad wheels.
前記鉄道車輪の化学組成は、
Ｃｒ：０．０１～０．５０％、
Ｖ：０．０１～０．１０％、
Ｍｏ：０．０１～０．２０％、
Ｃｕ：０．０１～０．５０％、及び、
Ｎｉ：０．０１～０．５０％からなる群から選択される１元素又は２元素以上を含有する、
鉄道車輪。 A railway wheel according to claim 1 or claim 2,
The chemical composition of the railroad wheel is
Cr: 0.01 to 0.50%,
V: 0.01 to 0.10%,
Mo: 0.01 to 0.20%,
Cu: 0.01 to 0.50%, and
Ni: containing one element or two or more elements selected from the group consisting of 0.01 to 0.50%,
railroad wheels.
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