高張力鋼レール開発の動向-

背景: レール鋼材の強度を高める必要がある理由

重量物輸送事業者は軸重を 35 トンから 40 トンに引き上げており、混合交通線では年間トン数が増加し、より高速な列車が運行されています。{0}}急なカーブや勾配では、レールのヘッドがトラックを維持できるよりも早く磨耗したり剥離したりするため、レールの寿命は曲げ強度よりもむしろ耐摩耗性と転がり接触疲労によってますます制限されます。その対応として、標準的なパーライト鋼種から、過共析パーライト鋼、低炭素マルテンサイト鋼、ベイナイト鋼という 3 つの新しい鋼種への移行が行われています。{6}それぞれのコスト、硬度、靱性のトレード方法は異なり、それぞれが独自の用途ニッチを見つけています。

過共析パーライト鋼レール

過共析パーライトレールは、炭素含有量を共析点以上に高め、クロムやモリブデンなどの合金元素を添加し、制御された熱処理と組み合わせることで製造されます。パーライト組織の微細化により、価格を大幅に上昇させることなく硬度と耐摩耗性を向上させ、軸重の重化による需要の高まりに対応します。実験室での比較では、従来の共析鋼よりも耐摩耗性が約 20% 優れていることが示されており、このグレードは曲線摩耗がレール交換の主な原因となっている北米の重量輸送鉄道でのテストで成功しています。-実際的な魅力は、鋼を既存の圧延および熱処理ラインで適度な合金コストで加工できることです。{5}}

マルテンサイト鋼レール

マルテンサイト レールは別のアプローチです。メーカーは、パーライトを精製する代わりに、同じ硬度のパーライト レールよりも優れた靭性を備え、最大 445 HB の硬度値に達する低炭素マルテンサイト構造を目指しています。{0}より高い硬度により耐摩耗性が直接的に向上し、靭性の向上によりヘッドチェックやゲージコーナーでの剥離のリスクが軽減されます。マルテンサイト系グレードは、溶接性とヘッド セクション全体の一貫した硬度に関して依然として最適化されており、その主な分野は、現在過共析パーライトが使用されているのと同じ重輸送曲線であり、より高い生産コストが正当化される潜在的により長い耐用年数が期待されています。{4}}

ベイナイト鋼レール

ベイナイト鋼レールは、高強度、優れた靱性、良好な可塑性を兼ね備えているため、最も活発な研究分野です。靱性は通常、パーライトレールの 2 ～ 3 倍であり、衝撃荷重、ヘッドチェック、および転がり接触疲労に耐性があります。米国、ドイツ、フランス、日本で開発とテストの成功が報告され、使用中に耐摩耗性の向上が確認されました。最も明白な商業的成功は分岐器にあります。フロッグと開閉器レールには衝撃とせん断が加えられ、パーライト鋼が最も弱いため、1,000 セットを超えるベイナイト製レール開閉器と踏切コンポーネントが使用され、良好な結果が報告されています。オペレータはまた、研削コストの削減、開閉器レールとフロッグの寿命の延長、分岐器のメンテナンス予算全体の安定化効果も報告しています。

比較と適用のガイダンス

選択は主な損傷モードに従って行われます。摩耗が主な場合は、最も硬い手頃なグレードが優先されます。衝撃疲労と転がり接触疲労が支配的な場合は靭性が決まります。両方が重要な場合、ベイナイト鋼が現在の最良の妥協案です。これらのグレードのコストプレミアムは、交通状況と損傷モードが余剰寿命を消耗するほど深刻な場合にのみ支払われるため、グレードの選択は、硬度だけではなく、測定されたレールの摩耗と欠陥のデータに基づいて行う必要があります。

よくある誤解

硬度だけでレールの寿命が予測されます。耐摩耗性は硬度とともに向上しますが、ヘッドチェック、剥離、溶接の欠陥は靭性と清浄度によって制御されるため、硬度は 1 つの要素にすぎません。

ベイナイト鋼は研究室の好奇心旺盛な素材です。分岐器コンポーネントとして商用サービスが提供されており、数千セットが設置され、良好な運用成績を収めています。

新しいグレードはドロップイン交換品です。-各グレードには独自の溶接、研削、検査要件があり、ネットワーク上の移行はテストセクションで管理する必要があります。

よくある質問

Q1: より強力なレール鋼の需要を促進するものは何ですか?

軸重が高く、速度が速く、年間トン数が重いと、摩耗と転がり接触疲労が増加し、カーブや勾配での標準パーライトレールの寿命が短くなります。

Q2:過共析パーライトレールとは何ですか?

これは、共析点以上の炭素とクロム-モリブデン合金を含むパーライトレールで、熱処理されて微細なパーライト構造となり、実験室テストで耐摩耗性が約 20% 向上します。

Q3: マルテンサイトレールはどのくらいの硬さに到達できますか?

低炭素マルテンサイト レールは、最大 445 HB の硬度値に達し、同等の硬度のパーライト レールよりも優れた靭性を備えています。

Q4: 分岐器にベイナイト鋼が使用されるのはなぜですか?

スイッチ レールとフロッグには衝撃とせん断が加えられますが、ベイナイト鋼の 2 ～ 3 倍の靭性は、パーライト鋼よりもヘッド チェックや剥離に対して優れた耐性を持っています。

Q5: 新グレードにより維持費は削減できますか?

適切な用途では、そうです。レールの寿命が長くなり、研削サイクルが減り、スイッチとフロッグの寿命が延びることにより、レール経済学の標準的な尺度である 100 万総トンあたりのコストが削減されます。

Q6: 新グレードは標準レールに溶接できますか?

溶接は可能ですが、グレードによって異なります。溶接スケジュール、入熱、溶接後の処理を制御する必要があり、異なる鋼種間の遷移溶接には特別な手順が必要です。{0}