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JP2002256393A - Wear-resistant pearlite-based rail with excellent destruction resistance - Google Patents

Wear-resistant pearlite-based rail with excellent destruction resistance

Info

Publication number
JP2002256393A
JP2002256393A JP2001053821A JP2001053821A JP2002256393A JP 2002256393 A JP2002256393 A JP 2002256393A JP 2001053821 A JP2001053821 A JP 2001053821A JP 2001053821 A JP2001053821 A JP 2001053821A JP 2002256393 A JP2002256393 A JP 2002256393A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
rail
pearlite
cementite
mixed structure
wear
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2001053821A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masaharu Ueda
正治 上田
Koichi Uchino
耕一 内野
Noriaki Onodera
紀昭 小野寺
Takuya Sato
琢也 佐藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Steel Corp filed Critical Nippon Steel Corp
Priority to JP2001053821A priority Critical patent/JP2002256393A/en
Publication of JP2002256393A publication Critical patent/JP2002256393A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Heat Treatment Of Articles (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 パーライトと初析セメンタイトとの混合組織
において、前記混合組織の任意断面において、初析セメ
ンタイトの短径の最大値や占有面積率を制御することに
より、靭性を向上させ、レールに安定的な耐破壊性を付
与し、レールの高寿命化を図る。 【解決手段】 質量%で、C:0.90〜1.20%を
含有する鋼レールであって、当該レールの少なくとも一
部がパーライトと初析セメンタイトとの混合組織を呈
し、前記混合組織の任意断面において、初析セメンタイ
トの短径の最大値が500nm以下で、かつ、その初析
セメンタイトの面積の合計が、前記任意断面における前
記混合組織の面積の5%以下であることを特徴とする耐
破壊性に優れた耐摩耗パーライト系レール。
(57) [Problem] To improve toughness in a mixed structure of pearlite and pro-eutectoid cementite by controlling the maximum value of the minor axis and the occupied area ratio of pro-eutectoid cementite in an arbitrary cross section of the mixed structure. In this way, the rail is provided with stable destruction resistance and the life of the rail is extended. SOLUTION: A steel rail containing C: 0.90 to 1.20% by mass, wherein at least a part of the rail exhibits a mixed structure of pearlite and proeutectoid cementite, In any cross section, the maximum value of the minor axis of the proeutectoid cementite is 500 nm or less, and the total area of the proeutectoid cementite is 5% or less of the area of the mixed structure in the arbitrary cross section. Abrasion-resistant pearlite-based rail with excellent destruction resistance.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、重荷重鉄道のレー
ルに要求される耐破壊性と耐摩耗性を向上させたパーラ
イト系レールに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a pearlitic rail having improved destruction resistance and wear resistance required for rails of heavy load railways.

【0002】[0002]

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

【0003】しかしながら、最近の高強度化熱処理技術
の進歩により、共析炭素鋼を用いた微細パーライト組織
を呈した下記に示すような高強度(高硬度)レールが発
明され、重荷重鉄道の曲線区間のレール寿命を飛躍的に
改善してきた。 頭部がソルバイト組織、または微細なパーライト組
織の超大荷重用の熱処理レール(特公昭54−2549
0号公報)。 圧延終了後あるいは再加熱したレール頭部を、オー
ステナイト域温度から850〜500℃間を1〜4℃/
sec で加速冷却する130kgf/mm2 以上の高強度レール
の製造法(特開昭57−198216号公報)。 これらのレールの特徴は、共析炭素含有鋼(炭素量:
0.7〜0.8%)による微細パーライト組織を呈する
高強度レールであり、その目的はパーライト組織中のラ
メラ間隔を微細化し、耐摩耗性を向上させるところにあ
った。
However, with the recent progress in heat treatment technology for increasing the strength, a high-strength (high-hardness) rail having a fine pearlite structure using eutectoid carbon steel as shown below has been invented. The rail life of the section has been dramatically improved. Heat treatment rail for ultra-high load with sorbite head or fine pearlite head (Japanese Patent Publication No. 54-2549)
No. 0). After the end of rolling or after reheating, the rail head is heated from 850 to 500 ° C from the austenitic zone temperature to 1 to 4 ° C /
A method for producing a high-strength rail of 130 kgf / mm 2 or more that is accelerated and cooled in sec (Japanese Patent Laid-Open No. 57-198216). The characteristics of these rails are eutectoid carbon-containing steel (carbon content:
(0.7-0.8%), which is a high-strength rail exhibiting a fine pearlite structure with the purpose of minimizing the lamellar spacing in the pearlite structure and improving wear resistance.

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

【0005】これらの問題を解決するため、本発明者ら
は下記に示すようなレールを開発した。 過共析鋼(C:0.85超〜1.20%)を用い
て、パーライト組織中のラメラ中のセメンタイト密度を
増加させた耐摩耗性に優れたレール(特開平8−144
016号公報)。 過共析鋼(C:0.85超〜1.20%)を用い
て、パーライト組織中のラメラ中のセメンタイト密度を
増加させ、同時に硬さを制御した耐摩耗性に優れたレー
ル(特開平8−246100号公報)。 これらのレールの特徴は、鋼の炭素量を増加し、パーラ
イトラメラ中の耐摩耗性に優れたセメタイト相の密度を
増加させ、さらに硬さを制御することにより、パーライ
ト組織の耐摩耗性を向上させるものであった。
[0005] In order to solve these problems, the present inventors have developed the following rails. Using hypereutectoid steel (C: more than 0.85 to 1.20%) to increase the cementite density in the lamella in the pearlite structure and to provide a rail with excellent wear resistance (JP-A-8-144).
016 publication). A hypereutectoid steel (C: more than 0.85 to 1.20%) is used to increase the cementite density in the lamella in the pearlite structure, and at the same time, to control the hardness and to provide a rail with excellent wear resistance (JP-A-Hei. 8-246100). The characteristics of these rails are to increase the carbon content of the steel, increase the density of the highly wear-resistant semetite phase in the pearlite lamella, and improve the wear resistance of the pearlite structure by controlling the hardness. It was to let.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】上記、に開示され
た発明レール鋼は、耐摩耗性の向上により、重荷重鉄道
用レールの高寿命化に寄与しているが、靭性について
は、高炭素化に伴い若干の低下が認められていたが、鋼
の成分系やレール製造条件等の変動により、靭性が大き
く低下する傾向が認められ、低温度域でのレール使用に
おいて、レールに安定的な耐破壊性を付与することが困
難であった。
The invention rail steel disclosed in the above contributes to prolonging the life of heavy load railway rails by improving the wear resistance. However, due to changes in steel composition and rail manufacturing conditions, the toughness tended to decrease significantly. It was difficult to impart destructibility.

【0007】そこで、低温度域でのレール使用におい
て、安定した耐破壊性を付与した耐摩耗レールを開発す
ることが新たな課題となっていた。すなわち本発明は、
重荷重鉄道のレールに要求される耐破壊性と耐摩耗性を
同時に向上させることを目的としたレールを提供するも
のである。
Therefore, it has been a new task to develop a wear-resistant rail having stable destruction resistance when using a rail in a low temperature range. That is, the present invention
An object of the present invention is to provide a rail for the purpose of simultaneously improving fracture resistance and wear resistance required for rails of a heavy load railway.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するものであって、その要旨とするところは次の通りで
ある。 (1)質量%で、C:0.90〜1.20%を含有する
鋼レールであって、当該レールの少なくとも一部がパー
ライトと初析セメンタイトとの混合組織を呈し、該混合
組織の任意断面において、初析セメンタイトの短径の最
大値が500nm以下で、かつ、その初析セメンタイト
の面積の合計が、前記任意断面における前記混合組織の
面積の5%以下であることを特徴とする耐破壊性に優れ
た耐摩耗パーライト系レール。 (2)質量%で、C :0.90〜1.20%、 S
i:0.10〜1.00%、Mn:0.10〜1.50
%を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる
鋼レールであって、該鋼レールの少なくとも一部がパー
ライトと初析セメンタイトとの混合組織を呈し、該混合
組織の任意断面において、初析セメンタイトの短径の最
大値が500nm以下で、かつ、その初析セメンタイト
の面積の合計が、前記任意断面における前記混合組織の
面積の5%以下であることを特徴とする耐破壊性に優れ
た耐摩耗パーライト系レール。 (3)質量%で、C :0.90〜1.20%、 S
i:0.10〜1.00%、Mn:0.10〜1.50
%を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる
鋼レールであって、該鋼レールの少なくともレール頭部
表面から該鋼レールを起点として深さ20mmの範囲が
パーライトと初析セメンタイトとの混合組織を呈し、該
混合組織の任意断面において、初析セメンタイトの短径
の最大値が500nm以下で、かつ、その初析セメンタ
イトの面積の合計が、前記任意断面における前記混合組
織の面積の5%以下であることを特徴とする耐破壊性に
優れた耐摩耗パーライト系レール。
The present invention attains the above-mentioned object, and its gist is as follows. (1) A steel rail containing C: 0.90 to 1.20% by mass, wherein at least a part of the rail has a mixed structure of pearlite and proeutectoid cementite, and the mixed structure is optional. In the cross section, the maximum value of the minor axis of the proeutectoid cementite is 500 nm or less, and the total area of the proeutectoid cementite is 5% or less of the area of the mixed structure in the arbitrary cross section. Abrasion resistant pearlitic rail with excellent destructibility. (2) In mass%, C: 0.90 to 1.20%, S
i: 0.10 to 1.00%, Mn: 0.10 to 1.50
%, The balance being Fe and unavoidable impurities, at least a part of the steel rail has a mixed structure of pearlite and proeutectoid cementite, and in an arbitrary cross section of the mixed structure, proeutectoid The maximum value of the minor axis of the cementite is 500 nm or less, and the total area of the proeutectoid cementite is 5% or less of the area of the mixed structure in the arbitrary cross section. Wear-resistant perlite rail. (3) In mass%, C: 0.90 to 1.20%, S
i: 0.10 to 1.00%, Mn: 0.10 to 1.50
%, The balance being Fe and unavoidable impurities, and a range of at least a depth of 20 mm starting from the steel rail from at least the rail head surface of the steel rail is a mixture of pearlite and proeutectoid cementite. In any cross section of the mixed structure, the maximum value of the minor axis of the proeutectoid cementite is 500 nm or less, and the total area of the proeutectoid cementite is 5% of the area of the mixed structure in the arbitrary cross section. A wear-resistant pearlitic rail with excellent destruction resistance, characterized by the following.

【0009】(4)また上記(1)〜(3)のレールに
は、質量%でさらに、下記〜の成分を選択的に含有
させることができる。 Cr:0.05〜1.50%、 Mo:0.01
〜0.20% の1種または2種、 Nb:0.002〜0.050%、V :0.01
〜0.50% の1種または2種、 B :0.0001〜0.2000%、 Co:0.10〜2.00%、 Cu:0.05
〜1.00% の1種または2種、 Ni:0.05〜2.00%。 Ti:0.0050〜0.0500%、 Mg:0.0010〜0.0300%、 Ca:0.0010〜0.0150% の1種または2種以上、 を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる。
(4) The rails (1) to (3) may further contain the following components in mass%. Cr: 0.05-1.50%, Mo: 0.01
Nb: 0.002 to 0.050%, V: 0.01
One or two kinds of B: 0.0001 to 0.2000%, Co: 0.10 to 2.00%, Cu: 0.05
One or two kinds of Ni: 0.05 to 2.00%. One or more of Ti: 0.0050 to 0.0500%, Mg: 0.0010 to 0.0300%, and Ca: 0.0010 to 0.0150%, with the balance being Fe and inevitable Consists of impurities.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】以下、本発明について詳細に説明
する。本発明者らは、耐摩耗性に優れた高い炭素量(炭
素量0.90%以上)を含有するパーライト組織のレー
ルについて、低温落重試験において破断したレールを用
いて、詳細な破面解析により靭性が大きく低下する原因
の解明を行った。その結果、破壊の起点には介在物など
は存在せず、マクロ的には旧オーステナイト粒界近傍の
領域から破壊が進展していることを確認した。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in detail. The present inventors have conducted detailed fracture surface analysis on a rail having a pearlite structure containing a high carbon content (carbon content of 0.90% or more) having excellent wear resistance using a rail broken in a low-temperature drop test. The cause of the significant decrease in toughness was clarified. As a result, it was confirmed that no inclusions existed at the origin of the fracture, and that the fracture progressed macroscopically from a region near the austenite grain boundary.

【0011】次に本発明者らは、破壊の起点部のミクロ
組織を詳細に観察した。その結果、起点部には、旧オー
ステナイト粒界に沿って列状のセメンタイト(初析セメ
ンタイト)の生成が認められた。以上の結果から、高い
炭素量を含有するパーライト組織のレールの靭性が大き
く低下する原因は、この列状の初析セメンタイトの生成
が主な原因であることが明らかとなった。
Next, the present inventors have observed the microstructure of the fracture starting point in detail. As a result, formation of a row of cementite (proeutectoid cementite) was recognized at the starting point along the prior austenite grain boundary. From the above results, it has been clarified that the cause of the significant decrease in the toughness of the pearlite-structured rail containing a high carbon content is mainly the formation of this row-shaped proeutectoid cementite.

【0012】次に本発明者らは、この列状の初析セメン
タイトの生成形態とレール破断について、低温落重試験
において破断したレールと破断しなかったレールを用
い、その関係を明らかにした。その結果、レールの任意
断面において、列状の初析セメンタイトの厚さ(短径)
とその密度がある一定値を超えたレールでは、破断が発
生していることが明らかとなり、任意断面において初析
セメンタイトの短径とその密度をある一定範囲内に制御
することにより、高い炭素量を含有するパーライト組織
のレールの靭性を安定化し、レールに高い耐破壊性を付
与できることを知見した。
Next, the present inventors clarified the relationship between the formation form of this row of pro-eutectoid cementite and the rail breakage, using a rail that broke in a low-temperature drop load test and a rail that did not break. As a result, in any cross section of the rail, the thickness (minor diameter) of pro-eutectoid cementite in a row
It is evident that fracture occurs on rails whose density exceeds a certain value, and by controlling the minor axis of proeutectoid cementite and its density within a certain range in any cross section, high carbon content It has been found that the toughness of a pearlite-structured rail containing iron can be stabilized, and high fracture resistance can be imparted to the rail.

【0013】以上の結果から本発明者らは、高い炭素量
を含有するパーライト組織のレールにおいて、任意断面
において初析セメンタイトの短径とその密度をある一定
範囲内に制御することにより、レールの靭性を安定化
し、レールに高い耐破壊性を付与できることを知見し
た。すなわち本発明は、重荷重鉄道に要求される耐破壊
性と耐摩耗性を同時に向上させた高強度レールを低コス
トで提供することを目的としたものである。
From the above results, the present inventors have found that in a pearlite-structured rail containing a high carbon content, the minor axis of proeutectoid cementite and the density thereof are controlled within a certain range in an arbitrary cross section, whereby It has been found that the toughness can be stabilized and high fracture resistance can be imparted to the rail. That is, an object of the present invention is to provide a low-cost high-strength rail that simultaneously improves the fracture resistance and wear resistance required for heavy-load railways.

【0014】次に、本発明の限定理由について詳細に説
明する。まず、図1に本発明の耐破壊性に優れた耐摩耗
パーライト系レールのミクロ組織の一例(本発明レール
鋼、符号:I)を模式的に示す。図1において、白抜き
で示した層状の部分はパーライト組織のラメラ構造、斜
線付きで示した列状の部分は初析セメンタイト組織であ
る。なお、本発明レール鋼において、初析セメンタイト
の短径とは、図1に示す楕円状の初析セメンタイト組織
の短い方の径を示す。
Next, the reasons for limitation of the present invention will be described in detail. First, FIG. 1 schematically shows an example of the microstructure of a wear-resistant pearlite-based rail of the present invention having excellent fracture resistance (rail steel of the present invention, code: I). In FIG. 1, the layered portions shown in white are the lamellar structure of the pearlite structure, and the row-like portions shown with diagonal lines are the proeutectoid cementite structure. In the rail steel of the present invention, the minor axis of the proeutectoid cementite indicates the shorter diameter of the elliptic proeutectoid cementite structure shown in FIG.

【0015】(1)初析セメンタイトの短径および任意
断面における占有面積:はじめに、パーライトと初析セ
メンタイトとの混合組織において、初析セメンタイトの
短径および任意断面における占有面積を上記請求の範囲
に限定した理由について説明する。初析セメンタイトの
短径の最大値が500nmを超えると、低温落重試験等
のレールの破壊試験において必ず破壊の起点となり、レ
ールの耐破壊性が大きく低下するため、初析セメンタイ
トの短径を500nm以下に限定した。
(1) The minor axis of pro-eutectoid cementite and the area occupied by any cross section: First, in the mixed structure of pearlite and pro-eutectoid cementite, the minor axis of pro-eutectoid cementite and the area occupied by any cross section are defined in the above-mentioned claims. The reason for the limitation will be described. If the maximum value of the minor axis of the proeutectoid cementite exceeds 500 nm, it will always be the starting point of destruction in a rail destruction test such as a low-temperature drop test, and the fracture resistance of the rail will be greatly reduced. It was limited to 500 nm or less.

【0016】また任意断面において、初析セメンタイト
の占有面積が5%を超えると、各初析セメンタイトの短
径の最大値が500nm以下であっても、基地であるパ
ーライト組織の脆化が著しく、レールの耐破壊性が大き
く低下するため、任意断面における初析セメンタイトの
占有面積を5%以下に限定した。
If the area occupied by pro-eutectoid cementite exceeds 5% in an arbitrary cross section, even if the maximum value of the minor axis of each pro-eutectoid cementite is 500 nm or less, the pearlite structure as a base material becomes significantly embrittled, Since the fracture resistance of the rail is greatly reduced, the area occupied by proeutectoid cementite in an arbitrary cross section is limited to 5% or less.

【0017】したがって、レールの耐破壊性を向上させ
るには、初析セメンタイトの短径の最大値が500nm
を超えるものを極力少なくし、これに加えて、任意断面
における初析セメンタイトの占有面積を5%以下に制御
する必要がある。なお、パーライトと初析セメンタイト
との混合組織において、安定的に耐破壊性を向上させる
には、任意断面における初析セメンタイトの占有面積を
3%以下に制御することがより望ましい。
Therefore, in order to improve the fracture resistance of the rail, the maximum value of the minor axis of proeutectoid cementite is 500 nm.
In addition, it is necessary to control the area occupied by proeutectoid cementite in an arbitrary cross section to 5% or less. In order to stably improve the fracture resistance in a mixed structure of pearlite and pro-eutectoid cementite, it is more desirable to control the area occupied by pro-eutectoid cementite in an arbitrary cross section to 3% or less.

【0018】初析セメンタイトの短径およびその占有面
積の測定については、ナイタールおよびピクラールなど
所定の腐食液で鋼をエッチングし、これらを走査型電子
顕微鏡または透過型電子顕微鏡で観察し、各視野におい
て各初析セメンタイトの長径および短径を測定する。さ
らに楕円近似を行ってその占有面積を求める。また、初
析セメンタイトの短径の測定および占有面積の算出につ
いては、観察する視野によって大きなばらつきが発生す
る。そこで、平均的な値を得るには、各鋼において最低
限20視野以上の観察を行い、その平均値を算出するこ
とが望ましい。
For the measurement of the minor axis of proeutectoid cementite and its occupied area, steel is etched with a predetermined corrosive solution such as nital or picral, and these are observed with a scanning electron microscope or a transmission electron microscope. The major axis and minor axis of each proeutectoid cementite are measured. Further, the occupied area is obtained by performing elliptic approximation. Further, regarding the measurement of the minor axis of the proeutectoid cementite and the calculation of the occupied area, large variations occur depending on the visual field to be observed. Therefore, in order to obtain an average value, it is desirable to observe at least 20 visual fields in each steel and calculate the average value.

【0019】(2)パーライトと初析セメンタイトとの
混合組織の望ましい範囲:次に、上記パーライトと初析
セメンタイトとの混合組織の呈する望ましい範囲を、頭
部コーナー部および頭頂部の該頭部表面を起点として深
さ20mmの範囲に限定した理由について説明する。深
さ20mm未満では、レール頭部に必要とされている耐
破壊性や耐摩耗性の領域としては小さく、十分な耐破壊
性や摩耗寿命改善効果が得られないためである。また、
前記パーライトと初析セメンタイトとの混合組織を呈す
る範囲が頭部コーナー部および頭頂部の該頭部表面を起
点として深さ30mm以上であれば、耐破壊性や摩耗寿
命の改善効果がさらに増し、より望ましい。
(2) Desirable range of mixed structure of pearlite and pro-eutectoid cementite: Next, the desired range of the mixed structure of pearlite and pro-eutectoid cementite is defined as the surface of the head at the corner and the top of the head. The reason why the depth is limited to the range of 20 mm starting from will be described. If the depth is less than 20 mm, the area of the destruction resistance and wear resistance required for the rail head is small, and sufficient destruction resistance and wear life improvement effect cannot be obtained. Also,
If the range exhibiting the mixed structure of the pearlite and pro-eutectoid cementite is 30 mm or more in depth from the head surface of the head corner and the crown, the effect of improving the fracture resistance and wear life is further increased, More desirable.

【0020】ここで、図2に本発明のパーライトと初析
セメンタイトとの混合組織を呈する耐破壊性に優れた耐
摩耗レールの頭部断面表面位置での呼称、および耐摩耗
性と耐破壊性が必要とされる領域を示す。レール頭部に
おいて1は頭頂部、2は頭部コーナー部であり、頭部コ
ーナー部2の一方は車輪と主に接触するゲージコーナー
(G.C.)部である。上記混合組織は少なくとも図中
の斜線内に配置されていれば、レールの摩耗寿命や耐破
壊性の改善が可能となる。したがって、パーライトと初
析セメンタイトとの混合組織は、車輪とレールが主に接
するレール頭部表面近傍に配置することが望ましく、そ
れ以外の部分はパーライトと初析セメンタイトとの混合
組織以外の組織であってもよい。
Here, FIG. 2 shows the name of the wear-resistant rail exhibiting a mixed structure of pearlite and pro-eutectoid cementite of the present invention at the head cross-sectional surface position, and the wear resistance and fracture resistance. Indicates an area where is required. In the rail head, 1 is a crown, 2 is a head corner, and one of the head corners 2 is a gauge corner (GC) part mainly in contact with wheels. If the mixed structure is arranged at least in the oblique line in the drawing, the wear life and the fracture resistance of the rail can be improved. Therefore, it is desirable that the mixed structure of pearlite and proeutectoid cementite be disposed near the surface of the rail head where the wheel and the rail are mainly in contact, and the other part is a structure other than the mixed structure of pearlite and proeutectoid cementite. There may be.

【0021】なお、本発明レールの金属組織は、上記限
定のようなパーライトと初析セメンタイトとの混合組織
であることが望ましい。初析セメンタイトについては、
上記限定の範囲内の生成形態であれば、レールの耐摩耗
性、耐破壊性、耐表面損傷性等には大きな影響を及ぼさ
ない。また、パーライトについては特に限定はしない
が、ラメラ構造の組織形態であればレールの耐摩耗性を
維持することが可能となる。
The metal structure of the rail of the present invention is preferably a mixed structure of pearlite and proeutectoid cementite as described above. For proeutectoid cementite,
As long as the formation is within the above-described range, the rail does not significantly affect the wear resistance, the fracture resistance, the surface damage resistance, and the like. Further, although there is no particular limitation on the pearlite, it is possible to maintain the wear resistance of the rail if it has a lamellar structure.

【0022】また、レール熱処理製造方法によっては、
パーライトと初析セメンタイトとの混合組織中にベイナ
イト組織、残留オーステナイト組織が混入することがあ
る。しかし、これらの組織がある一定量混入しても、レ
ールの耐摩耗性、耐破壊性、耐表面損傷性等には大きな
影響を及ぼさないため、パーライトと初析セメンタイト
との混合組織を呈する耐破壊性に優れたパーライト系レ
ールの組織としては、若干のベイナイト組織、残留オー
ステナイト組織の混在も含んでいる。
Further, depending on the rail heat treatment manufacturing method,
A bainite structure and a retained austenite structure may be mixed in a mixed structure of pearlite and proeutectoid cementite. However, even if a certain amount of these structures is mixed, it does not significantly affect the abrasion resistance, fracture resistance, surface damage resistance, etc. of the rail, and therefore, a mixed structure of pearlite and proeutectoid cementite is exhibited. The structure of the pearlite-based rail having excellent destructibility includes a slight mixture of a bainite structure and a retained austenite structure.

【0023】(3)レール鋼の化学成分:次に、レール
の化学成分を上記の請求範囲に限定した理由について説
明する。Cは、パーライト変態を促進させて、かつ耐摩
耗性を確保する有効な元素であり、通常のレール鋼とし
てはC量0.60〜0.85%が添加されているが、C
量が0.90%未満では、耐摩耗性の向上を図るための
パーライト組織中のセメンタイト相の密度が確保でき
ず、さらに、レール頭部内部に疲労損傷の起点となる粒
界フェライトが生成し易くなり、レール寿命が低下す
る。また、C量が1.20%を超えると、成分系によっ
てはパーライト組織中に粗大な初析セメンタイトが生成
し、レールの靱性が大きく低下することや、パーライト
組織中のセメンタイト相の密度が増加し、レールに必要
とされる延性を十分に確保できなくなるため、C量を
0.90〜1.20%に限定した。
(3) Chemical composition of rail steel: Next, the reason why the chemical composition of the rail is limited to the above-described claims will be described. C is an effective element that promotes pearlite transformation and secures abrasion resistance. As a normal rail steel, a C content of 0.60 to 0.85% is added.
If the amount is less than 0.90%, the density of the cementite phase in the pearlite structure for improving the wear resistance cannot be ensured, and further, grain boundary ferrite, which is a starting point of fatigue damage, is formed inside the rail head. And rail life is shortened. If the C content exceeds 1.20%, coarse pro-eutectoid cementite is generated in the pearlite structure depending on the component system, and the toughness of the rail is greatly reduced, and the density of the cementite phase in the pearlite structure is increased. However, since the ductility required for the rail cannot be sufficiently secured, the C content is limited to 0.90 to 1.20%.

【0024】また、上記の成分組成で製造されるレール
は、摩耗面での基地フェライトの強化、セメンタイトの
生成促進による耐摩耗性の向上、溶接部熱影響部の軟化
や脆化を防止を図る目的で、Si,Mn,Cr,Mo,
V,Nb,B,Co,Cu,Ni,Ti,Mg,Caの
元素を必要に応じて添加する。
In the rail manufactured with the above composition, the ferrite on the wear surface is strengthened, the wear resistance is enhanced by promoting the generation of cementite, and the softening and embrittlement of the heat-affected zone of the weld are prevented. For the purpose, Si, Mn, Cr, Mo,
Elements of V, Nb, B, Co, Cu, Ni, Ti, Mg, and Ca are added as needed.

【0025】ここで、Siは、パーライト組織中のフェ
ライトの強度を確保し、さらに、初析セメンタイトの生
成を抑制するにより、耐摩耗性と耐破壊性との向上を図
る。Mnは、焼入れ性を向上させ、パーライトラメラ間
隔を微細化することにより、パーライト組織の強度を確
保し、さらに初析セメンタイト組織の生成を抑制し、耐
摩耗性と耐破壊性との向上させる。Cr,Moは、パー
ライトの平衡変態点を上昇させ、主に、パーライトラメ
ラ間隔を微細化することによりパーライト組織の強度を
確保し、耐摩耗性の向上を図る。V,Nbは、熱間圧延
やその後の冷却課程で生成した炭化物や窒化物により、
オーステナイト粒の成長を抑制し、さらに析出硬化によ
りパーライト組織の強度を高め、パーライト組織の耐摩
耗性と延性を向上させることが主な添加目的である。
Here, Si secures the strength of the ferrite in the pearlite structure and suppresses the formation of proeutectoid cementite, thereby improving the wear resistance and the fracture resistance. Mn secures the strength of the pearlite structure by improving the quenchability and refines the pearlite lamella spacing, further suppresses the formation of the proeutectoid cementite structure, and improves the wear resistance and the fracture resistance. Cr and Mo raise the equilibrium transformation point of pearlite and mainly secure the strength of the pearlite structure by reducing the pearlite lamellar spacing to improve wear resistance. V and Nb are formed by carbides and nitrides generated during hot rolling and subsequent cooling processes.
The main purpose of addition is to suppress the growth of austenite grains, further increase the strength of the pearlite structure by precipitation hardening, and improve the wear resistance and ductility of the pearlite structure.

【0026】また、Bは、鉄炭ほう化物を生成し、初析
セメンタイトの生成を抑制し、さらにパーライト変態を
促進させ、レールの耐破壊性と耐摩耗性を向上させる。
Co,Cuは、主に基地フェライトの固溶強化により耐
摩耗性の向上を図る。Niは、主に基地フェライトの固
溶強化により耐摩耗性の向上を図り、またレール溶接熱
時の熱影響部の軟化抵抗を高める。Tiは、レール溶接
熱時にオーステナイト域まで加熱される熱影響部の組織
を微細化し、溶接継ぎ手部の脆化を防止する。Mg、C
aは、微細な酸化物や硫化物の生成させることによりM
nSを微細分散させ、パーライト変態の促進とパーライ
トブロックサイズの微細化により、レールの延性や靭性
を向上させることが主な添加目的である。
B forms iron carbide borides, suppresses the formation of proeutectoid cementite, further promotes pearlite transformation, and improves the fracture resistance and wear resistance of the rail.
Co and Cu aim to improve wear resistance mainly by solid solution strengthening of the base ferrite. Ni improves wear resistance mainly by solid solution strengthening of the base ferrite, and also increases softening resistance of the heat-affected zone during rail welding heat. Ti refines the structure of the heat-affected zone, which is heated to the austenite region during rail welding heat, and prevents the welding joint from becoming brittle. Mg, C
a is obtained by forming fine oxides and sulfides.
The main purpose of addition is to improve the ductility and toughness of the rail by finely dispersing nS and promoting the pearlite transformation and miniaturizing the pearlite block size.

【0027】それらの成分の個々について、以下に詳細
に説明する。Siは、パーライト組織中のフェライト相
への固溶体硬化によりレール頭部の硬度(強度)を上昇
させる元素であり、同時に初析セメンタイトの生成を抑
制し、レールの耐破壊性を向上させる元素であるが、
0.10%未満ではその効果が十分に期待できず、また
1.00%を超えると、熱間圧延時に表面疵が多く生成
することや、酸化物の生成により溶接性が低下する。さ
らに、パーライト組織が脆化してレールの靭性が低下
し、十分な耐破壊性をレールに付与することができな
い。したがってSi量を0.10〜1.00%に限定し
た。
Each of these components will be described in detail below. Si is an element that increases the hardness (strength) of the rail head by solid solution hardening to the ferrite phase in the pearlite structure, and at the same time, suppresses the formation of proeutectoid cementite and improves the fracture resistance of the rail. But,
If it is less than 0.10%, the effect cannot be sufficiently expected, and if it exceeds 1.00%, a large number of surface flaws are generated at the time of hot rolling, and weldability is reduced due to generation of oxides. Further, the pearlite structure is embrittled and the toughness of the rail is reduced, so that sufficient rail resistance cannot be imparted to the rail. Therefore, the amount of Si was limited to 0.10 to 1.00%.

【0028】Mnは、焼き入れ性を高め、パーライトラ
メラ間隔を微細化することにより、パーライト組織の強
度を確保し、耐摩耗性を向上させ、さらに初析セメンタ
イト組織の生成を抑制し、レールの耐破壊性を向上させ
る元素であるが、0.10%未満の含有量では効果が小
さく、レールに必要とされる耐摩耗性と耐破壊性の確保
が困難となる。また1.50%を超えると、焼入性が著
しく増加し、靭性に有害なマルテンサイト組織が生成し
易くなることや、偏析が助長され、偏析部にレールの靭
性に有害な粗大な初析セメンタイト組織が生成し易くな
るため、Mn量を0.10〜1.50%に限定した。
Mn enhances the hardenability and reduces the pearlite lamella spacing, thereby securing the strength of the pearlite structure, improving the wear resistance, further suppressing the formation of the proeutectoid cementite structure, and Although it is an element that improves the fracture resistance, if its content is less than 0.10%, the effect is small, and it is difficult to secure the wear resistance and the fracture resistance required for the rail. On the other hand, if it exceeds 1.50%, hardenability is remarkably increased, and a martensitic structure harmful to toughness is easily formed, segregation is promoted, and coarse sedimentation harmful to rail toughness is caused at the segregated portion. Since a cementite structure is easily generated, the Mn content is limited to 0.10 to 1.50%.

【0029】Crは、パーライトの平衡変態点を上昇さ
せ、パーライトラメラ間隔を微細化することによりパー
ライト組織の高強度化に寄与すると同時に、パーライト
組織中のセメンタイト相を強化することによって、耐摩
耗性を向上させる元素であるが、0.05%未満ではそ
の効果が小さく、1.50%を超える過剰な添加を行う
と、マルテンサイト組織が多量に生成してレールの靱性
を低下させるため、Cr量を0.05〜1.50%に限
定した。
Cr increases the pearlite equilibrium transformation point and reduces the pearlite lamellar spacing, thereby contributing to an increase in the strength of the pearlite structure and, at the same time, strengthening the cementite phase in the pearlite structure to improve wear resistance. However, if it is less than 0.05%, its effect is small, and if it is added in excess of 1.50%, a large amount of martensite structure is generated and the toughness of the rail is lowered, so that Cr The amount was limited to 0.05-1.50%.

【0030】Moは、Cr同様パーライトの平衡変態点
を上昇させ、パーライトラメラ間隔を微細化することに
よりパーライト組織の高強度化に寄与し、耐摩耗性を向
上させる元素であるが、0.01%未満ではその効果が
小さく、0.20%を超える過剰な添加を行うと、偏析
が助長され、さらにパーライト変態速度が低下し、偏析
部にマルテンサイト組織が生成してレールの靱性が低下
するため、Mo量を0.01〜0.20%に限定した。
Mo is an element that, like Cr, raises the equilibrium transformation point of pearlite and reduces the pearlite lamella spacing, thereby contributing to an increase in the strength of the pearlite structure and improving wear resistance. %, The effect is small, and excessive addition exceeding 0.20% promotes segregation, further reduces the pearlite transformation rate, generates a martensite structure in the segregated portion, and reduces the toughness of the rail. Therefore, the amount of Mo was limited to 0.01 to 0.20%.

【0031】Nbは、熱間圧延時の冷却課程で生成した
Nb炭化物、Nb窒化物による析出硬化で強度を高め、
さらに、高温度に加熱する熱処理が行われる際に結晶粒
の成長を抑制する作用によりオーステナイト粒を微細化
させ、パーライト組織の延性と靭性を向上させるのに有
効な元素である。さらにレール溶接熱影響部では、焼戻
し時にNb炭化物が生成し、析出強化により軟化を防止
する元素であるが、その効果は0.002%未満では期
待できず、また0.050%を超える過剰な添加を行っ
てもそれ以上の効果が期待できない。従ってNb量を
0.002〜0.050%に限定した。
Nb increases the strength by precipitation hardening by Nb carbide and Nb nitride generated in the cooling process during hot rolling,
Further, it is an element effective to refine the austenite grains by the action of suppressing the growth of crystal grains during the heat treatment of heating to a high temperature, thereby improving the ductility and toughness of the pearlite structure. Furthermore, in the heat affected zone of the rail welding, Nb carbide is generated during tempering and is an element that prevents softening due to precipitation strengthening. However, the effect cannot be expected if it is less than 0.002%, and an excessive amount exceeding 0.050%. No further effect can be expected even if it is added. Therefore, the amount of Nb was limited to 0.002 to 0.050%.

【0032】Vは、Nbと同様に、V炭化物、V窒化物
による析出硬化で強度を高め、さらに高温度に加熱する
熱処理が行われる際に結晶粒の成長を抑制する作用によ
りオーステナイト粒を微細化させ、パーライト組織の強
度、延性および靭性を向上させるのに有効な元素であ
る。さらにレール溶接熱影響部では、焼戻し時にV炭化
物が生成し、析出強化により軟化を防止する元素である
が、0.01%未満ではその効果が十分に期待できず、
0.50%を超えて添加してもそれ以上の効果が期待で
きないことから、V量を0.01〜0.50%に限定し
た。
V, like Nb, increases the strength by precipitation hardening with V carbides and V nitrides, and further suppresses the growth of crystal grains during heat treatment for heating to a high temperature to reduce austenite grains. And is an element effective for improving the strength, ductility and toughness of the pearlite structure. Furthermore, in the heat affected zone of the rail welding, V carbide is generated during tempering and is an element that prevents softening by precipitation strengthening. However, if it is less than 0.01%, its effect cannot be expected sufficiently,
Even if added in excess of 0.50%, no further effect can be expected, so the V amount was limited to 0.01 to 0.50%.

【0033】Bは、鉄炭ほう化物を形成し、初析セメン
タイトの生成を抑制し、同時にパーライト変態を促進さ
せ、レールの耐破壊性と耐摩耗性を向上させる元素であ
るが、0.0001%未満の含有量ではその効果が全く
なく、また0.0050%を超えて添加すると、粗大な
鉄の炭ほう化物が生成し、延性や靱性が大きく低下しす
ることから、B量を0.0001〜0.0050%に限
定した。
B is an element that forms iron carbide boride, suppresses the formation of proeutectoid cementite, promotes pearlite transformation at the same time, and improves the fracture resistance and wear resistance of the rail. If the content is less than 0.0050%, coarse iron borides are formed and the ductility and toughness are greatly reduced. Limited to 0001 to 0.0050%.

【0034】Coは、パーライト組織中のフェライトに
固溶し、固溶強化によりパーライト組織の耐摩耗性を向
上させる元素であり、さらにパーライトの変態エネルギ
ーを増加させて、パーライト組織を微細にすることによ
り強度を向上させる元素であるが、0.10%未満では
その効果が期待できず、また2.00%を超える過剰な
添加を行ってもその効果が飽和域に達してしまうため、
Co量を0.10〜2.00%に限定した。
Co is an element that forms a solid solution with ferrite in the pearlite structure and improves the wear resistance of the pearlite structure by solid solution strengthening, and further increases the transformation energy of the pearlite to make the pearlite structure fine. Is less than 0.10%, the effect cannot be expected, and even if excessive addition exceeding 2.00%, the effect reaches a saturation range.
The amount of Co was limited to 0.10 to 2.00%.

【0035】Cuは、パーライト組織中のフェライトに
固溶し、固溶強化によりパーライト組織の耐摩耗性を向
上させる元素であり、その効果は0.05〜0.50%
の範囲で最も大きく、また0.50%を超えると赤熱脆
化を生じやすくなることから、Cu量を0.05〜0.
50%に限定した。
Cu is an element that forms a solid solution with ferrite in the pearlite structure and improves the wear resistance of the pearlite structure by solid solution strengthening, and its effect is 0.05 to 0.50%.
, And more than 0.50% tends to cause red-hot embrittlement.
Limited to 50%.

【0036】Niは、パーライト鋼の延性と靭性を向上
させ、同時に固溶強化によりパーライト鋼の高強度化を
図る元素である。さらに溶接熱影響部においては、Ti
と複合でNi3 Tiの金属間化合物が微細に析出し、析
出強化により軟化を抑制する元素であるが、0.05%
未満ではその効果が著しく小さく、また1.00%を超
える過剰な添加を行ってもそれ以上の効果が期待できな
い。したがって、Ni量を0.05〜1.00%に限定
した。
Ni is an element that improves the ductility and toughness of the pearlite steel and at the same time increases the strength of the pearlite steel by solid solution strengthening. Furthermore, in the heat affected zone, Ti
Intermetallic compound of Ni 3 Ti composite is finely precipitated, is an element of suppressing the softening by precipitation strengthening, 0.05%
If it is less than 10%, the effect is extremely small, and even if an excessive addition exceeding 1.00% is performed, no further effect can be expected. Therefore, the amount of Ni was limited to 0.05 to 1.00%.

【0037】Tiは、溶接時の再加熱において析出した
Ti炭化物、Ti窒化物が溶解しないことを利用して、
オーステナイト域まで加熱される熱影響部の組織の微細
化を図り、溶接継ぎ手部の脆化を防止するのに有効な成
分である。しかし0.0050%未満ではその効果が少
なく、0.0500%を超えて添加すると、粗大なTi
炭化物、Ti窒化物が生成して、レール使用中の疲労損
傷の起点となり、き裂を発生させるため、Ti量を0.
0050〜0.050%に限定した。
[0037] Titanium is used for the purpose of making use of the fact that Ti carbide and Ti nitride precipitated during reheating during welding do not dissolve.
It is an effective component for miniaturizing the structure of the heat-affected zone heated to the austenite region and preventing embrittlement of the weld joint. However, if the content is less than 0.0050%, the effect is small, and if it exceeds 0.0500%, coarse Ti
Since carbides and Ti nitrides are formed and become a starting point of fatigue damage during use of the rail and cracks are generated, the Ti content is reduced to 0.1%.
0050 to 0.050%.

【0038】Mgは、O、またはSやAl等と結合して
微細な酸化物を形成し、レール圧延時の再加熱におい
て、結晶粒の粒成長を抑制し、オーステナイト粒の微細
化を図り、パーライト組織の延性や靭性を向上させるの
に有効な元素である。さらに、MgO、MgSがMnS
を微細に分散させ、MnSの周囲にMnの希薄帯を形成
し、パーライト変態の生成に寄与し、その結果、パーラ
イトブロックサイズを微細化することにより、パーライ
ト組織の延性や靭性を向上させるのに有効な元素であ
る。しかし、0.0010%未満ではその効果は弱く、
0.0100%を超えて添加すると、Mgの粗大酸化物
が生成してレール延性や靭性を劣化させるため、Mg量
を0.0010〜0.0100%に限定した。
Mg combines with O, S, Al or the like to form a fine oxide, suppresses the growth of crystal grains during reheating during rail rolling, and refines austenite grains. It is an element effective for improving the ductility and toughness of the pearlite structure. Further, MgO and MgS are replaced with MnS
Is dispersed finely, and a thin band of Mn is formed around MnS, thereby contributing to the generation of pearlite transformation. As a result, by reducing the size of the pearlite block, it is possible to improve the ductility and toughness of the pearlite structure. It is an effective element. However, if less than 0.0010%, the effect is weak,
When added in excess of 0.0100%, a coarse oxide of Mg is generated to deteriorate the ductility and toughness of the rail. Therefore, the amount of Mg is limited to 0.0010 to 0.0100%.

【0039】Caは、Sとの結合力が強く、CaSとし
て硫化物を形成し、さらにCaSがMnSを微細に分散
させ、MnSの周囲にMnの希薄帯を形成し、パーライ
ト変態の生成に寄与し、その結果、パーライトブロック
サイズを微細化することにより、パーライト組織の延性
や靭性を向上させるのに有効な元素である。しかし、
0.0010%未満ではその効果は弱く、0.0150
%を超えて添加すると、Caの粗大酸化物が生成してレ
ール延性や靭性を劣化させるため、Ca量を0.001
0〜0.0150%に限定した。
Ca has a strong bonding force with S, forms a sulfide as CaS, and CaS finely disperses MnS, forms a dilute band of Mn around MnS, and contributes to the generation of pearlite transformation. As a result, by reducing the size of the pearlite block, it is an effective element for improving the ductility and toughness of the pearlite structure. But,
If less than 0.0010%, the effect is weak, and 0.0150
%, A coarse oxide of Ca is formed to deteriorate the ductility and toughness of the rail.
It was limited to 0 to 0.0150%.

【0040】上記のような成分組成で構成されるレール
鋼は、転炉、電気炉などの通常使用される溶解炉で溶製
を行い、この溶鋼を造塊・分塊法あるいは連続鋳造法、
さらに熱間圧延を経てレールとして製造される。次に、
この熱間圧延した後の高温度の熱を保有するレール、あ
るいは熱処理する目的で高温に再加熱されたレール頭部
や底部、さらにはレール全体に加速冷却を施すことによ
り、初析セメンタイトの短径とその密度をある一定範囲
内に制御したパーライトと初析セメンタイトとの混合組
織を安定的に生成させることが可能となる。
The rail steel having the above-mentioned composition is melted in a commonly used melting furnace such as a converter or an electric furnace, and the molten steel is cast into an ingot-bulking method or a continuous casting method.
Further, it is manufactured as a rail through hot rolling. next,
By applying accelerated cooling to the rail that retains high-temperature heat after hot rolling, or to the rail head and bottom reheated to a high temperature for the purpose of heat treatment, and also to the entire rail, the shortage of proeutectoid cementite can be reduced. It is possible to stably produce a mixed structure of pearlite and proeutectoid cementite whose diameter and density are controlled within a certain range.

【0041】[0041]

【実施例】次に、本発明の実施例について説明する。表
1に本発明レール鋼の化学成分、ミクロ組織、初析セメ
ンタイトの生成形態(任意断面における短径の最大値、
占有面積率)を示す。また表1には、図3に示す強制冷
却条件下における西原式摩耗試験での70万回繰り返し
後の摩耗量、衝撃試験結果、落重試験結果も併記した。
図3において、3はレール試験片、4は相手材、5は冷
却用ノズルである。また表2に、比較レール鋼の化学成
分、ミクロ組織、初析セメンタイトの生成形態(任意断
面における短径の最大値、占有面積率)を示す。
Next, an embodiment of the present invention will be described. Table 1 shows the chemical composition, microstructure, and form of proeutectoid cementite of the rail steel of the present invention (the maximum value of the minor axis in any cross section,
Occupied area ratio). Table 1 also shows the wear amount, impact test result, and drop weight test result after repeated 700,000 times in the Nishihara abrasion test under the forced cooling condition shown in FIG.
In FIG. 3, 3 is a rail test piece, 4 is a mating material, and 5 is a cooling nozzle. Table 2 shows the chemical composition, microstructure, and form of proeutectoid cementite of the comparative rail steel (maximum minor axis in any cross section, occupied area ratio).

【0042】図4は、表1に示す本発明レール鋼と表2
に示す比較レール鋼(共析炭素含有レール鋼、符号:M
〜O)の、炭素量と摩耗量の関係で比較したものであ
る。図5は、表1に示す本発明レール鋼と表2に示す比
較レール鋼(過共析炭素含有レール鋼、符号:S〜U)
の、任意断面内における初析セメンタイトの占有面積率
と衝撃値の関係で比較したものである。
FIG. 4 shows the rail steel of the present invention shown in Table 1 and Table 2.
Comparative rail steel (eutectoid carbon-containing rail steel, code: M)
-O) in comparison between the amount of carbon and the amount of wear. FIG. 5 shows the rail steel of the present invention shown in Table 1 and the comparative rail steel shown in Table 2 (hypereutectoid carbon-containing rail steel, code: S to U).
5 is a comparison of the relationship between the occupied area ratio of proeutectoid cementite in an arbitrary cross section and the impact value.

【0043】レールの構成は以下のとおりである。 ・本発明レール鋼(12本) 符号A〜L 上記成分範囲で、該鋼レールの少なくとも一部がパーラ
イトと初析セメンタイトとの混合組織を呈し、前記混合
組織の任意断面において、初析セメンタイトの短径の最
大値が500nm以下で、かつ、その初析セメンタイト
の面積の合計が、前記任意断面における前記混合組織の
面積の5%以下であることを特徴とする耐破壊性に優れ
た耐摩耗パーライト系レール。 ・比較レール鋼(9本) 符号M〜O:化学成分が上記請求範囲外の共析炭素含有
鋼による比較レール鋼(3本)。 符号P〜R:化学成分が上記請求範囲外の過共析炭素含
有鋼による比較レール鋼(3本)。 符号S〜U:化学成分が上記請求範囲内であり、初析セ
メンタイトの生成形態(任意断面における短径の最大
値、占有面積率)が請求範囲外の過共析炭素含有鋼によ
る比較レール鋼(3本)。
The configuration of the rail is as follows. -Rail steel of the present invention (12) Symbols A to L Within the above component ranges, at least a part of the steel rail exhibits a mixed structure of pearlite and proeutectoid cementite, and in any cross section of the mixed structure, the proeutectoid cementite has Abrasion resistance excellent in fracture resistance, characterized in that the maximum value of the minor axis is 500 nm or less and the total area of proeutectoid cementite is 5% or less of the area of the mixed structure in the arbitrary cross section. Perlite rail. -Comparative rail steel (nine) Symbols M to O: Comparative rail steel (three) of eutectoid carbon-containing steel whose chemical components are out of the above-mentioned claims. Symbols P to R: Comparative rail steels (three) made of hypereutectoid carbon-containing steel whose chemical components are outside the above-mentioned claims. Symbols S to U: Comparative rail steel made of hypereutectoid carbon-containing steel in which the chemical composition is within the above-described claims and the form of proeutectoid cementite (maximum minor axis in any cross section, occupied area ratio) is out of the claims. (3).

【0044】摩耗試験条件は次のとおりとした。 試験機 :西原式摩耗試験機 試験片形状:円盤状試験片(外径:30mm、厚さ:8
mm) 試験荷重 :686N すべり率 :20% 相手材 :パーライト鋼(Hv390) 雰囲気 :大気中 冷却 :圧搾空気による強制冷却(流量:100N
l/min) 繰返し回数:70万回
The wear test conditions were as follows. Testing machine: Nishihara type abrasion tester Specimen shape: disk-shaped specimen (outer diameter: 30 mm, thickness: 8
mm) Test load: 686N Sliding rate: 20% Counterpart material: Pearlite steel (Hv390) Atmosphere: Air cooling: Forced cooling with compressed air (flow rate: 100N)
1 / min) Number of repetitions: 700,000 times

【0045】衝撃試験の条件は次のとおりとした。 試験片 :JIS3号2mmUノッチシャルピー衝撃
試験片 試験温度 :常温(+20℃)
The conditions of the impact test were as follows. Test piece: JIS No. 3 2mm U notch Charpy impact test piece Test temperature: Normal temperature (+ 20 ° C)

【0046】落重試験の条件は次のとおりとした。 試験機 :落重試験機 レール形状 :136ポンド(136Lb)レール 試験片長さ :1.5m 支点間の距離:1.0m 支持方法 :頭部を下にして試験する(底部に落錘を
落とす) 落錘の重さ :1000kg 落錘の高さ :10m 試験温度 :−60℃
The conditions for the drop test were as follows. Tester: Drop weight tester Rail shape: 136 pounds (136 Lb) rail Specimen length: 1.5 m Distance between fulcrums: 1.0 m Supporting method: Test with head down (drop weight drop on bottom) Weight of falling weight: 1000kg Height of falling weight: 10m Test temperature: -60 ° C

【0047】図5に示すように、本発明レール鋼は、比
較レール鋼と比べて炭素量を高めることにより摩耗量が
低減しており、耐摩耗性が大きく向上している。また図
6に示すように、本発明レール鋼は、任意断面内におけ
る初析セメンタイトの占有面積率や短径の最大値を制御
することにより、衝撃値の低下や落重試験におけるレー
ルの破断を防止し、レールに耐破壊性を付与することが
できる。
As shown in FIG. 5, in the rail steel of the present invention, the amount of wear is reduced by increasing the carbon content as compared with the comparative rail steel, and the wear resistance is greatly improved. Further, as shown in FIG. 6, the rail steel of the present invention controls the occupied area ratio of proeutectoid cementite and the maximum value of the minor axis in an arbitrary cross section to reduce the impact value and break the rail in a drop weight test. It can prevent and prevent the rail from breaking.

【0048】[0048]

【表1】 [Table 1]

【0049】[0049]

【表2】 [Table 2]

【0050】[0050]

【発明の効果】このように本発明によれば、重荷重鉄道
に耐摩耗性および耐破壊性に優れたレールを提供するこ
とができる。
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a rail with excellent wear resistance and breakage resistance for heavy load railways.

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

【図1】本発明の耐破壊性に優れた耐摩耗パーライト系
レールのミクロ組織の一例を模式的に示した図。
FIG. 1 is a diagram schematically showing an example of a microstructure of a wear-resistant pearlite-based rail excellent in fracture resistance according to the present invention.

【図2】レール頭部断面表面位置の呼称および耐摩耗性
と耐破壊性が必要とされる領域を示した図。
FIG. 2 is a diagram showing names of cross-sectional surface positions of rail heads and regions where abrasion resistance and fracture resistance are required.

【図3】西原式摩耗試験機の概略図。FIG. 3 is a schematic view of a Nishihara type abrasion tester.

【図4】本発明レール鋼と比較レール鋼の炭素量と摩耗
量の関係で比較した図。
FIG. 4 is a view comparing the relationship between the carbon content and the wear amount of the rail steel of the present invention and the comparative rail steel.

【図5】本発明レール鋼と比較レール鋼の任意断面内に
おける初析セメンタイトの占有面積率と衝撃値の関係で
比較した図。
FIG. 5 is a view comparing the relationship between the occupied area ratio of proeutectoid cementite and the impact value in an arbitrary cross section of the rail steel of the present invention and the comparative rail steel.

【符号の説明】 1 :頭頂部 2 :頭部コーナー部 3 :レール試験片 4 :相手材 5 :冷却用ノズル[Explanation of Signs] 1: Head part 2: Head corner part 3: Rail test piece 4: Counterpart material 5: Cooling nozzle

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小野寺 紀昭 北九州市戸畑区飛幡町1−1 新日本製鐵 株式会社八幡製鐵所内 (72)発明者 佐藤 琢也 北九州市戸畑区飛幡町1−1 新日本製鐵 株式会社八幡製鐵所内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Noriaki Onodera 1-1 Tobata-cho, Tobata-ku, Kitakyushu Nippon Steel Corporation Inside Yawata Works (72) Inventor Takuya Sato 1-1, Tobata-cho, Tobata-ku, Kitakyushu New Nippon Steel Corporation Yawata Works

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 質量%で、 C:0.90〜1.20% を含有する鋼レールであって、当該レールの少なくとも
一部がパーライトと初析セメンタイトとの混合組織を呈
し、該混合組織の任意断面において、初析セメンタイト
の短径の最大値が500nm以下で、かつ、その初析セ
メンタイトの面積の合計が、前記任意断面における前記
混合組織の面積の5%以下であることを特徴とする耐破
壊性に優れた耐摩耗パーライト系レール。
1. A steel rail containing C: 0.90 to 1.20% by mass, wherein at least a part of the rail exhibits a mixed structure of pearlite and proeutectoid cementite, and the mixed structure Wherein the maximum value of the minor axis of the proeutectoid cementite is 500 nm or less, and the total area of the proeutectoid cementite is 5% or less of the area of the mixed structure in the arbitrary cross section. Abrasion-resistant pearlitic rail with excellent destruction resistance.
【請求項2】 質量%で、 C :0.90〜1.20%、 Si:0.10〜1.00%、 Mn:0.10〜1.50% を含有する鋼レールであって、該鋼レールの少なくとも
一部がパーライトと初析セメンタイトとの混合組織を呈
し、該混合組織の任意断面において、初析セメンタイト
の短径の最大値が500nm以下で、かつ、その初析セ
メンタイトの面積の合計が、前記任意断面における前記
混合組織の面積の5%以下であることを特徴とする耐破
壊性に優れた耐摩耗パーライト系レール。
2. A steel rail containing, by mass%, C: 0.90 to 1.20%, Si: 0.10 to 1.00%, and Mn: 0.10 to 1.50%, At least a part of the steel rail exhibits a mixed structure of pearlite and pro-eutectoid cementite, and in any cross section of the mixed structure, the maximum value of the minor axis of pro-eutectoid cementite is 500 nm or less, and the area of the pro-eutectoid cementite. Is 5% or less of the area of the mixed structure in the arbitrary cross section.
【請求項3】 質量%で、 C :0.90〜1.20%、 Si:0.10〜1.00%、 Mn:0.10〜1.50% を含有する鋼レールであって、該鋼レールの少なくとも
レール頭部表面から該鋼レールを起点として深さ20m
mの範囲がパーライトと初析セメンタイトとの混合組織
を呈し、該混合組織の任意断面において、初析セメンタ
イトの短径の最大値が500nm以下で、かつ、その初
析セメンタイトの面積の合計が、前記任意断面における
前記混合組織の面積の5%以下であることを特徴とする
耐破壊性に優れた耐摩耗パーライト系レール。
3. A steel rail containing, by mass%, C: 0.90 to 1.20%, Si: 0.10 to 1.00%, and Mn: 0.10 to 1.50%, 20 m depth from at least the rail head surface starting from the steel rail
The range of m presents a mixed structure of pearlite and proeutectoid cementite, and in any cross section of the mixed structure, the maximum value of the minor axis of proeutectoid cementite is 500 nm or less, and the total area of the proeutectoid cementite is An abrasion-resistant pearlite-based rail excellent in fracture resistance, wherein the area is 5% or less of the area of the mixed structure in the arbitrary cross section.
【請求項4】 質量%で、さらに、 Cr:0.05〜1.50%、 Mo:0.01〜0.20% の1種または2種を含有することを特徴とする請求項1
ないし3のいずれか1項に記載の耐破壊性に優れた耐摩
耗パーライト系レール。
4. The method according to claim 1, further comprising one or more of Cr: 0.05 to 1.50% and Mo: 0.01 to 0.20% by mass%.
4. A wear-resistant pearlite-based rail excellent in fracture resistance according to any one of items 3 to 3.
【請求項5】 質量%で、さらに、 Nb:0.002〜0.050% V :0.01〜0.50% の1種または2種を含有することを特徴とする請求項1
ないし4のいずれか1項に記載の耐破壊性に優れた耐摩
耗パーライト系レール。
5. The composition according to claim 1, further comprising one or two of Nb: 0.002 to 0.050% V: 0.01 to 0.50% by mass%.
5. The abrasion-resistant pearlite-based rail excellent in destruction resistance according to any one of items 4 to 4.
【請求項6】 質量%で、さらに、 B :0.0001〜0.0050% を含有することを特徴とする請求項1ないし5のいずれ
か1項に記載の耐破壊性に優れた耐摩耗パーライト系レ
ール。
6. Abrasion resistance excellent in fracture resistance according to claim 1, further comprising B: 0.0001 to 0.0050% by mass%. Perlite rail.
【請求項7】 質量%で、さらに、 Co:0.10〜2.00%、 Cu:0.05〜0.50% の1種または2種を含有することを特徴とする請求項1
ないし6のいずれか1項に記載の耐破壊性に優れた耐摩
耗パーライト系レール。
7. The composition according to claim 1, further comprising one or more of Co: 0.10 to 2.00% and Cu: 0.05 to 0.50% by mass%.
7. A wear-resistant pearlite-based rail excellent in fracture resistance according to any one of items 6 to 6.
【請求項8】 質量%で、さらに、 Ni:0.05〜1.00% を含有することを特徴とする請求項1ないし7のいずれ
か1項に記載の耐破壊性に優れた耐摩耗パーライト系レ
ール。
8. Abrasion resistance excellent in fracture resistance according to claim 1, further comprising Ni: 0.05 to 1.00% by mass. Perlite rail.
【請求項9】 質量%で、さらに、 Ti:0.0050〜0.0500%、 を含有することを特徴とする請求項1ないし8のいずれ
か1項に記載の耐破壊性に優れた耐摩耗パーライト系レ
ール。
9. The method according to claim 1, further comprising: Ti: 0.0050 to 0.0500% by mass%. Wear perlite rail.
【請求項10】 質量%で、さらに、 Mg:0.0010〜0.0100%、 Ca:0.0010〜0.0150% の1種または2種を含有することを特徴とする請求項1
ないし9のいずれか1項に記載の耐破壊性に優れた耐摩
耗パーライト系レール。
10. The method according to claim 1, further comprising one or more of Mg: 0.0010 to 0.0100% and Ca: 0.0010 to 0.0150% by mass%.
10. A wear-resistant pearlitic rail according to any one of claims 1 to 9, which is excellent in fracture resistance.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP1493831A4 (en) * 2002-04-05 2006-12-06 Nippon Steel Corp PERLITE-BASED RAIL HAVING EXCELLENT WEAR RESISTANCE AND EXCELLENT DUCTILITY AND PROCESS FOR PRODUCING THE SAME
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