JPH1017995A - Rail with high strength and damage resistance, having hardness distribution excellent in damage resistance in railhead vertex part - Google Patents
Rail with high strength and damage resistance, having hardness distribution excellent in damage resistance in railhead vertex partInfo
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- JPH1017995A JPH1017995A JP17480796A JP17480796A JPH1017995A JP H1017995 A JPH1017995 A JP H1017995A JP 17480796 A JP17480796 A JP 17480796A JP 17480796 A JP17480796 A JP 17480796A JP H1017995 A JPH1017995 A JP H1017995A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明が属する技術分野】本発明は、高軸重鉄道急曲線
に用いられる耐摩耗用の高強度・耐損傷レールに関し、
特に、頭頂部の耐損傷性を向上させた高強度・耐損傷レ
ールに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high-strength, damage-resistant rail for abrasion resistance used on a sharp curve of a high axle heavy railway.
In particular, it relates to a high-strength, damage-resistant rail with improved damage resistance at the crown.
【０００２】[0002]
【従来の技術】レールの頭部は、一般に、頭頂部、コー
ナ部、頭側部、及び顎部を有している。そして、高軸重
重鉄道の急曲線部の木製枕木を使用した軌道で、従来か
ら用いられている耐摩耗用高強度レールは、コーナ部及
び頭側部と、頭頂部との間で、硬度が等しくなるように
熱処理されて形成されている。従って、材質の面からす
ると、レールコーナ部と、レール頭頂部とで耐摩耗特性
は同等となっている。2. Description of the Related Art The head of a rail generally has a crown, a corner, a head side, and a jaw. And, in the track using wooden sleepers in the sharply curved part of the high axle heavy railway, the conventionally used high-strength rail for wear resistance has a hardness between the corner part and the head side part, and the top part. It is formed by heat treatment so as to be equal. Therefore, from the viewpoint of the material, the wear resistance characteristics of the rail corner portion and the rail top portion are equal.
【０００３】しかしながら、車輪とレールとの接触は複
雑であり、レール頭部の位置によって接触環境が異なっ
ている。高軸重鉄道急曲線部ではレールゲージコーナ部
（内側のコーナ部）及びレール頭側面に作用するすべり
が大きく、一方、接触圧力はレール頭頂部及びレールゲ
ージコーナ部で大きい。この結果、従来の耐摩耗用高強
度レールではレールゲージコーナ部及びレール頭側部
は、レール頭頂部よりも摩耗が促進される。従って、レ
ール頭頂部は、常にレールゲージコーナ部よりも摩耗が
遅く進行し、車輪からの接触圧力はレール頭頂部中央の
摩耗が遅い部分で最大となる。[0003] However, the contact between the wheel and the rail is complicated, and the contact environment differs depending on the position of the rail head. In the sharply curved section of the high axle heavy railway, the slip acting on the rail gauge corner (inner corner) and the rail head side surface is large, while the contact pressure is large at the rail head and the rail gauge corner. As a result, in the conventional high-strength rail for wear resistance, the wear of the rail gauge corner portion and the rail head side portion is promoted more than the rail top portion. Therefore, the rail top always wears more slowly than the rail gauge corners, and the contact pressure from the wheels is greatest at the center of the rail top where wear is slower.
【０００４】このようなレール頭部の摩耗特性が均一な
従来の耐摩耗用高強度レールは、前述のような車輪との
接触状態となるため、新品時あるいは削正後の使用初期
において車輪とのなじみが遅く、局所的な過大接触応力
が長く存在し、疲労性の欠陥が発生しやすい。また、こ
れに加え、レールと車輪とがなじんだ後においても、レ
ール頭頂部中央に最大接触圧力が作用する。木製枕木を
使用した軌道では、このような状態でも問題は少ない
が、コンクリート枕木を使用した高剛性の軌道の場合、
鉄道車両の通過に伴う衝撃的な最大接触圧力が増加する
ため、レール頭頂部中央に、ヘッドチェックと呼ばれる
損傷が発生するという問題が顕在化している。[0004] Such a conventional high-strength rail for wear resistance, in which the wear characteristics of the rail head are uniform, comes into contact with the wheel as described above. It is slow in adaptation, has a long local excessive contact stress, and is liable to cause fatigue defects. In addition, the maximum contact pressure acts on the center of the top of the rail even after the rail and the wheel are fitted. In the case of tracks using wooden sleepers, there are few problems in such a state, but in the case of high rigidity tracks using concrete sleepers,
The problem that the damage called a head check occurs at the center of the top of the rail has become evident because the maximum contact pressure that has a shock increases as the railway vehicle passes.
【０００５】従来、このようなヘッドチェックを防止す
るために、レールに疲労が蓄積する前にレール頭部表層
を削正する方法を採用しているが、削正には時間と費用
がかさみ、また最適な削正時間を決定することが困難で
ある。Conventionally, in order to prevent such a head check, a method has been adopted in which the surface of the rail head is ground before fatigue accumulates on the rail. Also, it is difficult to determine the optimum cutting time.
【０００６】一方、特開平６−１７１９３号公報には、
このような頭頂部中央に発生するヘッドチェックを防止
できるレールが示されている。このレールは、コーナ部
及び頭側部の硬度が高く、頭頂部の硬度をコーナ部及び
頭側部の硬度の０．９以下としたものであり、このよう
に頭頂部の硬度を低下させることによりその部分の摩耗
速度を速め、頭頂部での接触力を分散させて最大接触応
力を低下させるようにし、頭頂部の損傷軽減を図ったも
のである。On the other hand, JP-A-6-17193 discloses that
A rail that can prevent such a head check occurring at the center of the crown is shown. This rail has a high hardness at the corners and the head side, and a hardness at the top of the head is set to 0.9 or less of the hardness at the corners and the head side, and thus the hardness of the top is reduced. Thus, the wear rate of the portion is increased, the contact force at the top of the head is dispersed, the maximum contact stress is reduced, and damage to the top of the head is reduced.
【０００７】しかし、頭頂部の損傷発生は接触応力に支
配され、この接触応力およびその分布は頭頂部の摩耗速
度の分布すなわち頭頂部のレール幅方向の分布に支配さ
れるため、上記公報のようにコーナ部及び頭側部の硬度
範囲と頭頂部の硬度範囲を規定しても損傷軽減効果が得
られない場合があり、また、レール寿命が必ずしも大き
くならない場合がある。However, the occurrence of damage to the crown is governed by the contact stress, and the contact stress and its distribution are governed by the distribution of the wear rate of the crown, that is, the distribution of the crown in the rail width direction. Even when the hardness range of the corner portion and the head side portion and the hardness range of the top portion are specified, the damage reduction effect may not be obtained, and the life of the rail may not always be long.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる事情に
鑑みてなされたものであって、レール頭頂部に適切な硬
度分布を与え、レール頭頂部に疲労蓄積の局所的集中が
起こらず、耐接触疲労損傷性に優れ、結果として軌道保
守費を低減させることができかつ高寿命の高強度・耐損
傷レールを提供することを課題とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides an appropriate hardness distribution at the top of the rail so that local concentration of fatigue accumulation does not occur at the top of the rail, and the resistance to the top is reduced. It is an object of the present invention to provide a high-strength, damage-resistant rail which has excellent contact fatigue damage, can reduce track maintenance costs as a result, and has a long service life.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、第１に、重量％で、Ｃ：０．６０〜０．
８５％、Ｓｉ：０．１〜１．０％、Ｍｎ：０．５〜１．
５％、Ｐ：０．０３５％以下、Ｓ：０．０４０％以下、
Ａｌ：０．０５％以下であり、残部がＦｅ及び不可避的
不純物からなり、そのコーナ部及び頭側部の硬度がブリ
ネル硬度でＨB３４１〜４０５であり、その頭頂部にお
ける頂部中央から幅方向に２０ｍｍ離れた位置での硬度
がＨB ３４１〜４０５であり、頭頂部中央部の硬度が、
頭頂部中央から幅方向に２０ｍｍ離れた位置の硬度より
ブリネル硬度で１０〜５０低く、頭頂部中央と頭頂部中
央から幅方向に前記２０ｍｍ離れた位置との間の硬度
は、頭頂部中央から幅方向外側に向けて単調に増加し、
その間の部分の実際の硬度と、その間の部分の、頭頂部
中央の硬度および頭頂部中央から幅方向に前記２０ｍｍ
離れた位置の硬度を直線で補間して得られた硬度との差
がブリネル硬度で１０以内である高強度・耐損傷レール
を提供する。In order to solve the above-mentioned problems, the present invention firstly provides C: 0.60-0.
85%, Si: 0.1-1.0%, Mn: 0.5-1.
5%, P: 0.035% or less, S: 0.040% or less,
Al: is 0.05% or less, the balance being Fe and unavoidable impurities, the hardness of the corner and head side portions are H B three hundred and forty-one to four hundred and five in Brinell hardness in the width direction from the top center of the top portion The hardness at a position 20 mm apart is H B 341 to 405, and the hardness at the center of the crown is
The Brinell hardness is 10 to 50 lower than the hardness at a position 20 mm in the width direction from the center of the crown, and the hardness between the center of the crown and the position 20 mm in the width direction from the center of the crown is the width from the center of the crown. Monotonically increasing outward in the direction
The actual hardness of the portion in between, the hardness at the center of the crown of the portion in between and the width of 20 mm from the center of the crown in the width direction.
Provided is a high-strength, damage-resistant rail in which the difference from the hardness obtained by interpolating the hardness at a distant position with a straight line is within 10 in Brinell hardness.
【００１０】第２に、重量％で、Ｃ：０．６０〜０．８
５％、Ｓｉ：０．１〜１．０％、Ｍｎ：０．５〜１．５
％、Ｐ：０．０３５％以下、Ｓ：０．０４０％以下、Ａ
ｌ：０．０５％以下であり、さらにＣｒ：０．０５〜
１．５％、Ｍｏ：０．０１〜０．２０％、Ｖ：０．０１
〜０．１０％、Ｎｉ：０．１〜１．０％、Ｎｂ：０．０
０５〜０．１５％のうち１種又は２種以上を含有し、残
部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、コーナ部及び頭
側部の硬度がブリネル硬度でＨB ３４１〜４０５であ
り、その頭頂部における頂部中央から幅方向に２０ｍｍ
離れた位置での硬度がＨB ３４１〜４０５であり、頭頂
部中央部の硬度が、頭頂部中央から幅方向に２０ｍｍ離
れた位置の硬度よりブリネル硬度で１０〜５０低く、頭
頂部中央と頭頂部中央から幅方向に前記２０ｍｍ離れた
位置との間の硬度は、頭頂部中央から幅方向外側に向け
て単調に増加し、その間の部分の実際の硬度と、その間
の部分の、頭頂部中央の硬度および頭頂部中央から幅方
向に前記２０ｍｍ離れた位置の硬度を直線で補間して得
られた硬度との差がブリネル硬度で１０以内である高強
度・耐損傷レールを提供する。Second, C: 0.60 to 0.8 by weight%
5%, Si: 0.1 to 1.0%, Mn: 0.5 to 1.5
%, P: 0.035% or less, S: 0.040% or less, A
l: 0.05% or less, and Cr: 0.05 to
1.5%, Mo: 0.01 to 0.20%, V: 0.01
-0.10%, Ni: 0.1-1.0%, Nb: 0.0
Containing one or more of 05 to 0.15%, the balance being Fe and unavoidable impurities, the hardness of the corner portion and head side portions are H B three hundred and forty-one to four hundred and five in Brinell hardness, its head 20 mm in width direction from the center of the top at the top
The hardness at the distant position is H B 341 to 405, and the hardness at the center of the crown is 10 to 50 Brinell hardness lower than the hardness at a position 20 mm in the width direction from the center of the crown, and the center of the crown and the head are The hardness between the top center and the position 20 mm apart in the width direction monotonically increases from the center of the top toward the outside in the width direction, and the actual hardness of the portion between the top and the center of the top is And a hardness obtained by interpolating the hardness at a position 20 mm apart from the center of the crown in the width direction with a straight line and having a Brinell hardness of 10 or less.
【００１１】レール頭頂部の損傷発生は接触応力に支配
され、この接触応力およびその分布は摩耗によるなじみ
進行に伴い変化していくが、その変化過程は摩耗速度の
分布すなわちレール幅方向の硬度分布に支配される。The occurrence of damage to the top of the rail is governed by the contact stress, and the contact stress and its distribution change with the progress of the wear-in. The change process is the distribution of the wear rate, that is, the hardness distribution in the rail width direction. Is governed by
【００１２】本発明者らの研究によれば、この硬度分布
が適切なものならば、上記特開平６−１７１９３号公報
に開示された技術によって大きな損傷軽減が可能である
が、不適切な分布では、摩耗によるなじみの進行に伴い
局部的な接触応力の集中が起こって損傷軽減効果がなく
なってしまう恐れがあることが判明した。According to the study of the present inventors, if this hardness distribution is appropriate, the technique disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. HEI 6-17193 can greatly reduce the damage. It has been found that local contact stress may be concentrated in accordance with the progress of wear-in and the damage reduction effect may be lost.
【００１３】すなわち、上記特開平６−１７１９３号公
報では、コーナ部及び頭側部の硬度範囲と頭頂部の硬度
範囲が記載されているのみであり、レール幅方向の硬度
分布については何等記載されておらず、頭頂部に接触応
力およびその分布が適正になるような硬度分布が得られ
ない恐れがある。That is, in the above-mentioned Japanese Patent Laid-Open No. 6-17193, only the hardness range of the corner portion and the head side portion and the hardness range of the top portion are described, and nothing is described about the hardness distribution in the rail width direction. Therefore, there is a possibility that the contact stress and the hardness distribution that makes the distribution appropriate are not obtained at the top of the head.
【００１４】さらに、上記特開平６−１７１９３号公報
では、頭頂部の硬度がコーナ部および頭側部の硬度の
０．９以下と規定されており、これにより確かに頭頂部
の接触応力が大きく減少する。Further, in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-17193, the hardness at the top of the head is specified to be 0.9 or less of the hardness at the corners and the side of the head, which surely increases the contact stress at the top of the head. Decrease.
【００１５】しかし、本発明者らが研究を進めた結果、
頭頂部とコーナ部との硬度差がこのように大きくなる
と、接触部中央の接触応力が大きく減少する反動により
接触部中央から幅方向に離れた接触部の端部に大きな接
触応力が発生し、その位置において損傷が進行する恐れ
があることが見出された。このため、レール全体の寿命
が長くならない場合がある。However, as a result of research conducted by the present inventors,
When the difference in hardness between the crown and the corners increases in this way, the contact stress at the center of the contact portion is greatly reduced. It was found that damage could progress at that location. Therefore, the life of the entire rail may not be extended.
【００１６】そこで本発明では、上述したように、レー
ル頭頂部の幅方向の硬度分布を制御してなじみ進行に伴
う接触応力の変化過程をコントロールすることにより、
レール頭頂部に疲労蓄積の局所的集中を防止し、高剛性
軌道使用環境下におけるレール頭頂部の耐接触疲労損傷
性を改善する。Therefore, in the present invention, as described above, by controlling the hardness distribution in the width direction of the top of the rail to control the process of changing the contact stress due to the progress of adaptation,
To prevent the local concentration of fatigue accumulation on the rail top, and to improve the contact fatigue damage resistance of the rail top in a high-rigidity track use environment.
【００１７】[0017]
【発明の実施の形態】以下、本発明について詳細に説明
する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in detail.
【００１８】図１は、本発明に係る高強度・耐損傷レー
ルの頭部を示す断面図である。レール頭部は、頭頂部
１、コーナ部２、頭側部３、及び顎部４を有している。
コーナ部２の一方は、使用に際して車輪と接触するゲー
ジコーナ部となる。FIG. 1 is a sectional view showing the head of the high-strength and damage-resistant rail according to the present invention. The rail head has a top part 1, a corner part 2, a head side part 3, and a jaw part 4.
One of the corners 2 is a gauge corner that comes into contact with the wheel during use.
【００１９】レールの損傷、特に頭頂部１のヘッドチェ
ックは、レール頭部に及ぼされる接触応力が高くなるに
従って短期間で発生するようになる。このことを図２及
び図３を参照して説明する。図２は、踏面曲率半径が１
５mmで最大直径が３０mmのレール試験片と、直径３０mm
で周面がフラット形状の車輪試験片とを使用した２円筒
接触転動疲労試験方法を示す模式図である。この試験に
より垂直加重と損傷寿命との関係を求めると、図３に示
すような結果が得られる。すなわち、垂直荷重が高い場
合に、つまり接触応力が高い場合に、短期間で損傷が発
生すること（すなわち損傷寿命が短いこと）を確認する
ことができる。[0019] Damage to the rails, especially head checking of the crown 1, occurs in a short period of time as the contact stress applied to the rail head increases. This will be described with reference to FIGS. FIG. 2 shows that the radius of curvature of the tread is 1
5mm rail specimen with a maximum diameter of 30mm and 30mm diameter
FIG. 4 is a schematic diagram showing a two-cylinder contact rolling fatigue test method using a wheel test piece having a flat peripheral surface. When the relationship between the vertical load and the damage life is obtained by this test, the result shown in FIG. 3 is obtained. That is, it can be confirmed that when the vertical load is high, that is, when the contact stress is high, damage occurs in a short period (that is, the damage life is short).
【００２０】一方、新品あるいは削正後の高強度レール
の使用初期において、車輪とのなじみが良くない場合、
レールに集中的な垂直荷重が作用し、損傷が発生しやす
い。また、レールの車輪と接触する部分の形状が、レー
ルの摩耗によって車輪となじんでいる場合、摩耗速度が
遅い部分では垂直応力が選択的に作用する。これらのこ
とから、レールの寿命を延長させるためには、従来のレ
ールの頭頂面において摩耗速度が遅いことにより過酷に
作用していた最大垂直応力を分散させることが有効であ
るといえる。On the other hand, in the initial stage of using a new or modified high-strength rail, if the familiarity with the wheels is not good,
Concentrated vertical load acts on the rail, which easily causes damage. In addition, when the shape of the portion of the rail that contacts the wheel conforms to the wheel due to the wear of the rail, vertical stress selectively acts on the portion where the wear rate is low. From these facts, it can be said that in order to extend the service life of the rail, it is effective to disperse the maximum normal stress that has been severely acting due to the low wear rate on the top surface of the conventional rail.
【００２１】このように、頭頂部１のヘッドチェックを
防止するためには、車輪からの接触圧力が局部的に集中
しないように接触状況をコントロールする方法が考えら
れる。As described above, in order to prevent the head from being checked at the crown 1, a method of controlling the contact state so that the contact pressure from the wheels is not locally concentrated can be considered.
【００２２】本発明においては、列車を支持するための
強度と耐摩耗性とを保持しながら、なおかつレールの頭
頂部における最大接触応力を低下させるべく、レール組
成を調節し、またレールのコーナ部及び頭側部よりも、
頭頂部の方が硬度が低くなるようにし、さらに頭頂部中
央での硬度とそこから幅方向に２０ｍｍ離れた位置での
硬度との間の差と、その間の硬度分布を適正化すること
により、摩耗によるなじみ進行過程で接触応力が局所的
に大きなピークを持たないようにし、接触応力が適切に
分散するようにして疲労蓄積が局所的に集中することを
防止した。In the present invention, the rail composition is adjusted while maintaining the strength and abrasion resistance for supporting the train and reducing the maximum contact stress at the top of the rail. And than the head side,
By making the hardness of the crown lower, the difference between the hardness at the center of the crown and the hardness at a position 20 mm in the width direction therefrom, and by optimizing the hardness distribution therebetween, The contact stress did not locally have a large peak in the course of running-in due to wear, and the contact stress was appropriately dispersed to prevent the local accumulation of fatigue accumulation.
【００２３】次に、本発明に係るレールの成分組成につ
いて説明する。Next, the component composition of the rail according to the present invention will be described.
【００２４】先ず、Ｃは０．６０〜０．８５重量％であ
る。０．６％以上とすることにより良好な強度及び耐摩
耗性が期待できる一方において、０．８５％を超えると
初析セメンタイトの析出により靭性が低下するからであ
る。First, C is 0.60 to 0.85% by weight. When the content is 0.6% or more, good strength and wear resistance can be expected, while when it exceeds 0.85%, toughness is reduced due to precipitation of proeutectoid cementite.
【００２５】Ｓｉは０．１〜１．０重量％である。レー
ル強度確保のために０．１％以上必要であるが、１．０
％を超えると靭性及び溶接性が劣化するからである。[0025] Si is 0.1 to 1.0% by weight. 0.1% or more is required to secure the rail strength.
%, The toughness and weldability deteriorate.
【００２６】Ｍｎは０．５〜１．５重量％である。レー
ル強度確保のために０．５％以上必要であるが、１．５
％を超えると靭性及び溶接性に悪影響を及ぼすからであ
る。Mn is 0.5 to 1.5% by weight. 0.5% or more is required to secure the rail strength.
%, The toughness and weldability are adversely affected.
【００２７】Ｐ及びＳは延性劣化を回避するために、
Ｐ：０．０３５重量％以下、Ｓ：０．０４０重量％以下
とした。P and S are used to avoid ductility deterioration.
P: 0.035% by weight or less, S: 0.040% by weight or less.
【００２８】Ａｌは疲労性能を劣化させる成分であるか
ら、０．０５％を上限とした。Since Al is a component that deteriorates fatigue performance, the upper limit is 0.05%.
【００２９】特に車輪とレールとの接触条件が厳しい所
で用いられるレールに関しては、レールゲージコーナ部
の耐摩耗性と強度とを一層良好なものとするために、Ｃ
ｒ，Ｍｏ，Ｖ，Ｎｉ及びＮｂの１種又は２種以上を低合
金添加する。Particularly with respect to rails used in places where contact conditions between the wheels and the rails are severe, in order to further improve the abrasion resistance and strength of the rail gauge corners, C is used.
One or more of r, Mo, V, Ni and Nb are added in a low alloy.
【００３０】Ｃｒは０．０５〜１．５０％である。０．
０５％以上であればパーライトラメラ間隔を小さくして
パーライトを微細化し、強度、耐摩耗性及び耐損傷性を
向上させるが、１．５０％を超えると溶接性に悪影響を
与える。Cr is 0.05-1.50%. 0.
If it is at least 05%, the pearlite lamella spacing will be reduced to make the pearlite finer and improve the strength, abrasion resistance and damage resistance, but if it exceeds 1.50%, the weldability will be adversely affected.
【００３１】Ｍｏは０．０１〜０．２重量％である。Ｍ
ｏはＣｒと同様に強度を上昇させる元素であり、その効
果は０．０１％以上で現われる。これに対し、０．２％
を超えると、溶接性が劣化する。Mo is 0.01 to 0.2% by weight. M
o is an element that increases the strength similarly to Cr, and its effect appears at 0.01% or more. In contrast, 0.2%
If it exceeds, weldability will deteriorate.
【００３２】Ｎｂ及びＶは析出強化元素であり、夫々
０．００５〜０．１５重量％及び０．０１〜０．１０重
量％である。これらが析出強化元素としての効果を得る
ためには、Ｎｂは０．００５％以上、Ｖは０．０１％以
上添加する必要がある。一方、Ｎｂが０．１５％、又は
Ｖが０．１０％を超えて添加されると、Ｎｂ又はＶの粗
大な炭窒化物が析出し、レールの靭性を劣化させる。Nb and V are precipitation strengthening elements, and are 0.005 to 0.15% by weight and 0.01 to 0.10% by weight, respectively. In order for these to obtain the effect as a precipitation strengthening element, it is necessary to add 0.005% or more of Nb and 0.01% or more of V. On the other hand, if Nb exceeds 0.15% or V exceeds 0.10%, coarse carbonitrides of Nb or V precipitate and deteriorate the toughness of the rail.
【００３３】Ｎｉは強度及び靭性の向上に効果がある元
素であり、０．１〜１．０重量％である。０．１％より
も少なければ効果が現れず、１．０％で効果が飽和する
からである。Ni is an element effective for improving strength and toughness, and is 0.1 to 1.0% by weight. If the amount is less than 0.1%, the effect does not appear, and the effect is saturated at 1.0%.
【００３４】本発明に係るレールは、このような成分組
成を有し、微細パーライト組織を有している。そして、
本発明においては、前述したように、レール頭部の硬さ
分布を調節してレール各部の摩耗特性を制御するにあた
り、特に頭頂部での硬さ分布を調整してその部分の耐摩
耗性を制御し、摩耗によるなじみ進行に伴う接触応力の
変化を適切にコントロールすることによって疲労蓄積を
分散させ、高剛性軌道における高接触圧力の発生による
レール頭頂部のヘッドチェック損傷を抑制する。好まし
い硬さ分布は、例えば各部分における熱処理を調節する
ことにより達成される。The rail according to the present invention has such a component composition and has a fine pearlite structure. And
In the present invention, as described above, in controlling the wear characteristics of each part of the rail by adjusting the hardness distribution of the rail head, in particular, adjusting the hardness distribution at the top of the head to reduce the wear resistance of that part. By controlling and appropriately controlling the change in contact stress caused by wear-in progress due to wear, fatigue accumulation is dispersed, and head check damage at the top of the rail due to generation of high contact pressure in a highly rigid track is suppressed. A preferred hardness distribution is achieved, for example, by adjusting the heat treatment in each part.
【００３５】なお、頭頂部の金属組織を変化させること
により摩耗速度を調整しても同様の効果を得ることがで
きる。すなわち、この発明では、微細パーライト組織を
前提として、適宜の処理によりレールの硬度分布を調節
しているが、金属組織を変化させることにより、硬さに
拘らず、摩耗特性を制御することができる。例えば、図
４に示すように、同じ硬さでは微細パーライト組織が最
も摩耗特性が良好である。また、この図に示すように、
金属組織を制御することにより硬度を上昇させて疲労強
度を向上させつつ、摩耗速度を上昇させることも可能で
ある。The same effect can be obtained even if the wear rate is adjusted by changing the metal structure of the crown. That is, in the present invention, the hardness distribution of the rail is adjusted by appropriate treatment on the premise of the fine pearlite structure, but by changing the metal structure, the wear characteristics can be controlled regardless of the hardness. . For example, as shown in FIG. 4, for the same hardness, the fine pearlite structure has the best wear characteristics. Also, as shown in this figure,
By controlling the metal structure, it is also possible to increase the wear rate while increasing the hardness and improving the fatigue strength.
【００３６】次に、この発明の微細パーライト組織のレ
ールにおいて、硬度を定めた限定理由について説明す
る。Next, the reasons for limiting the hardness of the rail having a fine pearlite structure of the present invention will be described.
【００３７】レールコーナ部及び頭側部の硬度をＨB ３
４１〜ＨB ４０５の範囲に設定する。これはレールの強
度及び耐摩耗性を十分な値にするためである。The hardness of the rail corner portion and the head side portion is H B 3
Set in the range of 41~H B 405. This is to make the strength and wear resistance of the rails sufficient.
【００３８】また、頭頂部の硬度分布は以下に示すよう
なものである。すなわち、頭頂部における頂部中央から
幅方向に２０ｍｍ離れた位置での硬度がＨB ３４１〜４
０５であり、頭頂部中央部の硬度が、頭頂部中央から幅
方向に２０ｍｍ離れた位置の硬度よりブリネル硬度で１
０〜５０低く、頭頂部中央と頭頂部中央から幅方向に前
記２０ｍｍ離れた位置との間の硬度は、頭頂部中央から
幅方向外側に向けて単調に増加し、その間の部分の実際
の硬度と、その間の部分の、頭頂部中央の硬度および頭
頂部中央から幅方向に前記２０ｍｍ離れた位置の硬度を
直線で補間して得られた硬度との差がブリネル硬度で１
０以内である。The hardness distribution at the top of the head is as shown below. That is, hardness H at position apart 20mm in the width direction from the top center of the top portion B three hundred forty-one to four
The hardness at the center of the top of the head is 1 Brinell hardness compared to the hardness at a position 20 mm in the width direction from the center of the top of the head.
The hardness between the center of the crown and the position 20 mm apart from the center of the crown in the width direction monotonically increases from the center of the crown toward the outside in the width direction. The difference between the hardness at the center of the crown and the hardness obtained by interpolating the hardness at the position 20 mm apart in the width direction from the center of the crown with a straight line in the portion between them is 1 in Brinell hardness.
It is within 0.
【００３９】頭頂部における硬度分布をこのように規定
したのは以下のような理由による。車輪とレールとの接
触幅は、新品時あるいは削正直後に最も小さく（高軸重
鉄道では１０ｍｍ程度）、摩耗によるなじみ進行に伴
い、次第に広くなる。これに応じて接触力は分散し、接
触応力分布はフラットなものに変化していく。このなじ
み過程における接触応力分布と硬度分布との関係を数値
シミュレーションにより種々調査した。The reason for defining the hardness distribution at the top of the head in this manner is as follows. The contact width between the wheel and the rail is the smallest when it is new or immediately after cutting (approximately 10 mm in the case of a high axle heavy railway), and gradually widens as the break-in progresses due to wear. In response, the contact force is dispersed, and the contact stress distribution changes to a flat one. The relationship between the contact stress distribution and the hardness distribution in this running-in process was investigated variously by numerical simulation.
【００４０】図５に頭頂部の硬度がＨB ３６８で一様な
レールでの接触応力の幅方向分布を示す。図では、頭頂
部中央から右半分のみを示している。FIG. 5 shows the distribution of the contact stress in the width direction on a rail having a uniform hardness at the top of H B 368. In the figure, only the right half from the center of the crown is shown.
【００４１】この図から、新品時あるいは削正直後の使
用初期は頭頂部中央に大きな接触応力が発生し、摩耗に
よるなじみの進行に伴い接触応力分布はフラットになっ
ていくのがわかる。しかし、なじみが進行しても接触応
力は常に頭頂部中央で最も高い。従って、頭頂部中央部
に疲労蓄積が集中してしまい、頭頂部中央部にヘッドチ
ェック等の損傷が発生する。From this figure, it can be seen that a large contact stress is generated at the center of the top of the head at the time of new use or at the beginning of use immediately after cutting, and the contact stress distribution becomes flat as the break-in due to wear progresses. However, the contact stress is always highest at the center of the crown even if the adaptation proceeds. Therefore, the accumulation of fatigue is concentrated at the central portion of the crown, and damage such as a head check occurs at the central portion of the crown.
【００４２】次に、図６に示すような３種類の硬度分布
（ケースａ，ｂ，ｃ）を頭頂部に有する場合について接
触応力分布を調査した。ケースａでは、頭頂部中央の硬
度が頭頂部中央から幅方向に２０ｍｍ離れた位置におけ
る硬度よりもブリネル硬度で２５低く、ケースｂでは４
０低く、ケースｃでは６０低い。Next, the contact stress distribution was examined for a case where three types of hardness distributions (cases a, b, and c) as shown in FIG. In case a, the hardness at the center of the crown is 25 lower in Brinell hardness than at a position 20 mm in the width direction from the center of the crown, and in case b, the hardness is 4%.
0 lower, and in case c, lower by 60.
【００４３】図７にケースａの接触応力分布を示し、図
８および図９にそれぞれケースａ〜ｃの１千万通過トン
時および８千万通過トン時における接触応力分布を図５
に示した硬度一様レールと比較して示す。FIG. 7 shows the contact stress distribution of case a, and FIGS. 8 and 9 show the contact stress distributions of cases a to c at 10 million tons and 80 million tons, respectively.
Are shown in comparison with the uniform hardness rail shown in FIG.
【００４４】図７と図５を比較することにより、ケース
ａのレールの頭頂部中央の接触応力が硬度一様のものよ
りも速く低下することがわかる。これは、中央の硬度が
低いため周辺よりも速く摩耗が進行するためである。こ
れによって頭頂部中央の疲労蓄積を大幅に低減すること
ができる。By comparing FIG. 7 with FIG. 5, it can be seen that the contact stress at the center of the top of the rail of the case a decreases faster than that of the case a with uniform hardness. This is because wear progresses faster than at the periphery because the hardness at the center is low. Thereby, the accumulation of fatigue at the center of the crown can be significantly reduced.
【００４５】一方、図７に示すように、頭頂部中央の接
触応力が減少する分だけ接触部端部の接触応力が増加
し、接触応力のピークが頭頂部中央ではなく接触部端部
にくるようになり、その位置での疲労蓄積が大きくな
る。しかし、図７に示すように、摩耗によるなじみが進
行するに伴い、接触応力が最大となる位置が頭頂部中央
か端部へと次第にレール幅方向に移動していく。すなわ
ち、疲労蓄積が最も大きい位置はなじみの進行によって
移動し、疲労蓄積が分散されるのである。従って、レー
ル全体としては損傷が軽減される。On the other hand, as shown in FIG. 7, the contact stress at the end of the contact portion is increased by an amount corresponding to the decrease in the contact stress at the center of the head, and the peak of the contact stress is not at the center of the top of the head but at the end of the contact portion. And the fatigue accumulation at that position increases. However, as shown in FIG. 7, as the adaptation due to wear progresses, the position where the contact stress becomes maximum gradually moves in the rail width direction to the center or the end of the top of the head. In other words, the position where the fatigue accumulation is greatest moves with the progress of familiarization, and the fatigue accumulation is dispersed. Therefore, damage to the rail as a whole is reduced.
【００４６】本発明者らの研究により、頭頂中央の接触
応力が低下し、接触応力のピーク位置が移動するという
現象は、頭頂中央から幅方向に２０ｍｍ離れた位置まで
の硬度分布にほぼ支配されることが見出された。そし
て、この範囲の硬度が、頭頂中央から幅方向外側に向け
て単調かつほぼ直線的に増加していると、上記現象がス
ムーズに起こる。しかし、例えばこの範囲で硬度が増加
から減少に転ずるような箇所があると、その位置での接
触応力が異常に大きくなり、損傷発生の原因となってし
まう。According to the study of the present inventors, the phenomenon that the contact stress at the center of the crown decreases and the peak position of the contact stress shifts is almost governed by the hardness distribution from the center of the crown to a position 20 mm in the width direction. Was found. When the hardness in this range increases monotonically and almost linearly from the center of the crown toward the outside in the width direction, the above phenomenon occurs smoothly. However, for example, if there is a portion where the hardness changes from an increase to a decrease in this range, the contact stress at that position becomes abnormally large, causing damage.
【００４７】従って、この発明では、「頭頂部中央と頭
頂部中央から幅方向に前記２０ｍｍ離れた位置との間の
硬度は、頭頂部中央から幅方向外側に向けて単調に増加
し、その間の部分の実際の硬度と、その間の部分の、頭
頂部中央の硬度および頭頂部中央から幅方向に前記２０
ｍｍ離れた位置の硬度を直線で補間して得られた硬度と
の差がブリネル硬度で１０以内である」と規定した。Therefore, according to the present invention, "the hardness between the center of the crown and the position 20 mm apart from the center of the crown in the width direction monotonically increases from the center of the crown toward the outside in the width direction. Between the actual hardness of the portion and the hardness at the center of the top of the portion and the width
The difference from the hardness obtained by interpolating the hardness at a position distant by mm with a straight line is within 10 in Brinell hardness. "
【００４８】図８および図９のケースａ〜ｃを比較する
と明らかなように、頭頂部中央での硬度と頭頂部中央か
ら幅方向に前記２０ｍｍ離れた位置での硬度の差が大き
くなると、接触部端部に発生する接触応力のピークは大
きくなる。硬度差がブリネル硬度で６０あるケースｃの
場合には、これらの図に示すように、接触応力のピーク
値は非常に大きくなり損傷発生の原因となる。従って、
この発明では、頭頂部中央部の硬度と、頭頂部中央から
幅方向に２０ｍｍ離れた位置の硬度との差の上限をブリ
ネル硬度で５０と規定した。As is clear from the comparison of cases a to c in FIGS. 8 and 9, when the difference between the hardness at the center of the head and the hardness at the position 20 mm apart from the center of the head in the width direction increases, The peak of the contact stress generated at the end of the part increases. In case c in which the hardness difference is Brinell hardness of 60, as shown in these figures, the peak value of the contact stress becomes very large, which causes damage. Therefore,
In the present invention, the upper limit of the difference between the hardness at the center of the crown and the hardness at a position 20 mm apart from the center of the crown in the width direction is defined as Brinell hardness of 50.
【００４９】また逆に、頭頂部中央の硬度とそこから幅
方向に２０ｍｍ離れた位置における硬度との差がブリネ
ル硬度で１０よりも小さいと、前述した損傷を軽減する
接触応力分布が十分に現れなくなるので、その硬度差の
下限をブリネル硬度で１０と規定した。この頭頂部中央
の硬度とそこから幅方向に２０ｍｍ離れた位置における
硬度との差の好ましい範囲は、ブリネル硬度で１５〜４
０である。Conversely, if the difference between the hardness at the center of the crown and the hardness at a position 20 mm in the width direction therefrom is smaller than 10 in Brinell hardness, the contact stress distribution for reducing the damage described above appears sufficiently. Therefore, the lower limit of the hardness difference was set to 10 in Brinell hardness. The preferred range of the difference between the hardness at the center of the crown and the hardness at a position 20 mm in the width direction from the center is 15 to 4 in Brinell hardness.
0.
【００５０】頭頂部中央から幅方向に２０ｍｍ離れた位
置での硬度は、コーナ部及び頭側部の硬度を設定したの
と同じ理由により、ＨB ３４１〜ＨB ４０５の範囲に規
定した。頭頂部中央から幅方向に２０ｍｍ離れた位置と
コーナ部との間の硬度は、接触応力には大きく影響しな
いものの、硬度に大きな変動がなく、硬度がほぼ一様か
あるいは滑らかに単調に変化していくのが望ましい。The hardness at a position 20 mm in the width direction from the center of the top of the head is defined in the range of H B 341 to H B 405 for the same reason as setting the hardness of the corner and the head side. Although the hardness between the corner and the position 20 mm apart from the center of the crown in the width direction does not significantly affect the contact stress, the hardness does not fluctuate greatly and the hardness changes almost uniformly or smoothly and monotonously. It is desirable to go.
【００５１】硬度分布が頭頂部中央に関して左右非対称
である場合にも、各サイドで上記硬度条件を満足する必
要がある。Even when the hardness distribution is asymmetrical with respect to the center of the crown, it is necessary for each side to satisfy the above-mentioned hardness condition.
【００５２】また、製造上、硬度がわずかにばらつくこ
とは避けられないため、局所的ないしはミクロ的に硬度
が幅方向に単調増加しない部分が現れることがあるが、
この発明ではマクロ的に硬度が単調増加していればよ
い。In addition, since it is inevitable that the hardness slightly varies in production, a portion where the hardness does not monotonically increase in the width direction locally or microscopically may appear.
In the present invention, it is only necessary that the hardness monotonically increase macroscopically.
【００５３】深さ方向の硬度に関しては、頭頂面から少
なくとも１０ｍｍ以上、好ましくは２３ｍｍの深さまで
は、水平断面内でこの発明の上記硬度条件を満たしてい
るようにすることが好ましい。これにより、レール摩耗
が大幅に進行した場合でも、損傷軽減を図ることができ
る。Regarding the hardness in the depth direction, it is preferable that the above hardness condition of the present invention is satisfied in a horizontal section at least at a depth of at least 10 mm, preferably 23 mm from the top face. As a result, even when the rail wear has significantly progressed, damage can be reduced.
【００５４】なお、緩曲線のように車両とレールとの接
触条件があまり厳しくない環境下では、頭側部、コーナ
部及び頭頂部中央から幅方向に２０ｍｍ離れた位置にお
ける硬度範囲をＨB ３２０〜ＨB ３８０に下げることも
可能である。[0054] Incidentally, slow in the environment in contact conditions between the vehicle and the rail is not very strict as the curve, head side portions, the hardness range in the corner and a position away 20mm from the top center in the width direction H B 320 it is also possible to lower the to H B 380.
【００５５】この発明のレールにおいては、頭側部、コ
ーナ部及び頭頂部中央から幅方向に２０ｍｍ離れた位置
からコーナ部に至る範囲の部分の硬度を十分大きくして
レールの強度及び耐摩耗性を確保し、頭頂部においては
その中央の硬度を中央から幅方向に２０ｍｍ離れた位置
の硬度より低くし、その中間位置での硬度がほぼ直線的
に変化するように調整することにより、摩耗によるなじ
み進行に伴い、摩耗速度が大きい頭頂部中央部の接触応
力が低下してその部分の損傷は抑制され、かつ頭頂部の
摩耗速度が幅方向に適切に制御されるため、接触部端部
に発生する接触応力のピーク値が過大にならず、またそ
のピーク位置が移動するため、結果として疲労蓄積が集
中せず頭頂面上に分散する。従って、疲労損傷の発生が
抑制され、削正の回数を減らすことができ、結果として
軌道の保守費を低減することができ、レールの寿命を延
ばすことができる。In the rail according to the present invention, the hardness in the range from the position 20 mm away from the center of the head side, the corner and the top of the head to the corner from the center in the width direction is sufficiently increased to improve the strength and wear resistance of the rail. In the crown, the hardness at the center is made lower than the hardness at a position 20 mm apart from the center in the width direction, and the hardness at the intermediate position is adjusted so as to change almost linearly, thereby causing wear. As the break-in progresses, the contact stress at the central part of the crown, where the wear rate is large, decreases, and damage to that part is suppressed, and the wear rate at the crown is appropriately controlled in the width direction. Since the peak value of the generated contact stress does not become excessive and the peak position moves, as a result, the accumulation of fatigue is not concentrated but dispersed on the top surface of the head. Therefore, the occurrence of fatigue damage is suppressed, the number of times of cutting can be reduced, and as a result, the maintenance cost of the track can be reduced, and the life of the rail can be extended.
【００５６】[0056]
【実施例】以下、この発明の実施例について説明する。Embodiments of the present invention will be described below.
【００５７】本発明に係るレール組成の範囲内である表
１に示す組成の鋼をレール素材とした。The steel having the composition shown in Table 1 within the range of the rail composition according to the present invention was used as the rail material.
【００５８】[0058]
【表１】 [Table 1]
【００５９】表１中のＡ鋼で形成された６０ｋｇレール
素材に対して従来の頭部スラッククエンチ熱処理を施し
た従来の硬頭レールと、同じ素材に対して頭頂部の冷却
を弱くした特殊な頭部スラッククエンチを行った本発明
に係るレールとを作成した。A conventional hard-head rail in which a conventional head slack quench heat treatment was applied to a 60 kg rail material formed of steel A in Table 1 and a special head in which cooling at the top of the head was weakened for the same material. A head slack quench and a rail according to the present invention were prepared.
【００６０】本発明に係るレールは、以下のように製造
した。すなわち、熱間圧延によりレール素材を作製した
後、Ａｒ1 以上にあるレール素材頭部に、図１０に示す
ように配置された頭頂部冷却用のエアーヘッダ５及び頭
側部冷却用のエアーヘッダ６に設けられた複数のノズル
からエアーを吹き付けて、レール素材頭部を冷却した。
図１１の（ａ）はここで用いた頭頂部冷却用エアーヘッ
ダ５のノズル配置を示す図であり、この図に示すよう
に、その中央部においてノズル穴の個数が減少されてい
る。すなわち、従来の頭頂部冷却用ヘッダは、図１１の
（ｂ）に示すようにノズル穴が均一に配置されている
が、ここではヘッダ中央部のノズル穴個数を減じて、レ
ール頭頂部に吹き付けるエアーの量が少なくなるように
した。また、ヘッダのエアーの圧力をコントロールして
頭側部に噴射するエアー圧力よりも頭頂部に噴射するエ
アー圧力のほうが低くなるようにした。The rail according to the present invention was manufactured as follows. That is, after forming the rail material by hot rolling, the rail material head in Ar 1 or more, air header air header 5 and the head side portions cooling for arranged parietal cooling as shown in FIG. 10 Air was blown from a plurality of nozzles provided in 6 to cool the rail material head.
FIG. 11A is a view showing the nozzle arrangement of the head cooling air header 5 used here, and as shown in this figure, the number of nozzle holes is reduced at the center thereof. That is, in the conventional header for cooling the top, the nozzle holes are uniformly arranged as shown in FIG. 11B, but here, the number of nozzle holes in the center of the header is reduced, and the header is blown to the top of the rail. The amount of air was reduced. Also, the pressure of the air in the header was controlled so that the air pressure jetted to the top of the head was lower than the air pressure jetted to the side of the head.
【００６１】これらレールの頭頂面下１mmの部分の硬度
分布を図１２に示す。図１２中符号Ａは従来レールの硬
度分布を示し、符号Ｂ，Ｃは本発明レールの硬度分布を
示す。なお、符号Ｂのレールを製造する際に用いた図１
１の（ａ）の頭頂部冷却用ノズルヘッダ５のノズル穴の
個数が減少されている部分の幅は、符号Ｃのレールを製
造する際に用いたノズルヘッダのものよりも狭くした。FIG. 12 shows the hardness distribution of a portion 1 mm below the top surface of these rails. In FIG. 12, reference symbol A indicates the hardness distribution of the conventional rail, and reference symbols B and C indicate the hardness distribution of the rail of the present invention. In addition, FIG.
The width of the portion where the number of the nozzle holes of the head cooling nozzle header 5 of 1 (a) is reduced is narrower than that of the nozzle header used in manufacturing the rail C.
【００６２】この図から明らかなように、従来レールの
符号Ａではコーナ部から頭頂部中央までほぼ一様な硬度
分布であるのに対し、本発明のレールである符号Ｂ，Ｃ
のレールでは以下に示すような硬度分布を有していた。
すなわち、頭頂部中央の硬度はそこから幅方向に２０ｍ
ｍ離れた位置の硬度より、符号Ｂでは左側で２３（ブリ
ネル硬度、以下同じ）、右側で２１低く、符号Ｃでは左
側で１１、右側で１３低くなった。また、硬度は、符号
Ｂ，Ｃともに、頭頂部中央から前記２０ｍｍ離れた位置
まで単調に増加しており、その間の部分の実際の硬度
と、頭頂部中央の硬度および頭頂部中央から幅方向に前
記２０ｍｍ離れた位置の硬度を直線で補間して得られた
硬度との差が符号Ｂでは６以内、符号Ｃでは４以内であ
った。As is clear from this figure, the reference A of the conventional rail has a substantially uniform hardness distribution from the corner to the center of the crown, whereas the reference B and C of the rail of the present invention.
Had a hardness distribution as shown below.
In other words, the hardness at the center of the crown is 20 m in the width direction from there.
With respect to the hardness at a position apart by m, the code B has 23 (Brinell hardness, the same applies hereinafter) on the left and 21 lower on the right, and the code C has 11 lower on the left and 13 lower on the right. The hardness of both B and C monotonically increases from the center of the head to the position 20 mm away from the center of the head, and the actual hardness of the portion between them and the hardness at the center of the head and in the width direction from the center of the head. The difference from the hardness obtained by interpolating the hardness at the position separated by 20 mm with a straight line was within 6 for code B and within 4 for code C.
【００６３】次に、表１に示すレール素材を幅５０ｍｍ
の円板に加工し、これらを加熱した後上述したレールの
冷却方法と同様に円板側面の中央部の冷却をコーナ部よ
り緩める方法により、円板の幅方向に硬度分布を有する
円筒試験片を作成した。これらの試験片の硬度分布を表
２に示す。ここでは冷却方法を調節することにより幅方
向に種々の硬度分布を形成し、本発明の範囲内の硬度分
布を有するもの（本発明例）と、硬度分布が本発明の範
囲から外れるもの（比較例）を作成した。また、鋼種Ａ
ではこのような制御冷却を行わずに硬度が一様の従来レ
ールに相当するもの（従来例）を作成した。Next, the rail material shown in Table 1 was used for a width of 50 mm.
A cylindrical test piece having a hardness distribution in the width direction of the disc by processing the discs, heating them, and then cooling the center of the disc side surface from the corners in the same manner as the above-described rail cooling method. It was created. Table 2 shows the hardness distribution of these test pieces. Here, various hardness distributions are formed in the width direction by adjusting the cooling method, and those having a hardness distribution within the scope of the present invention (examples of the present invention) and those having a hardness distribution outside the scope of the present invention (comparative) Example) was created. In addition, steel type A
Has produced a conventional rail having a uniform hardness without performing such controlled cooling (conventional example).
【００６４】これらの試験片を用い、２円筒式転動試験
機により損傷寿命試験を行った。車輪試験片の硬度は約
ＨB ３３１であった。この試験結果を表２に示す。な
お、表２では、各試験片の損傷寿命を、硬度一様の従来
レールに相当する試験片の損傷寿命に対する比で示して
いる。Using these test pieces, a damage life test was performed using a two-cylinder rolling tester. The hardness of the wheel test piece was about H B 331. Table 2 shows the test results. In Table 2, the damage life of each test piece is shown as a ratio to the damage life of a test piece corresponding to a conventional rail having a uniform hardness.
【００６５】[0065]
【表２】 [Table 2]
【００６６】表２に示すように、本発明例では、損傷寿
命が従来例の１．３倍以上向上し、最大１．９倍にもな
ることが確認された。As shown in Table 2, in the example of the present invention, it was confirmed that the damage life was improved by 1.3 times or more as compared with the conventional example, and at the maximum was 1.9 times.
【００６７】これらの試験結果から、損傷寿命を延長さ
せるためには、頭頂部中央部の接触応力を低減すること
ができると同時に、接触部端部に発生する接触応力のピ
ーク値を抑制することができ、しかもそのピーク発生位
置を頭頂部中央から幅方向外側へ移動させることによっ
て疲労蓄積を分散させることができる本発明の頭頂部硬
度分布が有効であることが確認された。From these test results, in order to extend the damage life, it is possible to reduce the contact stress at the center of the crown and to suppress the peak value of the contact stress generated at the end of the contact portion. It has been confirmed that the head hardness distribution of the present invention, which can disperse fatigue accumulation by moving the peak generation position from the center of the head to the outside in the width direction, is effective.
【００６８】[0068]
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、ヘッド
チェック等の過大接触圧力に伴って発生する頭頂部の損
傷を抑制することができ、レール寿命を延長させること
ができる。このため、高軸重鉄道の急曲線においてコン
クリート枕木等を用いる高剛性軌道を導入する上での問
題点を解決することができ、軌道保守費を低減させるこ
とができる。このように、耐摩耗性及び耐損傷性に優れ
た本発明のレールは、今後の高剛性軌道の普及に伴い、
鉄道の保守費低減のために有効なものになることが期待
され、経済的価値が極めて高いものである。As described above, according to the present invention, it is possible to suppress damage to the top of the head caused by an excessive contact pressure such as a head check, and to extend the life of the rail. Therefore, it is possible to solve a problem in introducing a high rigidity track using a concrete sleeper or the like in a sharp curve of a high axle heavy railway, and to reduce track maintenance costs. As described above, the rails of the present invention, which are excellent in wear resistance and damage resistance, are expected to be used with the spread of highly rigid tracks in the future.
It is expected to be effective for reducing railway maintenance costs, and has extremely high economic value.
【図１】本発明に係るレールの頭部を示す断面図。FIG. 1 is a cross-sectional view showing a head of a rail according to the present invention.
【図２】レールに作用する垂直荷重と損傷寿命との関係
を把握するための２円筒接触転動試験を説明するための
図。FIG. 2 is a diagram for explaining a two-cylinder contact rolling test for grasping a relationship between a vertical load acting on a rail and a damage life.
【図３】図２に示す試験における垂直荷重と損傷寿命と
の関係を示す図。FIG. 3 is a diagram showing a relationship between vertical load and damage life in the test shown in FIG. 2;
【図４】２円筒式接触回転摩耗試験における硬度と摩耗
速度との関係及び組織と摩耗速度との関係を示す図。FIG. 4 is a diagram showing a relationship between hardness and a wear rate and a relationship between a structure and a wear rate in a two-cylinder contact rotating wear test.
【図５】硬度一様レールにおける摩耗によるなじみ進行
に伴う接触応力分布の変化を示す図。FIG. 5 is a diagram showing a change in contact stress distribution with progress of running-in due to wear in a uniform hardness rail.
【図６】接触応力分布の変化を調査した３種類の頭頂部
硬度分布を示す図。FIG. 6 is a diagram showing three types of crown hardness distributions obtained by examining changes in contact stress distribution.
【図７】本発明に係るレールの摩耗によるなじみ進行に
伴う接触応力分布を示す図。FIG. 7 is a view showing a contact stress distribution accompanying the progress of running-in due to wear of the rail according to the present invention.
【図８】本発明に係るレール、比較例に係るレールおよ
び頭頂部の硬度分布が一様のレールにおける１千万通過
トン時の頭頂部の接触応力分布を示す図。FIG. 8 is a diagram showing a contact stress distribution at the top of a rail according to the present invention, a rail according to a comparative example, and a rail having a uniform hardness distribution at a top of 10 million passage tons.
【図９】本発明に係るレール、比較例に係るレールおよ
び頭頂部の硬度分布が一様のレールにおける８千万通過
トン時の頭頂部の接触応力分布を示す図。FIG. 9 is a diagram showing the contact stress distribution at the top of the rail according to the present invention, the rail according to the comparative example, and the rail having a uniform hardness distribution at the top of the rail at 80 million passage tons.
【図１０】レール素材を冷却する方法を説明するための
図。FIG. 10 is a diagram for explaining a method of cooling a rail material.
【図１１】本発明に係るレールの冷却方法及び従来の冷
却方法を実施する際に用いるレール頭頂部冷却用ヘッダ
のノズル穴の配列を示す図。FIG. 11 is a diagram showing an arrangement of nozzle holes in a header for cooling the top of the rail used when performing the rail cooling method according to the present invention and the conventional cooling method.
【図１２】本発明に係るレールの硬度分布の例（符号
Ｂ，Ｃ）および従来レールの硬度分布（符号Ａ）を示す
図。FIG. 12 is a diagram showing an example of hardness distribution of a rail according to the present invention (reference symbols B and C) and a hardness distribution of a conventional rail (reference symbol A).
１……頭頂部 ２……コーナー部 ３……頭側部 ４……顎部 ５……頭頂部冷却用エアーヘッダ ６……頭側部冷却用エアーヘッダ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Top part 2 ... Corner part 3 ... Head side part 4 ... Jaw part 5 ... Head top cooling air header 6 ... Head side cooling air header
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 福田 耕三 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 山中 秀行 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 小林 一貴 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 永橋 新一 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Kozo Fukuda 1-1-2 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Nihon Kokan Co., Ltd. (72) Inventor Hideyuki Yamanaka 1-1-2 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Sun (72) Inventor Kazuki Kobayashi 1-2-1, Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Japan In-tube (72) Inventor Shinichi Nagahashi 1-2-1, Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Date Honko Co., Ltd.
Claims (2)
Ｓｉ：０．１〜１．０％、Ｍｎ：０．５〜１．５％、
Ｐ：０．０３５％以下、Ｓ：０．０４０％以下、Ａｌ：
０．０５％以下であり、残部がＦｅ及び不可避的不純物
からなり、そのコーナ部及び頭側部の硬度がブリネル硬
度でＨB ３４１〜４０５であり、その頭頂部における頂
部中央から幅方向に２０ｍｍ離れた位置での硬度がＨB
３４１〜４０５であり、頭頂部中央部の硬度が、頭頂部
中央から幅方向に２０ｍｍ離れた位置の硬度よりブリネ
ル硬度で１０〜５０低く、頭頂部中央と頭頂部中央から
幅方向に前記２０ｍｍ離れた位置との間の硬度は、頭頂
部中央から幅方向外側に向けて単調に増加し、その間の
部分の実際の硬度と、その間の部分の、頭頂部中央の硬
度および頭頂部中央から幅方向に前記２０ｍｍ離れた位
置の硬度を直線で補間して得られた硬度との差がブリネ
ル硬度で１０以内である高強度・耐損傷レール。C. 0.60 to 0.85% by weight,
Si: 0.1 to 1.0%, Mn: 0.5 to 1.5%,
P: 0.035% or less, S: 0.040% or less, Al:
And 0.05% or less, and the balance of Fe and unavoidable impurities, the hardness of the corner and head side portions are H B three hundred and forty-one to four hundred and five in Brinell hardness, 20 mm from the top center of the head top portion in the width direction Hardness at distant position is H B
341 to 405, and the hardness at the center of the crown is 10 to 50 lower in Brinell hardness than the hardness at a position 20 mm in the width direction from the center of the crown, and the hardness is 20 mm in the width direction from the center of the crown and the center of the crown. The hardness between the center and the center increases monotonously outward from the center of the crown in the width direction.The actual hardness of the part in between and the hardness in the middle of the head in the middle and the width in the width direction from the center of the crown A high-strength, damage-resistant rail having a Brinell hardness of 10 or less from the hardness obtained by interpolating the hardness at a position separated by 20 mm with a straight line.
Ｓｉ：０．１〜１．０％、Ｍｎ：０．５〜１．５％、
Ｐ：０．０３５％以下、Ｓ：０．０４０％以下、Ａｌ：
０．０５％以下であり、さらにＣｒ：０．０５〜１．５
％、Ｍｏ：０．０１〜０．２０％、Ｖ：０．０１〜０．
１０％、Ｎｉ：０．１〜１．０％、Ｎｂ：０．００５〜
０．１５％のうち１種又は２種以上を含有し、残部がＦ
ｅ及び不可避的不純物からなり、コ−ナ部及び頭側部の
硬度がブリネル硬度でＨB ３４１〜４０５であり、その
頭頂部における頂部中央から幅方向に２０ｍｍ離れた位
置での硬度がＨB ３４１〜４０５であり、頭頂部中央部
の硬度が、頭頂部中央から幅方向に２０ｍｍ離れた位置
の硬度よりブリネル硬度で１０〜５０低く、頭頂部中央
と頭頂部中央から幅方向に前記２０ｍｍ離れた位置との
間の硬度は、頭頂部中央から幅方向外側に向けて単調に
増加し、その間の部分の実際の硬度と、その間の部分
の、頭頂部中央の硬度および頭頂部中央から幅方向に前
記２０ｍｍ離れた位置の硬度を直線で補間して得られた
硬度との差がブリネル硬度で１０以内である高強度・耐
損傷レール。2. C: 0.60 to 0.85% by weight,
Si: 0.1 to 1.0%, Mn: 0.5 to 1.5%,
P: 0.035% or less, S: 0.040% or less, Al:
0.05% or less, and Cr: 0.05 to 1.5
%, Mo: 0.01-0.20%, V: 0.01-0.
10%, Ni: 0.1 to 1.0%, Nb: 0.005 to
0.15% contains one or more kinds, and the balance is F
consists e and unavoidable impurities, co - a H B three hundred forty-one to four hundred and five hardness of Na portion and head side portions are in Brinell hardness, hardness at a position apart 20mm in the width direction from the top center of the top portion is H B 341 to 405, and the hardness at the center of the crown is 10 to 50 lower in Brinell hardness than the hardness at a position 20 mm in the width direction from the center of the crown, and the hardness is 20 mm in the width direction from the center of the crown and the center of the crown. The hardness between the center and the center increases monotonously outward from the center of the crown in the width direction.The actual hardness of the part in between and the hardness in the middle of the head in the middle and the width in the width direction from the center of the crown A high-strength, damage-resistant rail having a Brinell hardness of 10 or less from the hardness obtained by interpolating the hardness at a position separated by 20 mm with a straight line.
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Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009013444A (en) * | 2007-07-02 | 2009-01-22 | Nippon Steel Corp | Pearlite rail excellent in surface damage resistance and wear resistance, and manufacturing method therefor |
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-
1996
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