JP6787426B2 - レールの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、例えば旅客鉄道や高軸重鉄道の直線部で使用されるレールの製造方法に関する。
一般に、鉄道用レールは、連続鋳造後の鋼片（ブルーム）を加熱して、所望のレール形状に熱間圧延し、その後得られたレールを常温まで冷却した後、矯正工程及び検査工程を経て、最終的に製品として出荷される。熱間圧延後、レールを常温まで冷却する手法としては、主に以下の２つが知られている。
第一に、熱間圧延後のレールをそのまま冷却床に搬送し、冷却床にて常温まで放冷（自然冷却）する方法である。この方法により得られるレールは、例えば直線部などの高硬度化が不要な用途に適しており、ＪＩＳ Ｅ １１０１に規定されるいわゆる「普通レール」である。
第二に、熱間圧延後のレールをオンライン熱処理設備に搬送し、そこでレール頭部を４００〜５５０℃程度のパーライト変態温度以下にまで加速冷却（強制冷却）する熱処理を行い、その後、レールを冷却床に搬送し、冷却床にて常温まで放冷（自然冷却）する方法である。この加速冷却は、レール頭部を全断面にわたりスラッククエンチ（ｓｌａｃｋ ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ）するものであり、レール頭部の高硬度化による耐摩耗性の向上を目的に行われるものである。よって、この方法により得られるレールは、急曲線、高軸重などの過酷な条件での使用に適しており、ＪＩＳ Ｅ １１２０に規定されるいわゆる「熱処理レール」である。例えば特許文献１には、熱間圧延後、レールの頭部の表面温度が８００℃から４５０℃の温度域において、レールを正立状態に保持しつつ加速冷却し、その間、レールの足部は機械的に拘束されることを特徴とし、その後レールを常温まで放冷する、レールの製造方法が記載されている。
ところで、レールは冷却床で常温まで冷却される際、高さ方向に制約がないため、高さ方向の曲がりが生じる。その曲がりが大きくなると、その後の矯正工程への搬送（冷却床からの払い出し）や矯正を行うことが困難となる。そのため、矯正工程に搬送されるレールの曲がりが小さいほど、レールの矯正が安易となる。なお、本明細書において「高さ方向の曲がり」とは、レールが正立した状態における上下方向の曲がりを意味する。
熱処理レールの場合、頭部及び足部を含めレールの全体が加速冷却の過程でパーライト変態するため、矯正前のレールの高さ方向の曲がりは小さい。しかしながら、普通レールの場合、熱間圧延後のレールをそのまま冷却床に搬送し、冷却床にて常温まで放冷するため、レールの頭部と足部との間で大きな冷却速度差が生じ、レールの頭部と足部のパーライト変態のタイミングがずれ、それに起因して大きな曲がりが発生しやすくなる。すなわち、普通レールを一般的な製造プロセスで製造しようとする場合、高さ方向の曲がり量が大きくなりやすいという問題があった。特に、熱間圧延後、熱間鋸断機によってレールを切断することなく、長さ１００ｍ以上のままでレールを冷却床に搬送する場合には、この高さ方向の曲がり量が顕著となる。
そこで本発明は、上記課題に鑑み、ＪＩＳ Ｅ １１０１に規定される普通レールの製造において、矯正前のレールの高さ方向の曲がりを小さくすることが可能な、レールの製造方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決すべく本発明者らが鋭意検討したところ、以下の知見を得た。すなわち、普通レールを製造する場合、通常は、熱間圧延後のレールを加速冷却することなく、そのまま冷却床に搬送して常温まで放冷する。しかし、熱間圧延後に、レールをごく軽度に加速冷却すること、具体的には、レール頭部がパーライト変態しない程度の温度（７００℃超え）で加速冷却を停止することによって、冷却床において高さ方向の曲がりが小さい普通レールを製造することができることを見出した。なお、レール頭部をパーライト変態温度以下まで加速冷却してしまうと、加速冷却の過程ではレール頭部の表層部のみがパーライト変態し、冷却床でレール頭部内部の未変態部分がパーライト変態するため、それに起因して大きな曲がりが発生する。そのため、レール頭部の冷却停止温度を７００℃超えとすることが重要である。
上記知見に基づき完成された本発明の要旨構成は以下のとおりである。
［１］質量％で、
Ｃ ：０．６０％以上０．８５％以下、
Ｓｉ：０．１０％以上１．００％以下、及び
Ｍｎ：０．１０％以上１．３０％以下
を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる成分組成を有する鋼片を熱間圧延してレールを得る工程と、
前記レールを、
レール頭部の冷却開始温度Ｔ１：７５０℃以上８５０℃以下、
レール頭部の冷却停止温度Ｔ２：７００℃超え、かつ、
Ｔ１−Ｔ２が２０℃以上
の条件で加速冷却する工程と、
その後、前記レールを放冷する工程と、
を有することを特徴とするレールの製造方法。
［１］質量％で、
Ｃ ：０．６０％以上０．８５％以下、
Ｓｉ：０．１０％以上１．００％以下、及び
Ｍｎ：０．１０％以上１．３０％以下
を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる成分組成を有する鋼片を熱間圧延してレールを得る工程と、
前記レールを、
レール頭部の冷却開始温度Ｔ１：７５０℃以上８５０℃以下、
レール頭部の冷却停止温度Ｔ２：７００℃超え、かつ、
Ｔ１−Ｔ２が２０℃以上
の条件で加速冷却する工程と、
その後、前記レールを放冷する工程と、
を有することを特徴とするレールの製造方法。
［２］前記成分組成が、質量％で、
Ｃｒ：１．５０％以下、
Ｖ ：０．５０％以下、
Ｃｕ：０．５０％以下、
Ｎｉ：０．５０％以下、
Ｎｂ：０．１０％以下、
Ｍｏ：０．５０％以下、
Ａｌ：０．０５％以下、
Ｗ ：０．５０％以下、
Ｂ ：０．００５％以下、
Ｔｉ：０．０５％以下、
Ｍｇ：０．０２０％以下、及び
Ｃａ：０．０２０％以下
からなる群より選択される１種以上をさらに含有する、上記［１］に記載のレールの製造方法。
Ｃｒ：１．５０％以下、
Ｖ ：０．５０％以下、
Ｃｕ：０．５０％以下、
Ｎｉ：０．５０％以下、
Ｎｂ：０．１０％以下、
Ｍｏ：０．５０％以下、
Ａｌ：０．０５％以下、
Ｗ ：０．５０％以下、
Ｂ ：０．００５％以下、
Ｔｉ：０．０５％以下、
Ｍｇ：０．０２０％以下、及び
Ｃａ：０．０２０％以下
からなる群より選択される１種以上をさらに含有する、上記［１］に記載のレールの製造方法。
本発明のレールの製造方法によれば、ＪＩＳ Ｅ １１０１に規定される普通レールの製造において、矯正前のレールの高さ方向の曲がりを小さくすることができる。
本発明の一実施形態によるレールの製造方法は、所定の成分組成を有する鋼片を熱間圧延してレールを得る工程と、前記レールを、所定の条件で加速冷却する工程と、その後、前記レールを放冷する工程と、を有する。その後、レールは、定法による矯正工程及び検査工程を経て、最終的に製品となる。
（成分組成）
まず、鋼片及びレールの成分組成について説明する。なお、成分組成における元素の含有量の単位はいずれも「質量％」であるが、以下、特に断らない限り単に「％」で示す。
まず、鋼片及びレールの成分組成について説明する。なお、成分組成における元素の含有量の単位はいずれも「質量％」であるが、以下、特に断らない限り単に「％」で示す。
Ｃ：０．６０％以上０．８５％以下
Ｃはパーライト組織においてセメンタイトを形成し、レールの強度を確保するための必須元素である。Ｃ量が０．６０％未満の場合、レールの強度を確保することが困難である。また、初析フェライトが生成しやすくなり、それを核として、パーライト変態が開始するため、レールを冷却床へ搬送する間に曲がりが大きくなる。一方、Ｃ量が０．８５％超えの場合、本発明での加速冷却中に初析セメンタイトが生成し、それを核として、パーライト変態が開始するため、レールを冷却床へ搬送する間に曲がりが大きくなる。したがって、Ｃ量は０．６０％以上０．８５％以下とする。
Ｃはパーライト組織においてセメンタイトを形成し、レールの強度を確保するための必須元素である。Ｃ量が０．６０％未満の場合、レールの強度を確保することが困難である。また、初析フェライトが生成しやすくなり、それを核として、パーライト変態が開始するため、レールを冷却床へ搬送する間に曲がりが大きくなる。一方、Ｃ量が０．８５％超えの場合、本発明での加速冷却中に初析セメンタイトが生成し、それを核として、パーライト変態が開始するため、レールを冷却床へ搬送する間に曲がりが大きくなる。したがって、Ｃ量は０．６０％以上０．８５％以下とする。
Ｓｉ：０．１０％以上１．００％以下
Ｓｉは脱酸剤として添加され、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、高強度化に寄与するため添加される。Ｓｉ量が０．１０％未満の場合、脱酸の効果が少なく、高強度化の効果を十分に得ることができない。また、初析フェライトが生成しやすくなり、それを核として、パーライト変態が開始するため、レールを冷却床へ搬送する間に曲がりが大きくなる。一方、Ｓｉ量が１．００％超えの場合、Ｓｉの有する高い酸素との結合力のため、レール鋼中に酸化物が生成し、それを核として、パーライト変態が開始するため、レールを冷却床へ搬送する間に曲がりが大きくなる。したがって、Ｓｉ量は０．１０％以上１．００％以下とする。
Ｓｉは脱酸剤として添加され、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、高強度化に寄与するため添加される。Ｓｉ量が０．１０％未満の場合、脱酸の効果が少なく、高強度化の効果を十分に得ることができない。また、初析フェライトが生成しやすくなり、それを核として、パーライト変態が開始するため、レールを冷却床へ搬送する間に曲がりが大きくなる。一方、Ｓｉ量が１．００％超えの場合、Ｓｉの有する高い酸素との結合力のため、レール鋼中に酸化物が生成し、それを核として、パーライト変態が開始するため、レールを冷却床へ搬送する間に曲がりが大きくなる。したがって、Ｓｉ量は０．１０％以上１．００％以下とする。
Ｍｎ：０．１０％以上１．３０％以下
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、高強度化に寄与するため添加される。Ｍｎ量が０．１０％未満の場合、高強度化の効果を十分に得ることができない。また、初析フェライトが生成しやすくなり、それを核として、パーライト変態が開始するため、レールを冷却床へ搬送する間に曲がりが大きくなる。一方、Ｍｎ量が１．３０％超えの場合、粗大なＭｎＳが生成し、それを核として、パーライト変態が開始するため、レールを冷却床へ搬送する間に曲がりが大きくなる。したがって、Ｍｎ量は０．１０％以上１．３０％以下とする。
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、高強度化に寄与するため添加される。Ｍｎ量が０．１０％未満の場合、高強度化の効果を十分に得ることができない。また、初析フェライトが生成しやすくなり、それを核として、パーライト変態が開始するため、レールを冷却床へ搬送する間に曲がりが大きくなる。一方、Ｍｎ量が１．３０％超えの場合、粗大なＭｎＳが生成し、それを核として、パーライト変態が開始するため、レールを冷却床へ搬送する間に曲がりが大きくなる。したがって、Ｍｎ量は０．１０％以上１．３０％以下とする。
鋼片及びレールの成分組成は、以上の基本成分を含み、残部はＦｅ及び不可避的不純物からなるものとすることができる。ただし、本発明の作用効果に実質的に影響しない範囲において、任意元素として以下の元素から選択される１種以上をさらに含有してもよい。
Ｃｒ：１．５０％以下
Ｃｒは、レールの高強度化をもたらす元素である。その効果を得る観点から、Ｃｒ量は０．１０％以上とすることが好ましい。しかし、Ｃｒ量が１．５０％を超えると、粗大なセメンタイトが生成し、却ってレールの疲労損傷が発生しやすくなる。したがって、Ｃｒを添加する場合、Ｃｒ量は１．５０％以下とする。
Ｃｒは、レールの高強度化をもたらす元素である。その効果を得る観点から、Ｃｒ量は０．１０％以上とすることが好ましい。しかし、Ｃｒ量が１．５０％を超えると、粗大なセメンタイトが生成し、却ってレールの疲労損傷が発生しやすくなる。したがって、Ｃｒを添加する場合、Ｃｒ量は１．５０％以下とする。
Ｖ：０．５０％以下
Ｖは、炭窒化物を形成し、析出強化によりレールの高強度化を図るための元素である。その効果を得る観点から、Ｖ量は０．００５％以上とすることが好ましい。しかし、Ｃ量が０．５０％を超えると、合金コストが増加する。したがって、Ｖを添加する場合、Ｖ量は０．５０％以下とする。
Ｖは、炭窒化物を形成し、析出強化によりレールの高強度化を図るための元素である。その効果を得る観点から、Ｖ量は０．００５％以上とすることが好ましい。しかし、Ｃ量が０．５０％を超えると、合金コストが増加する。したがって、Ｖを添加する場合、Ｖ量は０．５０％以下とする。
Ｃｕ：０．５０％以下
Ｃｕは、固溶強化によりレールの更なる高強度化を図るための元素である。その効果を得る観点から、Ｃｕ量は０．００５％以上とすることが好ましい。しかし、Ｃｕ量が０．５０％を超えると、Ｃｕ割れが生じ易くなる。したがって、Ｃｕを添加する場合、Ｃｕ量は０．５０％以下とする。
Ｃｕは、固溶強化によりレールの更なる高強度化を図るための元素である。その効果を得る観点から、Ｃｕ量は０．００５％以上とすることが好ましい。しかし、Ｃｕ量が０．５０％を超えると、Ｃｕ割れが生じ易くなる。したがって、Ｃｕを添加する場合、Ｃｕ量は０．５０％以下とする。
Ｎｉ：０．５０％以下
Ｎｉは、延性を劣化することなくレールの高強度化を図るための元素である。また、Ｃｕと複合添加することによりＣｕ割れを抑制するため、Ｃｕを添加した場合にはＮｉも添加することが望ましい。これらの効果を得る観点から、Ｎｉ量は０．００５％以上とすることが好ましい。しかし、Ｎｉ量が０．５０％を超えると、合金コストの増加を招く。したがって、Ｎｉを添加する場合、Ｎｉ量は０．５０％以下とする。
Ｎｉは、延性を劣化することなくレールの高強度化を図るための元素である。また、Ｃｕと複合添加することによりＣｕ割れを抑制するため、Ｃｕを添加した場合にはＮｉも添加することが望ましい。これらの効果を得る観点から、Ｎｉ量は０．００５％以上とすることが好ましい。しかし、Ｎｉ量が０．５０％を超えると、合金コストの増加を招く。したがって、Ｎｉを添加する場合、Ｎｉ量は０．５０％以下とする。
Ｎｂ：０．１０％以下
Ｎｂは、鋼中のＣやＮと結び付いて圧延中および圧延後に炭化物、窒化物または炭窒化物として析出し、レールの高硬度化を図るための元素である。その効果を得る観点から、Ｎｂ量は０．００５％以上とすることが好ましい。しかし、Ｎｂ量が０．１０％を超えると、合金コストの増加を招く。したがって、Ｎｂを添加する場合、Ｎｂ量は０．１０％以下とする。
Ｎｂは、鋼中のＣやＮと結び付いて圧延中および圧延後に炭化物、窒化物または炭窒化物として析出し、レールの高硬度化を図るための元素である。その効果を得る観点から、Ｎｂ量は０．００５％以上とすることが好ましい。しかし、Ｎｂ量が０．１０％を超えると、合金コストの増加を招く。したがって、Ｎｂを添加する場合、Ｎｂ量は０．１０％以下とする。
Ｍｏ：０．５０％以下
Ｍｏは、固溶強化によりレールの更なる高強度化を図るための元素である。その効果を得る観点から、Ｍｏ量は０．００５％以上とすることが好ましい。しかし、Ｍｏ量が０．５０％を超えると、合金コストの増加を招く。したがって、Ｍｏを添加する場合、Ｍｏ量は０．５０％以下とする。
Ｍｏは、固溶強化によりレールの更なる高強度化を図るための元素である。その効果を得る観点から、Ｍｏ量は０．００５％以上とすることが好ましい。しかし、Ｍｏ量が０．５０％を超えると、合金コストの増加を招く。したがって、Ｍｏを添加する場合、Ｍｏ量は０．５０％以下とする。
Ａｌ：０．０５％以下
Ａｌは、脱酸剤として添加される元素である。その効果を得るためには、Ａｌ量は０．００１％以上とすることが好ましい。しかし、Ａｌ含有量が０．０５％を超えると、合金コストの増加を招く。したがって、Ａｌを添加する場合、Ａｌ量は０．０５％以下とする。
Ａｌは、脱酸剤として添加される元素である。その効果を得るためには、Ａｌ量は０．００１％以上とすることが好ましい。しかし、Ａｌ含有量が０．０５％を超えると、合金コストの増加を招く。したがって、Ａｌを添加する場合、Ａｌ量は０．０５％以下とする。
Ｗ：０．５０％以下
Ｗは、炭化物として析出し、析出強化によりレールの更なる高強度化を図るための元素である。その効果を得るためには、Ｗ量は０．００１％以上とすることが好ましい。しかし、Ｗ含有量が０．５０％を超えると、合金コストの増加を招く。したがって、Ｗを添加する場合、Ｗ量は０．５０％以下とする。
Ｗは、炭化物として析出し、析出強化によりレールの更なる高強度化を図るための元素である。その効果を得るためには、Ｗ量は０．００１％以上とすることが好ましい。しかし、Ｗ含有量が０．５０％を超えると、合金コストの増加を招く。したがって、Ｗを添加する場合、Ｗ量は０．５０％以下とする。
Ｂ：０．００５％以下
Ｂは、窒化物として析出し、析出強化によりレールの更なる高強度化を図るための元素である。その効果を得るためには、Ｂ量は０．０００１％以上とすることが好ましい。しかし、Ｂ含有量が０．００５％を超えると、合金コストの増加を招く。そのため、Ｂを添加する場合、Ｂ量は０．００５％以下とする。
Ｂは、窒化物として析出し、析出強化によりレールの更なる高強度化を図るための元素である。その効果を得るためには、Ｂ量は０．０００１％以上とすることが好ましい。しかし、Ｂ含有量が０．００５％を超えると、合金コストの増加を招く。そのため、Ｂを添加する場合、Ｂ量は０．００５％以下とする。
Ｔｉ：０．０５％以下
Ｔｉは、炭化物、窒化物または炭窒化物として析出し、析出強化によりレールの更なる高強度化を図るための元素である。その効果を得るためには、Ｔｉ量は０．００１％以上とすることが好ましい。しかし、Ｔｉ量が０．０５％を超えると、合金コストの増加を招く。そのため、Ｔｉを添加する場合、Ｔｉ量は０．０５％以下とする。
Ｔｉは、炭化物、窒化物または炭窒化物として析出し、析出強化によりレールの更なる高強度化を図るための元素である。その効果を得るためには、Ｔｉ量は０．００１％以上とすることが好ましい。しかし、Ｔｉ量が０．０５％を超えると、合金コストの増加を招く。そのため、Ｔｉを添加する場合、Ｔｉ量は０．０５％以下とする。
Ｍｇ：０．０２０％以下
Ｍｇは、酸素と結合しＭｇＯを析出して更なる高強度化を図るための元素である。その効果を得るためには、Ｍｇ量は０．００１％以上とすることが好ましい。しかし、Ｍｇ量が０．０２０％を超えると、ＭｇＯの増加により疲労損傷が発生しやすくなる。そのため、Ｍｇを添加する場合、Ｍｇ量は０．０２０％以下とする。
Ｍｇは、酸素と結合しＭｇＯを析出して更なる高強度化を図るための元素である。その効果を得るためには、Ｍｇ量は０．００１％以上とすることが好ましい。しかし、Ｍｇ量が０．０２０％を超えると、ＭｇＯの増加により疲労損傷が発生しやすくなる。そのため、Ｍｇを添加する場合、Ｍｇ量は０．０２０％以下とする。
Ｃａ：０．０２０％以下
Ｃａは、酸素と結合しＣａＯを析出して更なる高強度化を図るための元素である。その効果を得るためには、Ｃａ量は０．００１％以上とすることが好ましい。しかし、Ｃａ量が０．０２０％を超えると、ＣａＯの増加により疲労損傷が発生しやすくなる。そのため、Ｃａを添加する場合、Ｃａは０．０２０％以下とする。
Ｃａは、酸素と結合しＣａＯを析出して更なる高強度化を図るための元素である。その効果を得るためには、Ｃａ量は０．００１％以上とすることが好ましい。しかし、Ｃａ量が０．０２０％を超えると、ＣａＯの増加により疲労損傷が発生しやすくなる。そのため、Ｃａを添加する場合、Ｃａは０．０２０％以下とする。
（熱間圧延）
本実施形態では、上記の成分組成に調整された鋳片を熱間圧延してレールを得る。この工程は、例えば以下に示す定法にて行うことができる。まず、転炉または電気炉で鋼を溶製し、必要に応じて脱ガスなどの二次精錬を経て、鋼の成分組成を上記範囲に調整する。次いで、溶製した鋼を連続鋳造して、鋳片（ブルーム）とする。次に、前記ブルームを、加熱炉で１２００℃以上１３５０℃以下に加熱した後、熱間圧延してレールとする。熱間圧延は、圧延終了温度：８５０℃以上１０００℃以下で行うことが好ましい。
本実施形態では、上記の成分組成に調整された鋳片を熱間圧延してレールを得る。この工程は、例えば以下に示す定法にて行うことができる。まず、転炉または電気炉で鋼を溶製し、必要に応じて脱ガスなどの二次精錬を経て、鋼の成分組成を上記範囲に調整する。次いで、溶製した鋼を連続鋳造して、鋳片（ブルーム）とする。次に、前記ブルームを、加熱炉で１２００℃以上１３５０℃以下に加熱した後、熱間圧延してレールとする。熱間圧延は、圧延終了温度：８５０℃以上１０００℃以下で行うことが好ましい。
（加速冷却）
本実施形態では、次いで、熱間圧延後のレールを以下に示す（Ａ）〜（Ｃ）の条件下で加速冷却することが重要である。この加速冷却は、オンライン熱処理設備を用いた強制冷却である。冷却媒体は特に限定されず、空気、スプレー水、及びミスト等から選択される１種以上を用いることができるが、空気を用いることが好ましい。
本実施形態では、次いで、熱間圧延後のレールを以下に示す（Ａ）〜（Ｃ）の条件下で加速冷却することが重要である。この加速冷却は、オンライン熱処理設備を用いた強制冷却である。冷却媒体は特に限定されず、空気、スプレー水、及びミスト等から選択される１種以上を用いることができるが、空気を用いることが好ましい。
（Ａ）レール頭部（表面）の冷却開始温度Ｔ１：７５０℃以上８５０℃以下
冷却開始温度Ｔ１が７５０℃未満の場合、レールの頭部と足部との温度差がついてしまうため、冷却床での曲がりが大きくなる。そのため、冷却開始温度Ｔ１は７５０℃以上とすることが重要であり、７５５℃以上とすることが好ましい。８５０℃超えの温度域から加速冷却を開始すると、レールの頭部が足部より早く冷やされてしまい、レール頭部と足部のパーライト変態のタイミングがずれ、冷却床での曲がりが大きくなる。そのため、冷却開始温度Ｔ１は８５０℃以下とすることが重要であり、８４５℃以下とすることが好ましい。冷却開始温度Ｔ１は、熱間圧延の圧延終了温度と、熱間圧延後レールがオンライン熱処理設備に搬入されるまでの時間によって、調整することができる。
冷却開始温度Ｔ１が７５０℃未満の場合、レールの頭部と足部との温度差がついてしまうため、冷却床での曲がりが大きくなる。そのため、冷却開始温度Ｔ１は７５０℃以上とすることが重要であり、７５５℃以上とすることが好ましい。８５０℃超えの温度域から加速冷却を開始すると、レールの頭部が足部より早く冷やされてしまい、レール頭部と足部のパーライト変態のタイミングがずれ、冷却床での曲がりが大きくなる。そのため、冷却開始温度Ｔ１は８５０℃以下とすることが重要であり、８４５℃以下とすることが好ましい。冷却開始温度Ｔ１は、熱間圧延の圧延終了温度と、熱間圧延後レールがオンライン熱処理設備に搬入されるまでの時間によって、調整することができる。
（Ｂ）レール頭部（表面）の冷却停止温度Ｔ２：７００℃超え
本実施形態において最も重要な特徴は、冷却停止温度Ｔ２を７００℃超えとすることである。７００℃以下の温度域で加速冷却を停止すると、加速冷却の過程ではレール頭部の表層部のみがパーライト変態し、冷却床でレール頭部内部の未変態部分がパーライト変態するため、冷却床での曲がりが大きくなる。そのため、冷却停止温度Ｔ２は７００℃超えとすることが重要であり、７０５℃以上とすることが好ましい。冷却停止温度Ｔ２は、例えば空気の流量など冷却媒体の供給条件や、オンライン熱処理設備内でのレールの滞在時間によって、調整することができる。
本実施形態において最も重要な特徴は、冷却停止温度Ｔ２を７００℃超えとすることである。７００℃以下の温度域で加速冷却を停止すると、加速冷却の過程ではレール頭部の表層部のみがパーライト変態し、冷却床でレール頭部内部の未変態部分がパーライト変態するため、冷却床での曲がりが大きくなる。そのため、冷却停止温度Ｔ２は７００℃超えとすることが重要であり、７０５℃以上とすることが好ましい。冷却停止温度Ｔ２は、例えば空気の流量など冷却媒体の供給条件や、オンライン熱処理設備内でのレールの滞在時間によって、調整することができる。
（Ｃ）Ｔ１−Ｔ２：２０℃以上
冷却停止温度Ｔ２の上限は、Ｔ１−Ｔ２が２０℃以上となるように設定することが重要である。Ｔ１−Ｔ２が２０℃未満となる場合、本実施形態の加速冷却を行う温度範囲が狭すぎ、一般的な普通レールを製造する場合と同様に、レールの頭部と足部との間で大きな冷却速度差が生じ、レールの頭部と足部のパーライト変態のタイミングがずれ、冷却床での曲がりが大きくなる。Ｔ１−Ｔ２の上限は、Ｔ１及びＴ２がそれぞれ上記（Ａ）及び（Ｂ）を満たす限り、特に限定されない。
冷却停止温度Ｔ２の上限は、Ｔ１−Ｔ２が２０℃以上となるように設定することが重要である。Ｔ１−Ｔ２が２０℃未満となる場合、本実施形態の加速冷却を行う温度範囲が狭すぎ、一般的な普通レールを製造する場合と同様に、レールの頭部と足部との間で大きな冷却速度差が生じ、レールの頭部と足部のパーライト変態のタイミングがずれ、冷却床での曲がりが大きくなる。Ｔ１−Ｔ２の上限は、Ｔ１及びＴ２がそれぞれ上記（Ａ）及び（Ｂ）を満たす限り、特に限定されない。
加速冷却時のレール頭部の表面温度の平均冷却速度は、特に限定されず、熱処理レールを製造する際の一般的な加速冷却時の冷却速度とすることができ、例えば、１．０℃／ｓ以上１０℃／以下とすることができる。
（放冷）
本実施形態では、上記加速冷却の後、レールを常温まで放冷する。この冷却は、オンライン熱処理設備から搬出されたレールを冷却床に搬送し、冷却床にて常温まで自然冷却する工程である。放冷のレール頭部の表面温度の平均冷却速度は、特に限定されないが、一般的に０．２℃／ｓ以上０．６℃／ｓ以下の範囲内となり得る。
本実施形態では、上記加速冷却の後、レールを常温まで放冷する。この冷却は、オンライン熱処理設備から搬出されたレールを冷却床に搬送し、冷却床にて常温まで自然冷却する工程である。放冷のレール頭部の表面温度の平均冷却速度は、特に限定されないが、一般的に０．２℃／ｓ以上０．６℃／ｓ以下の範囲内となり得る。
以上説明した本実施形態のレールの製造方法によれば、ＪＩＳ Ｅ １１０１に規定される普通レールの製造において、矯正前のレールの高さ方向の曲がりを小さくすることができる。矯正前のすなわち冷却床に供給されるレールの長さは特に限定されないが、５０ｍ以上の場合に本発明の効果を顕著に得ることができ、有利である。
（実施例１）
表１に示した成分組成（残部はＦｅ及び不可避的不純物）を有する鋼片を１２５０℃に加熱した後、熱間圧延して、長さ１００ｍのレールとした。なお、圧延終了温度は９００℃とした。その後、得られたレールをオンライン熱処理設備に搬送し、表２に示す条件で加速冷却を行った。その後、レールを冷却床に搬送し、室温まで放冷した。放冷時の平均冷却速度は０．４℃／ｓであった。その後、レール両端部の冷却床からの高さをスケールによって測定し、その平均値を「冷却床での高さ方向の曲がり量」として表２に示した。
表１に示した成分組成（残部はＦｅ及び不可避的不純物）を有する鋼片を１２５０℃に加熱した後、熱間圧延して、長さ１００ｍのレールとした。なお、圧延終了温度は９００℃とした。その後、得られたレールをオンライン熱処理設備に搬送し、表２に示す条件で加速冷却を行った。その後、レールを冷却床に搬送し、室温まで放冷した。放冷時の平均冷却速度は０．４℃／ｓであった。その後、レール両端部の冷却床からの高さをスケールによって測定し、その平均値を「冷却床での高さ方向の曲がり量」として表２に示した。
表２に示した結果から分かるように、本発明例のレールは、いずれも冷却床での高さ方向の曲がり量が１．５ｍ以内となっていた。
（実施例２）
表３に示した成分組成（残部はＦｅ及び不可避的不純物）を有する鋼片を１２６０℃に加熱した後、熱間圧延して、長さ７５ｍのレールとした。なお、圧延終了温度は８８５℃とした。その後、得られたレールをオンライン熱処理設備に搬送し、表４に示す条件で加速冷却を行った。加速冷却時の平均冷却速度は５．０℃／ｓとした。その後、レールを冷却床に搬送し、室温まで放冷した。放冷時の平均冷却速度は０．４℃／ｓであった。その後、実施例１と同じ方法で求めた「冷却床での高さ方向の曲がり量」を表４に示した。
表３に示した成分組成（残部はＦｅ及び不可避的不純物）を有する鋼片を１２６０℃に加熱した後、熱間圧延して、長さ７５ｍのレールとした。なお、圧延終了温度は８８５℃とした。その後、得られたレールをオンライン熱処理設備に搬送し、表４に示す条件で加速冷却を行った。加速冷却時の平均冷却速度は５．０℃／ｓとした。その後、レールを冷却床に搬送し、室温まで放冷した。放冷時の平均冷却速度は０．４℃／ｓであった。その後、実施例１と同じ方法で求めた「冷却床での高さ方向の曲がり量」を表４に示した。
表４に示した結果から分かるように、本発明例のレールは、いずれも冷却床での高さ方向の曲がり量が１．５ｍ以内であった。
本発明のレールの製造方法によれば、ＪＩＳ Ｅ １１０１に規定される普通レールの製造において、矯正前のレールの高さ方向の曲がりを小さくすることができる。
Claims (2)
- 質量％で、
Ｃ ：０．６０％以上０．８５％以下、
Ｓｉ：０．１０％以上１．００％以下、及び
Ｍｎ：０．１０％以上１．３０％以下
を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる成分組成を有する鋼片を熱間圧延してレールを得る工程と、
前記レールを、
レール頭部の冷却開始温度Ｔ１：７５０℃以上８５０℃以下、
レール頭部の冷却停止温度Ｔ２：７００℃超え、かつ、
Ｔ１−Ｔ２が２０℃以上
の条件で加速冷却する工程と、
その後、前記レールを放冷する工程と、
を有することを特徴とするレールの製造方法。 - 前記成分組成が、質量％で、
Ｃｒ：１．５０％以下、
Ｖ ：０．５０％以下、
Ｃｕ：０．５０％以下、
Ｎｉ：０．５０％以下、
Ｎｂ：０．１０％以下、
Ｍｏ：０．５０％以下、
Ａｌ：０．０５％以下、
Ｗ ：０．５０％以下、
Ｂ ：０．００５％以下、
Ｔｉ：０．０５％以下、
Ｍｇ：０．０２０％以下、及び
Ｃａ：０．０２０％以下
からなる群より選択される１種以上をさらに含有する、請求項１に記載のレールの製造方法。
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