一种含铜耐腐蚀钢轨的焊接方法技术

本发明专利技术公开了一种含铜耐腐蚀钢轨的焊接方法。该方法包括以下步骤：步骤1)：制备所述含铜耐腐蚀钢轨母材，其中所述含铜耐腐蚀钢轨母材显微组织控制为包括90

【技术实现步骤摘要】
一种含铜耐腐蚀钢轨的焊接方法


[0001]本专利技术涉及铁路钢轨制造
，尤其涉及一种含铜耐腐蚀钢轨的焊接方法。

技术介绍

[0002]钢轨的腐蚀一直是困扰世界铁路的一个技术难题，全世界每年因腐蚀而更换钢轨的费用高达数亿元。随着铁路行业的高速发展，钢轨腐蚀问题带来的安全隐患和经济损失越来越严重，为增强钢轨的耐腐蚀性能，国内外学者进行了多方面的技术性探索和尝试。
[0003]铜是提高钢材耐腐蚀性能的主要合金元素，钢中含有一定量的铜，可有效提高耐腐蚀性能。当铜与磷配合使用时，钢材耐腐蚀性能更为显著。目前常见的含铜钢有Cu
‑
P系耐候钢、Cu
‑
P
‑
Cr
‑
Ni系耐候钢等，广泛应用在建筑、车辆和集装箱等行业。通过采用添加Cu、Cr、Ni等微合金化的方式，开发出了低合金高强度的耐腐蚀钢轨，具有强度高、耐蚀性好等特点，可用于客运或客货混运铁路。
[0004]然而，含铜钢在加热过程中，若加热时间过长，加热温度过高，会引起铜在钢的表面晶界处富集并侵蚀晶界，在后续的热机械轧制过程中造成表面橘皮组织(本质为表面细微开裂)，对耐蚀钢轨而言则会严重影响其服役性能，甚至危及行车安全。而含铜耐腐蚀钢轨在焊接过程中同样会出现因焊接操作的加热所导致的铜元素在钢轨接头焊缝及过热区晶界处富集并侵蚀晶界，易造成晶界熔化，形成晶界裂纹，导致后续钢轨接头在铁路线路服役过程中受应力作用出现剥落掉块、疲劳断裂等问题，影响铁路服役安全。

技术实现思路

[0005]针对上述问题，本专利技术提供一种含铜耐腐蚀钢轨的焊接方法。该方法通过对钢轨含铜量、焊接的热输入量、钢轨焊接顶锻量和推瘤阶段的保压操作进行综合控制，可以避免出现因合金元素在钢轨接头焊缝及过热区富集而引起的焊接热影响区晶界熔化的问题，挺高铁路服役安全性。
[0006]根据本专利技术的一方面，提供一种含铜耐腐蚀钢轨的焊接方法，该方法包括以下步骤：
[0007]步骤1)：制备含铜耐腐蚀钢轨母材，其中含铜耐腐蚀钢轨母材显微组织控制为包括90
‑
100％的珠光体和0
‑
10％的先共析铁素体，并且含铜耐腐蚀钢轨母材的组分中包括质量百分比为0.20
‑
0.60％的Cu；
[0008]步骤2)：对由步骤1)的含铜耐腐蚀钢轨母材制作的多个钢轨进行焊接，控制钢轨焊接顶锻量保持在8.6
‑
9.8mm，焊接采用4.0
‑
8.2MJ的热输入量，钢轨焊接推瘤完成后采用22
‑
25t的保压压力进行保压。经专利技术人研究发现，对于含铜量在0.20
‑
0.60％的钢材而言，若热输入量过大，则焊接高温停留时间过长，接头焊后冷却速度较慢，可能出现因铜元素富集而形成的焊接热影响区晶界熔化(裂纹)现象。保压压力过小或过大，均会对钢轨焊接质量的稳定性构成不利影响，导致钢轨接头拉伸、疲劳性能下降。
[0009]根据本专利技术的一个实施例，该方法进一步包括焊后冷却步骤，焊后冷却步骤包括
当钢轨焊接接头推瘤完成后在空气中进行自然冷却至室温。
[0010]根据本专利技术的一个实施例，含铜耐腐蚀钢轨母材包含按重量百分比计的以下组分：0.65
‑
0.85％含量的C，0.32
‑
0.68％含量的Si，0.70
‑
1.10％含量的Mn，0.2
‑
0.5％含量的Cr，0.02
‑
0.06％含量的V，0.20
‑
0.40含量的Ni％，0.20
‑
0.60％含量的Cu，余量为Fe和不可避免的杂质。
[0011]根据本专利技术的一个实施例，含铜耐腐蚀钢轨母材通过包括以下步骤的方法获得：
[0012]将钢坯加热并轧制为钢轨后静置并且在空气中冷却；
[0013]当轨头顶面中心温度降至790
‑
850℃时分别向钢轨轨头顶面、轨头两侧面和轨头两侧下颚喷吹冷却介质至轨头顶面中心温度降至350
‑
420℃后停止喷吹冷却介质；
[0014]继续在空气中冷却至室温。
[0015]根据本专利技术的一个实施例，其中以使钢轨以3.0
‑
7.0℃/s的冷却速度冷却来喷吹冷却介质。
[0016]根据本专利技术的一个实施例，焊接采用移动闪光焊接。
[0017]根据本专利技术的一个实施例，含铜耐腐蚀钢轨母材中Cu含量为0.40％，钢轨母材显微组织为95％的珠光体和5％的先共析铁素体，并且钢轨焊接顶锻量保持在9.5mm，采用7.0MJ的热输入量开展钢轨焊接，保压阶段的压力保持在24t。
[0018]根据本专利技术的一个实施例，含铜耐腐蚀钢轨母材中Cu含量为0.35％，钢轨母材显微组织为99％的珠光体和1％的先共析铁素体，并且钢轨焊接顶锻量保持在8.9mm，采用6.0MJ的热输入量开展钢轨焊接，保压阶段的压力保持在23t。
[0019]根据本专利技术的一个实施例，含铜耐腐蚀钢轨母材中Cu含量为0.45％，钢轨母材显微组织为100％的珠光体，并且钢轨焊接顶锻量保持在8mm，采用9.2MJ的热输入量开展钢轨焊接，保压推瘤阶段的保压压力保持在24t。
[0020]根据本专利技术的一个实施例，含铜耐腐蚀钢轨母材的抗拉强度为1100
‑
1280MPa、延伸率为12
‑
18％。
[0021]本专利技术所公开的含铜耐腐蚀钢轨的焊接方法基于钢轨母材的成分和铜含量来设计与该材料组分相配合的焊接工艺。采用本专利技术的焊接方法可使距离焊缝中心
±
20mm的区域内避免出现因合金元素富集而引起的焊接热影响区晶界熔化现象，同时可有效降低焊接灰斑的产生几率。采用本专利技术所得焊态下耐腐蚀热处理钢轨闪光焊接头全断面抗拉强度Rm≥900MPa，接头纵断面平均硬度达到钢轨母材硬度的90％以上，接头疲劳寿命达到300万次以上，显著提升了钢轨的服役安全性。
附图说明
[0022]图1为钢轨焊接接头的各区域的示意图。
[0023]图2为各实施例和对比例中金相试样截取位置示意图。
[0024]图3为实施例1的金相组织图。
[0025]图4为实施例2的金相组织图。
[0026]图5为实施例3的金相组织图。
[0027]图6为实施例4的金相组织图。
[0028]图7为实施例5的金相组织图。
[0029]图8为对比例1的金相组织图。
[0030]图9为对比例2的金相组织图。
[0031]图10为对比例3的拉伸断口图。
[0032]图11为对比例4的拉伸断口图。
[0033]图12为对比例5的拉伸断口图。
[0034]图13为对比例6的断口金相组织图。
具体实施方式
[0035]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含铜耐腐蚀钢轨的焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1)：制备所述含铜耐腐蚀钢轨母材，其中所述含铜耐腐蚀钢轨母材显微组织控制为包括90
‑
100％的珠光体和0
‑
10％的先共析铁素体，并且所述含铜耐腐蚀钢轨母材的组分中包括质量百分比为0.20
‑
0.60％的Cu；步骤2)：对由步骤1)的含铜耐腐蚀钢轨母材制作的多个钢轨进行焊接，控制钢轨焊接顶锻量保持在8.6
‑
9.8mm，焊接采用4.0
‑
8.2MJ的热输入量，钢轨焊接推瘤完成后采用22
‑
25t的保压压力进行保压。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括焊后冷却步骤，所述焊后冷却步骤包括当钢轨焊接接头推瘤完成后在空气中进行自然冷却至室温。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含铜耐腐蚀钢轨母材包含按重量百分比计的以下组分：0.65
‑
0.85％含量的C，0.32
‑
0.68％含量的Si，0.70
‑
1.10％含量的Mn，0.2
‑
0.5％含量的Cr，0.02
‑
0.06％含量的V，0.20
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0.40含量的Ni％，0.20
‑
0.60％含量的Cu，余量为Fe和不可避免的杂质。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含铜耐腐蚀钢轨母材通过包括以下步骤的方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：白威，李大东，陆鑫，徐飞翔，
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：