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JP5453624B2 - Perlite steel rail with excellent crack resistance - Google Patents
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Description

本発明は、レールと車輪との接触によりレール頭部のコーナー部(ゲージ・コーナー部;以降、「GC部」とも称する)に発生するきしみ割れを低減させた、耐きしみ割れ性に優れるパーライト鋼レールに関するものである。   The present invention is a pearlite steel excellent in crack cracking resistance, in which cracks generated in a corner portion of a rail head (gauge corner portion; hereinafter also referred to as “GC portion”) due to contact between a rail and a wheel are reduced. It relates to rails.

鉄道輸送は、他の輸送機関と比較して輸送効率が高く、環境にも優しいことから、近年、運行速度の高速化や貨車積載荷重の増大化、ダイヤの過密化などによる輸送力の増強が積極的に進められている。その結果、レールに対する負荷が過酷化しており、レールの耐摩耗性や耐転がり損傷性、ダークスポット損傷性などの特性(以降、「耐摩耗性」と総称する)に優れることが重要視されている。   Rail transport is more efficient and environmentally friendly than other transport modes. In recent years, the transportation capacity has been increased by increasing the operation speed, increasing the freight load of freight cars, and congesting diamonds. It is being actively promoted. As a result, the load on the rail has become severe, and it is important to have excellent characteristics such as rail wear resistance, rolling damage resistance, dark spot damage characteristics (hereinafter collectively referred to as “wear resistance”). Yes.

一方、近年、上記GC部の摩耗によるレール交換以前に、きしみ割れによってレール交換がなされる頻度が次第に増加し、問題となっている。このきしみ割れは、曲線軌道区間の外軌レールなどのGC部に、比較的間隔の狭い亀裂が連続して発生するもので、成長すると、亀裂と亀裂の間の部分が剥離を起こすことがある。そのため、曲線軌道区間に用いられるレールには、耐摩耗性を向上する観点から、従来、高強度レールが使用されてきたが、GC部の耐摩耗性を従来レールと同等以上とした上で、さらに、耐きしみ割れ性をも向上したレールが求められるようになってきている。   On the other hand, in recent years, before the rail replacement due to wear of the GC section, the frequency of the rail replacement due to scratch cracks gradually increases, which is a problem. This scramble is a continuous crack in the GC section such as an outer rail in a curved track section. When the crack grows, the portion between the cracks may peel off. . Therefore, high-strength rails have been used for rails used in curved track sections from the viewpoint of improving wear resistance. However, after making the wear resistance of the GC part equal to or higher than that of conventional rails, Furthermore, there is a demand for rails with improved crack resistance.

レールの耐摩耗性に着目し、これを改善しようとする技術について、これまでにも多くの提案がなされている。例えば、特許文献1には、酸化物系介在物の量および組成を適正範囲に制御することによって、レール頭部の内部に生じる転動疲労損傷(「ヘビーシュリング損傷」という)に対する耐損傷性を高めたレールが開示されている。また、特許文献2には、レール頭頂部に適切な硬度分布を付与することによって、レールと車輪との接触応力状態を緩和させ、レール頭部中央に発生する損傷(ヘッドチュック)を軽減する技術が開示されている。また、特許文献3には、レール頭頂部の硬さとコーナー部の硬さを制御することによって、車輪の走行、スリップに起因して頭頂部やコーナー部に発生するマルテンサイト組織(ホワイトフェーズ)の生成を防止し、耐転がり疲労損傷性を高める技術が開示されている。また、特許文献4には、レールの成分組成を適正範囲に制御することによって、電気アーク溶接の際に鋼材表面に生じるマルテンサイトの生成を防止し、耐折損性を向上する技術が開示されている。さらに、特許文献5には、パーライト組織の鋼レールにおいて、鋼の成分を適正範囲に制御すると同時に、適正な熱処理を施すことによって、初期硬さを所定の範囲とし、さらに衝撃値を向上させることにより、直線区間や緩曲線区間に使用されるレールの耐表面損傷性と靭性の向上を図る技術が開示されている。   Focusing on the wear resistance of the rail, many proposals have been made so far regarding techniques for improving this. For example, Patent Document 1 discloses damage resistance against rolling fatigue damage (referred to as “heavy shring damage”) that occurs inside the rail head by controlling the amount and composition of oxide inclusions within an appropriate range. A rail with an increased height is disclosed. Patent Document 2 discloses a technique for reducing damage (head chuck) generated at the center of the rail head by relaxing the contact stress state between the rail and the wheel by imparting an appropriate hardness distribution to the rail head. Is disclosed. Patent Document 3 discloses a martensite structure (white phase) that occurs in the top and corners of the wheels due to running and slipping of the wheels by controlling the hardness of the rail heads and the corners. A technique for preventing formation and improving rolling fatigue damage resistance is disclosed. Patent Document 4 discloses a technique for preventing the generation of martensite generated on the surface of a steel material during electric arc welding and improving the breakage resistance by controlling the component composition of the rail within an appropriate range. Yes. Furthermore, in Patent Document 5, in the steel rail having a pearlite structure, the initial hardness is set within a predetermined range and the impact value is further improved by performing an appropriate heat treatment at the same time as controlling the steel components to an appropriate range. Thus, a technique for improving the surface damage resistance and toughness of a rail used in a straight section or a gentle curve section is disclosed.

特開2001−220651号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2001-220651 特許第3317146号公報Japanese Patent No. 3317146 特許第2620369号公報Japanese Patent No. 2620369 特開2005−350723号公報JP 2005-350723 A 特許第3631712号公報Japanese Patent No. 3631712

しかしながら、鉄道の高速化や貨車積載荷重の増大化、ダイヤの過密化が進行している近年においては、レールに対する負荷が従来にも増して過酷になってきており、特に、曲線軌道区間の外軌レールにおいては、上記従来技術のレールが有する耐摩耗性やレール頭頂部表面の耐転がり損傷性では次第に不十分となりつつある。
というのは、例えば、特許文献1の技術は、レール内部に存在する介在物を起点とする疲労破壊を防止しようとするものであるが、GC部のきしみ割れに対しては、十分な検討がなされていない。また、特許文献2の技術は、レール頭部中央に発生するヘッドチェックの抑制には有効であるが、GC部のきしみ割れの防止には不十分である。また、特許文献3の技術は、レール頭頂部とコーナー部に硬度差を設けて、転がり損傷を抑制するものであるが、GC部のきしみ割れについては十分な検討がなされていない。また、特許文献4の技術は、レール表面に何らかの理由でマルテンサイト組織が形成されたときに発生する亀裂や折損を防止する観点から、マルテンサイト組織の生成を抑制する技術であり、マルテンサイト組織のような異常組織が形成されないGC部のきしみ割れを抑制することについては、十分な検討がなされていない。さらに、特許文献5の技術は、レール頭頂部と深さ20mmまでの硬さと硬度差を規制する技術であり、耐きしみ割れ性を向上させることについては十分な検討がなされていないからである。
However, in recent years, where the speed of railways, the freight load of freight cars, and the congestion of diamonds are increasing, the load on rails has become more severe than before, especially outside the curved track section. In the rail, the wear resistance and the rolling damage resistance of the rail head surface are gradually becoming insufficient.
This is because, for example, the technique disclosed in Patent Document 1 is intended to prevent fatigue failure starting from inclusions present in the rail, but sufficient investigation is required for cracking in the GC portion. Not done. Moreover, although the technique of patent document 2 is effective in suppression of the head check which generate | occur | produces in the rail head center, it is inadequate for prevention of the crack of GC part. Moreover, although the technique of patent document 3 provides a hardness difference in a rail top part and a corner part, and suppresses rolling damage, sufficient examination is not made about the crack crack of GC part. Moreover, the technique of patent document 4 is a technique which suppresses the production | generation of a martensitic structure from a viewpoint of preventing the crack and breakage which generate | occur | produce when a martensitic structure is formed on the rail surface for a certain reason. Sufficient studies have not been made on suppressing cracking of the GC portion where no abnormal tissue is formed. Furthermore, the technique of Patent Document 5 is a technique for regulating the hardness and hardness difference between the rail top and a depth of 20 mm, and sufficient studies have not been made to improve the crack resistance.

本発明は、従来技術が抱えている上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、高強度レールが有する耐摩耗性を低下することなく、レールと車輪との接触によりゲージ・コーナー部に発生するきしみ割れを低減させたパーライト鋼レールを提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and its purpose is to reduce the wear resistance of a high-strength rail and to reduce the gauge corner by contact between the rail and the wheel. An object of the present invention is to provide a pearlite steel rail with reduced cracks generated in the part.

発明者らは、上記課題を解決するため、C,Si,Mn,Crの含有量を変化させ、さらに、0.2%耐力を変化させた種々のパーライト鋼レールを製作し、強度や耐摩耗性、耐きしみ割れ性について調査した。その結果、C,Si,Mn,Crおよびそれらの合計の含有量を適正範囲に制御し、かつ、0.2%耐力を適正範囲に制御することで、耐摩耗性を低下させることなく、耐きしみ割れ性を向上することができることを新規に見出した。さらに、引張強さおよび0.2%耐力と引張強さの比(降伏比:YR)を適正範囲に制御することで、より安定して、耐きしみ割れ性を向上できることも見出した。
本発明は、上記知見に、さらに検討を重ねて開発したものである。
In order to solve the above-mentioned problems, the inventors changed the content of C, Si, Mn, and Cr, and manufactured various pearlite steel rails with a 0.2% proof stress, and improved the strength and wear resistance. And crack resistance were investigated. As a result, the content of C, Si, Mn, Cr and their total content is controlled to an appropriate range, and the 0.2% proof stress is controlled to an appropriate range, so that the wear resistance is not lowered. It has been newly found that the cracking property can be improved. Furthermore, it has also been found that by controlling the tensile strength and the ratio between the 0.2% proof stress and the tensile strength (yield ratio: YR) within an appropriate range, the crack resistance can be improved more stably.
The present invention was developed by further studying the above knowledge.

すなわち、本発明は、C:0.75mass%超0.85mass%未満、Si:0.1〜0.3mass%、Mn:0.7〜1.1mass%、P:0.035mass%以下、S:0.0005〜0.010mass%、Cr:0.05〜0.25mass%を含有し、C,Si,MnおよびCr含有量の合計が1.9mass%超2.3mass%未満で、残部がFeおよび不可避的不純物からなる成分組成を有し、下記(1)式;
ρ[μΩ・cm]=0.95×A+12.4 ・・・(1)
ただし、A=(13.8×Si+6.01×Mn+5.38×Cr+0.01)×((1−0.15×C)/(1−0.3×C))
ここで、上記式中の元素記号は、その元素の含有量(mass%)である。
で表される電気抵抗率ρが21.1〜23.7μΩ・cm、0.2%耐力が500MPa超800MPa未満であるパーライト鋼レールである。
That is, the present invention includes C: more than 0.75 mass% and less than 0.85 mass%, Si: 0.1 to 0.3 mass%, Mn: 0.7 to 1.1 mass%, P: 0.035 mass% or less, S : 0.0005 to 0.010 mass%, Cr: 0.05 to 0.25 mass%, the total of C, Si, Mn and Cr content is more than 1.9 mass% and less than 2.3 mass%, the balance is It has a component composition consisting of Fe and inevitable impurities, and has the following formula (1):
ρ [μΩ · cm] = 0.95 × A + 12.4 (1)
However, A = (13.8 * Si + 6.01 * Mn + 5.38 * Cr + 0.01) * ((1-0.15 * C) / (1-0.3 * C))
Here, the element symbol in the above formula is the content (mass%) of the element.
Is a pearlite steel rail having an electrical resistivity ρ of 21.1 to 23.7 μΩ · cm and a 0.2% proof stress of more than 500 MPa and less than 800 MPa.

本発明のパーライト鋼レールは、上記成分組成に加えてさらに、V:0.001〜0.03mass%、Cu:0.5mass%以下、Ni:0.5mass%以下およびMo:0.1mass%以下の中から選ばれる1種または2種以上を含有することを特徴とする。   In addition to the above component composition, the pearlitic steel rail of the present invention is further provided with V: 0.001 to 0.03 mass%, Cu: 0.5 mass% or less, Ni: 0.5 mass% or less, and Mo: 0.1 mass% or less. 1 type or 2 types or more chosen from among are contained.

また、本発明のパーライト鋼レールは、引張強さが900MPa超1080MPa未満、0.2%耐力と引張強さの比が55%超であることを特徴とする。   The pearlite steel rail of the present invention is characterized in that the tensile strength is more than 900 MPa and less than 1080 MPa, and the ratio of 0.2% proof stress to tensile strength is more than 55%.

本発明によれば、従来のパーライト鋼レールに比べて耐摩耗性を低下させることなく、耐きしみ割れ性を向上させたレールを安定して提供することが可能となるので、レールの長寿命化のみならず、鉄道事故の防止にも大きく寄与することができる。   According to the present invention, it is possible to stably provide a rail with improved cracking resistance without reducing wear resistance compared to conventional pearlite steel rails, so that the life of the rail can be extended. In addition, it can greatly contribute to the prevention of railway accidents.

冷却停止温度と0.2%耐力との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between cooling stop temperature and 0.2% yield strength. 熱延後の冷却速度と0.2%耐力との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the cooling rate after hot rolling, and 0.2% yield strength. 引張試験に用いる試験件の採取位置を示すレール頭部の断面図である。It is sectional drawing of the rail head which shows the sampling position of the test item used for a tension test. 耐摩耗性の評価に用いる西原式摩耗試験の試験片を説明する図である。It is a figure explaining the test piece of the Nishihara type abrasion test used for evaluation of wear resistance. 西原式摩耗試験に用いる試験片の採取位置を示すレール頭部の断面図である。It is sectional drawing of the rail head which shows the sampling position of the test piece used for a Nishihara type abrasion test. 耐きしみ割れ性の評価に用いた試験片を説明する図である。It is a figure explaining the test piece used for evaluation of a crack crack resistance.

まず、本発明のパーライト鋼レールの成分組成を限定する理由について説明する。
C:0.75mass%超0.85mass%未満
Cは、パーライト組織のセメンタイトを形成し、強度を確保するために必須の元素である。しかし、0.75mass%以下では上記0.2%耐力や引張強さを高める効果が小さいため、きしみ割れの発生を抑制する効果が十分ではなく、割れが発生しやすい。一方、0.85mass%以上になると、0.2%耐力や引張強さが上昇して耐摩耗性や耐きしみ割れ性が向上する反面、一旦、きしみ割れが発生すると、この割れは摩耗によって除去され難くなっているため、残存するようになる。そこにさらに新たなきしみ割れが加わることで、割れの数が増加し、耐きしみ割れ性が低下してしまう。よって、Cの含有量は0.75mass%超0.85mass%未満の範囲とする。
First, the reason for limiting the component composition of the pearlite steel rail of the present invention will be described.
C: More than 0.75 mass% and less than 0.85 mass% C is an essential element for forming cementite having a pearlite structure and ensuring strength. However, at 0.75 mass% or less, since the effect of increasing the 0.2% proof stress and tensile strength is small, the effect of suppressing the occurrence of cracks is not sufficient, and cracks are likely to occur. On the other hand, when it becomes 0.85 mass% or more, the 0.2% proof stress and tensile strength are increased and the wear resistance and the crack resistance are improved. On the other hand, once a crack is generated, this crack is removed by wear. Because it is difficult to be done, it will remain. By adding new cracks there, the number of cracks increases and the crack resistance is reduced. Therefore, the C content is in the range of more than 0.75 mass% and less than 0.85 mass%.

Si:0.1〜0.3mass%
Siは、脱酸剤として、また、パーライト組織を形成させて鋼を強化する目的で添加される元素であり、0.1mass%以上の添加が必要である。しかし、0.3mass%を超えて添加すると、レールの電気伝導性を低下させる。よって、Siの含有量は0.1〜0.3mass%の範囲とする。
Si: 0.1-0.3 mass%
Si is an element added as a deoxidizer and for the purpose of strengthening steel by forming a pearlite structure, and needs to be added in an amount of 0.1 mass% or more. However, if added over 0.3 mass%, the electrical conductivity of the rail is lowered. Therefore, the Si content is in the range of 0.1 to 0.3 mass%.

Mn:0.7〜1.1mass%
Mnは、パーライト変態温度を低下させて、ラメラー間隔を細かくすることにより、0.2%耐力や引張強さを高める元素である。しかし、0.7mass%未満の添加では、0.2%耐力や引張強さを高める効果が十分ではないため、きしみ割れの抑制力が小さく、割れが発生しやすい。一方、1.1mass%を超えて添加すると、0.2%耐力や引張強さが上昇し、耐摩耗性や耐きしみ割れ性を高めることができる。しかし、一旦、きしみ割れが発生すると、この割れが摩耗によって除去されずに残存するようになる。そこにさらに新たなきしみ割れが加わることで、割れの数が増加し、耐きしみ割れ性が低下してしまう。よって、Mnは0.7〜1.1mass%の範囲で添加する。
Mn: 0.7 to 1.1 mass%
Mn is an element that increases the 0.2% yield strength and tensile strength by lowering the pearlite transformation temperature and reducing the lamellar spacing. However, if the addition is less than 0.7 mass%, the effect of increasing the 0.2% proof stress and the tensile strength is not sufficient, and therefore the cracking suppression force is small and cracking is likely to occur. On the other hand, when it exceeds 1.1 mass%, 0.2% yield strength and tensile strength increase, and wear resistance and crack resistance can be improved. However, once a crack is generated, the crack remains without being removed by wear. By adding new cracks there, the number of cracks increases and the crack resistance is reduced. Therefore, Mn is added in the range of 0.7 to 1.1 mass%.

P:0.035mass%以下
Pは、鋼の延性に有害な元素であり、特に、0.035%を超える含有は延性を大きく低下させる。よって、Pの含有量は0.035mass%以下とする。
P: 0.035 mass% or less P is an element harmful to the ductility of steel, and in particular, inclusion exceeding 0.035% greatly reduces the ductility. Therefore, the content of P is set to 0.035 mass% or less.

S:0.0005〜0.010mass%
Sは、主にA系介在物の形態で鋼材中に存在するが、0.010mass%を超えて含有すると、この介在物の量が著しく増加して粗大な介在物を形成し、鋼材の清浄性を著しく悪化させる。よって、Sは0.010mass%以下とする。ただし、過剰なSの低減は、製鋼コストの増加を招くので、下限は0.0005mass%程度とする。
S: 0.0005 to 0.010 mass%
S is present in steel materials mainly in the form of A-based inclusions. However, when it is contained in an amount exceeding 0.010 mass%, the amount of these inclusions is remarkably increased to form coarse inclusions. Remarkably deteriorates sex. Therefore, S is set to 0.010 mass% or less. However, excessive reduction of S causes an increase in steelmaking cost, so the lower limit is about 0.0005 mass%.

Cr:0.05〜0.25mass%
Crは、パーライト平衡変態温度を上昇させ、ラメラー間隔の微細化による高強度化に寄与するとともに、固溶強化によって、さらなる高強度化をもたらす元素である。しかし、0.05mass%未満の添加では、0.2%耐力や引張強さを高める効果に乏しいため、きしみ割れ発生の抑制力が小さい。一方、0.25mass%を超えて添加すると、0.2%耐力や引張強さが上昇し、耐摩耗性や耐きしみ割れ性が向上する反面、一旦、きしみ割れが発生すると、この割れが摩耗によって除去されずに残存するようになる。そこにさらに新たなきしみ割れが加わることで、割れの数が増加し、耐きしみ割れ性が低下する。よって、Crの含有量は0.05〜0.25mass%の範囲とする。
Cr: 0.05-0.25 mass%
Cr is an element that raises the pearlite equilibrium transformation temperature, contributes to increasing the strength by refining the lamellar spacing, and further increases the strength by solid solution strengthening. However, if the addition is less than 0.05 mass%, the effect of increasing the 0.2% proof stress and the tensile strength is poor, and thus the suppression of occurrence of cracking is small. On the other hand, if added over 0.25 mass%, the 0.2% proof stress and tensile strength are increased, and the wear resistance and crack resistance are improved. On the other hand, once a crack is generated, this crack is worn out. It remains without being removed by. By adding new cracks there, the number of cracks increases and the crack resistance is reduced. Therefore, the Cr content is in the range of 0.05 to 0.25 mass%.

本発明のパーライト鋼レールは、上記成分組成を満たすことのほかに、C,Si,MnおよびCr含有量の合計が、下記範囲を満たすことが必要である。
C+Si+Mn+Cr:1.9mass%超2.3mass%未満
C,Si,MnおよびCrは、パーライト鋼レールの硬さを上昇させるために添加する元素であるが、それら元素の含有量のバランスが適正でないと、耐きしみ割れ性が低下する。特に、C,Si,MnおよびCr含有量の合計が1.9mass%以下であると、0.2%耐力や引張強さが低下し、耐きしみ割れ性が低下する。一方、C,Si,MnおよびCr含有量の合計が2.3mass%以上であると、0.2%耐力や引張強さが上昇して、耐摩耗性や耐きしみ割れ性が向上する反面、一旦、きしみ割れが発生した場合には、その割れが摩耗によって除去されずに残存するようになる。これに、新たなきしみ割れが加わることによって割れの数が増加し、耐きしみ割れ性が低下するようになる。よって、C,Si,MnおよびCr含有量の合計は、1.9mass%超2.3mass%未満の範囲とする。
In addition to satisfying the above component composition, the pearlite steel rail of the present invention is required to have the total content of C, Si, Mn and Cr satisfy the following range.
C + Si + Mn + Cr: more than 1.9 mass% and less than 2.3 mass% C, Si, Mn and Cr are elements added to increase the hardness of the pearlite steel rail, but the balance of the content of these elements is not appropriate. , Scratch cracking resistance decreases. In particular, when the total content of C, Si, Mn and Cr is 1.9 mass% or less, the 0.2% proof stress and tensile strength are lowered, and the crack resistance is lowered. On the other hand, if the total content of C, Si, Mn and Cr is 2.3 mass% or more, the 0.2% proof stress and tensile strength are increased, and the wear resistance and crack resistance are improved. Once a crack is generated, the crack remains without being removed by wear. By adding new cracks, the number of cracks increases and the crack crack resistance decreases. Therefore, the total content of C, Si, Mn, and Cr is in the range of more than 1.9 mass% and less than 2.3 mass%.

さらに、本発明のパーライト鋼レールは、上記成分に加えてさらに、V,Cu,NiおよびMoのうちから選ばれる1種または2種以上を下記の範囲で含有することができる。
V:0.001〜0.03mass%
Vは、炭窒化物を形成して基地中に分散して析出し、0.2%耐力や引張強さを向上する。しかし、0.001mass%未満ではその効果が小さい。一方、0.03mass%を超えると、0.2%耐力や引張強さが上昇し、耐摩耗性や耐きしみ割れ性が向上する。しかし、一旦、きしみ割れが発生した場合には、その割れが摩耗により除去されないため残存し、これにさらに新たなきしみ割れが加わって、割れの数が増加し、耐きしみ割れ性が低下するようになる。また、0.03mass%を超える添加は、原料コストが増加し、製造コストの上昇を招く。よって、Vを添加する場合は、0.001〜0.03mass%の範囲とするのが好ましい。
Furthermore, the pearlite steel rail of the present invention can further contain one or more selected from V, Cu, Ni and Mo in the following range in addition to the above components.
V: 0.001 to 0.03 mass%
V forms a carbonitride, disperses and precipitates in the matrix, and improves 0.2% proof stress and tensile strength. However, the effect is small if it is less than 0.001 mass%. On the other hand, if it exceeds 0.03 mass%, the 0.2% proof stress and tensile strength are increased, and the wear resistance and crack resistance are improved. However, once cracks occur, they remain because they are not removed by wear, and new cracks are added to the cracks, increasing the number of cracks and reducing crack resistance. become. Moreover, the addition exceeding 0.03 mass% increases raw material cost and causes an increase in manufacturing cost. Therefore, when adding V, it is preferable to set it as the range of 0.001-0.03 mass%.

Cu:0.5mass%以下
Cuは、Crと同様、固溶強化による高強度化を目的として添加する元素である。その効果を得るには、0.005mass%以上の添加が好ましい。しかし、0.5mass%を超える添加は、Cuによる熱間圧延時の割れが生じ易くなる。よって、Cuを添加する場合は、0.5mass%以下とするのが好ましい。
Cu: 0.5 mass% or less Cu, like Cr, is an element added for the purpose of increasing the strength by solid solution strengthening. In order to obtain the effect, addition of 0.005 mass% or more is preferable. However, addition exceeding 0.5 mass% tends to cause cracks during hot rolling with Cu. Therefore, when adding Cu, it is preferable to set it as 0.5 mass% or less.

Ni:0.5mass%以下
Niは、鋼の延性を低下させることなく高強度化を図ることができる元素である。また、Niは、Cuによる割れを抑制する効果があるので、Cuを添加する場合には、Niも複合して添加するのが望ましい。それらの効果を得るには、Niは0.005mass%以上添加するのが好ましい。しかし、0.5mass%を超える添加は、焼き入れ性が上昇してマルテンサイトが生成しやすくなるので、レールの寿命が低下する。よって、Niを添加する場合は、0.5mass%以下とするのが好ましい。
Ni: 0.5 mass% or less Ni is an element that can increase the strength without reducing the ductility of the steel. Further, since Ni has an effect of suppressing cracking due to Cu, when adding Cu, it is desirable to add Ni in combination. In order to obtain these effects, Ni is preferably added in an amount of 0.005 mass% or more. However, addition exceeding 0.5 mass% increases the hardenability and facilitates the formation of martensite, thus reducing the life of the rail. Therefore, when adding Ni, it is preferable to set it as 0.5 mass% or less.

Mo:0.1mass%以下
Moは、固溶強化により鋼を高強度化するために添加する元素である。その効果を得るには、0.005mass%以上の添加が好ましい。しかし、0.1mass%を超える添加は、0.2%耐力や引張強さが上昇して、耐摩耗性や耐きしみ割れ性を向上する反面、一旦、きしみ割れが発生した場合には、その割れが、摩耗により除去されずに残存するようになる。ここにさらに、新たなきしみ割れが加わって割れの数が増加すると、耐きしみ割れ性が低下するようになる。よって、Moを添加する場合は、0.1mass%以下とするのが好ましい。
Mo: 0.1 mass% or less Mo is an element added to increase the strength of steel by solid solution strengthening. In order to obtain the effect, addition of 0.005 mass% or more is preferable. However, addition exceeding 0.1 mass% increases the 0.2% proof stress and tensile strength to improve wear resistance and crack resistance, but once cracks occur, Cracks remain without being removed due to wear. If the number of cracks increases due to the addition of new cracks, the crack cracking resistance decreases. Therefore, when adding Mo, it is preferable to set it as 0.1 mass% or less.

本発明のパーライト鋼レールは、上記成分以外の残部は、Feおよび不可避的不純物からなる。ただし、本発明の作用効果に悪影響を及ぼさない範囲内であれば、他の成分を含有することを拒むものではない。例えば、不可避的不純物として混入してくるNは0.006mass%以下、また、Oは0.004mass%以下であれば混入を許容することができる。さらに、不純物として混入するTiは、酸化物を形成し、レールの基本特性である耐疲労損傷性の低下を招く元素であるが、0.0010%以下であれば混入を許容することができる。   In the pearlite steel rail of the present invention, the balance other than the above components is composed of Fe and inevitable impurities. However, it does not refuse to contain other components as long as it does not adversely affect the effects of the present invention. For example, N mixed as an inevitable impurity can be allowed to be mixed if it is 0.006 mass% or less and O is 0.004 mass% or less. Further, Ti mixed as an impurity is an element that forms an oxide and causes a reduction in fatigue damage resistance, which is a basic characteristic of the rail. However, if it is 0.0010% or less, mixing can be permitted.

さらに、本発明のパーライト鋼レールは、安全運行のためにレールに電気信号を流す必要があることから、電気抵抗率(比抵抗)ρを21.1〜23.7μΩ・cmの範囲に制御する必要があり、そのためには、C,Si,MnおよびCrは、下記(1)式;
ρ[μΩ・cm]=0.95×A+12.4 ・・・(1)
ただし、A=(13.8×Si+6.01×Mn+5.38×Cr+0.01)×((1−0.15×C)/(1−0.3×C))
ここで、上記式中の元素記号は、その元素の含有量(mass%)を意味する。
を満たして含有する必要がある。電気抵抗率が、21.1〜23.7μΩ・cmの範囲から外れると、軌道短絡が発生しやすくなり、鉄道の運行管理の妨げとなるからである。
Furthermore, since the pearlite steel rail of the present invention requires an electrical signal to flow through the rail for safe operation, the electrical resistivity (specific resistance) ρ is controlled in the range of 21.1 to 23.7 μΩ · cm. For that purpose, C, Si, Mn and Cr are represented by the following formula (1):
ρ [μΩ · cm] = 0.95 × A + 12.4 (1)
However, A = (13.8 * Si + 6.01 * Mn + 5.38 * Cr + 0.01) * ((1-0.15 * C) / (1-0.3 * C))
Here, the element symbol in the above formula means the content (mass%) of the element.
It is necessary to contain and satisfy. This is because if the electrical resistivity falls outside the range of 21.1 to 23.7 μΩ · cm, a track short circuit is likely to occur, which hinders railway operation management.

次に、本発明のパーライト鋼レールの機械的特性について説明する。
0.2%耐力:500MPa超800MPa未満
きしみ割れは、塑性流動に沿ってレール内部へ進展し、レールの使用寿命を低下させる現象である。このきしみ割れに対する抵抗力を高めるために、本発明のパーライト鋼レールは、0.2%耐力を500MPa超800MPa未満の範囲に制御する必要がある。
以下、その裏づけとなる基礎実験について説明する。
Next, the mechanical characteristics of the pearlite steel rail of the present invention will be described.
0.2% proof stress: more than 500 MPa and less than 800 MPa Scratch cracking is a phenomenon that progresses into the rail along the plastic flow and decreases the service life of the rail. In order to increase the resistance against the cracks, the pearlite steel rail of the present invention needs to control the 0.2% proof stress within the range of more than 500 MPa and less than 800 MPa.
In the following, basic experiments that support this will be described.

(基礎実験1)
表1に示した成分組成を有する鋼素材を、レール形状に熱間圧延後、表2に示したように冷却停止温度を種々に変化させて加速冷却した。次いで、上記レールについて、後述する実施例と同じ条件で、引張試験および西原式摩耗試験機を用いたきしみ割れ試験を行い、引張特性および耐きしみ割れ性を評価し、その結果を表2に併記して示した。なお、耐きしみ割れ性の評価は、上記摩耗試験後の試験片を、後述する図6に示すように厚さ方向に半分に切断し、カーボン樹脂に埋め込み後、研摩し、サンプルに発生した割れの個数を測定し、規準となる鋼材(表2の鋼記号B)よりも10%以上割れの個数の少ない場合を◎、基準材と同等の場合を○、基準材よりも5%以上割れの個数が多い場合を△と評価した。
(Basic experiment 1)
A steel material having the component composition shown in Table 1 was hot-rolled into a rail shape, and then acceleratedly cooled with various cooling stop temperatures as shown in Table 2. Next, the above-mentioned rail was subjected to a tensile test and a crack crack test using a Nishihara-type abrasion tester under the same conditions as in the examples described later, and the tensile properties and crack crack resistance were evaluated. The results are also shown in Table 2. Showed. In addition, the evaluation of the crack resistance was determined by cutting the test piece after the abrasion test in half in the thickness direction as shown in FIG. 6 described later, embedding in a carbon resin, polishing, and cracking generated in the sample. When the number of cracks is 10% or more smaller than the standard steel material (steel symbol B in Table 2), ◎, when the number of cracks is equal to the standard material, and when cracking is 5% or more than the standard material The case where the number was large was evaluated as Δ.

Figure 0005453624
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Figure 0005453624
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図1は、冷却停止温度と0.2%耐力との関係を示したものであり、冷却停止温度を低くすることにより、0.2%耐力を高めることができることがわかる。
また、表2より、0.2%耐力を500MPa超800MPa未満とすることで、良好な耐きしみ割れ性が得られていることがわかる。
FIG. 1 shows the relationship between the cooling stop temperature and the 0.2% yield strength, and it can be seen that the 0.2% yield strength can be increased by lowering the cooling stop temperature.
Moreover, it can be seen from Table 2 that good crack resistance is obtained by setting the 0.2% proof stress to more than 500 MPa and less than 800 MPa.

(基礎実験2)
表3に示した成分組成を有する鋼素材を、レール形状に熱間圧延後、表4に示したように、冷却速度を種々に変化させて加速冷却した。次いで、上記レールについて、後述する実施例と同じ条件で、引張試験および西原式摩耗試験機を用いたきしみ割れ試験を行い、引張特性および耐きしみ割れ性を評価し、その結果を表4に併記して示した。なお、耐きしみ割れ性の評価は、上記摩耗試験後の試験片を、後述する図6に示すように厚さ方向に半分に切断し、カーボン樹脂に埋め込み後、研摩し、サンプルに発生した割れの個数を測定し、規準となる鋼材(表4の鋼記号B)よりも10%以上割れの個数の少ない場合を◎、基準材と同等の場合を○、基準材よりも5%以上割れの個数が多い場合を△と評価した。
(Basic experiment 2)
A steel material having the composition shown in Table 3 was hot-rolled into a rail shape, and then accelerated and cooled as shown in Table 4 with various cooling rates. Next, the above-mentioned rail was subjected to a tensile test and a crack crack test using a Nishihara-type abrasion tester under the same conditions as in the examples described later, and the tensile properties and crack crack resistance were evaluated. The results are also shown in Table 4. Showed. In addition, the evaluation of the crack resistance was determined by cutting the test piece after the abrasion test in half in the thickness direction as shown in FIG. 6 described later, embedding in a carbon resin, polishing, and cracking generated in the sample. When the number of cracks is 10% or more smaller than the standard steel material (steel symbol B in Table 4), ◎, when the number of cracks is the same as the standard material, and when cracking is 5% or more than the standard material The case where the number was large was evaluated as Δ.

Figure 0005453624
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Figure 0005453624
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図2は、冷却速度と0.2%耐力との関係を示したものであり、冷却速度が0.5℃/秒以下の場合、放冷の場合と比較して差は認められないが、冷却速度を大きくすることにより、0.2%耐力を高めることができ、3℃/秒超えでは800MPa以上となることがわかる。
また、表4より、先述した表2と同様に、0.2%耐力を500MPa超800MPa未満とすることで、良好な耐きしみ割れ性が得られていることがわかる。
FIG. 2 shows the relationship between the cooling rate and the 0.2% proof stress. When the cooling rate is 0.5 ° C./second or less, no difference is observed compared to the case of cooling. It can be seen that by increasing the cooling rate, the 0.2% proof stress can be increased, and if it exceeds 3 ° C./second, it becomes 800 MPa or more.
In addition, from Table 4, it can be seen that, as in Table 2 described above, by setting the 0.2% proof stress to more than 500 MPa and less than 800 MPa, good crack resistance is obtained.

以上のことから、0.2%耐力を500MPa超800MPa未満の範囲とすることで、耐きしみ割れ性が良好なレールが得られることがわかる。なお、0.2%耐力が、上記のように塑性流動深さ、きしみ割れ深さや個数および摩耗量に及ぼす影響は以下のように説明することができる。
0.2%耐力が500MPa以下では、塑性流動深さおよびきしみ割れの深さが大きくなり、耐きしみ割れ性は低下するが、同時に摩耗量も増加するため、きしみ割れの個数は上昇しない。一方、0.2%耐力の上昇により、耐摩耗性や耐きしみ割れ性は向上するものの、800MPaを超えると、一旦、きしみ割れが発生した場合には、その割れは摩耗によって除去されずに残存するようになり、ここにさらに新たなきしみ割れが加わって、割れの数が増加するため、耐きしみ割れ性が低下するものと考えられる。
From the above, it can be seen that by setting the 0.2% proof stress in the range of more than 500 MPa and less than 800 MPa, a rail with good crack resistance can be obtained. The influence of the 0.2% proof stress on the plastic flow depth, the crack crack depth and number, and the wear amount as described above can be explained as follows.
When the 0.2% proof stress is 500 MPa or less, the plastic flow depth and the crack crack depth increase and the crack crack resistance decreases, but the wear amount also increases at the same time, so the number of crack cracks does not increase. On the other hand, although the wear resistance and crack crack resistance are improved by increasing the 0.2% proof stress, once the crack exceeds 800 MPa, the crack remains without being removed by wear. It is considered that the crack crack resistance is lowered because a new crack crack is added and the number of cracks is increased.

引張強さ:900MPa超1080MPa未満
本発明のパーライト鋼レールは、引張強さを、900MPa超1080MPa未満の範囲に制御するのが好ましい。引張強さが900MPa以下では、耐きしみ割れ性が低下し、割れが発生しやすくなる。一方、引張強さが上昇するとともに、耐摩耗性、耐きしみ割れ性は向上するが、引張強さが1080MPa以上になると、一旦、きしみ割れが発生すると、その割れは摩耗によって除去されずに残存し、ここにさらに新たなきしみ割れが加わることにより、割れの数が増加し、耐きしみ割れ性が低下するようになる。よって、本発明のパーライト鋼レールは、引張強さを900MPa超1080MPa未満の範囲とするのが好ましい。
Tensile strength: more than 900 MPa and less than 1080 MPa The pearlite steel rail of the present invention preferably has a tensile strength controlled in a range of more than 900 MPa and less than 1080 MPa. When the tensile strength is 900 MPa or less, the crack resistance is reduced and cracking is likely to occur. On the other hand, the tensile strength increases and the wear resistance and crack crack resistance are improved. However, once the tensile strength becomes 1080 MPa or more, once a crack crack occurs, the crack remains without being removed by wear. However, by adding new cracks here, the number of cracks increases, and the crack crack resistance decreases. Therefore, the pearlite steel rail of the present invention preferably has a tensile strength in the range of more than 900 MPa and less than 1080 MPa.

0.2%耐力と引張強さとの比(降伏比:YR):55%超
0.2%耐力と引張強さの比である降伏比YRを55%超に制御すると、0.2%耐力や引張強さを好ましい範囲に制御することができ、より安定して耐きしみ割れ性に優れたレールを得ることが可能となる。よって、0.2%耐力と引張強さとの比は55%超が好ましい。
Ratio between 0.2% yield strength and tensile strength (yield ratio: YR): over 55% When the yield ratio YR, which is the ratio between 0.2% yield strength and tensile strength, is controlled to exceed 55%, 0.2% yield strength Further, it is possible to control the tensile strength within a preferable range, and it is possible to obtain a rail that is more stable and has excellent crack resistance. Therefore, the ratio between the 0.2% proof stress and the tensile strength is preferably more than 55%.

次に、本発明のパーライト鋼レールは、上述した本発明の成分組成に調整した鋼素材を、例えば、以下に示す条件で熱間圧延し、放冷または加速冷却することで製造することができる。
圧延仕上温度:850〜950℃
熱間圧延における圧延仕上温度は、850〜950℃の範囲とするのが好ましい。圧延仕上温度が850℃より低いと、オーステナイトの低温域で圧延が行われることになるので、オーステナイト結晶粒に加工歪が導入されるだけでなく、結晶粒の伸長度が大きくなってオーステナイト粒界面積が増加する。その結果、パーライト核生成サイトが増加し、パーライトコロニーサイズが微細化する。しかし、パーライト核生成サイトの増加によって、パーライト変態開始温度が上昇し、パーライト層のラメラー間隔が粗大化するため、0.2%耐力および引張強さが低下して、きしみ割れに対する抵抗力が低下してしまう。一方、圧延仕上温度が950℃を超えると、オーステナイト結晶粒が粗大化し、パーライト核生成サイトが減少するため、パーライト変態開始温度が低下して、パーライト層のラメラー間隔が微細化する。そのため、0.2%耐力や引張強さが上昇し、耐摩耗性や耐きしみ割れ性が向上するが、一旦、きしみ割れが発生すると、その割れは摩耗によっても除去されずに残存するようになり、これにさらに、新たなきしみ割れが加わることで、割れの数が増加し、耐きしみ割れ性が低下するからである。
Next, the pearlite steel rail of the present invention can be manufactured by hot-rolling the steel material adjusted to the above-described component composition of the present invention, for example, under the following conditions, and allowing to cool or accelerate. .
Rolling finishing temperature: 850-950 ° C
The rolling finishing temperature in the hot rolling is preferably in the range of 850 to 950 ° C. When the rolling finishing temperature is lower than 850 ° C., rolling is performed in a low temperature range of austenite, so that not only processing strain is introduced into the austenite crystal grains, but also the degree of elongation of the crystal grains increases and the austenite grain boundary Increases area. As a result, the number of pearlite nucleation sites increases and the pearlite colony size becomes finer. However, the increase in the pearlite nucleation site increases the pearlite transformation start temperature and coarsens the lamellar spacing of the pearlite layer, thus reducing the 0.2% proof stress and tensile strength, and reducing the resistance to cracking. Resulting in. On the other hand, when the rolling finishing temperature exceeds 950 ° C., the austenite crystal grains become coarse and pearlite nucleation sites decrease, so that the pearlite transformation start temperature decreases and the lamellar spacing of the pearlite layer becomes fine. Therefore, 0.2% proof stress and tensile strength are increased, and wear resistance and crack resistance are improved. However, once a crack is generated, the crack remains without being removed by wear. This is because the number of cracks increases and the crack crack resistance decreases due to the addition of new cracks.

熱間圧延後の冷却:放冷または加速冷却
上記熱間圧延後、圧延されたレールは常温まで冷却されるが、この際の冷却方法は、放冷、加速冷却のいずれでもよい。ただし、0.2%耐力や引張強さを上昇させたい場合には、レール頭表部を、パーライト変態開始温度以上の温度から550〜700℃までを0.5℃/秒超3℃/秒以下の速度で冷却する加速冷却を行うことが好ましい。以下、上記加速冷却条件について説明する。なお、この際、レール底部は、加速冷却を行っても放冷してもかまわない。
Cooling after hot rolling: Allowing to cool or accelerating cooling After the hot rolling, the rolled rail is cooled to room temperature. The cooling method at this time may be either cooling or acceleration cooling. However, when it is desired to increase the 0.2% proof stress and tensile strength, the rail head surface portion is from 0.5 ° C / second over 3 ° C / second from pearlite transformation start temperature to 550-700 ° C. Accelerated cooling is preferably performed at the following speed. Hereinafter, the accelerated cooling condition will be described. At this time, the bottom of the rail may be accelerated or cooled.

加速冷却開始温度:パーライト変態開始温度以上
加速冷却を行う場合は、冷却開始温度をパーライト変態開始温度以上とするのが好ましい。冷却開始温度がパーライト変態開始温度より低下すると、0.2%耐力や引張強さを高めることが困難となるからである。なお、パーライト変態開始温度は、成分組成や冷却速度によって変化するが、本発明では、平衡変態温度のことを言うものとする。したがって、本発明のレールの成分組成範囲では、720℃以上の温度から加速冷却を開始すればよいことになる。
Accelerated cooling start temperature: pearlite transformation start temperature or higher When performing accelerated cooling, the cooling start temperature is preferably set to the pearlite transformation start temperature or higher. This is because when the cooling start temperature is lower than the pearlite transformation start temperature, it is difficult to increase the 0.2% yield strength and the tensile strength. The pearlite transformation start temperature varies depending on the component composition and the cooling rate, but in the present invention, it means the equilibrium transformation temperature. Therefore, in the component composition range of the rail of the present invention, accelerated cooling may be started from a temperature of 720 ° C. or higher.

加速冷却速度:0.5℃/秒超3℃/秒以下
加速冷却における冷却速度は、0.5℃/秒超3℃/秒以下とするのが好ましい。図4に示した冷却速度と0.2%耐力との関係から明らかなように、冷却速度が0.5℃/秒以下では、放冷のときの0.2%耐力と差はなく、加速冷却の効果が得られない。一方、冷却速度が3℃/秒を超えると、0.2%耐力が上昇し過ぎて、本発明の範囲(500MPa超800MPa未満)外となってしまうからである。
Accelerated cooling rate: more than 0.5 ° C./second and not more than 3 ° C./second The cooling rate in accelerated cooling is preferably more than 0.5 ° C./second and not more than 3 ° C./second. As is clear from the relationship between the cooling rate shown in FIG. 4 and the 0.2% yield strength, when the cooling rate is 0.5 ° C./second or less, there is no difference from the 0.2% yield strength when allowed to cool, and acceleration The cooling effect cannot be obtained. On the other hand, when the cooling rate exceeds 3 ° C./second, the 0.2% proof stress is excessively increased and falls outside the range of the present invention (over 500 MPa and less than 800 MPa).

加速冷却停止温度:550〜700℃
加速冷却における冷却停止温度は、550〜700℃の範囲とするのが好ましい。図1に示した冷却停止温度と0.2%耐力との関係から明らかなように、冷却停止温度が700℃を超えると、放冷の場合と冷却条件に差がなくなるため、0.2%耐力が低下し、500MPa以下となってしまう。一方、冷却停止温度が550℃未満になると、パーライト変態終了後まで冷却することになるため、0.2%耐力が上昇し過ぎ、800MPa以上となってしまう。よって、加速冷却するときに冷却停止温度は550〜700℃とするのが好ましい。
Accelerated cooling stop temperature: 550-700 ° C
The cooling stop temperature in the accelerated cooling is preferably in the range of 550 to 700 ° C. As is clear from the relationship between the cooling stop temperature and the 0.2% yield strength shown in FIG. 1, when the cooling stop temperature exceeds 700 ° C., there is no difference in the cooling conditions from the case of cooling, so 0.2% The yield strength is reduced to 500 MPa or less. On the other hand, when the cooling stop temperature is less than 550 ° C., cooling is performed until after completion of the pearlite transformation, so that the 0.2% proof stress is excessively increased to 800 MPa or more. Therefore, the cooling stop temperature is preferably 550 to 700 ° C. when accelerated cooling is performed.

表5に示した成分組成を有する鋼素材を、表6に示した条件で熱間圧延し、放冷または加速冷却してレールを製造した。なお、加速冷却は、レール頭部に対してのみ行ない、冷却停止後は放冷した。なお、表6中の圧延仕上温度とは、最終圧延ミル入側のレール頭部側面表層の温度を放射温度計で測定した値であり、冷却停止温度は、冷却設備出側のレール頭部側面表層の温度を放射温度計で測定した値であり、また、冷却速度は、冷却開始から停止までの間の温度の平均時間変化であり、放冷は、加速冷却していないことを表している。   A steel material having the composition shown in Table 5 was hot-rolled under the conditions shown in Table 6 and allowed to cool or accelerated to produce a rail. In addition, accelerated cooling was performed only on the rail head, and was allowed to cool after cooling was stopped. The rolling finish temperature in Table 6 is a value obtained by measuring the temperature of the rail head side surface layer on the final rolling mill entry side with a radiation thermometer, and the cooling stop temperature is the rail head side surface on the cooling equipment exit side. The temperature of the surface layer is a value measured with a radiation thermometer, and the cooling rate is the average time change in temperature from the start to the stop of cooling, and standing to cool indicates that accelerated cooling is not performed .

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上記のようにして得た各種レールについて、引張試験、耐摩耗性および耐きしみ割れ性の評価を、下記の要領で行った。
<引張試験>
JIS E1101に規定された引張試験片の採取位置(図3参照)から、JIS Z2201に規定された4号試験片を採取し、JIS Z2241に準じて引張試験を行い、0.2%耐力(0.2%PS)、引張強さ(TS)を測定し、0.2%耐力と引張強さの比である降伏比(YR)を求めた。
The various rails obtained as described above were evaluated for tensile tests, wear resistance, and crack resistance in the following manner.
<Tensile test>
A No. 4 test piece specified in JIS Z2201 was taken from the sampling position of the tensile test piece specified in JIS E1101 (see FIG. 3), and a tensile test was conducted in accordance with JIS Z2241, and a 0.2% proof stress (0 .2% PS) and tensile strength (TS) were measured, and the yield ratio (YR), which is the ratio of 0.2% proof stress to tensile strength, was determined.

<摩耗試験>
耐摩耗性の評価は、レールを実際に敷設して行うのが最も望ましいが、その方法では評価に長時間を要する。そこで、本発明では、短時間で耐摩耗性を評価することができる西原式摩耗試験機(島津製作所製)を用いて、実際のレールと車輪の接触条件をシミュレートした加速試験を行った。この摩耗試験は、外径が30mmφ、内径が16mmφで厚さが8mmのリング状摩耗試験片の外周面(試験面)に曲率半径15mmの曲面を付与した摩耗試験片aを、同形状、同寸法のタイヤ試験片bと、図4に示したように接触させ、すべりを伴って回転させることにより耐摩耗性を評価するものである。なお、図中の矢印は、摩耗試験片aおよびタイヤ試験片bの回転方向を示したものである。
評価の対象となる上記摩耗試験片aは、レール頭部の図5に示した位置から採取した。また、タイヤ試験片bは、JIS E1101に記載された普通レールの頭部から採取した32mmφの丸棒を熱処理し、ビッカース硬さHv(荷重98N)が390の焼き戻しマルテンサイト組織としたのち試験片形状に加工したものである。
なお、摩耗試験は、接触圧力:1.4GPa、試験片aの回転速度:675rpm、タイヤ試験片bの回転速度:750rpm(滑り率:−10%)で行い、16.2万回回転後の質量と試験前の質量との差から摩耗量を求めた。なお、耐摩耗性の評価は、基準となる鋼材(表5の鋼No.1)より摩耗量が少ないほど耐摩耗性に優れていると評価した。
<Abrasion test>
Although it is most desirable to evaluate the wear resistance by actually laying the rail, this method requires a long time for the evaluation. Therefore, in the present invention, an acceleration test simulating actual contact conditions between the rail and the wheel was performed using a Nishihara type wear tester (manufactured by Shimadzu Corporation) that can evaluate the wear resistance in a short time. In this wear test, a wear test piece a having a curved surface with a radius of curvature of 15 mm on the outer peripheral surface (test surface) of a ring-shaped wear test piece having an outer diameter of 30 mmφ, an inner diameter of 16 mmφ, and a thickness of 8 mm is the same shape, The wear resistance is evaluated by bringing the tire test piece b having the dimensions into contact with each other as shown in FIG. 4 and rotating it with slipping. In addition, the arrow in a figure shows the rotation direction of the abrasion test piece a and the tire test piece b.
The abrasion test piece a to be evaluated was collected from the position shown in FIG. 5 of the rail head. The tire test piece b is a test after heat treating a 32 mmφ round bar taken from the head of a normal rail described in JIS E1101 to obtain a tempered martensite structure with a Vickers hardness Hv (load 98 N) of 390. It is processed into a single shape.
The abrasion test was performed at a contact pressure of 1.4 GPa, a rotation speed of the test piece a: 675 rpm, a rotation speed of the tire test piece b: 750 rpm (slip rate: −10%), and after 162,000 rotations. The amount of wear was determined from the difference between the mass and the mass before the test. In addition, evaluation of abrasion resistance evaluated that it was excellent in abrasion resistance, so that there was little abrasion amount from the steel materials used as a reference | standard (steel No. 1 of Table 5).

<耐きしみ割れ性>
耐きしみ割れ性も、レールを実際に敷設して評価するのが最も望ましいが、その方法では評価に長時間を要する。そこで、本発明では、上述した摩耗試験後の試験片aを図6に示すように厚さ方向に半分に切断し、カーボン樹脂に埋め込み、研摩した後、サンプルに発生した割れの個数を測定した。なお、耐きしみ割れ性の評価は、規準となる鋼材(表6の鋼No.1)よりも10%以上割れの個数の少ない場合を◎、基準材と同等の場合を○、基準材よりも5%以上割れの個数が多い場合を△と評価した。
<Crack resistance>
The crack resistance is most preferably evaluated by actually laying rails, but this method requires a long time. Therefore, in the present invention, the specimen a after the abrasion test described above was cut in half in the thickness direction as shown in FIG. 6, embedded in carbon resin, polished, and then the number of cracks generated in the sample was measured. . In addition, the evaluation of the crack crack resistance is ◎ when the number of cracks is 10% or more less than the standard steel material (steel No. 1 in Table 6), ○ when the number of cracks is equal to the standard material, and better than the standard material A case where the number of cracks was 5% or more was evaluated as Δ.

表6の結果から、C,Si,Mn,P,SおよびCrの成分組成を本発明の適正範囲に制御し、かつ、製造条件を本発明の範囲として0.2%耐力を500MPa超800MPa未満に制御した発明例のレール(No.2〜10)は基準材(No.1)に比べて、耐摩耗性を低下することなく、耐きしみ割れ性が改善されていることがわかる。一方、本発明のSiが本発明範囲より高いNo.11のレールは、引張特性、耐きしみ割れ性は優れているが、電気抵抗率が高い。また、成分組成が本発明範囲から外れるNo.12〜19のレールは、0.2%耐力が本発明範囲外となり、基準材に比べて耐きしみ割れ性が低下している。なお、成分組成が本発明の範囲内であっても、製造条件が好ましくないNo.20〜24のレールは、0.2%耐力が本発明範囲外となり、基準材に比べて耐きしみ割れ性が低下している。   From the results in Table 6, the component composition of C, Si, Mn, P, S and Cr is controlled within the proper range of the present invention, and the 0.2% proof stress is more than 500 MPa and less than 800 MPa with the production conditions as the scope of the present invention. It can be seen that the rails (Nos. 2 to 10) of the inventive examples controlled to have improved cracking resistance without lowering the wear resistance as compared with the reference material (No. 1). On the other hand, the Si of the present invention is higher than the range of the present invention. The rail No. 11 has excellent tensile characteristics and crack resistance, but has high electrical resistivity. In addition, the component composition is out of the scope of the present invention. The 12-19 rails have 0.2% proof stress outside the scope of the present invention, and the crack resistance is reduced compared to the reference material. Even when the component composition is within the range of the present invention, the production conditions are not preferred. The 20 to 24 rails have 0.2% proof stress outside the scope of the present invention, and the crack resistance is reduced compared to the reference material.

a:摩耗試験片
b:タイヤ試験片
a: Wear test piece b: Tire test piece

Claims (3)

C:0.75mass%超0.85mass%未満、Si:0.1〜0.3mass%、Mn:0.7〜1.1mass%、P:0.035mass%以下、S:0.0005〜0.010mass%、Cr:0.05〜0.25mass%を含有し、C,Si,MnおよびCr含有量の合計が1.9mass%超2.3mass%未満で、残部がFeおよび不可避的不純物からなる成分組成を有し、下記(1)式で表される電気抵抗率ρが21.1〜23.7μΩ・cm、0.2%耐力が500MPa超800MPa未満であるパーライト鋼レール。
ρ[μΩ・cm]=0.95×A+12.4 ・・・(1)
ここで、A=(13.8×Si+6.01×Mn+5.38×Cr+0.01)×((1−0.15×C)/(1−0.3×C))
ここで、上記式中の元素記号は、その元素の含有量(mass%)である。
C: more than 0.75 mass% and less than 0.85 mass%, Si: 0.1 to 0.3 mass%, Mn: 0.7 to 1.1 mass%, P: 0.035 mass% or less, S: 0.0005 to 0 0.010 mass%, Cr: 0.05 to 0.25 mass%, the total of C, Si, Mn and Cr content is more than 1.9 mass% and less than 2.3 mass%, the balance is Fe and inevitable impurities A pearlite steel rail having an electrical resistivity ρ expressed by the following formula (1) of 21.1 to 23.7 μΩ · cm and a 0.2% proof stress of more than 500 MPa and less than 800 MPa.
ρ [μΩ · cm] = 0.95 × A + 12.4 (1)
Here, A = (13.8 * Si + 6.01 * Mn + 5.38 * Cr + 0.01) * ((1-0.15 * C) / (1-0.3 * C))
Here, the element symbol in the above formula is the content (mass%) of the element.
上記成分組成に加えてさらに、V:0.001〜0.03mass%、Cu:0.5mass%以下、Ni:0.5mass%以下およびMo:0.1mass%以下の中から選ばれる1種または2種以上を含有することを特徴とする請求項1に記載のパーライト鋼レール。 In addition to the above component composition, V: 0.001 to 0.03 mass%, Cu: 0.5 mass% or less, Ni: 0.5 mass% or less, and Mo: 0.1 mass% or less The pearlite steel rail according to claim 1, comprising two or more kinds. 引張強さが900MPa超1080MPa未満、0.2%耐力と引張強さの比が55%超であることを特徴とする請求項1または2に記載のパーライト鋼レール。 The pearlite steel rail according to claim 1 or 2, wherein the tensile strength is more than 900 MPa and less than 1080 MPa, and the ratio of 0.2% proof stress to tensile strength is more than 55%.
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