(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
オーステナイト温度域のレールの頭部及び足部に冷却媒体を噴射することで、前記レールを強制冷却するレールの冷却装置であって、
前記頭部の頭頂面及び頭側面に気体の前記冷却媒体を噴射する複数の第１冷却ヘッダと、前記複数の第１冷却ヘッダのうち、少なくとも１つの第１冷却ヘッダを強制冷却中に移動させることで、該第１冷却ヘッダから噴射される冷却媒体の噴射距離を変化させる第１駆動部と、を有する第１冷却部と、
前記足部に気体の前記冷却媒体を噴射する第２冷却ヘッダを有する第２冷却部と
を備えるレールの冷却装置。
【請求項２】
前記第１駆動部を制御することで、前記噴射距離を調整する制御部と、
前記レールの表面温度を測定する機内温度計と
をさらに備え、
前記制御部は、前記機内温度計の測定結果から得られる冷却速度と、予め設定される目標冷却速度とに応じて、前記噴射距離を調整する請求項１に記載のレールの冷却装置。
【請求項３】
前記第１冷却部は、前記複数の第１冷却ヘッダから噴射される前記冷却媒体の噴射流量を変化させる第１調整部をさらに備える請求項１または２に記載のレールの冷却装置。
【請求項４】
前記第１冷却ヘッダは、前記噴射距離を測定するための距離計を有し、
該距離計が測定した値に基づき前記第１駆動部を制御する装置を有する請求項１〜３のいずれか１項に記載のレールの冷却装置。
【請求項５】
前記第２冷却部は、前記第２冷却ヘッダを移動させることで、該第２冷却ヘッダから噴射される冷却媒体の噴射距離を変化させる第２駆動部をさらに有する請求項１〜３のいずれか１項に記載のレールの冷却装置。
【請求項６】
前記第１冷却ヘッダ、前記第２冷却ヘッダのいずれか１つ以上は、前記噴射距離を測定するための距離計を有し、
該距離計が測定した値に基づき前記第１駆動部、第２駆動部のいずれか１つ以上を制御する装置を有する請求項５に記載のレールの冷却装置。
【請求項７】
オーステナイト温度域のレールの頭部及び足部に冷却媒体を噴射することで、前記レールを強制冷却する際に、
複数の第１冷却ヘッダから前記頭部の頭頂面及び頭側面に気体の前記冷却媒体を噴射し、
第２冷却ヘッダから前記足部に気体の前記冷却媒体を噴射し、
前記複数の第１冷却ヘッダのうち、少なくとも１つの第１冷却ヘッダを移動させることで、該第１冷却ヘッダから噴射される冷却媒体の噴射距離を変化させるレールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レールの冷却装置及び製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
耐摩耗性及び靱性に優れたレールとして、頭部が微細なパーライト組織からなる高硬度レールが知られている。このような高硬度レールは、一般的に以下の製造方法によって製造される。
まず、熱間圧延されたオーステナイト温度域のレール、あるいはオーステナイト温度域に加熱されたレールを、正立した状態で熱処理装置に搬入する。正立した状態とは、レールの頭部が上方、足裏部が下方になった状態をいう。このとき、レールは、例えば１００ｍ程度の圧延長のままの状態、あるいはレール１本あたりの長さが例えば２５ｍ程度の長さに切断（以下では、「鋸断」とも称する。）された状態で熱処理装置へ搬送される。なお、レールが鋸断されてから熱処理装置に搬送される場合、熱処理装置は、鋸断されたレールに応じた長さの複数のゾーンに分割されていることもある。【０００３】
次いで、熱処理装置において、レールの足先部がクランプで拘束され、レールの頭頂面、頭側面、足裏部、さらに必要に応じて腹部が、冷却媒体である空気によって強制冷却される。このようなレールの製造方法では、強制冷却時の冷却速度をコントロールすることにより、レールの内部を含めた頭部全体を微細なパーライト組織としている。熱処理装置による強制冷却では、通常、頭部の温度が３５０℃〜６５０℃程度となるまで冷却が行われる。
さらに、強制冷却されたレールは、クランプによる拘束が開放され、冷却床へと搬送された後に、室温まで冷却される。【０００４】
例えば、石炭や鉄鉱石などの天然資源採掘場といった厳しい環境下では、レールに対して、高い耐摩耗性と、高い靱性とが求められる。しかし、レールの組織がベイナイトである場合には耐摩耗性が低くなり、マルテンサイトである場合には靱性が低くなる。このため、レールの組織としては、頭部全体の組織が少なくとも９８％以上のパーライト組織となる必要がある。また、パーライト組織では、パーライトのラメラー間隔が微細な組織ほど、耐摩耗性が向上することから、ラメラー間隔の微細化も必要となる。
また、レールは、最大で２５ｍｍ摩耗するまで使用されることから、頭部表面のみならず、表面から２５ｍｍの深さの内部までの耐摩耗性が要求される。【０００５】
特許文献１には、強制冷却中のレールの頭部の温度を測定し、温度履歴勾配が変態熱の発生により緩やかになったときから冷却媒体の流量を増加させ、冷却を強めることにより、レールの表面と内部の硬度を上昇させる方法が開示されている。
また、特許文献２には、強制冷却の前半は空気による冷却を行い、後半はミストによる冷却を行うことで、レールの頭部中心まで高硬度に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９−２２７９４２号公報
【特許文献２】特開２０１４−１８９８８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、特許文献１に記載の方法では、冷却媒体の噴射流量を増加させるために、ブロワのランニングコストが上昇するのでこれを抑制することが望まれていた。
また、特許文献２に記載の方法では、ミスト冷却するために水を供給する必要があるため、ランニングコストが高くなることや、水供給配管や排水配管といった設備が必要となるため、初期投資のコストの増大が問題となるまた、低温まで冷却したときに、コールドスポットが生じることから、局所的に冷却速度が上昇し、マルテンサイトやベイナイトといった靱性や耐摩耗性が著しく低下する組織へ変態する恐れがあった。【０００８】
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、高硬度で高靱性なレールを、廉価に製造することができるレールの冷却装置及び製造方法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】
【０００９】
本発明の一態様によれば、オーステナイト温度域のレールの頭部及び足部に冷却媒体を噴射することで、上記レールを強制冷却するレールの冷却装置であって、上記頭部の頭頂面及び頭側面に気体の上記冷却媒体を噴射する複数の第１冷却ヘッダと、上記複数の第１冷却ヘッダのうち、少なくとも１つの第１冷却ヘッダを移動させることで、この第１冷却ヘッダから噴射される冷却媒体の噴射距離を変化させる第１駆動部と、を有する第１冷却部と、上記足部に上記冷却媒体を噴射する第２冷却ヘッダを有する第２冷却部とを備えるレールの冷却装置が提供される。【００１０】
本発明の一態様によれば、オーステナイト温度域のレールの頭部及び足部に冷却媒体を噴射することで、上記レールを強制冷却する際に、複数の第１の冷却ヘッダから上記頭部の頭頂面及び頭側面に気体の上記冷却媒体を噴射し、第２冷却ヘッダから上記足部に上記冷却媒体を噴射し、上記複数の第１冷却ヘッダのうち、少なくとも１つの第１冷却ヘッダを移動させることで、この第１冷却ヘッダから噴射される冷却媒体の噴射距離を変化させるレールの製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の一態様によれば、高硬度で高靱性なレールを、廉価に製造することができるレールの冷却装置及び製造方法が提供される。
【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長手方向断面模式図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る冷却装置の幅方向中央断面模式図である。
【図３】レールの各部位を示す断面図である。
【図４】冷却装置の周辺設備を示す平面図である。
【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。
【００１４】
＜冷却装置の構成＞
まず、図１〜図４を参照して、本発明の一態様に係るレール１の冷却装置２の構成について説明する。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３に示すように、レール１の長手方向に直交する断面視において、頭部１１と、足部１２と、ウェブ部１３とからなる。頭部１１及び足部１２は、図３の断面視において、上下方向（図３の上下方向）に対向し、幅方向（図３の左右方向）にそれぞれ延在する。ウェブ部１３は、上下方向の上側に配された頭部１１の幅方向の中央と、下側に配された足部１２の幅方向の中央とをつなぎ、上下方向に延在する。
【００１５】
冷却装置２は、図１に示すように、第１冷却部２１と、第２冷却部２２と、一対のクランプ２３ａ，２３ｂと、機内温度計２４と、搬送部２５と、制御部２６と、必要に応じて距離計２７とを備える。冷却装置２には、強制冷却されるレール１が正立姿勢で配される。正立姿勢とは、頭部１１が鉛直方向上側となるｚ軸方向正方向側、足部１２が鉛直方向下側となるｚ軸方向負方向側に配された状態である。なお、図１及び図４において、ｘ軸方向は頭部１１及び足部１２の延在する幅方向であり、ｙ軸方向はレール１の長手方向である。また、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸は互いに直交するものとする。
【００１６】
第１冷却部２１は、図１に示す断面視において、３つの第１冷却ヘッダ２１１ａ〜２１１ｃと、３つの第１調整部２１２ａ〜２１２ｃと、３つの第１駆動部２１３ａ〜２１３ｃとを有する。
３つの第１冷却ヘッダ２１１ａ〜２１１ｃは、数ｍｍ〜１００ｍｍピッチで配置された冷却媒体噴出口が、頭部１１の頭頂面（ｚ軸方向上側の端面）及び頭側面（ｘ軸方向の両端面）にそれぞれ対向して設けられる。つまり、図１に示す断面視において、第１冷却ヘッダ２１１ａは頭部１１のｚ軸正方向側となる上側、第１冷却ヘッダ２１１ｂは頭部１１のｘ軸負方向側となる左側、第１冷却ヘッダ２１１ｃは頭部１１のｘ軸正方向側となる右側にそれぞれ配される。また、３つの第１冷却ヘッダ２１１ａ〜２１１ｃは、レール１の長手方向（ｙ軸方向）に並んでそれぞれ複数設けられる。３つの第１冷却ヘッダ２１１ａ〜２１１ｃは、頭部１１の頭頂面及び頭側面に対して、冷却媒体噴出口から冷却媒体を噴射することで、頭部１１を強制冷却する。なお、冷却媒体には空気が用いられる。
【００１７】
３つの第１調整部２１２ａ〜２１２ｃは、３つの第１冷却ヘッダ２１１ａ〜２１１ｃの各冷却媒体供給経路にそれぞれ設けられる。３つの第１調整部２１２ａ〜２１２ｃは、各冷却媒体供給経路における冷却媒体の供給量を測定する測定部（不図示）と、冷却媒体の供給量を調整する流量制御弁（不図示）とを有する。また、３つの第１調整部２１２ａ〜２１２ｃは、制御部２６に電気的に接続され、測定部による流量の測定結果を制御部２６に送信する。さらに、３つの第１調整部２１２ａ〜２１２ｃは、制御部２６から取得される制御信号を受けて流量制御弁を動作させ、噴射される冷却媒体の噴射流量を調整する。つまり、３つの第１調整部２１２ａ〜２１２ｃは、噴射される冷却媒体の流量の監視及び調整を行う。なお、３つの第１調整部２１２ａ〜２１２ｃは、レール１の長手方向に並んで複数設けられる３つの第１冷却ヘッダ２１１ａ〜２１１ｃにそれぞれ設けられる。
【００１８】
３つの第１駆動部２１３ａ〜２１３ｃは、３つの第１冷却ヘッダ２１１ａ〜２１１ｃにそれぞれ接続して設けられる、シリンダや電動モータ等のアクチュエータであり、第１冷却ヘッダ２１１ａをｚ軸方向に、第１冷却ヘッダ２１１ｂ，２１１ｃをｘ軸方向に移動させることができる。３つの第１駆動部２１３ａ〜２１３ｃは、制御部２６に電気的に接続され、制御部２６から取得される制御信号を受けて、３つの第１冷却ヘッダ２１１ａ〜２１１ｃをｚ軸方向またはｘ軸方向に移動させる。つまり、３つの第１駆動部２１３ａ〜２１３ｃにより３つの第１冷却ヘッダ２１１ａ〜２１１ｃがそれぞれ移動することで、３つの第１冷却ヘッダ２１１ａ〜２１１ｃの噴射面と、頭部１１の頭頂面または頭側面との距離である、冷却媒体の噴射距離がそれぞれ調整される。噴射距離は、レール１の各表面と、これらに対向する第１冷却ヘッダ２１１ａ〜２１１ｃの噴射面との間の距離で定義される。この噴射距離の調整は、第１駆動部２１３ａ〜２１３ｃを駆動させてヘッダのｘ軸方向位置またはｚ軸方向位置を調整することで行われる。この際、例えば、後述するクランプ２３ａ，２３ｂによりレール１の足部１２の左右方向の両端部を挟持した状態で、第１冷却ヘッダ２１１ａ〜２１１ｃのｚ軸方向位置またはｘ軸方向位置と、噴射距離との関係を、レールの製品寸法毎に事前に測定しておく。そして、冷却対象となるレール寸法についてのこの関係に基づき、第１冷却ヘッダ２１１ａ〜２１１ｃのｚ軸方向位置またはｘ軸方向位置を設定することで、目的とする噴射距離を得ることができる。さらに、冷却装置２による冷却を開始した後には、機内温度計２４による温度測定結果に基づき、第１駆動部２１３ａ〜２１３ｃを駆動させ、噴射距離を変化させることで、冷却速度が目標範囲となるようにする。すなわち、冷却速度が目標範囲よりも速すぎる場合には、第１駆動部２１３ａ〜２１３ｃを駆動させて噴射距離が大きくなる側に調整し、冷却速度を低下させる。逆に、冷却速度が目標範囲よりも遅すぎる場合には、第１駆動部２１３ａ〜２１３ｃを駆動させて噴射距離が小さくなる側に調整し、冷却速度を速める。
【００１９】
また、噴射距離の調整は、図１もしくは図２に示すように、第１冷却ヘッダ２１１ａ〜２１１ｃの各ヘッダに、各ヘッダが対向するレール１の表面までの距離を測定する距離計２７を設置し、これら距離計２７による噴射距離の測定値に基づいて第１駆動部２１３ａ〜２１３ｃを駆動させ、噴射距離を調整するようにしてもよい。この場合、距離計２７の測定値に基づき、第１駆動部２１３ａ〜２１３ｃの駆動を制御する装置を設けておく。この装置としての機能は、制御部２６に担わせてもよく、そのためには距離計２７からの信号を制御部２６に送信するようにする。距離計２７には、レーザー変位計や渦流式変位計などの測定装置を用いることができる。
【００２０】
冷却装置２に搬送された段階で、あるいは、冷却装置２による冷却中に、レール１に上下方向（図１中のｚ軸方向）の曲がり（以下、「反り」とも云う）や左右方向（図１中のｘ軸方向）への曲がり（単に「曲がり」とも云う）が発生することがある。この反りや曲がりの有無や程度は、実際の噴射距離に影響を及ぼす。また、反りや曲がりの有無や程度は、被冷却材となるレール毎に異なる。このため、より噴射距離の調整精度を向上させるためには、距離計２７による噴射距離の測定結果に基づいて第１駆動部２１３ａ〜２１３ｃを駆動させ、目標とする噴射距離に近づけられるようにすることが好ましい。
【００２１】
さらに、例えば、第１冷却ヘッダ２１１ａの一例とすると、図２に示すように長手方向（図２中のｙ軸方向）に沿って並べた複数の第１冷却ヘッダ２１１ａの、長手方向（ｙ軸方向）の両端側に距離計２７をそれぞれ設けてもよい。このように各第１冷却ヘッダ２１１ａに距離計２７を設けることで、レール１に反りが生じて長手方向にレール１が波状に変形している場合であっても、レールの形状に沿うように、すなわち、各第１冷却ヘッダ２１１ａのレール１までの距離が等しくなるように、各第１冷却ヘッダ２１１ａのｚ軸方向位置（上下方向位置）を調整することもできる。よって、レール１の反りの影響を回避して、各第１冷却ヘッダ２１１ａの噴射距離の調整を行うことが可能となる。なお、レール１に反りが生じたとしても、レール１の断面形状の変化は上下方向への反り量に比べてわずかであるので、第１冷却ヘッダ２１１ａに設けた距離計２７に代えて、後述する第２冷却ヘッダ２２１に設けた距離計２７に基づき、第１駆動部２１３ａを駆動するようにしてもよい。
【００２２】
さらに、第１冷却ヘッダ２２１ａと同様に、第１冷却ヘッダ２１１ｂ、２１１ｃについても、距離計２７を設け、この距離計の測定値にもとづいて駆動部２１３ｂ、２１３ｃを駆動させてもよい。このようにすることで、レール１の左右曲がりの発生によるも噴射距離への影響を、同様に回避することができる。
冷却装置２による冷却を開始した後には、機内温度計２４による温度測定結果にもとづき、第１駆動部２１３ａ〜２１３ｃを駆動させ、噴射距離を変化させることで、冷却速度が目標範囲内となるように、あるいは目標範囲に近づくようにする。この際、冷却中に上下方向の反りや左右方向の曲がりの状況が変化し、噴射距離が反りや曲がりの影響で変化する可能性がある。しかし、このような場合においても、距離計２７で各ヘッダと対向するレール面との間の距離を測定できるので、反りの発生に伴う噴射距離の変化を加味した上で、噴射距離を正しく設定することが可能となる。
【００２３】
なお、３つの第１駆動部２１３ａ〜２１３ｃは、レール１の長手方向に並んで複数設けられる３つの第１冷却ヘッダ２１１ａ〜２１１ｃにそれぞれ設けられる。
第２冷却部２２は、第２冷却ヘッダ２２１と、第２調整部２２２と、第２駆動部２２３ｃとを有する。
第２冷却ヘッダ２２１は、数ｍｍ〜１００ｍｍピッチで配置された冷却媒体噴出口が、足部１２の下面（上下方向下側の端面）に対向して設けられる。つまり、図１に示す断面視において、第２冷却ヘッダ２２１は足部１２の下側に設けられる。また、第２冷却ヘッダ２２１は、レール１の長手方向に並んで複数設けられる。第２冷却ヘッダ２２１は、足部１２の下面に対して、冷却媒体噴出口から冷却媒体を噴射することで、足部１２を強制冷却する。なお、冷却媒体には、空気が用いられる。
【００２４】
第２調整部２２２は、第２冷却ヘッダ２２１の冷却媒体供給経路に設けられる。第２調整部２２２は、冷却媒体供給経路における冷却媒体の供給量を測定する測定部（不図示）と、冷却媒体の供給量を調整する流量制御弁（不図示）とを有する。また、第２調整部２２２は、制御部２６に電気的に接続され、測定部による流量の測定結果を制御部２６に送信し、制御部２６から取得される制御信号を受けて流量制御弁を動作させ、噴射される冷却媒体の噴射流量を調整する。つまり、第２調整部２２２は、噴射される冷却媒体の流量の監視及び調整を行う。なお、第２調整部２２２は、レール１の長手方向に並んで複数設けられる第２冷却ヘッダ２２１にそれぞれ設けられる。また、以下の説明では、第１冷却ヘッダ２１１ａ〜２１１ｃ及び第２冷却ヘッダ２２１を総称して、冷却ヘッダともいう。
【００２５】
第２駆動部２２３は、第２冷却ヘッダ２２１にそれぞれ接続して設けられる、シリンダや電動モータ等のアクチュエータであり、第２冷却ヘッダ２２１を上下方向に移動させることができる。第２駆動部２２３は、制御部２６に電気的に接続され、制御部２６から取得される制御信号を受けて、第２冷却ヘッダ２２１を上下方向に移動させる。つまり、第２駆動部２２３により第２冷却ヘッダ２２１が移動することで、第２冷却ヘッダ２２１の噴射面と足部１２の下面との距離である、冷却媒体の噴射距離が調整される。ここでの噴射距離は、足部１２の下面と、この下面に対向する第２冷却ヘッダ２２１の噴射面との間の距離で定義される。この噴射距離の調整は、第２駆動部２２３を駆動させて第２冷却ヘッダ２２１のｚ軸方向位置を調整することで行われる。この際、例えば、後述するクランプ２３ａ、２３ｂによりレール１の足部１２の左右方向の両端部を挟持した状態で、第２冷却ヘッダ２２１のｚ軸方向位置と、噴射距離との関係を事前に測定しておく。そして、この関係に基づき第２ヘッダ２２１のｚ軸方向位置を設定することで、目的とする噴射距離を得ることができる。
【００２６】
あるいは、図１もしくは図２に示すように、第２冷却ヘッダ２２１に、第２冷却ヘッダ２２１が対向する足部１２の下面までの距離を測定する距離計２７を設置し、この距離計２７による噴射距離の測定結果に基づいて第２駆動部２２３を駆動させ、噴射距離を調整するようにしてもよい。この場合、距離計２７による噴射距離の測定値に基づいて第２駆動部２２３の駆動を制御する装置を設けておく。この装置としての機能は、制御部２６に担わせてもよく、そのためには距離計２７からの信号を制御部２６に送信するようにする。距離計２７は、第１冷却部２１１ａ〜２１１ｃに設けられるものと同様であり、レーザー変位計や渦流式変位計などの測定装置が用いられる。
【００２７】
冷却装置２に搬送された段階で、あるいは、冷却装置２による冷却中に発生する反りの有無や反りの程度は、被冷却材となるレール毎に異なる。このため、第１冷却ヘッダ２１１ａ〜２１１ｃと同様に、より噴射距離の調整精度を向上させるためには、距離計２７による噴射距離の測定値に基づいて第２駆動部２２３を駆動させることが好ましい。ここで、第２冷却ヘッダ２２１に設けた距離計２７ではなく、第１冷却ヘッダ２１１ａに設けた距離計２７による距離の測定値に基づいて、第２駆動部２２３を駆動させるようにしてもよい。
【００２８】
また、第１冷却ヘッダ２１１ａ〜２１１ｃと同様、図２に示すように、長手方向に沿って並べた複数の第２冷却ヘッダ２２１の、長手方向の両端側に距離計２７をそれぞれ設けてもよい。このように各第２冷却ヘッダ２２１に距離計２７を設けることで、レール１に反りが生じて長手方向にレール１が波状に変形している場合であっても、レールの形状に沿うように、すなわち、各第２冷却ヘッダ２２１のレール１までの距離が等しくなるように、各第２冷却ヘッダ２２１のｚ軸方向位置を調整することもできる。よって、レール１の反りの影響を回避して、各第２冷却ヘッダ２２１の噴射距離の調整を行うことが可能となる。なお、レール１に反りが生じたとしても、レール１の断面形状の変化は上下方向への反り量に比べてわずかであるので、第２冷却ヘッダ２２１に設けた距離計２７に代えて、第１冷却ヘッダ２１１ａに設けた距離計２７に基づき、第２駆動部２２３を駆動するようにしてもよい。
【００２９】
なお、第２駆動部２２３は、レール１の長手方向に並んで複数設けられる第１冷却ヘッダ２２１にそれぞれ設けられる。
また、第１冷却部２１及び第２冷却部２２は、規格によって様々に異なるレール１の寸法に対応するように、レール１の頭部１１及び足部１２に対して、冷却ヘッダが上記の所定の位置となるように、設置位置を変更可能な機構を有することが好ましい。
【００３０】
一対のクランプ２３ａ，２３ｂは、足部１２の左右方向の両端部をそれぞれ挟持することで、レール１を支持及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ずつ離間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の少なくとも一箇所の表面温度を測定する。機内温度計２４は、制御部２６に電気的に接続され、頭頂面の表面温度の測定結果を制御部２６に送信する。また、機内温度計２４は、レール１の強制冷却が行われる間、所定の時間の間隔で、頭部の表面温度を連続的に測定する。
【００３１】
搬送部２５は、一対のクランプ２３ａ，２３ｂに接続された搬送装置であり、一対のクランプ２３ａ，２３ｂをレール１の長手方向に移動させることで、レール１を冷却装置２内で搬送させる。
制御部２６は、機内温度計２４の測定結果に基づいて、３つの第１調整部２１２ａ〜２１２ｃ、第２調整部２２２、３つの第１駆動部２１３ａ〜２１３ｃ及び第２駆動部２２３を制御することで、冷却媒体の噴射距離及び噴射流量を調整する。これにより、制御部２６は、目標の冷却速度となるように、頭部１１の冷却速度を調整する。制御部２６による、冷却媒体の噴射距離及び噴射流量の調整方法については後述する。
また、図４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。
【００３２】
＜レールの製造方法＞
次に、本実施形態に係るレールの製造方法について説明する。本実施形態では、耐摩耗性及び靱性に優れた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、特に限らない限り質量パーセントを意味する。
【００３３】
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。
【００３４】
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及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。
【００３５】
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が、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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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及びＣｒの含有量の総量は、２．０％以下であることが望ましい。Ｓｉ及び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。
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、Ｓｂ０．５％以下、Ｃｕ：１．０％以下、Ｎｉ：０．５％以下、Ｍｏ：０．５％以下、Ｖ：０．１５％以下及びＮｂ：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。
【００３９】
Ｓｂ：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含有量を含有させる場合は、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、Ｓｉ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。なお、Ｓｂを積極的に含有させない場合であっても、不純物としてＳｂが０．００１％以下で含有されることがある。
【００４０】
Ｃｕ：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。この効果を期待してＣｕを含有させる場合は、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。
【００４１】
Ｎｉ：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、これらの効果を期待してＮｉを含有させる場合は、Ｎｉ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、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。
【００４２】
Ｍｏ：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を高強度化に寄与させるためには、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。
【００４３】
Ｖ：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。Ｖによ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。
【００４４】
Ｎｂ：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。Ｎｂによ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。
【００４５】
上記の成分以外の残部には、Ｆｅ（鉄）及び不可避的不純物が含まれる。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。このため、Ａｌ含有量は０．００１％以下であることが好ましい。また、Ｔｉ含有量は０．００２％以下であることが好ましく、０．００１％以下であることがさらに望ましい。なお、レール１の化学成分組成は、上記の成分と残部のＦｅ及び不可避的不純物からなることが好ましい。
【００４６】
本実施形態に係るレール１の製造方法では、まず、例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、加熱されたブルームは、ブレイクダウン圧延機、粗圧延機及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の上面（ｚ軸負方向側の端面）から足部１２の下面（ｚ軸負方向側の端面）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。
【００４７】
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）。このとき、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にて急速に冷却させる必要がある。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。
一方で、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である場合、再加熱を行う必要は無い。
【００４８】
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によってレール１の足部１２が拘束される。その後、３つの第１冷却ヘッダ２１１ａ〜２１１ｃ及び第２冷却ヘッダ２２１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。この際、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２６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算出し、得られる冷却速度と予め設定される目標の冷却速度とから、冷却媒体の噴射距離及び噴射流量を調整する。
【００４９】
具体的には、目標の冷却速度に対して、算出される冷却速度が低い場合には、制御部２６は、冷却媒体の噴射距離が短く、冷却媒体の噴射流量が多くなるように、３つの第１調整部２１２ａ〜２１２ｃ、第２調整部２２２、３つの第１駆動部２１３ａ〜２１３ｃ及び第２駆動部２２３を制御する。一方、目標の冷却速度に対して、算出される冷却速度が低い場合には、制御部２６は、冷却媒体の噴射距離が長く、冷却媒体の噴射流量が少なくなるように、３つの第１調整部２１２ａ〜２１２ｃ、第２調整部２２２、３つの第１駆動部２１３ａ〜２１３ｃ及び第２駆動部２２３を制御する。この際、必要があれば、制御部２６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。
【００５０】
また、冷却媒体の噴射距離及び噴射流量の調整は、噴射距離及び噴射流量を同時に調整するようにしてもよく、噴射距離を優先的に調整するようにしてもよい。さらに、制御を容易にするため、推定される温度履歴等から熱処理工程を複数の段階（冷却ステップ）に分け、各段階において、冷却媒体の噴射距離または噴射流量の一方が一定となるように設定してもよい。そして、一定に設定されていない他方の噴射距離または噴射流量について、機内温度計２４の測定結果から得られる冷却速度から、目標の冷却速度となるように調整が行われるようにしてもよい。なお、制御部２６による、機内温度計２４に測定結果に基づく冷却速度の調整は、機内温度計２４の測定間隔毎や、熱処理工程の各段階毎など、任意の時間の間隔で行われる。
【００５１】
なお、冷却ヘッダとレール１との隙間である噴射距離が短すぎる場合には、レール１が変形したときに、冷却ヘッダとレール１とが接触し、設備の破損の原因となる。このため、噴射距離は、５ｍｍ以上とすることが好ましい。一方、噴射距離が長すぎる場合には、噴射された空気の速度が減衰するために、自然放冷と同等の冷却能力となる。前述のように、冷却速度が著しく低下すると、硬度が損なわれることから、噴射距離の上限は２００ｍｍとすることが好ましいが、特に限定しなくてもよい。なお、３つの第１駆動部２１３ａ〜２１３ｃ及び第２駆動部２２３により、各冷却ヘッダの移動距離を増加させると、シリンダのストロークを長くする必要があることから、初期の設備投資コストが増大する。このため、設備投資コストの観点から、噴射距離の上限が設定されてもよい。
【００５２】
ここで、第１冷却部２１による冷却では、レール１の頭部１１の組織を高硬度且つ靱性に優れた微細なパーライト組織にするため、主に頭部１１が冷却される。一方、第２冷却部２２による冷却では、頭部１１と足部１２との温度の差から生じる、レール１の全長の上下反り（上下方向への曲がり）を抑えるために、主に足部１２が冷却される。これによって、頭部１１と足部１２との温度バランスが制御される。レール１の頭部１１の硬度を上昇させたい場合には、頭部１１の冷却速度（冷却量）を高める必要があるため、３箇所に設けられる第１冷却ヘッダ２１１ａ〜２１１ｃのうち、少なくとも１つ以上の第１冷却ヘッダ２１１ａ〜２１１ｃを移動させ、噴射距離を短くすることが有効となる。また、頭部１１の冷却速度を高くする場合、上下反りを抑えるために、足部１２の冷却速度も高くする必要がある。この場合には、第２冷却ヘッダ２２１を移動させ、噴射距離を短くすることが有効となる。つまり、目標とする組織や用途等に応じて、噴射距離を変化させる冷却ヘッダを選択することが好ましい。
【００５３】
また、前述したとおり、熱処理中に変態を起こさせて、高硬度な組織とするために、熱処理中に高硬度にしたい深さまでの変態を終えさせる必要がある。高硬度な組織が必要な深さは、使用時の用途によって適宜設定される。そして、頭部１１の表面が、少なくとも高硬度な組織が必要な深さに応じた温度となるまで冷却が行われる。例えば、表面より１５ｍｍの深さまでＨＢ３３０〜３９０程度の高硬度な組織が必要な場合には、頭部１１の表面温度が５５０℃以下、１５ｍｍの深さまでＨＢ３９０以上の高硬度な組織が必要な場合には、頭部１１の表面温度が５００℃以下となるまで冷却を行う必要がある。また、表面より２５ｍｍの深さまでＨＢ３３０〜３９０程度の高硬度な組織が必要な場合には、頭部１１の表面温度が４５０℃以下、表面より２５ｍｍの深さまでＨＢ３９０以上の高硬度な組織が必要な場合には、頭部１１の表面温度が４４５℃以下となるまで冷却を行う必要がある。
【００５４】
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〜２００℃に冷却される。そして、検査を受けた後、出荷される。検査では、ビッカース硬さ試験またはブリネル硬さ試験が行われる。
石炭や鉄鉱石等の天然資源採掘場といった厳しい環境下では、レール１に対して高い耐摩耗性と高い靱性とが求められる。このため、このような環境下で用いられるレール１は、耐摩耗性を低下させるベイナイト組織や耐疲労損傷性を低下させるマルテンサイト組織は好ましくなく、９８％以上のパーライト組織であることが好ましい。また、ラメラー間隔を微細化させ、高硬度化させたパーライト組織は、耐摩耗性を向上させる。耐摩耗性は、製造直後の頭部１１の表面のみならず、摩耗した後の表面にも求められる。レール１の交換基準は、鉄道会社によって異なるが、最大で２５ｍｍ深さまで利用されるため、表面から最大２５ｍｍ深さまでにおいて所定の硬度が求められる。特にカーブ区間では列車が遠心力を受けるため、レール１に対して大きな力が加わり、摩耗し易い。カーブ区間では、レール１の頭部１１の表面の硬度をＨＢ４２０以上、使用する深さの硬度をＨＢ３９０以上とすることで、長寿命化を図ることができる。
【００５５】
＜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。
【００５６】
例えば、上記実施形態では、頭部１１に噴射する冷却媒体の噴射距離及び噴射流量を調整することで、頭部１１の冷却速度の調整を制御するとしたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、頭部１１の冷却速度の調整は、頭部１１に噴射する冷却媒体の噴射流量を一定として、頭部１１に噴射する冷却媒体の噴射距離のみを調整することで行われてもよい。この場合、制御部２６は、機内温度計２４の測定結果に応じて、３つの第１駆動部２１３ａ〜２１３ｃ及び第２駆動部２２３を制御し、噴射距離を制御することで、冷却速度の調整を行う。このような構成では、噴射流量は一定であり、その制御が容易となることから、第１冷却部２１及び第２冷却部２２の構成を簡易にすることができる。
【００５７】
また、上記実施形態では、３つの第１冷却ヘッダ２１１ａ〜２１１ｃにそれぞれ３つの第１駆動部２１３ａ〜２１３ｃを設ける構成としたが、本発明はかかる例に限定されない。上述のように、３つの第１冷却ヘッダ２１１ａ〜２１１ｃのうち少なくとも１つの第１冷却ヘッダにおける冷却媒体の噴射距離が調整可能であればよい。このため、３つの第１冷却ヘッダ２１１ａ〜２１１ｃの内、第１駆動部を設けた１つ以上の冷却ヘッダを動かすことができる構成としてもよく、１つの第１駆動部によって全ての第１の冷却ヘッダ２１１ａ〜２１１ｃをある１方向へ動かすことができる構成としてもよい。
【００５８】
さらに、上記実施形態では、頭部１１の冷却速度の変化に応じて、足部１２に噴射する冷却媒体の噴射距離及び噴射流量を調整することで、足部１２の冷却速度の調整を制御するとしたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、足部１２の冷却速度の調整は、足部１２に噴射する冷却媒体の噴射距離及び噴射流量の一方のみを調整することで行われてもよい。また、レール１の頭部１１と足部１２との冷却速度の差による上下反りが問題ないようであれば、足部１２に噴射する冷却媒体の噴射距離及び噴射流量の調整が行われずに、一定の噴射距離及び噴射流量で足部１２の強制冷却が行われてもよい。
さらに、上記実施形態では、一例として特定の化学成分組成を示したが、本発明はかかる例に限定されない。用いられる鋼の化学成分組成は、使用用途や必要とされる特性から、上記以外のものが用いられてもよい。
【００５９】
さらに、上記実施形態では、機内温度計２４の測定結果に基づいて、冷却媒体の噴射距離及び噴射流量を制御するとしたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、熱処理工程のレール１の表面温度や温度変化の数値解析、過去の実績等から、熱処理工程における温度変化が推定できる場合には、推定される温度変化に応じて冷却媒体の噴射距離及び噴射流量を予め設定し、設定された値で噴射距離及び噴射流量を変化させてもよい。
【００６０】
さらに、上記実施形態では、レール１の長手方向に直交する断面において、冷却装置２には３つの第１冷却ヘッダ２１１ａ〜２１１ｃが設けられる構成としたが、本発明はかかる例に限定されない。レール１の長手方向に直交する断面において、第１冷却ヘッダは複数設けられれば良く、設けられる数は特に限定されない。
さらに、上記実施形態では、冷却媒体に空気を用いるとしたが、本発明はかかる例に限定されない。用いる冷却媒体は、気体であればよく、Ｎ２やＡｒなどの他の成分組成であってもよい。
【００６１】
＜実施形態の効果＞
（１）本発明の一態様に係るレール１の冷却装置２は、オーステナイト温度域のレール１の頭部１１及び足部１２に冷却媒体を噴射することで、レール１を強制冷却するレールの冷却装置２であって、頭部１１の頭頂面及び頭側面に気体の冷却媒体を噴射する複数の第１冷却ヘッダ２１１ａ〜２１１ｃと、複数の第１冷却ヘッダ２１１ａ〜２１１ｃのうち、少なくとも１つの第１冷却ヘッダ２１１ａ〜２１１ｃを移動させることで、第１冷却ヘッダ２１１ａ〜２１１ｃから噴射される冷却媒体の噴射距離を変化させる第１駆動部２１３ａ〜２１３ｃと、を有する第１冷却部２１と、足部１２に気体の冷却媒体を噴射する第２冷却ヘッダ２２１を有する第２冷却部２２とを備える。
【００６２】
上記（１）の構成によれば、冷却媒体の噴射距離を調整することで、冷却速度を制御することができるため、例えば、冷却媒体の噴射流量の調整のみで冷却速度を制御する方法に比べ、冷却媒体の使用量を低減することができることから、より廉価にレール１を製造することができる。また、冷却媒体が気体であるため、例えば特許文献２のように、冷却媒体を切り替えてミスト冷却をする方法に比べ、水を使う必要がなく、設備を簡略化できるため、より廉価にレール１を製造することができる。さらに、低温まで冷却した際にも、コールドスポットが発生する懸念がないことから、少なくとも頭部１１の組織の９８％以上を微細なパーライト組織とすることができ、靱性や硬度、耐摩耗性を向上させることができる。
【００６３】
（２）上記（１）の構成において、第１駆動部２１３ａ〜２１３ｃを制御することで、噴射距離を調整する制御部２６と、レール１の表面温度を測定する機内温度計２４とをさらに備え、制御部２６は、機内温度計２４の測定結果から得られる冷却速度と、予め設定される目標冷却速度とに応じて、噴射距離を調整する。
上記（２）の構成によれば、冷却速度の実績に応じて、目標とする最適な温度履歴となるように、レール１を強制冷却することができる。
【００６４】
（３）上記（１）または（２）の構成において、第１冷却部は、複数の第１冷却ヘッダから噴射される冷却媒体の噴射流量を変化させる第１調整部をさらに備える。
ここで、例えば特許文献１のように、噴射流量のみを調整して冷却速度を制御する方法の場合、噴射流量の増加だけでは冷却速度の上昇に限度があった。このため、特許文献１のような製造方法の場合、例えば、鉱山用のカーブ区間で使用される高い耐摩耗性が求められるレールに適用しようとしても、求められる品質まで内部を高硬度化することが困難であった。
これに対して、上記（３）の構成によれば、噴射距離及び噴射流量を調整することができるようになるため、噴射距離を短くし、噴射流量を増大させることで、冷却速度をより高めることができる。このため、特許文献１の方法に比べ、頭部１１の内部まで、硬度や耐摩耗性を向上させることができるようになる。
【００６５】
（４）上記（１）〜（３）のいずれかの構成において、第２冷却部は、第２冷却ヘッダを移動させることで、第２冷却ヘッダから噴射される冷却媒体の噴射距離を変化させる第２駆動部をさらに有する。
上記（４）の構成によれば、頭部１１と足部１２との冷却バランスを適正化することができるようになるため、強制冷却工程において生じる上下反りを抑制することができる。
【００６６】
（５）上記（１）〜（４）のいずれかの構成において、第１冷却ヘッダ２１１ａ〜２１１ｃ、第２冷却ヘッダ２２１のいずれか１つ以上は、噴射距離を測定するための距離計２７を有し、距離計２７が測定した値に基づき第１駆動部２１３ａ〜２１３ｃ、第２駆動部２２３のいずれか１つ以上を制御する装置を有する。
上記（５）の構成によれば、レール１に、反りが発生する場合や、冷却中に反りが発生する場合においても、噴射距離を正確に調整することが可能となり、レール１を精度良く冷却することができる。なお、距離計２７により測定した値を基に位置を調整する駆動部は第１駆動部２１３ａ〜２１３ｃ、第２駆動部２２３のいずれか１つとしてもよく、１つ以上としてもよい。レール１の反りや曲がりに伴う噴射距離の変化が冷却速度に及ぼす影響を考慮して、この影響が大きくなる冷却ヘッダを駆動する駆動部について、距離計２７による測定値を基に駆動部の制御が行われるようにすればよい。
【００６７】
（６）本発明の一態様に係るレール１の製造方法は、オーステナイト温度域のレールの頭部及び足部に冷却媒体を噴射することで、レールを強制冷却する際に、複数の第１の冷却ヘッダから頭部の頭頂面及び頭側面に気体の冷却媒体を噴射し、第２冷却ヘッダから足部に気体の冷却媒体を噴射し、複数の第１冷却ヘッダのうち、少なくとも１つの第１冷却ヘッダを移動させることで、第１冷却ヘッダから噴射される冷却媒体の噴射距離を変化させる。
上記（６）の構成によれば、上記（１）と同様な効果を得ることができる。
【実施例１】
【００６８】
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１として、上記実施形態と異なり、強制冷却中に噴射距離を変更しない条件でレール１を製造し、その材質について評価を行った。
従来例１では、まず、表１に示す条件Ａ〜条件Ｄ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及び不可避的不純物である。また、表１中のＳｂ含有量については、０．００１％以下の場合は、Ｓｂが不可避的不純物として混入したものである。表１中のＴｉおよびＡｌの含有量については、いずれも不可避的不純物として混入したものである。【００６９】
【表１】
0006658895.tif 000002
【００７０】
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、加熱炉より抽出した。そして、断面形状が最終形状（ＡＲＥＭＡ（The American Railway Engineering and Maintenance-of-Way Association）規格の１４１ポンドレール）のレール１となるようにブレイクダウン圧延機、粗圧延機及び仕上げ圧延機にて熱間圧延を行った。なお、熱間圧延では、レール１が、頭部１１と足部１２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、熱間圧延ではレール１が倒立姿勢で圧延されたため、レール１を冷却装置２に搬入する際に転回することで、足部１２が鉛直方向下側となり頭部１１が鉛直方向上側となる図３に示す正立姿勢にさせ、足部１２をクランプ２３ａ，２３ｂで拘束した。そして、冷却ヘッダから冷却媒体として空気を噴射して冷却を行った。また、冷却ヘッダ〜レール間の距離である噴射距離を、２０ｍｍまたは５０ｍｍの一定とし、冷却中に変化させなかった。このとき、クランプ２３ａ，２４ａと、第１冷却ヘッダ２１１ａ〜２１１ｃと、レールの製品寸法とから相対位置を事前に測定及び決定し、第１駆動部２１３ａ〜２１３ｃを駆動させることによって、噴射距離を設定した。さらに、特許文献１の冷却方法のように、冷却途中で変態発熱による冷却速度の低下が生じたときより、冷却媒体の噴射流量を増加させ、冷却速度を維持させる制御を行った。このとき、機内温度計２４で頭部１１の温度測定を連続的に行いながら、実績の温度に応じて一定の冷却速度となるように、調整部２１２ａ〜２１２ｃで噴射流量の調整を行った。そして、頭部１１の表面温度が４３０℃以下になるまで冷却を行った。【００７１】
熱処理工程の後、レール１を冷却装置２から搬出テーブル４へと取り出し、冷却床へと搬送し、冷却床にてレール１の表面温度が５０℃となるまで冷却を行った。
その後、ローラ矯正機を用いて矯正を行い、最終的な製品となるレール１を製造した。
さらに、従来例１では、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。硬度測定の方法としては、レール１の頭部１１の幅方向中央の表面、並びに頭部１１の表面より５ｍｍ、１０ｍｍ、１５ｍｍ、２０ｍｍ及び２５ｍｍ深さ位置にて、ブリネル硬さ試験を行った。表２に、従来例１における、成分の条件、噴射距離の設定値、冷却速度の実績値及びブリネル硬度の測定値を示す。また、採取された各サンプルについて、ナイタールによるエッチングを行った後、光学顕微鏡による組織観察を行った。【００７２】
【表２】
0006658895.tif 000003
【００７３】
次に、発明者らは、実施例１として、強制冷却中の冷却速度を冷却媒体の噴射流量ではなく、噴射距離を制御することによって調整することを試みた。
実施例１では、まず、表１に示す条件Ａ〜条件Ｄ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及び不可避的不純物である。【００７４】
次いで、従来例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、倒立姿勢で熱間圧延を行った。
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、従来例１と同様に、冷却装置２に搬入する際にレール１を転回させ、正立姿勢にさせた状態で、クランプ２３ａ，２３ｂでレール１の足部１２を拘束した。そして、冷却ヘッダから冷却媒体として空気を噴射して冷却を行った。また、相変態が開始するまでの強制冷却の前半における、冷却ヘッダ〜レール間の距離である噴射距離は、２０ｍｍまたは５０ｍｍの一定とした。このとき、クランプ２３ａ，２４ａと、第１冷却ヘッダ２１１ａ〜２１１ｃと、レールの製品寸法とから相対位置を事前に測定及び決定し、第１駆動部２１３ａ〜２１３ｃを駆動させることによって、噴射距離を設定した。。さらに、冷却途中で変態発熱による冷却速度の低下が生じたときより、第１冷却ヘッダ２１１ａ〜２１１ｃの噴射距離を、２０ｍｍから１５ｍｍ、５０ｍｍから４５ｍｍにそれぞれ変化させ、冷却速度を維持させる制御を行った。そして、頭部１１の表面温度が４３０℃以下になるまで冷却を行った。【００７５】
熱処理工程の後、従来例１と同様に、冷却床にてレール１の表面温度が５０℃となるまで冷却を行い、ローラ矯正機を用いて矯正を行うことで、最終的な製品となるレール１を製造した。
さらに、従来例１と同様に、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。表３に、実施例１における、成分の条件、噴射距離の設定値、冷却速度の実績値及びブリネル硬度の測定値を示す。また、採取された各サンプルについて、従来例１と同様に、光学顕微鏡による組織観察を行った。【００７６】
【表３】
0006658895.tif 000004
【００７７】
表３に示すように、実施例１では、成分、噴射距離及び冷却速度の異なる実施例１−１〜１−７の７条件で、レール１の製造を行い、頭部１１のブリネル硬度を測定した。なお、実施例１−１〜１−７では、強制冷却中に第２冷却ヘッダ２２１を移動させずに、３つの第１冷却ヘッダ２１１ａ〜２１１ｃを移動させて強制冷却を行った。実施例１−８では、第２冷却ヘッダ２２１及び２つの第１冷却ヘッダ２１１ｂ，２２２ｃを移動させずに、第１冷却ヘッダ２１１ａのみを移動させて強制冷却を行った。実施例１−９では、３つの第１冷却ヘッダ２１１ａ〜２１１ｃ及び第２冷却ヘッダ２２１の全ての冷却ヘッダを移動させて強制冷却を行った。このとき、クランプ２３ａ，２４ａと、第１冷却ヘッダ２１１ａ〜２１１ｃと、レールの製品寸法とから相対位置を事前に測定及び決定し、第１駆動部２１３ａ〜２１３ｃを駆動させることによって、噴射距離を変化させた。また、実施例１−１〜１−７は、従来例１−１〜１−７とそれぞれ同じ冷却速度で強制冷却をしたものであり、従来例１−１〜１−７では冷却媒体の噴射流量で冷却速度を調整していたのに対して、実施例１−１〜１−７では冷却媒体の噴射距離で冷却速度を調整している。【００７８】
表２及び表３に示すように、実施例１−１〜１−７では、頭部１１の表面及び２５ｍｍまでの深さにおいて、冷却速度が同じ条件となる従来例１−１〜１−７とそれぞれ同様な硬度となることが確認できた。また、従来例１−１〜１−７では、相変態による発熱後に、冷却媒体の噴射流量を増加させたため、強制冷却において使用される冷却媒体の使用量が増大する。一方、実施例１−１〜１−７では、冷却媒体の噴射流量を増加させなくとも、冷却媒体の噴射距離を変化させるだけで冷却速度を調整できたため、従来例１−１〜１−７に比べ、強制冷却において使用される冷却媒体の使用量を低減させることができ、エネルギーコストを低減させることができた。
また、強制冷却中に頭部１１の頭頂面に冷却媒体を噴射する第１冷却ヘッダ２１１ａのみを移動させた実施例１−８では、表面及び５ｍｍ深さの硬度が同成分かつ同冷却速度で製造をした実施例１−１と比較して、ＨＢ５程度上昇することが確認できた。【００７９】
さらに、実施例１−１では、製造したレール１は１００ｍあたり５００ｍｍの下反りが生じることが確認された。これに対して、強制冷却中に第２冷却ヘッダ２２１を移動させ、足部１２の冷却量が増加するように噴射距離を調整した実施例１−９では、頭部１１と足部１２との冷却バランスが適正化され、実施例１−１に比べて反りが１／１０に低減し、１００ｍあたり５０ｍｍの下反りとなった。
さらに、従来例１−１〜１−７及び実施例１−１〜１−９のサンプル断面の組織観察を行ったところ、頭部１１の表面を含むレール１全体がパーライト組織をなすことが確認され、マルテンサイト組織やベイナイト組織は観察されなかった。
【実施例２】
【００８０】
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、上記実施形態と同様に冷却媒体の冷却速度及び冷却流量を変化させながら強制冷却を行い、その材質について評価を行った。
はじめに、実施例２に先立ち従来例２として、特許文献２のように、強制冷却途中で冷却媒体を空気からミストへと変化させて冷却する方法、及び強制冷却途中で冷却媒体の噴射圧力を変えることで冷却流量を変化させて冷却する方法を、噴射距離を変更せずに行った。従来例２では、まず、表１に示す条件Ｄ及び条件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及び不可避的不純物である。【００８１】
次いで、従来例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、倒立姿勢で熱間圧延を行った。
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、従来例１と同様に、冷却装置２に搬入する際にレール１を転回させ、正立姿勢にさせた状態で、クランプ２３ａ，２３ｂでレール１の足部１２を拘束した。そして、冷却ヘッダから冷却媒体として空気またはミストを噴射して冷却を行った。また、冷却ヘッダ〜レール間の距離である噴射距離は、２０ｍｍまたは３０ｍｍの一定とし、冷却中に変化させなかった。さらに、従来例２では、熱処理工程を冷却条件の異なる初期冷却ステップ及び最終冷却ステップの２段階に分け、頭部１１の表面温度が４３０℃以下になるまで冷却を行った。【００８２】
熱処理工程の後、従来例１と同様に、冷却床にてレール１の表面温度が５０℃となるまで冷却を行い、ローラ矯正機を用いて矯正を行うことで、最終的な製品となるレール１を製造した。
さらに、従来例１と同様に、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。表４に、従来例２及び後述する実施例２における、成分の条件、各冷却ステップにおける冷却条件（冷却時間（初期冷却ステップのみ）、噴射距離の設定値及び冷却速度の実績値）及びブリネル硬度の測定値を示す。また、採取された各サンプルについて、従来例１と同様に、光学顕微鏡による組織観察を行った。【００８３】
【表４】
0006658895.tif 000005
【００８４】
表４に示すように、従来例２では、成分及び冷却条件の異なる従来例２−１，２−２の２条件でレール１の製造を行った。従来例２−１の場合、強制冷却開始後、第１冷却ステップでは冷却媒体に空気を用いて冷却を行い、２０秒経過の後に、最終冷却ステップでは冷却媒体を空気からミストに替えて１５０秒間冷却を行った。また、従来例２−２の場合、強制冷却開始後、初期冷却ステップ及び最終冷却ステップでは、共に冷却媒体として空気を用いて冷却を行った。さらに、従来例２−２では、初期冷却ステップにて強制冷却開始後から３０秒経過までの間、冷却媒体の噴射圧力を５ｋＰａとして、その後、第２冷却ステップにて、１５０秒経過までの間、冷却媒体の噴射圧力を１００ｋＰａとして強制冷却を行った。【００８５】
従来例２−２では、最終冷却ステップにて噴射圧力の増大に伴って、噴射流量も増大している。また、従来例２−２では、最終冷却ステップの冷却速度の目標を１５℃／秒と定めたが、１００ｋＰａという高圧（高流量）で冷却媒体を噴射したにも関わらず、冷却速度の実績は１２℃／秒となり、目標の冷却速度に達しないことが確認された。
また、従来例２−１のサンプルについて、組織観察を行ったところ、表面を含むレール１の全体がパーライト組織をなしていることを確認した。これに対して、従来例２−２では、表面の一部で、マルテンサイト組織やベイナイト組織といった靱性や耐摩耗性を悪化させる組織が観察された。これは、ミスト冷却によって水滴が、繰り返し多く当たった位置が急冷されて、コールドスポットと呼ばれる領域が生成したことに起因すると考えられる。【００８６】
次に、本発明者らは、実施例２として、上記実施形態と同様に冷却媒体の噴射距離及び噴射流量を変化させてレール１の製造を行った。
実施例２では、まず、表１に示す条件Ａ〜条件Ｇ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及び不可避的不純物である。【００８７】
次いで、従来例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、倒立姿勢で熱間圧延を行った。
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、従来例１と同様に、冷却装置２に搬入する際にレール１を転回させ、正立姿勢にさせた状態で、クランプ２３ａ，２３ｂでレール１の足部１２を拘束した。そして、冷却ヘッダから冷却媒体として空気を噴射して冷却を行った。【００８８】
また、実施例２では、熱処理工程を噴射距離及び冷却速度の異なる初期冷却ステップと最終冷却ステップとの２段階、または初期冷却ステップと中間冷却ステップと最終冷却ステップとの３段階に分け、最終的に頭部１１の表面温度が４３０℃以下になるまで冷却を行った。この際、第１冷却ヘッダ２１１ａ〜２１１ｃから噴射される冷却媒体の噴射流量を、機内温度計２４の測定結果から得られる冷却速度が、目標となる冷却速度となるように制御した。なお、ここでいう冷却速度は、各冷却ステップの開始及び終了時の表面温度、及び各冷却ステップに掛かる時間から計算される値（各冷却ステップにおける平均冷却速度）であり、各冷却ステップ中に生じる変態発熱による昇温も含まれる場合もある。【００８９】
熱処理工程の後、従来例１と同様に、冷却床にてレール１の表面温度が５０℃となるまで冷却を行い、ローラ矯正機を用いて矯正を行うことで、最終的な製品となるレール１を製造した。
さらに、従来例１と同様に、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。また、採取された各サンプルについて、従来例１と同様に、光学顕微鏡による組織観察を行った。【００９０】
表４に示すように、実施例２では、成分、及び冷却条件の異なる実施例２−１〜２−９の９条件で、レール１の製造を行った。表４に示すように、実施例２−１，２−３，２−４，２−６〜２−９の条件では、熱処理工程を初期冷却ステップ及び最終冷却ステップの２段階に分けて行った。また、実施例２−２，２−５の条件では、熱処理工程を初期冷却ステップ、中間冷却ステップ及び最終冷却ステップの３段階に分けて行った。【００９１】
実施例２における組織観察の結果、実施例２−１〜２−９の全ての条件において、表面を含む頭部１１の全ての組織がパーライト組織となることが確認された。つまり、従来例２−２と初期冷却ステップ及び最終冷却ステップにおける同一の冷却条件となる実施例２−３においても、表面を含む頭部１１の全ての組織がパーライト組織となり、マルテンサイト組織やベイナイト組織がないことが確認できた。また、実施例２−３では、頭部１１の表面を除く５ｍｍよりも深い位置での硬度が、従来例２−１とほぼ同じとなることが確認できた。これに対して、噴射距離を変更せずに、冷却媒体の噴射流量（噴射圧力）を変更し、熱処理工程での冷却後半における冷却速度の上昇を図った実施例２−２では、冷却条件の近い実施例２−３に比べて、特に１０ｍｍよりも深い位置での硬度の低下が確認された。
また、実施例２−１，２−２の条件で製造したレール１は、カーブ区間に適用可能な条件となる、表面の硬度がＨＢ４２０以上、２５ｍｍ深さでの硬度がＨＢ３９０以上という条件を達成することが確認された。
【実施例３】
【００９２】
次に、本発明者らが行った実施例３について説明する。実施例３では、上記実施形態と同様に冷却媒体の冷却速度を変化させながら強制冷却を行い、噴射距離の決定方法による材質への影響について評価を行った。
実施例３では、まず、表１に示す条件Ｄ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及び不可避的不純物である。【００９３】
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、倒立姿勢で熱間圧延を行った。
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、冷却装置２に搬入する際にレール１を転回させ、正立姿勢にさせた状態で、クランプ２３ａ，２３ｂでレール１の足部１２を拘束した。熱処理工程の条件は表４に記載の実施例２−１とし、そして、冷却ヘッダから冷却媒体として空気を噴射して冷却を行った。【００９４】
熱処理工程を噴射距離及び冷却速度の異なる初期冷却ステップと最終冷却ステップとの２段階に分け、最終的に頭部１１の表面温度が４３０℃以下になるまで冷却を行った。この際、第１冷却ヘッダ２１１ａ〜２１１ｃから噴射される冷却媒体の噴射流量を、機内温度計２４の測定結果から得られる冷却速度が、目標となる冷却速度となるように制御した。なお、ここでいう冷却速度は、各冷却ステップの開始及び終了時の表面温度、及び各冷却ステップに掛かる時間から計算される値（各冷却ステップにおける平均冷却速度）であり、各冷却ステップ中に生じる変態発熱による昇温も含まれる場合もある。【００９５】
表５には、各条件における、冷却条件（冷却時間（初期冷却ステップのみ）、噴射距離の設定値及び冷却速度の実績値）及び距離制御方法を示す。「相対位置」と記載された条件では、クランプ２３ａ，２３ｂと、第１冷却ヘッダ２１１ａ〜２１１ｃと、レールの製品寸法とから相対位置を事前に測定及び決定し、第１駆動部２１３ａ〜２１３ｃを駆動させることによって、噴射距離を変化させた。「レーザー変位計」、「渦流式変位計」と記載された条件では、図１及び図２に記載の距離計２７の位置（各ヘッダの幅方向中央、長手端部）にレーザー変位計または渦流式変位計を設置し、この距離計２７による距離測定を随時行いつつ、誤差があった場合には自動で所定の噴射距離となるように、第１駆動部２１３ａ〜２１３ｃを駆動させ、修正した。【００９６】
【表５】
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【００９７】
なお、第２冷却ヘッダ２２１とレール１との間の距離、すなわち、第２冷却ヘッダ２２１の噴射距離は３０ｍｍとし、噴射距離を変化させずに冷却を行った。また、第２冷却ヘッダ２２１によって冷却される、レール１の足部１２の目標冷却速度は１．５℃／秒とした。
熱処理工程の後、レール１を冷却装置２から搬出テーブル４へと取り出し、冷却床へと搬送し、冷却床にてレール１の表面温度が５０℃となるまで冷却を行った。【００９８】
その後、ローラ矯正機を用いて矯正を行い、最終的な製品となるレール１を製造した。このとき、最終製品の上下方向の反り量は、長手方向の２５ｍあたり、上下方向に５０ｍｍの下反りであった。
そして、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。硬度測定の方法としては、レール１の頭部１１の幅方向中央の表面、並びに頭部１１の表面より５ｍｍ、１０ｍｍ、１５ｍｍ、２０ｍｍ及び２５ｍｍ深さ位置にて、ブリネル硬さ試験を行った。【００９９】
表５に示すように、ブリネル硬度の平均値の各条件差はＨＢ３以下と小さかったが、２１サンプルから求めた硬度の標準偏差は、実施例３−１の噴射距離をクランプ２３ａ，２３ｂと、第１冷却ヘッダ２１１ａ〜２１１ｃと、レールの製品寸法とから決定される相対位置とした条件の方が、実施例３−２，３−３の噴射距離を自動制御した条件より値が大きかった。実施例３−１の標準偏差が大きくなった要因としては、冷却ヘッダが複数台長手方向に直列に配置されており、各々の相対位置の測定値のばらつきや、駆動部の機差による差が生じたことが考えられる。
よって、噴射距離を制御するには、オンラインで噴射距離が測定可能な装置が好ましく、レーザー変位計や渦流式変位計などを設置する方が好ましいことが確認された。【０１００】
また、実施例３では、製品の反り量が大きかったため、第２冷却ヘッダ２２１の冷却速度を第２駆動部２２３の駆動によって、噴射距離を変化させた条件でも熱処理工程を行った。この際、初期冷却ステップの第２冷却ヘッダ２２１の噴射距離を３０ｍｍ、冷却速度を１．５℃／秒に制御し、最終冷却ステップに入るタイミングで、第２冷却ヘッダ２２１の噴射距離を２０ｍｍ、冷却速度を２．５℃／秒とし、冷却を行った。その結果、レール２５ｍあたりの反り量が上反り１０ｍｍとなり、反り量が低減し、かつ反り量を制御することに成功した。
【符号の説明】
【０１０１】
１  レール
１１  頭部
１２  足部
１３  ウェブ部
２  冷却装置
２１  第１冷却部
２１１ａ〜２１１ｃ  第１冷却ヘッダ
２１２ａ〜２１２ｃ  第１調整部
２１３ａ〜２１３ｃ  第１駆動部
２２  第２冷却部
２２１  第２冷却ヘッダ
２２２  第２調整部
２２３  第２駆動部
２３ａ，２３ｂ  クランプ
２４  機内温度計
２５  搬送部
２６  制御部
２７  距離計
３  搬入テーブル
４  搬出テーブル
５  出側温度計
【図１】
0006658895.tif 000007
【図２】
0006658895.tif 000008
【図３】
0006658895.tif 000009
【図４】
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