特許 6233525 レールの製造方法および製造装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6233525

(24)【登録日】2017年11月2日

(45)【発行日】2017年11月22日

(54)【発明の名称】レールの製造方法および製造装置

(51)【国際特許分類】

   B21B 1/085 20060101AFI20171113BHJP

   B21B 45/02 20060101ALI20171113BHJP

   B21B 45/00 20060101ALI20171113BHJP

   C21D 8/00 20060101ALI20171113BHJP

   C22C 38/00 20060101ALN20171113BHJP

   C22C 38/60 20060101ALN20171113BHJP

【ＦＩ】

   B21B1/085

   B21B45/02 320P

   B21B45/00 D

   C21D8/00 A

   !C22C38/00 301Z

   !C22C38/60

【請求項の数】3

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2016-549924(P2016-549924)

(86)(22)【出願日】2015年9月10日

(86)【国際出願番号】JP2015004617

(87)【国際公開番号】WO2016047076

(87)【国際公開日】20160331

【審査請求日】2016年7月27日

(31)【優先権主張番号】特願2014-192919(P2014-192919)

(32)【優先日】2014年9月22日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000001258

【氏名又は名称】ＪＦＥスチール株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100066980

【弁理士】

【氏名又は名称】森 哲也

(74)【代理人】

【識別番号】100103850

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 秀▲てつ▼

(74)【代理人】

【識別番号】100105854

【弁理士】

【氏名又は名称】廣瀬 一

(74)【代理人】

【識別番号】100116012

【弁理士】

【氏名又は名称】宮坂 徹

(72)【発明者】

【氏名】奥城 賢士

(72)【発明者】

【氏名】木島 秀夫

(72)【発明者】

【氏名】福田 啓之

(72)【発明者】

【氏名】山口 盛康

【審査官】 池ノ谷 秀行

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００１−０４０４１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２１１１９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６２−１２７４５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−１５２５２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２６６６７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／０２５３２６８（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２１Ｂ １／０８５

Ｃ２１Ｄ ８／００

Ｃ２１Ｄ ９／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

加熱されたレール鋼素材を熱間圧延し、
熱間圧延された前記レール鋼素材を冷却することで温度調整し、
温度調整された前記レール鋼素材を、２０％以上の減面率で圧延することでレール形状に加工し、
前記レール形状に加工する圧延の後、１℃／秒以上１０℃／秒以下の平均冷却速度で、前記レール形状に加工された前記レール鋼素材であるレールの頭部の表面温度が６００℃以下となるまで前記レールを強制冷却し、
前記レール鋼素材を温度調整する際に、前記レール形状の頭部および足部に相当する前記レール鋼素材の部位の表面温度を５００℃以上１０００℃以下に冷却し、
前記レールを強制冷却する前に、前記レールの頭部の表面温度が７３０℃以下となる場合に、前記レールを７３０℃以上へ再加熱することを特徴とするレールの製造方法。

【請求項2】

前記レールを再加熱する際に、前記レールの頭部のみを再加熱することを特徴とする請求項１に記載のレールの製造方法。

【請求項3】

レール鋼素材を圧延する少なくとも一台の第１圧延機と、
前記第１圧延機にて圧延された前記レール鋼素材を冷却することで温度調整する冷却装置と、
温度調整された前記レール鋼素材を、２０％以上の減面率で圧延することでレール形状に加工する少なくとも一台の第２圧延機と、
１℃／秒以上１０℃／秒以下の平均冷却速度で、前記レール形状に加工された前記レール鋼素材であるレールの頭部の表面温度が６００℃以下となるまで前記レールを強制冷却する熱処理装置と、
前記熱処理装置にて前記レールを強制冷却する前に、前記レールの頭部の表面温度が７３０℃以下となる場合に、前記レールを７３０℃以上へ再加熱する再加熱装置と、
を有し、
前記冷却装置は、前記レール形状の頭部および足部に相当する前記レール鋼素材の部位の表面温度を５００℃以上１０００℃以下に冷却することを特徴とするレールの製造装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、加熱されたブルームに対して、粗圧延、仕上圧延および熱処理を行う延性に優れたパーライトレールの製造方法および製造装置に関し、特に、パーライトブロックまたはコロニーサイズを微細化させることにより延性を向上させたレールの製造方法および製造装置に関する。

【背景技術】

【0002】

頭部の組織がパーライト組織をなすレールは、一般的に以下の製造方法によって製造される。
まず、連続鋳造法によって鋳造されたブルームが、１１００℃以上まで加熱された後、粗圧延および仕上圧延によって所定のレール形状に熱間圧延される。各圧延工程における圧延方法は、カリバー圧延とユニバーサル圧延を組み合わせて行われる。この際、粗圧延では複数パス、また仕上圧延では複数パスあるいは単数パスのいずれかで圧延が行われる。

【0003】

次いで、熱間圧延されたレールの端部のクロップが鋸断される。なお、熱間圧延されたレールは、５０〜２００ｍの長さとなる。このため、熱処理装置に長さの制限がある場合、クロップの鋸断と同時に、レールが例えば２５ｍ等の所定の長さに鋸断される。
さらに、レールに耐摩耗性が要求される場合には、熱間圧延工程に引き続き、熱処理装置によってレールに熱処理が施される（熱処理工程）。この際、熱処理開始温度が高い程、耐摩耗性が向上するため、レールを加熱する再加熱工程が熱処理工程の前に設けられる場合がある。熱処理工程では、レールをクランプ等の拘束装置によって固定し、頭部、足部さらに必要に応じて腹部を、空気、水およびミスト等の冷却媒体を用いて強制冷却する。熱処理工程では、通常、頭部の温度が６５０℃以下となるまで強制冷却が行われる。

【0004】

その後、クランプによるレールの拘束が解除され、レールが冷却床に搬送される。冷却床では、レールが１００℃以下となるまで冷却される。
例えば石炭等の天然資源採掘現場等の厳しい環境下で用いられるレールは、高い耐摩耗性と高い靱性が求められる。このため、厳しい環境下で用いられるレールを製造する場合、上記の熱処理工程が必要となる。しかし、上記の工程によって製造されたレールについて、その後、例えば曲げ加工等の加工が施される場合、熱処理が施されるとレールが過度に硬くなり延性が低下するために、加工が困難となる場合が生じる。このため、高硬度かつ延性に優れたレールが求められている。

【0005】

例えば、特許文献１には、仕上圧延における圧延温度がＡｒ３変態点〜９００℃となる温度範囲とし、仕上圧延終了後１５０ｓｅｃ以内に冷却速度２〜３０℃／ｓｅｃで少なくとも５５０℃までレールを加速冷却することで、レールの延性を向上させる方法が開示されている。
また、特許文献２には、熱間圧延をする際に、８００℃以下の温度域で減面率１０％以上の圧延を行うことでレールの延性を向上させ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２０１３−１４８４７号公報

【特許文献2】特開昭６２−１２７４５３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかし、特許文献１に記載の方法では、レールの足部に関しての温度制御が行われていないため、足部の延性が向上しないという問題があった。
また、特許文献２に記載の方法では、レールの足部については、圧延時の温度調整の条件が明記されていないため、足部の延性が向上しないという問題があった。
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、頭部および足部の両方に高い延性を有するレールの製造方法および製造装置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】

【0008】

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係るレールの製造方法は、加熱されたレール鋼素材を熱間圧延し、熱間圧延されたレール鋼素材を冷却することで温度調整し、温度調整されたレール鋼素材を、２０％以上の減面率で温度調整圧延することでレール形状に加工し、レール鋼素材を温度調整する際に、レール形状の頭部および足部に相当するレール鋼素材の部位の表面温度を５００℃以上１０００℃以下に冷却することを特徴とする。

【0009】

また、本発明の一態様に係るレールの製造装置は、レール鋼素材を圧延する少なくとも一台の第１圧延機と、第１圧延機にて圧延されたレール鋼素材を冷却することで温度調整する冷却装置と、温度調整されたレール鋼素材を、２０％以上の減面率で温度調整圧延することでレール形状に加工する少なくとも一台の第２圧延機と、を有し、冷却装置は、レール形状の頭部および足部に相当するレール鋼素材の部位の表面温度を５００℃以上１０００℃以下に冷却することを特徴とする。

【発明の効果】

【0010】

本発明に係るレールの製造方法および製造装置によれば、頭部および足部の両方に高い延性を有するレールを製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の一実施形態に係るレールの製造装置を示す模式図である。

【図2】本発明の一実施形態の粗冷却装置を示す断面図である。

【図3】本発明の一実施形態の熱処理装置を示す模式図である。

【図4】レールの各部位を示す断面図である。

【図5】実施例で評価した引張試験片の採取位置を示す説明図である。

【図6】実施例で評価したブリネル硬度試験の実施位置を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明を実施するための形態（以下、実施形態という。）を、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の説明において、化学成分に関する％表示は全て質量％を意味する。
＜製造装置の構成＞
まず、図１〜図４を参照して、本発明の一実施形態に係るレール９の製造装置１について説明する。本実施形態に係るレールの製造装置１は、加熱炉２と、粗圧延機３Ａと、仕上圧延機３Ｂと、粗冷却装置４と、仕上冷却装置５と、再加熱装置６と、熱処理装置７と、冷却床８とを有する圧延ラインである。

【0013】

レール９は、連続鋳造されたブルーム等のレール鋼素材が製造装置１によって圧延・熱処理されることで製造される。図４に示すように、レール９は、長手方向に垂直な断面視において、幅方向に延在し、互いに上下方向に対向する頭部９１および足部９３と、上側に配された頭部９１と下側に配された足部９３とをつなぎ、上下方向に延在する腹部９２とからなる。また、レール９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。

【0014】

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、含有量が０．６０％未満ではそれらの効果が小さいことから下限を０．６０％とすることが好ましく、０．７０％以上とす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、逆に延性が低下する。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含有量の上限は１．０５％とすることが好ましく、０．９７％以下とすることがより好ましい。

【0015】

Ｓｉ：０．１％以上１．５％以下
Ｓｉ（シリコン）は、脱酸剤およ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ので、Ｓｉの含有量は０．１％以上が好ましく、０．２％以上がより好ましい。一方、Ｓｉの過度の含有は脱炭を促進させることや、レール９の表面疵の生成を促進させることから、Ｓｉ含有量の上限を１．５％とすることが好ましく、１．３％以下とすることがより好ましい。

【0016】

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、レール内部まで高硬度を維持するために有効な元素であり、含有量が０．０１％未満ではその効果が小さいので、Ｍｎ含有量は０．０１％以上が好ましく、０．３％以上がより好ましい。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）を低下させるとともに、組織がマルテンサイト変態し易くなる。このため、Ｍｎ含有量の上限を１．５％とすることが好ましく、１．３％以下がより好ましい。

【0017】

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。そのため、Ｐ含有量は、０．０３５％以下に抑制することが好ましく、０．０２５％以下に制限す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とから、下限は０．００１％とすることが好ましい。

【0018】

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。そのため、Ｓ含有量は０．０３０％以下に抑制することが好ましく、０．０１５％以下に抑制す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ため、下限は０．０００５％とすることが好ましい。

【0019】

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、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を含有させる場合、その含有量は０．１％以上とすることが好ましく、０．２％以上とす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含有量の上限を２．０％とすることが好ましく、１．５％以下とすることがより好ましい。
なお、ＳｉおよびＣｒの含有量の総量は、２．０％以下とすることが望ましい。Ｓｉおよび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。

【0020】

Ｓｂ：０．００５％以上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、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ので、Ｓｂを含有させる場合、その含有量は０．００５％以上が好ましく、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、効果が飽和することから、上限を０．５％とすることが好ましく、０．３％以下とすることがより好ましい。
上記の化学組成に加え、さらに、Ｃｕ：０．０１％以上１．０％以下、Ｎｉ：０．０１％以上０．５％以下、Ｍｏ：０．０１％以上０．５％以下、Ｖ：０．００１％以上０．１５％以下およびＮｂ：０．００１％以上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。

【0021】

Ｃｕ：０．０１％以上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。この効果を期待するためには、Ｃｕ含有量が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含有量の上限を１．０％とすることが好ましく、０．６％以下とすることがより好ましい。

【0022】

Ｎｉ：０．０１％以上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、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、これら効果が得られないことから、下限を０．０１％とすることが好ましく、０．０５％以上とす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、焼き入れ性が過度に高まり、マルテンサイトの生成が促進されることから、上限を０．５％とすることが好ましく、０．３％以下とすることがより好ましい。

【0023】

Ｍｏ：０．０１％以上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ため、下限を０．０１％とすることが好ましく、０．０５％以上とす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含有量の上限は０．５％とすることが好ましく、０．３％以下とすることがより好ましい。

【0024】

Ｖ：０．００１％以上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。そのためには、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ため、上限を０．１５％とすることが好ましく、０．１２％以下とすることがより好ましい。

【0025】

Ｎｂ：０．００１％以上０．０３０％以下
Ｎｂ（ニオブ）は、オーステナイトの未再結晶温度を上昇させ、圧延時のオーステナイト中への加工歪の導入によるパーライトコロニーやブロックサイズの微細化に有効であることから、延性や靱性向上に対して有効な元素である。上記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、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ため、上限を０．０３０％とすることが好ましく、０．０２５％以下ですることがより好ましい。

【0026】

上記の成分以外の残部は、Ｆｅ（鉄）および不可避的不純物である。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ＡｌＮやＴｉＮによる転動疲労特性の低下を抑制するため、Ａｌ含有量は０．００１％以下、Ｔｉ含有量は０．００１％以下とすることが望ましい。

【0027】

加熱炉２は、連続式またはバッチ式の加熱炉であり、連続鋳造されたブルーム等のレール鋼素材を所定の温度に加熱する。
粗圧延機３Ａは、鋼素材を所定の減面率で熱間圧延するユニバーサル圧延機であり、複数設けられる。図１に示した例では、製造装置１は、ｎ台の粗圧延機３Ａ１〜３Ａｎを有する。粗圧延機３Ａ１〜３Ａｎのうち、レール９の搬送方向に並んでｋ台目の粗圧延機３Ａｋと、ｋ＋１台目の粗圧延機３Ａｋ＋１との間には、粗冷却装置４が設けられる。

【0028】

仕上圧延機３Ｂは、粗圧延されたレール９をさらに熱間圧延することで、最終的に目標とするレール形状に加工するユニバーサル圧延機である。本実施形態では、粗冷却装置４以降の圧延工程となるｋ＋１台目の粗圧延機３Ａｋ＋１から仕上圧延機３Ｂまでの間で圧延されるレール９の減面率は、２０％以上とする。ここで、本実施形態における減面率は、レール鋼素材の長手方向に垂直な断面積の減面率を示し、ブルーム等の圧延前の状態の断面積に対する圧延に伴う断面積の減少量の比率を示す。

【0029】

粗冷却装置４は、図２に示すように、頭部冷却ノズル４１と、足部冷却ノズル４２と、頭部温度計４３と、足部温度計４４と、搬送テーブル４５と、ガイド４６ａ，４６ｂと、制御部４７とを有する。
頭部冷却ノズル４１は、レール９の頭部９１に冷却媒体を噴射することで、頭部９１を冷却する。足部冷却ノズル４２は、レール９の足部９３に冷却媒体を噴射することで、足部９３を冷却する。頭部冷却ノズル４１および足部冷却ノズル４２から噴射される冷却媒体は、スプレー水である。頭部冷却ノズル４１および足部冷却ノズル４２は、頭部９１および足部９３のｙ軸正方向側となる上方にそれぞれ設けられ、ｙ軸方向に傾きをもって頭部９１および足部９３に冷却媒体をそれぞれ噴射する。また、頭部冷却ノズル４１および足部冷却ノズル４２は、レール９の長手方向となるｘ−ｙ平面に垂直なｚ軸方向に並んで複数設けられる。

【0030】

頭部温度計４３および足部温度計４４は、冷却媒体が噴射されるレール９の頭部９１および足部９３の表面温度をそれぞれ測定する非接触型の温度計であり、頭部９１および足部９３にｘ軸方向に対向してそれぞれ設けられる。頭部温度計４３および足部温度計４４の測定結果は、制御部４７に送信される。
搬送テーブル４５は、ｘ軸方向に延在する搬送ロールであり、ｚ軸方向に並んで複数設けられる。ガイド４６ａ，４６ｂは、板状の部材であり、ｚ軸方向に延在して設けられる。また、ガイド４６ａ，４６ｂは、搬送テーブル４５よりも上側となるｙ軸正方向側、かつ搬送テーブル４５の長手方向両端側にそれぞれ配される。さらに、ガイド４６ａ，４６ｂには、頭部温度計４３および足部温度計４４が配された位置に、開口部４６１ａ，４６１ｂがそれぞれ設けられる。

【0031】

制御部４７は、頭部温度計４３および足部温度計４４の測定結果に基づいて、頭部冷却ノズル４１および足部冷却ノズル４２から噴射される冷却媒体の条件を制御することで、レール９を所定の表面温度まで冷却する。冷却媒体の噴射条件は、例えば冷却媒体の噴射量、噴射圧、水分量および噴射時間等である。
上記構成の粗冷却装置４は、レール９の圧延方向に並んだ複数の粗圧延機３Ａのうち、ｋ番目の粗圧延機３Ａｋとｋ＋１番目の粗圧延機３Ａｋ＋１との間に設けられ、ｋ番目の粗圧延機３Ａｋで圧延されるレール９の頭部９１および足部９３の表面温度を制御する。

【0032】

仕上冷却装置５は、仕上圧延機３Ｂの直前に設けられ、仕上圧延機３Ｂで圧延されるレール９の頭部９１および足部９３の表面温度を制御する。仕上冷却装置５は、図２に示す粗冷却装置４と同様の構成からなる。
なお、レール９は、粗圧延機３Ａ、粗冷却装置４、仕上冷却装置５および仕上圧延機３Ｂで圧延または冷却される際、図２に示すような転倒姿勢で搬送・圧延される。

【0033】

再加熱装置６は、誘導加熱式の加熱装置であり、レール９の頭部９１を所定の温度まで加熱する。
熱処理装置７は、図３に示すように、頭部冷却ヘッダ７１ａ〜７１ｃと、足部冷却ヘッダ７２と、頭部温度計７３と、制御部７４とを有する。頭部冷却ヘッダ７１ａ〜７１ｃは、頭部９１の頭頂面および両側の頭側面にそれぞれ対向して設けられ、頭頂面および両側の頭側面に冷却媒体を噴射することで頭部９１を冷却する。足部冷却ヘッダ７２は、足部９３の足裏面に対向して設けられ、足裏面に冷却媒体を噴射することで足部９３を冷却する。頭部冷却ヘッダ７１ａ〜７１ｃおよび足部冷却ヘッダ７２から噴射される冷却媒体には、空気、水、ミスト等が用いられる。また、頭部冷却ヘッダ７１ａ〜７１ｃおよび足部冷却ヘッダ７２は、レール９の長手方向に並んで複数設けられる。頭部温度計７３は、非接触式の温度計であり、頭部９１の表面温度を測定する。頭部温度計７３の測温結果は、制御部７４に送信される。制御部７４は、頭部温度計７３の測温結果に応じて、頭部冷却ヘッダ７１ａ〜７１ｃおよび足部冷却ヘッダ７２から噴射される冷却媒体の噴射条件を制御することで、レール９の冷却速度を制御する。上記構成の熱処理装置７は、レール９を所定の冷却速度で、所定の表面温度となるまで冷却する。なお、熱処理装置７は、不図示のクランプを有する。クランプは、レール９の足部を挟持することで拘束する装置である。
冷却床８は、レール９を自然放冷する設備であり、例えばレール９を支持する台座からなる。

【0034】

＜レールの製造方法＞
次に、本発明の一実施形態に係るレール９の製造方法について説明する。
まず、連続鋳造法によって鋳造されたレール鋼素材であるブルームが、加熱炉２に搬入され、１１００℃以上になるまで加熱される。
次いで、加熱したレール鋼素材は、粗冷却装置４よりも搬送方向上流側の粗圧延機３Ａａ〜３Ａｋで、略レール形状となるように圧延される。なお、以下では、熱間圧延途中のものについてもレール鋼素材という。

【0035】

さらに、粗圧延機３Ａａ〜３Ａｋで圧延されたレール鋼素材は、粗冷却装置４にてレール９の頭部９１および足部９３に相当する部位の表面温度が５００℃以上１０００℃以下となるまで冷却（温度調整）される。この際、制御部４７は、冷却媒体の噴射量、噴射圧、水分量および噴射時間等を制御することで、レール鋼素材を冷却させる。
レール鋼素材は、１１００℃以上に加熱されることで、全体の組織がオーステナイトへと変態する。１０００℃以上のオーステナイト組織は、粒界が動きやすく、再結晶をおこして結晶粒が粗大化する。一方、圧延が行われることで、結晶粒にひずみが入り、結晶粒は分断され、微細化する。このとき、圧延する際の温度が１０００℃以下である場合、再結晶および結晶粒の粗大化は起こりづらくなる。このため、圧延時のレール鋼素材の温度を１０００℃以下とすることで、圧延によって微細化された結晶粒は粗大化しにくくなる。

【0036】

また、粗冷却装置４にてレール鋼素材を冷却する際に、頭部９１および足部９３に相当する部位の表面温度が５００℃以上７３０℃以下となるまで温度調整されることが好ましい。レール鋼素材が７３０℃以下まで冷却されると、組織の一部がパーライト変態をおこすため、レール鋼素材の組織は未変態オーステナイトとパーライトとの２相組織となる。オーステナイトとパーライトとを比較すると、オーステナイトの降伏強度は低いため、ひずみの大部分がオーステナイト粒へ入り、圧延時の組織がオーステナイト単相である場合よりも組織が微細化される。最終組織であるパーライトのコロニーサイズおよびブロックサイズは、変態前組織であるオーステナイトの結晶粒径に影響を受ける。このため、オーステナイト粒が粗大であった場合、パーライトのコロニーサイズおよびブロックサイズも粗大化するため、延性が低下する。一方、オーステナイト粒が微細であった場合、パーライトのコロニーサイズおよびブロックサイズが微細化するため、延性が向上する。

【0037】

さらに、圧延時のレール９の温度が５００℃未満となる場合、組織は完全にパーライト変態をおこすため、オーステナイト粒が存在しなくなる。したがって、パーライトのコロニーサイズおよびブロックサイズが微細化されず、延性の向上が望めない。
上記の現象は、レール９の部位によらずにおこるため、頭部９１と足部９３とに相当する部位で温度調整をした後に圧延を行うことで、靱性および延性の向上を図ることができる。

【0038】

その後、粗冷却装置４にて温度調整されたレール鋼素材は、粗圧延機３Ａｋ＋１〜３Ａｎにてさらに圧延される。
次いで、粗圧延機３Ａ１〜３Ａｎにて粗圧延されたレール鋼素材は、必要に応じて仕上冷却装置５にて冷却された後、仕上圧延機３Ｂにて圧延され、所望する形状のレール９となる。なお、温度調整以降の粗圧延機３Ａｋ＋１〜３Ａｎおよび仕上圧延機３Ｂにおける圧延を温度調整圧延ともいう。温度調整圧延されるレール鋼素材の減面率は、２０％以上である。減面率を２０％以上とすることで、レール鋼素材の内部にもひずみを入れることができるため、レール９の内部を微細化することができる。一方、減面率が２０％未満である場合、レール鋼素材の表面に入るひずみは多いものの、内部へ入るひずみは少なくなる。このため、レール９の内部の微細化が難しくなり、延性の向上量が少なくなる。

【0039】

さらに、粗圧延機３Ａおよび仕上圧延機３Ｂで熱間圧延されたレール９は、再加熱装置６に搬送され、頭部９１の表面温度が７３０℃以上９００℃以下となるまで加熱される。
その後、加熱されたレール９は、熱処理装置７へと搬送され、熱処理装置７にて、クランプで拘束された状態で、頭部９１の表面温度が６００℃以下になるまで強制冷却（熱処理）される。この際、制御部７４は、頭部温度計７３の測温結果からレール９の冷却速度を算出し、平均冷却速度が１℃／秒以上１０℃／秒以下となるように、頭部冷却ヘッダ７１ａ〜７１ｃから噴射される冷却媒体の噴射条件を制御する。また、制御部７４は、足部冷却ヘッダ７２から噴射される冷却媒体の噴射条件についても、頭部冷却ヘッダ７１ａ〜７１ｃのいずれかと同条件となるように制御する。

【0040】

熱処理前に頭部９１の表面温度が７３０℃未満となる場合、組織の一部もしくは全部がパーライト変態を起こす。熱処理前は自然放冷の状態となり、冷却速度が遅いために、パーライトラメラー間隔は粗大となる。したがって、熱処理前に頭部９１の表面温度が７３０℃以上となるように再加熱を行うことで、パーライト組織がオーステナイト組織へ逆変態し、再度ラメラー組織を作り直すことができる。一方、頭部９１の表面温度が高いほど、表面の脱炭層の硬化や、レール内部の冷却速度の向上による硬化が可能となることから、耐摩耗性を向上させることができる。しかし、頭部９１の表面温度が９００℃超の場合、上記の効果が小さくなる。さらに、頭部９１の表面温度が１０００℃超の場合、オーステナイト粒の再結晶および粗大化が起こるため、好ましくない。したがって、再加熱に要するエネルギーの節約と、耐摩耗性向上効果とを考慮すると、熱処理前の再加熱時の表面温度の上限は、９００℃とすることが好ましい。

【0041】

高い耐摩耗特性を達成するためには、パーライトラメラー間隔の微細化が効果的である。パーライトラメラー間隔の微細化を達成するためには、速い冷却速度での熱処理が必要となるため、表面温度および平均冷却速度が上記の範囲で行われることが好ましい。冷却速度が１℃／秒未満の場合、パーライトラメラー間隔が粗くなり、耐摩耗性が低下する。一方、冷却速度が１０℃／秒超となる場合、変態組織がベイナイトやマルテンサイトといった、靱性や延性が著しく低下する組織となるため、好ましくない。また、本実施形態では、平均冷却速度は、熱処理開始から終了までの、温度変化量および熱処理時間から求められる冷却速度である。このため、熱処理開始から終了までの熱履歴には、変態熱による発熱や、パテンティング処理による等温保持も含まれる。熱処理終了時の頭部９１の表面温度が６００℃超となる場合、熱処理終了後にラメラー組織が一部球状化するため、ラメラー間隔が粗大となり、耐摩耗性が低下する。
次いで、加速冷却されたレール９は、冷却床８へと搬送され、１００℃以下程度となるまで自然放冷される。冷却床８での冷却の後、レール９は、曲がり等がある場合、必要に応じて矯正される。以上の工程を経ることで、延性および耐摩耗性に優れたレール９が製造される。

【0042】

＜変形例＞
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

【0043】

例えば、上記実施形態では、粗冷却装置４および仕上冷却装置５における冷却方法は、冷却媒体にスプレー水を用いたスプレー冷却としたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、粗冷却装置４および仕上冷却装置５における冷却方法には、冷却媒体としてミストを用いたスプレー冷却として、ミスト冷却、あるいは冷却媒体としてミストと空気とを用いたミスト冷却と衝風冷却との混合冷却が用いられてもよい。また、粗冷却装置４および仕上冷却装置５でのスプレー冷却の変わりに、自然放冷、浸漬冷却、衝風冷却および水柱冷却等が行われてもよい。なお、自然放冷や衝風冷却では、冷却速度が遅いため、所定の温度まで冷却されるまでの時間が長くなる。このため、圧延ピッチを速くしたい場合は、スプレー冷却、浸漬冷却および水柱冷却等の他の冷却方法が考えられるが、水柱冷却は、冷却速度が速すぎるため、冷却速度の調整が難しい。さらに、レール９が転倒姿勢で搬送される場合、レール９の腹部９２に水が溜まり、冷却速度が過度に速い箇所が発生してしまうため、靱性および延性の低いベイナイトやマルテンサイトといった組織へ変態する可能性がある。一方、スプレー冷却は、ある程度速い冷却速度を確保することができ、さらに冷却箇所を限定しやすいという利点がある。このため、粗冷却装置４および仕上冷却装置５における冷却方法にはスプレー冷却を用いることが好ましい。

【0044】

さらに、上記実施形態では、粗圧延機３Ａｋ＋１以降の圧延パスで温度調整圧延が行われるとしたが、本発明は係る例に限定されない。温度調整圧延は、減面率が２０％以上確保できれば、どの粗圧延機３Ａ以降で行われてもよい。この際、粗冷却装置４は、温度調整圧延が開始される粗圧延機３Ａの直前に設けられる。また、温度調整圧延は、仕上圧延機３Ｂによる仕上圧延時に行われてもよい。この際、レールの製造装置１には、粗冷却装置４が設けられず、仕上冷却装置５のみで温度調整が行われてもよい。なお、温度調整圧延が仕上圧延で行われる場合、２０％以上の大きな減面率で仕上圧延をする必要があるため、レール９の形状が悪くなる可能性がある。このため、温度調整圧延は、粗圧延機３Ａの一部と、仕上圧延機３Ｂとによる圧延時に行われることが好ましい。

【0045】

さらに、上記実施形態では、粗圧延機３Ａおよび仕上圧延機３Ｂがユニバーサル圧延機であるとしたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、粗圧延機３Ａおよび仕上圧延機３Ｂはカリバー圧延機であってもよい。なお、ユニバーサル圧延法はカリバー圧延法に比べて複数方向からの圧延が可能となるため、圧延荷重を低減することができる。特に、本発明では、低温で大きな減面率を得ることが可能な圧延操業を行うため、過荷重にロールおよび圧延機への負荷が高くなり、設備トラブルのリスクが高くなる。このため、粗圧延機３Ａおよび複数の仕上圧延機３Ｂのうち少なくともいずれかは、ユニバーサル圧延機であることが好ましい。
さらに、仕上圧延機３Ｂは、複数設けられてもよい。

【0046】

さらに、上記実施形態では、再加熱装置６は、誘導加熱式の加熱装置としたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、再加熱装置６は、バーナー式の加熱装置であってもよい。なお、誘導加熱式の再加熱装置６は、バーナー式に比べて設備の大きさを小さくすることができるため、インラインで設置する場合は好ましい。
また、上記実施形態では、再加熱装置６は、頭部９１を加熱するとしたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、再加熱装置６は、レール９全体を加熱する構成であってもよい。なお、レール９は、使用される際に、車輪と接触する箇所が摩耗することになるので、特に頭部９１において耐摩耗性が必要となる。したがって、再加熱する際、頭部９１のみを再加熱する構成の方が、加熱に掛かるエネルギーを少なくできるため、経済的に優れる。

【0047】

さらに、上記実施形態では、熱間圧延後に再加熱装置６にて再加熱するとしたが、再加熱装置６での再加熱が行われなくてもよい。この際、熱間圧延されたレール９は、熱処理装置７へと搬送され、熱処理装置７にて熱処理を施される。再加熱が行われなくても、頭部９１および足部９３の延性向上効果を得ることができるが、熱間圧延終了後（温度調整圧延終了後）のレール９の温度が低い場合には、高い場合に比べて硬度が低下する。また、再加熱に加え、熱処理装置７での熱処理についても省略することもできる。この際、熱間圧延されたレール９は、冷却床８へと搬送され、１００℃以下程度となるまで冷却される。再加熱および熱処理が行われなくても、頭部９１および足部９３の延性向上効果を得ることができるが、再加熱および熱処理を施した場合に比べて硬度が低下する。

【0048】

＜実施形態の効果＞
（１）上記実施形態に係るレール９の製造方法は、加熱されたレール鋼素材を熱間圧延し、熱間圧延されたレール鋼素材を冷却することで温度調整し、温度調整されたレール鋼素材を、２０％以上の減面率で温度調整圧延することでレール形状に加工し、レール鋼素材を温度調整する際に、レール形状の頭部および足部に相当するレール鋼素材の部位の表面温度を５００℃以上１０００℃以下に冷却する。
上記構成によれば、温度調整圧延時に、オーステナイト温度域における再結晶による結晶粒の粗大化を防止しながら、結晶粒を分断・微細化することができる。このため、レール９の頭部９１および足部９３について、靱性および延性を向上させることができる。

【0049】

（２）温度調整圧延をした後、１℃／秒以上１０℃／秒以下の平均冷却速度で、レール９の頭部表面温度が６００℃以下となるまでレール９を熱処理する。
上記構成によれば、レール９の頭部９１のパーライトラメラー間隔を微細化することができ、耐摩耗性を向上させることができる。また、熱処理終了後のラメラー組織の球状化を防止することができるため、耐摩耗性が向上する。

【0050】

（３）レール９を熱処理する前に、レール９の頭部表面温度が７３０℃未満の場合に、レールを７３０℃以上へ再加熱する。
上記構成によれば、パーライト組織がオーステナイト組織へ逆変態し、再度ラメラー組織を作り直すことができるため、レール９の硬度および耐摩耗性を向上させることができる。
（４）レール９を再加熱する際に、レール９の頭部９１のみを再加熱する。
上記構成によれば、レール９全体を再加熱する場合に比べ、加熱に掛かるエネルギーを少なくすることができる。

【0051】

（５）上記実施形態に係るレール９の製造装置１は、レール鋼素材を圧延する少なくとも一台の第１圧延機３Ａ１〜３Ａｋと、第１圧延機３Ａ１〜３Ａｋにて圧延されたレール鋼素材を冷却することで温度調整する冷却装置４と、温度調整されたレール鋼素材を、２０％以上の減面率で温度調整圧延することでレール形状に加工する少なくとも一台の第２圧延機３Ａｋ＋１〜３Ａｎ，３Ｂと、を有し、冷却装置４は、レール形状の頭部９１および足部９３に相当するレール鋼素材の部位の表面温度を５００℃以上１０００℃以下に冷却する。
上記構成によれば、（１）と同様な効果を得ることができる。

【実施例1】

【0052】

次に、本発明者らが行った実施例１について説明する。
実施例１では、図１で説明したレールの製造装置１を用いて、異なる成分条件および圧延条件でレール９を製造し、製造したレール９の全伸びを測定した。
表１は、実施例１で用いたレール９の化学成分条件を示す。残部は鉄および不可避的不純物である。表２は、実施例１における圧延条件と全伸びの測定結果を示す。

【0053】

【表1】

【0054】

【表2】

【0055】

実施例１では、まず、連続鋳造されたブルームを加熱炉２にて１１００℃となるまで加熱した。実施例１で用いたブルームの化学成分は、表２に示すように、表１の成分Ａ〜成分Ｇのいずれかとした。
次いで、加熱されたブルームを加熱炉２から抽出し、粗圧延機３Ａおよび仕上圧延機３Ｂにて熱間圧延した。粗圧延機３Ａには、ユニバーサル圧延機とカリバー圧延機とを組み合わせた複数の圧延機を用いた。圧延中のレール９は、転倒姿勢で圧延・搬送される。なお、熱間圧延を行う際、粗冷却装置４または仕上冷却装置５のいずれかで頭部９１および足部９３の表面温度が５００℃以上１０００℃以下となるまで温度調整を行った。温度調整方法、温度調整圧延開始から熱間圧延終了までの時間および温度調整圧延パス数を表２にそれぞれ示す。なお、温度調整圧延とは、温度調整をしてからの熱間圧延のことを示す。

【0056】

表２に示すように、実施例１では、スプレー冷却、衝風冷却および自然放冷のいずれかの方法にて温度調整を行った。スプレー冷却の場合、水量密度および冷却時間を調整すること、自然放冷の場合、粗冷却装置４および仕上冷却装置５は用いずに、冷却時間を制御することで、頭部９１および足部９３の表面温度を調整した。

【0057】

また、表２に示す温度調整圧延パス数は、上記のいずれかの方法で温度調整をしてから、圧延したパス数を示す。例えば、温度調整圧延パス数が１回の場合、温度調整後は仕上圧延のみしたことを示し、温度調整圧延パス数がｎ（ｎ≧２）回の場合、温度調整後はｎ−１回の粗圧延と１回の仕上圧延とをしたことを示す。なお、温度調整圧延パス回数が１回の場合には、仕上冷却装置５を用いて温度調整を行い、温度調整圧延パス数がｎ回の場合には、粗冷却装置４を用いて温度調整を行った。

【0058】

熱間圧延をした後、レール９を熱処理装置７で強制冷却した。強制冷却を開始する際の、頭部９１および足部９３の表面温度は、表２に示す条件とした。強制冷却をする際、平均冷却速度は３℃／秒とし、表面温度が４００℃になるまで冷却を行った。また、強制冷却をする際、冷却媒体には、ミストを用いた。なお、実施例１では、熱間圧延後に、再加熱装置６を用いた再加熱処理を行わなかった。

【0059】

次いで、強制冷却したレール９を冷却床８へ搬送し、１００℃以下となるまで冷却した後、曲がり等の矯正を行った。
上記の工程でレール９を製造した後、レール９の長手方向の端部、１／４位置、１／２位置および３／４位置の４箇所から試験片をそれぞれ採取し、各種物性を測定した。図５に示すように、長手方向の各位置で採取された試験片の、頭部９１からサンプル９ａ、足部９３からサンプル９ｂをそれぞれ採取した。サンプル９ａは、頭部９１上端から距離ｄ２＝１２．７ｍｍ、かつ幅方向中央から距離ｄ１＝２４．６ｍｍの位置から採取されたＪＩＳ４号試験片である。サンプル９ｂは、足部９３下端から距離ｄ３＝１２．７ｍｍ、かつ幅方向中央の位置から採取されたＪＩＳ４号試験片である。

【0060】

実施例１では、化学成分、温度調整方法、温度調整圧延パス数、表面温度および減面率が異なる例として、実施例１−１〜１−２８の２８種類の条件でレール９を製造し、全伸びを評価した。
また、表２に示すように、比較例として、温度調整圧延時の表面温度および減面率が上記実施形態の範囲外である比較例１−１〜１−５についても実施例１−１〜１−２８と同様の条件でレール９を製造し、全伸びを評価した。なお、表２に示す全伸びの値は、４箇所から採取した試験片からそれぞれ採取された各１サンプルの合計４サンプルの平均値を示す。

【0061】

実施例１−１〜１−２８のすべての条件において、頭部９１および足部９３の全伸びが目標となる１２％以上となることを確認した。また、温度調整圧延時の頭部９１または足部９３のいずれかの表面温度が７３０℃以下である実施例１−１４，１−１５，１−１９，１−２０は、表面温度の低い頭部９１または足部９３の伸びが１７％以上と高くなることを確認した。さらに、温度調整圧延時の頭部９１および足部９３の両方の表面温度が７３０℃以下である実施例１−８は、頭部９１および足部９３の全伸びが１９％以上と高くなることを確認した。

【0062】

一方、温度調整圧延時の足部９３の表面温度が１０００℃超となる比較例１−１、および温度調整圧延時の足部９３の減面率が２０％未満となる比較例１−２では、足部９３の伸びが１２％未満となり、実施例１−１〜１−２８に比べ低下した。また、温度調整圧延時の表面温度が５００℃未満あるいは１０００℃超となる比較例１−３，１−４、および温度調整圧延時の頭部９１の圧下率が２０％未満となる比較例１−５では、頭部９１の伸びが１２％未満となり、実施例１−１〜１−２８に比べ低下した。

【実施例2】

【0063】

次に、本発明者ら実施した実施例２について、説明する。
実施例２では、化学成分、温度調整圧延時および熱処理時の条件を変えることで、熱処理条件による全伸び、硬度および表面組織への影響を確認した。表３は、実施例２における、化学成分、温度調整圧延時の表面温度、熱処理（強制冷却）の条件、全伸びの測定結果、硬度の測定結果および頭部表面組織の観察結果をそれぞれ示す。

【0064】

【表3】

【0065】

実施例２では、温度調整圧延として、３つのユニバーサル圧延機と１つのカリバー圧延機からなる計４パスの圧延を頭部９１及び足部９３が減面率３０％となるように行った。温度調整圧延時の頭部９１および足部９３の表面温度と、熱処理時の開始温度、冷却速度および終了温度とは、表３に示す各条件とした。熱処理をする際、冷却速度が３℃／秒以下の条件では冷却媒体に空気を用い、冷却速度が３℃／秒を超える条件では冷却媒体に空気とミストとを混合させたものを用いた。それ以外の製造条件については、実施例１と同様とした。

【0066】

レール９の全伸びについては、実施例１と同様の方法で試験片を採取し、全伸びを測定した。レール９の硬度については、レール９の長手方向の端部、１／４位置、１／２位置および３／４位置の４箇所から鋸断した約２０ｍｍ厚の試験片から、図６に示す頭部表面位置からサンプル９ｃおよび頭部内部位置からサンプル９ｄを採取した。サンプル９ｃは、表面の凹凸を除去するために研磨された試験片の頭部９１の上端面中央から採取された。サンプル９ｄは、表面の凹凸を除去するために研磨された試験片の幅方向中央、かつ頭部９１の上端から距離ｄ４＝２０ｍｍの位置から採取された。次に、採取されたサンプル９ｃ，９ｄの硬度を、ブリネル硬度試験によって測定した。表面組織については、採取したサンプル９ｃの表面組織を観察した。

【0067】

実施例２では、化学成分、温度調整圧延時の表面温度、熱処理時の各条件が異なる例として、実施例２−１〜２−２１の２１種類の条件でレール９を製造し、全伸びおよび硬度を測定し、さらに表面組織を観察した。なお、実施例２−１３では、熱処理は行わず、熱間圧延後のレール９を冷却床８に搬送し、１００℃以下となるまで冷却した。レール９が１００℃以下となった後は、曲がり等を矯正した。

【0068】

また、表３に示すように、比較例として、熱処理時の冷却速度が上記実施形態の範囲を超える比較例２−１〜２−３についても実施例２−１〜２−２１と同様の条件でレール９を製造し、全伸びおよび硬度を測定し、さらに表面組織を観察した。なお、表３に示す全伸び、硬度の値は、４箇所から採取した試験片からそれぞれ採取された４サンプルの平均値を示す。

【0069】

０．５℃／秒以上１０℃／秒以下の冷却速度で熱処理した実施例２−１〜２−２１は、すべての条件において、頭部９１および足部９３の全伸びが目標である１２％以上となることを確認した。
実施例２−２，２−３では、他の条件に比べて温度調整圧延時の頭部９１の表面温度が低かったため、熱処理開始時の表面温度も低くなり、頭部９１の全伸びが１５％以上と他の条件よりも高くなった。しかし、実施例２−２，２−３では、頭部９１の硬度が３８０ＨＢ以下と実施例２−１よりも低くなった。

【0070】

熱処理時の冷却速度を除いた条件が同じである、実施例２−１，２−７〜２−１０、さらに成分が異なる実施例２−１４〜２−２１では、冷却速度が速いほど頭部９１の表面および内部の硬度が向上した。また、熱処理時の冷却速度を除いた条件が、実施例２−１，２−７〜２−１０，２−１４〜２−２１が同じであり、冷却速度が１０℃／秒超である比較例２−１〜２−３では、冷却速度が過度に高かったため、一部組織がマルテンサイトへ変態し、全伸びが３％と非常に低くなった。

【0071】

熱処理時の終了温度を除いた条件が同じである、実施例２−１，２−１１，２−１２では、冷却停止温度が低いほど、頭部９１の表面および内部の硬度が向上した。また、熱処理時の終了温度が６５０℃とした実施例２−１１では、パーライト組織の一部が球状化した。
熱処理を行わなかった実施例２−１３では、頭部９１および足部９３の全伸びは１２％以上となったが、頭部９１の表面および内部の硬度は全条件の中で最も低くなった。さらに、実施例２−１３では、パーライト組織の一部が球状化した。

【実施例3】

【0072】

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、再加熱処理による硬度および表面組織への影響を確認するため、硬度が低かった実施例２−３の条件について、熱処理前に再加熱を行った。実施例３は、温度調整圧延時の頭部９１の表面温度、および再加熱を行ったことを除き、それ以外の製造条件については、実施例２−３と同じとした。表４は、実施例３における、化学成分、温度調整圧延時の表面温度、再加熱および熱処理時の条件、全伸びの測定結果、硬度の測定結果および頭部表面組織の観察結果をそれぞれ示す。なお、表４に示す全伸びおよび硬度の値は、４箇所から採取した試験片からそれぞれ採取された各１サンプルの合計４サンプルの平均値を示す。

【0073】

【表4】

【0074】

実施例３では、熱間圧延後に再加熱装置６にて頭部９１またはレール９全体を再加熱した。再加熱装置６は、誘導加熱式の加熱装置であり、表４に示す条件に応じて、頭部９１またはレール９全体を加熱することができる。再加熱後の頭部９１の表面温度は、表４に示す熱処理時の開始温度である。
実施例３では、温度調整圧延時の頭部９１の表面温度、再加熱条件が異なる実施例３−１〜３−９の９種類の条件でレール９を製造し、全伸びおよび硬度を測定し、さらに表面組織を観察した。全伸びおよび硬度のサンプル採取方法、および表面組織観察のためのサンプル採取方法は実施例２と同様である。なお、実施例３−１は、再加熱を実施しなかった条件であり、実施例２−３と同じ製造条件である。

【0075】

表４に示すように、実施例３−１〜３−９のすべての条件において、頭部９１および足部９３の全伸びが目標である１２％以上となることを確認した。
再加熱を行わなかった実施例３−１は、温度調整圧延の開始時の表面温度が低かったため、熱処理開始時の頭部９１の表面温度が６３０℃と低くなり、頭部９１の表面および内部の硬度が低かった。

【0076】

実施例３−２，３−６では、再加熱を行い、熱処理開始時の頭部９１の表面温度を７００℃としたものの、表面温度が７３０℃以下と低かったため、実施例３−１と同様に、頭部９１の表面および内部の硬度が低かった。
レール９全体を再加熱した実施例３−３〜３−５、および頭部９１のみを再加熱した実施例３−７〜３−９では、再加熱後の温度が低かった実施例３−２，３−６に比べ、頭部９１の表面で２０ＨＢ以上、内部で５ＨＢ以上硬度が向上することを確認した。また、レール９全体を再加熱した場合と、頭部９１のみを再加熱した場合とでは、頭部９１の硬度向上効果に差がないことを確認した。さらに、実施例３−４，３−５，３−８，３−９を比較すると、頭部９１の硬度に差がなかったことから、再加熱後の表面温度が９００℃以上となると再加熱による硬度向上効果に差がないことを確認した。
以上の結果から、本発明に係るレールの製造方法および製造装置によれば、頭部９１および足部９３の両方に高い延性を有するレール９を製造できることを確認できた。

【符号の説明】

【0077】

１ ：製造装置
２ ：加熱炉
３Ａ，３Ａ１〜３Ａｎ ：粗圧延機
３Ｂ ：仕上圧延機
４ ：粗冷却装置
４１ ：頭部冷却ノズル
４２ ：足部冷却ノズル
４３ ：頭部温度計
４４ ：足部温度計
４５ ：搬送テーブル
４６ａ，４６ｂ ：ガイド
４６１ａ，４６１ｂ ：開口部
５ ：仕上冷却装置
６ ：再加熱装置
７ ：熱処理装置
７１ａ〜７１ｃ ：頭部冷却ヘッダ
７２ ：足部冷却ヘッダ
７３ ：頭部温度計
７４ ：制御部
８ ：冷却床
９ ：レール
９１ ：頭部
９２ ：腹部
９３ ：足部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】