(57)【要約】【課題】  要求されるトライポロジー特性を簡単に実現することができる炭素鋼とその製造方法及び鉄道用部材とその製造方法を提供する。【解決手段】  炭素鋼１は、摩擦係数の異なる表面１ａ，１ｂを有する鋼材である。表面１ａ，１ｂは、他の部材の表面との間の相対運動により摩擦抵抗を受ける部分であり互いに隣接している。炭素鋼１は、表面１ａを有する高炭素鋼部１ｃと、表面１ｂを有する低炭素鋼部１ｄとから構成されている。高炭素鋼部１ｃは、含有炭素量が多い部分であり、低炭素鋼部１ｄは高炭素鋼部１ｃに比べて含有炭素量が少ない部分であり、高炭素鋼部１ｃと低炭素鋼部１ｄとは互いに隣接している。高炭素鋼部１ｃ及び低炭素鋼部１ｄは、いずれも同一組織であり、例えば一方がパーライト組織である場合には他方もパーライト組織である。【選択図】      図１
2006045622.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
摩擦係数の異なる表面を有する炭素鋼であって、
前記表面のうち摩擦係数の高い部分は含有炭素量が多く、前記表面のうち摩擦係数の低い部分は含有炭素量が少ないこと、
を特徴とする炭素鋼。
【請求項２】
請求項１に記載の炭素鋼において、
前記表面は、前記摩擦係数の高い部分と前記摩擦係数の低い部分が隣接していること、
を特徴とする炭素鋼。
【請求項３】
摩擦係数の異なる表面を有する炭素鋼の製造方法であって、
含有炭素量が多い加熱された炭素鋼と含有炭素量が少ない加熱された炭素鋼とを接合させて、前記摩擦係数の異なる表面を有する炭素鋼を製造すること、
を特徴とする炭素鋼の製造方法。
【請求項４】
摩擦係数の異なる表面を有する鉄道用部材であって、
前記表面のうち摩擦係数の高い部分は含有炭素量が多く、前記表面のうち摩擦係数の低い部分は含有炭素量が少ないこと、
を特徴とする鉄道用部材。
【請求項５】
請求項４に記載の鉄道用部材において、
前記表面は、前記摩擦係数の高い部分と前記摩擦係数の低い部分が隣接していること、
を特徴とする鉄道用部材。
【請求項６】
請求項４又は請求項５に記載の鉄道用部材において、
前記表面は、鉄道用レールの頭頂面及び頭側面とそれぞれ接触する鉄道用車輪の踏面及びフランジ面であり、
前記踏面は含有炭素量が多く、前記フランジ面は含有炭素量が少ないこと、
を特徴とする鉄道用部材。
【請求項７】
請求項４から請求項６までのいずれか１項に記載の鉄道用部材において、
前記表面は、鉄道用車輪の踏面及びフランジ面とそれぞれ接触する鉄道用レールの頭頂面及び頭側面であり、
前記頭頂面は含有炭素量が多く、前記頭側面は含有炭素量が少ないこと、
を特徴とする鉄道用部材。
【請求項８】
摩擦係数の異なる表面を有する鉄道用部材の製造方法であって、
含有炭素量が多い加熱された炭素鋼と含有炭素量が少ない加熱された炭素鋼とを接合させて、前記摩擦係数の異なる表面を有する鉄道用部材を製造すること、
を特徴とする鉄道用部材の製造方法。
【請求項９】
請求項８に記載の鉄道用部材の製造方法において、
前記表面は、鉄道用レールの頭頂面及び頭側面と接触する鉄道用車輪の踏面及びフランジ面であり、
含有炭素量が多い部分に前記踏面を形成し、含有炭素量が少ない部分に前記フランジ面を形成すること、
を特徴とする鉄道用部材の製造方法。
【請求項１０】
請求項８又は請求項９に記載の鉄道用部材の製造方法において、
前記表面は、鉄道用車輪の踏面及びフランジ面と接触する鉄道用レールの頭頂面及び頭側面であり、
含有炭素量が多い部分に前記頭頂面を形成し、含有炭素量が少ない部分に前記頭側面を形成すること、
を特徴とする鉄道用部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、摩擦係数の異なる表面を有する炭素鋼とその製造方法、及び摩擦抵抗の異なる表面を有する鉄道用部材とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図８は、鉄道車両が急曲線を通過するときの鉄道用車輪と鉄道用レールとの状態を示す平面図である。図９は、図８のIX部分を拡大して示す正面図である。
図８及び図９に示す車輪Ｗは、レールＲと回転接触する鉄道用部材であり、レールＲの頭頂面（頭部上面）Ｒ1と接触して摩擦抵抗を受ける踏面Ｗ1と、鉄道車両が急曲線を通過するときに外軌側のレールＲの頭側面Ｒ2と接触して摩擦抵抗を受けるフランジ面Ｗ2とを備えている。レールＲは、車輪Ｗを案内する鉄道用部材であり、車輪Ｗを直接支持する頭頂面Ｒ1と、この頭頂面Ｒ1と連続する頭側面Ｒ2とを備えている。
【０００３】
このような鉄道用車輪及び鉄道用レールは、図９に示すように、できるだけ高い摩擦係数を要求される部位である踏面Ｗ1及び頭頂面Ｒ1と、できる限り摩擦係数を低減したい部位であるフランジ面Ｗ2及び頭側面Ｒ2とが存在し、構成部位によって要求されるトライポロジー特性が異なる。また、このような鉄道用車輪及び鉄道用レールは、高い摩擦係数を要求される部位と低い摩擦係数を要求される部位とが隣り合っているという特徴がある。さらに、このような鉄道用車輪及び鉄道用レールは、鉄道の基幹部品であるため、これらの材料には安全性と保守コストの削減とが求められている。図８及び図９に示すように、矢印方向に鉄道車両が急曲線を通過すると、フランジ面Ｗ2と頭側面Ｒ2との間に横圧Ｑが作用してこれらが激しく高面圧で高滑り接触を起こす。このため、フランジ面Ｗ2及び頭側面Ｒ2は、摩耗の激しい場所となり、このような摩耗が進行すると踏面Ｗ1及び頭頂面Ｒ1の形状が変化し、安全性や乗り心地が低下するとともに保守コストが増加する。このため、従来の鉄道用車輪では、レールの頭頂面と接触する踏面をガス浸炭焼き入れ処理した後に焼戻し処理している（例えば、特許文献１参照）。また、従来の鉄道用レールでは、車輪と接触する頭頂面を高温に加熱して熱処理した後に、オーステナイト域温度から所定の冷却速度で所定の温度まで冷却しその後放冷することによって製造されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開平5-42801号公報
【０００５】
【特許文献２】特開平9-316598号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の鉄道用車輪及び鉄道用レールでは、鉄道車両が急曲線を通過するときに、フランジ面Ｗ2と頭側面Ｒ2との間の摩擦を緩和するためにこれらの間に潤滑油などを噴射している。しかし、踏面Ｗ1とフランジ面Ｗ2とが隣接しており頭頂面Ｒ1と頭側面Ｒ2とが隣接しているため、噴射した潤滑油などがフランジ面Ｗ2や頭側面Ｒ2から踏面Ｗ1や頭頂面Ｒ1に付着するおそれがある。このため、力行（駆動）時に車輪ＷがレールＲ上を滑る車輪Ｗの空転やブレーキ時に車輪ＷがレールＲ上を滑る滑走などが発生するおそれがある。その結果、空転によってレールＲに甚大な摩擦が発生したり、滑走によって車輪Ｗが局部的に形状不整になるフラットが発生したりして、臨時のメンテナンスが多くなるという問題がある。
【０００７】
また、従来の鉄道用車輪では、フランジ面Ｗ2に焼き入れを行うと車輪Ｗの大きさ及び冷却速度などの原因によって、安定的にフランジ面Ｗ2を焼き入れすることが困難であった。さらに、従来の鉄道用レールでは、製品製造時に頭頂面Ｒ1を焼き入れ処理しているが摩耗やきしみ割れなどの発生が問題となっている。このため、従来の鉄道用車輪や鉄道用レールでは、形状の変化を防止するため定期的に削正して形状を整えているが作業回数が増えると保守コストが増大し運営上問題となる。特に、鉄道用車輪の場合には台車から取り外す作業が必要であるため削正作業に手間がかかるという問題があった。
【０００８】
この発明の課題は、要求されるトライポロジー特性を簡単に実現することができる炭素鋼とその製造方法を提供することである。また、この発明の課題は、摩擦係数を制御して安全性を図りながら乗り心地を改善し保守コストを減少させることができる鉄道用部材とその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明は、以下に記載するような解決手段により、前記課題を解決する。
なお、この発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、この実施形態に限定するものではない。
請求項１の発明は、摩擦係数の異なる表面（１ａ，１ｂ）を有する炭素鋼であって、前記表面のうち摩擦係数の高い部分（１ａ）は含有炭素量が多く、前記表面のうち摩擦係数の低い部分（１ｂ）は含有炭素量が少ないことを特徴とする炭素鋼（１）である。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１に記載の炭素鋼において、前記表面は、前記摩擦係数の高い部分と前記摩擦係数の低い部分が隣接していることを特徴とする炭素鋼である。
【００１１】
請求項３の発明は、摩擦係数の異なる表面（１ａ，１ｂ）を有する炭素鋼（１）の製造方法であって、含有炭素量が多い加熱された炭素鋼（１ｃ）と含有炭素量が少ない加熱された炭素鋼（１ｄ）とを接合（＃１０２）させて、前記摩擦係数の異なる表面を有する炭素鋼を製造することを特徴とする炭素鋼の製造方法である。
【００１２】
請求項４の発明は、摩擦係数の異なる表面（Ｗ1，Ｗ2；Ｒ1，Ｒ2）を有する鉄道用部材であって、前記表面のうち摩擦係数の高い部分（Ｗ1，Ｒ1）は含有炭素量が多く、前記表面のうち摩擦係数の低い部分（Ｗ2，Ｒ2）は含有炭素量が少ないことを特徴とする鉄道用部材（Ｗ；Ｒ）である。
【００１３】
請求項５の発明は、請求項４に記載の鉄道用部材において、前記表面は、前記摩擦係数の高い部分と前記摩擦係数の低い部分が隣接していることを特徴としている鉄道用部材である。
【００１４】
請求項６の発明は、請求項４又は請求項５に記載の鉄道用部材において、前記表面は、鉄道用レール（Ｒ）の頭頂面（Ｒ1）及び頭側面（Ｒ2）とそれぞれ接触する鉄道用車輪（Ｗ）の踏面（Ｗ1）及びフランジ面（Ｗ2）であり、前記踏面は含有炭素量が多く、前記フランジ面は含有炭素量が少ないことを特徴とする鉄道用部材（Ｗ）である。
【００１５】
請求項７の発明は、請求項４から請求項６までのいずれか１項に記載の鉄道用部材において、前記表面は、鉄道用車輪（Ｗ）の踏面（Ｗ1）及びフランジ面（Ｗ2）とそれぞれ接触する鉄道用レール（Ｒ）の頭頂面（Ｒ1）及び頭側面（Ｒ2）であり、前記頭頂面は含有炭素量が多く、前記頭側面は含有炭素量が少ないことを特徴とする鉄道用部材（Ｒ）である。
【００１６】
請求項８の発明は、摩擦係数の異なる表面（Ｗ1，Ｗ2；Ｒ1，Ｒ2）を有する鉄道用部材の製造方法であって、含有炭素量が多い加熱された炭素鋼（１ｃ）と含有炭素量が少ない加熱された炭素鋼（１ｄ）とを接合（＃１０２）させて、前記摩擦係数の異なる表面を有する鉄道用部材（Ｗ；Ｒ）を製造することを特徴とする鉄道用部材の製造方法である。
【００１７】
請求項９の発明は、請求項８に記載の鉄道用部材の製造方法において、前記表面は、鉄道用レール（Ｒ）の頭頂面（Ｒ1）及び頭側面（Ｒ2）と接触する鉄道用車輪（Ｗ）の踏面（Ｗ1）及びフランジ面（Ｗ2）であり、含有炭素量が多い部分（１ｃ）に前記踏面を形成し、含有炭素量が少ない部分（１ｄ）に前記フランジ面を形成することを特徴とする鉄道用部材（Ｗ）の製造方法である。
【００１８】
請求項１０の発明は、請求項８又は請求項９に記載の鉄道用部材の製造方法において、前記表面は、鉄道用車輪（Ｗ）の踏面（Ｗ1）及びフランジ面（Ｗ2）と接触する鉄道用レール（Ｒ）の頭頂面（Ｒ1）及び頭側面（Ｒ2）であり、含有炭素量が多い部分（１ｃ）に前記頭頂面を形成し、含有炭素量が少ない部分（１ｄ）に前記頭側面を形成することを特徴とする鉄道用部材（Ｒ）の製造方法である。
【発明の効果】
【００１９】
この発明によると、要求されるトライポロジー特性を簡単に実現することができるとともに、摩擦係数を制御して安全性を図りながら乗り心地を改善し保守コストを減少させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
（第１実施形態）
以下、図面を参照して、この発明の第１実施形態について詳しく説明する。
図１は、この発明の第１実施形態に係る炭素鋼を模式的に示す断面図である。
炭素鋼１は、摩擦係数の異なる表面１ａ，１ｂを有する鋼材である。炭素鋼１は、炭素を最大２％まで含有する鉄−炭素合金であり、ケイ素、マンガン、りん、硫黄などを少量含む。炭素鋼１は、例えば、オーステナイト状態から冷却したときに共析変態(Ａ1変態)によってフェライトとセメンタイトとが層状に交互に存在するパーライト組織、又はオーステナイト状態から急冷したときに組成によって定まるＭS点以下の温度で無拡散的に格子変遷した微細な針状組織であるマルテンサイト組織である。炭素鋼１は、図１に示すように、表面１ａを有する高炭素鋼部１ｃと、表面１ｂを有する低炭素鋼部１ｄとから構成されている。
【００２１】
表面１ａ，１ｂは、他の部材の表面との間の相対運動により摩擦抵抗を受ける部分であり互いに隣接している。高炭素鋼部１ｃは、含有炭素量が多い部分であり、低炭素鋼部１ｄは高炭素鋼部１ｃに比べて含有炭素量が少ない部分であり、高炭素鋼部１ｃと低炭素鋼部１ｄとは互いに隣接している。高炭素鋼部１ｃ及び低炭素鋼部１ｄは、いずれも同一組織であり、例えば一方がパーライト組織である場合には他方もパーライト組織である。
【００２２】
次に、この発明の第１実施形態に係る炭素鋼の製造方法について説明する。
図２は、この発明の第１実施形態に係る炭素鋼の製造方法の工程図である。
高炭素鋼部製造工程＃１００は、含有炭素量の多い高炭素鋼部１ｃを製造する工程であり、銑鉄又は鉄スクラップなどを原料として通所の製鋼工程によって含有炭素量の多い高炭素鋼部１ｃを製造する。
【００２３】
低炭素鋼部製造工程＃１０１は、含有炭素量の少ない低炭素鋼部１ｄを製造する工程であり、高炭素鋼部製造工程＃１００と同様に通常の製鋼工程によって含有炭素量の少ない低炭素鋼部１ｄを製造する。
【００２４】
接合工程＃１０２は、高炭素鋼部１ｃと低炭素鋼部１ｄとを接合する工程である。この接合工程＃１０２では、加熱された高炭素鋼部１ｃと加熱された低炭素鋼部１ｄとを鍛造、鋳造などの加工方法によって接合させて、図１に示す摩擦係数の異なる表面１ａ，１ｂを有する炭素鋼１が製造される。例えば、高炭素鋼部１ｃと低炭素鋼部１ｄとの接合面間に生じる原子の拡散を利用して、加熱され軟化状態の高炭素鋼部１ｃと加熱され軟化状態の低炭素鋼部１ｄとを鍛造機械などを利用して接合させた後に、圧延機械などによって所定の寸法形状の炭素鋼１を製造する。また、加熱され液化状態の高炭素鋼部１ｃと加熱され液化状態の低炭素鋼部１ｄとを鋳型に流し込み接合させて凝固させ、所定の寸法形状の炭素鋼１を製造する。
【００２５】
この発明の第１実施形態に係る炭素鋼とその製造方法には、以下に記載するような効果がある。
(1) この第１実施形態では、摩擦係数の異なる表面１ａ，１ｂを炭素鋼１が有し、表面１ａ，１ｂのうち摩擦係数の高い部分は含有炭素量が高く、表面１ａ，１ｂのうち摩擦係数の低い部分は含有炭素量が低い。このため、炭素鋼１の含有炭素量を変化させることによって摩擦係数を制御することができるため、トラクションを容易にコントロールすることができる。
【００２６】
(2) この第１実施形態では、表面１ａ，１ｂの摩擦係数の高い部分と摩擦係数の低い部分とが隣接している。その結果、含有炭素量が少なく摩擦係数の低い部分については摩耗を低減することができるため、この部分の厚さを薄くすることができ鋼材の軽量化を図ることができる。
【００２７】
(3) この第１実施形態では、含有炭素量が高い加熱された高炭素鋼部１ｃと含有炭素量が低い加熱された低炭素鋼部１ｄとを接合させて、摩擦係数の異なる表面１ａ，１ｂを有する炭素鋼１を製造する。その結果、通常の鍛造工程や鋳造工程などによって摩擦係数を制御可能な炭素鋼１を容易に製造することができる。
【００２８】
（第２実施形態）
図３は、この発明の第２実施形態に係る鉄道用部材の正面図である。図４は、この発明の第２実施形態に係る鉄道用部材を模式的に示す断面図である。以下では、図１に示す部分と同一の部分については、同一の番号を付して詳細な説明を省略する。
図３及び図４に示す車輪Ｗは、摩擦係数の異なる表面を有する鉄道用車輪である。車輪Ｗは、例えば、炭素鋼を材料とする圧延車輪などでありパーライト組織又はマルテンサイト組織である。車輪Ｗは、踏面Ｗ1及びフランジ面Ｗ2などから構成されている。踏面Ｗ1は、レールＲの頭頂面Ｒ1と接触して摩擦抵抗を受ける表面であり、炭素含有量が多く摩擦係数の高い高炭素鋼部１ｃである。フランジ面Ｗ2は、急曲線のレールＲの頭側面Ｒ2と回転接触する表面であり、炭素含有量が少なく摩擦係数の低い低炭素鋼部１ｄである。
【００２９】
次に、この発明の第２実施形態に係る鉄道用部材の製造方法について説明する。
図２に示す工程と同様の工程によって、銑鉄などを原料として製鋼工程により含有炭素量の多い高炭素鋼部１ｃを製造するとともに、同様の製鋼工程によって含有炭素量の少ない低炭素鋼部１ｄを製造する。次に、車輪Ｗを圧延加工により製造する場合には、加熱され軟化状態の高炭素鋼部１ｃと加熱され軟化状態の低炭素鋼部１ｄとを接合させる。その後に、圧延機械などによって所定の寸法形状に圧延加工して、高炭素鋼部１ｃに踏面Ｗ1が形成されるとともに低炭素鋼部１ｄにフランジ面Ｗ2が形成され車輪Ｗが製造される。一方、車輪Ｗを鋳造する場合には、加熱され液化状態の高炭素鋼部１ｃと加熱され液化状態の低炭素鋼部１ｄとを鋳型に流し込み接合させて所定の寸法形状に凝固させる。その結果、高炭素鋼部１ｃに踏面Ｗ1が形成されるとともに、低炭素鋼部１ｄにフランジ面Ｗ2が形成されて車輪Ｗが製造される。
【００３０】
この発明の第２実施形態に係る鉄道用部材とその製造方法には、第１実施形態の効果に加えて、以下に記載するような効果がある。
(1) この第２実施形態では、摩擦係数の高い踏面Ｗ1は含有炭素量が多く、摩擦係数の低いフランジ面Ｗ2は含有炭素量が少ない。このため、フランジ面Ｗ2の含有炭素量を少なくして摩擦係数を低くすることによって、頭側面Ｒ2とフランジ面Ｗ2との間の摩擦抵抗を減少させ高面圧、高滑り条件下における磨耗を低減し、きしみ割れを防止することができる。特に、鉄道車両が急曲線を通過するときにフランジ面Ｗ2と頭側面Ｒ2とが激しく接触しても、フランジ面Ｗ2に摩耗や傷が発生するのを可能な限り防止することができる。その結果、従来の鉄道用車輪のように車輪Ｗの形状の変化を防止するために、車輪Ｗを定期的に削正して車輪Ｗの形状を整える大規模な作業が不要になり、安全性を図りながら保守コストを低減することができる。また、踏面Ｗ1の含有炭素量を多くして摩擦係数を高くすることによって、頭頂面Ｒ1と踏面Ｗ1との間の摩擦抵抗の低下を抑制することができる。その結果、空転や滑走を抑制してレールＲの摩擦や車輪Ｗの局部的な形状不整を防止することができる。
【００３１】
(2) この第２実施形態では、摩擦係数の高い踏面Ｗ1と摩擦係数の低いフランジ面Ｗ2とが隣接している。このため、従来の鉄道用車輪のようなフランジ面Ｗ2に潤滑油を噴射する装置などが不要になり低コスト化を図ることができるとともに、フランジ面Ｗ2に噴射した潤滑油が踏面Ｗ1に付着して、空転や滑走が発生するのを抑制することができる。
【００３２】
(3) この第２実施形態では、含有炭素量が多い加熱された炭素鋼と含有炭素量が少ない加熱された炭素鋼とを接合させて、含有炭素量が多い部分に踏面Ｗ1を形成し、含有炭素量が少ない部分にフランジ面Ｗ2を形成している。このため、通常の圧延工程や鋳造工程などによって摩擦係数を制御可能な車輪Ｗを容易に製造することができる。
【００３３】
（第３実施形態）
図５は、この発明の第３実施形態に係る鉄道用部材の断面図である。図６は、この発明の第３実施形態に係る鉄道用部材を模式的に示す断面図である。
レールＲは、摩擦係数の異なる表面を有する鉄道用レールである。レールＲは、例えば、高炭素鋼を材料とする圧延レールなどでありパーライト組織又はマルテンサイト組織である。レールＲは、頭頂面Ｒ1及び頭側面Ｒ2などから構成されている。頭頂面Ｒ1は、車輪Ｗの踏面Ｗ1と接触して摩擦抵抗を受ける表面であり、炭素含有量が多く摩擦係数の高い高炭素鋼部１ｃである。頭側面Ｒ2は、急曲線で車輪Ｗのフランジ面Ｗ2と接触する表面であり、炭素含有量が少なく摩擦係数の低い低炭素鋼部１ｄである。
【００３４】
次に、この発明の第３実施形態に係る鉄道用部材の製造方法について説明する。
図２に示す工程と同様の工程によって、銑鉄などを原料として製鋼工程により含有炭素量の多い高炭素鋼部１ｃを製造するとともに、同様の製鋼工程によって含有炭素量の少ない低炭素鋼部１ｄを製造する。次に、加熱され軟化状態の高炭素鋼部１ｃと加熱され軟化状態の低炭素鋼部１ｄとを接合させる。その後に、圧延機械などによって所定の寸法形状に圧延加工して、高炭素鋼部１ｃに踏面Ｗ1が形成されるとともに低炭素鋼部１ｄにフランジ面Ｗ2が形成され車輪Ｗが製造される。
【００３５】
この発明の第３実施形態に係る鉄道用部材とその製造方法には、第１実施形態の効果に加えて、以下に記載するような効果がある。
(1) この第３実施形態では、摩擦係数の高い頭頂面Ｒ1は含有炭素量が多く、摩擦係数の低い頭側面Ｒ2は含有炭素量が少ない。このため、頭側面Ｒ2とフランジ面Ｗ2との間の摩擦抵抗を減少させ高面圧、高滑り条件下における磨耗を低減し、きしみ割れを防止することができる。一方、頭頂面Ｒ1の含有炭素量を多くして摩擦係数を高くすることによって、頭頂面Ｒ1と踏面Ｗ1との間の摩擦抵抗の低下を抑制することができる。その結果、従来の鉄道用レールのようにレールＲを定期的に削正してレール頭部の形状を整える大規模な作業を簡略化することができる。
【００３６】
(2) この第３実施形態では、摩擦係数の高い頭頂面Ｒ1と摩擦係数の低い頭側面Ｒ2とが隣接している。このため、従来の鉄道用レールのような頭側面Ｒ2に潤滑油を噴射する装置などが不要になり低コスト化を図ることができるとともに、頭側面Ｒ2に噴射した潤滑油が頭頂面Ｒ1に付着して、空転や滑走が発生するのを抑制することができる。
【００３７】
(3) この第３実施形態では、含有炭素量が多い加熱された炭素鋼と含有炭素量が少ない加熱された炭素鋼とを接合させて、含有炭素量が多い部分に頭頂面Ｒ1を形成し、含有炭素量が少ない部分に頭側面Ｒ2を形成している。このため、通常の圧延工程などによって摩擦係数を制御可能なレールＲを容易に製造することができる。
【実施例】
【００３８】
次に、この発明の実施例について説明する。
図７は、この発明の実施例に係る試験片の摩擦係数の時間変化を示すグラフである。なお、図７に示す縦軸は摩擦係数であり横軸は時間(s)である。
【００３９】
（試験片）
実施例１〜３は、ビッカース硬さが300HV程度のパーライト組織の試験片であり、実施例１は含有炭素量が0.45mass%であり、実施例２は含有炭素量が0.60mass%であり、実施例３は含有炭素量が0.90mass%である。実施例１〜３の試験片とそれぞれ回転接触する相手方の試験片には、含有炭素量が0.70mass%程度であり、硬さが400HV程度のものを使用した。実施例１〜３の試験片及び相手試験片は、直径30mm×厚さ8mmの円筒状であり、摩耗試験機に取り付けるために直径16mmの貫通孔が中央部に形成されている。
【００４０】
（試験方法）
車輪とレールとの接触を模擬するために、２円筒西原式転がり摩耗試験機によってすべり率を９％（片側試験片が９％多く回転する）、面圧を0.9GPaに設定して試験を実施した。試験は、実施例１〜３の試験片又は相手試験片のいずれか一方を車輪とし他方をレールとして、実施例１〜３のそれぞれの試験片と相手試験片とを接触させた場合について実施した。そして、試験中に実施例１〜３の試験片及び相手試験片に加わるトルク(τ)を摩耗試験機から検出して、摩擦係数(μ)＝トルク(τ(kgf・cm))／荷重(Ｗ(kgf))／試験片の半径(cm)により摩擦係数(μ)の変化を測定した。ここで、荷重(Ｗ)は、実施例１〜３の試験片と相手試験片とを加圧接触させたときに加えた荷重である。
【００４１】
（試験結果）
図７に示すように、同一の組織である炭素鋼の含有炭素量が変化すると摩擦係数が変化しており、含有炭素量の異なる炭素鋼を組み合わせることによって摩擦係数を制御可能であることが確認された。
【００４２】
（他の実施形態）
この発明は、以上説明した実施形態に限定するものではなく、以下に記載するように種々の変形又は変更が可能であり、これらもこの発明の範囲内である。
この実施形態では、鉄道用部材１として鉄道用車輪及び鉄道用レールを例に挙げて説明したがこれに限定するものではない。例えば、相対運動によって摩擦抵抗を受けるパンタグラフのピン及びピンブッシュなどの他の鉄道用部材や、軸受け又は工具などについてもこの発明を適用することができる。また、この実施形態では、鉄道用車輪又は鉄道用レールのいずれか一方の含有炭素量を変化させた場合を例に挙げて説明したが、これらの両方の含有炭素量を変化させることもできる。さらに、この実施形態では、フランジ面Ｗ2又は頭側面Ｒ2の含有炭素量を少なくして摩擦係数を低下させているが、フランジ面Ｗ2又は頭側面Ｒ2を表面処理して摩擦係数をさらに低下させることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】この発明の第１実施形態に係る炭素鋼を模式的に示す断面図である。
【図２】この発明の第１実施形態に係る炭素鋼の製造方法の工程図である。
【図３】この発明の第２実施形態に係る鉄道用部材の正面図である。
【図４】この発明の第２実施形態に係る鉄道用部材を模式的に示す断面図である。
【図５】この発明の第３実施形態に係る鉄道用部材の断面図である。
【図６】この発明の第３実施形態に係る鉄道用部材を模式的に示す断面図である。
【図７】この発明の実施例に係る試験片の摩擦係数の時間変化を示すグラフである。
【図８】鉄道車両が急曲線を通過するときの鉄道用車輪と鉄道用レールとの状態を示す平面図である。
【図９】図８のIX部分を拡大して示す正面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１  炭素鋼
１ａ，１ｂ  表面
１ｃ  高炭素鋼部
１ｄ  低炭素鋼部
Ｗ  車輪（鉄道用部材）
Ｗ1  踏面（表面）
Ｗ2  フランジ面（表面）
Ｒ  レール（鉄道用部材）
Ｒ1  頭頂面（表面）
Ｒ2  頭側面（表面）
【図１】
2006045622.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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