JPS63114923A - 高温レ−ルの無変形冷却法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、熱間圧延を終えあるいは熱処理する目的で加
熱されたオーステナイト域温度以上の熱を保有する高温
度のレールを冷却する場合において、発生する湾曲形状
を矯正し冷却する高温レールの無変形冷却方法に関する
ものである。

（従来の技術） 近年、鉄道輸送は高軸荷重化、高速化を指向し、それに
伴いレール頭部の摩耗や疲労が激しく、レールに要求さ
れる性質も一層きびしく耐摩耗性、耐疲労性のより優れ
た高強度レールが要求されている。

その一般的な製造法としてこれまでの研究で、熱処理に
よる微細パーライト組織を有する鋼レールは優れた耐摩
耗性、耐損傷性を示すことが知られている 例えば、特開昭５９−７４２２７号公報に示される様に
オーステナイト温度域以上のレールを、ローラ型拘束シ
ステムで搬送しながら、レール頭部を制御冷却する熱処
理レールがある。また特開昭６１−６０８２７号公報に
示される様に、冷却中のレールの形状変化を曲り検出器
で検出し、得た信号で下部冷却風量を制御し、曲りを最
小にする熱処理方法がある。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、特開昭５９−７４２２７号公報記載の方
法は、レールの形状は上下非対称であるため、冷却中の
上下変形は避けることが出来ないとして、レールの頭部
と底部からローラーで拘束し、冷却をしているが、強力
な拘束装置を設置しているため、設備コストが高く、ま
た冷却時に拘束ローラーの影響を受け、材質のばらつき
が生じやすいという問題点がある。また特開昭６１−６
０８２７号公報記載の方法は、曲り検出器から得た信号
で下部冷却風量を制御し、曲りを最小にする方法で、曲
り検出器の設置など設備コストが高く、また形状が変化
をしはじめてから制御を行うから、形状制御が遅れがち
になる問題点がある。

（問題点を解決するための手段） 本発明はこれまでの高強度レール製造法における耐摩耗
性、耐疲労性など諸性質を損なうことなく、レールの形
状問題を解決した高温レールの冷却法を提供するもので
、その要旨は、熱間圧延を終えあるいは熱処理する目的
で加熱されたオーステナイト域温度以上の熱を保有する
高温度のレールを冷却するにあたり、レール頭頂面およ
び頭側面は材質上の目標強度を満足する噴射量で冷媒を
噴射しながら冷却するとともに、レール頭部のパーライ
ト変ａｔが４０％乃至６０％進行したとき、レール底部
をレール頭部冷却の１７２乃至１１５の冷媒噴射量で冷
却を開始し、レール頭部のパーライト変態がほぼ終了す
るまで冷却を行う高温レールの無変形冷却法である。

以下、本発明について図面に示す実施態様例を参照しな
がら詳細に説明する。

第１図および第２図は、本発明法を実施するために用い
る装置例を概略図で示す。第１図において１は高温度レ
ールで、熱間圧延を終えあるいは熱処理する目的で加熱
されたオーステナイト域温度以“上の熱を保有する。こ
の場合のオーステナイト域温度以上の熱は、加速冷却後
耐摩耗性に冨んだ微細パーライト組織を得るための温度
で、レール頭部で約７００℃以上であればよい。

２は上部ノズルへラダーで高温度レール１の長手方向に
沿って設けられ、かつ該レール１の頭頂面および頭側面
に冷媒（水、空気その低気体およびこれらの混合体）を
噴霧するように設けられている。上部ノズルヘッダー２
の形状は特に限定するものではないが、第２図に示す様
にレール頭頂面に向けて冷媒を噴射するノズル１１とレ
ール頭側面と願下に向けて冷媒を噴射するノズル１２で
構成し、冷媒を噴射するとレール頭部表面層の均一冷却
が計られるとともに効率的な冷却ができる。

３は下部ノズルヘッダーで、上部ノズルヘッダー２と同
様に高温度レール１の長手方向に沿って設けられ、該レ
ール１の底面に冷媒を噴射する。

また下部ノズルヘッダー３の冷媒噴射ノズルは、第３図
に示す様に高温度レールｌの底面中央厚肉部に指向する
ように該レール１に接近する位置に集中して設けてもよ
く、冷媒が底面全面に分散して噴射するように設けても
よい。なお、上下部ノズルヘッダー２．３のノズル総断
面積比は下部ノズル面積／上部ノズル面積で１７２乃至
１１５が本発明のような目的の冷却において好ましい。

４はレール頭部冷却用冷媒供給パイプで、導入側は冷媒
供給源（図示せず）に、また排出側は上部冷媒供給調整
弁５を介して上部ノズルヘッダーに連接されている。６
はレール底面冷却用冷媒供給パイプで、導入側は冷媒供
給源（図示せず）に、また排出側は下部冷媒供給調整弁
７を介して下部ノズルヘッダー３に連接されている。下
部冷媒供給調整弁７には、冷却装置入側に設置した冷却
開始温度測定用温度計８から、測定した結果を入力し、
下部冷却開始タイミングを計算し作動させる制御装置９
が連接されている。すなわち下部冷媒供給調整弁７は高
温度レール１０頭部のパーライト変態量が４０％乃至６
０％進行したとき、下部の冷媒が供給されるように構成
されている。

１０は搬送ローラー、１３はレールガイドで高温度レー
ル１の底部両端に長手方向に並べて設けられている。

次に第１図に示す装置を用いて本発明の方法を実施する
場合について説明する。なお冷媒は、空気を使用する。

熱間圧延を終えあるいは熱処理する目的で加熱されたオ
ーステナイト域温度以上の熱を保有する高温度レール１
は、王立の姿勢で長手方向に、第１図で示すような冷却
装置入側でレール頭頂面温度を温度計８で測定しながら
搬送され、冷却装置内を進行、または静止または往復運
動をしながら連続冷却される。ここで上部ノズルヘッダ
ー２をシフトアップ後、高温度レールｌをレール長手横
方向で搬送し冷却装置内中央部に固定したのち、上部ノ
ズルヘッダー２をシフトダウンし冷却を行うようにして
もよい。

この間、上部ノズルヘッダー２は所定の材質強度を得る
ことのできる空気噴射量（噴射圧力Ｐ）とノズルとレー
ル頭部表面との距離Ｈを一定に与えておく。

高温度レールｌの頭部の冷却が開始され、レール頭部の
パーライト変態量が４０〜６０％進行するに要する所定
の時間だけ経過した時、下部冷媒供給調整弁７を作動さ
せ下部ノズルヘッダーから冷媒（空気）を噴射させるこ
とによって頭部との温度差を小さく保つことができ無変
形冷却ができる。

以上のように冷却初期の段階で高温度レールの頭部のみ
の冷却でよいのは、圧延を終えあるいは熱処理する目的
で加熱された高温度レールは、冷却装置入側に到着する
自然冷却中は、レール底部の温度は−ル頭部の温度より
相対的に速く降下するため、低温度になる。この時、高
温度レールが横姿勢の場合、頭部と底部（頭部より温度
が低い）の温度差によって、第３図ａに示す様な頭部が
凸の状態で湾曲（プラス曲り）するが、それを正立の姿
勢に起すと、第４図に示す様な熱間強度が小さい高温時
にはレールの自重のため、はぼ真直の状態になり冷却装
置内への搬送が可能で、レール頭部の冷却が開始できる
。レール頭部の冷却が開始されると頭部と底部の温度差
は急速に小さくなる。その状態を更に継続するとその温
度差は逆転し、温度の降下とともに熱間強度も増大しは
じめ、正立の姿勢でも第３図すに示す様な底部が凸の状
態に湾曲（マイナス曲り）してくる。そこでレール頭部
と底部の温度差が逆転するタイミングを捉え、底部から
も一定の冷媒量（レール規格によって相違するが、下／
上冷媒量比は、１／２〜１１５）で冷却を行うとレール
は真直の状態でパーライト変態が終了するまで熱処理す
ることが可能である。

そのタイミングは各種規格のレールを用いて温度測定を
しながら冷却を行った結果、頭部のパーライト変態が４
０％乃至６０％進行した時点で底部からの冷却を開始す
る場合が最もよくバランスし、真直の状態で熱処理する
ことが可能であることを見い出した。

前記のレール頭部のパーライト変態が４０％乃至６０％
程度進行するタイミングＴｃは温度計８で測定されたレ
ール頭頂面温度θＳとあらかじめ分析で得られている炭
素当量Ｃｅｑとレール頭部の製造目標強度の冷却強さ　
Ｆｃ　＝　（，７７／Ｈ）を用いて次の（１１式で計算
される。

Ｔｃ＝ａ＋θｓ・（ｂ＋Ｃ・　θｓ）＋Ｆｃ−（ｄ＋ｅ
−Ｆｃ）＋ｆ−Ｃｅｑ　　・・　（１１但し、 ａ　＋　ｂ　＋　Ｃｔ　ｄ　＋　ｅ　＋　ｆ　：レール
形状に係わる係数Ｔｃ：下部冷媒供給開始タイミング（
Ｓ）θＳ：冷却装置入側で測定したレール頭頂面温度（
”Ｃ） ＦＣ：レール頭部製造目標強度の冷却強さく　Ｊ’Ｆ”
／　Ｈ） Ｐ：ヘラグー圧力（ｎ＋Ａｑ） Ｈ：ノズルとレール頭表面からの距離（ｎ）Ｃｅｑ：レ
ールの炭素当量（Ｃ＋Ｓｉ／ｚａ＋Ｍｎ八十Ｃｒ／　ｂ
）以へ説明した本発明の方法によって冷却することによ
ってレールに要求される耐摩耗性などの各性質を損うこ
となく、形状のすぐれたレールを製造することができる
。

（実施例） 次に本発明の実施例について説明する。

表１に示される化学成分を有した１３２ポンド／ヤード
の圧延熱を有した圧延レール（長さ：３９フィート）を
本発明の方法で冷却を行った。

第５図はレール頭頂面温度（θｓニア８５℃）を測定し
たのち、レール全長を冷却装置に装入し、冷却を実施し
た状況を示す。

上部ノズルからは製造目標材質強度Ｈｖ　：　３５０（
頭頂面中央下５鶴位置）を得る風量（Ｑ下）レール長１
ｍ当り約２９　Ｎｍ３／ｍｉｎ、ｍ　、、を供給し、第
２図に示すようにノズルとの距離Ｈ：５０ｆｉ−定を与
え連続冷却を行う。

下部ノズルからは冷却装置装入後、表２に示す規格１３
２ポンド／ヤードレールの係数を用い（１）式で計算さ
れた下部冷却開始タイミングＴＣ：５７秒の時刻に達し
たとき、空気を噴射した。下部ノズルの風量Ｑ下は、規
格１３２ポンド／ヤードレールの場合、風量比Ｑ下／Ｑ
上は約１７３（下部風量Ｑ下９　Ｎｍ’／ｍｉｎ、＋＊
　）である。

表　　　２ 頭頂面表面温度７８５℃の圧延熱を保有したレールが横
姿勢のとき若干のプラス曲りが認められたが、正立の姿
勢に起すと、はぼ真直な状態になる。冷却装置内に装入
され上部ノズルにより冷却が開始されると頭部温度は底
部温度に次第に近づきほぼ同じタイミングで頭部と底部
のパーライト変態が始まり、レールはほぼ真直な状態が
保持されている。そこで頭部のパーライト変態が４０％
〜６０％進行したタイミング、すなわち（１）式で計算
された５７秒後に下部ノズルから冷却が開始されると、
上部ノズルによる頭部と下部ノズルによる底部の冷却が
ほぼ等速の冷却速度で制御され、曲りは殆ど発生しない
ことが確認された。

こうして得られたレールの材質は、全断面−様な特に頭
部表層部近傍は微細なパーライト組織が得られ、ベーナ
イトやマルテンサイトの有害な組織は認められなかった
。またレール長手方向に亘っても均一な材質を得ること
ができる。

（発明の効果） 本発明は曲がり検出器や特別の冷却装置を用いることな
しにレール頭部の冷却に対応してレール底部の冷却開始
のタイミングをおくらせるだけの簡単な方法でレールの
冷却時の曲がりを安定して′抑制することができまた設
備費を安くすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明を実施する装置の概略説明
図、第３図ａはレールのプラス曲り、第３図すはレール
のマイナス曲りを説明する図、第４図は鋼材の熱間強度
の説明図、第５図はレール頭頂面温度を測定した後、レ
ール全長を冷却装置に装入して、冷却蕃実施した状況を
示す図表である。 １：レール、２：上部ノズルヘッダー、３：下部ノズル
ヘッダー、 ４：レール頭部冷却用冷媒供給パイプ、５：上部冷媒供
給調整弁、 ６：レール底面冷却用冷媒供給パイプ、７：下部冷媒供
給調整弁、 ８：冷却開始温度測定用温度計、 ９：制御装置、１０：搬送ローラー、 １１．１２：ノズル、１３；レールガイド、第２図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 熱間圧延を終えあるいは熱処理する目的で加熱されたオ
   ーステナイト域温度以上の熱を保有する高温度のレール
   を冷却するにあたり、レール頭頂面およびその頭側面は
   材質上の目標強度を満足する噴射量で冷媒を噴射しなが
   ら冷却するとともに、レール頭部のパーライト変態量が
   ４０％乃至６０％進行したとき、レール底部からレール
   頭部の１／２乃至１／５の冷媒噴射量で冷却を行うこと
   を特徴とする高温レールの無変形冷却法。