(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で（以下同じ）、Ｃ：０．０４〜０．０８％、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：２．００％以下、Ｐ：０．０４５％以下、Ｓ：０．０２５〜０．０３０％、Ｎｉ：８．００〜１０．５０％、Ｃｒ：１８．００〜２０．００％、Ｎ：０．０５〜０．１０％を含み、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる成分組成を有し、引張強さが６３７Ｎ／ｍｍ2 以上であり、かつ10％しゅう酸エッチ試験において結晶粒界にみぞのない組織のものであることを特徴とするステンレス鋼レール。
【請求項２】
Ｃ：０．０４〜０．０８％、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：２．００％以下、Ｐ：０．０４５％以下、Ｓ：０．０２５〜０．０３０％、Ｎｉ：８．００〜１０．５０％、Ｃｒ：１８．００〜２０．００％、Ｎ：０．０５〜０．１０％を含み、さらにＣｕ：０．３０〜０．７０％、Ｎｂ：０．０５〜０．２％およびＴｉ：０．０５〜０．２％の１種または２種以上を含み、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる成分組成を有し、引張強さが６３７Ｎ／ｍｍ2 以上であり、かつ10％しゅう酸エッチ試験において結晶粒界にみぞのない組織のものであることを特徴とするステンレス鋼レール。
【請求項３】
Ｃ：０．０４〜０．０８％、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：２．００％以下、Ｐ：０．０４５％以下、Ｓ：０．０２５％未満、Ｎｉ：８．００〜１０．５０％、Ｃｒ：１８．００〜２０．００％、Ｎ：０．１５〜０．５０％を含み、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる成分組成を有し、引張強さが７５０Ｎ／ｍｍ2 以上であり、かつ10％しゅう酸エッチ試験において結晶粒界にみぞのない組織のものであることを特徴とするステンレス鋼レール。
【請求項４】
Ｃ：０．０４〜０．０８％、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：２．００％以下、Ｐ：０．０４５％以下、Ｓ：０．０２５〜０．０３０％、Ｎｉ：８．００〜１０．５０％、Ｃｒ：１８．００〜２０．００％、Ｎ：０．１５〜０．５０％を含み、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる成分組成を有し、引張強さが７５０Ｎ／ｍｍ2 以上であり、かつ10％しゅう酸エッチ試験において結晶粒界にみぞのない組織のものであることを特徴とするステンレス鋼レール。
【請求項５】
Ｃ：０．０４〜０．０８％、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：２．００％以下、Ｐ：０．０４５％以下、Ｓ：０．０２５％未満、Ｎｉ：８．００〜１０．５０％、Ｃｒ：１８．００〜２０．００％、Ｎ：０．１５〜０．５０％を含み、さらにＣｕ：０．３０〜０．７０％、Ｎｂ：０．０５〜０．２％およびＴｉ：０．０５〜０．２％の１種または２種以上を含み、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる成分組成を有し、引張強さが７５０Ｎ／ｍｍ2 以上であり、かつ10％しゅう酸エッチ試験において結晶粒界にみぞのない組織のものであることを特徴とするステンレス鋼レール。
【請求項６】
Ｃ：０．０４〜０．０８％、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：２．００％以下、Ｐ：０．０４５％以下、Ｓ：０．０２５〜０．０３０％、Ｎｉ：８．００〜１０．５０％、Ｃｒ：１８．００〜２０．００％、Ｎ：０．１５〜０．５０％を含み、さらにＣｕ：０．３０〜０．７０％、Ｎｂ：０．０５〜０．２％およびＴｉ：０．０５〜０．２％の１種または２種以上を含み、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる成分組成を有し、引張強さが７５０Ｎ／ｍｍ2 以上であり、かつ10％しゅう酸エッチ試験において結晶粒界にみぞのない組織のものであることを特徴とするステンレス鋼レール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステンレス鋼レール、詳細には軽レールなどの引張強さが６３７Ｎ／ｍｍ2 以上のステンレス鋼レールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
軽レールは、JIS E 1103  に６、９、・・、１５、２２ｋｇレールなどの６種類が規定されており、その引張強さが、１５ｋｇレール以下のレールにおいては５６９Ｎ／ｍｍ2 以上、２２ｋｇレールにおいては６３７Ｎ／ｍｍ2 以上であると規定されている。
従来、これらの軽レールは、１５ｋｇレール以下のレールにおいてはＣ：０．４０〜０．６０％、Ｓｉ：０．４０％以下、Ｍｎ：０．５０〜０．９０％、Ｐ：０．０４５％以下、Ｓ：０．０５０％以下の炭素鋼、２２ｋｇレールにおいてはＣ：０．４５〜０．６５％、Ｓｉ：０．４０％以下、Ｍｎ：０．５０〜０．９０％、Ｐ：０．０４５％以下、Ｓ：０．０５０％以下の炭素鋼によって製造されている。
【０００３】
これらの炭素鋼で製造された軽レールは、通常の環境中での使用には問題がないが、腐食性の強い環境、例えば下水道などの洞道点検トロッコ用レール、鉱山などの鉱内トロッコ用レール、沈殿池池底レール、食品、化学、製紙工場内などの運搬台車用レールにおいては、耐食性が十分ではなかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、腐食性の強い環境においても使用することができる軽レールなどのレールに用いることができるステンレス鋼レールを提供することを課題としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明のステンレス鋼レールにおいては、Ｃ：０．０４〜０．０８％、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：２．００％以下、Ｐ：０．０４５％以下、Ｓ：０．０２５〜０．０３０％、Ｎｉ：８．００〜１０．５０％、Ｃｒ：１８．００〜２０．００％、Ｎ：０．０５〜０．１０％を含み、さらに必要に応じてＣｕ：０．３０〜０．７０％、Ｎｂ：０．０５〜０．２％およびＴｉ：０．０５〜０．２％の１種または２種以上を含み、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる成分組成を有し、引張強さが６３７Ｎ／ｍｍ2 以上であり、かつ10％しゅう酸エッチ試験において結晶粒界にみぞのない組織のものとすることである。
【０００６】
さらに、上記課題を解決するため、本発明のステンレス鋼レールにおいては、Ｃ：０．０４〜０．０８％、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：２．００％以下、Ｐ：０．０４５％以下、Ｓ：０．０２５％未満または０．０２５〜０．０３０％、Ｎｉ：８．００〜１０．５０％、Ｃｒ：１８．００〜２０．００％、Ｎ：０．１５〜０．５０％を含み、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる成分組成を有し、引張強さが７５０Ｎ／ｍｍ2 以上であり、かつ10％しゅう酸エッチ試験において結晶粒界にみぞのない組織のものとすることである。
【０００７】
また、上記課題を解決するため、本発明のステンレス鋼レールにおいては、Ｃ：０．０４〜０．０８％、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：２．００％以下、Ｐ：０．０４５％以下、Ｓ：０．０２５％未満または０．０２５〜０．０３０％、Ｎｉ：８．００〜１０．５０％、Ｃｒ：１８．００〜２０．００％、Ｎ：０．１５〜０．５０％を含み、さらにＣｕ：０．３０〜０．７０％、Ｎｂ：０．０５〜０．２％およびＴｉ：０．０５〜０．２％の１種または２種以上を含み、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる成分組成を有し、引張強さが７５０Ｎ／ｍｍ2 以上であり、かつ10％しゅう酸エッチ試験において結晶粒界にみぞのない組織のものとすることである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明のステンレス鋼レールにおいて成分組成を上記のように限定しているが、その理由は次のとおりである。
Ｃ：０．０４〜０．０８％
Ｃは、鋼の硬度および強度を高めるために含有させる元素で、レールに必要な硬度と強度を得るためには０．０４％以上含有させる必要があるが、０．０８％を超えるとＣｒとの炭化物が多く形成され、粒界にＣｒ炭化物が析出して地に固溶するＣｒが減少し、耐食性が低下するので、その含有範囲を０．０４〜０．０８％とする。好ましくは０．０６〜０．０８％である。
【０００９】
Ｓｉ：１．００％以下
Ｓｉは、通常脱酸剤として、また耐酸化性を高めるために含有させる元素であるが、１．０％を超えると基地の靭性を低下するので、その含有量を１．０％以下とする。
Ｍｎ：２．０％以下
Ｍｎは、通常脱酸剤として、あるいはＳと化合物を作り赤熱脆性を防止する効果があるので、そのために含有させる元素であるが、２．０％を超えて含有させるとコストが高くなるので、その含有量を２．０％以下とする。
【００１０】
Ｐ：０．０４５％以下
Ｐは、不純物であるので少ないほうが好ましいが、０．０４５％以下であれば耐食性、靱性に及ぼす影響が少なく、またコストも高くならないので、その含有量を０．０４５％以下とする。
Ｓ：０．０２５％未満、０．０２５〜０．０３０％
高い被削性を必要としない場合
Ｓは、Ｐと同様に不純物であるので少ないほうが好ましいが、０．０２５％未満以下であれば熱間加工性、靱性などに及ぼす影響が少ないので、その含有量を０．０２５％未満とする。
高い被削性を必要とする場合
Ｓは、被削性を高くするので、そのために含有させるる元素である。その効果を得るためには０．０２５％以上が含有させる必要があるが、０．０３０％を超えると熱間加工性、靱性を低下するので、その含有量を０．０２５〜０．０３０％とする。
【００１１】
Ｎｉ：８．００〜１０．５０％
Ｎｉは、オーステナイト相を安定させるとともに、耐食性を高めるので、そのために含有させる元素である。その効果を得るためには８．００％以上含有させる必要があるが、１０．５０％を超えて含有させても耐食性の改善効果が飽和し、またコストが高くなるので、その含有量を８．００〜１０．５０％とする。
Ｃｒ：１６．０〜２０．０％
Ｃｒは、耐食性、特に耐孔食性を向上させるので、そのために含有させる元素である。その効果を得るには１６．０％以上含有させる必要があるが、２０．０％を超えて含有させるとフェライトが多く生成され、またσ相の析出などにより、耐食性の低下あるいは脆化が起こるので、その含有範囲を１６．０〜２０．０％とする。
【００１２】
Ｎ：０．０５〜０．１０％、０．１５〜０．５０％
Ｎは、オーステナイト相の安定化するとともに、圧延後の引張強さを向上させるので、そのために含有させる元素である。引張強さを６３７Ｎ／ｍｍ2 以上にするには０．０５％超えて含有させる必要があるが、０．１０％を超えて含有させると引張強さが必要以上に高くなるとともに、コストが高くなるので、その含有量を０．０５〜０．１０％とする。また引張強さを７５０Ｎ／ｍｍ2 以上にするには０．１５％超えて含有させる必要があるが、０．５０％を超えて含有させるとコストが高くなるので、その含有量を０．１５〜０．５０％とする。
【００１３】
Ｃｕ：０．３０〜０．７０％
Ｃｕは、耐食性を向上させるので、そのために含有させる元素である。その効果を得るには０．３０％以上含有させる必要があるが、０．７０％を超えると熱間加工性が低下ので、その含有量を０．３０〜０．７０％とする。
Ｎｂ：０．０５〜０．２％、Ｔｉ：０．０５〜０．２％
ＮｂとＴｉは、強度を向上させるとともに、Ｃ，Ｎを固定して粒界への析出を抑制することによってみぞのある組織の生成を抑制する（Ｃ，Ｎが粒界に析出して粒界付近のＣｒと化合してＣｒの不足状態を生成しない）ので、そのために含有させる元素である。この効果を得るためには０．０５％以上含有させる必要があるが、０．２％を超えるＯ，Ｎとも化合物を作り、鋼の清浄度を害するので、その含有量をそれぞれ０．０５〜０．２％とする。
【００１４】
次に、引張強さおよびみぞ状組織について説明する。
引張強さについて
本発明において、引張強さを６３７Ｎ／ｍｍ2 以上に特定するのは、ＪＩＳ  Ｅ  １１０３に軽レールに必要な引張強さを１５ｋｇレール以下のレールにおいては５６９Ｎ／ｍｍ2 以上、２２ｋｇレールにおいては６３７Ｎ／ｍｍ2 以上にすることが規定されているので、ここに規定されている全ての軽レールに必要な引張強さの条件を満たすためである。
また、引張強さを７５０Ｎ／ｍｍ2 以上に特定するのは、上記全ての軽レールに必要な引張強さの条件を満たすとともに、更に高い引張強さを必要とするレールにも適用できるようにするためである。
【００１５】
みぞ状組織について
本各発明においては、10％しゅう酸エッチ試験において結晶粒界にみぞのない組織のものとしているが、この10％しゅう酸エッチ試験とは、ＪＩＳ  Ｇ  ０５７１に規定されている10％しゅう酸エッチ試験のことであり、結晶粒界にみぞのない組織とは、このＪＩＳの規定の表１の記号Ａ（段状組織）に相当するもののことである。このように特定するのは、上記試験において結晶粒界に部分的にみぞのある組織（記号Ｂ（混合組織））または完全にみぞで囲まれた結晶粒が一つ以上ある組織（記号Ｃ（みぞ状組織））が発生するようなレールであると、腐食性の強い環境に使用することができないからである。
【００１６】
次に、本発明のステンレス鋼レールの製造方法について説明する。
本発明のステンレス鋼レールの製造方法は、上記成分組成のステンレス鋼を溶製した後、鋳造して鋳片または鋼塊とし、その後必要な場合には分塊圧延または分塊鍛造した後、１２００℃などに加熱し、熱間加工をして９００〜１０５０℃の温度範囲で圧延を終了した後空冷し、その後必要に応じてショットブラストをした後酸洗するものであるが、溶製した後、鋳造して鋳片または鋼塊とし、その後必要な場合には分塊圧延または分塊鍛造した後、上記ステンレス鋼を１２００℃などに加熱し、熱間加工をすることは、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０４Ｎ２と同様な公知の方法などで実施することができる。
【００１７】
上記製造方法においては、熱間加工を９００〜１０５０℃の温度範囲で圧延を終了した後空冷しているが、このようにするのは、この温度範囲より高い温度で圧延を終了した後空冷すると、引張強さが６３７Ｎ／ｍｍ2 以上または７５０Ｎ／ｍｍ2 以上にならないからであり、またこの温度範囲より低い温度で圧延すると、圧延時の変形抵抗が大となり、キズが発生するとともに、酸洗においてスケール除去が困難になるからである。
また、必要に応じてショットブラストをした後酸洗しているが、この酸洗は、スケールを除去するとともに表面を不動態化するためである。またこの酸洗の前に必要に応じてショットブラストをするのは、ショットブラストをするとスケールの除去速度が５〜６倍に上昇するからである。
【００１８】
次に、本発明の実施例について説明する。
実施例
下記表１に示す成分組成の本発明の実施例、比較例および参考例のステンレス鋼をＡＯＤ炉で溶解し、鋳造した後分塊鍛造し、その後１２００℃に加熱し、下記表１に示す温度で熱間圧延を終了し、その後空冷し、ＪＩＳ  Ｅ  １１０３に準じる２２ｋｇ級レールを製造した。その後比較例 No.６を除いてショットブラストをした後沸硝酸溶液により酸洗し、比較例 No.６は酸洗のみをして試験材とした。これらの試験材を観察して圧延後のロールによる表面キズがあるか否かを観察し、下記表２に記載した。
上記各レールから引張試験用、10％しゅう酸エッチ試験用、大気暴露試験用および切削試験用の試験片を切り出して作製した。これらの試験片を用いて下記各試験方法で試験した結果を下記表２に記載した。
【００１９】
【表１】
0004214627.tif 000002
【００２０】
引張試験は、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４１に規定されている方法によって行った。
10％しゅう酸エッチ試験は、ＪＩＳ  Ｇ  ０５７１に規定されている方法によって行った。
大気暴露試験は、京浜工業地帯の大気中に３年間試験面を露呈し、錆の発生状況を比較した。
切削試験は、穴明け加工に使用した切削工具の寿命を比較した。
【００２１】
【表２】
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【００２２】
これらの結果より、本発明の実施例 No.１〜６は、引張強さが６８０〜６９０Ｎ／ｍｍ2 ，７５８〜７７６Ｎ／ｍｍ2 であり、目標とする引張強さになっていたが、圧延終了温度が本発明より高い比較例 No.２、Ｎ含有量が本発明より少ない比較例 No.５，６および溶体化処理をした比較例 No.７の引張強さは、２２ｋｇレールに必要な６３７Ｎ／ｍｍ2 以下であった。
さらに、本発明の実施例 No.１〜６は、10％しゅう酸エッチ試験では粒界にみぞのない組織であり、また大気暴露試験においても錆が発生していなかったが、Ｃ含有量が本発明より多い比較例 No.１，４および圧延終了温度が本発明より低い比較例 No.３においては、粒界にみぞが発生しており、また大気暴露試験において軽度の錆が発生していた。
【００２３】
また、切削試験の結果は、Ｓ含有量を多くした本発明の実施例 No.１を１．０とした場合、Ｓ含有量を多くした実施例 No.２，４，５，６は実施例 No.２と同様であったが、Ｓ含有量を多くしてない本発明の他の実施例および比較例のものは０．７程度であった。
また、圧延後のロールによる表面キズは、圧延終了温度が低い実施例２の場合に軽度のキズが発生していたが、１０％しゅう酸エッチ試験ではみぞは認められなかった。一方本発明より高く、引張強さの低い比較例 No.２、Ｎ含有量が本発明より少なく、引張強さの低い比較例 No.５，６は表面に軽度のキズが発生していた。
また、酸洗い前にショットブラストをしなかった比較例 No.６は、酸洗時間がショットブラストをしたものの約５．７倍であった。
【００２４】
【発明の効果】
本発明のステンレス鋼レールは、上記成分組成および構成にしたことにより、腐食性の強い環境においても腐食されることがなく使用することができるという優れた効果を奏する。