钢轨焊接接头的热处理方法技术

本发明专利技术公开了一种钢轨焊接接头的热处理方法，属于钢轨焊接技术领域。本发明专利技术为了解决钢轨在线路服役过程中因焊接区域硬度偏低或接头微观组织异常而导致的钢轨焊接接头“鞍型”磨耗及接头早期疲劳断裂等技术问题，提供了一种钢轨焊接接头的热处理方法，将钢轨焊接接头依次进行第一冷却阶段、第二冷却阶段和第三冷却阶段，并控制每个阶段的冷却速度和温度，能够有效控制马氏体组织含量，改善钢轨在线路服役过程中因焊接区域硬度偏低或接头微观组织异常而导致的钢轨焊接接头“鞍型”磨耗及早期疲劳断裂，保证铁路运行安全。

Heat treatment method of rail welded joint

The invention discloses a heat treatment method for rail welded joints, which belongs to the technical field of rail welding. In order to solve the technical problems of saddle wear and early fatigue fracture of rail welded joints caused by low hardness of welded area or abnormal microstructures of joints during rail service, the present invention provides a heat treatment method for rail welded joints, in which the rail welded joints are first cooled in turn. Stage, second cooling stage and third cooling stage, and controlling cooling speed and temperature in each stage, can effectively control martensite content and improve saddle wear and early fatigue breakage of rail welded joints caused by low hardness of welding area or abnormal microstructures of joints during rail service. Crack ensures the safety of railway operation.

【技术实现步骤摘要】
钢轨焊接接头的热处理方法
本专利技术属于钢轨焊接
，具体涉及一种钢轨焊接接头的热处理方法。
技术介绍
目前，国内外重载铁路线路多采用共析珠光体钢轨，此类钢轨的含碳量通常在0.72-0.82重量％范围内，金相组织为珠光体，具有强韧性匹配良好，综合力学性能指标适中等特点。随着铁路的快速发展，大轴重重载线路对钢轨服役性能提出了更高要求，且由于传统珠光体钢轨的综合力学性能与焊接性能几乎发展到了极限。在此情形下，强度等级更高，兼顾良好耐磨损性能及接触疲劳等综合性能的过共析钢轨应运而生，此类钢轨的含碳量通常在0.90-1.10重量％范围内，金相组织为珠光体+少量二次渗碳体。现阶段，钢轨移动闪光焊已成为国内外铁路施工现场的主流钢轨在线焊接技术。对于强度等级与材质均不相同的两种钢轨，母材性能间的差异给其焊接带来了巨大挑战。钢轨受焊接热循环作用后，焊接区域的淬硬层消失并在焊缝两侧形成宽度较大的低硬度区，导致焊缝及热影响区的硬度低于钢轨母材。钢轨在线路服役过程中，易优先在焊接接头的轨头踏面形成“鞍型”磨耗，不仅增加了轮轨冲击，还严重影响钢轨使用寿命，甚至危及行车安全。因而，如何恢复钢轨因焊接而降低的力学性能就成了钢轨得以应用的前提。目前，关于过共析钢钢轨与共析钢钢轨焊接及焊后热处理工艺研究的报道和文献资料还相对较少。CN201610909362.1公开了一种过共析钢轨和PG4热处理共析珠光体钢轨焊接接头的焊后热处理方法，该方法包括将焊接得到的待冷却的钢轨焊接接头进行第一冷却至400℃以下，然后将第一冷却后的钢轨焊接接头加热至860-930℃，随后进行第二冷却至钢轨焊接接头的踏面温度为410-450℃。采用该方法获得的异种钢轨焊接接头可满足国内现行铁道行业标准TB/T1632.2-2014《钢轨焊接第2部分：闪光焊接》中对于疲劳、拉伸、冲击以及静弯试验的测试要求；但上述专利技术中涉及到了钢轨焊后正火热处理，需要采用钢轨焊后热处理设备对钢轨焊接接头进行局部加热，操作与实施过程复杂、成本偏高。
技术实现思路
本专利技术为了解决钢轨在线路服役过程中因焊接区域硬度偏低或接头微观组织异常而导致的钢轨焊接接头“鞍型”磨耗及早期疲劳断裂的技术问题，提供了一种钢轨焊接接头的热处理方法，其包括以下步骤：将焊接得到的待冷却的钢轨焊接接头在第一冷却速度下进行第一阶段冷却，以使钢轨焊接接头的轨头表层温度降至650～720℃，接着使钢轨焊接接头在第二冷却速度下进行第二阶段冷却，以使钢轨焊接接头的轨头表层温度降至220～280℃，最后使钢轨焊接接头在第三冷却速度下进行第三阶段冷却，以使钢轨焊接接头的轨头表层温度降至10～30℃。其中，上述所述的钢轨焊接接头的热处理方法中，所述钢轨焊接接头为由具有同种轨型的过共析钢轨和共析钢轨焊接而成的异种钢轨焊接接头。优选的，上述所述的过共析钢钢轨与共析钢钢轨焊接接头的焊后热处理方法中，所述过共析钢轨的轨型为60～75kg/m，所述共析钢轨的轨型为60～75kg/m。其中，上述所述的钢轨焊接接头的热处理方法中，所述钢轨焊接接头的起始温度为1000～1400℃。其中，上述所述的钢轨焊接接头的热处理方法中，所述第一阶段冷却的方式为在空气中自然冷却。其中，上述所述的钢轨焊接接头的热处理方法中，所述第一冷却速度为5.0～9.0℃/s。其中，上述所述的钢轨焊接接头的热处理方法中，所述第二阶段冷却采用钢轨轨头仿型冷却装置，以压缩空气或水雾混合气作为冷却介质对钢轨焊接接头的轨头踏面及轨头侧面进行冷却，冷却装置距离钢轨轨头踏面为20～50mm；冷却装置所喷射出的压缩空气或水雾混合气的气体压力为0.40～0.80MPa。其中，上述所述的钢轨焊接接头的热处理方法中，所述第二冷却速度为1.5～2.5℃/s。其中，上述所述的钢轨焊接接头的热处理方法中，所述第三阶段冷却采用钢轨轨头仿型冷却装置，以压缩空气或水雾混合气作为冷却介质对钢轨焊接接头的轨头踏面及轨头侧面进行冷却，冷却装置距离钢轨轨头踏面为20～50mm；冷却装置所喷射出的压缩空气或水雾混合气的气体压力为0.05～0.25MPa。其中，上述所述的钢轨焊接接头的热处理方法中，所述第三冷却速度为0.05～0.50℃/s。其中，上述所述的钢轨焊接接头的热处理方法中，所述钢轨焊接接头采用钢轨移动闪光焊机焊接而成。本专利技术的有益效果是：本专利技术方法能够改善钢轨在线路服役过程中因焊接区域硬度偏低而导致的钢轨接头“鞍型”磨耗，可保证在距焊缝中心±10mm区域内的钢轨接头纵向硬度分别满足所对应的共析珠光体钢轨及过共析钢轨母材平均硬度的±30HV范围(不包括脱碳的焊缝中心线：受钢轨焊接高温影响，焊缝中心脱碳并产生元素烧损，导致硬度偏低)，且接头焊缝两侧的软化区宽度均低于15mm；同时，能够将钢轨接头金相组织中可能出现的马氏体组织百分含量控制在≤1％范围内，有助于保证铁路运行安全。附图说明图1为采用实施例1中的方法得到的焊后热处理条件下的过共析钢轨与共析珠光体钢轨焊接接头的轨头踏面以下3-5mm位置的纵向硬度效果图。图2为采用实施例2中的方法所得到的焊后热处理条件下的过共析钢轨与共析珠光体钢轨焊接接头的轨头踏面以下3-5mm位置的纵向硬度效果图。图3为采用对比例1中的方法所得到的焊后空冷条件下的过共析钢轨与共析珠光体钢轨焊接接头的轨头踏面以下3-5mm位置的纵向硬度效果图。图4为采用对比例2中的方法所得到的焊后热处理条件下的过共析钢轨与共析珠光体钢轨焊接接头的轨头踏面以下3-5mm位置的纵向硬度效果图。图5为采用对比例3中的方法所得到的焊后热处理条件下的过共析钢轨与共析珠光体钢轨焊接接头的轨头踏面以下3-5mm位置的纵向硬度效果图。图6为本专利技术的钢轨焊接接头的轨头踏面以下3-5mm位置的纵向硬度检测示意图。图7为本专利技术的钢轨接头的轨头踏面金相试样取样位置示意图。具体实施方式钢轨焊接接头的热处理方法，包括以下步骤：将焊接得到的待冷却的钢轨焊接接头在第一冷却速度下进行第一阶段冷却，以使钢轨焊接接头的轨头表层温度降至650～720℃，接着使钢轨焊接接头在第二冷却速度下进行第二阶段冷却，以使钢轨焊接接头的轨头表层温度降至220～280℃，最后使钢轨焊接接头在第三冷却速度下进行第三阶段冷却，以使钢轨焊接接头的轨头表层温度降至10～30℃。共析珠光体钢轨钢连续冷却转变过程中的马氏体转变的临界冷却速度约0.7-1.5℃/s，而过共析钢轨钢连续冷却转变过程中的马氏体转变的临界冷却速度约1.8-3.0℃/s。共析珠光体钢轨Ms温度(马氏体组织形成的开始温度)约250℃，而过共析钢轨Ms温度约190℃。为避免钢轨焊接接头出现马氏体等异常组织，当对过共析钢钢轨与共析钢钢轨的焊接接头进行焊后热处理时，需将焊后热处理快速冷却过程中的终冷温度控制在共析珠光体钢轨Ms温度以上。同时，焊后热处理过程中的冷却速度须以临界冷速相对较低的共析珠光体钢轨钢为限，否则钢轨焊接接头将会由于大量淬硬的马氏体组织而导致过早疲劳断裂。因此，钢轨焊接标准如澳洲钢轨焊接标准AS1085.20-2012中规定：对于某些高强度等级、高含碳量及高合金含量的钢轨，在金相显微镜100x的观察倍率下，对于钢轨焊接接头中马氏体出现的最严重区域，马氏体组织的百分含量不得高于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.钢轨焊接接头的热处理方法，其特征在于：包括以下步骤：将焊接得到的待冷却的钢轨焊接接头在第一冷却速度下进行第一阶段冷却，以使钢轨焊接接头的轨头表层温度降至650～720℃，接着使钢轨焊接接头在第二冷却速度下进行第二阶段冷却，以使钢轨焊接接头的轨头表层温度降至220～280℃，最后使钢轨焊接接头在第三冷却速度下进行第三阶段冷却，以使钢轨焊接接头的轨头表层温度降至10～30℃。

【技术特征摘要】
1.钢轨焊接接头的热处理方法，其特征在于：包括以下步骤：将焊接得到的待冷却的钢轨焊接接头在第一冷却速度下进行第一阶段冷却，以使钢轨焊接接头的轨头表层温度降至650～720℃，接着使钢轨焊接接头在第二冷却速度下进行第二阶段冷却，以使钢轨焊接接头的轨头表层温度降至220～280℃，最后使钢轨焊接接头在第三冷却速度下进行第三阶段冷却，以使钢轨焊接接头的轨头表层温度降至10～30℃。2.根据权利要求1所述的钢轨焊接接头的热处理方法，其特征在于：所述钢轨焊接接头为由具有同种轨型的过共析钢轨和共析钢轨焊接而成的异种钢轨焊接接头。3.根据权利要求1所述的钢轨焊接接头的热处理方法，其特征在于：所述钢轨焊接接头的起始温度为1000～1400℃。4.根据权利要求1所述的钢轨焊接接头的热处理方法，其特征在于：所述第一阶段冷却的方式为在空气中自然冷却。5.根据权利要求1所述的钢轨焊接接头的热处理方法，其特征在于：所述第一冷却速度为5.0～9.0℃/s。6.根据权利要求1所述的钢轨焊接接头的热处理...

【专利技术属性】
技术研发人员：白威，李大东，王若愚，邓健，
申请(专利权)人：攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51