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JP4846476B2 - Method for producing pearlitic rails with excellent wear resistance and ductility - Google Patents

Method for producing pearlitic rails with excellent wear resistance and ductility Download PDF

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JP4846476B2 JP2006200861A JP2006200861A JP4846476B2 JP 4846476 B2 JP4846476 B2 JP 4846476B2 JP 2006200861 A JP2006200861 A JP 2006200861A JP 2006200861 A JP2006200861 A JP 2006200861A JP 4846476 B2 JP4846476 B2 JP 4846476B2
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the wear-resistance and the ductility of a rail with which the structure of the head part of the rail is made to fine and the hardness is held in a prescribed range by controlling the composition and the finish-rolling condition of a steel retaining still recrystallizing austenite structure and controlling a heat-treatment condition thereafter. <P>SOLUTION: To a steel slab for rolling to the rail composed of 0.85-1.40% C, 0.05-2.00% Si, 0.05-2.00% Mn and the balance Fe with inevitable impurities, at least a rough-rolling and a finish-rolling are applied to the manufacture of the rail. In the finish-rolling, in the temperature range of the lower than Arcm point - &ge;700&deg;C to the surface temperature of the rail head part, the rolling is applied at &ge;20% accumulated reduction surface ratio of the bend part, and on the head part surface of the rail just after completing the rolling, the still recrystallizing austenite structure is generated at &ge;50% and thereafter, the head part surface of the rail after finish-rolling is acceleratively cooled at least to 550&deg;C with 5-50&deg;C/sec cooling speed within 200 sec after completing the finish-rolling. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、重荷重鉄道で使用されるレールにおいて、頭部の耐摩耗性と延性を同時に向上せることを目的としたパーライト系レールの製造方法に関するものである。
The present invention provides a rail for use in heavy load railways, a manufacturing method of pearlitic rails for the purpose of improving the wear resistance and ductility of the head at the same time.

高炭素含有のパーライト鋼はその優れた耐摩耗性から鉄道用レール材料として使用されてきた。しかしながら、炭素含有量が非常に高いため、延性や靭性が低いといった問題があった。
例えば、非特許文献1に示されている炭素量0.6〜0.7mass%の普通炭素鋼レールでは、JIS3号Uノッチシャルピー衝撃試験での常温の衝撃値は12〜18J/cm程度であり、このようなレールを寒冷地等の低温度域で使用した場合、微小な初期欠陥や疲労き裂から脆性破壊を引き起こすといった問題があった。
また、近年、レール鋼は耐摩耗性改善のため、より一層の高炭素化を進めており、これにともない、延性や靭性がさらに低下するといった問題があった。
High carbon pearlitic steels have been used as a superior wear resistance or al railway rail material. However, since the carbon content is very high, there is a problem that ductility and toughness are low.
For example, in an ordinary carbon steel rail having a carbon content of 0.6 to 0.7 mass% shown in Non-Patent Document 1, an impact value at room temperature in a JIS No. 3 U-notch Charpy impact test is about 12 to 18 J / cm 2 . When such a rail is used in a low temperature region such as a cold region, there is a problem that a brittle fracture is caused by a minute initial defect or a fatigue crack.
In recent years, rail steels have been further increased in carbon to improve wear resistance, and as a result, there has been a problem that ductility and toughness are further lowered.

一般にパーライト鋼の延性や靭性を向上させるには、パーライト組織(パーライトブロックサイズ)の微細化、具体的には、パーライト変態前のオーステナイト組織の細粒化及びパーライト組織の微細化が有効であると言われている。オーステナイト組織の細粒化を達成する方法としては、熱間圧延時の圧延温度の低減、圧下量の増加、さらには、レール圧延後に低温再加熱による熱処理がある。また、パーライト組織の微細化を図る方法としては、変態核を利用したオーステナイト粒内からのパーライト変態の促進等がある。   In general, to improve the ductility and toughness of pearlite steel, it is effective to refine the pearlite structure (pearlite block size), specifically, to refine the austenite structure before pearlite transformation and refine the pearlite structure. It is said. Methods for achieving austenite refinement include a reduction in rolling temperature during hot rolling, an increase in rolling reduction, and a heat treatment by low-temperature reheating after rail rolling. In addition, as a method for reducing the pearlite structure, there is promotion of pearlite transformation from austenite grains using transformation nuclei.

しかし、レールの製造においては、熱間圧延時の成形性確保の観点から、圧延温度の低減、圧下量の増加には限界があり、十分なオーステナイト粒の微細化が達成できなかった。また、変態核を利用したオーステナイト粒内からのパーライト変態については、変態核の量の制御が困難なことや粒内からのパーライト変態が安定しない等の問題があり、十分なパーライト組織の微細化が達成できなかった。   However, in the production of rails, from the viewpoint of securing formability during hot rolling, there are limits to the reduction in rolling temperature and the increase in rolling reduction, and sufficient austenite grain refinement cannot be achieved. In addition, for pearlite transformation from austenite grains using transformation nuclei, there are problems such as difficulty in controlling the amount of transformation nuclei and instability of pearlite transformation from within grains. Could not be achieved.

これらの諸問題から、パーライト組織のレールにおいて延性や靭性を抜本的に改善するには、レール圧延後に低温再加熱を行い、その後、加速冷却によりパーライト変態をさせ、パーライト組織を微細化する方法が用いられてきた。しかし、近年、耐摩耗性改善のためレールの高炭素化が進み、上記の低温再加熱熱処理を行うと、オーステナイト粒内に粗大な炭化物が溶け残り、加速冷却後のパーライト組織の延性や靭性が低下するといった問題が出てくるようになった。また、再加熱であるため、製造コストが高く、生産性も低い等の経済性の問題もある。   In order to drastically improve the ductility and toughness of a pearlite structure rail due to these problems, a method of refining the pearlite structure by performing low-temperature reheating after rail rolling and then performing pearlite transformation by accelerated cooling is a method. Has been used. However, in recent years, the carbon of rails has been increased to improve wear resistance, and when the above-mentioned low-temperature reheating heat treatment is performed, coarse carbides remain undissolved in the austenite grains, and the ductility and toughness of the pearlite structure after accelerated cooling are reduced. The problem of declining came out. Moreover, since it is reheating, there are also economical problems such as high manufacturing cost and low productivity.

そこで、圧延時成形性を確保し、低温再加熱を行わなくても圧延後のパーライト組織を微細化することができる高炭素鋼レールの製造方法の開発が求められるようになってきた。この問題を解決するため、下記特許文献1〜3に示すような高炭素鋼レールの製造方法が開発された。これらのレールの主な特徴は、パーライト組織を微細化するため、高炭素鋼のオーステナイト粒が比較的低温で、かつ、小さい圧下量でも再結晶し易いことを利用して、小圧下の連続圧延によって整粒の微細粒を得、パーライト鋼の延性や靭性を向上させている。   Therefore, it has been demanded to develop a method for producing a high carbon steel rail that can secure the formability during rolling and can refine the pearlite structure after rolling without performing low-temperature reheating. In order to solve this problem, a method for producing a high carbon steel rail as shown in Patent Documents 1 to 3 below has been developed. The main feature of these rails is the continuous rolling under small reduction by utilizing the fact that the austenite grains of high carbon steel are relatively low temperature and are easy to recrystallize even with a small reduction amount in order to refine the pearlite structure. Thus, finely sized grains are obtained and the ductility and toughness of pearlite steel are improved.

特許文献1の開示技術では、高炭素鋼含有の鋼レールの仕上げ圧延において、所定のパス間時間で連続3パス以上の圧延を行うことにより高延性レールを提供することができる。
また、特許文献2の公開技術では、高炭素鋼含有の鋼レールの仕上げ圧延において、所定のパス間時間で連続2パス以上の圧延を行い、さらに、連続圧延を行った後、圧延後に加速冷却を行うことにより高耐摩耗・高靭性レールを提供することができる。
さらに、特許文献3の公開技術では、高炭素鋼含有の鋼レールの仕上げ圧延において、パス間で冷却を施し、さらに、連続圧延を行った後、圧延後に加速冷却を行うことにより高耐摩耗・高靭性レールを提供することができる。
In the disclosed technique of Patent Document 1, in the finish rolling of a steel rail containing high carbon steel, a high ductility rail can be provided by rolling for three or more consecutive passes in a predetermined time between passes.
Further, in the disclosed technique of Patent Document 2, in the finish rolling of a steel rail containing high carbon steel, rolling is performed continuously for two passes or more at a predetermined time between passes, and further, after the continuous rolling, accelerated cooling is performed after the rolling. By performing the above, a high wear resistance and high toughness rail can be provided.
Furthermore, in the disclosed technique of Patent Document 3, in the finish rolling of a steel rail containing high carbon steel, cooling is performed between passes, and further, continuous rolling is performed, and then accelerated cooling is performed after rolling. High toughness rails can be provided.

しかし、特許文献1〜3の開示技術では、鋼の炭素量、連続熱間圧延時の温度、圧延パス数やパス間時間の組合せによっては、オーステナイト組織の微細化が図れず、パーライト組織が粗大化し、延性や靭性が向上しないといった問題がある。   However, in the disclosed technologies of Patent Documents 1 to 3, depending on the combination of the carbon content of steel, the temperature during continuous hot rolling, the number of rolling passes and the time between passes, the austenite structure cannot be refined and the pearlite structure is coarse. There is a problem that ductility and toughness are not improved.

特に、炭素含有量が高い鋼では、圧延直後の粒成長速度が大きいため、連続圧延時のパス間時間の選択によっては、パス間でのオーステナイト粒の成長が顕著となり、上記に示された連続圧延方法やパス間での冷却を行っても、オーステナイト組織の微細化が図れず、パーライト組織が粗大化し、延性や靭性が向上しないといった問題がある。   In particular, in steel with a high carbon content, the grain growth rate immediately after rolling is large, so depending on the selection of the time between passes during continuous rolling, the growth of austenite grains between passes becomes significant, and the continuous indicated above. Even if the rolling method or cooling between passes is performed, there is a problem that the austenite structure cannot be refined, the pearlite structure becomes coarse, and the ductility and toughness are not improved.

そこで、炭素含有量が高い鋼において、圧延直後の粒成長を抑制し、オーステナイト組織の微細化を図る方法として、下記特許文献4に示すような高炭素鋼レールの製造方法が開発された。このレールの製造方法の主な特徴は、オーステナイト粒の粒成長を抑制するため、連続圧延時のパス間時間を鋼の炭素量や圧延回数で制御し、さらに、V、Nb、Nの添加量を調整し、微細粒を得、パーライト鋼の延性や靭性を向上させている点にある。このように高炭素鋼含有の鋼レールの仕上げ圧延において、連続圧延時のパス間時間を鋼の炭素量や圧延回数で制御し、V、Nb、Nの添加量を調整し、さらに、圧延直後に加速冷却することにより耐摩耗性および延性に優れたレールを提供することができる。   Therefore, a method for producing a high carbon steel rail as shown in Patent Document 4 below has been developed as a method for suppressing grain growth immediately after rolling in a steel having a high carbon content and making the austenite structure finer. The main feature of this rail manufacturing method is that the time between passes during continuous rolling is controlled by the amount of carbon in the steel and the number of rollings in order to suppress the growth of austenite grains, and the addition amount of V, Nb, and N To obtain fine grains and improve the ductility and toughness of pearlite steel. Thus, in the finish rolling of steel rails containing high carbon steel, the time between passes during continuous rolling is controlled by the amount of carbon in the steel and the number of rollings, the amount of addition of V, Nb, and N is adjusted. Accelerated cooling can provide a rail with excellent wear resistance and ductility.

しかし、特許文献4の開示技術では、V、Nb等の添加量と圧延直後に行う加速冷却の冷却速度の組合せによっては、オーステナイト組織の粒成長が抑制できず、最終組織であるパーライト組織が粗大化し、延性や靭性が向上しない、また、粒成長が過度に抑制され、オーステナイト組織が非常に微細な状態となり、その後に熱処理を行っても、焼入れ性の低下によりパーライト組織の硬度が上昇せず、レールの耐摩耗性が確保できないといった問題がある。   However, in the disclosed technique of Patent Document 4, depending on the combination of the addition amount of V, Nb, etc. and the cooling rate of accelerated cooling performed immediately after rolling, grain growth of the austenite structure cannot be suppressed, and the pearlite structure that is the final structure is coarse. The ductility and toughness are not improved, the grain growth is excessively suppressed, the austenite structure becomes very fine, and even after heat treatment, the hardness of the pearlite structure does not increase due to the decrease in hardenability. There is a problem that the wear resistance of the rail cannot be ensured.

特開平7−173530号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 7-173530 特開2001−234238号公報JP 2001-234238 A 特開2002−226915号公報JP 2002-226915 A 特開2005−290544号公報JP 2005-290544 A JISE1101−1990JISE1101-1990

このような背景から、炭素含有量が高い鋼において、安定的にパーライト組織の微細化を達成し、延性を向上させた耐摩耗性に優れたパーライト系レールの提供が望まれるようになった。本発明は、上述した問題点に鑑み案出されたものであり、その目的とするところは、重荷重鉄道のレールで要求される、頭部の耐摩耗性と延性を同時に安定して向上させることを目的としたものである。   Against this background, it has become desirable to provide a pearlite-based rail with excellent wear resistance that achieves a stable refinement of the pearlite structure and has improved ductility in steel with a high carbon content. The present invention has been devised in view of the above-described problems, and the object thereof is to stably and simultaneously improve the wear resistance and ductility required for heavy-duty railroad rails. It is for the purpose.

本発明のパーライト系レールの製造方法は、頭部表面の圧延温度、頭部の累積圧下率を制御し、さらに、その後、適切な熱処理を施すことにより、レール頭部の延性と耐摩耗性を安定的に向上させることを要旨としている。具体的には、高炭素含有のパーライト系レールにおいて、レール頭部の延性を安定的に向上させるため、圧延直後の頭部表面の未再結晶オーステナイト組織の残留量及び微細なセメンタイト組織の生成を制御し、パーライト組織の微細化を達成し、さらに、耐摩耗性を確保するために加速冷却を行う。本発明の構成は下記のとおりである。   The method for manufacturing a pearlite rail according to the present invention controls the rolling temperature of the head surface, the cumulative reduction ratio of the head, and then, by applying an appropriate heat treatment, the duct head and the wear resistance of the rail head are improved. The gist is to improve it stably. Specifically, in a pearlitic rail containing high carbon, in order to stably improve the ductility of the rail head, the residual amount of unrecrystallized austenite structure on the head surface immediately after rolling and the formation of a fine cementite structure are generated. Control and achieve pearlite structure refinement, and also perform accelerated cooling to ensure wear resistance. The configuration of the present invention is as follows.

(A) 質量%で、C:0.85〜1.40%、Si:0.05〜2.00%、Mn:0.05〜2.00%を含有していて残部がFeおよび不可避的不純物からなるレール圧延用鋼片に対して、少なくとも粗圧延及び仕上げ圧延を行うことにより耐摩耗性および延性に優れたパーライト系レールを製造する方法であって、
前記仕上げ圧延において、レール頭部表面温度がArcm点未満〜700℃以上の温度範囲において、頭部の累積減面率を20%以上とする圧延を行い、圧延終了直後のレール頭部表面に未再結晶オーステナイト組織を面積比率で50%以上生成させ、かつ仕上げ圧延終了直後のレール頭部表面の未再結晶オーステナイト組織におけるオーステナイト粒界にセメンタイト組織を生成させ、
その後、仕上げ圧延後のレール頭部表面を、仕上げ圧延終了後200sec以内で冷却速度5〜50℃/secで少なくとも550℃まで加速冷却することを特徴とするパーライト系レールの製造方法。
(B) さらに、質量%で、
Cr:0.05〜2.00%、Mo:0.01〜0.50%、V:0.005〜0.500%、Nb:0.002〜0.050、B:0.0001〜0.0050%、Co:0.003〜2.00%、Cu:0.01〜1.00%、Ni:0.01〜1.00%、Ti:0.0050〜0.0500%、Mg:0.0005〜0.0200%、Ca:0.0005〜0.0150、Al:0.010〜1.00%、Zr:0.0001〜0.2000%、N:0.0060〜0.0200%の内、1種または2種以上を含有することを特徴とする(A)に記載のパーライト系レールの製造方法。

(A) In mass%, C: 0.85 to 1.40%, Si: 0.05 to 2.00%, Mn: 0.05 to 2.00%, the balance being Fe and inevitable A method for producing a pearlite-based rail excellent in wear resistance and ductility by performing at least rough rolling and finish rolling on a rail rolling steel slab comprising impurities,
In the finish rolling, in a temperature range where the rail head surface temperature is less than the Arcm point to 700 ° C. or higher, rolling is performed so that the cumulative reduction in area of the head is 20% or more. A recrystallized austenite structure is generated at an area ratio of 50% or more, and a cementite structure is generated at the austenite grain boundary in the non-recrystallized austenite structure on the rail head surface immediately after the finish rolling,
Thereafter, the rail head surface after finish rolling is acceleratedly cooled to at least 550 ° C. at a cooling rate of 5 to 50 ° C./sec within 200 sec after completion of finish rolling.
(B) Furthermore, in mass%,
Cr: 0.05 to 2.00%, Mo: 0.01 to 0.50%, V: 0.005 to 0.500%, Nb: 0.002 to 0.050, B: 0.0001 to 0 .0050%, Co: 0.003-2.00%, Cu: 0.01-1.00%, Ni: 0.01-1.00%, Ti: 0.0050-0.0500%, Mg: 0.0005 to 0.0200%, Ca: 0.0005 to 0.0150, Al: 0.010 to 1.00%, Zr: 0.0001 to 0.2000%, N: 0.0060 to 0.0200 1 or 2 or more types in%, The manufacturing method of the pearlite type rail as described in (A) characterized by the above-mentioned .

本発明によれば、パーライト系レールにおいて、重荷重鉄道のレールで要求される、頭部の耐摩耗性と延性を同時に安定して向上させることができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the wear resistance and ductility of a head requested | required with the rail of a heavy load railway can be improved stably simultaneously in a pearlite system rail.

以下に本発明を実施する形態として、耐摩耗性および延性に優れたパーライト系レールの製造方法につき、詳細に説明する。以下、組成における質量は、単に%と記載する。   As a mode for carrying out the present invention, a method for producing a pearlite rail excellent in wear resistance and ductility will be described in detail below. Hereinafter, the mass in the composition is simply described as%.

まず、本発明者らは、炭素量を変化させた高炭素鋼(0.85〜1.40%)を用いて、レール圧延を模擬した熱間圧延を行い、従来技術であるオーステナイト相単層領域に加えて、オーステナイト相とセメンタイト相の二相領域の範囲まで、熱間圧延時の温度や減面率とオーステナイト粒の挙動の関係を調査した。その結果、これまで高炭素鋼では、延性や靭性に有害なセメンタイト組織の生成の問題からその適用が困難であったArcm変態点以下のオーステナイト相とセメンタイト相の二相域で圧延することにより、初期のオーステナイト粒が再結晶せずに残留した未再結晶オーステナイト粒(扁平な粗大粒)が多量に現れること、及びこのオーステナイト粒界に生成するセメンタイト組織が未再結晶オーステナイト粒の周囲に微細に生成することを発見した。   First, the present inventors performed hot rolling simulating rail rolling using a high carbon steel (0.85 to 1.40%) with a changed carbon content, and a conventional austenite single layer. In addition to the region, the relationship between the austenite grain behavior and the temperature and area reduction ratio during hot rolling was investigated up to the range of the two-phase region of the austenite phase and the cementite phase. As a result, in high carbon steel, by rolling in the two-phase region of the austenite phase and the cementite phase below the Arcm transformation point, which was difficult to apply due to the problem of formation of cementite structure harmful to ductility and toughness, A large amount of unrecrystallized austenite grains (flat coarse grains) in which the initial austenite grains remain without being recrystallized, and the cementite structure formed at the austenite grain boundaries becomes fine around the unrecrystallized austenite grains. Found to generate.

次に、本発明者らは、この圧延後の微細なセメンタイト組織と未再結晶オーステナイト粒の挙動を実験により確認した。その結果、圧延時の減面率がある一定値を超えると、未再結晶オーステナイト組織の生成量が確保され、圧延後の自然放冷中に未再結晶オーステナイト組織が再結晶し、微細なオーステナイト粒へ再結晶すること、さらに、この未再結晶オーステナイト粒界に生成するセメンタイト組織が微細化することを確認した。   Next, the inventors confirmed the behavior of the fine cementite structure and non-recrystallized austenite grains after the rolling by experiments. As a result, if the reduction in area during rolling exceeds a certain value, the amount of unrecrystallized austenite structure is secured, and the unrecrystallized austenite structure is recrystallized during natural cooling after rolling, resulting in fine austenite. It was confirmed that recrystallization into grains and further refinement of the cementite structure formed at the unrecrystallized austenite grain boundaries.

さらに、本発明者らは、圧延後の自然放冷中における微細なオーステナイト粒と微細なセメンタイト組織の挙動を調査した。その結果、オーステナイト粒界に存在する微細なセメンタイト組織が、ピンニング作用によりオーステナイト粒の粒成長を押さえ、微細粒が長時間維持されることを知見した。   Furthermore, the present inventors investigated the behavior of fine austenite grains and fine cementite structure during natural cooling after rolling. As a result, it was found that the fine cementite structure existing in the austenite grain boundary suppresses the grain growth of the austenite grain by the pinning action, and the fine grain is maintained for a long time.

これらの結果をベースに、本発明者らは、この微細なセメンタイト組織と未再結晶オーステナイト組織を利用して、延性を安定的に向上させる方法を検討した。ラボ圧延および熱処理実験を行い、引張試験により延性を評価した。その結果、パーライト組織を微細化し、安定的に延性の向上を図るには、圧延直後に生成する未再結晶オーステナイト組織の生成量の確保が必要なこと、さらに、未再結晶オーステナイト組織が微細なオーステナイト粒に再結晶するために、圧延終了から熱処理開始までの自然放冷の時間に一定の範囲が存在することに加えて、微細なオーステナイト粒のピンニングに作用していた微細なセメンタイト組織が粗大化し、延性に悪影響しないためには、圧延終了から熱処理開始までの自然放冷の時間に一定の範囲が存在することを見出した。   Based on these results, the present inventors examined a method for stably improving the ductility by utilizing this fine cementite structure and non-recrystallized austenite structure. Laboratory rolling and heat treatment experiments were conducted and ductility was evaluated by a tensile test. As a result, in order to refine the pearlite structure and improve the ductility stably, it is necessary to secure the amount of unrecrystallized austenite structure generated immediately after rolling, and the unrecrystallized austenite structure is fine. In order to recrystallize to austenite grains, in addition to a certain range of natural cooling time from the end of rolling to the start of heat treatment, there is a coarse fine cementite structure that was acting on pinning of fine austenite grains In order not to adversely affect the ductility, it has been found that there is a certain range in the natural cooling time from the end of rolling to the start of heat treatment.

これらの知見に加えて、本発明者らは、延性をさらに向上させるため、この未再結晶オーステナイト組織を直接的に利用する方法を探索した。ラボ圧延および熱処理実験を行った結果、圧延終了後の自然放冷の時間を短くし、未再結晶オーステナイト組織が再結晶しない状態において、加速冷却を行うことにより、未再結晶オーステナイト組織の内部から微細なパーライト組織が多量に生成し、延性がより一層向上することを確認した。   In addition to these findings, the present inventors searched for a method of directly using this non-recrystallized austenite structure in order to further improve the ductility. As a result of lab rolling and heat treatment experiments, the time of natural cooling after the end of rolling was shortened, and in the state where the non-recrystallized austenite structure did not recrystallize, by performing accelerated cooling, from inside the non-recrystallized austenite structure It was confirmed that a large amount of fine pearlite structure was formed and the ductility was further improved.

上記した知見から、本発明者らは、高炭素含有の鋼片をレールとして熱間圧延して製造する際に、レール圧延温度、累積減面率をある一定の範囲内に治めることにより、微細なセメンタイト組織と所定の未再結晶オーステナイト組織を一定量残留させ、その後、一定の自然放冷の時間内に熱処理を行い、パーライト組織を微細化することにより、レール頭部の延性と耐摩耗性を同時に確保することを見出した。   From the above-mentioned knowledge, the present inventors finely controlled the rail rolling temperature and the cumulative area reduction rate within a certain range when manufacturing a high-carbon steel slab by hot rolling as a rail. Ductile and wear resistance of the rail head by making a certain amount of cementite structure and a predetermined amount of unrecrystallized austenite structure remain, and then heat-treating within a certain period of natural cooling to refine the pearlite structure. It was found to secure at the same time.

次に、本発明に関する限定理由について詳細に説明する。以下、組成における質量は、単に%と記載する。   Next, the reason for limitation relating to the present invention will be described in detail. Hereinafter, the mass in the composition is simply described as%.

(1)レール圧延用鋼片の化学成分の限定理由
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上で有効な元素である。C量が0.85%未満では、パーライト組織中のセメンタイト相の体積比率が確保できず、重荷重鉄道において耐摩耗性が維持できない。また、微細オーステナイト粒のピンニングに作用していた微細なセメンタイト組織が生成せず、延性が向上しない。また、C量が1.40%を超えると、本製造方法では、ピンニングに作用していたセメンタイト組織が粗大化し、延性の向上が認められなくなる。また、熱処理後に粗大な初析セメンタイト組織が多量に生成し、耐摩耗性や延性が低下する。このため、C量を0.85〜1.40%に限定した。
(1) Reasons for limiting chemical components of rail rolling steel slab C is an element effective in promoting pearlite transformation and ensuring wear resistance. If the C content is less than 0.85%, the volume ratio of the cementite phase in the pearlite structure cannot be secured, and the wear resistance cannot be maintained in heavy-duty railways. Further, the fine cementite structure that has been acting on the pinning of the fine austenite grains is not generated, and the ductility is not improved. On the other hand, when the C content exceeds 1.40%, in this production method, the cementite structure that has been acting on the pinning becomes coarse, and no improvement in ductility is observed. In addition, a large amount of coarse pro-eutectoid cementite structure is formed after heat treatment, and wear resistance and ductility are reduced. For this reason, the amount of C was limited to 0.85 to 1.40%.

Siは、脱酸材として必須の成分である。また、パーライト組織中のフェライト相への固溶強化によりレール頭部の硬度(強度)を上昇させる元素である。さらに、過共析鋼において、初析セメンタイト組織の生成を抑制し、延性の低下を抑制する元素である。しかし、Si量が0.05%未満では、これらの効果が十分に期待できない。また、Si量が2.00%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、焼入性が著しく増加し、レールの耐摩耗性や延性に有害なマルテンサイト組織が生成する。このため、Si量を0.05〜2.00%に限定した。   Si is an essential component as a deoxidizing material. Moreover, it is an element which raises the hardness (strength) of a rail head by the solid solution strengthening to the ferrite phase in a pearlite structure | tissue. Furthermore, in hypereutectoid steel, it is an element that suppresses the formation of proeutectoid cementite structure and suppresses the decrease in ductility. However, when the Si content is less than 0.05%, these effects cannot be expected sufficiently. On the other hand, if the Si content exceeds 2.00%, many surface defects are generated during hot rolling, and weldability is deteriorated due to generation of oxides. Further, the hardenability is remarkably increased, and a martensite structure that is harmful to the wear resistance and ductility of the rail is generated. For this reason, the amount of Si was limited to 0.05 to 2.00%.

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、パーライト組織の硬度を確保し、耐摩耗性を向上させる元素である。しかし、Mn量が0.05%未満では、その効果が小さく、レールに必要とされる耐摩耗性の確保が困難となる。また、Mn量が2.00%を超えると、焼入性が著しく増加し、耐摩耗性や延性に有害なマルテンサイト組織が生成し易くなる。このため、Mn量を0.05〜2.00%に限定した。   Mn is an element that increases the hardenability and refines the pearlite lamella spacing, thereby ensuring the hardness of the pearlite structure and improving the wear resistance. However, if the amount of Mn is less than 0.05%, the effect is small, and it is difficult to ensure the wear resistance required for the rail. Moreover, when the amount of Mn exceeds 2.00%, hardenability will increase remarkably and it will become easy to produce | generate the martensitic structure harmful to abrasion resistance and ductility. For this reason, the amount of Mn was limited to 0.05 to 2.00%.

なお、本発明において、レール圧延用鋼片の化学成分については、C、Si、Mn以外の成分は特に限定していないが、さらに必要に応じて、Cr:0.05〜2.00%、Mo:0.01〜0.50%、V:0.005〜0.500%、Nb:0.002〜0.050、B:0.0001〜0.0050%、Co:0.003〜2.00%、Cu:0.01〜1.00%、Ni:0.01〜1.00%、Ti:0.0050〜0.0500%、Mg:0.0005〜0.0200%、Ca:0.0005〜0.0150、Al:0.010〜1.00%、Zr:0.0001〜0.2000%、N:0.0060〜0.0200%の1種または2種以上を含有することが望ましい。このような成分範囲が望ましいのは以下に理由による。   In addition, in this invention, about the chemical component of the steel strip for rail rolling, components other than C, Si, and Mn are not particularly limited, but if necessary, Cr: 0.05 to 2.00%, Mo: 0.01 to 0.50%, V: 0.005 to 0.500%, Nb: 0.002 to 0.050, B: 0.0001 to 0.0050%, Co: 0.003 to 2 0.00%, Cu: 0.01-1.00%, Ni: 0.01-1.00%, Ti: 0.0050-0.0500%, Mg: 0.0005-0.0200%, Ca: One or more of 0.0005 to 0.0150, Al: 0.010 to 1.00%, Zr: 0.0001 to 0.2000%, N: 0.0060 to 0.0200% are contained. It is desirable. The reason why such a component range is desirable is as follows.

Cr:0.05〜2.00%:Crはパーライト組織を微細にして高硬度(強度)化に寄与し、耐摩耗性を向上させる元素である。しかし、Cr量が0.05%未満では、その効果は小さい。また、Cr量が2.00%を超えると、耐摩耗性や延性に有害なマルテンサイト組織が多量に生成するので、Cr添加量は0.05〜2.00%が望ましい。   Cr: 0.05 to 2.00%: Cr is an element that makes the pearlite structure fine and contributes to high hardness (strength) and improves wear resistance. However, when the Cr content is less than 0.05%, the effect is small. On the other hand, if the Cr content exceeds 2.00%, a large amount of martensite structure harmful to wear resistance and ductility is generated, so the Cr addition amount is preferably 0.05 to 2.00%.

Mo:0.01〜0.50%:Moはパーライト組織を微細にすることにより高硬度(強度)化に寄与し、パーライト組織の硬度(強度)を向上させる元素である。しかし、Mo量が0.01%未満では、その効果が小さく、また、Mo量が0.50%を超えると、延性に有害なマルテンサイト組織が生成するので、Mo添加量は0.01〜0.50%が望ましい。   Mo: 0.01 to 0.50%: Mo is an element that contributes to increasing the hardness (strength) by making the pearlite structure fine, and improves the hardness (strength) of the pearlite structure. However, if the amount of Mo is less than 0.01%, the effect is small, and if the amount of Mo exceeds 0.50%, a martensite structure harmful to ductility is generated. 0.50% is desirable.

V:0.005〜0.500%:Vは窒化物や炭窒化物を形成し、延性を向上させ、同時に、硬度(強度)を向上させるのに有効な元素である。しかし、V量が0.005%未満では、その効果が十分に期待できず、また、V量が0.500%を超えると、疲労損傷の起点となる粗大な析出物が生成するので、V添加量は0.005〜0.500%が望ましい。   V: 0.005 to 0.500%: V is an element effective for forming nitrides and carbonitrides, improving ductility, and simultaneously improving hardness (strength). However, if the amount of V is less than 0.005%, the effect cannot be sufficiently expected, and if the amount of V exceeds 0.500%, coarse precipitates that start fatigue damage are generated. The addition amount is preferably 0.005 to 0.500%.

Nb:0.002〜0.050:Nbは窒化物や炭窒化物を形成し、延性を向上させ、同時に、硬度(強度)を向上させるのに有効な元素である。また、オーステナイトの未再結晶の温度域を上昇させ、未再結晶オーステナイト組織を安定化させる元素である。しかし、Nb量が0.002%未満では期待できず、また、Nb量が0.050%を超えると、疲労損傷の起点となる粗大な析出物が生成するので、Nb添加量は0.002〜0.050%が望ましい。   Nb: 0.002 to 0.050: Nb is an element effective for forming nitrides and carbonitrides, improving ductility, and at the same time improving hardness (strength). Further, it is an element that raises the temperature range of non-recrystallized austenite and stabilizes the non-recrystallized austenite structure. However, if the Nb content is less than 0.002%, it cannot be expected, and if the Nb content exceeds 0.050%, coarse precipitates that start fatigue damage are generated. ~ 0.050% is desirable.

B:0.0001〜0.0050%:Bは初析セメンタイト組織の生成を微細化し、頭部の硬度分布を均一化することにより、レールの延性低下を防止し、高寿命化を図る元素である。しかし、B量が0.0001%未満では、その効果は十分でなく、また、B量が0.0050%を超えると、粗大な析出物が生成するので、B添加量は0.0001〜0.0050%が望ましい。   B: 0.0001 to 0.0050%: B is an element that prevents the deterioration of the ductility of the rail and increases the life by miniaturizing the formation of pro-eutectoid cementite structure and uniforming the hardness distribution of the head. is there. However, if the amount of B is less than 0.0001%, the effect is not sufficient, and if the amount of B exceeds 0.0050%, coarse precipitates are generated. .0050% is desirable.

Co:0.003〜2.00%:Coは、パーライト組織の硬度(強度)を向上させる元素であり、さらに、レール頭部の摩耗面において、車輪との接触により形成させる微細なフェライト組織をより一層微細化し、耐摩耗性を向上させる元素である。しかし、Co量が0.003%未満では、その効果が期待できない。また、Co量が2.00%を超えると、ころがり面にスポーリング損傷が発生するので、Co添加量は0.003〜2.00%が望ましい。   Co: 0.003 to 2.00%: Co is an element that improves the hardness (strength) of the pearlite structure, and further, a fine ferrite structure formed by contact with the wheel on the wear surface of the rail head. It is an element that further refines and improves wear resistance. However, if the Co content is less than 0.003%, the effect cannot be expected. Further, if the Co content exceeds 2.00%, spalling damage occurs on the rolling surface, so the Co addition amount is preferably 0.003 to 2.00%.

Cu:0.01〜1.00%:Cuはパーライト組織の硬度(強度)を向上させる元素である。しかし、Cu量が0.01%未満では、その効果が期待できない。また、Cu量が1.00%を超えると、耐摩耗性に有害なマルテンサイト組織が生成することから、Cu添加量は0.01〜1.00%が望ましい。   Cu: 0.01 to 1.00%: Cu is an element that improves the hardness (strength) of the pearlite structure. However, if the amount of Cu is less than 0.01%, the effect cannot be expected. Further, if the amount of Cu exceeds 1.00%, a martensite structure harmful to wear resistance is generated, so the amount of Cu added is preferably 0.01 to 1.00%.

Ni:0.01〜1.00%:Niはパーライト鋼の高硬度(強度)化を図る元素である。しかし、Ni量が0.01%未満では、その効果が著しく小さい。また、Ni量が1.00%を超えると、ころがり面にスポーリング損傷が発生する。このため、Ni添加量は0.01〜1.00%が望ましい。   Ni: 0.01 to 1.00%: Ni is an element for increasing the hardness (strength) of pearlite steel. However, when the amount of Ni is less than 0.01%, the effect is remarkably small. If the Ni content exceeds 1.00%, spalling damage occurs on the rolling surface. For this reason, the Ni addition amount is desirably 0.01 to 1.00%.

Ti:0.0050〜0.0500%:Tiは窒化物や炭窒化物を形成し、延性を向上させ、同時に、硬度(強度)を向上させるのに有効な成分である。また、オーステナイトの未再結晶の温度域を上昇させ、未再結晶オーステナイト組織を安定化させる元素である。しかし、Ti量が0.0050%未満では、その効果が少ない。また、Ti量が0.0500%を超えると、粗大な析出物が生成して、レールの延性が大きく低下するので、Ti添加量は0.0050〜0.0500%が望ましい。   Ti: 0.0050 to 0.0500%: Ti is a component effective for forming nitrides and carbonitrides, improving ductility, and at the same time improving hardness (strength). Further, it is an element that raises the temperature range of non-recrystallized austenite and stabilizes the non-recrystallized austenite structure. However, when the amount of Ti is less than 0.0050%, the effect is small. On the other hand, if the Ti content exceeds 0.0500%, coarse precipitates are generated and the ductility of the rail is greatly reduced. Therefore, the Ti addition amount is preferably 0.0050 to 0.0500%.

Mg:0.0005〜0.0200%:Mgはオーステナイト粒やパーライト組織の微細化を図り、パーライト組織の延性を向上させるのに有効な元素である。しかし、Mg量が0.0005%未満では、その効果は弱い。また、Mg量が0.0200%を超えると、Mgの粗大酸化物が生成し、レールの延性低下させるため、Mg添加量は0.0005〜0.0200%が望ましい。   Mg: 0.0005 to 0.0200%: Mg is an element effective in reducing the austenite grains and the pearlite structure and improving the ductility of the pearlite structure. However, if the amount of Mg is less than 0.0005%, the effect is weak. Further, if the Mg content exceeds 0.0200%, a coarse oxide of Mg is generated and the ductility of the rail is lowered. Therefore, the Mg addition amount is desirably 0.0005 to 0.0200%.

Ca:0.0005〜0.0150%:Caは、パーライト変態の生成に寄与し、その結果、パーライト組織の延性を向上させるのに有効な元素である。しかし、Ca量が0.0005%未満では、その効果は弱い。また、Ca量が0.0150%を超えると、Caの粗大酸化物が生成し、レールの延性を低下させるので、Ca添加量は0.0005〜0.0150%が望ましい。   Ca: 0.0005 to 0.0150%: Ca is an element that contributes to the generation of the pearlite transformation and, as a result, is effective in improving the ductility of the pearlite structure. However, when the Ca content is less than 0.0005%, the effect is weak. Further, if the Ca content exceeds 0.0150%, a coarse oxide of Ca is generated and the ductility of the rail is lowered. Therefore, the Ca addition amount is preferably 0.0005 to 0.0150%.

Al:0.010〜1.00%:Alはパーライト組織の高強度化と初析セメンタイト組織の生成抑制に有効な元素である。しかし、Al量が0.010%以下では、その効果が弱い。また、Al量が1.00%を超えると、粗大なアルミナ系介在物が生成し、レールの延性が低下するため、Al添加量は0.010〜1.00%が望ましい。   Al: 0.010 to 1.00%: Al is an element effective for increasing the strength of the pearlite structure and suppressing the formation of a pro-eutectoid cementite structure. However, when the Al content is 0.010% or less, the effect is weak. Further, if the Al content exceeds 1.00%, coarse alumina inclusions are generated and the ductility of the rail is lowered. Therefore, the Al addition amount is preferably 0.010 to 1.00%.

Zr:0.0001〜0.2000%:Zrは偏析部に生成する初析セメンタイト組織の生成を抑制する元素である。しかし、Zr量が0.0001%以下では、初析セメンタイト組織が生成し、レールの延性を低下させる。また、Zr量が0.2000%を超えると、粗大なZr系介在物が多量に生成し、レールの延性が低下するため、Zr添加量は0.0001〜0.2000%が望ましい。   Zr: 0.0001 to 0.2000%: Zr is an element that suppresses the formation of a pro-eutectoid cementite structure generated in the segregation part. However, if the amount of Zr is 0.0001% or less, a pro-eutectoid cementite structure is formed and the ductility of the rail is lowered. On the other hand, if the amount of Zr exceeds 0.2000%, a large amount of coarse Zr-based inclusions are generated and the ductility of the rail is lowered. Therefore, the amount of Zr added is preferably 0.0001 to 0.2000%.

N:0.0060〜0.0200%:Nはパーライト組織の延性を高めると同時に、硬度(強度)を向上させるのに有効な元素である。しかし、N量が0.0060%未満では、その効果は弱い。また、N量が0.0200%を超えると、鋼中に固溶させることが困難となり、疲労損傷の起点となる気泡が生成することから、N添加量は0.0060〜0.0200%が望ましい。なお、レール鋼においては、Nは不純物として最大0.0050%程度含まれる。したがって、N量を上記の範囲にするためには、Nを意図的に添加する必要がある。   N: 0.0060 to 0.0200%: N is an element effective for enhancing the ductility of the pearlite structure and at the same time improving the hardness (strength). However, if the N content is less than 0.0060%, the effect is weak. On the other hand, if the N content exceeds 0.0200%, it becomes difficult to make a solid solution in the steel, and bubbles are generated as a starting point of fatigue damage. Therefore, the N addition amount is 0.0060 to 0.0200%. desirable. In the rail steel, N is contained as a maximum of about 0.0050% as an impurity. Therefore, in order to make N amount into the above range, it is necessary to intentionally add N.

上記のような成分組成で構成されるレール圧延用鋼片は、本発明では、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・分塊あるいは連続鋳造される。   In the present invention, the steel strip for rail rolling having the above-described composition is melted in a commonly used melting furnace such as a converter or an electric furnace, and this molten steel is ingot / slabed or continuously. Casted.

(2)圧延温度範囲の限定理由
次に、仕上げ圧延のレール頭部表面の圧延温度の範囲を上記請求範囲に限定した理由について詳細に説明する。なお、仕上げ圧延が行われる前には、レール圧延用鋼片に対して粗圧延及び中間圧延が行われる。
(2) Reason for limiting rolling temperature range Next, the reason why the rolling temperature range of the rail head surface of finish rolling is limited to the above-mentioned claims will be described in detail. In addition, before finish rolling is performed, rough rolling and intermediate rolling are performed on the steel pieces for rail rolling.

レール頭部表面温度がArcm変態点以上の状態で圧延すると、微細なセメンタイト組織が生成せず、オーステナイト粒のピンニング作用も得られず、オーステナイト粒が粗大化し、結果的に圧延および熱処理後のパーライト組織も微細化せず、延性が向上しない。また、700℃未満の温度域で圧延すると、圧延中に生成するセメンタイト組織が粗大化し、レールの耐摩耗性や延性が大きく低下する。さらに、圧延成形性が大きく低下し、レール圧延が困難となる。このため、レール頭部表面の圧延温度の範囲をArcm変態点未満〜700℃以上、好ましくは850℃未満〜700℃以上の範囲とした。   When rolling in a state where the rail head surface temperature is equal to or higher than the Arcm transformation point, a fine cementite structure is not formed, a pinning action of austenite grains is not obtained, and austenite grains become coarse, resulting in pearlite after rolling and heat treatment. The structure is not refined and ductility is not improved. Moreover, when rolling in a temperature range below 700 ° C., the cementite structure generated during rolling becomes coarse, and the wear resistance and ductility of the rail are greatly reduced. Furthermore, the rolling formability is greatly reduced, and rail rolling becomes difficult. For this reason, the range of the rolling temperature of the rail head surface is set to a range of less than Arcm transformation point to 700 ° C. or more, preferably less than 850 ° C. to 700 ° C. or more.

なお、Arcm変態点は鋼の炭素量や合金成分によりそれぞれ異なっている。Arcm変態点を正確に求めるには実験による検証が必要である。これらの値を簡便に求めるには、炭素量のみを基準に、冶金学の教科書(例えば、鉄鋼材料、日本金属学会編)などに掲載されている、Fe−F 系の平衡状態図から読み取ることが望ましい。本発明の成分系におけるArcm変態点は平衡状態図のAcm線よりも20〜30℃低めの値となる。
The Arcm transformation point varies depending on the carbon content of the steel and the alloy composition. Experimental verification is required to accurately determine the Arcm transformation point. In order to obtain these values simply, the equilibrium diagram of the Fe-F e 3 C system published in metallurgical textbooks (for example, steel materials, edited by the Japan Institute of Metals) based on the carbon content alone is used. It is desirable to read from. The Arcm transformation point in the component system of the present invention is a value 20-30 ° C. lower than the Acm line in the equilibrium diagram.

(3)頭部の累積減面率の限定理由
次に、仕上げ圧延のレール頭部の累積減面率を上記請求範囲に限定した理由について詳細に説明する。
(3) Reason for limiting the cumulative area reduction rate of the head Next, the reason why the cumulative area reduction rate of the rail head of finish rolling is limited to the above claims will be described in detail.

レール頭部の累積減面率が20%未満になると、所定の未再結晶オーステナイト組織の残留量が得られないことや、未再結晶オーステナイト組織中の歪み量が低下し、本発明の圧延温度範囲では、再結晶後のオーステナイト組織が微細化せず、オーステナイト組織が粗大化する。さらに、この未再結晶オーステナイト粒界に生成するセメンタイト組織が粗大化し、オーステナイト粒のピンニング作用も得られない。また、その後の熱処理において、加工された未再結晶オーステナイト組織の変形帯からパーライト組織が生成せず、結果として、パーライト組織が粗大化し、レールの延性が向上しない。このため、レール頭部の累積減面率を20%以上に限定した。   When the cumulative reduction in area of the rail head is less than 20%, the residual amount of the predetermined non-recrystallized austenite structure cannot be obtained, the amount of strain in the non-recrystallized austenite structure decreases, and the rolling temperature of the present invention In the range, the austenite structure after recrystallization is not refined and the austenite structure is coarsened. Further, the cementite structure generated at the non-recrystallized austenite grain boundaries is coarsened, and the pinning action of the austenite grains cannot be obtained. Further, in the subsequent heat treatment, a pearlite structure is not generated from the deformation band of the processed non-recrystallized austenite structure, and as a result, the pearlite structure becomes coarse and the ductility of the rail does not improve. For this reason, the cumulative surface reduction rate of the rail head is limited to 20% or more.

ここで、レール頭部の累積減面率について説明する。累積減面率は仕上げ圧延における最初の圧延パス前の頭部断面の面積に対する最終の圧延パス後の頭部断面の面積の減少率である。したがって、仕上げ圧延途中に如何なる圧延パスが存在しようとも、最初の圧延パスと最終の圧延パスの頭部断面形状が同一の場合、累積減面率は同一となる。   Here, the cumulative surface reduction rate of the rail head will be described. The cumulative area reduction ratio is a reduction ratio of the area of the head section after the final rolling pass to the area of the head section before the first rolling pass in finish rolling. Therefore, no matter what rolling pass is present during finish rolling, if the head cross-sectional shapes of the first rolling pass and the final rolling pass are the same, the cumulative area reduction ratio is the same.

なお、仕上げ圧延のレール頭部の累積減面率の上限値については特に限定をしていないが、レール頭部の成形性を確保し、寸法制度を確保するには、50%程度が実質的に上限となる。
また、本発明では、仕上げ圧延時の圧延パス数や圧延パス間時間については特に限定していないが、圧延途中における未再結晶オーステナイト粒内の歪みの回復を抑制し、さらに、セメンタイト組織を微細化し、自然放冷および熱処理後に微細なパーライト組織を得るには、圧延パス数は4以下、圧延の最大パス間時間は6sec以下が望ましい。
In addition, although there is no particular limitation on the upper limit value of the cumulative reduction in area of the rail head of the finish rolling, about 50% is practical in order to ensure the formability of the rail head and ensure the dimensional system. Is the upper limit.
In the present invention, the number of rolling passes at the time of finish rolling and the time between rolling passes are not particularly limited, but the recovery of strain in unrecrystallized austenite grains during the rolling is suppressed, and the cementite structure is further refined. In order to obtain a fine pearlite structure after natural cooling and heat treatment, the number of rolling passes is preferably 4 or less, and the maximum time between passes is preferably 6 sec or less.

(4)頭部表面の未再結晶オーステナイト組織の残留量の限定理由
次に、頭部表面の未再結晶オーステナイト組織の残留量を上記請求範囲に限定した理由について詳細に説明する。
(4) Reason for limiting the residual amount of the non-recrystallized austenite structure on the head surface Next, the reason for limiting the residual amount of the non-recrystallized austenite structure on the head surface to the above claims will be described in detail.

レール頭部表面の未再結晶オーステナイト組織の残留量が面積比率で50%未満になると、その後の放冷中に生じる再結晶において、微細なオーステナイト組織が十分に得られず、粗大なパーライト組織の生成量が増加し、延性が向上しない。また、その後の熱処理において、未再結晶オーステナイト組織の内部から生成する微細なパーライト組織が十分に生成せず、粗大なパーライト組織の生成量が増加し、レールの延性が向上しない。このため、頭部表面の未再結晶オーステナイト組織の残留量を面積比率で50%以上に限定した。
If the residual amount of the non-recrystallized austenite structure on the rail head surface is less than 50% by area ratio, a fine austenite structure cannot be obtained sufficiently in the recrystallization that occurs during the subsequent cooling, and a coarse pearlite structure is not obtained. The production amount increases and ductility does not improve. Further, in the subsequent heat treatment, the fine pearlite structure generated from the inside of the non-recrystallized austenite structure is not sufficiently generated, the generation amount of coarse pearlite structure is increased, and the ductility of the rail is not improved. For this reason, the residual amount of the non-recrystallized austenite structure on the head surface is limited to 50% or more by area ratio.

なお、未再結晶オーステナイト組織の残留量における面積比率の上限値については特に限定をしていないが、本発明の温度範囲では80%程度が実質的に上限となる。
The upper limit value of the area ratio in the residual amount of the non-recrystallized austenite structure is not particularly limited, but about 80% is substantially the upper limit in the temperature range of the present invention.

また、圧延直後の未再結晶オーステナイト組織の生成量は、レール圧延直後に長尺レールから短尺レールを切断し、焼入れを行うことにより確認が可能である。焼入れを行ったレール頭部からサンプルを切り出し、研摩後、スルホン酸とピクリン酸の混合溶液でエッチングし、オーステナイト組織を確認することができる。なお、未再結晶オーステナイト組織は、再結晶オーステナイト組織と比較して、圧延方向に扁平で、かつ、粗大であることから、光学顕微鏡で分類が可能である。面積比率の算定は、再結晶オーステナイト組織を楕円に近似し、面積を求め、視野面積との割合から比率を算定することができる。測定方法の詳細については特に限定しないが、視野倍率は100倍、視野数は5以上が望ましい。   Moreover, the production amount of the non-recrystallized austenite structure immediately after rolling can be confirmed by cutting the short rail from the long rail and quenching immediately after the rail rolling. A sample is cut out from the hardened rail head, and after polishing, etched with a mixed solution of sulfonic acid and picric acid, the austenite structure can be confirmed. Note that the non-recrystallized austenite structure is flatter in the rolling direction and coarser than the recrystallized austenite structure, and thus can be classified with an optical microscope. The area ratio can be calculated by approximating the recrystallized austenite structure to an ellipse, obtaining the area, and calculating the ratio from the ratio to the visual field area. The details of the measurement method are not particularly limited, but the field magnification is preferably 100 times and the number of fields is 5 or more.

なお、上記の未再結晶オーステナイト組織の生成量を調査する短尺レールの焼入れは生産性を大きく低下させる。そこで、未再結晶オーステナイト組織の生成量を簡便に確認するため、熱間圧延機の反力値と圧延直後の未再結晶オーステナイト組織の生成量の関係を調査した。   It should be noted that quenching of the short rail for investigating the amount of the above-mentioned non-recrystallized austenite structure greatly reduces productivity. Therefore, in order to easily confirm the amount of unrecrystallized austenite structure formed, the relationship between the reaction force value of the hot rolling mill and the amount of unrecrystallized austenite structure formed immediately after rolling was investigated.

図1は炭素量0.85〜1.40%の鋼を用いて圧延実験を行った結果を整理したものである。圧延機の反力値を同一累積減面率の圧延温度950℃の反力値で除した値(以降、「反力比」と略す)と圧延直後の未再結晶オーステナイト組織の生成量の関係には直線的な相関があり、反力比が1.40を超えると圧延直後の未再結晶オーステナイト組織の生成量が50%を超えることを確認した。したがって、実操業においては、この反力比を一つの指標として、未再結晶オーステナイト組織の生成量を制御することが可能となる。   FIG. 1 is a summary of the results of rolling experiments using steel with a carbon content of 0.85 to 1.40%. Relationship between the reaction force value of the rolling mill divided by the reaction force value at the rolling temperature of 950 ° C. with the same cumulative area reduction ratio (hereinafter abbreviated as “reaction force ratio”) and the amount of unrecrystallized austenite structure formed immediately after rolling There was a linear correlation, and when the reaction force ratio exceeded 1.40, it was confirmed that the amount of unrecrystallized austenite structure immediately after rolling exceeded 50%. Therefore, in actual operation, it becomes possible to control the amount of unrecrystallized austenite structure produced using this reaction force ratio as an index.

(5)仕上げ圧延後の熱処理条件の限定理由
次に、仕上げ圧延後のレール頭部表面の熱処理条件の限定理由について詳細に説明する。
(5) Reason for limitation of heat treatment condition after finish rolling Next, the reason for limitation of the heat treatment condition of the rail head surface after finish rolling will be described in detail.

まず、この未再結晶オーステナイト組織から得られる微細なオーステナイト粒を利用して、延性を安定的に向上させるために行う熱処理開始条件について、上記のように限定した理由を説明する。   First, the reason why the heat treatment start conditions performed for stably improving the ductility using the fine austenite grains obtained from this non-recrystallized austenite structure is limited as described above.

圧延終了後200secを越えて加速冷却を開始すると、再結晶オーステナイト粒界に生成する微細なセメンタイト組織が粗大化し、オーステナイト粒のピンニング作用が低下し、粒成長が顕著となり、未再結晶オーステナイト組織からの再結晶したオーステナイト組織が粗大化し、熱処理後のパーライト組織の延性が低下する。また、微細なセメンタイト組織の粗大化により延性が低下する。このため熱処理開始時期を圧延終了後200sec以内に限定した。   When accelerated cooling is started over 200 sec after the end of rolling, the fine cementite structure generated in the recrystallized austenite grain boundaries becomes coarse, the pinning action of the austenite grains decreases, the grain growth becomes remarkable, and the unrecrystallized austenite structure The recrystallized austenite structure becomes coarse, and the ductility of the pearlite structure after heat treatment decreases. In addition, ductility decreases due to coarsening of the fine cementite structure. For this reason, the heat treatment start time was limited to within 200 sec after the end of rolling.

加速冷却開始時期の下限値については特に限定をしていないが、未再結晶オーステナイト組織の内部から微細なパーライト組織を十分に生成させるには、圧延での歪みが回復しないように、圧延直後に加速冷却を行うことが望ましい。したがって、圧延終了後0〜10sec程度が実質的には下限となる。   Although there is no particular limitation on the lower limit of the accelerated cooling start time, in order to sufficiently generate a fine pearlite structure from the inside of the non-recrystallized austenite structure, immediately after rolling so as not to recover the strain in rolling. It is desirable to perform accelerated cooling. Therefore, about 0 to 10 sec after the end of rolling is substantially the lower limit.

仕上げ圧延が終了してから加速冷却開始するまでの冷却方法については限定していないが自然放冷や緩冷却が望ましい。圧延後に自然放冷や緩冷却を行うと、圧延直後の未再結晶オーステナイト組織が再結晶し、オーステナイト粒の微細化が促進するからである。なお、圧延後自然放冷とは、圧延後、一切の加熱および冷却処理を行わず、大気中で自然に冷却することである。また、緩冷却とは冷却速度2℃/sec以下の範囲である。   Although the cooling method from the end of finish rolling to the start of accelerated cooling is not limited, natural cooling or slow cooling is desirable. This is because when natural cooling or slow cooling is performed after rolling, the non-recrystallized austenite structure immediately after rolling is recrystallized and the refinement of austenite grains is promoted. In addition, natural cooling after rolling is cooling naturally in air | atmosphere, without performing any heating and cooling processes after rolling. Further, the slow cooling is a range of a cooling rate of 2 ° C./sec or less.

次に、レール頭部表面の加速冷却速度の範囲について説明する。レール頭部の加速冷却速度が5℃/sec未満では、本製造条件では、加速冷却中にセメンタイト組織が粗大化し、レールの頭部の耐摩耗性や延性が低下する。また、レール頭部の高硬度が図れず、レール頭部の耐摩耗性の確保が困難となる。さらに、鋼の成分によっては、初析セメンタイト組織や初析フェライト組織が生成し、レールの頭部の耐摩耗性や延性が低下する。また、加速冷却速度が50℃/secを超えると、本製造条件では、マルテンサイト組織が生成し、レール頭部の延性や靭性が大きく低下する。このため、レール頭部の加速冷却速度の範囲を5〜50℃/secの範囲に限定した。   Next, the range of the accelerated cooling rate on the rail head surface will be described. When the accelerated cooling rate of the rail head is less than 5 ° C./sec, under this manufacturing condition, the cementite structure becomes coarse during accelerated cooling, and the wear resistance and ductility of the rail head are reduced. Also, the high hardness of the rail head cannot be achieved, and it becomes difficult to ensure the wear resistance of the rail head. Furthermore, depending on the steel composition, a pro-eutectoid cementite structure and a pro-eutectoid ferrite structure are formed, and the wear resistance and ductility of the rail head are reduced. When the accelerated cooling rate exceeds 50 ° C./sec, a martensitic structure is generated under the present manufacturing conditions, and the duct head and toughness of the rail head are greatly reduced. For this reason, the range of the accelerated cooling rate of the rail head is limited to the range of 5 to 50 ° C./sec.

最後に、レール頭部表面の加速冷却温度の範囲について説明する。550℃を超えた温度でレール頭部の加速冷却を停止すると、加速冷却終了後に、レール内部から過大な復熱が発生する。この結果、温度上昇によりパーライト変態温度が上昇し、パーライト組織の高硬度が図れず、耐摩耗性を確保できない。また、パーライト組織が粗大化し、レール頭部の延性も低下する。このため、少なくとも550℃まで加速冷却を行うことを限定した。   Finally, the range of the accelerated cooling temperature on the rail head surface will be described. When the accelerated cooling of the rail head is stopped at a temperature exceeding 550 ° C., excessive recuperation is generated from the inside of the rail after the accelerated cooling is completed. As a result, the pearlite transformation temperature rises due to the temperature rise, the pearlite structure cannot have a high hardness, and the wear resistance cannot be ensured. Further, the pearlite structure becomes coarse, and the ductility of the rail head also decreases. For this reason, it was limited to perform accelerated cooling to at least 550 ° C.

なお、レール頭部表面の加速冷却を開始する温度は特に限定してないが、熱処理によりパーライト組織を安定的に高硬度(強度)化するには、パーライト変態温度よりも高い680℃が必要である。
また、レール頭部の加速冷却を終了する温度の下限は特に限定してないが、レール頭部の硬度を確保し、かつ、頭部内部の偏析部等に生成しやすいマルテンサイト組織の生成を防止するには、実質的に400℃が下限となる。
The temperature at which accelerated cooling of the rail head surface starts is not particularly limited, but 680 ° C. higher than the pearlite transformation temperature is required to stably increase the hardness (strength) of the pearlite structure by heat treatment. is there.
In addition, the lower limit of the temperature at which accelerated cooling of the rail head is terminated is not particularly limited, but the hardness of the rail head is ensured, and the generation of a martensite structure that is likely to be generated in the segregated portion inside the head is generated. In order to prevent this, the lower limit is substantially 400 ° C.

ここで、レールの部位について説明する。図2はレール部位の呼称を示したものである。本発明においてレール頭部とは、図2に示すように、頭側部3の下面を延長した場合に互いに交わる点Aを通る水平線より上部に位置する部分であり、頭頂部1、頭部コーナー部2および頭側部3を含む部分である。熱間圧延時の減面率は、斜線で示す部分の断面積の減少率から算定することができる。また、圧延時のレール頭部表面の温度は、頭頂部1および頭部コーナー部2の頭部表面の温度を制御することにより、圧延時のオーステナイト粒の制御が図れ、レールの延性を向上させることができる。   Here, the part of the rail will be described. FIG. 2 shows the names of the rail parts. In the present invention, as shown in FIG. 2, the rail head portion is a portion located above a horizontal line passing through a point A that intersects each other when the lower surface of the head side portion 3 is extended. It is a part including the part 2 and the head side part 3. The area reduction rate at the time of hot rolling can be calculated from the reduction rate of the cross-sectional area of the portion indicated by hatching. Further, the temperature of the rail head surface during rolling can control the austenite grains during rolling by controlling the temperature of the head surface of the top 1 and the head corner 2, thereby improving the ductility of the rail. be able to.

また、圧延終了直後の頭部表面における未再結晶オーステナイト組織の面積比率は、図2に示す頭頂部(符号:1)の頭部表面から深さ6mmの位置を測定すれば、レール頭部の表面全体を代表させることができる。   In addition, the area ratio of the non-recrystallized austenite structure on the head surface immediately after the end of rolling can be obtained by measuring the position of the rail head at a depth of 6 mm from the head surface of the top (code: 1) shown in FIG. The entire surface can be represented.

さらに、上記に説明した圧延後の熱処理における加速冷却速度、加速冷却停止温度は、図2に示す頭頂部(符号:1)および頭部コーナー部(符号:2)の頭部表面、または、頭部表面から深さ3mmの範囲で測温すれば、レール頭部の全体を代表させることができ、この部分の温度や冷却速度を制御することにより、耐摩耗性や延性に優れた微細なパーライト組織を得ることができる。   Furthermore, the accelerated cooling rate and the accelerated cooling stop temperature in the heat treatment after rolling described above are the head surface of the top part (reference numeral: 1) and the head corner part (reference numeral: 2) shown in FIG. If the temperature is measured within a depth of 3mm from the surface of the part, the entire rail head can be represented. By controlling the temperature and cooling rate of this part, fine pearlite with excellent wear resistance and ductility. You can get an organization.

本製造方法では、加速冷却における冷媒については特に限定していないが、所定の冷却速度を確保し、レール各部位において、冷却条件の制御を確実に行うため、エアー、ミスト、エアーとミストの混合冷媒を用いて、レール各部位の外表面に所定の冷却を行うことが望ましい。   In the present manufacturing method, the refrigerant in the accelerated cooling is not particularly limited, but in order to ensure a predetermined cooling rate and to reliably control the cooling conditions at each part of the rail, air, mist, and a mixture of air and mist are used. It is desirable to perform predetermined cooling on the outer surface of each part of the rail using a refrigerant.

なお、本製造方法ではレール頭部の硬さについては特に限定していないが、重荷重鉄道において耐摩耗性を確保するには、Hv350以上の硬さを確保することが望ましい。
また、本製造方法によって製造された鋼レールの頭部の金属組織は微細なセメンタイト組織を含むパーライト組織であることが望ましいが、成分系、さらには、加速冷却条件の選択によっては、パーライト組織中に微量な初析フェライト組織、粗大な炭化物である初析セメンタイト組織およびベイナイト組織が生成することがある。しかし、微細なセメンタイト組織を含むパーライト組織中にこれらの組織が微量に生成してもレールの耐摩耗性や延性に大きな影響をおよぼさないため、本製造方法によって製造された鋼レールの頭部の組織としては、若干の初析フェライト組織、初析セメンタイト組織およびベイナイト組織の混在も含んでいる。
In the present manufacturing method, the hardness of the rail head is not particularly limited, but it is desirable to ensure a hardness of Hv 350 or higher in order to ensure wear resistance in heavy-duty railways.
Moreover, the metal structure of the head of the steel rail manufactured by this manufacturing method is preferably a pearlite structure including a fine cementite structure. However, depending on the selection of the component system and accelerated cooling conditions, In some cases, a very small amount of pro-eutectoid ferrite structure, pro-eutectoid cementite structure and bainite structure which are coarse carbides may be formed. However, even if a small amount of these structures are formed in a pearlite structure containing a fine cementite structure, it does not significantly affect the wear resistance and ductility of the rail. The structure of the part includes a mixture of some pro-eutectoid ferrite structure, pro-eutectoid cementite structure and bainite structure.

なお、パーライト組織中の微細なセメンタイト組織の生成量や大きさについては特に言及していないが、耐摩耗性や延性に影響を与えず、オーステナイト粒をピンニングできる範囲であることが望ましい。   The amount and size of the fine cementite structure in the pearlite structure are not particularly mentioned, but it is desirable that the austenite grains can be pinned without affecting the wear resistance and ductility.

次に、本発明の実施例について説明する。
表1に供試レール鋼の化学成分を示す。表2は、表1に示す供試レール鋼(鋼:A〜J)を用いて、本発明レール製造方法で製造したレールの、仕上げ圧延条件、未再結晶オーステナイト組織の面積比率、熱処理条件、さらには、レール頭表面下2mm位置のミクロ組織、硬さ、図3に示す位置から試験片を採取して行った引張試験の全伸び値、図4に示す位置から試験片を採取し、図5に示す方法で行った摩耗試験の結果も併記した。
Next, examples of the present invention will be described.
Table 1 shows the chemical composition of the test rail steel. Table 2 shows the finish rolling conditions, the area ratio of the non-recrystallized austenite structure, the heat treatment conditions of the rails manufactured by the rail manufacturing method of the present invention using the test rail steels (steel: A to J) shown in Table 1. Furthermore, the microstructure of the 2 mm position below the rail head surface, the hardness, the total elongation value of the tensile test conducted by collecting the test piece from the position shown in FIG. 3, and the test piece taken from the position shown in FIG. The results of the wear test conducted by the method shown in Fig. 5 are also shown.

Figure 0004846476
Figure 0004846476

Figure 0004846476
表3は、表1に示す供試レール鋼(鋼:A〜N)を用いて、比較レール製造方法で製造したレールの、仕上げ圧延条件、未再結晶オーステナイト組織の面積比率、熱処理条件、さらには、レール頭表面下2mm位置のミクロ組織、硬さ、図3に示す位置から試験片を採取して行った引張試験の全伸び値、図4に示す位置から試験片を採取し、図5に示す方法で行った摩耗試験の結果も併記した。
Figure 0004846476
Table 3 shows the finish rolling conditions, the area ratio of the non-recrystallized austenite structure, the heat treatment conditions of the rails manufactured by the comparative rail manufacturing method using the test rail steels (steel: A to N) shown in Table 1. Shows the microstructure and hardness at a position 2 mm below the rail head surface, the total elongation value of the tensile test conducted by collecting the test piece from the position shown in FIG. 3, and the test piece taken from the position shown in FIG. The results of the wear test conducted by the method shown in Fig. 6 are also shown.

Figure 0004846476
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(1)本発明レール製造方法(19本) 符号1〜19
上記限定成分範囲内で、かつ、上記限定範囲内の仕上げ圧延、熱処理条件で製造したパーライト系レール。
(2)比較熱処理レール(15本) 符号20〜34
鋼:20〜23:上記限定成分範囲外で、上記限定範囲内の熱間圧延直後の熱処理条件で製造したレール。
鋼:24〜29:上記限定成分範囲内のレール鋼を、上記限定範囲外の仕上げ圧延条件で製造したレール。
鋼:30〜34:上記限定成分範囲内のレール鋼を、上記限定範囲外の熱処理条件で製造したレール。
(1) Invention rail manufacturing method (19) Reference numerals 1 to 19
A pearlite rail produced within the above-mentioned limited component range and finish rolling and heat treatment conditions within the above-mentioned limited range.
(2) Comparative heat treatment rails (15) Reference numerals 20 to 34
Steel: 20 to 23: Rail manufactured under the heat treatment conditions immediately after hot rolling within the above limited range outside the above limited component range.
Steel: 24 to 29: Rail produced from rail steel within the above limited component range under finish rolling conditions outside the above limited range.
Steel: 30 to 34: Rail manufactured from rail steel within the above limited component range under heat treatment conditions outside the above limited range.

図6は表2に示す本発明のレール製造方法で製造したレールと表3に示す比較レール製造方法で製造したレールの頭部引張試験の結果を炭素量と全伸び値の関係を示したものである。図7は表2に示す本発明のレール製造方法で製造したレールと表3に示す比較レール製造方法で製造したレールの頭部摩耗試験の結果を炭素量と摩耗量の関係を示したものである。   FIG. 6 shows the relationship between the amount of carbon and the total elongation of the results of the head tensile test of the rail manufactured by the rail manufacturing method of the present invention shown in Table 2 and the rail manufactured by the comparative rail manufacturing method shown in Table 3. It is. FIG. 7 shows the relationship between the amount of carbon and the amount of wear of the head wear test results of the rail manufactured by the rail manufacturing method of the present invention shown in Table 2 and the rail manufactured by the comparative rail manufacturing method shown in Table 3. is there.

また、各種試験条件は下記のとおりである。
1.頭部引張試験
試験機:万能小型引張試験機
試験片形状:JIS4号相似
平行部長さ:30mm、平行部直径:6mm、伸び測定評点間距離:25mm
試験片採取位置:レール頭部表面下6mm(図5参照)
引張速度:10mm/min、試験温度:常温(20℃)
2.摩耗試験
試験機:西原式摩耗試験機(図7参照)
試験片形状:円盤状試験片(外径:30mm、厚さ:8mm)
試験片採取位置:レール頭部表面下2mm(図6参照)
試験荷重:686N(接触面圧640MPa)
すべり率:20%
相手材:パーライト鋼(Hv380)
雰囲気:大気中
冷却:圧搾空気による強制冷却(流量:100Nl/min)
繰返し回数:70万回
Various test conditions are as follows.
1. Head tensile tester: Universal small tensile tester Test piece shape: JIS No. 4 similar parallel part length: 30 mm, parallel part diameter: 6 mm, distance between elongation measurement scores: 25 mm
Test piece sampling position: 6mm below the rail head surface (see Fig. 5)
Tensile speed: 10 mm / min, test temperature: normal temperature (20 ° C.)
2. Abrasion tester: Nishihara type wear tester (see Fig. 7)
Test piece shape: disk-shaped test piece (outer diameter: 30 mm, thickness: 8 mm)
Test piece sampling position: 2mm below the rail head surface (see Fig. 6)
Test load: 686 N (contact surface pressure 640 MPa)
Slip rate: 20%
Opposite material: Pearlite steel (Hv380)
Atmosphere: Air cooling: Forced cooling with compressed air (flow rate: 100 Nl / min)
Repeat count: 700,000 times

表2、表3に示すように、本発明レール鋼(鋼:1〜19)は、比較レール鋼(鋼:20〜23)と比べて、C、Si、Mnの添加量がある一定範囲内に納まっているため、レールの耐摩耗性や延性に悪影響を与える初析フェライト、初析セメンタイト組織、マルテンサイト組織などを生成させず、耐摩耗性や延性に優れたパーライト組織が生成している。   As shown in Tables 2 and 3, the rail steel of the present invention (steel: 1 to 19) is within a certain range in which the addition amount of C, Si and Mn is larger than that of the comparative rail steel (steel: 20 to 23). Therefore, it does not generate pro-eutectoid ferrite, pro-eutectoid cementite structure, martensite structure, etc. that adversely affect the wear resistance and ductility of the rail, and a pearlite structure with excellent wear resistance and ductility is generated. .

また、表2、表3、図6に示したように、本発明レール鋼(鋼:1〜19)は、比較レール鋼(鋼:24〜29)と比べて、仕上げ圧延条件がある一定範囲内に納まっているため、微細なパーライト組織を安定的に生成させ、鋼の炭素量を同一とした場合、レール頭部の延性を向上している。また、本発明レール鋼(鋼:1〜19)は、比較レール鋼(鋼:30〜34)と比べて、熱処理条件がある一定範囲内に納まっているため、微細なパーライト組織を安定的に生成しており、鋼の炭素量を同一とした場合、レール頭部の延性がさらに向上している。   Moreover, as shown in Table 2, Table 3, and FIG. 6, this invention rail steel (steel: 1-19) is a fixed range with finish rolling conditions compared with comparative rail steel (steel: 24-29). Therefore, the duct head is improved in ductility when the fine pearlite structure is stably generated and the carbon content of the steel is the same. In addition, the rail steel of the present invention (steel: 1 to 19) has a heat treatment condition within a certain range as compared with the comparative rail steel (steel: 30 to 34), so that a fine pearlite structure can be stably formed. When the carbon content of the steel is the same, the duct head has further improved ductility.

さらに、表2、表3、図7に示したように、本発明レール鋼(鋼:1〜19)は、比較レール鋼(鋼:24、25)と比べて、仕上げ圧延条件がある一定範囲内に納まっているため、微細なパーライト組織を安定的に生成しており、耐摩耗性が確保されている。また、本発明レール鋼(鋼:1〜19)は、比較レール鋼(鋼:30〜33)と比べて、熱処理条件がある一定範囲内に納まっているため、耐摩耗性に有害な初析セメンタイト組織やマルテンサイト組織の生成が抑制され、耐摩耗性が確保されている。   Furthermore, as shown in Table 2, Table 3, and FIG. 7, the rail steel of the present invention (steel: 1 to 19) has a certain range of finish rolling conditions as compared with the comparative rail steel (steel: 24, 25). Therefore, a fine pearlite structure is stably generated and wear resistance is ensured. Moreover, since the rail steel of the present invention (steel: 1 to 19) is within a certain range of heat treatment conditions as compared with the comparative rail steel (steel: 30 to 33), it is a detrimental effect on wear resistance. Generation of cementite structure and martensite structure is suppressed, and wear resistance is ensured.

このように本発明によれば、レール製造において、鋼の成分、仕上げ圧延条件、さらには、熱処理条件を制御することにより、重荷重鉄道に使用されるレールの頭部の組織を制御し、硬度を所定の範囲に収め、レールの耐摩耗性と延性を向上させることが可能となる。   As described above, according to the present invention, in rail production, the structure of the rail head used in heavy-duty railways is controlled by controlling the steel composition, finish rolling conditions, and further heat treatment conditions, and the hardness It is possible to improve the wear resistance and ductility of the rail.

炭素量0.85〜1.40%の鋼を用いて圧延実験を行った結果を反力比(圧延機の反力値を同一累積減面率の圧延温度950℃の反力値で除した値)と圧延直後の未再結晶オーステナイト組織の生成量の関係で示した図。Results of rolling experiments using steel with carbon content of 0.85 to 1.40% were obtained by dividing the reaction force ratio (reaction force value of the rolling mill by the reaction force value at the rolling temperature of 950 ° C. with the same cumulative area reduction rate). (Value) and the figure shown by the relationship between the production amount of the non-recrystallized austenite structure immediately after rolling. 本発明のレール製造方法で製造したレールの頭部断面表面位置での呼称を示した図。The figure which showed the name in the head cross-section surface position of the rail manufactured with the rail manufacturing method of this invention. 表2と表3に示す引張試験における試験片採取位置を示した図。The figure which showed the test piece collection position in the tension test shown in Table 2 and Table 3. FIG. 表2と表3に示す摩耗試験における試験片採取位置を示した図。The figure which showed the test piece collection position in the abrasion test shown in Table 2 and Table 3. FIG. 摩耗試験の概要を示した図。The figure which showed the outline | summary of the abrasion test. 表2に示す本発明のレール製造方法で製造したレールと表3に示す比較レール製造方法で製造したレールの頭部引張試験の結果を炭素量と全伸び値の関係で示した図。The figure which showed the result of the head tensile test of the rail manufactured with the rail manufacturing method of this invention shown in Table 2, and the rail manufactured with the comparative rail manufacturing method shown in Table 3 by the relationship between carbon amount and total elongation value. 表2に示す本発明のレール製造方法で製造したレールと表3に示す比較レール製造方法で製造したレールの頭部摩耗試験の結果を炭素量と摩耗量の関係で示した図。The figure which showed the result of the head abrasion test of the rail manufactured with the rail manufacturing method of this invention shown in Table 2, and the rail manufactured with the comparative rail manufacturing method shown in Table 3 by the relationship between carbon amount and the amount of wear.

符号の説明Explanation of symbols

1…頭頂部
2…頭部コーナー部
3…頭側部
4…レール試験片
5…相手材
6…冷却用ノズル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Top part 2 ... Head corner part 3 ... Head side part 4 ... Rail test piece 5 ... Counterpart material 6 ... Cooling nozzle

Claims (2)

質量%で、C:0.85〜1.40%、Si:0.05〜2.00%、Mn:0.05〜2.00%を含有していて残部がFeおよび不可避的不純物からなるレール圧延用鋼片に対して、少なくとも粗圧延及び仕上げ圧延を行うことにより耐摩耗性および延性に優れたパーライト系レールを製造する方法であって、
前記仕上げ圧延において、レール頭部表面温度がArcm点未満〜700℃以上の温度範囲において、頭部の累積減面率を20%以上とする圧延を行い、圧延終了直後のレール頭部表面に未再結晶オーステナイト組織を面積比率で50%以上生成させ、かつ仕上げ圧延終了直後のレール頭部表面の未再結晶オーステナイト組織におけるオーステナイト粒界にセメンタイト組織を生成させ、
その後、仕上げ圧延後のレール頭部表面を、仕上げ圧延終了後200sec以内で冷却速度5〜50℃/secで少なくとも550℃まで加速冷却することを特徴とするパーライト系レールの製造方法。
In mass%, C: 0.85 to 1.40%, Si: 0.05 to 2.00%, Mn: 0.05 to 2.00%, with the balance being Fe and inevitable impurities A method of manufacturing a pearlite rail excellent in wear resistance and ductility by performing at least rough rolling and finish rolling on a steel strip for rail rolling,
In the finish rolling, in a temperature range where the rail head surface temperature is less than the Arcm point to 700 ° C. or higher, rolling is performed so that the cumulative reduction in area of the head is 20% or more. A recrystallized austenite structure is generated at an area ratio of 50% or more, and a cementite structure is generated at the austenite grain boundary in the non-recrystallized austenite structure on the rail head surface immediately after the finish rolling,
Thereafter, the rail head surface after finish rolling is acceleratedly cooled to at least 550 ° C. at a cooling rate of 5 to 50 ° C./sec within 200 sec after completion of finish rolling.
さらに、質量%で、
Cr:0.05〜2.00%、Mo:0.01〜0.50%、V:0.005〜0.500%、Nb:0.002〜0.050、B:0.0001〜0.0050%、Co:0.003〜2.00%、Cu:0.01〜1.00%、Ni:0.01〜1.00%、Ti:0.0050〜0.0500%、Mg:0.0005〜0.0200%、Ca:0.0005〜0.0150、Al:0.010〜1.00%、Zr:0.0001〜0.2000%、N:0.0060〜0.0200%の内、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系レールの製造方法。
Furthermore, in mass%,
Cr: 0.05 to 2.00%, Mo: 0.01 to 0.50%, V: 0.005 to 0.500%, Nb: 0.002 to 0.050, B: 0.0001 to 0 .0050%, Co: 0.003-2.00%, Cu: 0.01-1.00%, Ni: 0.01-1.00%, Ti: 0.0050-0.0500%, Mg: 0.0005 to 0.0200%, Ca: 0.0005 to 0.0150, Al: 0.010 to 1.00%, Zr: 0.0001 to 0.2000%, N: 0.0060 to 0.0200 The method for producing a pearlite rail according to claim 1, wherein the pearlite rail contains 1 type or 2 types or more.
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