一种贝氏体钢轨铝热焊焊后热处理工艺制造技术

本发明专利技术提供一种贝氏体钢轨铝热焊焊后热处理工艺，所述焊后热处理工艺包括以下步骤：(1)使通过铝热焊焊接得到的接头冷却至室温，然后对接头进行加热5

【技术实现步骤摘要】
一种贝氏体钢轨铝热焊焊后热处理工艺


[0001]本专利技术涉及钢轨焊接
，具体涉及一种贝氏体钢轨铝热焊焊后热处理工艺。

技术介绍

[0002]无缝线路是轨道结构进步的重要成果，同时也是当今高速铁路和重载铁路轨道结构的最优选择。我国自1957年开始在京门支线(北京)和真西支线(上海)铺设无缝线路以来，经过数年的不懈努力，无缝线路里程得到较大增长。无缝线路的综合技术经济效果突出，已为世界各国铁路实践所证实。无缝线路可以延长钢轨的使用寿命，减少养护维修劳力和材料，减少列车运行能耗，减少铺设附加费用。
[0003]钢轨焊接是无缝线路的关键技术。对于钢轨焊接，我国最早采用电弧焊，后来采用了铝热焊、气压焊和接触焊，通过焊接技术的改进，钢轨接头的质量不断提高。钢轨铝热焊接是由高温火柴点燃铝热焊剂，引发铝热反应，填充轨缝的焊接方式。钢轨铝热焊剂的主要成分包括铝粉、氧化铁和其它合金添加物按照一定比例配比而成。在引燃焊剂后，铝热反应过程中，铝粉还原氧化铁因而放出大量的热，生成钢水，并熔化合金添加物进入钢水中；钢水的密度大于反应生成的氧化铝故下沉至坩埚底部，而反应生成的氧化铝以及杂质等熔渣密度小会浮在上部。目前铝热焊采用的一次性坩埚均具备自熔塞，铝热反应生成的钢水会熔化坩埚底部的自熔塞，浇铸到与钢轨外形尺寸一致的砂型中，在砂型内部冷却结晶，从而将两段钢轨焊成整体。钢轨铝热焊接的主要特点有：1、设备简单：钢轨铝热焊接利用了原料的化学反应放热，整个反应过程只需要引燃高温火柴的热量，需要焊接材料有坩埚、砂型、焊剂等，配套设备有推瘤机、打磨机、气源等，设备小型便携特别适合现场流动作业。2、填充焊接：钢轨铝热焊过程中，铝热钢液填充至待焊钢轨之间的间隙，不需要拉伸钢轨，故铝热焊适用于断轨在线修复和道岔焊接。3、作业流程高效：单个接头的铝热焊过程可在90分钟内完成，并且现场焊接可以同时作业，互不干扰。4、焊接占用空间小：钢轨铝热焊接用于道岔焊接、修复焊接时，可以在较小的空间内完成。
[0004]目前我国大宗和长途货物的运输主要依靠货运铁路承担，铁路的货运能力直接影响着我国国民经济的发展。重载铁路是提升货运能力的最有效的途径，也是我国铁路发展的重要方向。随着重载铁路的发展，需要研发具有更优韧塑性、耐磨性、抗疲劳性的新钢种钢轨。因此，研发综合性能优异的下一代重载钢轨势在必行。贝氏体钢轨是高耐磨高强韧重载钢轨的发展方向。
[0005]对于贝氏体铝热焊，铁科院曾于20世纪90年代研发了铁
Ⅲ‑
50贝氏体铝热焊剂，焊接过程采用了干模快速预热铝热焊工艺，焊缝硬度高于260HB，适用于50kg/m U71Mn和U74珠光体钢轨，并在我国铁路应用。
[0006]中国专利申请CN 105364299 A提供一种贝氏体钢铝热焊的焊接材料，其制备方法以及采用所述焊接材料的贝氏体钢轨铝热焊接工艺。其中针对贝氏体钢轨铝热焊接工艺公开了：(4)焊后热处理：焊接头在空气中冷却至200℃以下，将焊接头再次加热至900
‑
1000
℃，然后以小于5℃的速度冷却至室温，清除残渣。此外，中国专利申请CN 105414797 A中提供了一种贝氏体钢与珠光体钢铝热焊接材料及其在贝氏体钢和珠光体钢焊接中的应用。
[0007]然而，采用现有的处理工艺焊接的接头，在服役过程中仍易出现损伤，因此，仍然需要对现有工艺进行改进，提供一种改进的焊后热处理工艺以进一步确保铝热焊结构服役的安全性。

技术实现思路

[0008]针对现有技术中存在的缺陷，本申请的专利技术人通过对贝氏体钢轨铝热焊的试验研究表明，焊后热处理可以提高铝热焊接头性能，改善微观组织。利用热模拟、热处理工艺试验、力学性能检验等手段，对铝热焊接头热处理前后性能进行对比，提供了一种贝氏体钢轨铝热焊焊后热处理工艺，经本专利技术提供的焊后热处理工艺处理的贝氏体钢轨铝热焊接头，能够具有很好的服役效果。
[0009]因此，本专利技术的一个目的是提供一种贝氏体钢轨铝热焊焊后热处理工艺。
[0010]本专利技术的另一个目的是提供上述焊后热处理工艺在贝氏体钢轨铝热焊中的用途。
[0011]实现本专利技术上述目的的技术方案如下。
[0012]在对大秦线铺设的贝氏体钢轨铝热焊接头的分析研究中发现，采用现有工艺焊接的接头出现的伤损主要位于2处：熔合区和热影响区。轨头熔合区伤损的裂纹发展方向与熔合线垂直，热影响区内出现粗大的板条组织是导致伤损出现的主要原因，粗大的板条组织是高硬度区，在出现裂纹后迅速沿晶扩展(如图1所示)。
[0013]此外，本申请的专利技术人进一步对贝氏体铝热焊接头的伤损情况进行了研究，通过实验室热处理模拟试验，增加取样位置，加热温度900℃，加热时间12min，随后空冷。取铝热焊接头的各个区域进行了分析，结果发现：热影响区内存在高硬度的白色条状组织，白色条状组织硬度均在520HV以上，通过正火无法完全消除，白色条状组织沿钢轨长度方向尺寸较大且分布不均匀(如图2所示)。
[0014]专利技术人通过对伤损进行分析研究后发现，贝氏体铝热焊接头伤损起源于轨头熔合区，裂纹的发展方向与熔合线垂直，热影响区内出现粗大的板条组织和白色条状组织是导致伤损出现的主要原因，板条组织和条状组织是高硬度区，在出现裂纹后迅速沿晶扩展。
[0015]基于以上研究发现，专利技术人开展了大量的实验研究来改进现有的焊后热处理工艺，对工艺中涉及的关键参数进行了大量筛选，从而得到了组织更均匀、力学性能显著提高、踏面硬度和抗拉强度显著增强的焊接接头。
[0016]因此，一方面，本专利技术提供一种贝氏体钢轨铝热焊焊后热处理工艺，所述焊后热处理工艺包括以下步骤：
[0017](1)使通过铝热焊焊接得到的接头冷却至室温，然后对接头进行加热5
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10min，保温5
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10min；然后采用0.2～0.8℃/s的冷却速度，将经保温处理得到的接头进行缓冷处理，直至接头温度达到100℃以下；
[0018](2)对经步骤(1)处理得到的接头进行回火处理，然后保温，自然冷却至室温。
[0019]优选地，在步骤(1)中，所述加热的温度为900
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1000℃；更优选地为950
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1000℃；
[0020]优选地，在步骤(1)中，所述加热的时间为10min；
[0021]优选地，在步骤(1)中，所述保温的时间为10min；
[0022]优选地，在步骤(1)中，所述冷却速度为0.2～0.6℃/s，更优选地为0.2～0.4℃/s；
[0023]优选地，在步骤(1)中，所述缓冷处理采用保温装置进行，更进一步优选地，所述缓冷处理采用内部填充了耐高温岩棉的保温罩进行；
[0024]优选地，在步骤(2)中，所述回火的温度为350
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400℃；更优选地为350℃；
[0025]优选地，在步骤(2)中，所述回火的时间为5
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15min；更优选地为10min；<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种贝氏体钢轨铝热焊焊后热处理工艺，所述焊后热处理工艺包括以下步骤：(1)使通过铝热焊焊接得到的接头冷却至室温，然后对接头进行加热5
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10min，保温5
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10min；然后采用0.2～0.8℃/s的冷却速度，将经保温处理得到的接头进行缓冷处理，直至接头温度达到100℃以下；(2)对经步骤(1)处理得到的接头进行回火处理，然后保温，自然冷却至室温。2.根据权利要求1所述的焊后热处理工艺，其中，在步骤(1)中，所述加热的温度为900
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1000℃；优选地为950
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1000℃；优选地，在步骤(1)中，所述加热的时间为10min；优选地，在步骤(1)中，所述保温的时间为10min。3.根据权利要求1或2所述的焊后热处理工艺，其中，在步骤(1)中，所述冷却速度为0.2～0.6℃/s，优选地为0.2～0.4℃/s。4.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的焊后热处理工艺，其中，在步骤(1)中，所述缓冷处理采用...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯子凌，崔成林，宋宏图，高松福，任金雷，林云蕾，
申请(专利权)人：北京中铁科新材料技术有限公司中国铁道科学研究院集团有限公司中国国家铁路集团有限公司，
类型：发明
国别省市：