腐食 腐食 腐食
腐食レール レール レール レールの の の の交換基準 交換基準 交換基準 交換基準と と と と超音波探傷器 超音波探傷器 超音波探傷器の 超音波探傷器 の の の有効性 有効性 有効性 有効性に に に に関 関 関 関する する する する一考察 一考察 一考察 一考察
東日本旅客鉄道（株） 正会員 江田 崇泰
１ １ １
１．．．．はじめにはじめにはじめに はじめに
レールは鉄道を構成する部材の中で最も重要な部材 の一つであり，損傷による輸送障害は確実に防がなけ ればならない。しかし，電蝕によるレールの腐食に対 しては，未だに明確な交換基準が確立されておらず，
敷設後の経過年数で交換しているのが実情である。そ こで，本研究では腐食レールの断面形状を調査し，曲 げ疲労試験の結果から腐食レールの残存寿命を推定す る と と も に ， 現 場 で 用 い ら れ て い る 超 音 波 探 傷 器
PRD-100C の有効性について考察することを目的とす
る。
２ ２ ２
２．．．．断面形状調査断面形状調査断面形状調査 断面形状調査
一般に，腐食レールは孔食ピット（腐食が局所的に 進行している部分）を起点として疲労破壊することが 知られている。そこで，腐食レールの形状を調査する ため，表面の錆をハンマーとワイヤブラシにて落とし た後，母材底面と底部側面の腐食量を測定した。対象 としたのは，東京支社管内で敷設後 5 年が経過したレ ールの中から電蝕によって底部が腐食しているものを 無作為に選び出した。まず，底部中央と底部側面の腐 食量との関係について結果を図 2 に示す。
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
0 2 4 6 8 10 12
中央腐食量(㎜)
側面腐食量(㎜)
その結果，底部中央と底部側面の腐食量との間には 相関性は認められなかった。このことから，これらは 個別に管理する必要があると考えられる。次に、底部 中央の腐食量と孔食ピットの凹凸量との関係について 結果を図 3 に示す。
y = 1.1055x + 0.7802 R2 = 0.6953
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
0 2 4 6 8 10 12
中央部腐食量(㎜)
ピット腐食量(㎜)
これらの間には一定の相関性が得られ，レール底部 中央の腐食量を測定することによって孔食ピットの凹 凸量が推定できる可能性を示した。
３ ３３
３．．．疲労破壊試験．疲労破壊試験疲労破壊試験 疲労破壊試験
腐食レールの残存寿命を推定するため，断面形状を 調査したレールに対して曲げ疲労試験を実施した。
1）試験方法
レール頭部を上にした状態で油圧式曲げ疲労試験機 に据え付け，3 点支持による曲げ疲労試験を実施した。
載荷点は断面が最も減少し，応力が集中する軌道パッ ド端部とし，周波数は 3Hｚとした。
2）試験結果
今回の試験によって得られた結果を表1に示す。
支間長 (mm)
荷重 (kN)
繰返し回数 応力振幅 (MPa)
試験結果 1 1400 160 185,994 198 破断 2 1400 146 2,000,000 180 未破断 3 1400 160 412,948 198 破断 4 1100 160 750,296 155 破断 5 1400 146 333,320 180 破断 6 1400 130 510,554 160 破断
４ ４４
４．．．腐食．腐食腐食レール腐食レールレールレールのののの残存寿命推定残存寿命推定残存寿命推定残存寿命推定
試験の結果を，過去に関門 T，新関門 T で発生した腐 食レールに対して行われた研究から得られている S-N 曲線上にプロットしたものを図 4 に示す。
キーワード 底部電蝕，交換基準，曲げ疲労試験，超音波探傷器PRD-100C
連絡先 〒114-0014 東京都北区田端 6 丁目 2 番 7 号 東日本旅客鉄道(株)上野保線技術センター TEL 03-3822-7828 表 1、曲げ疲労試験結果
図 2、底部中央と底部側面との腐食量の関係
図 3、底部中央と孔食ピットとの腐食量の関係
4-048 土木学会第63回年次学術講演会(平成20年9月)
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0 100 200 300 400
0.1 1 10 100
繰り返し回数(10^5回)
応力全振幅(MPa)
新関門Ｔ(60k) 関門Ｔ（60k) 羽田Ｔ(50Ｎ) 第二八反田RC(60k) 東京地下Ｔ(50Ｎ)
その結果，レール種別や構造による差異は確認でき なかった。さらに，品川保線技術センターの協力のも と，載荷点での曲げ応力を求め，残存通トンの推定を 行った結果を表 2 に示す。
曲げ応力 (MPa)
残存通トン (百万トン)
残存寿命 (年) 1 141.1 4.61 0.13 2 128.7 45.31 1.32 3 204.4 14.86 0.55 4 160.6 21.20 0.79 5 186.5 10.83 0.40 6 166.1 14.91 0.55 求めた残存通トンを各線の年間通トンで除して残存 寿命を求めたところ，現行の交換基準を経過しても更 に寿命が残っているという結果を得た。
５ ５ ５
５．．．．腐食腐食腐食レール腐食レールレールのレールのの交換基準の交換基準交換基準交換基準
電蝕によって腐食したレールの交換基準を敷設後の 経過年数によって判断することは難しい。そこで，推 定した残存通トンとレール底部の断面減少率に着目し，
調査を実施した。結果を図 5 に示す。
y = -7.9961x + 164.63 0
50 100 150 200 250
0 5 10 15 20
断面減少率(%)
残存通トン(百万トン)
サンプル数が少ないため，残存通トンと断面減少率 との関係を推定することはできなかった。しかし，得 られた近似式から破断時の断面減少率を求めると 20～
21％程度となり，国鉄当時の判定基準である 22％とほ ぼ一致した。
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６．．．超音波探傷器．超音波探傷器超音波探傷器(超音波探傷器(((PRD-100C))))のののの感度分析感度分析感度分析 感度分析
現在，東京支社管内で導入されている(株)トキメック レールテクノ社製超音波探傷器 PRD-100C に対して，
実際の腐食レールでの感度について検証を行った結果 を図6に示す。
y = 0.7406x R2 = 0.6179
0 1 2 3 4 5 6
0 1 2 3 4 5 6 7 8
発生レール実測値(㎜)
PRD-100C測定値(㎜)
測定誤差によるバラつきあるものの，腐食レール底 部中央での腐食量と PRD-100C の測定結果はほぼ一致
し，PRD-100C の有効性について確認できた。また，
PRD-100C の測定可能な範囲は底部中央から 4～5mm 程度となることが今回の調査によりわかった。
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７．．．まとめ．まとめまとめ まとめ
本研究では，電蝕によって腐食しているレールの交 換基準は，腐食量をもとに判断する手法が妥当である ことを示した。また，底部の腐食量測定には超音波探 傷器 PRD-100C による測定が有効であることを確認し た。しかし，レール底部中央と底部側面の腐食量との 間には相関性がないことから，現時点で底部側面は目 視に頼らざるを得ないと結論付けられた。
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８．．．反省．反省反省と反省ととと今後今後今後今後のののの課題課題課題課題
本研究により残された課題は以下のとおりである。
① 側面の探傷方法について検討が必要である。
② 寿命の推定を別のアプローチから行う必要がある。
③ 断面減少率と残存通トンの関係に対して，データ を更に増やし，確認する必要がある。
参考文献参考文献参考文献 参考文献
・阿部則次他：レール孔食のメカニズムの解明と孔食 量と余寿命の関係の解明、(財)鉄道総合技術研究所、
指定課題報告、No.04WZ02039、2004年3月
・須田征男他：新しい線路、(社)日本鉄道施設協会、
1991年3月、pp.80～82 図 4、試験結果と S-N 曲線
表 2、残存通トンの推定結果
図 6、PRD-100C の結果と底部中央の腐食量
図 5、残存通トンと断面減少率
4-048 土木学会第63回年次学術講演会(平成20年9月)
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