(57)【要約】  本発明は、長手方向における材質が均一な鋼材の製造方法、鋼材の冷却装置および鋼材を提供する。本発明は、鋼材の長手方向に並んで配された複数の冷却部（頭部冷却ヘッダ（２１ａ）〜（２１ｃ），足部冷却ヘッダ（２２））を有する冷却装置（２）にて、熱間加工後あるいは冷却・再加熱後の鋼材を冷却する際に、鋼材を、冷却装置（２）内で、鋼材の長手方向に（１）式を満たす搬送距離Ｌｏ（ｍ）搬送することを特徴とする。なお、（１）式において、Ｌｏは鋼材の搬送距離（ｍ）、ｍは自然数、Ｌｈは鋼材の長手方向における冷却部の長さ（ｍ）である。  （ｍ−０．２０）×Ｌｈ≦Ｌｏ≦（ｍ＋０．２０）×Ｌｈ  ・・・（１）
2016181891.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼材の長手方向に並んで配された複数の冷却部を有する冷却装置にて、熱間加工後あるいは冷却・再加熱後の前記鋼材を冷却する際に、
前記冷却装置内で、前記鋼材の長手方向に沿った一方向に、（１）式を満たす搬送距離Ｌｏ（ｍ）、前記鋼材を搬送することを特徴とする鋼材の製造方法。
（ｍ−０．２０）×Ｌｈ≦Ｌｏ≦（ｍ＋０．２０）×Ｌｈ  ・・・（１）
Ｌｏ：鋼材の搬送距離（ｍ）
ｍ：自然数
Ｌｈ：鋼材の長手方向における冷却部の長さ（ｍ）
【請求項２】
前記鋼材を搬送する際、前記鋼材の長手方向に沿った一方向および他方向の両方向に前記鋼材をオシレーションさせて搬送し、前記オシレーションの振幅を、（１）式を満たす前記搬送距離Ｌｏとすることを特徴とする請求項１に記載の鋼材の製造方法。
【請求項３】
前記鋼材は、レール材であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の鋼材の製造方法。
【請求項４】
熱間加工後あるいは冷却・再加熱後の鋼材を冷却する冷却装置であって、
前記鋼材の長手方向に並んで配された複数の冷却部と、
前記鋼材を前記冷却部にて冷却する際に、前記冷却装置内で、前記鋼材の長手方向に沿った一方向に、（１）式を満たす搬送距離Ｌｏ（ｍ）、前記鋼材を搬送する搬送部と
を備えることを特徴とする鋼材の冷却装置。
（ｍ−０．２０）×Ｌｈ≦Ｌｏ≦（ｍ＋０．２０）×Ｌｈ  ・・・（１）
Ｌｏ：鋼材の搬送距離（ｍ）
ｍ：自然数
Ｌｈ：鋼材の長手方向における冷却部の長さ（ｍ）
【請求項５】
熱間加工後あるいは冷却・再加熱後に、長手方向に並んで配された複数の冷却部を有する冷却装置にて冷却されて製造される鋼材であって、
前記冷却装置にて冷却される際に、
前記冷却装置内で、前記鋼材の長手方向に沿った一方向に、（１）式を満たす搬送距離Ｌｏ（ｍ）、搬送されて製造されたことを特徴とする鋼材。
（ｍ−０．２０）×Ｌｈ≦Ｌｏ≦（ｍ＋０．２０）×Ｌｈ  ・・・（１）
Ｌｏ：鋼材の搬送距離（ｍ）
ｍ：自然数
Ｌｈ：鋼材の長手方向における冷却部の長さ（ｍ）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、鋼材の製造方法、鋼材の冷却装置および鋼材に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼材の中でも最も長尺なものの１つとして、鉄道用レールがある。中でも、レール頭部が高硬度のパーライト組織をなしたレールは、たとえば以下のように製造される。
まず、連続鋳造によって鋳造されたブルームが１１００℃以上まで再加熱された後、粗圧延、仕上げ圧延によって所定のレール形状に熱間圧延される。各圧延工程における圧延方法はカリバー圧延とユニバーサル圧延の組み合わせもしくは、カリバー圧延のみで行われ、粗圧延は複数パス、仕上げ圧延は複数パスまたは単数パス行われる。この際、レールは、熱間圧延されることで、通常５０ｍ〜２００ｍ程度の長さとなる。【０００３】
次いで、熱間圧延されたレールの端部の非定常部が、熱間鋸断される（熱間鋸断工程）。ここで、熱処理装置に長さの制約がある場合は、さらに所定の長さ（例えば０２５ｍ）となるように鋸断される。
熱間鋸断工程の後、冷却装置にてレールに冷却媒体（空気、水、ミストなど）が噴射されることで強制冷却が行われる（熱処理工程）。熱処理工程では、レールがクランプなどの拘束装置によって拘束され、頭部、足部、さらに必要に応じてウェブに冷却媒体が噴射される。冷却装置では通常、レールの頭部の温度が６５０℃以下となるまで冷却が行われる。強制冷却が完了した後、レールが拘束装置から開放され、さらに、冷却床に搬送されて１００℃以下まで冷却される。【０００４】
鉄道用レールのうち、例えば、石炭などの天然資源採掘場から石炭や鉄鉱石など重量物を運搬するような厳しい環境下で用いられるレールの場合、高い耐摩耗性と高い靭性が求められるため、上記の熱処理工程が必要となる。上記の熱処理を実施するとレールを高硬度にすることができ、使用時の摩耗量が低減するため、レール交換周期が長くなり、ライフタイムコストが低減する効果が得られる。しかし、レールの長手方向において、硬度のバラツキが大きい場合、高硬度部位と比較して低硬度部位の摩耗量が多くなるため、列車走行時に振動が大きくなる上、上記の交換周期が短くなるので好ましくない。このため、レールを硬度のバラツキが小さく且つ高硬度にするための熱処理方法が求められている。【０００５】
例えば、特許文献１には、レールの硬度のバラツキを低減させる方法として冷却速度を７℃／秒以下に抑える方法が開示されている。
また、特許文献２には、均一に鋼材を冷却する方法として、Ｈ形鋼の加速冷却時にノズルピッチをパラメータとした式によって得られた量、Ｈ形鋼をオシレーションさせる方法が開示されている。さらに、特許文献３には、均一に鋼材を冷却する方法として、ガイドローラーの材料長手方向距離の５倍〜１０倍、鋼材をオシレーションする方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平３−１６６３１８号公報
【特許文献２】特開２００３−１９３１２６号公報
【特許文献３】特開２００６−５５８６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載の方法では、鋼材の長手方向における熱処理開始時の温度のバラツキによる硬度のバラツキへの影響を低減することができる。しかし、熱処理をする際に、鋼材の長手方向において冷却速度にバラツキが生じた場合、硬度が均一とならなかった。このため、長手方向で材質が均一な鋼材を製造することが困難であった。
また、特許文献２，３に記載の方法では、冷却設備に生じた弱冷却部による冷却速度の低下を緩和させることができるが、鋼材の長手方向において冷却ヘッダ間隔で冷却速度のバラツキが生じた場合、均一な冷却速度を得ることが困難であった。このため、長手方向で硬度等の材質が均一な鋼材を製造することが困難であった。
そこで、本発明は、上記の課題に着目してなされたものであり、長手方向における材質が均一な鋼材の製造方法、鋼材の冷却装置および鋼材を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様によれば、鋼材の長手方向に並んで配された複数の冷却部を有する冷却装置にて、熱間加工後あるいは冷却・再加熱後の上記鋼材を冷却する際に、上記冷却装置内で、上記鋼材の長手方向に沿った一方向に、（１）式を満たす搬送距離Ｌｏ（ｍ）、上記鋼材を搬送することを特徴とする鋼材の製造方法が提供される。
（ｍ−０．２０）×Ｌｈ≦Ｌｏ≦（ｍ＋０．２０）×Ｌｈ  ・・・（１）
Ｌｏ：鋼材の搬送距離（ｍ）
ｍ：自然数
Ｌｈ：鋼材の長手方向における冷却部の長さ（ｍ）【０００９】
本発明の一態様によれば、熱間加工後あるいは冷却・再加熱後の鋼材を冷却する冷却装置であって、上記鋼材の長手方向に並んで配された複数の冷却部と、上記鋼材を上記冷却部にて冷却する際に、上記冷却装置内で、上記鋼材の長手方向に沿った一方向に、（１）式を満たす搬送距離Ｌｏ（ｍ）、上記鋼材を搬送する搬送部とを備えることを特徴とする鋼材の冷却装置が提供される。【００１０】
本発明の一態様によれば、熱間加工後あるいは冷却・再加熱後に、長手方向に並んで配された複数の冷却部を有する冷却装置にて冷却されて製造される鋼材であって、上記冷却装置にて冷却される際に、上記冷却装置内で、上記鋼材の長手方向に沿った一方向に、（１）式を満たす搬送距離Ｌｏ（ｍ）、搬送されて製造されたことを特徴とする鋼材が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の一態様によれば、長手方向における材質が均一な鋼材の製造方法、鋼材の冷却装置および鋼材を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る冷却装置を示す模式図である。
【図２】レールの各部位を示す断面図である。
【図３】冷却装置の周辺設備を示す平面図である。
【図４】冷却装置の搬送動作を示す模式図である。
【図５】実施例における冷却装置の周辺設備を示す平面図である。
【図６】実施例の搬出テーブルにおける搬送状況を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下の詳細な説明では、本発明の実施形態の完全な理解を提供するように多くの特定の細部について記載される。しかしながら、かかる特定の細部がなくても１つ以上の実施態様が実施できることは明らかであろう。他にも、図面を簡潔にするために、周知の構造及び装置が略図で示されている。
＜冷却装置の構成＞
まず、図１〜図３を参照して、本発明の一実施形態に係る鋼材の冷却装置２の構成について説明する。なお、本実施形態では、鋼材としてレール１を製造する。冷却装置２は、後述する熱間圧延工程または熱間鋸断工程の後に行われる熱処理工程で用いられ、高温のレール１を強制冷却する。レール１は、図２に示すように、長手方向に垂直な断面視において、幅方向に延在し、互いに上下方向に対向する頭部１１および足部１３と、上側に配された頭部１１と下側に配された足部１３とをつなぎ、上下方向に延在するウェブ部１２とからなる。
【００１４】
図１に示すように、冷却装置２は、頭部冷却ヘッダ２１ａ〜２１ｃと、足部冷却ヘッダ２２と、一対のクランプ２３ａ，２３ｂと、機内温度計２４と、搬送部２５とを備える。また、頭部冷却ヘッダ２１ａ〜２１ｃおよび足部冷却ヘッダ２２は、レール１を冷却する冷却部であり、レール１の長手方向となるｙ軸方向に、それぞれ連続して並んで複数設けられる。また、以下の説明では、頭部冷却ヘッダ２１ａ〜２１ｃおよび足部冷却ヘッダ２２を総称して、冷却ヘッダともいう。
頭部冷却ヘッダ２１ａ〜２１ｃは、数ｍｍ〜１００ｍｍピッチで配置された冷却媒体噴射出口を有し、各頭部冷却ヘッダ２１ａ〜２１ｃの冷却媒体噴射出口が頭部１１の頭頂面（ｚ軸正方向の端面）、頭側面（ｘ軸正方向の両端面）にそれぞれ対向して設けられる。頭部冷却ヘッダ２１ａ〜２１ｃは、不図示の供給部から供給される冷却媒体を頭部１１の頭頂面および頭側面に噴射することで、頭部１１を強制冷却する。冷却媒体には、空気やスプレー水、ミスト等が用いられる。また、頭部冷却ヘッダ２１ａ〜２１ｃの冷却媒体の供給経路には、圧力測定装置２１１ａ〜２１１ｃがそれぞれ設けられ、冷却媒体の噴射圧力が監視される。
【００１５】
足部冷却ヘッダ２２は、数ｍｍ〜１００ｍｍピッチで配置された冷却媒体噴射出口を有し、冷却媒体噴射出口が足部１３の下面（ｚ軸負方向側の端面）に対向して設けられる。足部冷却ヘッダ２２は、頭部冷却ヘッダ２１ａ〜２１ｃと同様に不図示の供給部から供給される冷却媒体を、足部１３の下面に噴射することで、足部１３を強制冷却する。冷却媒体には、頭部冷却ヘッダ２１ａ〜２１ｃと同様に、空気やスプレー水、ミスト等が用いられる。また、足部冷却ヘッダ２２の冷却媒体の供給路には、圧力装置２２１が設けられ、冷却媒体の噴射圧力が監視される。
【００１６】
なお、頭部冷却ヘッダ２１ａ〜２１ｃおよび足部冷却ヘッダ２２は、ｙ軸方向にそれぞれ同じ長さを有する。冷却ヘッダは、レール１から加熱されることで熱変形し、反りを生じる（反りの発生機構については後述する）。同曲率で反りが生じた冷却ヘッダの反り量は、冷却ヘッダのｚ軸方向の長さの２乗で増加する。このため、冷却ヘッダのｚ軸方向の長さは、短くすることが好ましい。一方、冷却ヘッダの長さを短くするためにｚ軸方向に設ける冷却ヘッダの数を増加させると、冷却媒体の導入口や、冷却ヘッダや配管に取り付ける測定機器または冷却媒体噴射量制御機器（例えば、圧力計や流量計、流調弁等）が大量に必要となるため、好ましくない。よって、冷却ヘッダのｚ軸方向の長さは、適当な長さにする必要があり、好ましくは０．５ｍ以上４ｍ以下とする。また、ｙ軸方向に並んで設けられた複数の頭部冷却ヘッダ２１ａ〜２１ｃおよび足部冷却ヘッダ２２は、冷却斑が生じないように、できるだけ密接して設けられることが好ましい。
【００１７】
一対のクランプ２３ａ，２３ｂは、足部１３のｘ軸方向の両端部をそれぞれ挟持することでレール１を支持および拘束する装置である。一対のクランプ２３ａ，２３ｂは、レール１の長手方向の全長に渡って数ｍずつ離隔して複数設けられる。
機内温度計２４は、放射温度計等の非接触型の温度計であり、頭部１１の頭頂面の少なくとも一か所の表面温度を測定する。
【００１８】
搬送部２５は、一対のクランプ２３ａ，２３ｂに接続された搬送機構であり、一対のクランプ２３ａ，２３ｂをｙ軸方向に搬送させることで、レール１を冷却装置２内で搬送させる装置である。搬送部２５の搬送動作についての詳細は、後述する。
上記構成の冷却装置２は、不図示の制御部によって頭部冷却ヘッダ２１ａ〜２１ｃおよび足部冷却ヘッダ２２から噴射される冷却媒体の噴射量が調整される。この際、制御部は、機内温度計２４の測温結果を取得し、取得した測温結果に基づいて噴射量を随時調整する。
【００１９】
また、図３に示すように、冷却装置２の周辺には、搬入テーブル３と、搬出テーブル４とが設けられる。搬入テーブル３は、熱間圧延工程等の前工程から冷却装置２へとレール１を搬送するテーブルである。搬出テーブル４は、冷却装置２にて熱処理されたレール１を、冷却床や検査設備等の次工程へと搬送するテーブルである。出側温度計５は、機内温度計２４と同様にレール１の頭部１１の表面温度を測定する非接触式の温度計であり、熱処理後に冷却装置２から搬出されるレール１を測温する。
【００２０】
＜鋼材の製造方法＞
次に、本実施形態に係る鋼材の製造方法について説明する。本実施形態では、鋼材としてパーライト系のレール１を製造する。レール１としては、例えば、以下の化学成分組成からなる鋼を用いることができる。なお、化学成分に関する％表示は、特に断らない限り質量パーセントを意味する。
Ｃ：０．６０％以上１．０５％以下
Ｃ（炭素）は、パーライト系レールにおいて、セメンタイトを形成し硬さや強度を高め、耐摩耗性を向上させる重要な元素である。しかし、Ｃ含有量が０．６０％未満ではそれらの効果が小さい。このことから、Ｃ含有量は、０．６０％以上であることが好ましく、０．７０％以上であることがより好ましい。一方、Ｃの過度の含有は、セメンタイト量の増加を招くため、硬さや強度の上昇が期待できるが、逆に延性を低下させる。また、Ｃ含有量の増加は、γ＋θ域の温度範囲を拡大させ、溶接熱影響部の軟化を助長する。これらの悪影響を考慮して、Ｃ含有量は、１．０５％以下であることが好ましく、０．９７％以下であることがより好ましい。
【００２１】
Ｓｉ：０．１％以上１．５％以下
Ｓｉ（シリコン）は、レール材において脱酸剤およびパーライト組織強化のために添加するが、含有量が０．１％未満ではこれらの効果が小さい。このため、Ｓｉの含有量は、０．１％以上であることが好ましく、０．２％以上であることがより好ましい。一方、Ｓｉの過度の含有は、脱炭を促進させ、レール１の表面疵の生成を促進させる。このため、Ｓｉ含有量は、１．５％以下であることが好ましく、１．３％以下であることがより好ましい。
【００２２】
Ｍｎ：０．０１％以上１．５％以下
Ｍｎ（マンガン）は、パーライト変態温度を低下させ、パーライトラメラー間隔を緻密にする効果があるため、レール１の内部まで高硬度を維持するために有効な元素である。しかし、Ｍｎ含有量が０．０１％未満では、その効果が小さい。このため、Ｍｎ含有量は、０．０１％以上であることが好ましく、０．３％以上であることがより好ましい。一方、Ｍｎ含有量が１．５％を超える場合、パーライトの平衡変態温度（ＴＥ）が低下するとともに、組織がマルテンサイト変態し易くなる。このため、Ｍｎ含有量は、１．５％以下であることが好ましく、１．３％以下であることがより好ましい。
【００２３】
Ｐ：０．０３５％以下
Ｐ（リン）は、含有量が０．０３５％を超えると靱性や延性を低下させる。このため、Ｐ含有量を抑制することが好ましい。具体的には、Ｐ含有量は、０．０３５％以下であることが好ましく、０．０２５％以下であることがより好ましい。なお、Ｐ含有量を極力低減するために特殊な精錬などを行うと溶製時のコスト上昇を招く。このため、Ｐ含有量は、０．００１％以上であることが好ましい。
【００２４】
Ｓ：０．０３０％以下
Ｓ（硫黄）は、圧延方向に伸展し、延性や靱性を低下させる粗大なＭｎＳを形成する。このため、Ｓ含有量を抑制することが好ましい。具体的には、Ｓ含有量は、０．０３０％以下であることが好ましく、０．０１５％以下であることがより好ましい。なお、Ｓ含有量を極力低減するには溶製処理時間や媒溶剤の増大など溶製時のコスト上昇が著しい。このため、Ｓ含有量は０．０００５％以上であることが好ましい。
【００２５】
Ｃｒ：０．１％以上２．０％以下
Ｃｒ（クロム）は、平衡変態温度（ＴＥ）を上昇させ、パーライトラメラー間隔の微細化に寄与して、硬度や強度を上昇させる。また、Ｃｒは、Ｓｂとの併用効果で脱炭層の生成抑制に有効である。そのため、Ｃｒ含有量は、０．１％以上であることが好ましく、０．２％以上であることがより好ましい。一方、Ｃｒ含有量が２．０％を超える場合、溶接欠陥が発生する可能性が増加するとともに、焼き入れ性が増加し、マルテンサイトの生成が促進される。そのため、Ｃｒ含有量は、２．０％以下であることが好ましく、１．５％以下であることがより好ましい。
なお、ＳｉおよびＣｒの含有量の総量は、２．０％以下であることが望ましい。ＳｉおよびＣｒの含有量の総量が２．０％超となる場合、スケールの密着性が過度に増すために、スケールの剥離が阻害され、脱炭が促進される可能性があるからである。
【００２６】
Ｓｂ：０．００５％以上０．５％以下
Ｓｂ（アンチモン）は、レール鋼素材を加熱炉で加熱する際に、その加熱中の脱炭を防止するという顕著な効果を有する。特に、Ｓｂは、Ｃｒとともに添加する際、Ｓｂの含有量が０．００５％以上で脱炭層を軽減する効果がある。このため、Ｓｂ含有量は、０．００５％以上であることが好ましく、０．０１％以上であることがより好ましい。一方、Ｓｂ含有量が０．５％を超えると、効果が飽和する。このため、Ｓｂ含有量は、０．５％以下であることが好ましく、０．３％以下であることがより好ましい。
レール１として用いられる鋼は、上記の化学組成に加え、さらに、Ｃｕ：０．０１％以上１．０％以下、Ｎｉ：０．０１％以上０．５％以下、Ｍｏ：０．０１％以上０．５％以下、Ｖ：０．００１％以上０．１５％以下およびＮｂ：０．００１％以上０．０３０％以下のうち１種または２種以上の元素を含有してもよい。
【００２７】
Ｃｕ：０．０１％以上１．０％以下
Ｃｕ（銅）は、固溶強化により一層の高硬度化を図ることができる元素である。また、Ｃｕは脱炭抑制にも効果がある。この効果を期待するため、Ｃｕ含有量は、０．０１％以上であることが好ましく、０．０５％以上であることがより好ましい。一方、Ｃｕ含有量が１．０％を超える場合、連続鋳造時や圧延時に脆化による表面割れが生じ易くなる。このため、Ｃｕ含有量は、１．０％以下であることが好ましく、０．６％以下であることがより好ましい。
【００２８】
Ｎｉ：０．０１％以上０．５％以下
Ｎｉ（ニッケル）は、靱性や延性を向上させるのに有効な元素である。また、Ｎｉは、Ｃｕと複合して添加することで、Ｃｕ割れを抑制するのにも有効な元素である。このため、Ｃｕを添加する場合にはＮｉを添加することが望ましく、Ｎｉ含有量が０．０５％以上であることがより好ましい。但し、Ｎｉ含有量が０．０１％未満の場合、これらの効果が得られない。このため、Ｎｉ含有量は、０．０１％以上であることが好ましい。一方、Ｎｉ含有量が０．５％を超える場合、焼き入れ性が高まり、マルテンサイトの生成が促進される。このため、Ｎｉ含有量は、０．５％以下であることが好ましく、０．３％以下であることがより好ましい。
【００２９】
Ｍｏ：０．０１％以上０．５％以下
Ｍｏ（モリブデン）は、高強度化に有効な元素であるが、含有量が０．０１％未満ではその効果が小さい。このため、Ｍｏ含有量は、０．０１％以上であることが好ましく、０．０５％以上であることがより好ましい。一方、Ｍｏ含有量が０．５％を超える場合、焼き入れ性が高まりマルテンサイトが生成されるため、靱性や延性が極端に低下する。そのため、Ｍｏ含有量は、０．５％以下であることが好ましく、０．３％以下であることがより好ましい。
【００３０】
Ｖ：０．００１％以上０．１５％以下
Ｖ（バナジウム）は、ＶＣあるいはＶＮなどを形成してフェライト中へ微細に析出し、フェライトの析出強化を通して高強度化に寄与する元素ある。また、Ｖは、水素のトラップサイトとしても機能し、遅れ破壊を抑制する効果も期待できる。これらの効果を得るためには、Ｖ含有量は、０．００１％以上であることが好ましく、０．００５％以上であることがより好ましい。一方、０．１５％を超えてのＶの添加は、それらの効果が飽和するのに対して合金コストの上昇が甚だしい。このため、Ｖ含有量は、０．１５％以下であることが好ましく、０．１２％以下であることがより好ましい。
【００３１】
Ｎｂ：０．００１％以上０．０３０％以下
Ｎｂ（ニオブ）は、オーステナイトの未再結晶温度域を高温側に上昇させ、圧延時のオーステナイト中への加工歪の導入を促進し、これによるパーライトコロニーやブロックサイズを微細化するのに有効である。このことから、Ｎｂは、延性や靱性向上に対して有効な元素である。これらの効果を得るためには、Ｎｂ含有量は、０．００１％以上であることが好ましく、０．００３％以上であることがより好ましい。一方、Ｎｂ含有量が０．０３０％を超える場合、ブルーム等のレール鋼素材の鋳造時における凝固過程でＮｂ炭窒化物が晶出し、清浄性を低下させる。このため、Ｎｂ含有量は、０．０３０％以下であることが好ましく、０．０２５％以下であることがより好ましい。
【００３２】
上記の成分以外の残部は、Ｆｅ（鉄）および不可避的不純物である。不可避的不純物として、Ｎ（窒素）については０．０１５％まで、Ｏ（酸素）については０．００４％まで、Ｈ（水素）については０．０００３％まで、それぞれ混入を容認できる。また、硬質なＡｌＮやＴｉＮによる転動疲労特性の低下を抑制するため、Ａｌ含有量は０．００１％以下、Ｔｉ含有量は０．００１％以下であることが望ましい。
【００３３】
本実施形態に係るレール１の製造方法では、まず、たとえば連続鋳造法によって鋳造されたレール１の素材となる、上記化学成分組成のブルームが、加熱炉に搬入され、１１００℃以上になるまで加熱される。
次いで、加熱したブルームは、ブレイクダウン圧延機、粗圧延機および仕上圧延機でそれぞれ１パス以上圧延され、最終的に図２に示す形状のレール１へと圧延される（熱間圧延工程）。このとき、圧延後のレール１は、長手方向の長さが５０ｍ〜２００ｍ程度となり、必要があれば、熱間鋸断され、例えば２５ｍの長さとなる（熱間鋸断工程）。なお、レール１の長手方向の長さが短い場合、その後の熱処理工程において、冷却が行われる際、意図せずとも長手方向の端面に噴射される冷却媒体の影響が出てしまう。このため、熱処理工程に用いられるレール１の長手方向の長さは、レール１の頭部１１の頭頂面から足部１３の下面までの高さの３倍以上とする。一方、熱処理工程に用いられるレール１の長手方向の長さの上限は、圧延長（熱間圧延工程での最大圧延長さ）とする。
【００３４】
熱間圧延後または熱間鋸断後のレール１は、搬入テーブル３にて冷却装置２まで搬送され、冷却装置２にて冷却される（熱処理工程）。
この際、冷却装置２に搬送されるレール１の温度は、オーステナイト温度域であることが望ましい。鉱山用やカーブ区間用に用いられるレールは、高硬度にする必要があるため、圧延後に冷却装置２にて急速に加速させる必要がある。これは、パーライトのラメラー間隔を微細にさせることによって高硬度な組織とするためであり、変態中の過冷度を上げること、すなわち、変態中の冷却速度を上げることでこのような高硬度な組織を得ることができる。しかし、冷却装置２での冷却が行われる前にレール１の組織が変態してしまうと、自然放冷中の極めて遅い冷却速度での変態となるため、高硬度な組織を得ることができなくなる。したがって、冷却装置２にて冷却が開始される際に、レール１の温度がオーステナイト温度域以下となる場合には、レール１をオーステナイト温度域まで再加熱をした後、熱処理工程が行われることが好ましい。
【００３５】
熱処理工程では、レール１が冷却装置２に搬送された後、クランプ２３ａ，２３ｂにてレール１が拘束される。その後、頭部冷却ヘッダ２１ａ〜２１ｃおよび足部冷却ヘッダ２２から冷却媒体が噴射されることで、レール１が急速に冷却される。熱処理中の冷却速度は、所望の硬度によって変化させることが好ましく、さらに、過度に冷却速度を上げてしまうとマルテンサイト変態が起こり、靭性を損なう場合がある。このため、制御部は、冷却中の機内温度計２４による測温結果から冷却速度を管理し、冷却媒体の噴射量を変化させる。この際、必要があれば、制御部は、冷却媒体の噴射を停止し、自然放冷による冷却を行うようにしてもよい。
【００３６】
ここで、熱処理工程では、冷却装置２の冷却部である冷却ヘッダが、レール１の長手方向に分割されて複数設けられる場合、レール１の長手方向に温度斑が生じることがあった。本発明者らは、この温度斑の発生原因について調査を行ったので、その調査結果について説明する。高温のレール１を冷却する際、高い冷却速度を得ようとするには、冷却ヘッダをレール１に近接させることがある。この場合、冷却ヘッダは、レール１からの輻射や空気の熱伝導によって加熱されるため熱変形を起こす。そして、冷却ヘッダの鋼材側の面のみが加熱され熱膨張を起こすため、冷却ヘッダには通常、端部がレール１から離れるように反りが生じる。このように冷却ヘッダが変形した状態では、冷却ヘッダの中央部に対して端部がレール１から離れた状態となるため、中央部に比べ端部での冷却速度が低下することとなる。そのため、レール１の長手方向には、各冷却ヘッダが設けられた間隔で強冷却部と弱冷却部とが繰り返し存在することとなり、これがレール１の長手方向における温度斑の原因となる。
【００３７】
このような温度斑に対して、発明者らは、レール１を、冷却装置２内で、レール１の長手方向に沿って所定の振幅でオシレーションさせて搬送することで、この温度斑を解消できることを知見した。つまり、本実施形態における熱処理工程では、冷却が行われる際に、搬送部２５は、拘束されたレール１ごとクランプ２３ａ，２３ｂを、所定の振幅でオシレーションさせて搬送させる。このとき、オシレーションとは、レール１をｙ軸正方向およびｙ軸負方向へと所定の搬送距離Ｌｏだけ交互に搬送させる動作をいう。オシレーションの振幅となる搬送距離Ｌｏは、下記（１）式を満たす距離（ｍ）である。なお、（１）式において、ｍは自然数、Ｌｈはレール１の長手方向（ｙ軸方向）における冷却部の長さである冷却ヘッダの長さ（ｍ）をそれぞれ示す。
（ｍ−０．２０）×Ｌｈ≦Ｌｏ≦（ｍ＋０．２０）×Ｌｈ  ・・・（１）
【００３８】
図４を参照して、搬送部２５によるレール１の搬送動作について説明する。図４に図示した例では、熱処理工程における搬送距離Ｌｏは、冷却部となる冷却ヘッダ（頭部冷却ヘッダ２１ａおよび足部冷却ヘッダ２２）の長さＬｈの２倍の長さである。そして、搬送部２５は、図４（Ａ）の状態から、レール１をｙ軸負方向側へと搬送距離Ｌｏだけ搬送する。これにより、レール１は、図４（Ａ）の状態から図４（Ｂ）の状態となる。次いで、搬送部２５は、図４（Ｂ）の状態から、レール１をｙ軸正方向側へと搬送距離Ｌｏだけ搬送する。これにより、レール１は、図４（Ｂ）の状態から図４（Ａ）の状態に戻る。これらの動作が繰り返されることで、搬送動作が行われる。
【００３９】
さらに、上述の搬送部２５による冷却装置２内でのレール１の搬送動作は、レール１の冷却が行われている間、継続して行われることが好ましい。つまり、熱処理工程におけるレール１の冷却時間をＴ（分）とした場合、レール１の搬送速度Ｖ（ｍｍ／分）は（２）式の関係となるように設定される。なお、（２）式において、ｎは自然数を示す。
Ｖ＝Ｌｈ／（Ｔ×ｎ）  ・・・（２）
【００４０】
さらに、熱処理工程では、最終組織としては、１００％パーライトまたは、初析フェライト及び初析セメンタイトが５％以下で残りをパーライトとする組織、もしくは、パーライトとベイナイトとが混在する組織となるまで冷却が行われる。なお、ベイナイト相及びセメンタイト相は靭性を損なうため、シェアリングなどの靭性が低下すると発生する疵が出ないようにするためには、１００％パーライト相の組織が好ましく、仕様用途によって最終組織が決定される。
【００４１】
さらに、前述したとおり、熱処理中に変態を起こさせることにより、高硬度な組織となるため、変態終了後に熱処理終了温度となる必要がある。しかし、高硬度な組織が必要な深さがレール１の使用時の用途によって異なるため、明確に限定できないが、少なくとも頭部１１の表面が６５０℃以下となるまで冷却を行う必要がある。
【００４２】
熱処理工程の後、レール１は、搬出テーブル４にて冷却床まで搬送され、そこで常温〜１００℃に冷却される。その後、レール１は、反りを低減するため、ローラー矯正にて矯正される。そして、検査を受けた後、出荷される。ローラー矯正にて矯正が行われる際、レール１の長手方向端部には未矯正部が生じるため、熱間鋸断時に最終製品長への鋸断を行わず、ローラー矯正による矯正後に冷間鋸断が行われてもよい。この場合、冷間鋸断される際のレール１の長手方向端部は、圧延長における両端に相当するため、未矯正部が低減し、反りが低減される。
以上の工程を経ることにより、長手方向における材質が均一なレール１を製造することができる。
【００４３】
＜変形例＞
以上で、特定の実施形態を参照して本発明を説明したが、これら説明によって発明を限定することを意図するものではない。本発明の説明を参照することにより、当業者には、開示された実施形態の種々の変形例とともに本発明の別の実施形態も明らかである。従って、特許請求の範囲は、本発明の範囲及び要旨に含まれるこれらの変形例または実施形態も網羅すると解すべきである
【００４４】
例えば、上記実施形態では、鋼材をレール１としたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、製造される鋼材は厚板や形鋼等の他の鋼材製品であってもよい。この場合、鋼材製品の化学成分組成や冷却装置２の構成等は、上記実施形態の場合に限らない。また、製造される鋼材がレール１である場合においても、上記実施形態と異なる化学成分組成の鋼が用いられてもよい。なお、上述のように、冷却中は意図せずとも端面に冷却媒体噴射の影響が出るため、鋼材製品の長手方向の最低長さは、形鋼等の鋼材では部位の中でもっと厚い部位の厚みの３倍以上、厚板を代表とする板材では厚みの３倍以上とし、最大長さは圧延長とする。
【００４５】
また、上記実施形態では、搬送距離Ｌｏが（１）式を満たすものとしたが、搬送距離Ｌｏは冷却部の長さＬの整数倍により近い値であることが好ましく、下記（３）式を満たすことが好ましい。
（ｍ−０．１０）×Ｌｈ≦Ｌｏ≦（ｍ＋０．１０）×Ｌｈ  ・・・（３）
これにより、冷却部のヘッダ単位で生じる冷却速度のバラツキをより低減させることができる。
さらに、上記実施形態では、熱処理工程において搬送部２５がレール１をオシレーションさせて搬送するとしたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、搬送部２５は、レール１をオシレーションさせずにｙ軸正方向またはｙ軸負方向のいずれか一方向へのみ、搬送距離Ｌｏだけ搬送させる構成であってもよい。
【００４６】
さらに、上記実施形態では、熱処理工程中の搬送部２５による冷却装置２内でのレール１の搬送動作は、レール１の冷却が行われている間、継続して行われるとしたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、上記実施形態によるレール１の搬送動作は、レール１の冷却が開始された後、冷却時間Ｔのうち半分以上の時間行われてもよい。この際、レール１の冷却が開始されてから所定の時間（冷却時間Ｔのうち半分以上の時間）は、（１）式を満たす搬送距離Ｌｏで搬送動作が行われる。その後、冷却時間Ｔのうちの残りの時間については、搬送動作が継続して行われることが好ましいが、搬送距離Ｌｏが（１）式を満たす必要はない。これにより、均一に冷却できた時間を少なくとも熱処理時間の半分以上とすることができるため、冷却速度のバラツキを低減させることができる。また、この場合、搬送速度Ｖが（２）式を満たす必要がなくなるため、搬送速度Ｖを変更できないような冷却装置２にも適用することができる。
【００４７】
＜実施形態の効果＞
（１）本発明の一態様に係る鋼材の製造方法は、鋼材の長手方向に並んで配された複数の冷却部（頭部冷却ヘッダ２１ａ〜２１ｃ，足部冷却ヘッダ２２）を有する冷却装置２にて、熱間加工後あるいは冷却・再加熱後の鋼材を冷却する際に、鋼材を、冷却装置２内で、鋼材の長手方向に（１）式を満たす搬送距離Ｌｏ（ｍ）搬送する。
【００４８】
上述したように、高硬度な鋼材を得るためには、高い冷却速度で鋼材を冷却する必要があるが、そのためには冷却装置２の冷却ヘッダを鋼材に近づけた状態で冷却する必要がある。この場合、鋼材からの輻射等によって冷却ヘッダが加熱され、冷却ヘッダが長手方向に対して反るように変形する。この状態で、冷却が行われると、冷却ヘッダの長手方向において鋼材との距離に違いが生じ、これによって冷却ヘッダ単位で冷却速度に斑（強冷却部と弱冷却部と）が生じるため、結果的に鋼材の硬度にバラツキが生じることとなる。また、例えば、鋼材としてレール１を製造する場合、通常、レール１を長手方向に上記実施形態よりも小さな振幅でオシレーションさせて冷却が行われることがある。この際、冷却媒体噴射出口の直下の位置では冷却速度が速くなり、冷却媒体噴射出口の直下の位置から離れるほど遅くなるため、少なくとも、冷却媒体噴射出口間（数ｍｍ〜１００ｍｍ）の距離を搬送させることで、冷却媒体噴射出口直下の冷却速度が速い部分とそれより離れた冷却速度の遅い位置を均一に通過させることができる。しかし、このような従来のオシレーション（搬送動作）では、冷却ヘッダ単位で生じる冷却斑を解消することができなかった。
【００４９】
一方、上記構成によれば、冷却中に、冷却ヘッダの長手方向の長さＬｈの略整数倍の距離、鋼材を搬送させることによって、鋼材の長手方向の搬送距離Ｌｏに対応した領域の各位置において、強冷却部を通過する時間と弱冷却部を通過する時間と同じすることができる。このため、冷却ヘッダ単位で生じる冷却速度の斑が緩和され、硬度等の材質が長手方向に均一な鋼材を得ることができる。さらに、冷却ヘッダと鋼材との距離を短くすることができるようになるため、高い冷却速度を得ることができ、鋼材を高硬度にすることができる。
【００５０】
（２）上記（１）の構成において、鋼材を搬送する際、鋼材をオシレーションさせて搬送し、オシレーションの振幅を、（１）式を満たす搬送距離Ｌｏとする。
上記構成によれば、鋼材の長手方向の長さに対して、冷却装置の長さに余裕が十分にない場合でも、長い総搬送距離をとすることができる。
（３）上記（１）または（２）の構成において、鋼材は、レール材である。
上記構成によれば、長尺な鋼材であるレール材において、長手方向の材質にバラツキの少ないレール材を得ることができる。例えば、レール材が高硬度なレール１である場合、熱処理工程における冷却のバラツキを２０℃以下に抑えることができ、結果として、硬度のバラツキを表面より１ｍｍの深さ位置でＨＶ１３以下、５ｍｍの深さ位置でＨＶ１０以下に抑えることが可能となる。
【００５１】
（４）本発明の一態様に係る鋼材の冷却装置２は、熱間加工後あるいは冷却・再加熱後の鋼材を冷却する冷却装置２であって、鋼材の長手方向に並んで配された複数の冷却部（頭部冷却ヘッダ２１ａ〜２１ｃ，足部冷却ヘッダ２２）と、鋼材を冷却部にて冷却する際に、鋼材を、冷却装置２内で、鋼材の長手方向に（１）式を満たす搬送距離Ｌｏ（ｍ）搬送させる搬送部２５とを備える。
上記構成によれば、上記（１）の構成と同様な効果を得ることができる。
【００５２】
（５）本発明の一態様に係る鋼材は、熱間加工後あるいは冷却・再加熱後に、長手方向に並んで配された複数の冷却部（頭部冷却ヘッダ２１ａ〜２１ｃ，足部冷却ヘッダ２２）を有する冷却装置２にて冷却されて製造される鋼材であって、冷却装置２にて冷却される際に、冷却装置２内で、鋼材の長手方向に沿った一方向に、（１）式を満たす搬送距離Ｌｏ（ｍ）、搬送されて製造される。
上記構成によれば、鋼材が長手方向に均一に冷却されるため、長手方向の材質が均一な鋼材を得ることができる。
【実施例１】
【００５３】
次に、発明者らが行った実施例１について説明する。まず、実施例１に先立ち、従来例として、上記実施形態と搬送距離Ｌｏが異なる条件で鋼材であるレール１を製造し、その材質について評価を行った。
従来例では、まず、表１に示す条件Ａの化学成分組成のブルームを、連続鋳造法を用いて鋳造した。なお、ブルームの化学成分組成の残部は、実質的にＦｅであり、具体的には、Ｆｅおよび不可避的不純物である。【００５４】
【表１】
2016181891.tif 000003
【００５５】
次いで、鋳造されたブルームを加熱炉にて１１００℃以上に再加熱した後、加熱炉より抽出し、断面形状が最終形状（図２に示すレール形状）となるようにブレイクダウン圧延機、粗圧延機および仕上げ圧延機を通じて熱間圧延を行った。熱間圧延では、レール１が、頭部１１と足部１３とが搬送台に接した倒立姿勢で圧延を行った。
さらに、熱間圧延されたレール１を冷却装置２に搬送し、レール１を冷却した（熱処理工程）。この際、圧延姿勢ではレール１が倒立姿勢で圧延されたため、冷却装置２に搬入する際にレール１を転回させ、足部１３が鉛直方向下型となり頭部１１が鉛直方向上側となる図２に示す正立姿勢にさせ、クランプ２３ａ，２３ｂでレール１を拘束した。そして、冷却ヘッダから冷却媒体を噴射して冷却を行った。冷却をする際、冷却媒体は空気とし、冷却ヘッダ〜レール間の距離を２０ｍｍまたは５０ｍｍとした。また、特許文献１に示す通り、表層より５ｍｍの深さ位置の６７０℃〜７７０℃における冷却速度が３℃／秒〜７℃／秒となるように、冷却媒体の噴射圧力を１．３ｋＰａ〜１３０ｋＰａに設定し、機内温度計２４で測温を行いながら頭部１１の表面温度が５３０℃以下になるまで冷却を行った。【００５６】
冷却装置２にて冷却を行う際、従来例では、レール１を全く搬送しない条件、およびレール１を１ｍの搬送距離Ｌｏで搬送する条件で冷却を行った。なお、冷却ヘッダの長さＬｈは４ｍとし、レール１を搬送する条件では、オシレーションさせることで合計４ｍの距離だけレール１を冷却装置２内で搬送させた。
熱処理が完了した後、レール１を冷却装置２から搬出テーブル４へ取り出し、図５および図６に示すように、搬出テーブル４に設けられた出側温度計５を用いて冷却後のレール１の頭部１１の表面温度を測定した。この際、出側温度計５を用いてレール１の長手方向の全長に渡って複数個所で測温を行い、測定結果の最高値と最低値とから冷却後の温度のバラツキを算出した。【００５７】
その後、レール１を冷却床へと搬送し、冷却床にて常温〜１００℃となるまで冷却した後、ローラー矯正機を用いて矯正を行うことで最終的に製品となるレール１を製造した。その後、製造されたレール１を冷間鋸断することでサンプルを採取し、採取されたサンプルについて硬度測定を行った。なお、サンプルは、レール１の全長に対して１ｍピッチで採取され、レール１の頭部１１の幅方向中央の表面より１ｍｍおよび５ｍｍの深さ位置において、硬度測定としてビッカース硬さ試験が行われた。【００５８】
従来例における冷却条件および材質の評価結果について、表２に示す。冷却ヘッダ〜レール間の距離を５０ｍｍとした従来例１〜３では、全長の温度のバラツキが２０℃以内となり、サンプルの各採取位置における硬度のバラツキも１ｍｍ深さでＨＶ２０以内、５ｍｍ深さでＨＶ１０以内に収まった。一方、ヘッダーレール間距離を２０ｍｍとした従来例４〜９では、全長の温度のバラツキが最大１２０℃となり、硬度のバラツキが１ｍｍ深さでＨＶ１２０、５ｍｍ深さでＨＶ６０となり、材質が均一とならないことを確認した。これは、冷却ヘッダ〜レール間の距離を５０ｍｍとした場合、レール１よりの輻射の影響が小さくなったため、冷却ヘッダの反り量が小さくなり、温度および硬度のバラツキが小さくなったと考えられる。一方、冷却ヘッダ〜レール間の距離が２０ｍｍの条件では、レール１の輻射により冷却ヘッダが加熱され、冷却ヘッダが大きく熱変形したため、温度および硬度のバラツキが大きくなったと考えられる。
しかし、冷却ヘッダ〜レール間の距離を５０ｍｍとする際、高硬度な組織を得るために冷却速度を７℃／秒にしようとすると、１３０ｋＰａという１気圧を超える高圧ガスが必要となる。このため、設備コストやエネルギーコストの観点から好ましくない。以上のことから、従来例１〜９の条件では、高い冷却速度を得ながらも、長手方向に均一な材質得ることが困難であることを確認した。【００５９】
【表２】
2016181891.tif 000004
【００６０】
次に、発明者らは、実施例１として、上記実施形態の搬送距離Ｌｏとなる条件でレール１を製造し、その材質について評価を行った。
実施例１では、まず、表１に示すＡ〜Ｃの化学成分組成のブルームを、連続鋳造法を用いて鋳造した。なお、ブルームの化学成分組成の残部は、実質的にＦｅであり、具体的には、Ｆｅおよび不可避的不純物である。
次いで、従来例と同様に、鋳造されたブルームを加熱炉にて１１００℃以上に再加熱した後、加熱炉より抽出し、断面形状が最終形状となるようにブレイクダウン圧延機、粗圧延機および仕上げ圧延機を通じて熱間圧延を行った。熱間圧延では、レール１が、頭部１１と足部１３とが搬送台に接した倒立姿勢で圧延を行った。【００６１】
さらに、熱間圧延されたレール１を冷却装置２に搬送し、上記実施形態と同様にレール１を冷却した（熱処理工程）。この際、圧延姿勢ではレール１が倒立姿勢で圧延されたため、冷却装置２に搬入する際にレール１を転回させ、足部１３が鉛直方向下型となり頭部１１が鉛直方向上側となる図２に示す正立姿勢にさせ、クランプ２３ａ，２３ｂでレール１を拘束した。そして、冷却ヘッダから冷却媒体を噴射して冷却を行った。冷却をする際、冷却媒体は空気、ミストまたはスプレー水のいずれかとし、冷却ヘッダ〜レール間の距離を２０ｍｍとした。また、冷却媒体の噴射圧力を、冷却媒体を空気とした場合には５ｋＰａ〜５０ｋＰａとし、冷却媒体をミストまたはスプレー水とした場合には噴射出口の１５％の出口をミストノズルまたはスプレーノズルに変更し、それぞれ５００ｋＰａまたは３００ｋＰａの噴射圧力で噴射した。なお、冷却媒体をミストまたはスプレー水とした場合、残りの８５％の出口からは空気を噴出させ、空気の圧力は３０ｋＰａとした。また、条件によっては、冷却媒体の噴射圧力を熱処理工程中に変化させて冷却を行った。さらに、熱処理工程では、従来例と同様に、機内温度計２４で測温を行いながら頭部１１の表面温度が５３０℃以下になるまで冷却を行った。【００６２】
さらに、熱処理工程では、複数の冷却ヘッダの長さＬｈの条件について、上記実施形態の範囲内で搬送距離Ｌｏや冷却中の搬送した距離の合計となる総搬送距離（ｍ）を変えた複数の条件で冷却を行った。
熱処理が完了した後、レール１を冷却装置２から搬出テーブル４へ取り出し、図５および図６に示すように、搬出テーブル４に設けられた出側温度計５を用いて冷却後のレール１の頭部１１の表面温度を測定した。この際、出側温度計５を用いてレール１の長手方向の全長に渡って複数個所で測温を行い、測定結果の最高値と最低値とから冷却後の温度のバラツキを算出した。【００６３】
その後、レール１を冷却床へと搬送し、冷却床にて常温〜１００℃となるまで冷却した後、ローラー矯正機を用いて矯正を行うことで最終的に製品となるレール１を製造した。その後、製造されたレール１を冷間鋸断することでサンプルを採取し、採取されたサンプルについて硬度測定を行った。なお、サンプルは、レール１の全長に対して１ｍピッチで採取され、レール１の頭部１１の幅方向中央の表面より１ｍｍおよび５ｍｍの深さ位置において、硬度測定としてビッカース硬さ試験が行われた。
なお、実施例１では、比較として搬送距離Ｌｏの条件が上記実施形態と異なる比較例１についても同様に行い、製造されたレール１の材質を評価した。【００６４】
実施例１および比較例１における冷却条件および材質の評価結果について、表３に示す。表３において、実施例１−１４の冷却媒体の噴射圧力の条件では、総搬送距離が１／３の時点で圧力を１０から３０に変更し、実施例１−１５の冷却媒体の噴射圧力の条件では総搬送距離が１／３の時点で噴射圧力を３０から１０に変更し、総搬送距離が２／３の時点で噴射圧力を１０から３０に変更した。また、比較例１−３の条件では、搬送距離Ｌｏを４ｍに設定したが、レール１の冷却中には３．０ｍまでしか搬送させず、比較例１−４の条件では、搬送距離Ｌｏを２ｍに設定したが、レール１の冷却中には１．０ｍまでしか搬送させなかった。【００６５】
実施例１−１〜１−１７の条件では全長温度ばらつきが２０℃以内となり、オシレーション距離Ｌｏを冷却ヘッダの長さＬｈのｎ倍とした条件では、全長温度ばらつきが、５℃以内とよりばらつきが小さかった。しかし、比較例１−１〜１−４に示すオシレーション距離Ｌｏを冷却ヘッダの長さＬｈより短いか、または、熱処理中の総搬送距離が冷却ヘッダの長さＬｈに満たなかった条件では温度ばらつきが２０℃以上となった。【００６６】
【表３】
2016181891.tif 000005
【００６７】
材質の評価の結果、実施例１−１〜１−１７の条件では、温度のバラツキが２０℃以下に抑えられ、硬度のバラツキが表面より１ｍｍ深さ位置でＨＶ１３以下、５ｍｍ深さ位置でＨＶ１０以下となることを確認した。一方、比較例１−１〜１−４の条件では、温度のバラツキが２０℃以下に抑えられず、硬度のバラツキが表面より１ｍｍ深さ位置でＨＶ１５以上、５ｍｍ深さ位置でＨＶ１３以上と大きくなることを確認した。【００６８】
実施例１−１〜１−９に示す成分Ａ、噴射圧力を３０ｋＰａ一定、冷却媒体を空気とした条件の中で比較すると、冷却ヘッダの長さＬｈが３ｍ以下とした条件では、平均の硬度が１ｍｍ深さ位置でＨＶ３９１以上、５ｍｍ深さ位置でＨＶ３６７以上と非常に高くなることを確認した。しかし、冷却ヘッダの長さＬｈを４ｍとした条件では、硬度のバラツキは低減できたものの、平均硬度は１ｍｍ深さ位置でＨＶ３９８、５ｍｍ深さ位置でＨＶ３７９と冷却ヘッダの長さＬｈが短い条件と比較すると低かった。【００６９】
また、成分を変更した実施例１−１０，１−１１、噴射圧力を変更した実施例１−１２，１−１３、噴射圧力を途中で変更した実施例１−１４，１−１５においても、実施例１−１〜１−９と同様に温度及び硬度のバラツキが低減することが確認できた。噴射圧力が一番低かった実施例１−１２では、冷却中の平均冷却速度が４℃／秒、噴射圧力が一番高かった実施例１−１３では冷却中の平均冷却速度が８．５℃／秒であった。このため、冷却媒体を空気とした場合、少なくとも４℃／秒〜８．５℃／秒の間では本発明の効果が表れる範囲となることが確認できた。また、冷却媒体をスプレー水もしくはミストとした実施例１−１６，１−１７では、温度や硬度のバラツキは小さくなり、さらに、１ｍｍ深さ位置における平均硬度がＨＶ４７９、５ｍｍ深さ位置における平均硬度がＨＶ４５９と、冷却ヘッダの長さＬｈが４ｍと長いにもかかわらず、硬度が非常に高くなることを確認した。
【実施例２】
【００７０】
次に、本発明者らが行った実施例２について説明する。実施例２では、実施例１と異なる化学成分組成のブルームを用いて、実施例１と同様に、上記実施形態の搬送距離Ｌｏとなる条件でレール１を製造し、その材質について評価を行った。実施例２では、まず、表４に示す、条件Ｄ〜Ｆの化学成分組成のブルームを、連続鋳造法を用いて鋳造した。なお、ブルームの化学成分組成の残部は、実質的にＦｅであり、具体的には、Ｆｅおよび不可避的不純物である。【００７１】
【表４】
2016181891.tif 000006
【００７２】
次いで、上述の実施例１と同様に、鋳造されたブルームを加熱炉にて１１００℃以上に再加熱した後、熱間圧延を行い、続いて、冷却（熱処理工程）を実施した。熱処理完了後のレール１の表面温度測定や、冷却床での冷却、さらに、ローラー矯正機を用いた矯正、サンプル採取、そして、硬度測定についても、実施例１と同様な条件とした。また、実施例２では、比較として搬送距離Ｌｏの条件が上記実施形態と異なる比較例２についても同様に行い、製造されたレール１の材質を評価した。
実施例２および比較例２における冷却条件および材質の評価結果について、表５に示す。【００７３】
【表５】
2016181891.tif 000007
【００７４】
実施例２−１〜２−４の条件では、搬送距離Ｌｏを冷却ヘッダの長さＬｈのｎ倍としたため、全長温度バラツキが５℃以内と、より小さくなった。その結果、実施例２−１〜２−４の条件では、硬度のバラツキが、表面より１ｍｍ深さ位置でＨＶ２以下、５ｍｍ深さ位置でＨＶ２以下となることを確認した。
一方、比較例２−１〜２−２に示す、オシレーション距離Ｌｏが冷却ヘッダの長さＬｈより短い条件では、温度のバラツキを２０℃以下に抑えられず、硬度のバラツキが表面より１ｍｍ深さ位置でＨＶ４０以上、５ｍｍ深さ位置でＨＶ２０以上と大きくなることを確認した。
【符号の説明】
【００７５】
１  レール
１１  頭部
１２  ウェブ部
１３  足部
２  冷却装置
２１ａ〜２１ｃ  頭部冷却ヘッダ
２２  足部冷却ヘッダ
２３ａ，２３ｂ  クランプ
２４  機内温度計
２５  搬送部
２４  機内温度計
３  搬入テーブル
４  搬出テーブル
５  出側温度計
【図１】
2016181891.tif 000008
【図２】
2016181891.tif 000009
【図３】
2016181891.tif 000010
【図４】
2016181891.tif 000011
【図５】
2016181891.tif 000012
【図６】
2016181891.tif 000013
【国際調査報告】
2016181891.tif 000014
2016181891.tif 000015
2016181891.tif 000016