(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量％で、
Ｃ  ：０．８５超〜１．４０％、
Ｓｉ：０．１０〜１．００％、
Ｍｎ：０．１０〜１．５０％
を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼を熱間圧延した、高温度の熱を保有する鋼レール、あるいは高温度に再加熱された鋼レールの頭部を、オーステナイト域温度から１０超〜３０℃／sec の冷却速度で加速冷却し、該鋼レール頭部の温度が５８０〜５００℃に達した時点で加速冷却を停止し、引き続き、５８０〜５００℃の温度範囲内で２〜２０分の保定を行い、保定中にパーライト変態が完了する場合は冷媒を用いて常温域まで冷却し、保定後の冷却中にパーライト変態が完了する場合は放冷（自然冷却）することを特徴とする、耐摩耗性に優れた高強度パーライト系レールの製造法。
【請求項２】
重量％で、
Ｃ  ：０．８５超〜１．４０％、
Ｓｉ：０．１０〜１．００％、
Ｍｎ：０．１０〜１．５０％
を含有し、さらに、
Ｃｒ：０．０５〜１．００％、  Ｍｏ：０．０１〜０．２０％、
Ｖ  ：０．０１〜０．３０％、  Ｎｂ：０．００２〜０．０５％、
Ｃｏ：０．１０〜２．００％
の１種または２種以上を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼を熱間圧延した、高温度の熱を保有する鋼レール、あるいは高温度に再加熱された鋼レールの頭部を、オーステナイト域温度から１０超〜３０℃／sec の冷却速度で加速冷却し、該鋼レール頭部の温度が５８０〜５００℃に達した時点で加速冷却を停止し、引き続き、５８０〜５００℃の温度範囲内で２〜２０分の保定を行い、保定中にパーライト変態が完了する場合は冷媒を用いて常温域まで冷却し、保定後の冷却中にパーライト変態が完了する場合は放冷（自然冷却）することを特徴とする、耐摩耗性に優れた高強度パーライト系レールの製造法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、重荷重鉄道レールに要求される耐摩耗性を大きく向上させた高強度パーライト系レールの製造法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
海外の重荷重鉄道では、鉄道輸送の高効率化の手段として、列車速度の向上や列車積載重量の増加が図られている。このような鉄道輸送の効率化はレール使用環境の過酷化を意味し、レール材質の一層の改善が要求されるに至っている。
具体的には、曲線区間に敷設されたレールでは、Ｇ．Ｃ．（ゲージ・コーナー）部や頭側部の摩耗が急激に増加し、レールの使用寿命の点で問題視されるようになった。
【０００３】
しながら、最近の高強度化熱処理技術の進歩により、共析炭素鋼を用いた微細パーライト組織を呈した下記に示すような高強度（高硬度）レールが発明され、重荷重鉄道の曲線区間のレール寿命を飛躍的に改善してきた。
▲１▼  頭部がソルバイト組織、または微細なパーライト組織の超大荷重用の熱処理レール（特公昭５４−２５４９０号公報）。
▲２▼  圧延終了後あるいは、再加熱したレール頭部をオーステナイト域温度から８５０〜５００℃間を１〜４℃／sec で加速冷却する１３０kgf/mm2 以上の高強度レールの製造法（特公昭６３−２３２４４号公報）。
【０００４】
これらのレールの特徴は、共析炭素含有鋼（炭素量：０．７〜０．８％）による微細パーライト組織を呈する高強度レールであり、その目的とするところは、パーライト組織中のラメラ間隔の微細化により耐摩耗性を向上させるところにあった。
【０００５】
しかし、近年海外の重荷重鉄道ではより一層の鉄道輸送の高効率化のために、貨物の高積載化を強力に進めており、特に急曲線のレールでは上記開発のレールを用いてもＧ．Ｃ．部や頭側部の耐摩耗性が確保できず、摩耗によるレール寿命の低下が問題となってきた。このような背景から、現状の共析炭素鋼の高強度レール以上の耐摩耗性を有するレールの開発が求められるようになってきた。
【０００６】
従来の共析炭素成分のパーライト組織を呈したレール鋼では、耐摩耗性の向上を図るため、パーライト組織中のラメラ間隔を微細化し、硬さを向上させる方法が用いられている。しかし、共析炭素成分のパーライト組織を呈したレール鋼では現状の硬さが上限（Ｈｖ４２０）であり、硬さの向上を狙って熱処理冷却速度や合金添加量を増加させると、パーライト組織中にベイナイトやマルテンサイト組織が生成し、レールの耐摩耗性や靭性を低下させるといった問題があった。
【０００７】
また、このような問題が発生した場合の解決方法としては、パーライト組織より耐摩耗性の優れた金属組織を呈した材料をレール鋼として使用する方法が考えられるが、レールと車輪のようなころがり摩耗環境下では微細パーライト組織よりも安価で耐摩耗性に優れた材料は見いだされていないのが現状である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来、高強度レール鋼として用いられている共析炭素成分のパーライト組織は、柔らかいフェライト相と板状の硬いセメンタイト相の層状構造になっている。
本発明者らはパーライト組織の摩耗機構を解析した結果、先ずはじめに車輪の通過により柔らかなフェライト相が絞り出され、その後、ころがり面直下に硬いセメンタイト相のみが積層化し、耐摩耗性が確保されていることを確認した。
【０００９】
そこで、本発明者らは耐摩耗性を向上させるため、パーライト組織の硬さを向上させると同時に、鋼の炭素量を高くし、耐摩耗性を確保しているパーライト組織中の板状の硬いセメンタイト相の比率を増加させ、ころがり面直下でのセメンタイト相の密度を高めることにより、耐摩耗性が飛躍的に向上することを実験により見いだした。
【００１０】
図１はパーライト鋼の硬さと摩耗量の関係を実験室的に評価し、炭素量と摩耗量の関係で比較したものである。炭素量の増加により、同一硬さにおいても摩耗量が減少しており、高炭素化（過共析化）により従来の共析鋼（炭素量：０．７〜０．８％）と比較して耐摩耗性が飛躍的に改善することがわかる。
【００１１】
しかし、耐摩耗性を向上させるため炭素量を共析炭素（炭素量：０．８％）以上に増加させると、パーライト組織中に初析セメンタイトが生成し、レールの靭性や延性が大きく低下するといった問題があった。
【００１２】
炭素量を増加させた時に生成するこの初析セメンタイトは、冷却速度が比較的遅く、パーライト変態が始まる前の高温度域で生成することが知られている。そこで、この初析セメンタイトの生成を防止する方法として、熱間圧延直後のレール、または再加熱により高温の熱を保有したレールに加速冷却を行う下記に示すレールの製造法が発明された。
▲３▼  レール頭部をオーステナイト域温度から冷却停止温度７００〜５００℃までの間を１〜１０℃／sec で加速冷却するレールの製造法（特開平８−２４６１００号公報）。
【００１３】
また、図２の炭素量とパーライト変態特性の関係に示すように、共析炭素以上に炭素量を増加した鋼においは、炭素量の増加により従来の共析鋼と比較してパーライト変態ノーズが短時間側へ移動する特徴を有している。そこで、パーライト変態が高冷却速度範囲でも容易に生成することに着目して、次のようなレールの製造法が発明された。
▲４▼  レール頭部をオーステナイト域温度から冷却停止温度７５０〜６００℃までの間を１０超〜３０℃／sec で加速冷却し、引き続き、７５０〜６００℃の間の温度から５５０〜４５０℃の間の温度まで１〜１０℃／sec 未満で制御冷却するレールの製造法（特開平９−１３７２２７号公報）。
【００１４】
これらのレールの製造法の特徴は、先ず、オーステナイト域からの加速冷却により、パーライト変態が始まる前の高温度域で生成する初析セメンタイト組織の生成を防止し、その後の加速冷却領域において、レールの靭性に有害な低温度域で生成するマルテンサイト組織の生成を防止するため、６００℃以上の高温度域からパーライト変態を開始させ、５００℃前後の温度域で完全にパーライト変態を終了させる方法であり、その目的とするところは、レールの靭性や延性に有害な初析セメンタイト組織やマルテンサイト組織の生成を防止し、微細なパーライト組織をできるだけ多く生成させ、硬さを向上させるところにあった。
【００１５】
しかし、これらの方法では加速冷却中に完全にパーライト変態を終了させることを目的としているため、６００℃以上の比較的高温度域からパーライト変態が開始するような冷却条件となっている。したがって、部分的には高温度域で生成する硬さの低いパーライト組織の混入が避けられず、上記発明の熱処理レール以上のより一層の高強度化には一定の限界があった。
【００１６】
かかる状況から本発明は、重荷重鉄道のレールに要求される耐摩耗性を大きく向上させた高強度レールを熱処理により低コストで提供することを目的とするものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは重荷重鉄道用レールの耐摩耗性をよリー層向上させるため、上記発明の熱処理レール以上に高強度化する冷却方法を実験により検討した。その結果、初析セメンタイト組織の生成を防止し、かつ、高温度域で生成する硬さの低いパーライト組織の生成を防止するため、熱間圧延直後のレール、または再加熱により高温度の熱を保有したレール、すなわちオーステナイト温度域にあるレール頭部に、パーライト変態開始までの高温度域を１０超〜３０℃／sec の冷却速度で加速冷却を行うことにより、初析セメンタイト組織および硬さの低いパーライト組織の生成を防止できることを実験により確認した。
【００１８】
さらに、本発明者らは上記加速冷却後に硬さの高いパーライト組織を安定的に生成させる冷却方法を検討した。その結果、レール頭部が５８０〜５００℃に達した時点で加速冷却を停止し、引き続き、レール頭部を５８０〜５００℃の温度範囲内で一定時間保定することにより、硬さの高いパーライト組織が安定的に生成することを実験により確認した。
【００１９】
以上の結果から、本発明者らは重荷重鉄道用レールの耐摩耗性の向上を図るため、先ず、レール鋼の炭素量を増加させ、同時に、熱間圧延直後のレール、または再加熱により高温の熱を保有したレールに加速冷却を行い、引き続き、所定の温度範囲で一定時間保定することにより、レールの延性や靭性に有害な初析セメンタイト組織や高温度域で生成する硬さの低いパーライト組織の生成を防止することが可能となり、その結果、セメンタイト相の密度が高く、硬さの高いパーライト組織を呈した耐摩耗性に優れた高強度レールが製造できることを確認した。
【００２０】
本発明は上記知見に基づくものであって、その要旨とするところは、重量％で、
Ｃ  ：０．８５超〜１．４０％、  Ｓｉ：０．１０〜１．００％、
Ｍｎ：０．１０〜１．５０％を含有し、さらに必要に応じて、
Ｃｒ：０．０５〜１．００％、    Ｍｏ：０．０１〜０．２０％、
Ｖ  ：０．０１〜０．３０％、    Ｎｂ：０．００２〜０．０５％、
Ｃｏ：０．１０〜２．００％
の１種または２種以上を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼を熱間圧延した、高温度の熱を保有する鋼レール、あるいは高温度に再加熱された鋼レールの頭部を、オーステナイト域温度から１０超〜３０℃／sec の冷却速度で加速冷却し、該鋼レール頭部の温度が５８０〜５００℃に達した時点で加速冷却を停止し、引き続き、５８０〜５００℃の温度範囲内で２〜２０分の保定を行い、保定中にパーライト変態が完了する場合は冷媒を用いて常温域まで冷却し、保定後の冷却中にパーライト変態が完了する場合は放冷（自然冷却）することを特徴とする、耐摩耗性に優れた高強度パーライト系レールの製造法である。
【００２１】
ここで、本発明の請求項およびその説明で用いている「高温度」、「レール頭部」、「保定」の用語は、以下の内容を有する。
「高温度」とは、鋼がオーステナイト化し、安定している温度域であり、具体的には、圧延直後のレール頭部においてはＡｒ3 点以上の温度域であり、また再加熱されたレール頭部ではＡｃ3 から約３０℃以上の温度域を示すものである。
「レール頭部」とは、レール頭部の外郭表面近傍を示すものであり、具体的には、図４に示すようにレール頭部頂面（図４の符号１）およびコーナー部（図４の符号２）の表面から内部へ少なくとも１〜１０mmの範囲を示すものである。
「保定」とは、レール頭部をある温度範囲内において、一定時間保持することを意味するものである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
先ず、本発明においてレールの化学成分を上記のように限定した理由について説明する。
Ｃはパーライト変態を促進させ、かつ耐摩耗性を確保する有効な元素であり、通常のレール鋼としてはＣ量０．６０〜０．８５％が添加されているが、Ｃ量０．８５％以下では耐摩耗性の向上を図るためのパーライト組織中のセメンタイト相の密度が確保できず、さらに、レール頭部内部に疲労損傷の起点となる粒界フェライトが生成し易くなり、レール寿命が低下する。また、Ｃ量が１．４０％を超えると、成分系によっては上記加速冷却を行っても、パーライト組織中に初析セメンタイトが生成し、レールの靭性や延性が大きく低下することや、パーライト組織中のセメンタイト相の密度が増加し、レールに必要とされる延性を十分に確保できなくなるため、Ｃ量を０．８５超〜１．４０％に限定した。
【００２３】
Ｓｉはパーライト組織中のフェライト相への固溶体硬化により、レール母材やオーステナイト域まで再加熱された溶接継手部の硬度（強度）を向上させる元素であるが、０．１０％未満ではその効果が十分に期待できず、また１．００％を超えると、熱間圧延時に表面疵が多く生成することや、溶接性も低下するため、Ｓｉ量を０．１０〜１．００％に限定した。
【００２４】
Ｍｎはパーライト変態温度を低下させ、焼入れ性を高めることによって高強度化に寄与し、さらに、初析セメンタイトの生成を抑制する元素であるが、０．１０％未満の含有量ではその効果が小さく、レール頭部に必要とされる硬さの確保が困難となる。また、１．５０％を超えると、パーライト変態速度が低下し、加速冷却後の保定領域においてパーライト変態が終了せず、その後の冷却中にレールの靭性に有害なマルテンサイト組織が生成するため、Ｍｎ量を０．１０〜１．５０％に限定した。
【００２５】
また、上記の成分組成で製造されるレールは、強度、延性、靭性を向上させる目的で以下の元素を必要に応じて１種または２種以上を添加する。
Ｃｒ：０．０５〜１．００％、    Ｍｏ：０．０１〜０．２０％、
Ｖ  ：０．０１〜０．３０％、    Ｎｂ：０．００２〜０．０５０％、
Ｃｏ：０．１０〜２．００％
【００２６】
次に、これらの化学成分を上記のように定めた理由について説明する。
Ｃｒはパーライトの平衡変態点を上昇させ、結果としてパーライト組織を微細にして高強度化に寄与すると同時に、パーライト組織中のセメンタイト相を強化することによって耐摩耗性を向上させる元素であるが、０．０５％未満ではその効果が小さく、１．００％を超える過剰な添加を行うと、パーライト変態速度が著しく低下し、加速冷却後の保定領域においてパーライト変態が終了せず、その後の冷却中にレールの靭性に有害なマルテンサイト組織が生成することや、偏析が助長され、偏析部の共析炭素量の低下により初析メンタイト組織が生成し易くなるため、Ｃｒ添加重を０．０５〜１．００％に限定した。
【００２７】
ＭｏはＣｒ同様パーライトの平衡変態点を上昇させ、結果としてパーライト組織を微細にすることにより高強度化に寄与し、耐摩耗性を向上させる元素であるが、０．０１％未満ではその効果が小さく、０．２０％を超える過剰な添加を行うと、偏析が助長され、さらに、パーライト変態速度が低下するため、加速冷却後の保定領域中にパーライト変態が終了せず、その後の冷却において偏析部にマルテンサイト組織が生成してレールの靭性を低下させるため、Ｍｏ量を０．０１〜０．２０％に限定した。
【００２８】
Ｖは熱間圧延時の冷却過程で生成したＶ炭・窒化物による析出硬化で強度を高め、さらに、高温度に加熱する熱処理が行われる際に結晶粒の成長を抑制する作用によりオーステナイト粒を微細化させ、パーライト組織の強度、延性および靭性を向上させるのに有効な成分であるが、０．０１％未満ではその効果が十分に期待できず、０．３０％を超えて添加してもそれ以上の効果が期待できないことから、Ｖ量を０．０１〜０．３０％に限定した。
【００２９】
ＮｂはＶと同様にＮｂ炭・窒化物を形成してオーステナイト粒を細粒化する有効な元素であり、そのオーステナイト粒成長抑制効果はＶよりも高温度域（１２００℃近傍）まで作用し、パーライト組織の延性と靭性を改善する。その効果は、０．００２％未満では期待できず、また、０．０５０％を超える過剰な添加を行ってもそれ以上の効果が期待できない。従って、Ｎｂ量を０．００２〜０．０５０％に限定した。
【００３０】
Ｃｏはパーライトの変態エネルギーを増加させて、パーライト組織を微細にすることにより強度を向上させる元素であるが、０．１０％未満ではその効果が期待できず、また、２．００％を超える過剰な添加を行ってもその効果が飽和域に達してしまうため、Ｃｏ量を０．１０〜２．００％に限定した。
【００３２】
上記のような成分組成で構成されるレール鋼は、転炉、電気炉などの通常使用される溶解炉で溶製を行い、この溶鋼を造塊・分塊法あるいは連続鋳造法、さらに熱間圧延を経てレールとして製造される。次に、この熱間圧延した高温度の熱を保有するレール、あるいは熱処理する目的で高温に加熱されたレールの頭部を加速冷却し、引き続き、上記温度範囲において一定時間保定することにより、レール頭部のパーライト組織の硬さを向上させる。
【００３３】
次に、加速冷却速度および加速冷却停止温度範囲を上記のように定めた理由について詳細に説明する。
先ず、オーステナイト域温度から１０超〜３０℃／sec の冷却速度でレール頭部を加速冷却する理由について説明する。
加速冷却速度が１０℃／sec 以下になると、成分系によっては加速冷却途中の高温度域で初析セメンタイト組織が生成し、レールの靭性や延性が低下することや、加速冷却途中の高温度域でパーライト変態が始まり、硬さの低いパーライト組織が生成し、高強度化が困難となるため、１０℃／sec 超に限定した。
また、３０℃／sec を超えると、空気およびミスト等のいずれの冷媒を用いても冷却速度が安定せず、冷却停止温度の制御が困難となり、過冷却によりレールの耐摩耗性に有害なベイナイト組織が生成し易くなることや、本成分系においては冷却速度が３０℃／sec 以下であれば、初析セメンタイト組織の生成の防止が可能となり、十分に高温度域で生成する硬さの低いパーライト組織の生成が抑制できるため、３０℃／sec 以下に限定した。
【００３４】
次に、レール頭部の温度が５８０〜５００℃に達した時点で加速冷却を停止する理由について説明する。
オーステナイト温度域から１０℃／sec 超の冷却速度で加速冷却し、レール温度が５８０℃を超える温度域で加速冷却を停止すると、その後の保定領域において硬さの低いパーライト組織が多く生成し、高強度化が困難となるため、５８０℃以下に限定した。また、５００℃未満の温度域で加速冷却を停止すると、その後の保定領域においてレールの耐摩耗性に有害なベイナイト組織が生成し易くなるため、５００℃以上に限定した。
【００３５】
次に、保定温度時間および保定時間を上記のように定めた理由について詳細に説明する。
まず、加速冷却後にレール頭部を５８０〜５００℃の温度範囲内で保定する理由について説明する。
保定温度が５８０℃を超えると、硬さの低いパーライト組織が多く生成し、高強度化が困難となるため、５８０℃以下に限定した、また、５００℃未満の温度域で保定すると、レールの耐摩耗性に有害なベイナイト組織が生成し易くなるため、５００℃以上に限定した。
【００３６】
次に、加速冷却後にレール頭部を５８０〜５００℃の温度範囲内で２〜２０分の保定を行う理由について説明する。
保定時間が２分未満になると、成分系や圧延後のオーステナイト粒度によっては、上記温度範囲内の保定中およびその後の放冷（自然冷却）中にパーライト変態が完全に終了せず、パーライト組織中にレールの靭性や耐摩耗性に有害なマルテンサイト組織やベイナイト組織が生成するため、２分以上に限定した。また、保定時間が２０分を超えると、保定温度の選択によっては保定中に生成した高強度のパーライト組織が焼き戻され、硬さの低下により高強度化が困難となるため、２０分以下に限定した。
【００３７】
なお、この製造法においては、保定時間中にパーライト変態が完了する場合と、その後の放冷（自然冷却）中にパーライト変態が完全に終了する場合がある。
したがって、この保定時間はパーライト変態が完全に終了する時間を示すものではない。
保定中にパーライト変態が終了しなくても、復熱を含むあるいは含まない保定後の冷却過程で変態が終了するため、問題はない。
なお、図３に示す様に保定終了後にレール内部からの復熱が生じる場合と生じない場合がある。保定後の冷却については、特に限定していないが、放冷（自然冷却）することが望ましい。
【００３８】
従って、パーライト組織を呈した耐摩耗性に優れた高強度レールを製造するには、図３に示すように、レールの靭性や延性に有害な初析セメンタイト組織の生成を防止し、さらに、加速冷却途中の高温度域において、硬さの低いパーライト組織の生成を防止するため、レール頭部をオーステナイト域温度から５８０〜５００℃までの間を１０超〜３０℃／sec の冷却速度で加速冷却し、さらに、微細なパーライト組織を安定的に生成させるため、５８０〜５００℃の温度範囲内で２〜２０分の保定を行い、低温度域で硬さの高いパーライト組織を安定的に生成させる必要がある。
【００３９】
なお、本保定領域では、５８０〜５００℃の温度範囲内において、できるだけ低い温度で恒温保定することが望ましいが、冷媒の選択やその制御方法によっては、図３に示すように保定中に不規則な温度変化を生じることがある。しかし、保定温度が５８０〜５００℃の温度範囲内であれば、いずれの温度においても十分な硬さを有したパーライト組織が得られる。したがって、本熱処理では保定中の不規則な温度変化の発生も含んでいる。
【００４０】
また、冷却後の金属組織はパーライト組織であることが望ましが、冷却停止温度および保定温度の選択によってはパーライト組織中に微量な初析セメンタイト組織やベイナイト組織が混入することがある。しかし、パーライト組織中に微量な初析セメンタイト組織やベイナイト組織が混入しても、レールの耐摩耗性や靭性に大きな影響をおよぼさないため、本パーライト系レールの組織としては若干のセメンタイト組織やベイナイト組織の混在も含んでいる。
【００４１】
加速冷却時の冷却媒体としては、エアーおよび水とエアーの混合噴射冷却、あるいはこれらの組み合わせ、および油、熱湯、ポリマー＋水、ソルトバスへのレール頭部あるいは全体を浸漬等を用いて、所定の冷却速度を得ることが可能である。また、加速冷却後の保定領域での冷却媒体としては、パーライト変態時の大量の発熱を抑制するため、水および水とエアーの混合噴射による制御冷却、あるいは油、熱湯、ポリマー＋水、ソルトバスへの浸漬等を行い、変態発熱を抑えることが望ましい。
【００４２】
ここで、硬度の低いパーライトが発生してレール硬さが低くなることを防ぐため、保定終了後に復熱のある場合は保定上限温度である５８０℃を超えないことが望ましい。
また、保定中にパーライト変態が完遂する場合には、パーライト組織の焼き戻しによる硬さ低下を抑える目的から、水等の冷媒を用いてレールをできるだけ早く常温域まで冷却することが望ましい。
【００４３】
また、加速冷却、保定後のレール頭部の硬さについては、耐摩耗性をより一層向上させるため、Ｈｖ３７０以上とすることが望ましい。また、Ｈｖ３７０以上の硬さの領域は、レールの摩耗寿命を確保するため、図４に示すようにレールの頭頂部１の表面および頭部コーナー部２（頭側部全体を含む）表面を起点として少なくとも深さ２０mmの範囲であることが望ましい。
【００４４】
上記のように、本発明熱処理方法によって製造された高強度パーライト系レールは、海外重荷重鉄道用のレールとして要求される耐摩耗性を十分に満足している。
【００４５】
【実施例】
次に、本発明の実施例について説明する。
表１に本発明レール鋼、また表２に比較レール鋼の、それぞれの化学成分および熱処理条件を示す。さらに、表１、表２には熱処理後のレール頭部の硬さ、組織、および図５に示す西原氏摩耗試験機によるレール頭部材料の摩耗特性評価結果も併記した。
【００４６】
なお、レールの構成は以下のとおりである。
・本発明レール鋼（１０本）  符号：Ａ〜Ｆ、Ｈ〜Ｋ
上記成分範囲でレール頭部に上記限定範囲内の加速冷却を行い、引き続き上記限定範        囲内の温度と時間で保定熱処理を行ったパーライト組織を呈した高強度レール鋼。
・比較レール鋼（１１本）  符号：Ｌ〜Ｖ
共析炭素含有鋼によるパーライト組織を呈した現行の熱処理高強度レール鋼（符号：Ｌ〜Ｎ）、および上記限定範囲内でレール頭部に上記限定範囲外の加速冷却や保定熱処理を行ったレール鋼（符号：Ｏ〜Ｖ）。
【００４７】
摩耗試験条件は以下のとおりとした。
・試験機    ：西原氏摩耗試験機
・試験片形状：円盤状試験片（外径：３０mm、厚さ：８mm）
・試験荷重  ：６８６Ｎ
・すべり率  ：２０％
・相手材    ：パーライト鋼（Ｈｖ３９０）
・雰囲気    ：大気中
・冷却      ：圧搾空気による強制冷却（流量：１００Ｎｌ／min ）
・繰返し回数：７０万回。
【００４８】
【表１】
0003950212.tif 000002
【００４９】
【表２】
0003950212.tif 000003
【００５０】
表１に示すように、現行のパーライト組織を呈した熱処理高強度レール鋼（符号：Ｌ〜Ｎ）よりも炭素量が高い本発明レール鋼は、適切な条件で熱処理を行うことにより、不適切な熱処理を行ったレール鋼（符号：Ｏ〜Ｖ）で生成するセメンタイト、ベイナイトおよびマルテンサイトなどのレールの延性、靭性、および耐摩耗性に有害な組織の生成を防止し、同時に、セメンタイト相の密度が高く、硬さ（強度）の高いパーライト組織を安定的に得ることが可能である。
また、図６に示すように、本発明レール鋼は現行のパーライト組織を呈した熱処理高強度レール鋼（符号：Ｌ〜Ｎ）と比較して、耐摩耗性が大きく向上している。
【００５１】
【発明の効果】
上記のように、本発明によれば、重荷重鉄道の曲線区間において、より一層耐摩耗性に優れた高強度レールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】炭素量と摩耗量の関係を示した図。
【図２】炭素量とパーライト変態特性の関係を示した図。
【図３】本発明レール熱処理製造法の模式図。
【図４】レール頭部断面表面位置の呼称を表示した図。
【図５】西原氏摩耗試験機の概略図。
【図６】  表１に示す本発明レール鋼（符号：Ａ〜Ｆ，Ｈ〜Ｋ）と、表２に示す現行の熱処理高強度レール鋼（符号：Ｌ〜Ｎ）の摩耗試験結果を、硬さと摩耗量の関係で比較した図。
【符号の説明】
１：頭頂部
２：頭部コーナー部
３：レール試験片
４：相手材
５：冷却用ノズル
【図１】
0003950212.tif 000004
【図２】
0003950212.tif 000005
【図３】
0003950212.tif 000006
【図４】
0003950212.tif 000007
【図５】
0003950212.tif 000008
【図６】
0003950212.tif 000009