(57)【要約】一続きのレールは、少なくとも一つの合金元素が５重量％以上の含有量を有している高合金鋼からなる鉄道線路のスイッチ要素（12）と鋼からなる一本のレール（14）とを有していて、前記スイッチ要素（12）とレール（14）は溶着金属を用いることなく溶接によって互いに接合されている。前記レール（14）は炭素の含有量が0.55重量％未満の中合金低炭素鋼から形成されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つの合金元素が５重量％以上の含有量を有している高合金鋼からなる鉄道線路のスイッチ要素（12）と中合金鋼からなる一本のレール（14）とを有する一続きのレールであって、前記スイッチ要素（12）とレール（14）は溶着金属を用いることなく溶接によって互いに直接接合されていて、前記レール（14）は炭素の含有量が0.55重量％未満の中合金低炭素鋼から形成されていることを特徴とする一続きのレール。
【請求項２】
前記レール（14）は炭素の含有量が0.5重量％未満の中合金低炭素鋼から形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の一続きのレール。
【請求項３】
前記レールを形成している中合金低炭素鋼はベイナイト鋼であることを特徴とする、請求項１または２に記載の一続きのレール。
【請求項４】
前記中合金低炭素鋼は炭化物を含んでいないベイナイト鋼であることを特徴とする、請求項３に記載の一続きのレール。
【請求項５】
前記レールを形成している中合金低炭素鋼は重量基準で下記の組成：
0.05％〜0.50％の炭素；
0.5％〜2.5％のマンガン；
0.6％〜３％のケイ素またはアルミニウム；
0.25％〜3.1％のクロム；および
０％〜0.9％のモリブデン、
を有していることを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載の一続きのレール。
【請求項６】
前記レールを形成している中合金低炭素鋼は下記の組成：
0.28％〜0.36％の炭素；
1.40％〜1.70％のマンガン；
0.03％以下のリン；
0.01％〜0.03％の硫黄；
0.005％以下のアルミニウム；
１％〜1.40％のケイ素；
0.40％〜0.60％のクロム；
0.08％〜0.20％のモリブデン；
0.04％以下のチタン；および
0.004％以下のホウ素、
を有していることを特徴とする、請求項５に記載の一続きのレール。
【請求項７】
高合金鋼からなる前記鉄道線路のスイッチ要素は12〜14重量％のマンガンを含有することを特徴とする、請求項１から６のいずれかに記載の一続きのレール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は高合金鋼からなる鉄道線路のスイッチ要素を含むタイプの一続きのレールに関し、これにおいては少なくとも一つの合金元素が５重量％以上の含有量を有し、また本発明は溶着金属を用いることなく溶接することによって互いに接合された一本のレールに関する。
本発明は特に、交差フロッグ（轍叉（crossing frog））のようなスイッチと例えば炭素鋼からなる連続するレールからなるレールの一部分との間の接合に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭素鋼からなる部材が高合金鋼からなる部材に溶接されるとき、この操作の間に生じる融液によって、二つの部材の間の境界において、基材の化学組成とは異なる組成の合金が形成されることが知られている。溶着金属を用いることなく溶接が行われるとき（例えばフラッシュ溶接）、形成される合金の特性を制御することは困難である。従って、形成される溶接部は一般に劣等な品質を有し、むしろ接着剤で接合したようなものである。
【０００３】
連続するラインのレールを製造するのに現在用いられている炭素鋼のレールは、0.55〜0.8重量％の特定の量の炭素を含有する。十分な硬度を保証するために、そのレールはクロムのような他の金属の添加物を含む。しかし、多量のクロムは、高合金化された二つの鋼の間の溶接を不可能にする。
【０００４】
上述の問題を解決するため、高合金鋼からなる鉄道線路のスイッチ要素と一本のレールとの間に中間部材を形成するインサート（挿入材）を付与することが知られている。この中間部材は、一方のスイッチ要素と他方のレールに容易に溶接され得る材料から形成される。
【０００５】
そのような中間部材の使用は、接合プロセスを実施するコストを増大させる。それは特に、インサートを形成する材料の特別な特性と二つの溶接部を設ける必要のためである。さらに、溶接のエネルギーによる熱影響部においてレールの硬度が低下することが観察されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、スイッチ要素と一本のレールの硬度、さらにはそのスイッチ要素と一本のレールの間の接合部の硬度を、その接合部を形成するコストを増大させることなく、満足できるレベルにすることを保証するのが可能な解決法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的のため、本発明は上述のタイプの一続きのレールに関し、一本のレールは炭素の含有量が0.55重量％未満の低炭素鋼から形成されていることを特徴とする。
特定の態様によれば、一続きのレールは下記の特性のうちの一つまたは二つ以上を備えている：
−  一本のレールは中合金炭素（medium-alloy carbon）の含有量が0.5重量％未満である低炭素鋼から形成されている；
−  一本のレールを形成している中合金低炭素鋼（medium-alloy low-carbon steel）はベイナイト鋼である；
−  一本のレールを形成している中合金低炭素鋼は重量基準で下記の組成を有する：
0.05％〜0.50％の炭素；
0.5％〜2.5％のマンガン；
0.6％〜３％のケイ素またはアルミニウム；
0.25％〜3.1％のクロム；および
０％〜0.9％のモリブデン。
【０００８】
一本のレールを形成している中合金低炭素鋼は下記の組成を有する：
0.28％〜0.36％の炭素；
1.40％〜1.70％のマンガン；
0.03％以下のリン；
0.01％〜0.03％の硫黄；
0.005％以下のアルミニウム；
１％〜1.40％のケイ素；
0.40％〜0.60％のクロム；
0.08％〜0.20％のモリブデン；
0.04％以下のチタン；および
0.004％以下のホウ素。
そして高合金鋼からなる鉄道線路のスイッチ要素は12〜14重量％のマンガンを含有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
添付図面を参照して単なる例示としての以下の説明を読むことによって、本発明はよりよく理解されるであろう。
図１は二本の交差して連続する線路の交差を可能にする交差フロッグを示す。すなわち、交差フロッグ（12）はその四つの端部で四本の連続するライン（14）に接合されている。
ライン（14）は溶着金属を用いることなく溶接部（16）によってフロッグに接合されている。
【００１０】
それ自体公知であるように、交差フロッグ（12）は高合金鋼から形成されていて、特に少なくとも一つの合金元素が５重量％以上の含有量を有する鋼から形成されている。
この鋼は特に、12〜14重量％のマンガンを含有する合金鋼であり、交差フロッグは鋳型成形（molding）によって製造されたものである。これはHADFIELDの名称で知られている鋼である。
この鋼の硬度は170〜230HBである。
【００１１】
本発明によれば、レール（14）は中合金低炭素鋼からなり、これにおいては炭素の含有量は0.55重量％未満であり、各々の溶接部（16）は、溶着金属を用いることなく、高合金鋼と中合金低炭素鋼の間で直接形成された溶接部である。中合金低炭素鋼の炭素含有量は好ましくは0.5重量％未満である。
【００１２】
中合金低炭素鋼は好ましくは炭化物を含んでいないベイナイト鋼である。
レール（14）を形成する低炭素ベイナイト鋼は好ましくは重量基準で下記の組成を有する：
0.05％〜0.50％の炭素；
0.5％〜2.5％のマンガン；
0.6％〜３％のケイ素またはアルミニウム；
0.25％〜3.1％のクロム；および
０％〜0.9％のモリブデン。
【００１３】
さらに好ましくはベイナイト鋼は下記の組成を有する：
0.28％〜0.36％の炭素；
1.40％〜1.70％のマンガン；
0.03％以下のリン；
0.01％〜0.03％の硫黄；
0.005％以下のアルミニウム；
１％〜1.40％のケイ素；
0.40％〜0.60％のクロム；
0.08％〜0.20％のモリブデン；
0.04％以下のチタン；および
0.004％以下のホウ素。
この鋼は350〜390HBの硬度を有する。
【００１４】
溶接部（16）は例えば、それ自体公知の慣用の溶接サイクルに従ってフラッシュ溶接と鍛造によって得られる。
変形として、溶接部は誘導加熱、摩擦圧接、電子ビーム、レーザー、またはその他の高エネルギービームによって得ることができる。
【００１５】
得られる溶接部（16）の外観を図２に示す。500倍に拡大されたこの顕微鏡写真において、低炭素ベイナイト鋼と高合金鋼の間の境界部は非常に整っていて、これら二つの鋼は満足できる形で互いに貫入している。
【００１６】
意図される第一の態様によれば、高合金鋼からなるスイッチ要素は、フラッシュ溶接される前に周囲温度におかれ、再焼なましによって得られる硬度は170〜230HBである。
この場合、溶接部の近傍で明らかになったレールの硬度を図３に示す。
レール（14）はその連続する部分において290〜330HBの硬度を有していて、この硬度は増大して溶接部の近傍で380HBに近い値に達することが観察される。高合金鋼からなるスイッチ要素（12）の部分において、レールは185〜235HBの値を維持している。この硬度は溶接される前のスイッチ要素の硬度に相当する。
【００１７】
従って、本発明に従う組成を用いれば、溶接部の近傍で硬度は満足できるものとなり、それは互いに溶接される二つの要素に固有の硬度よりも低くはなく、特に熱影響部（HAZ）において硬度は低下しないことが観察される。
【００１８】
変形によれば、溶接されることが意図される高合金鋼からなるスイッチ要素の端部は、フラッシュ溶接が行われる前に、その硬度を増大させるために予め硬化される。
従って、溶接される前のスイッチ要素の硬度は330〜360HBの値に達する。
【００１９】
この追加の工程を用いるとき、得られる硬度の測定値を図４に示す。この場合、レールの硬度は図３におけるものと実質的に同じである。それに対して、高合金鋼からなるスイッチ要素の硬度は溶接部の近傍で実質的に350HBであり、その値はレールの連続する部分の硬度と実質的に等しい。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】鉄道線路の交差フロッグの概略正面図であり、４本の連続するレールが交差フロッグに溶接されている。
【図２】本発明に従う一続きのレールの溶接部の顕微鏡写真である。
【図３】本発明の一つの態様について、一続きのレールの長手方向に沿って溶接部の領域で測定された硬度を示すグラフである。
【図４】図３に係る態様とは異なる本発明の一つの態様について、一続きのレールの長手方向に沿って溶接部の領域で測定された硬度を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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