一种野外低温环境的中碳低合金钢轨焊后热处理施工方法技术

本发明专利技术公开了一种用于野外低温环境的中碳低合金钢轨焊后热处理施工方法，该方法包括：将焊接形成的钢轨接头置于仿形温控装置中通过热补偿方式进行第一冷却处理，冷却至200～300℃；在仿形温控装置中对钢轨接头进行全断面加热处理，加热至900～960℃，加热处理时对钢轨接头的轨头、轨腰和轨底分别进行控制加热；拆除仿形温控装置，将钢轨接头置于野外低温环境中进行第二冷却处理，自然冷却至400～450℃；将钢轨接头置于仿形温控装置通过热补偿方式进行第三冷却处理，冷却至200～250℃；拆除仿形温控装置，将钢轨接头置于野外低温环境中进行第四冷却处理，自然冷却至环境温度。本发明专利技术有效改善钢轨的踏面硬度，同时改善钢轨接头冲击韧性，保证异种钢轨接头的服役性能。保证异种钢轨接头的服役性能。保证异种钢轨接头的服役性能。

【技术实现步骤摘要】
一种野外低温环境的中碳低合金钢轨焊后热处理施工方法


[0001]本专利技术涉及铁路钢轨制造
，尤其涉及一种野外低温环境的中碳低合金钢轨焊后热处理施工方法。

技术介绍

[0002]近年来，国内外铁路系统朝高速及重载方向发展的趋势对钢轨母材及焊接接头的综合性能提出了高要求。现阶段，铁路用钢轨碳含量主要集中在0.7
‑
1.1％，具有全珠光体组织或组织为珠光体+少量先共析铁素体或先共析渗碳体，通常要求钢轨强度不低于880MPa并具有良好的耐磨性。而冬季较为寒冷的地区、全年温差和昼夜温差大等特殊自然条件的苛刻路段，更是对钢轨的冲击韧性及抗疲劳损伤性能提出了新要求。作为线路上广泛使用的U71Mn热轧钢轨，常温环境下(20～30℃)，此钢轨轨头U型冲击韧性为25
‑
30J，而在低温
‑
40℃环境下轨头U型冲击值仅为5
‑
8J，冲击韧性大幅下降。在此情形下，具有更高冲击韧性及更佳抗疲劳损伤性能的中碳低合金钢轨应运而生。然而，与其它品种珠光体钢轨类似的是，此类钢轨焊接应用中也存在焊后接头全断面冲击韧性较差的问题。于是，焊后热处理就成了提升钢轨接头冲击韧性，改善接头服役性能的最有效手段。
[0003]常规钢轨焊后正火设备采取对接头全断面进行整体加热，温度采集(测温)位置为钢轨焊接接头轨头踏面。当采用常规正火设备对钢轨接头加热时，轨腰和轨底区域厚度较薄，易优先达到设定的正火加热温度。而轨头区域厚度较大，热传导相对缓慢，加热过程明显较轨腰和轨底滞后。常表现为接头轨腰和轨底区域已优先达到了设定的正火温度，而轨头部位却仍未达到设定温度。而当钢轨接头轨头达到设定温度时，轨腰和轨底却因长时间加热，温度早已超出设定温度。在此情形下，钢轨接头轨腰和轨底处焊接热影响区易因正火过程中加热温度过高且高温停留时间过长而导致冲击韧性下降。此外，正火过程中接头轨头与轨腰和轨底温度分布的差异又会间接导致轨头、轨腰和轨底处微观组织、奥氏体晶粒度、残余应力等出现差异，影响钢轨接头全断面力学性能的均匀性，这将进一步导致钢轨接头全断面服役性能的差异，不利于铁路运行安全。
[0004]目前，随着铁路运输量的增加，低温环境下服役的钢轨对耐磨性、低温韧性等都提出了新的要求。现有焊接作业方法在这样的低温环境下焊接时，由于野外环境温度低，焊接工艺受限，焊接接头容易产生低温脆性断裂，导致焊接接头质量不合格。
[0005]因此，现有技术中存在对中碳低合金钢轨焊后热处理改进的需求。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术实施例的目的在于提出一种野外低温环境的中碳低合金钢轨焊后热处理施工方法，改善钢轨因焊接而降低的踏面硬度，同时改善钢轨接头冲击韧性，保证异种钢轨焊接接头的服役性能及铁路运行安全。
[0007]基于上述目的，本专利技术实施例的提供了野外低温环境的中碳低合金钢轨焊后热处理施工方法，该方法包括以下步骤：
[0008]将焊接形成的钢轨接头置于仿形温控装置中通过热补偿方式进行第一冷却处理，冷却至200～300℃；
[0009]在仿形温控装置中对钢轨接头进行全断面加热处理，加热至900～960℃，加热处理时对钢轨接头的轨头、轨腰和轨底分别进行控制加热；
[0010]拆除仿形温控装置，将钢轨接头置于野外低温环境中进行第二冷却处理，自然冷却至400～450℃；
[0011]将钢轨接头置于仿形温控装置通过热补偿方式进行第三冷却处理，冷却至200～250℃；
[0012]拆除仿形温控装置，将钢轨接头置于野外低温环境中进行第四冷却处理，自然冷却至环境温度。
[0013]在一些实施方式中，加热处理时，设置仿形温控装置中轨腰和轨底部位的加热温度比轨头部位的加热温度高20～40℃。
[0014]在一些实施方式中，钢轨接头采用移动闪光焊接，焊接时顶锻量保持在11.9
‑
12.9mm，焊接时采用9.5
‑
11.2MJ的热输入量。
[0015]在一些实施方式中，仿形温控装置为对开式仿形温控装置，通过在对开式仿形温控装置中设置多个的陶瓷电热片实现温控。
[0016]在一些实施方式中，第一冷却处理时的冷却速度为0.5～1.1℃/s。
[0017]在一些实施方式中，第二冷却处理时的冷却速度为4.0～15.0℃/s
[0018]在一些实施方式中，第三冷却处理时的冷却速度为0.5～1.1℃/s
[0019]在一些实施方式中，中碳低合金钢轨的钢轨母材的显微组织包括94～99％的珠光体和1～6％的先共析铁素体，按重量百分比计，钢轨母材包含：0.56～0.66％的C，0.40～0.70％的Si，0.55～0.8％的Mn，0.20～0.40％的Cr，0.15～0.45％的Cu，0.05～0.25％的Ni，0.02～0.12％的V，余量为Fe和不可避免的杂质。
[0020]在一些实施方式中，钢轨母材在室温(20～30℃)下的抗拉强度为1050～1200MPa、延伸率为12.5
‑
17.5％、钢轨母材的轨头室温U型冲击功为38～55J，轨腰及轨底室温U型冲击功范围在18～30J，焊后的钢轨接头的轨头焊缝室温冲击功范围在10～17J，轨腰及轨底焊缝室温冲击功范围在8～13J。
[0021]本专利技术另一方面还提供了一种用于野外低温环境的中碳低合金钢轨接头，所述钢轨接头使用上述方法处理形成。
[0022]本专利技术至少具有以下有益技术效果：
[0023]本专利技术所公开的一种用于野外低温环境的中碳低合金钢轨焊后热处理施工方法通过对钢轨焊接工艺、焊后热处理的综合控制，可有效提升接头硬度及冲击韧性，同时可避免接头热影响区中出现有害的马氏体组织。采用本专利技术焊接方法获得的中碳低合金钢轨焊接头室温下(20～30℃)的硬度平均值达到对应母材硬度的90～95％。室温下，正火接头轨头焊缝冲击功平均值达到28～40J，轨腰及轨底焊缝冲击功范围在16～25J；
‑
20℃低温测试条件下，正火接头轨头焊缝冲击功平均值达到20～32J，轨腰及轨底焊缝冲击功范围在10～18J，有助于保障铁路运行安全。
[0024]本专利技术的钢轨接头具有如上述方法同样的有益效果。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的实施例。
[0026]图1示出了钢轨焊接接头冲击试样取样位置示意图。在实施例和对比例中，钢轨焊接接头轨头、轨腰和轨底处的冲击韧性为钢轨焊接接头轨头、轨腰和轨底处冲击试样室温冲击功的平均值。其中，焊接接头轨头处冲击韧性为对应的1#～4#试样的冲击功平均值，焊接接头轨腰处冲击韧性为对应的5#～8#试样的冲击功平均值，焊接接头轨底处冲击韧性本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于野外低温环境的中碳低合金钢轨焊后热处理施工方法，其特征在于，包括：将焊接形成的钢轨接头置于仿形温控装置中通过热补偿方式进行第一冷却处理，冷却至200～300℃；在所述仿形温控装置中对所述钢轨接头进行全断面加热处理，加热至900～960℃，所述加热处理时对所述钢轨接头的轨头、轨腰和轨底分别进行控制加热；拆除所述仿形温控装置，将所述钢轨接头置于野外低温环境中进行第二冷却处理，自然冷却至400～450℃；将所述钢轨接头置于所述仿形温控装置通过热补偿方式进行第三冷却处理，冷却至200～250℃；拆除所述仿形温控装置，将所述钢轨接头置于野外低温环境中进行第四冷却处理，自然冷却至环境温度。2.根据权利要求1所述的用于野外低温环境的中碳低合金钢轨焊后热处理施工方法，其特征在于，所述加热处理时，设置所述仿形温控装置中轨腰和轨底部位的加热温度比所述轨头部位的加热温度高20～40℃。3.根据权利要求1所述的用于野外低温环境的中碳低合金钢轨焊后热处理施工方法，其特征在于，所述钢轨接头采用移动闪光焊接，焊接时顶锻量保持在11.9
‑
12.9mm，焊接时采用9.5
‑
11.2MJ的热输入量。4.根据权利要求1所述的用于野外低温环境的中碳低合金钢轨焊后热处理施工方法，其特征在于，所述仿形温控装置为对开式仿形温控装置，通过在所述对开式仿形温控装置中设置多个的陶瓷电热片实现温控。5.根据权利要求1所述的用于野外低温环境的中碳低合金钢轨焊后热处理施工方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：白威，李大东，邓健，王若愚，
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：