(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
千鳥型に複数の矯正ロールを配置したローラー矯正機を用いてレールの上下方向に矯正し、その出側に配置した軽圧下圧延機を用いて、軽圧下するレールの矯正方法において、上下方向に千鳥型に配置した前記ローラー矯正機の矯正ロールのうち、少なくとも一つ以上の矯正ロールに対し、これに対向した位置に圧下ロールを配置し、前記圧下ロールとこれに対向する前記ローラー矯正機の矯正ロールとで圧下することを特徴とするレールの矯正方法。
【請求項２】
前記ローラー矯正機の前段、中段又は後段に前記圧下ロールを設置することを特徴とする請求項１に記載のレールの矯正方法。
【請求項３】
前記圧下ロールを、千鳥型に配置した矯正ロールよりも小径ロールとすることを特徴とする請求項１又は２に記載のレールの矯正方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は残留応力制御の機能をもつレールの矯正装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レールは上下方向の形状を矯正する目的で、水平ロールを用いて、ローラー矯正を行っている。この矯正工程では残留応力として頭部と底部に長手方向引張応力、柱部に圧縮応力が生じる。これらの残留応力によって頭部は上へ、足部は下へと逆方向に反りかえろうとするので、腹部に脆性亀裂ができた場合、亀裂の伝播を著しく促進させる危険性がある。かつて、米国で実際に腹部脆性亀裂の伝播によるレールの破損事故があり、大きな問題となり、この原因の一つにこの残留応力分布が考えられていた。
【０００３】
そこで、このような残留応力を冶金的にもしくは機械的に緩和する方法が提案された。
【０００４】
冶金的な残留応力制御方法としては、特開平２−２８２４２６号公報に開示された「パーライト変態を利用した、脆性亀裂が頭頂側へ抜けないことを目的とした方法」が知られているが、腹部脆性亀裂自体をそれほど短くできていない。
【０００５】
機械的な残留応力制御方法としては特開平７−１８５６６０号公報に開示された「ローラー矯正での塑性変形を軽くすることにより残留応力を軽減する方法」、特開平６−３１２２１６号公報に開示された「ローラー矯正後段で小径ロールで軽く圧延する方法」が知られている。
【０００６】
これらのうち、後者の技術はレールの頭部と足裏の表層に圧縮応力を付加するので、腹部脆性亀裂の伝播を抑制する残留応力分布が得られ、手段として比較的簡単であるにもかかわらず抜本的に残留応力分布が改善される点で、非常に有効である。特に本発明での圧下ロールを小径ロールとした理由は塑性変形を頭頂と足裏に限定するためであり、全体としての形状をほとんど変えることなく残留応力が付与できるからである。
【０００７】
さらに、この技術では、生産性を落とすことなく、４億通トン以上の長寿命のレールが得られることがわかっている。
【０００８】
しかし、特開平６−３１２２１６号公報に開示された方法は、矯正後であるにも関わらず、特に上反り等の形状不良が生じることがある。この上反りは最大で１２ｍあたり６０ｍｍ（曲率半径で３００ｍ、二階微分係数換算の曲率で１．６７×１０-3ｍ-1）にも達し、ＡＲＥＡの規格である１２ｍｍあたり１９ｍｍの反り量を遥かに上回る。このような場合、仕上にプレス矯正を行ったり、再度曲げ矯正を負荷する等の対応が必要になる。特に、再度の曲げ矯正を与えることは前述した残留応力制御の効果がなくなるので、好ましくない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、特に上反り等の形状不良が生じることがなく、頭頂と足裏に引張残留応力を生じさせないでローラー矯正すること、または、ローラー矯正に残留応力分布を制御する機能を付与することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
発明者らは当初、ローラー矯正機で真直に矯正されたレールについて頭頂と足裏から圧下するロール軽圧下圧延実験を数多く試み、低コストでの反りの発生しない残留応力制御方法を検討していた。
【００１１】
この軽圧下圧延では上反りを中心に形状の悪化が生じることが多かったが、最初の知見として、１）圧延の出側に下向きの小さいモーメントを付与することで形状がよくなることの知見が得られた。この知見を根拠に矯正機へ軽圧下圧延を組み込んだ実験を行い、この結果、次の知見を得た。
【００１２】
２）後段に組み込む場合は、上下ロールのどちらに対向させてもよいが、その後の曲げ量を小さくしなければならない。
【００１３】
３）前段に組み込む場合は、矯正前のレールが上反りしているので、下矯正ロールに対向して組み込むのが合理的である。等の知見が得られた。これらの知見より、矯正機に軽圧下圧延を組み込む方法に可能性が出てきた。
【００１４】
（１）  千鳥型に複数の矯正ロールを配置したローラー矯正機を用いてレールの上下方向に矯正し、その出側に配置した軽圧下圧延機を用いて、軽圧下するレールの矯正方法において、上下方向に千鳥型に配置した前記ローラー矯正機の矯正ロールのうち、少なくとも一つ以上の矯正ロールに対し、これに対向した位置に圧下ロールを配置し、前記圧下ロールとこれに対向する前記ローラー矯正機の矯正ロールとで圧下することを特徴とするレールの矯正方法。
【００１５】
（２）前記ローラー矯正機の前段、中段又は後段に前記圧下ロールを設置することを特徴とする（１）に記載のレールの矯正方法。
【００１６】
（３）  前記圧下ロールを、千鳥型に配置した矯正ロールよりも小径ロールとすることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載のレールの矯正方法。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に本発明について詳細に説明する。
【００１８】
図１は、後段に圧下ロールを配置したレールの矯正装置を示した図である。図１に示すように、後段で下矯正ロール２に対向させて小径の上ロール３を圧下ロールとして付設したものである。上下ロール２、３で圧下して残留応力を制御する。後段に圧下ロール３を設けると軽圧下圧延機Ａで生じる反りを修正する反りを前もって与えることができる。この例は、足裏よりも頭頂の残留応力を大きく圧縮側へ変化させる場合に適している。
【００１９】
図２は中段に圧下ロールを配置したレール矯正装置を示した図である。図２に示すように、中段で上矯正ロール２に対向させて小径の下ロールを圧下ロール３として付設したものである。上下ロール２、３で圧下して残留応力を制御する。この場合、この圧下で生じた反りを圧下後の２つのロール２で矯正している。この例は、頭頂よりも足裏の残留応力を大きく圧縮側へ変化させる場合に適している。
【００２０】
図３は前段に圧下ロールを配置したレールの矯正装置を示す図である。図３に示すように、前段で下矯正ロール２に対向させて小径の上ロールを圧下ロール３として付設したものである。矯正機に入る前には不均一な熱収縮によってレール１は上反りしている。この反りを付設した圧下ロールの出側の矯正ロール２で圧下する部分を支点として下向きのモーメントを付与することで矯正する。過去の知見で得られたとおり、このモーメントは大きいものではないが、反りの大部分を矯正できる。軽圧下でのあとは軽い負荷で矯正ができる。この例の方法は矯正の負荷を軽くすることにより、頭頂と足裏で生じる残留応力を軽減するものである。残留応力をある目標数値へ制御するのには向かないが、形状が最も安定する。
【００２１】
なお、上記例では圧下ロールが１個の例について説明したが、ローラ矯正機の構造に応じて任意の個数設けることができる。
【００２２】
【実施例】
レールの矯正実験を小径ロールを付設した矯正機を用いて行った。矯正ローラーの直径は、８００ｍｍであり、そのピッチは１５００ｍｍである。付設した小径ロールの直径は２５０ｍｍであり、矯正ローラー同様に硬質の鋼を肉盛りしている。
【００２３】
実験した荷重は４００ｋＮ、６００ｋＮ、８００ｋＮであり、実験に用いたレールはＤＨＨ３７０−１３６ｌｂＲＥレールである。
【００２４】
図４に後段で下矯正ロールに対向させて圧下ロールを付設したときの各実験条件での残留応力分布を示す。足裏よりも頭頂の残留応力が大きく圧縮側へ変化している。図４中で、４は、矯正ままの残留応力分布、５は、後段で圧下ロールとして上ロールを付設して８００ｋＮで圧下したときの残留応力分布、６は、後段で圧下ロールとして上ロールを付設して６００ｋＮで圧下したときの残留応力分布、７は、後段で圧下ロールとして上ロールを付設して４００ｋＮで圧下したときの残留応力分布を示している。
【００２５】
図５に中段で上矯正ロールに対向させて圧下ロールを付設したときの各実験条件での残留応力分布を示す。頭頂よりも足裏の残留応力が大きく圧縮側へ変化している。図５中で、４は、矯正ままの残留応力分布、８は、中段で圧下ロールとして下ロールを付設して８００ｋＮで圧下したときの残留応力分布、９は、中段で圧下ロールとして下ロールを付設して６００ｋＮで圧下したときの残留応力分布、１０は、中段で圧下ロールとして下ロールを付設して４００ｋＮで圧下したときの残留応力分布を示している。
【００２６】
図６に前段で下ロールに対向させて圧下ロールを付設したときの各実験条件での残留応力分布を示す。頭頂、足裏ともに圧縮側へ大きくはないが残留応力が変化している。図６中で、４は、矯正ままの残留応力分布、１１は、前段で圧下ロールとして上ロールを付設して８００ｋＮで圧下したときの残留応力分布、１２は、前段で圧下ロールとして上ロールを付設して６００ｋＮで圧下したときの残留応力分布、１３は、前段で圧下ロールとして上ロールを付設して４００ｋＮで圧下したときの残留応力分布を示している。
【００２７】
表１に各実験（Ｎｏ．４〜１３）で得られたレールの耐腹部脆性亀裂伝播特性の評価として腹部に水平に４５０ｍｍ切り込みを入れたときの開口量を示す。本発明で残留応力制御したレールはどれも開口量が負であり、切り込みは閉じる方向であることがわかる。これは腹部亀裂が生じたとき、伝播を止める方向に残留応力が生じていることになるので、これらの耐腹部脆性亀裂伝播特性は優れていることが言える。
【００２８】
【表１】
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【００２９】
【発明の効果】
残留応力が制御されて耐腹部脆性亀裂伝播特性の優れ、また、疲労強度の高いレールを、矯正ままで製造することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】  後段で下ロールに対向させて小径の上ロールを付設した矯正装置を示す図である。
【図２】  中段で上ロールに対向させて小径の下ロールを付設した矯正装置を示す図である。
【図３】  前段で下ロールに対向させて小径の上ロールを付設した矯正装置を示す図である。
【図４】  後段で下ロールに対向させて小径の上ロールを付設した矯正装置で矯正したレールの残留応力分布を示した図である。
【図５】  中段で上ロールに対向させて小径の下ロールを付設した矯正装置で矯正したレールの残留応力分布を示した図である。
【図６】  前段で下ロールに対向させて小径の上ロールを付設した矯正装置で矯正したレールの残留応力分布を示した図である。
【符号の説明】
１  レール、２  矯正ロール、３  圧下ロール、４  矯正ままの残留応力分布、５  ８００ｋＮで圧下したもの（後段で上ロール付設）、６  ６００ｋＮで圧下したもの（後段で上ロール付設）、７  ４００ｋＮで圧下したもの（後段で上ロール付設）、８  ８００ｋＮで圧下したもの（中段で下ロール付設）、９  ６００ｋＮで圧下したもの（中段で下ロール付設）、１０  ４００ｋＮで圧下したもの（中段で下ロール付設）、１１  ８００ｋＮで圧下したもの（前段で上ロール付設）、１２  ６００ｋＮで圧下したもの（前段で上ロール付設）、１３  ４００ｋＮで圧下したもの（前段で上ロール付設）、Ａ  軽圧下機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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