一种贝氏体钢轨焊接接头及控制贝氏体钢轨焊接接头“白块”组织的焊后热处理方法技术

本发明专利技术提供了一种贝氏体钢轨焊接接头，在微观金相上，所述焊接接头包括焊缝组织和分布在焊缝及其周围的白块组织；其中，尺寸大于等于100μm的白块组织的数量小于10个/单个微观金相视场。本发明专利技术采用了特定的贝氏体钢轨焊接接头的焊后热处理方法，通过特定过程的三级冷却方式，得到了白块缺陷尺寸小，且含量少的贝氏体钢轨焊接接头。本发明专利技术通过特定的焊后热处理工艺，能够显著减少焊接接头微观组织中“白块”缺陷的数量，避免了因焊接区域缺陷而导致的焊接接头裂纹扩展，有助于改善贝氏体钢轨焊接接头的力学性能，进而改善铁路线路运行过程中因钢轨焊接区域硬度偏低而导致的“鞍型”磨耗及轮轨冲击，延长钢轨使用寿命及保证铁路运行安全。

A Post-weld Heat Treatment Method for Bainitic Rail Welded Joints and Control of White Block Structure in Bainitic Rail Welded Joints

The present invention provides a bainite rail welded joint, which includes weld structure and white block structure distributed around the weld and on the micro-metallographic plane, in which the number of white block structure larger than or equal to 100 um is less than 10/single micro-metallographic field of view. The invention adopts a special post-weld heat treatment method of bainitic rail welded joint, and obtains a bainitic rail welded joint with small defect size and low content through a three-stage cooling method in a specific process. The invention can significantly reduce the number of \white block\ defects in the microstructures of welded joints, avoid the crack propagation of welded joints caused by defects in welded areas, help to improve the mechanical properties of bainite rail welded joints, and further improve the \saddle\ type caused by the low hardness of rail welded areas during the operation of railway lines. Abrasion and wheel-rail impact can prolong the service life of rail and ensure the safety of railway operation.

【技术实现步骤摘要】
一种贝氏体钢轨焊接接头及控制贝氏体钢轨焊接接头“白块”组织的焊后热处理方法
本专利技术属于贝氏体钢轨焊接
，涉及一种贝氏体钢轨焊接接头及贝氏体钢轨焊接接头的焊后热处理方法，尤其涉及一种贝氏体钢轨焊接接头及控制贝氏体钢轨焊接接头“白块”组织的焊后热处理方法。
技术介绍
奥氏体过冷到低于珠光体转变温度和高于马氏体转变温度之间的温区时，将发生由切变相变与短程扩散相配合的转变，其转变产物被称为贝氏体或贝茵体。而钢中的贝氏体就是铁素体和碳化物的混合组织。近几十年来，贝氏体钢轨已成为世界各国的研究热点，因其韧性高、耐磨损及使用寿命长等特性而有望取代传统的珠光体钢轨，广泛应用于铁路道岔部件及重载线路的小半径曲线段。现阶段，钢轨无缝化已成为必然趋势。作为钢轨无缝化环节中的一道重要工序，钢轨焊接质量直接关系到铁路线路服役寿命，甚至行车安全。钢轨服役过程中，受焊接质量及线路实际运营条件复杂性的影响，焊接长轨条的断裂大多发生在焊接接头上，因而焊接接头成为了无缝线路的薄弱环节。此类钢轨采用焊接方式铺设无缝线路，因贝氏体钢轨中合金含量较高，在贝氏体钢轨的轨腰等部位容易出现Mn偏析区导致马氏体带状组织，尤其是闪光焊工艺过程中焊缝附近极易出现异常的白亮缺陷，业内通常称为“白块”，给铁路安全运行带来了潜在的危害。这些白亮缺陷微观组织复杂，是焊接半熔区晶界元素富集的结果，其表现白亮的原因是元素富集和组织差异。“白块”实质上是元素富集的晶界高合金区，其为在钢轨焊接高温条件下高合金区晶界熔化或液化，在焊接空冷条件下产生的马氏体组织，因耐金相腐蚀剂的腐蚀而呈现白色状态。带状偏析会影响接头的冲击韧性，且“白块”多在带状组织内产生。而且受熔化过程及高温影响，基于细晶强化原理生产制造的贝氏体钢轨受焊接热循环作用后，焊缝区域的淬硬层消失并出现一较宽的低硬度区，钢轨焊接过热区奥氏体晶粒粗化，导致焊缝及热影响区的硬度远低于钢轨母材。软化的钢轨焊接接头在服役过程中，易优先在踏面部位形成“鞍型”磨耗，增加了轮轨冲击，影响钢轨使用寿命，甚至危及行车安全。因此，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》及TB/T1632.3-2014《钢轨焊接第3部分：铝热焊接》规定，对于热处理钢轨，焊接区域的平均硬度不得低于钢轨母材平均硬度的90％，且焊缝和热影响区的微观组织中不应有马氏体或贝氏体等有害组织。上述两项钢轨焊接标准涉及的对象均为珠光体钢轨，而目前国内外尚无适用于贝氏体钢轨的焊接标准，因而，完全遵照国内现行钢轨焊接标准评估贝氏体钢轨焊接接头的力学性能是不合适的。更主要的是，采用现有的贝氏体钢轨焊接技术，焊接所形成的焊接头的微观组织中“白块”组织的数量多，且尺寸较大，而贝氏体钢轨焊接头伤损的主要原因，正是这些“白块”上极易产生微裂纹，裂纹沿接头带状组织方向扩展，形成轨头核伤，而轨头核伤是造成钢轨断裂的主要原因，进而缩短钢轨的使用寿命。因此，如何找到一种方法能够有效控制贝氏体钢轨焊接接头附近“白块”的方法，以提高贝氏体钢轨焊接接头的服役性能，并保证铁路运行安全，已成为铁路工程领域亟需解决的问题之一。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种贝氏体钢轨焊接接头及贝氏体钢轨焊接接头的焊后热处理方法，特别是一种控制贝氏体钢轨焊接接头“白块”组织的焊后热处理方法，采用本专利技术提供的焊后热处理工艺，能够有效的控制贝氏体钢轨焊接接头附近的“白块”，大大减少“白块”的数量和尺寸，进而提高贝氏体钢轨焊接接头的服役性能，并保证铁路运行安全，而且工艺简单，条件温和，易于控制，适于规模化生产的推广和应用。本专利技术提供了一种贝氏体钢轨焊接接头，在微观金相上，所述焊接接头包括焊缝组织和分布在焊缝及其周围的白块组织；其中，尺寸大于等于100μm的白块组织的数量小于10个/单个微观金相视场。优选的，所述白块组织的尺寸小于等于2000μm；所述焊缝的宽度为101～772μm；所述白块组织之间相互独立；所述焊接接头由焊接得到的待冷却的贝氏体钢轨焊接接头经热处理后得到。优选的，所述焊缝组织为白亮的脱碳层；所述焊缝组织包括铁素体组织和贝氏体组织；所述白块组织具有不规则形态；所述热处理包括三级冷却步骤。优选的，所述分布在焊缝及其周围的白块组织具体为：不规则分布在近焊缝区域的白色微区；所述焊接包括闪光焊接和/或气压焊接；所述热处理包括第一级冷却、加热、第二级冷却和第三级冷却步骤。本专利技术提供了一种贝氏体钢轨焊接接头的焊后热处理方法，包括以下步骤：1)将焊接得到的待冷却的贝氏体钢轨的焊接接头进行第一级冷却，得到第一级冷却后的焊接接头；2)将上述步骤得到的第一级冷却后的焊接接头进行加热，再进行第二级冷却，得到第二级冷却后的焊接接头；3)将上述步骤得到的第二级冷却后的焊接接头进行第三级冷却后，得到贝氏体钢轨焊接接头。优选的，所述焊接得到的待冷却的贝氏体钢轨的焊接接头的温度为1400～1600℃；所述第一级冷却为缓冷；所述第二级冷却为快速冷却；所述第三级冷却为自然冷却；所述加热为全断面加热。优选的，所述第二级冷却的开冷温度大于等于800℃；所述第一级冷却的冷却速率为0.8～1.4℃/min；所述加热的加热速率为6.2～10.8℃/s；所述第二级冷却的冷却速率为0.9～2.1℃/s；所述第三级冷却的冷却速率为0.3～0.9℃/s。优选的，所述加热时，控制轨头与轨底脚的温度差不超过50℃；所述第一级冷却后的焊接接头的温度小于等于290℃；所述加热后的温度小于等于970℃；所述第二级冷却后的焊接接头的温度小于等于280℃。优选的，所述第一级冷却后的焊接接头的温度为150～280℃；所述加热后的温度为880～960℃；所述第二级冷却后的焊接接头的温度为180～270℃；所述第一级冷却的方式为间接冷却；所述第三级冷却的方式为直接冷却。优选的，所述第一级冷却具体为：采用保温装置控制冷却速度下，进行缓冷；所述第三级冷却的方式为直接冷却；所述加热的方式包括中频感应仿型电加热线圈加热和/或氧-乙炔火焰仿型加热器加热；所述第二级冷却的方式为以喷射压缩空气、雾和水雾混合气体中的一种或多种作为冷却介质，进行快速冷却。本专利技术提供了一种贝氏体钢轨焊接接头，在微观金相上，所述焊接接头包括焊缝组织和分布在焊缝及其周围的白块组织；其中，尺寸大于等于100μm的白块组织的数量小于10个/单个微观金相视场。与现有技术相比，本专利技术针对现有的贝氏体钢轨焊接技术，焊接所形成的焊接头的微观组织中“白块”组织的数量多，极易产生微裂纹，裂纹沿接头带状组织方向扩展，形成轨头核伤，造成钢轨断裂，缩短钢轨的使用寿命的缺陷。本专利技术创造性的对贝氏体钢轨焊接接头的采用了特定的焊后热处理方法，通过特定过程的三级冷却方式，得到了白块缺陷尺寸小，且含量少的贝氏体钢轨焊接接头。本专利技术通过控制贝氏体钢轨焊接接头附近“白块”组织的焊后热处理工艺方法，能够显著减少贝氏体钢轨焊接接头微观组织中“白块”缺陷的数量，避免了因焊接区域缺陷而导致的焊接接头裂纹扩展，有助于改善贝氏体钢轨焊接接头的力学性能，进而改善铁路线路运行过程中因钢轨焊接区域硬度偏低而导致的“鞍型”磨耗及轮轨冲击，延长钢轨使用寿命及保证铁路运行安全。本专利技术为了弥补现有贝本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种贝氏体钢轨焊接接头，其特征在于，在微观金相上，所述焊接接头包括焊缝组织和分布在焊缝及其周围的白块组织；其中，尺寸大于等于100μm的白块组织的数量小于10个/单个微观金相视场。

【技术特征摘要】
1.一种贝氏体钢轨焊接接头，其特征在于，在微观金相上，所述焊接接头包括焊缝组织和分布在焊缝及其周围的白块组织；其中，尺寸大于等于100μm的白块组织的数量小于10个/单个微观金相视场。2.根据权利要求1所述的贝氏体钢轨焊接接头，其特征在于，所述白块组织的尺寸小于等于2000μm；所述焊缝的宽度为101～772μm；所述白块组织之间相互独立；所述焊接接头由焊接得到的待冷却的贝氏体钢轨焊接接头经热处理后得到。3.根据权利要求2所述的贝氏体钢轨焊接接头，其特征在于，所述焊缝组织为白亮的脱碳层；所述焊缝组织包括铁素体组织和贝氏体组织；所述白块组织具有不规则形态；所述热处理包括三级冷却步骤。4.根据权利要求1所述的贝氏体钢轨焊接接头，其特征在于，所述分布在焊缝及其周围的白块组织具体为：不规则分布在近焊缝区域的白色微区；所述焊接包括闪光焊接和/或气压焊接；所述热处理包括第一级冷却、加热、第二级冷却和第三级冷却步骤。5.一种贝氏体钢轨焊接接头的焊后热处理方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将焊接得到的待冷却的贝氏体钢轨的焊接接头进行第一级冷却，得到第一级冷却后的焊接接头；2)将上述步骤得到的第一级冷却后的焊接接头进行加热，再进行第二级冷却，得到第二级冷却后的焊接接头；3)将上述步骤得到的第二级冷却后的焊接接头进行第三级冷却后，得到贝氏体钢轨焊接接头。6.根据权利要求5所述的焊后热处理方法，其特征在于，所述焊接得到的待冷却的贝氏体钢...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐飞翔，李大东，王若愚，邓建，
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