(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄道車輪であって、
リム部と、
ボス部と、
前記リム部と前記ボス部との間に配置され、前記リム部と前記ボス部とにつながる板部とを備え、
前記鉄道車輪の化学組成は、質量％で、
Ｃ：０．８０〜１．６０％、
Ｓｉ：１．００％以下、
Ｍｎ：０．１０〜１．２５％、
Ｐ：０．０５０％以下、
Ｓ：０．０３０％以下、
Ａｌ：０．０１０〜０．６５０％、
Ｎ：０．００３０〜０．０２００％、
Ｃｒ：０〜０．６０％、
Ｖ：０〜０．１２％、及び、
残部がＦｅ及び不純物からなり、
前記鉄道車輪の前記板部のミクロ組織において、パーライトの面積率は８５．０％以上であり、初析セメンタイトの面積率は０．９０〜１５．００％であり、かつ、式（１）で定義される前記初析セメンタイトの幅Ｗの平均値は０．９５μｍ以下である、
鉄道車輪。
Ｗ＝１／２×（Ｐ／２−（（Ｐ／２）２−４Ａ）１／２）  （１）
ここで、式（１）中のＡは前記初析セメンタイトの面積（μｍ２）であり、Ｐは前記初析セメンタイトの外周長（μｍ）である。
【請求項２】
請求項１に記載の鉄道車輪であってさらに、
前記鉄道車輪の前記ボス部のミクロ組織において、パーライトの面積率は８５．０％以上であり、前記初析セメンタイトの面積率は０．９０〜１５．００％であり、かつ、式（１）で定義される前記初析セメンタイトの幅Ｗの平均値は０．９５μｍ以下である、
鉄道車輪。
【請求項３】
鉄道車輪であって、
リム部と、
ボス部と、
前記リム部と前記ボス部との間に配置され、前記リム部と前記ボス部とにつながる板部とを備え、
前記鉄道車輪の化学組成は、質量％で、
Ｃ：０．８０〜１．６０％、
Ｓｉ：１．００％以下、
Ｍｎ：０．１０〜１．２５％、
Ｐ：０．０５０％以下、
Ｓ：０．０３０％以下、
Ａｌ：０．０１０〜０．６５０％、
Ｎ：０．００３０〜０．０２００％、
Ｃｒ：０〜０．６０％、
Ｖ：０〜０．１２％、及び、
残部がＦｅ及び不純物からなり、
前記鉄道車輪の前記板部のミクロ組織において、パーライトの面積率は８５．０％以上であり、初析セメンタイトの面積率は０．９０〜１５．００％であり、前記初析セメンタイトの最大幅は１．８０μｍ以下である、
鉄道車輪。
【請求項４】
請求項３に記載の鉄道車輪であって、
前記鉄道車輪の前記ボス部のミクロ組織において、パーライトの面積率は８５．０％以上であり、前記初析セメンタイトの面積率は０．９０〜１５．００％であり、前記初析セメンタイトの最大幅は１．８０μｍ以下である、
鉄道車輪。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の鉄道車輪であって、
前記化学組成は、
Ｃｒ：０．０２〜０．６０％、及び、
Ｖ：０．０２〜０．１２％、
からなる群から選択される１元素以上を含有する、
鉄道車輪。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、鉄道車輪に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両は、線路を構成するレール上を走行する。鉄道車両は、複数の鉄道車輪を備える。鉄道車輪は、車両を支持し、レールと接触して、レール上を回転しながら移動する。鉄道車輪は、レールとの接触により摩耗する。最近、鉄道輸送の高効率化を目的として、鉄道車両への積載重量の増加、及び、鉄道車両の高速化が進められている。その結果、鉄道車輪の耐摩耗性の向上が求められている。【０００３】
鉄道車輪の耐摩耗性を高める技術が、特開平９−２０２９３７号公報（特許文献１）、特開２０１２−１０７２９５号公報（特許文献２）、特開２０１３−２３１２１２号公報（特許文献３）、特開２００４−３１５９２８号公報（特許文献４）に提案されている。【０００４】
特許文献１に開示された鉄道車輪は、質量％で、Ｃ：０．４〜０．７５％、Ｓｉ：０．４〜０．９５％、Ｍｎ：０．６〜１．２％、Ｃｒ：０〜０．２％未満、Ｐ：０．０３％未満、Ｓ：０．０３％以下を含有し、残部がＦｅ及びその他不可避の不純物からなる。この鉄道車輪において、車輪踏面部の表面から少なくとも深さ５０ｍｍまでの領域が、パーライト組織からなる。特許文献１の鉄道車輪の製造方法は、車輪踏面部の冷却曲線が、連続冷却変態曲線図におけるパーライト生成領域を通り、かつ、マルテンサイト変態曲線より長時間側にある条件で、車輪踏面部を冷却する焼入工程を含む。【０００５】
特許文献２に開示された車輪用鋼は、質量％で、Ｃ：０．６５〜０．８４％、Ｓｉ：０．０２〜１．００％、Ｍｎ：０．５０〜１．９０％、Ｃｒ：０．０２〜０．５０％、Ｖ：０．０２〜０．２０％、Ｓ≦０．０４％、Ｐ≦０．０５％、Ｃｕ≦０．２０％、Ｎｉ≦０．２０％を含有し、残部がＦｅと不純物とからなる化学組成を有する。この化学組成はさらに、次の関係式を満たす。〔３４≦２．７＋２９．５×Ｃ＋２．９×Ｓｉ＋６．９×Ｍｎ＋１０．８×Ｃｒ＋３０．３×Ｍｏ＋４４．３×Ｖ≦４３〕かつ〔０．７６×ｅｘｐ（０．０５×Ｃ）×ｅｘｐ（１．３５×Ｓｉ）×ｅｘｐ（０．３８×Ｍｎ）×ｅｘｐ（０．７７×Ｃｒ）×ｅｘｐ（３．０×Ｍｏ）×ｅｘｐ（４．６×Ｖ）≦２５〕。この車両用鋼は、上記化学組成及び上記式を満たすことにより、耐摩耗性、耐転動疲労特性、耐スポークリング性に優れる、と特許文献２には記載されている。【０００６】
特許文献３に開示された車輪用鋼は、質量％で、Ｃ：０．６５〜０．８４％、Ｓｉ：０．４〜１．０％、Ｍｎ：０．５０〜１．４０％、Ｃｒ：０．０２〜０．１３％、Ｓ：０．０４％以下、Ｖ：０．０２〜０．１２％を含有し、式（１）で定義されるＦｎ１が３２〜４３で、かつ、式（２）で表されるＦｎ２が２５以下であり、残部がＦｅ及び不純物からなる。ここで、式（１）は、Ｆｎ１＝２．７＋２９．５Ｃ＋２．９Ｓｉ＋６．９Ｍｎ＋１０．８Ｃｒ＋３０．３Ｍｏ＋４４．３Ｖであり、式（２）は、Ｆｎ２＝ｅｘｐ（０．７６）×ｅｘｐ（０．０５Ｃ）×ｅｘｐ（１．３５Ｓｉ）×ｅｘｐ（０．３８Ｍｎ）×ｅｘｐ（０．７７Ｃｒ）×ｅｘｐ（３．０Ｍｏ）×ｅｘｐ（４．６Ｖ）である。この車輪用鋼は、上記化学組成を有し、Ｆｎ１及びＦｎ２が上記範囲を満たすことにより、耐摩耗性、耐転動疲労特性、耐スポークリング性に優れる、と特許文献３には記載されている。【０００７】
特許文献４に開示された鉄道車両用車輪は、質量％で、Ｃ：０．８５〜１．２０％、Ｓｉ：０．１０〜２．００％、Ｍｎ：０．０５〜２．００％、必要に応じてさらにＣｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｎｂ、Ｂ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ａｌ、Ｚｒ、及びＮの１種又は２種以上を所定量含有し、残部がＦｅ及びその他不可避的不純物からなる化学成分を含有する鋼で構成された一体型の鉄道車両用車輪であって、車輪の踏面及び／又はフランジ面の少なくとも一部がパーライト組織である。特許文献４では、鉄道車両用車輪の寿命は、踏面及びフランジ面の摩耗量に依存し（特許文献４の段落［０００２］）、さらに、高速鉄道においてブレーキを掛けたときの発熱量の増大にともない発生する踏面及びフランジ面での熱亀裂に依存すると記載されている。そして、鉄道車両用車輪が上記構成を有することにより、踏面及びフランジ面の耐摩耗性及び熱亀裂を抑制できる、と記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平９−２０２９３７号公報
【特許文献２】特開２０１２−１０７２９５号公報
【特許文献３】特開２０１３−２３１２１２号公報
【特許文献４】特開２００４−３１５９２８号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Ｎｕｔａｌ  Ｎ  ｅｔ  ａｌ．，“ＩＭＡＧＥ  ＡＮＡＬＹＳＩＳ  ＯＦ  ＰＥＡＲＬＩＴＥ  ＳＰＨＥＲＯＩＤＩＺＡＴＩＯＮ  ＢＡＳＥＤ  ＯＮ  ＴＨＥ  ＭＯＲＰＨＯＬＯＧＩＣＡＬ  ＣＨＡＲＡＣＴＥＲＩＺＡＴＩＯＮ  ＯＦ  ＣＥＭＥＮＴＩＴＥ  ＰＡＲＴＩＣＬＥＳ”，Ｉｍａｇａ  Ａｎａｌ  Ｓｔｅｒｅｏｌ  ２０１０；２９：９１−９８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１に提案されている鉄道車輪は、適度の焼入れ性と同時に、パーライト組織が得られる性質を持たせるために、Ｃｒ含有量を低く抑え、かつ、適量のＳｉを含有する。しかしながら、特許文献１に記載の鉄道車輪のＣ含有量は０．４〜０．７５％であり、この車輪はいわゆる亜共析鋼からなる。そのため、耐摩耗性の向上には限界がある。【００１１】
特許文献２及び特許文献３に提案されている車輪用鋼では、Ｃ含有量が０．６５〜０．８４％の鋼にＶを含有することにより、パーライト組織を強化して、耐摩耗性を高めている。しかしながら、特許文献２及び３に提案されている車輪用鋼もいわゆる亜共析鋼からなる。そのため、Ｖを含有するだけでは、耐摩耗性の向上に限界がある。【００１２】
一方、特許文献４に提案されている鉄道車両用車輪では、Ｃ含有量を高めた過共析鋼を用いることにより、耐摩耗性を高めている。【００１３】
ところで、鉄道車輪の製造方法の一例は次のとおりである。鋼片を熱間加工して鉄道車輪形状の中間品を成形する。成形された中間品に対して、熱処理（踏面焼入れ）を実施する。踏面焼入れでは、中間品を加熱した後、中間品の踏面及びフランジ部を急冷する。これにより、踏面の表層部分のマトリクス組織には、耐摩耗性が高い微細パーライトが生成する。しかしながら、踏面焼入れ後の踏面の表層部分には、微細パーライトの上層にマルテンサイトからなる（又は、マルテンサイト及びベイナイトからなる）焼入れ層が形成される。鉄道車輪の使用中において、焼入れ層は摩耗しやすい。そのため、踏面焼入れ後、踏面の最表層に形成された焼入れ層を切削加工で除去して、微細パーライトを踏面に露出させる。以上の工程により、鉄道車輪が製造される。【００１４】
上述のとおり、過共析鋼からなる鉄道車両用車輪は、耐摩耗性に優れる。しかしながら、過共析鋼を用いて上述の製造方法で鉄道車輪を製造した場合、亜共析鋼とは異なり、鉄道車輪内、たとえば、鉄道車輪の板部及び／又はボス部に、初析セメンタイトが生成しやすくなる。初析セメンタイトは鋼の靱性を低下する。特に、ボス部及びリム部と比較して板部の厚さは薄い。そのため、初析セメンタイトによる靱性の低下は、板部において特に車輪の割損につながる可能性がある。【００１５】
本開示の目的は、Ｃ含有量が０．８０％以上と高くても優れた靭性を有する鉄道車輪を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本開示による鉄道車輪は、
リム部と、
ボス部と、
前記リム部と前記ボス部との間に配置され、前記リム部と前記ボス部とにつながる板部とを備え、
前記鉄道車輪の化学組成は、質量％で、
Ｃ：０．８０〜１．６０％、
Ｓｉ：１．００％以下、
Ｍｎ：０．１０〜１．２５％、
Ｐ：０．０５０％以下、
Ｓ：０．０３０％以下、
Ａｌ：０．０１０〜０．６５０％、
Ｎ：０．００３０〜０．０２００％、
Ｃｒ：０〜０．６０％、
Ｖ：０〜０．１２％、及び、
残部がＦｅ及び不純物からなり、
前記鉄道車輪の前記板部のミクロ組織において、パーライトの面積率は８５．０％以上であり、初析セメンタイトの面積率は０．９０〜１５．００％であり、かつ、式（１）で定義される前記初析セメンタイトの幅Ｗの平均値は０．９５μｍ以下である。
Ｗ＝１／２×（Ｐ／２−（（Ｐ／２）２−４Ａ）１／２）  （１）
ここで、式（１）中のＡは前記初析セメンタイトの面積（μｍ２）であり、Ｐは前記初析セメンタイトの外周長（μｍ）である。【００１７】
本開示による鉄道車輪は、
リム部と、
ボス部と、
前記リム部と前記ボス部との間に配置され、前記リム部と前記ボス部とにつながる板部とを備え、
前記鉄道車輪の化学組成は、質量％で、
Ｃ：０．８０〜１．６０％、
Ｓｉ：１．００％以下、
Ｍｎ：０．１０〜１．２５％、
Ｐ：０．０５０％以下、
Ｓ：０．０３０％以下、
Ａｌ：０．０１０〜０．６５０％、
Ｎ：０．００３０〜０．０２００％、
Ｃｒ：０〜０．６０％、
Ｖ：０〜０．１２％、及び、
残部がＦｅ及び不純物からなり、
前記鉄道車輪の前記板部のミクロ組織において、パーライトの面積率は８５．０％以上であり、初析セメンタイトの面積率は０．９０〜１５．００％であり、前記初析セメンタイトの最大幅は１．８０μｍ以下である。
【発明の効果】
【００１８】
本開示による鉄道車輪は、Ｃ含有量が０．８０％以上と高くても、優れた靭性を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、鉄道車輪の中心軸に平行な断面図である。
【図２】図２は、踏面焼入れを模擬した熱処理でのヒートパターンを示す図である。
【図３】図３は、図２と異なる、踏面焼入れを模擬した熱処理でのヒートパターンを示す図である。
【図４】図４は、表１に示す化学組成の鋼材における等温変態線図と、図２及び図３のヒートパターンとの関係を示すイメージ図である。
【図５】図５は、ビッカース硬さ試験の測定位置を説明するための模式図である。
【図６】図６は、ミクロ組織観察により得られた試験番号５（０．９０％Ｃ材）のミクロ組織写真画像である。
【図７】図７は、ミクロ組織観察により得られた試験番号８（１．００％Ｃ材）のミクロ組織写真画像である。
【図８】図８は、過共析鋼材（０．９０％Ｃ材及び１．００％Ｃ材）でのビッカース硬さ（ＨＶ）と、シャルピー衝撃値（Ｊ／ｃｍ２）と、初析セメンタイトの有無との関係を示す図である。
【図９】図９は、ＳＥＭで得られた表２中の試験番号５（０．９０％Ｃ材）のミクロ組織写真画像である。
【図１０】図１０は、ＳＥＭで得られた表２中の試験番号８（１．００％Ｃ材）のミクロ組織写真画像である。
【図１１】図１１は、表２中の試験番号１、２、４、５、７及び８の初析セメンタイト幅とシャルピー衝撃値との関係を示す図である。
【図１２】図１２は、図９に示すミクロ組織写真画像に対して２値化処理を実施して、初析セメンタイトを特定した図である。
【図１３】図１３は、図１２の初析セメンタイトに対して細線化処理を実施して得られた骨格線を、初析セメンタイトに重ねて表示した図である。
【図１４】図１４は、２値化された初析セメンタイトと、その初析セメンタイトの骨格線６０との一部を拡大した模式図である。
【図１５】図１５は、光学顕微鏡写真画像と、２値化処理後の画像とを示す図である。
【図１６】図１６は、中間品を冷却するための冷却装置の一例を示す図である。
【図１７】図１７は、実施例において採用した、踏面焼入れを模擬した熱処理でのヒートパターンを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
［鉄道車輪の構成］
図１は本実施形態による鉄道車輪の中心軸を含む断面図である。図１を参照して、鉄道車輪１は円盤状であり、ボス部２と、板部３と、リム部４とを備える。ボス部２は円筒状であり、鉄道車輪１の径方向（中心軸に対して垂直な方向）において、鉄道車輪１の中央部に配置される。ボス部２は貫通孔２１を有する。貫通孔２１の中心軸は、鉄道車輪１の中心軸と一致する。貫通孔２１には、図示しない鉄道用車軸が挿入される。ボス部２の厚さＴ２は、板部３の厚さＴ３よりも厚い。リム部４は、鉄道車輪１の外周の縁部に形成されている。リム部４は、踏面４１と、フランジ部４２とを含む。踏面４１は、フランジ部４２と繋がっている。鉄道車輪１の使用時において、踏面４１及びフランジ部４２はレール表面と接触する。リム部４の厚さＴ４は、板部３の厚さＴ３よりも厚い。板部３は、ボス部２とリム部４との間に配置され、ボス部２及びリム部４とつながっている。具体的には、板部３の内周縁部はボス部２とつながっており、板部３の外周縁部はリム部４とつながっている。板部３の厚さＴ３は、ボス部２の厚さＴ２及びリム部４の厚さＴ４よりも薄い。鉄道車輪１の直径は特に限定されるものではないが、たとえば、７００ｍｍ〜１０００ｍｍである。
【００２１】
［本開示の鉄道車輪の技術思想］
本発明者らは初めに、鉄道車輪において、耐摩耗性を高めるのに適切な化学組成について検討を行った。その結果、鉄道車輪においては、同じ硬さを得るにしても、Ｖ含有量を高めて硬さを高めるよりも、Ｃ含有量を０．８０％以上に高めて硬さを高めた方が、鉄道車輪として使用したときの耐摩耗性が高まることが分かった。このメカニズムは定かではないが、次の事項が考えられる。使用中の鉄道車輪の踏面は、レールから外力（荷重）を受ける。この外力により踏面直下の表層のパーライト中のセメンタイトが破砕され、分散強化により硬さが高まる。さらに、破砕された微細なセメンタイト中の炭素がパーライト中のフェライトに過飽和に固溶し、固溶強化により踏面直下の表層の硬さを高める。
【００２２】
鋼のＣ含有量を高めれば、パーライト中のセメンタイトの体積分率が増大し、さらに、パーライトがより微細なラメラを形成しやすい。この場合、上記メカニズムにより鉄道車輪の耐摩耗性が高まる。これに対して、鋼にＶを含有した場合、Ｖ炭窒化物の析出強化により鋼の硬さを高める。このとき、Ｖ炭窒化物はフェライト中に生成するため、主としてフェライトの硬さを高める。つまり、Ｖの含有は、フェライトの硬さを高めるものの、パーライトの微細化にはそれほど影響しない。そのため、Ｖ含有によりある程度耐摩耗性を高めることはできるものの、破砕セメンタイトによる分散強化及びＣの固溶強化ほど、耐摩耗性を高めることができない。
【００２３】
そこで、本発明者らは、耐摩耗性を高めるためには、鉄道車輪の化学組成において、Ｃ含有量を０．８０〜１．６０％の過共析鋼とするのが好ましいと考えた。
【００２４】
しかしながら、本発明者らの検討の結果、Ｃ含有量が０．８０％以上の過共析鋼の鉄道車輪では、初析セメンタイトが生成しやすいことが分かった。初析セメンタイトは、鉄道車輪の靭性を低下する。
【００２５】
そこで、本発明者らは、Ｃ含有量が高い過共析鋼からなる鉄道車輪において、靭性を高める方法について検討を行った。
【００２６】
初めに、本発明者らは、過共析鋼からなる鉄道車輪において、初析セメンタイトの生成を抑制することにより、鉄道車輪の靭性を高めることを検討した。しかしながら、Ｃ含有量が高い過共析鋼からなる鉄道車輪の場合、初析セメンタイトの生成を完全に抑えることは非常に困難であることが判明した。そして、初析セメンタイトの生成を極力抑えようとすれば、製造工程における制御を厳格に行う必要があることが判明した。
【００２７】
そこで、本発明者らは、初析セメンタイトの生成を抑制することにより過共析鋼からなる鉄道車輪の靭性を高めるのではなく、初析セメンタイトが生成することを前提として、初析セメンタイトの形態を制御することにより、過共析鋼からなる鉄道車輪の靭性を高めることができるのではないかと考えた。そこで、本発明者らは、過共析鋼からなる鉄道車輪に生成している初析セメンタイトの形態と、鉄道車輪の靭性との関係についてさらに検討を行った。その結果、過共析鋼からなる鉄道車輪の板部において初析セメンタイトが面積率で０．９０〜１５．００％生成している場合であっても、式（１）で定義される初析セメンタイト幅Ｗの平均値が０．９５μｍ以下であれば、十分な靭性が得られることを初めて知見した。以下、この点について説明する。
【００２８】
［鉄道車輪における初析セメンタイトと靭性との関係について］
過共析鋼の鉄道車輪を模擬した、表１に示す化学組成の鋼材ＴＰ１、ＴＰ２を作製した。
【００２９】
【表１】
0006737427.tif 000002
【００３０】
鋼材の形状は直径２０ｍｍ、長さ１２５ｍｍの丸棒とした。各鋼材のうち、図２及び図３に示すヒートパターンの熱処理を実施して、鋼材ＴＰ１、ＴＰ２に生成する初析セメンタイトの形態を変化させた。
【００３１】
図２及び図３に示すヒートパターンは、熱処理の雰囲気の温度を示す。つまり、鋼材が熱処理時に配置される雰囲気の温度を示す。図２のヒートパターンＨＰ１は、鋼材ＴＰ１及びＴＰ２において、初析セメンタイトの生成温度域内（７２０℃）での鋼材ＴＰ１及びＴＰ２の滞留時間を長くしたヒートパターンである。一方、図３のヒートパターンＨＰ２は、急冷により初析セメンタイトの生成温度域での鋼材ＴＰ２（１．００％Ｃ材）の滞留時間を短くした、又は、Ｃ含有量が低い鋼材ＴＰ１（０．９０％Ｃ材）の場合には初析セメンタイトの生成温度域を通過しない、ヒートパターンである。
【００３２】
図４は、鋼材ＴＰ１及びＴＰ２の等温変態線図と図２及び図３のヒートパターンＨＰ１、ＨＰ２との関係を示すイメージ図である。図４では、鋼材ＴＰ１及びＴＰ２の化学組成における初析セメンタイトノーズとパーライトノーズとを示す。なお、鋼材ＴＰ１（０．９０％Ｃ材）と鋼材ＴＰ２（１．００％Ｃ材）とでは、パーライトノーズの位置はほぼ同じである。一方、初析セメンタイトノーズに関しては、鋼材ＴＰ２（１．００％Ｃ材、図４中で破線）の方が、鋼材ＴＰ１（０．９０％Ｃ材：図４中で実線）よりも左にずれる。
【００３３】
図４を参照して、鋼材ＴＰ１（０．９０％Ｃ材）に対してヒートパターンＨＰ１を適用した場合、初析セメンタイト生成温度域での滞留時間が長くなる。そのため、ヒートパターンＨＰ１を適用した鋼材ＴＰ１のミクロ組織には、初析セメンタイト（初析θともいう）が生成する。また、鋼材ＴＰ１（０．９０％Ｃ材）に対してヒートパターンＨＰ２を適用した場合、初析セメンタイト生成温度域を通過しない。そのため、ヒートパターンＨＰ２を適用した鋼材ＴＰ１のミクロ組織には、初析セメンタイトがほぼ生成しない。一方、鋼材ＴＰ１よりもＣ含有量が高い鋼材ＴＰ２（１．００％Ｃ材）に対してヒートパターンＨＰ２を適用した場合、初析セメンタイト生成温度域を通過する。そのため、ヒートパターンＨＰ２を適用した鋼材ＴＰ２のミクロ組織には、初析セメンタイトが生成する。
【００３４】
なお、上述のとおり、鉄道車輪の踏面焼入れでは、図１に示す踏面４１に冷却液を噴射して、焼入れを実施しながら鉄道車輪１を冷却する。図１に示すとおり、鉄道車輪１において、ボス部２の厚さＴ２は板部３の厚さＴ３よりも厚く、かつ、ボス部２は、冷却液が接触するリム部４から遠い。そのため、踏面焼入れにおいて、ボス部２の冷却速度は、板部３の冷却速度よりも遅い。そこで、図２に示すとおり、ヒートパターンＨＰ１では、ボス部２での冷却速度を想定したヒートパターンＨＰ１１及びＨＰ１２と、板部３での冷却速度を想定したヒートパターンＨＰ１３及びＨＰ１４とを準備した。同様に、図３に示すとおり、ヒートパターンＨＰ２では、ボス部２での冷却速度を想定したヒートパターンＨＰ２１と、板部３での冷却速度を想定したヒートパターンＨＰ２２とを準備した。
【００３５】
なお、図２において、ボス部での冷却速度を想定したヒートパターンＨＰ１１及びＨＰ１２は、７２０℃での保持時間を異なる時間とした。具体的には、ヒートパターンＨＰ１１では、７２０℃での保持時間を４７分とし、ヒートパターンＨＰ１２では、７２０℃での保持時間を１７分とした。つまり、ヒートパターンＨＰ１１で熱処理した鋼材の初析セメンタイトの生成量が、ヒートパターンＨＰ１２で熱処理した鋼材の初析セメンタイトの生成量よりも多くなることを想定した。同様に、図２において、板部３での冷却速度を想定したヒートパターンＨＰ１３及びＨＰ１４は、７２０℃での保持時間を異なる時間とした。具体的には、ヒートパターンＨＰ１３では、７２０℃での保持時間を４７分とし、ヒートパターンＨＰ１４では、７２０℃での保持時間を１７分とした。つまり、ヒートパターンＨＰ１３で熱処理した鋼材の初析セメンタイトの生成量が、ヒートパターンＨＰ１４で熱処理した鋼材の初析セメンタイトの生成量よりも多くなることを想定した。
【００３６】
鋼材ＴＰ１を複数準備し、鋼材ＴＰ２を複数準備した。各鋼材に対して、踏面焼入れを模擬したヒートパターンＨＰ１１〜ＨＰ１４、ＨＰ２１及びＨＰ２２による熱処理を実施した。具体的には、鋼材ＴＰ１、ＴＰ２、及び、ヒートパターンＨＰ１１〜ＨＰ１４、ＨＰ２１及びＨＰ２２の組み合わせにより、表２に示す試験番号１〜試験番号８の試験材を作製した。
【００３７】
【表２】
0006737427.tif 000003
【００３８】
熱処理後の各試験番号１〜８の鋼材のビッカース硬さを求めた。具体的には、図５に示すとおり、各試験番号の鋼材１００の長手方向（Ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ−ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）に垂直な断面において、鋼材１００の中心点Ｐ１と、点Ｐ１を中心とした半径１ｍｍの円上で９０°ピッチ位置の点Ｐ２〜点Ｐ５の５点において、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４４（２００９）に準拠してビッカース硬さ（ＨＶ）を測定した。このときの試験力を９．８Ｎ（１．０ｋｇｆ）とした。得られたビッカース硬さの平均値を、その試験番号のビッカース硬さ（ＨＶ）と定義した。
【００３９】
さらに、熱処理後の各試験番号１〜８の鋼材の靭性を評価するために、シャルピー衝撃値を求めた。具体的には、各試験番号の鋼材の長手方向に垂直な断面における中心位置から、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４２（２００５）に準拠したＵノッチ試験片を採取した。Ｕノッチ試験片の長手方向に垂直な断面は１０ｍｍ×１０ｍｍの正方形とし、Ｕノッチ試験片の長手方向の長さは５５ｍｍとした。Ｕノッチ試験片の長手方向は、鋼材の長手方向と平行とした。Ｕノッチ試験片の長さ中央位置（つまり、長さ５５ｍｍの中央位置）に、Ｕノッチを形成した。ノッチ深さを２ｍｍとし、ノッチ底半径を１ｍｍとした。ＪＩＳ  Ｚ  ２２４２（２００５）に準拠して、室温大気中でのシャルピー衝撃試験を実施した。各試験番号で４個のＵノッチ試験片に対してシャルピー衝撃値（Ｊ／ｃｍ２）を求め、それらの平均値を、その試験番号のシャルピー衝撃値（Ｊ／ｃｍ２）と定義した。
【００４０】
さらに、熱処理後の各試験番号の鋼材のミクロ組織を観察して、初析セメンタイトの有無を調査した。具体的には、熱処理後の各試験番号の鋼材の長手方向に垂直な断面の中心位置から、ミクロ組織観察用サンプルを採取した。サンプルの表面のうち、鋼材の長手方向に垂直な断面を観察面とした。各サンプルの観察面を機械研磨により鏡面仕上げした。その後、観察面に対して、初析セメンタイトの現出に適した腐食液であるピクリン酸ソーダ液（水１００ｍｌ＋ピクリン酸２ｇ＋水酸化ナトリウム２５ｇ）を用いたエッチングを実施した。エッチングでは、煮沸したピクリン酸ソーダ液にサンプルを浸漬した。エッチング後のサンプルの観察面内の任意の１視野（２００μｍ×２００μｍ）に対して、５００倍の光学顕微鏡を用いて写真画像を生成した。観察面において、旧オーステナイト粒界に生成した初析セメンタイトは黒色を呈する。そのため、初析セメンタイトの有無を確認できた。
【００４１】
図６は、上述のミクロ組織観察により得られた試験番号５（０．９０％Ｃ材）のミクロ組織写真画像である。図７は、上述のミクロ組織観察により得られた試験番号８（１．００％Ｃ材）のミクロ組織写真画像である。図６及び図７を参照して、これらの写真画像のうちの黒色の領域（黒色矢印で示す領域）が初析セメンタイトである。
【００４２】
上記視野内で確認された初析セメンタイトの面積率を求めた。具体的には、視野内（２００μｍ×２００μｍ）中の初析セメンタイトの面積を求めた。得られた初析セメンタイトの面積の、視野の総面積に対する割合を、初析セメンタイト面積率（％）と定義した。
【００４３】
得られた初析セメンタイト面積率が０．９０％未満であれば、初析セメンタイトがない、と判断した。一方、初析セメンタイト面積率が０．９０％を超えれば、初析セメンタイトがある、と判断した。
【００４４】
以上の試験結果に基づいて、各試験番号でのビッカース硬さ（ＨＶ）、シャルピー衝撃値（Ｊ／ｃｍ２）及び初析セメンタイトの有無との関係を調査した。
【００４５】
図８は、過共析鋼材（０．９０％Ｃ材及び１．００％Ｃ材）でのビッカース硬さ（ＨＶ）と、シャルピー衝撃値（Ｊ／ｃｍ２）と、初析セメンタイトの有無との関係を示す図である。図８を参照して、鋼材ＴＰ１（０．９０％Ｃ材）を用いてヒートパターンＨＰ１を適用した試験番号１、２、４及び５では、ミクロ組織内に初析セメンタイトが存在した。そのため、シャルピー衝撃値が８．５Ｊ／ｃｍ２以下であった。なお、試験番号１（ヒートパターンＨＰ１１）と試験番号２（ヒートパターンＨＰ１２）とを比較すると、７２０℃での保持時間が短い試験番号２の方が、試験番号１よりもビッカース硬さが高かった。しかしながら、シャルピー衝撃値は、試験番号１及び２は同等であった。同様に、試験番号４（ヒートパターンＨＰ１３）と試験番号５（ヒートパターンＨＰ１４）とを比較すると、７２０℃での保持時間が短い試験番号５の方が、試験番号４よりもビッカース硬さが高かった。しかしながら、シャルピー衝撃値は、試験番号４及び５は同等であった。一方、鋼材ＴＰ１を用い、かつ、ヒートパターンＨＰ２（ＨＰ２１及びＨＰ２２）を適用した試験番号３及び６では、ミクロ組織中に初析セメンタイトが存在しなかった。そのため、シャルピー衝撃値が１４Ｊ／ｃｍ２以上と高かった。
【００４６】
一方、鋼材ＴＰ２（１．００％Ｃ材）を用いてヒートパターンＨＰ２（ＨＰ２１及びＨＰ２２）を適用した試験番号７及び８では、試験番号１、２、４及び５と同様に、ミクロ組織において初析セメンタイトが存在した。しかしながら、初析セメンタイトが存在するにもかかわらず、試験番号７及び８のシャルピー衝撃値は、同じく初析セメンタイトが存在する試験番号１、２、４及び５と比較して顕著に高く、１４Ｊ／ｃｍ２を超えた。特に、試験番号２と試験番号７とを比較すると、両者のビッカース硬さはほぼ同じであるにもかかわらず、シャルピー衝撃値が大きく異なっていた。同様に、試験番号５と試験番号８とを比較すると、両者のビッカース硬さはほぼ同じであるにもかかわらず、シャルピー衝撃値が大きく異なっていた。
【００４７】
以上の調査結果は、初析セメンタイトが存在していても、靭性を高めることができる可能性があることを示している。そこで、本発明者らは、共に初析セメンタイトが存在している試験番号５及び試験番号８の鋼材に注目し、５０００倍の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いてミクロ組織写真画像を生成して、試験番号５及び試験番号８のミクロ組織における初析セメンタイトの形態を調査した。
【００４８】
図９は、ＳＥＭで得られた試験番号５のミクロ組織写真画像である。図１０は、ＳＥＭで得られた試験番号８のミクロ組織写真画像である。図９及び図１０において白線で囲んだ領域は初析セメンタイト（符号５０）である。図９及び図１０を比較して、シャルピー衝撃値が高い試験番号８で生成している初析セメンタイトの形態は、シャルピー衝撃値が低い試験番号５で生成している初析セメンタイトの形態と顕著に異なっていた。具体的には、試験番号８の初析セメンタイトは、試験番号５の初析セメンタイトと比較して、全体的に初析セメンタイトの幅が狭く形成されていた。
【００４９】
以上の検討結果から、本発明者らは、鉄道車輪１の板部３に初析セメンタイトが生成しても、生成した初析セメンタイトの幅が狭い場合、靭性の低下を抑制できると考えた。
【００５０】
そこで、鉄道車輪１内の初析セメンタイトの形態を示す指標として、本発明者らは、ミクロ組織写真画像内の初析セメンタイトの幅に注目した。そして、本発明者らは、初析セメンタイトの幅について、次の２つの指標を定義した。
（Ａ）初析セメンタイトの幅の平均値を指標とした規定
（Ｂ）初析セメンタイトの最大幅を指標とした規定
上記（Ａ）の初析セメンタイトの幅の平均値は、非特許文献１に記載の長方形近似法（ｒｉｂｂｏｎ−ｌｉｋｅ  ｍｅｔｈｏｄ）に基づいて求めることができる。上記（Ｂ）の初析セメンタイトの最大幅は、画像処理方法の１つである細線化処理を実施することにより求めることができる。以下、上記（Ａ）及び（Ｂ）について詳述する。
【００５１】
（Ａ）初析セメンタイトの幅Ｗの平均値を初析セメンタイトの形態の指標とした規定
初析セメンタイトの幅Ｗの平均値を、非特許文献１に記載の長方形近似法により求める。具体的には、次の方法により求める。上述の５００倍の光学顕微鏡により得られた上述のミクロ組織写真画像（２００μｍ×２００μｍ）を画像処理により２値化して、初析セメンタイトを特定する。特定された初析セメンタイトの面積Ａを求める。さらに、特定された初析セメンタイトの外周の長さＰ（外周長）を求める。得られた各初析セメンタイトの面積Ａ及び外周長Ｐとを用いて、初析セメンタイトを面積Ａ及び外周長Ｐを有する長方形であると仮定する。そして、セメンタイトを長方形と仮定したときの長方形の長辺を初析セメンタイトの長さＬとみなし、長方形の短辺を初析セメンタイトの幅Ｗとみなす。つまり、初析セメンタイトを次の式（ａ）及び式（ｂ）を満たす長方形とみなす。
Ａ＝Ｌ×Ｗ  （ａ）
Ｐ＝２×（Ｌ＋Ｗ）  （ｂ）
【００５２】
このように、各初析セメンタイトを長方形に近似した場合、式（ａ）及び式（ｂ）に基づいて、初析セメンタイトの幅Ｗを次の式（１）で定義できる。
Ｗ＝１／２×（Ｐ／２−（（Ｐ／２）２−４Ａ）１／２）  （１）
【００５３】
なお、初析セメンタイトの長さＬは次の式で定義できる。
Ｌ＝１／２×（Ｐ／２＋（（Ｐ／２）２−４Ａ）１／２）
【００５４】
式（１）を用いれば、観察視野において特定された各初析セメンタイトの面積Ａ及び外周長Ｐとから、各初析セメンタイトの幅Ｗを求めることができる。そして、各初析セメンタイトの幅Ｗを用いて、初析セメンタイトの幅Ｗの平均値を求めることができる。
【００５５】
初析セメンタイトが確認された試験番号１、２、４、５、７及び８のミクロ組織観察視野（２００μｍ×２００μｍ）において、観察視野で特定された各初析セメンタイトに対して、上述の方法で面積Ａ及び外周長Ｐを求めた。特定された初析セメンタイトの面積Ａの平均値を求め、外周長Ｐの平均値を求めた。求めた面積Ａの平均値と、求めた外周長Ｐの平均値とを用いて、式（１）で定義された初析セメンタイト幅Ｗを求めた。求めた初析セメンタイト幅Ｗを、その試験番号での初析セメンタイト幅Ｗの平均値（μｍ）と定義した。そして、求めた初析セメンタイト幅Ｗの平均値とシャルピー衝撃値との関係を求めた。
【００５６】
図１１は、試験番号１、２、４、５、７及び８の初析セメンタイト幅Ｗの平均値とシャルピー衝撃値との関係を示す図である。図１１を参照して、上記式（１）で定義された初析セメンタイトの幅Ｗの平均値が０．９５μｍよりも大きい場合（試験番号１、４）、シャルピー衝撃値が８．５Ｊ／ｃｍ２以下となる。これに対して、初析セメンタイトが９．５μｍ以下になれば、（試験番号２、５、７及び８）、シャルピー衝撃値が８．５Ｊ／ｃｍ２を超え、さらに、初析セメンタイト幅Ｗの平均値が狭くなるにしたがい、シャルピー衝撃値が急速に上昇する。つまり、図１１のグラフにおいて、初析セメンタイト幅Ｗの平均値＝０．９５μｍ付近に変曲点が存在する。
【００５７】
以上の検討結果から、本発明者らは、過共析鋼からなる鉄道車輪では、初析セメンタイトの形態を制御することにより、具体的には、式（１）で定義される初析セメンタイト幅Ｗの平均値を０．９５μｍ以下にすることにより、初析セメンタイトが存在するにもかかわらず、シャルピー衝撃値が８．５Ｊ／ｃｍ２超となり、優れた靭性が得られることを見出した。
【００５８】
（Ｂ）初析セメンタイトの最大幅を初析セメンタイトの形態の指標とした規定
初析セメンタイトの最大幅を、次の方法で求めた。上述の観察面に対して、機械研磨による鏡面仕上げの後、ナイタール液を用いたエッチングを実施した。エッチング後の観察面内の任意の８視野において、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて２０００倍で観察し、二次電子像のミクロ組織写真画像（６０μｍ×４５μｍ）を生成する。ミクロ組織写真画像を画像処理により２値化して、初析セメンタイトを特定する。特定された初析セメンタイトに対して、細線化処理を実施する。
【００５９】
図１２は、図９に示すミクロ組織写真画像に対して２値化処理を実施して、初析セメンタイトを特定した図である。図１２に示すとおり、周知の２値化処理を実施することにより、初析セメンタイト５０を容易に特定できる。図１２では、ミクロ組織のうち、初析セメンタイト５０を黒色とし、初析セメンタイト以外の領域（パーライト領域）を白色としている。
【００６０】
２値化処理によりミクロ組織写真画像中の初析セメンタイト５０を特定した後、特定された初析セメンタイト５０に対して、細線化処理を実施する。細線化処理とは、２値化された画像（初析セメンタイト５０）を幅１画素（１ピクセル）の線画像に変換する処理であり、周知の画像処理方法である。以下、細線化処理により得られた線画像を「骨格線」という。
【００６１】
２値化された画像中の初析セメンタイト５０に対して細線化処理を実施して、骨格線を得た。図１３は、図１２の初析セメンタイト５０に対して細線化処理を実施して得られた骨格線６０を、初析セメンタイト５０に重ねて表示した図である。
【００６２】
図１４は、２値化された初析セメンタイト５０と、その初析セメンタイト５０の骨格線６０との一部を拡大した模式図である。図１４を参照して、骨格線６０の任意の測定点Ｐにおいて、骨格線６０と垂直に直線を引く。そして、その直線のうち、初析セメンタイト５０の輪郭との２点の交点の間の線分Ｌを、その測定点Ｐでの初析セメンタイトの幅と定義する。図１４を参照して、たとえば、骨格線６０のうち、測定点Ｐ１において、骨格線６０に垂直な直線を引き、その直線のうち、初析セメンタイト５０の輪郭との２点の交点の間の線分Ｌ１の長さを、測定点Ｐ１での初析セメンタイト５０の幅と定義する。同様に、骨格線６０のうち、測定点Ｐ２における骨格線６０と垂直な線分Ｌ２の長さを、測定点Ｐ２での初析セメンタイト５０の幅と定義する。
【００６３】
なお、骨格線６０では、骨格線６０が分岐する分岐点ＢＰが発生する場合がある。分岐点ＢＰを中心とした直径１．５μｍの基準円Ｃｒｅｆ内の骨格線６０については、初析セメンタイトの幅の測定の対象外とする。また、基準円Ｃｒｅｆ外の測定点Ｐの線分Ｌが骨格線６０と２回以上交差する場合、その線分Ｌの長さについても、初析セメンタイト５０の幅の測定の対象外とする。図１４では、基準円Ｃｒｅｆ外の測定点Ｐ３の線分Ｌ３は、測定点Ｐ３以外に、骨格線６０上の点Ｐ４と交差する。つまり、線分Ｌ３は、骨格線６０と２回以上交差する。この場合、線分Ｌ３は、初析セメンタイト５０の幅の測定の対象外とする。
【００６４】
各視野（合計８視野）で測定された初析セメンタイトの幅のうち、最大の幅を、初析セメンタイトの最大幅（μｍ）と定義する。
【００６５】
本発明者らは上記の方法により初析セメンタイトの最大幅を測定した。その結果、初析セメンタイトの最大幅が１．８０μｍ以下であれば、シャルピー衝撃値が８．５Ｊ／ｃｍ２超となり、優れた靱性が得られることを見出した。
【００６６】
以上の知見に基づいて完成した本実施形態の鉄道車輪は、次の構成を有する。
【００６７】
［１］の鉄道車輪は、
リム部と、
ボス部と、
前記リム部と前記ボス部との間に配置され、前記リム部と前記ボス部とにつながる板部とを備え、
前記鉄道車輪の化学組成は、質量％で、
Ｃ：０．８０〜１．６０％、
Ｓｉ：１．００％以下、
Ｍｎ：０．１０〜１．２５％、
Ｐ：０．０５０％以下、
Ｓ：０．０３０％以下、
Ａｌ：０．０１０〜０．６５０％、
Ｎ：０．００３０〜０．０２００％、
Ｃｒ：０〜０．６０％、
Ｖ：０〜０．１２％、及び、
残部がＦｅ及び不純物からなり、
前記鉄道車輪の前記板部のミクロ組織において、パーライトの面積率は８５．０％以上であり、初析セメンタイトの面積率は０．９０〜１５．００％であり、かつ、式（１）で定義される前記初析セメンタイトの幅Ｗの平均値は０．９５μｍ以下である。
Ｗ＝１／２×（Ｐ／２−（（Ｐ／２）２−４Ａ）１／２）  （１）
ここで、式（１）中のＡは前記初析セメンタイトの面積（μｍ２）であり、Ｐは前記初析セメンタイトの外周長（μｍ）である。
【００６８】
［２］の鉄道車輪は、［１］に記載の鉄道車輪であってさらに、
前記鉄道車輪の前記ボス部のミクロ組織において、パーライトの面積率は８５．０％以上であり、前記初析セメンタイトの面積率は０．９０〜１５．００％であり、かつ、式（１）で定義される前記初析セメンタイトの幅Ｗの平均値は０．９５μｍ以下である。
【００６９】
［３］の鉄道車輪は、
リム部と、
ボス部と、
前記リム部と前記ボス部との間に配置され、前記リム部と前記ボス部とにつながる板部とを備え、
前記鉄道車輪の化学組成は、質量％で、
Ｃ：０．８０〜１．６０％、
Ｓｉ：１．００％以下、
Ｍｎ：０．１０〜１．２５％、
Ｐ：０．０５０％以下、
Ｓ：０．０３０％以下、
Ａｌ：０．０１０〜０．６５０％、
Ｎ：０．００３０〜０．０２００％、
Ｃｒ：０〜０．６０％、
Ｖ：０〜０．１２％、及び、
残部がＦｅ及び不純物からなり、
前記鉄道車輪の前記板部のミクロ組織において、パーライトの面積率は８５．０％以上であり、初析セメンタイトの面積率は０．９０〜１５．００％であり、前記初析セメンタイトの最大幅は１．８０μｍ以下である。
【００７０】
［４］の鉄道車輪は、［３］に記載の鉄道車輪であって、
前記鉄道車輪の前記ボス部のミクロ組織において、パーライトの面積率は８５．０％以上であり、前記初析セメンタイトの面積率は０．９０〜１５．００％であり、前記初析セメンタイトの最大幅は１．８０μｍ以下である。
【００７１】
［５］の鉄道車輪は、［１］〜［４］のいずれか１項に記載の鉄道車輪であって、
前記化学組成は、
Ｃｒ：０．０２〜０．６０％、及び、
Ｖ：０．０２〜０．１２％、
からなる群から選択される１元素以上を含有する。
【００７２】
以下、本実施形態の鉄道車輪について詳述する。本明細書において、元素に関する「％」は、特に断りがない限り、質量％を意味する。
【００７３】
［鉄道車輪の化学組成］
本実施形態の鉄道車輪１は、図１に示すとおり、ボス部２と、板部３とリム部４とを備える。本実施形態の鉄道車輪１の化学組成は、次の元素を含有する。
【００７４】
Ｃ：０．８０〜１．６０％
炭素（Ｃ）は、鋼の硬度を高め、鉄道車輪１の耐摩耗性を高める。Ｃ含有量が０．８０％未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、この効果が得られない。一方、Ｃ含有量が１．６０％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、旧オーステナイト粒界に初析セメンタイトが過剰に多く析出し、初析セメンタイトの面積率が１５．００％を超える。この場合、鉄道車輪１の靱性が低下する。したがって、Ｃ含有量は０．８０〜１．６０％である。Ｃ含有量の好ましい下限は０．８５％であり、さらに好ましくは０．８７％であり、さらに好ましくは０．９０％であり、さらに好ましくは０．９５％である。Ｃ含有量の好ましい上限は１．５５％であり、さらに好ましくは１．４５％であり、さらに好ましくは１．３０％であり、さらに好ましくは１．１５％であり、さらに好ましくは１．０５％である。
【００７５】
Ｓｉ：１．００％以下
シリコン（Ｓｉ）は不可避に含有される。つまり、Ｓｉ含有量は０％超である。Ｓｉは、フェライトを固溶強化して鋼の硬さを高める。しかしながら、Ｓｉ含有量が１．００％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、初析セメンタイトが生成しやすくなる。Ｓｉ含有量が１．００％を超えればさらに、鋼の焼入れ性が高くなりすぎ、マルテンサイトが生成しやすくなる。この場合、踏面焼入れ時に踏面上に形成される焼入れ層の厚みが増大する。その結果、切削量が増大して歩留りが低下する。Ｓｉ含有量が１．００％を超えればさらに、鉄道車輪１の使用中に、ブレーキとの間に発生する摩擦熱によりリム部４に焼きが入る。この場合、鋼の耐き裂性が低下する場合がある。したがって、Ｓｉ含有量は１．００％以下である。Ｓｉ含有量の好ましい上限は０．９０％であり、さらに好ましくは０．８０％であり、さらに好ましくは０．７０％であり、さらに好ましくは０．５０％である。Ｓｉ含有量の下限は特に制限されない。しかしながら、Ｓｉ含有量の過剰な低減は製造コストを高める。したがって、Ｓｉ含有量の好ましい下限は０．０１％であり、さらに好ましくは０．０５％である。鋼の硬さを高める観点では、Ｓｉ含有量のさらに好ましい下限は０．１０％であり、さらに好ましくは０．１５％である。
【００７６】
Ｍｎ：０．１０〜１．２５％
マンガン（Ｍｎ）はフェライトを固溶強化して鋼の硬さを高める。Ｍｎはさらに、ＭｎＳを形成し、鋼の被削性を向上する。Ｍｎ含有量が０．１０％未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、これらの効果は得られない。一方、Ｍｎ含有量が１．２５％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼の焼入れ性が高くなりすぎる。この場合、焼入れ層の厚みが増大し、製造工程時における歩留まりが低下する。さらに、鉄道車輪１の使用時に、ブレーキとの間に発生する摩擦熱によりリム部４に焼きが入る。この場合、鋼の耐き裂性が低下する場合がある。したがって、Ｍｎ含有量は０．１０〜１．２５％である。Ｍｎ含有量の好ましい下限は０．５０％であり、さらに好ましくは０．６０％であり、さらに好ましくは０．７０％である。Ｍｎ含有量の好ましい上限は１．１０％であり、さらに好ましくは１．００％であり、さらに好ましくは０．９５％であり、さらに好ましくは０．９０％である。
【００７７】
Ｐ：０．０５０％以下
りん（Ｐ）は、不可避に含有される不純物である。つまり、Ｐ含有量は０％超である。Ｐは粒界に偏析して鋼の靭性を低下する。したがって、Ｐ含有量は０．０５０％以下である。Ｐ含有量の好ましい上限は０．０３０％であり、さらに好ましくは０．０２０％である。Ｐ含有量はなるべく低い方が好ましい。しかしながら、Ｐ含有量の過剰な低減は製造コストを高める。したがって、通常の工業生産を考慮した場合、Ｐ含有量の好ましい下限は０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％である。
【００７８】
Ｓ：０．０３０％以下
硫黄（Ｓ）は、不可避に含有される。つまり、Ｓ含有量は０％超である。ＳはＭｎＳを形成し、鋼の被削性を高める。一方、Ｓ含有量が高すぎれば、鋼の靭性が低下する。したがって、Ｓ含有量は０．０３０％以下である。Ｓ含有量の好ましい上限は０．０２０％である。Ｓ含有量の過剰な低減は製造コストを高める。したがって、Ｓ含有量の好ましい下限は０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％であり、さらに好ましい下限は０．００５％である。
【００７９】
Ａｌ：０．０１０〜０．６５０％
アルミニウム（Ａｌ）は、鋼を脱酸する。Ａｌはさらに、初析セメンタイトの生成を抑制し、鋼の靱性を高める。Ａｌはさらに、Ｎと結合してＡｌＮを形成し、結晶粒を微細化する。結晶粒を微細化することにより、鋼の靱性が高まる。Ａｌ含有量が０．０１０％未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、これらの効果が十分に得られない。一方、Ａｌ含有量が０．６５０％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、非金属介在物が増加して鋼の靱性が低下する。したがって、Ａｌ含有量は０．０１０〜０．６５０％である。Ａｌ含有量の好ましい下限は０．０１２％であり、さらに好ましくは０．０２０％であり、さらに好ましくは０．０２５％であり、さらに好ましくは０．０３０％である。Ａｌ含有量の好ましい上限は０．６００％であり、さらに好ましくは０．５００％であり、さらに好ましくは０．３００％であり、さらに好ましくは０．２５０％未満であり、さらに好ましくは０．２４０％である。本明細書でいうＡｌ含有量は、酸可溶Ａｌ（ｓｏｌ．Ａｌ）の含有量を意味する。
【００８０】
Ｎ：０．００３０〜０．０２００％
窒素（Ｎ）は、Ａｌと結合してＡｌＮを形成し、旧オーステナイト粒を微細化する。旧オーステナイト粒が微細化することにより、鋼の靭性が高まる。Ｎ含有量が０．００３０％未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、この効果が十分に得られない。一方、Ｎ含有量が０．０２００％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、その効果が飽和する。したがって、Ｎ含有量は０．００３０〜０．０２００％である。Ｎ含有量の好ましい下限は、０．００３５％であり、さらに好ましくは０．００４０％である。Ｎ含有量の好ましい上限は、０．０１００％であり、さらに好ましくは０．００８０％である。
【００８１】
本実施形態による鉄道車輪１の化学組成の残部は、Ｆｅ及び不純物からなる。ここで、不純物とは、上記鉄道車輪１を工業的に製造する際に、原料としての鉱石、スクラップ、又は製造環境などから混入されるものであって、本実施形態の鉄道車輪１に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。上述の不純物以外の不純物としては、たとえば、Ｏ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｍｏである。これらの不純物元素の含有量はたとえば、次のとおりである。Ｏ：０．００７０％以下、Ｃｕ：０．２０％以下、さらに好ましくは０．１０％以下、さらに好ましくは０．０８％以下、Ｎｉ：０．２０％以下、さらに好ましくは０．１０％以下、さらに好ましくは０．０８％以下、Ｍｏ：０．０７％以下。
【００８２】
［任意元素（Ｏｐｔｉｏｎａｌ  Ｅｌｅｍｅｎｔｓ）について］
本実施形態の鉄道車輪１の化学組成はさらに、Ｆｅの一部に代えて、Ｃｒを含有してもよい。
【００８３】
Ｃｒ：０〜０．６０％
クロム（Ｃｒ）は、任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｃｒ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｃｒは、パーライトのラメラ間隔を狭める。これにより、パーライトの硬度が顕著に増大する。しかしながら、Ｃｒ含有量が０．６０％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、焼入れ性が過剰に高くなり、踏面焼入れ後の焼入れ層の厚さが過剰に増大する。したがって、Ｃｒ含有量は０〜０．６０％である。Ｃｒ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．０１％であり、さらに好ましくは０．０２％であり、さらに好ましくは０．０３％である。Ｃｒ含有量の好ましい上限は０．５５％であり、さらに好ましくは０．４０％であり、さらに好ましくは０．３０％であり、さらに好ましくは０．２５％であり、さらに好ましくは０．２０％である。
【００８４】
本実施形態の鉄道車輪１の化学組成はさらに、Ｆｅの一部に代えて、Ｖを含有してもよい。
【００８５】
Ｖ：０〜０．１２％
バナジウム（Ｖ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｖ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｖは、炭化物、窒化物、及び炭窒化物のいずれかを形成して、鋼（具体的には鋼中のフェライト）を析出強化する。その結果、鉄道車輪１の硬さが増大して、耐摩耗性をさらに高める。しかしながら、Ｖ含有量が０．１２％を超えれば、焼入れ性が高くなり、踏面焼入れ後の焼入れ層の厚さが過剰に増大する。したがって、Ｖ含有量は０〜０．１２％である。Ｖ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．０１％であり、さらに好ましくは０．０２％であり、さらに好ましくは０．０３％である。Ｖ含有量の好ましい上限は０．１１％であり、さらに好ましくは０．１０％である。
【００８６】
［鉄道車輪の板部のミクロ組織］
本実施形態の鉄道車輪１の板部３のミクロ組織において、パーライトの面積率は８５．０％以上であり、初析セメンタイトの面積率は０．９０〜１５．００％である。板部３のミクロ組織のうち、パーライト及び初析セメンタイト以外の相はたとえば、マルテンサイト及び／又はベイナイトである。
【００８７】
好ましくは、本実施形態の鉄道車輪のボス部２のミクロ組織では、パーライトの面積率は８５．０％以上であり、初析セメンタイトの面積率は０．９０〜１５．００％である。ボス部２のミクロ組織のうち、パーライト及び初析セメンタイト以外の相はたとえば、マルテンサイト及び／又はベイナイトである。
【００８８】
なお、リム部４のミクロ組織では、好ましくはパーライト面積率が９５．０％以上であり、さらに好ましくは９７．０％以上である。リム部４のミクロ組織のうち、パーライト及び初析セメンタイト以外の相はたとえば、マルテンサイト及び／又はベイナイトである。
【００８９】
板部３、ボス部２、及びリム部４のミクロ組織におけるパーライト面積率、初析セメンタイト面積率は、次の方法で求める。板部３の厚さ方向の中央位置（図１の厚さＴ３の中央位置）、ボス部２の厚さ方向の中央位置（図１の厚さＴ２の中央位置）、リム部４の厚さ方向の中央位置（図１の厚さＴ４の中央位置）からサンプルを採取する。各サンプルの観察面を機械研磨により鏡面仕上げする。その後、観察面に対して、ピクリン酸ソーダ液（水１００ｍｌ＋ピクリン酸２ｇ＋水酸化ナトリウム２５ｇ）を用いたエッチングを実施する。エッチングでは、煮沸したピクリン酸ソーダ液にサンプルを浸漬する。エッチング後のサンプルの観察面内の任意の１視野（２００μｍ×２００μｍ）に対して、５００倍の光学顕微鏡を用いて写真画像を生成する。観察面において、パーライトと、初析セメンタイトとは、コントラストが異なる。たとえば、図６及び図７において、矢印で示される黒色の領域は初析セメンタイトであり、残りの薄い灰色の領域はパーライトである。このように、ミクロ組織の各相はコントラストに基づいて、判別可能である。そこで、コントラストに基づいて、パーライト及び初析セメンタイトを特定する。パーライトの面積率（％）は、特定されたパーライトの総面積と観察視野の面積（４００００μｍ２）とに基づいて求める。初析セメンタイトの面積率（％）は、特定された初析セメンタイトの総面積と、観察視野の面積（４００００μｍ２）とに基づいて求める。
【００９０】
［初析セメンタイトの形態について］
（Ａ）初析セメンタイトの幅Ｗの平均値を指標とする規定
本実施形態の鉄道車輪１では、板部３のミクロ組織において、パーライト面積率が８５．０％以上であり、かつ、初析セメンタイトの面積率が０．９０〜１５．００％である。つまり、板部３において、初析セメンタイトが存在している。しかしながら、後述のとおり、初析セメンタイト幅Ｗの平均値が０．９５μｍ以下であるため、本実施形態の鉄道車輪１は、優れた靭性を示す。
【００９１】
［板部３の初析セメンタイト幅Ｗの平均値について］
本実施形態の鉄道車輪ではさらに、少なくとも板部のミクロ組織において、式（１）で定義される初析セメンタイトの幅Ｗの平均値が０．９５μｍ以下である。
Ｗ＝１／２×（Ｐ／２−（（Ｐ／２）２−４Ａ）１／２）  （１）
ここで、式（１）中のＡは初析セメンタイトの面積（μｍ２）であり、Ｐは初析セメンタイトの外周長（μｍ）である。
【００９２】
上述のとおり、図１を参照して、鉄道車輪１のリム部４、板部３、ボス部２のうち、板部３の厚さＴ３が最も薄い。したがって、鉄道車輪１において、板部３には高い靭性が求められる。板部３のミクロ組織において、式（１）で定義される初析セメンタイトの幅Ｗの平均値が０．９５μｍ以下であれば、図１１に示すとおり、靭性が顕著に高まる。したがって、本実施形態の鉄道車輪の、少なくとも板部３のミクロ組織において、式（１）で定義される初析セメンタイトの幅Ｗの平均値が０．９５μｍ以下である。初析セメンタイトの幅Ｗの平均値の好ましい上限は０．９０μｍであり、さらに好ましくは０．８５μｍであり、さらに好ましくは０．８０μｍであり、さらに好ましくは０．７５μｍであり、さらに好ましくは０．７０μｍ未満であり、さらに好ましくは０．６８μｍであり、さらに好ましくは０．６５μｍである。
【００９３】
初析セメンタイトの幅Ｗの平均値は、次の方法で求める。上述の光学顕微鏡を用いて得られた板部３のミクロ組織写真画像（観察視野：２００μｍ×２００μｍ）を準備する。写真画像に対して周知の画像処理により２値化処理を実施する。図１５は、光学顕微鏡を用いて得られたミクロ組織写真画像と、２値化処理後の画像とを示す図である。図１５を参照して、マークＡ及びマークＢのミクロ組織写真画像において、黒色領域が初析セメンタイトであり、それ以外の薄い灰色領域がパーライトである。これらのミクロ組織写真画像を画像処理により２値化処理した画像が図１５の「２値化」欄の画像である。２値化欄の画像では、初析セメンタイトを白色で示し、パーライトを黒色で示している。しかしながら、２値化処理では、初析セメンタイトを黒色で示し、パーライトを白色で示してもよい。２値化処理はたとえば、ＩｍａｇｅＪ（商標）等の周知の画像処理アプリケーションで実施することができる。なお、画像の画素数は特に限定されないが、画像の画素数の好ましい範囲は、３０万画素以上であり、さらに好ましくは４０万画素以上であり、さらに好ましくは５０万画素以上である。画素数の上限は特に限定されないが、たとえば、２００万画素であり、１２０万画素であってもよいし、１００万画素であってもよい。
【００９４】
２値化処理後の画像において、個々の初析セメンタイトを特定する。このとき、連続して繋がっている領域は、１つのセメンタイトとして特定する。特定された各初析セメンタイトの面積Ａ（μｍ２）を求める。さらに、特定された各初析セメンタイトの外周長Ｐ（μｍ）を求める。面積Ａ及び外周長Ｐはたとえば、ＩｍａｇｅＪ（商標）等の周知の画像処理アプリケーションで求めることができる。特定された各初析セメンタイトにおいて、面積Ａが０．８０μｍ２未満のものは、ノイズである可能性があるため、除外する。つまり、面積Ａが０．８０μｍ２以上の初析セメンタイトを対象とする。対象となる各初析セメンタイトの面積Ａ及び外周長さＰを求める。対象となった全ての初析セメンタイトの面積Ａの平均値を求め、かつ、外周長Ｐの平均値を求める。求めた面積Ａの平均値と、求めた外周長Ｐの平均値とを用いて、式（１）で定義された初析セメンタイト幅Ｗを求める。求めた初析セメンタイト幅Ｗを初析セメンタイト幅Ｗの平均値とみなす。なお、図１５のマークＡの初析セメンタイト幅Ｗの平均値は０．５２μｍであり、マークＢの初析セメンタイト幅Ｗの平均値は０．９５μｍである。
【００９５】
以上のとおり、本実施形態の鉄道車輪１では、板部３のミクロ組織において、パーライト面積率が８５．０％以上であり、初析セメンタイトの面積率が０．９０〜１５．００％であり、かつ、初析セメンタイト幅Ｗの平均値が０．９５μｍ以下である。本実施形態の鉄道車輪１では、板部３において初析セメンタイトが存在している。しかしながら、板部３の初析セメンタイト幅Ｗの平均値が０．９５μｍ以下であるため、本実施形態の鉄道車輪１は、優れた靭性を示す。
【００９６】
［ボス部２の好ましい初析セメンタイト幅Ｗの平均値について］
好ましくは、本実施形態の鉄道車輪１のボス部２のミクロ組織においても、パーライト面積率が８５．０％以上であり、初析セメンタイトの面積率が０．９０〜１５．００％であり、かつ、初析セメンタイト幅Ｗの平均値が０．９５μｍ以下である。この場合、鉄道車輪１はさらに優れた靭性を示す。ボス部２における初析セメンタイトの幅Ｗの平均値の好ましい上限は０．９０μｍであり、さらに好ましくは０．８５μｍであり、さらに好ましくは０．８０μｍであり、さらに好ましくは０．７５μｍであり、さらに好ましくは０．７０μｍ未満であり、さらに好ましくは０．６８μｍであり、さらに好ましくは０．６５μｍである。
【００９７】
なお、ボス部２における初析セメンタイトの幅Ｗの平均値は、上述の光学顕微鏡により得られたボス部のミクロ組織写真画像（観察視野：２００μｍ×２００μｍ）を用いて、板部３での初析セメンタイト幅Ｗの平均値を求める方法と同じ方法により求めることができる。
【００９８】
（Ｂ）初析セメンタイトの最大幅を指標とする規定
本実施形態による鉄道車輪１において、板部３内の初析セメンタイトを、上述の幅Ｗの平均値ではなく、初析セメンタイトの最大幅で定義することもできる。この場合、本実施形態の鉄道車輪１の板部３のミクロ組織において、パーライトの面積率は８５．０％以上であり、初析セメンタイトの面積率は０．９０〜１５．００％であり、初析セメンタイトの最大幅は１．８０μｍ以下である。
【００９９】
上述のとおり、図１を参照して、鉄道車輪１のリム部４、板部３、ボス部２のうち、板部３の厚さＴ３が最も薄い。したがって、鉄道車輪１において、板部３には高い靭性が求められる。板部３のミクロ組織において、初析セメンタイトの最大幅が１．８０μｍ以下であれば、靭性が顕著に高まる。したがって、本実施形態の鉄道車輪の、少なくとも板部３のミクロ組織において、初析セメンタイトの最大幅が１．８０μｍ以下である。初析セメンタイトの最大幅の好ましい上限は１．７５μｍであり、さらに好ましくは１．７０μｍであり、さらに好ましくは１．６０μｍであり、さらに好ましくは１．５０μｍであり、さらに好ましくは１．４０μｍであり、さらに好ましくは１．３０μｍであり、さらに好ましくは１．２０μｍであり、さらに好ましくは１．１０μｍである。
【０１００】
初析セメンタイトの最大幅は、次の方法で求める。板部３の任意の厚さ中央位置（図１中の板部３の厚さＴ３の中央位置）からサンプルを採取する。サンプルの表面のうち、任意の表面を観察面とする。観察面を機械研磨により鏡面仕上げにする。その後、観察面に対して、ナイタール液を用いたエッチングを実施する。エッチング後のサンプルの観察面の任意の８視野を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて２０００倍で観察し、各視野（６０μｍ×４５μｍ）の二次電子像のミクロ組織写真画像を生成する。なお、画像の画素数は特に限定されないが、画像の画素数の好ましい範囲は、３０万画素以上であり、さらに好ましくは４０万画素以上であり、さらに好ましくは５０万画素以上である。画素数の上限は特に限定されないが、たとえば、３００万画素であり、２００万画素であってもよいし、１５０万画素であってもよい。
【０１０１】
ミクロ組織写真画像を画像処理により２値化して、初析セメンタイトを特定する。特定された初析セメンタイトに対して、細線化処理を実施して、初析セメンタイトの骨格線を特定する。骨格線の任意の測定点から骨格線に対して垂直な直線のうち、初析セメンタイトの輪郭との２点の交差点間の線分長さを、その測定点での初析セメンタイトの幅と定義する。このとき、図１４を参照して、骨格線の分岐点から直径１．５μｍの基準円Ｃｒｅｆの範囲内の測定点での初析セメンタイトの幅と、測定点での線分が測定点を含んだ２点以上で骨格線と交差する場合の初析セメンタイトの幅とは、対象外とする。
【０１０２】
骨格線の分岐点から直径１．５μｍの基準円Ｃｒｅｆの範囲内の測定点での初析セメンタイトの幅と、測定点での線分が測定点を含んだ２点以上で骨格線と交差する場合の初析セメンタイトの幅とを対象外として、各視野において、初析セメンタイトの幅の最大値を特定する。８つの視野の初析セメンタイトの幅の最大値のうち、最も大きい幅を、初析セメンタイトの最大幅と定義する。
【０１０３】
好ましくは、本実施形態の鉄道車輪１のボス部２のミクロ組織においても、パーライト面積率が８５．０％以上であり、初析セメンタイトの面積率が０．９０〜１５．００％であり、かつ、初析セメンタイトの最大幅が１．８０μｍ以下である。この場合、鉄道車輪１はさらに優れた靭性を示す。ボス部２における初析セメンタイトの最大幅の好ましい上限は１．７５μｍであり、さらに好ましくは１．７０μｍであり、さらに好ましくは１．６０μｍであり、さらに好ましくは１．５０μｍであり、さらに好ましくは１．４０μｍであり、さらに好ましくは１．３０μｍであり、さらに好ましくは１．２０μｍであり、さらに好ましくは１．１０μｍである。
【０１０４】
［鉄道車輪の製造方法］
上述の鉄道車輪を製造する方法の一例を説明する。本製造方法は、鉄道車輪用鋼を製造する工程（素材製造工程）と、熱間加工により、鉄道車輪用鋼から車輪形状の中間品を成形する工程（成形工程）と、成形された中間品に対して熱処理（踏面焼入れ）を実施する工程（熱処理工程）と、熱処理後の中間品の踏面等から焼入れ層を切削加工により除去して鉄道車輪とする工程（切削加工工程）とを含む。以下、各工程について説明する。
【０１０５】
［素材製造工程］
素材製造工程では、電気炉又は転炉等を用いて上述の化学組成を有する溶鋼を溶製した後、鋳造して鋼塊にする。なお、鋼塊は連続鋳造による鋳片、鋳型によって鋳込まれたインゴットのいずれであってもよい。
【０１０６】
鋳片又はインゴットを熱間加工して、所望のサイズの鉄道車輪用鋼材を製造する。熱間加工はたとえば、熱間鍛造、熱間圧延等である。熱間圧延により鉄道車輪用鋼材を製造する場合、たとえば、次の方法で鉄道車輪用鋼材を製造する。熱間圧延ではたとえば、分塊圧延機を用いる。分塊圧延機により素材に対して分塊圧延を実施して、鉄道車輪用鋼材を製造する。分塊圧延機の下流に連続圧延機が設置されている場合、分塊圧延後の鋼材に対してさらに、連続圧延機を用いて熱間圧延を実施して、鉄道車輪用鋼材を製造してもよい。連続圧延機では、一対の水平ロールを有する水平スタンドと、一対の垂直ロールを有する垂直スタンドとが交互に一列に配列される。熱間圧延での加熱炉の加熱温度は特に限定されないが、たとえば、１１００〜１３５０℃である。以上の製造工程により、鉄道車輪用鋼材が製造される。
【０１０７】
なお、鉄道車輪用鋼材は、鋳造材（鋳片又はインゴット）であってもよい。つまり、上述の熱間加工工程は省略されてもよい。以上の工程により、鉄道車輪の素材である鉄道車輪用鋼材が製造される。
【０１０８】
［成形工程］
成形工程では、準備された鉄道車輪用鋼材を用いて、熱間加工により車輪形状の中間品を成形する。中間品は車輪形状を有するため、ボス部と、板部と、踏面及びフランジ部を含むリム部とを備える。熱間加工はたとえば、熱間鍛造、熱間圧延等である。たとえば、熱間鍛造により車輪形状の粗中間品を成形する荒地鍛造を実施する。荒地鍛造後の粗中間品に対して、車輪圧延機を用いた熱間圧延を実施する。熱間圧延後の粗中間品に対して回転鍛造を実施して、ボス部に相当する中央部に貫通孔を形成する。以上の構成により、熱間加工により車輪形状の中間品を成形する。
【０１０９】
成形工程での熱間加工時における鉄道車輪用鋼材の好ましい加熱温度は１２２０℃以上である。この場合、熱間加工時の加熱温度の好ましい下限は１２３０℃であり、さらに好ましくは１２５０℃であり、さらに好ましくは１３００℃である。熱間加工時の加熱温度の好ましい上限は１３５０℃である。
【０１１０】
なお、熱間加工後の中間品の冷却方法は特に限定されない。放冷でもよいし、水冷でもよい。
【０１１１】
［熱処理工程］
熱処理工程では、成形された車輪形状の中間品に対して踏面焼入れを実施する。具体的には、熱間加工（熱間鍛造又は熱間圧延）後の中間品をＡｃｍ変態点以上に再加熱する（再加熱処理）。加熱後、中間品の踏面及びフランジ部に対して急冷（踏面焼入れ）を実施する。このとき、板部３に対して急冷する必要はなく、板部３における８００℃から５００℃に至るまでの平均冷却速度ＣＲ８００−５００は０．５００℃／秒未満であってよい。しかしながら、板部３における７５０℃から７００℃に至るまでの平均冷却速度ＣＲ７５０−７００を０．０２２℃／秒以上とする。
【０１１２】
上述の化学組成の鉄道車輪１の中間品において、７５０〜７００℃の温度域は、初析セメンタイトが析出する温度域である。平均冷却速度ＣＲ７５０−７００が０．０２２℃／秒以上であれば、板部３における初析セメンタイトの幅Ｗの平均値が０．９５μｍ以下となり、初析セメンタイトの最大幅が１．８０μｍ以下となる。この場合、鉄道車輪の靭性が良好である。
【０１１３】
板部３における７５０℃から７００℃に至るまでの平均冷却速度ＣＲ７５０−７００が０．０２２℃／秒以上であれば、板部３における８００℃から５００℃に至るまでの平均冷却速度ＣＲ８００−５００が０．５００℃／秒未満であっても、過剰な初析セメンタイトの生成が抑制される。その結果、板部３における初析セメンタイトの幅Ｗの平均値が０．９５μｍ以下となる。また、板部３における初析セメンタイトの最大幅が１．８０μｍ以下になる。板部３における平均冷却速度ＣＲ７５０−７００の好ましい下限は０．０２５℃／秒であり、さらに好ましくは０．０３０℃／秒であり、さらに好ましくは０．０４０℃／秒であり、さらに好ましくは０．０４５℃／秒であり、さらに好ましくは０．０５０℃／秒であり、さらに好ましくは０．０５２℃／秒であり、さらに好ましくは０．０５５℃／秒であり、さらに好ましくは０．１００℃／秒であり、さらに好ましくは０．５００℃／秒である。
【０１１４】
なお、平均冷却速度ＣＲ７５０−７００が３３．０００℃／秒を超えれば、平均冷却速度ＣＲ８００−５００も０．５００℃／秒以上となる。この場合、初析セメンタイトの生成が抑制され、上記化学組成の鋼材において、初析セメンタイトの面積率を０．９０％未満とすることができる。しかしながら、踏面焼入れ時の冷却装置の冷却能力を向上させる必要があり、設備コストが高くなる。冷却速度が速くなれば、踏面だけでなく、板部３やボス部２の表面にも焼入れ層が形成されてしまう可能性がある。板部３やボス部２での焼入れ層の生成は抑制できる方が好ましい。したがって、初析セメンタイトの面積率を０．９０％未満にしようとすれば、焼入れ層の生成の抑制も考慮しつつ、板部３の冷却速度を厳密に調整する必要がある。本実施形態での鉄道車輪１は、少なくとも板部３に初析セメンタイトが存在することを前提とする。そのため、板部３において、初析セメンタイトの生成を抑制しつつ、かつ、焼入れ層の生成を抑制する、というような厳密な冷却速度の制御をする必要がない。その結果、製造工程の複雑化を抑制できる。
【０１１５】
図１６は、中間品を冷却するための冷却装置の一例を示す図である。冷却装置１０は、回転軸を有する回転装置１１と、１又は複数のボス部冷却ノズル１２と、１又は複数の板部冷却ノズル１３と、１又は複数の踏面冷却ノズル１４とを備える。踏面冷却ノズル１４は、冷却装置１０の回転軸の周りに配置される。踏面冷却ノズル１４のノズル口は、中間品の踏面４１に対向して配置される。踏面冷却ノズル１４のノズル口は、中間品のフランジ部４２の表面に対向して配置してもよい。板部冷却ノズル１３は、ノズル口が板部３の表面に対向するように配置される。ボス部冷却ノズル１２は、ノズル口がボス部２の表面に対向するように配置される。
【０１１６】
踏面冷却ノズル１４は、ノズル口から冷却液を噴射して、主としてリム部４の踏面４１及びフランジ部４２の表面を冷却する。冷却液はたとえば、水、ミスト、スプレー等である。一方、板部冷却ノズル１３は、ノズル口から冷却気体を噴射して、主として板部３を冷却する。冷却気体はたとえば圧縮空気等である。ボス部冷却ノズル１２も板部冷却ノズル１３と同様に、ノズル口から冷却気体を噴射して、主としてボス部２を冷却する。
【０１１７】
冷却装置１０はさらに、複数の測温計２０を備える。測温計２０は中間品の周りに配置され、リム部４、踏面４１、フランジ部４２、板部３、ボス部２の温度を測定する。図１６では、複数の測温計２０は、踏面４１、フランジ部４２の表面、リム部４の表面のうち踏面４１及びフランジ部４２の表面以外の表面（たとえば、リム部４の側面）、板部３の表面、及びボス部２の表面の温度分布が測定可能となるように配置されている。
【０１１８】
Ａｃｍ変態点以上に加熱された中間品を冷却装置１０に配置する。回転装置１１により中間品を回転させながら、踏面冷却ノズル１４から冷却液を噴射して、踏面焼入れを実施する。さらに、踏面焼入れを実施中に、板部冷却ノズル１３及び／又はボス部冷却ノズル１２から冷却気体を噴射して、板部３及び／又はボス部２を冷却する。測温計２０で中間品の温度分布を測定しながら、板部３において７５０〜７００℃での冷却速度が０．０２２〜３３．０００℃／秒となるように調整する。
【０１１９】
踏面焼入れにより、踏面４１の表層に微細パーライトが生成する。本実施形態の鉄道車輪１のＣ含有量は０．８０〜１．６０％と高い。そのため、微細パーライトの耐摩耗性が高まる。さらに、踏面焼入れ時、板部３において、７５０〜７００℃における平均冷却速度ＣＲ７５０−７００を０．０２２〜３３．０００℃／秒に調整する。この場合、少なくとも板部３のミクロ組織において、パーライト面積率が８５．０％以上となり、かつ、初析セメンタイトの面積率が０．９０〜１５．００％となるものの、初析セメンタイトの幅Ｗの平均を０．９５μｍ以下にすることができる。また、初析セメンタイトの最大幅を１．８０μｍ以下とすることができる。そのため、ミクロ組織中に初析セメンタイトが存在するものの、十分な靭性を得ることができる。
【０１２０】
なお、板部３だけでなく、ボス部２のミクロ組織においても、パーライト面積率を８５．０％以上とし、かつ、初析セメンタイトの面積率を０．９０〜１５．００％とし、かつ、初析セメンタイトの幅Ｗの平均値を０．９５μｍ以下、又は、初析セメンタイトの最大幅を１．８０μｍ以下とする場合、板部３及びボス部２における８００〜５００℃の平均冷却速度ＣＲ８００−５００を０．５００℃／秒未満であっても、板部３における７５０〜７００℃での平均冷却速度ＣＲ７５０−７００を０．０２２〜３３．０００℃／秒とするとともに、ボス部２における７５０〜７００℃での平均冷却速度ＣＲ７５０−７００も０．０２２〜３３．０℃／秒とする。この場合、板部３のミクロ組織において、パーライト面積率が８５．０％以上であって初析セメンタイトの面積率が０．９０〜１５．００％となり、初析セメンタイトの幅Ｗの平均値が０．９５μｍ以下になるとともに、ボス部２のミクロ組織においても、パーライト面積率が８５．０％以上であって初析セメンタイトの面積率が０．９０〜１５．００％となり、初析セメンタイトの幅Ｗの平均値が０．９５μｍ以下になる。また、板部３のミクロ組織において、パーライト面積率が８５．０％以上であって初析セメンタイトの面積率が０．９０〜１５．００％となり、初析セメンタイトの最大幅が１．８０μｍ以下になるとともに、ボス部２のミクロ組織においても、パーライト面積率が８５．０％以上であって初析セメンタイトの面積率が０．９０〜１５．００％となり、初析セメンタイトの最大幅が１．８０μｍ以下になる。
【０１２１】
なお、上述の冷却装置１０は、板部冷却ノズル１３及びボス部冷却ノズル１２が備えられているが、冷却装置１０は、ボス部冷却ノズル１２を備えていなくてもよい。また、冷却装置１０は、踏面冷却ノズル１４を備え、板部冷却ノズル１３及びボス部冷却ノズル１２を備えていなくてもよい。この場合、踏面焼入れ時の踏面冷却ノズル１４の冷却液の噴射量を調整することにより、板部３、又は、板部３及びボス部２における７５０〜７００℃での平均冷却速度ＣＲ７５０−７００を０．０２２〜３３．０００℃／秒に調整することができる。
【０１２２】
上記説明では中間品を再加熱するが、熱間加工後の中間品に対して直接（再加熱せずに）、踏面焼入れを実施してもよい。
【０１２３】
踏面焼入れ後の中間品に対して、必要に応じて焼戻しを実施する。焼戻しは周知の温度及び時間で行えば足りる。焼戻し温度はたとえば、４００〜６００℃である。
【０１２４】
［切削加工工程］
上述のとおり、熱処理後の中間品の踏面の表層には微細パーライトが形成されるが、その上層には焼入れ層が形成されている。鉄道車輪の使用において、焼入れ層の耐摩耗性は低いため、切削加工により焼入れ層を除去する。切削加工は周知の方法で行えば足りる。
【０１２５】
以上の工程により本実施形態の鉄道車輪が製造される。上記製造工程で製造された本実施形態の鉄道車輪において、少なくとも板部３のミクロ組織では、パーライト面積率が８５．０％以上であり、初析セメンタイトの面積率が０．９０〜１５．００％であり、式（１）で定義される初析セメンタイトの幅Ｗの平均値が０．９５μｍ以下である。又は、初析セメンタイトの最大幅が１．８０μｍ以下である。好ましくは、本実施形態の鉄道車輪において、板部３のミクロ組織では、パーライト面積率が８５．０％以上であり、初析セメンタイトの面積率が０．９０〜１５．００％であり、式（１）で定義される初析セメンタイトの幅Ｗの平均値が０．９５μｍ以下であり、かつ、ボス部２のミクロ組織では、パーライト面積率が８５．０％以上であり、初析セメンタイトの面積率が０．９０〜１５．００％であり、式（１）で定義される初析セメンタイトの幅Ｗの平均値が０．９５μｍ以下である。そのため、本実施形態の鉄道車輪では、初析セメンタイトが存在するものの、十分な靭性が得られる。
【０１２６】
また、上記製造工程で製造された本実施形態の鉄道車輪において、少なくとも板部３のミクロ組織では、パーライト面積率が８５．０％以上であり、初析セメンタイトの面積率が０．９０〜１５．００％であり、初析セメンタイトの最大幅は１．８０μｍ以下である。好ましくは、本実施形態の鉄道車輪において、板部３のミクロ組織では、パーライト面積率が８５．０％以上であり、初析セメンタイトの面積率が０．９０〜１５．００％であり、初析セメンタイトの最大幅が１．８０μｍ以下であり、かつ、ボス部２のミクロ組織では、パーライト面積率が８５．０％以上であり、初析セメンタイトの面積率が０．９０〜１５．００％であり、初析セメンタイトの最大幅が１．８０μｍ以下である。そのため、本実施形態の鉄道車輪では、初析セメンタイトが存在するものの、十分な靭性が得られる。
【実施例】
【０１２７】
表３に示す化学組成を有する鋼番号Ａ〜Ｆの溶鋼を製造した。【０１２８】
【表３】
0006737427.tif 000004
【０１２９】
上記溶鋼を用いて造塊法によりインゴット（上面直径１０７ｍｍ、底面直径９７ｍｍ、高さ２３０ｍｍの円錐台型）を製造した。鉄道車輪の製造工程の熱間加工工程を模擬して、インゴットを１２５０℃に加熱後、熱間鍛造して、直径４０ｍｍの丸棒を製造した。さらに、この丸棒の中央部から、機械加工により直径２０ｍｍ、長さ１２５ｍｍの丸棒（鋼材）を採取した。【０１３０】
［模擬踏面焼入れ試験］
各試験番号の鋼材に対して、鉄道車輪の製造工程中の踏面焼入れを模擬した模擬踏面焼入れ試験を実施した。具体的には、各試験番号の鋼材に対して、表４及び図１７に示すヒートパターンの熱処理を実施した。各ヒートパターンにおいて、鋼材温度が８００〜５００℃の平均冷却速度ＣＲ８００−５００（℃／秒）、及び、鋼材温度が７５０〜７００℃での平均冷却速度ＣＲ７５０−７００（℃／秒）は、表４に示すとおりであった。以上の製造工程により、鉄道車輪を模擬した鋼材（模擬鉄道車輪鋼材）を製造した。【０１３１】
【表４】
0006737427.tif 000005
【０１３２】
図１７において、たとえば、「ＨＰ６９０」では、９５０℃から冷却を開始し、６９０℃で所定時間保持し、その後冷却を再開することにより、平均冷却速度ＣＲ８００−５００を０．４２０℃／秒に調整し、平均冷却速度ＣＲ７５０−７００を０．５３０℃／秒に調整した。「ＨＰ７２０速６５０」では、９５０℃から冷却を開始し、７２０℃で所定時間保持し、その後冷却を再開し、６５０℃で所定時間保持し、その後、冷却を再開することにより、平均冷却速度ＣＲ８００−５００を０．１７５℃／秒に調整し、平均冷却速度ＣＲ７５０−７００を０．０４８０℃／秒に調整した。【０１３３】
［パーライト面積率及び初析セメンタイト面積率の測定］
熱処理後の各試験番号の模擬鉄道車輪鋼材の長手方向に垂直な断面の中心位置から、ミクロ組織観察用の試験片を採取した。試験片の表面のうち、供試材の長手方向に垂直な断面を観察面とした。各試験片の観察面を機械研磨により鏡面仕上げした。その後、観察面に対して、ピクリン酸ソーダ液（水１００ｍｌ＋ピクリン酸２ｇ＋水酸化ナトリウム２５ｇ）を用いたエッチングを実施した。エッチングでは、煮沸したピクリン酸ソーダ液に試験片を浸漬した。エッチング後の試験片の観察面内の任意の１視野（２００μｍ×２００μｍ）に対して、５００倍の光学顕微鏡を用いてミクロ組織観察用の写真画像を生成した。視野において、パーライト、初析セメンタイト、及び他の相（マルテンサイト、ベイナイト）は、上述のとおり、コントラストが異なる。したがって、写真画像のコントラストに基づいて、パーライト及び初析セメンタイトを特定した。特定されたパーライトの総面積と観察視野の面積とに基づいて、パーライトの面積率（％）を求めた。また、特定された初析セメンタイトの総面積と観察視野の面積とに基づいて、初析セメンタイトの面積率（％）を求めた。得られたパーライト面積率及び初析セメンタイト面積率を表４に示す。【０１３４】
［初析セメンタイト幅Ｗの平均値の測定］
上述のエッチング後の試験片の観察面内の任意の１視野（２００μｍ×２００μｍ）のミクロ組織観察用の写真画像に対して、画像処理アプリケーションＩｍａｇｅＪ（商品名）を用いて、２値化処理を実施し、視野（写真画像）中の個々の初析セメンタイトを特定した。特定された各初析セメンタイトの面積Ａ（μｍ２）を求めた。さらに、特定された各初析セメンタイトの外周長Ｐ（μｍ）を求めた。各初析セメンタイトの面積Ａ及び外周長Ｐは上述の画像処理アプリケーションを用いて求めた。特定された各初析セメンタイトにおいて、面積Ａが０．８０μｍ２未満のものは、ノイズである可能性があるため、除外した。対象となる各初析セメンタイトの面積Ａ及び外周長さＰを求めた。対象となった全ての初析セメンタイトの面積Ａの平均値を求め、かつ、外周長Ｐの平均値を求めた。求めた面積Ａの平均値と、求めた外周長Ｐの平均値とを用いて、式（１）で定義された初析セメンタイト幅Ｗを求めた。求めた初析セメンタイト幅Ｗを初析セメンタイト幅Ｗの平均値とみなした。求めた初析セメンタイト幅Ｗの平均値（μｍ）を表４に示す。なお、試験番号１２〜１６は、初析セメンタイトの面積率が極めて小さかったため、初析セメンタイト幅Ｗの平均値の算出を省略した（表４中で「−」と記載）。【０１３５】
［初析セメンタイトの最大幅の測定］
上述の観察面に対して、機械研磨による鏡面仕上げの後、ナイタール液を用いたエッチングを実施した。エッチング後の試験片の観察面内の任意の８視野を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて２０００倍で観察し、各視野（６０μｍ×４５μｍ）の二次電子像のミクロ組織写真画像を生成した。ミクロ組織観察用の写真画像に対して、画像処理アプリケーションＩｍａｇｅＪ（商品名）を用いて、２値化処理を実施し、視野（写真画像）中の個々の初析セメンタイトを特定した。そして、２値化処理によりミクロ組織写真画像中の初析セメンタイトを特定した後、特定された初析セメンタイトに対して、細線化処理を実施して、初析セメンタイトの骨格線を得た。【０１３６】
骨格線の任意の測定点から骨格線に対して垂直な直線のうち、初析セメンタイトの輪郭との２点の交差点間の線分長さを、その測定点での初析セメンタイトの幅と定義した。このとき、骨格線の分岐点から直径１．５μｍの基準円Ｃｒｅｆの範囲内の測定点での初析セメンタイトの幅と、測定点での線分が測定点を含んだ２点以上で骨格線と交差する場合の初析セメンタイトの幅とは、対象外とした。【０１３７】
骨格線の分岐点から直径１．５μｍの基準円Ｃｒｅｆの範囲内の測定点での初析セメンタイトの幅と、測定点での線分が測定点を含んだ２点以上で骨格線と交差する場合の初析セメンタイトの幅とを対象外として、各視野において、初析セメンタイトの幅の最大値を特定した。８つの視野の初析セメンタイトの幅の最大値のうち、最も大きい幅を、初析セメンタイトの最大幅と定義した。求めた初析セメンタイトの最大幅（μｍ）を表４に示す。なお、試験番号１２〜１６は、初析セメンタイトの面積率が極めて小さかったため、初析セメンタイト最大幅の算出を省略した（表４中で「−」と記載）。【０１３８】
［シャルピー衝撃試験］
各試験番号の模擬鉄道車輪鋼材の長手方向に垂直な断面の中心位置から、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４２（２００５）に準拠したＵノッチ試験片を採取した。Ｕノッチ試験片の長手方向（Ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ−ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）に垂直な断面は１０ｍｍ×１０ｍｍの正方形とし、Ｕノッチ試験片の長手方向の長さは５５ｍｍとした。Ｕノッチ試験片の長手方向は、鋼材の長手方向と平行とした。Ｕノッチ試験片の長さ中央位置（つまり、長さ５５ｍｍの中央位置）に、Ｕノッチを形成した。ノッチ深さを２ｍｍとし、ノッチ底半径を１．０ｍｍとした。ＪＩＳ  Ｚ  ２２４２（２００５）に準拠して、室温大気中でのシャルピー衝撃試験を実施した。４個のＵノッチ試験片に対してシャルピー衝撃値（Ｊ／ｃｍ２）を求め、４個の平均値を、その試験番号のシャルピー衝撃値（Ｊ／ｃｍ２）と定義した。得られたシャルピー衝撃値を表４に示す。【０１３９】
［試験結果］
試験結果を表４に示す。表４を参照して、試験番号１〜７の模擬鉄道車輪鋼材の化学組成は適切であった。さらに、踏面焼入れを模擬した熱処理において、平均冷却速度ＣＲ８００−５００（℃／秒）、及び、平均冷却速度ＣＲ７５０−７００（℃／秒）が適切であった。そのため、パーライト面積率は８５．０％以上であり、かつ、初析セメンタイトの面積率が０．９０〜１５．００％であった。さらに、初析セメンタイトの幅Ｗの平均値が０．９５μｍ以下であった。また、初析セメンタイトの最大幅が１．８０μｍ以下であった。そのため、シャルピー衝撃値が８．５Ｊ／ｃｍ２を超え、優れた靭性が得られた。【０１４０】
一方、試験番号８〜１０ではいずれも、化学組成は適切であったものの、平均冷却速度ＣＲ７５０−７００が０．０１０〜０．０１９℃／秒と低かった。そのため、これらの試験番号の模擬鉄道車輪鋼材のミクロ組織において、初析セメンタイトの幅Ｗの平均値が０．９５μｍを超えた。また、初析セメンタイトの最大幅が１．８０μｍを超えた。そのため、シャルピー衝撃値が８．５Ｊ／ｃｍ２以下であった。なお、試験番号１１〜１５では、平均冷却速度ＣＲ８００−５００が０．５００℃／秒を超え、試験番号１４及び１５ではさらに、平均冷却速度ＣＲ７５０−７００が３３．０００℃／秒を超えた。そのため、初析セメンタイトの面積率が０．９０％未満となり、本発明の対象外であった。【０１４１】
以上、本発明の実施形態を説明した。しかしながら、上述した実施形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。したがって、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施形態を適宜変更して実施することができる。
【符号の説明】
【０１４２】
１  鉄道車輪
２  ボス部
３  板部
４  リム部
４１  踏面
４２  フランジ部
【要約】
Ｃ含有量が０．８０％以上と高くても、優れた靭性を有する、鉄道車輪を提供する。本実施形態の鉄道車輪の化学組成は、質量％で、Ｃ：０．８０〜１．６０％、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：０．１０〜１．２５％、Ｐ：０．０５０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ａｌ：０．０１０〜０．６５０％、Ｎ：０．００３０〜０．０２００％及び、残部がＦｅ及び不純物からなり、鉄道車輪の板部のミクロ組織において、パーライトの面積率は８５．０％以上であり、初析セメンタイトの面積率は０．９０〜１５．００％であり、式（１）の初析セメンタイトの幅Ｗの平均値は０．７０μｍ未満である。
Ｗ＝１／２×（Ｐ／２−（（Ｐ／２）２−４Ａ）１／２）  （１）
式（１）中のＡは初析セメンタイトの面積（μｍ２）であり、Ｐは初析セメンタイトの外周長（μｍ）である。【図１】
0006737427.tif 000006
【図２】
0006737427.tif 000007
【図３】
0006737427.tif 000008
【図４】
0006737427.tif 000009
【図５】
0006737427.tif 000010
【図６】
0006737427.tif 000011
【図７】
0006737427.tif 000012
【図８】
0006737427.tif 000013
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
0006737427.tif 000021
【図１７】
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