[發明專利]一種亞共析鋼軌焊接接頭熱處理方法

在審

• 申請號: 201910848426.5
• 申請日: 2019-09-09
• 公開（公告）號: CN110438328A
• 公開（公告）日: 2019-11-12
• 發明（設計）人: 白威;李大東;陸鑫;徐飛翔
• 申請（專利權）人: 攀鋼集團攀枝花鋼鐵研究院有限公司
• 主分類號: C21D9/50
• 分類號: C21D9/50
• 代理公司: 成都虹橋專利事務所(普通合伙) 51124
• 代理人: 傅劍濤

本發明公開了一種亞共析鋼軌焊接接頭熱處理方法，提供一種成本較低且處理后焊接接頭機械性能良好的亞共析鋼軌焊接接頭熱處理方法。該方法包括依次進行的以下步驟：A、將兩個亞共析鋼軌焊接形成的溫度為1100～1400℃的焊接接頭進行第一階段冷卻，使焊接接頭表面溫度降低至730～820℃，第一階段冷卻為空氣中自然冷卻，冷卻速度為4.5～7.0℃/s；B、將焊接接頭進行第二階段冷卻，使焊接接頭表面溫度降低至360～430℃，第二階段冷卻為采用仿型冷卻裝置進行的冷卻，冷卻速度為1.2～3.2℃/s；C、將焊接接頭進行第三階段冷卻，使焊接接頭表面溫度降低至10～40℃，第三階段冷卻為采用仿型冷卻裝置進行的冷卻，冷卻速度為0.02～0.40℃/s。

技術領域

本發明涉及鐵路鋼軌制造技術領域，尤其涉及一種亞共析鋼軌焊接接頭熱處理方法。

背景技術

現階段，全球鐵路系統主要涵蓋重載鐵路、高速鐵路及客貨混運鐵路三種類型。重載鐵路列車軸重大(軸重25t～40t)，所用鋼軌的碳含量通常大于0.75％，抗拉強度在1200MPa以上，具有全珠光體組織或以珠光體為主，包含微量的二次滲碳體，在具有高強度、高硬度的同時保證耐磨性。由于客貨混運鐵路既要承擔客運，又要保證貨物運輸，因而要求鋼軌在具有一定耐磨損性能的同時，還要具有良好的抗疲勞性能。因此，客貨混運鐵路所用鋼軌的碳含量通常為0.70％～0.80％，抗拉強度在900MPa～1100MPa之間，組織一般以珠光體為主，部分鋼軌組織包含微量的鐵素體。而對于高速鐵路(軸重11t～14t)和準高速鐵路，由于二者均要求鋼軌具有一定的抗疲勞性能，所以目前廣泛使用的是碳含量在0.65％～0.76％之間，抗拉強度900MPa的U71Mn熱軋鋼軌。

然而，線路考察表明，由于高速列車軸重較輕，運營過程中輪軌間的磨損較小，導致已產生于鋼軌軌頭表面或側面的裂紋難以磨去，經輪軌間接觸力往復作用，反而會加劇裂紋擴展，大大增加了鋼軌的斷裂傾向，嚴重危及鐵路行車安全。此外，如果僅僅通過降低鋼軌強度和硬度來提高鋼軌磨耗速率，不僅會使鋼軌表層產生塑性流變，造成鋼軌斷面尺寸偏差，還將使鋼軌磨損過快，縮短使用壽命。因此，在高速及準高速鐵路中，以珠光體組織為主的熱軋鋼軌難以達到兼顧耐磨損與耐滾動接觸疲勞性能的目的。為改善高速鐵路鋼軌的抗接觸疲勞傷損性能，近年來發展出了一種以貝氏體組織為主，包含微量馬氏體和殘余奧氏體的鋼軌。專利號“CN1074058C”的專利公開了一種焊接部接合性優良的貝氏體鋼鋼軌及其制造方法。然而，此種鋼軌在生產過程中需要添加大量的貴重元素(如Nb、Mo、V等)，導致制造成本達到了普通珠光體鋼軌的兩倍。此外，鋼軌過程控制和生產工藝要求嚴格等因素導致此種鋼軌難于大批量推廣使用。在此情形下，碳含量在0.55％～0.65％之間，抗拉強度在900MPa以下的亞共析熱處理鋼軌應運而生。此類鋼軌組織以珠光體為主，含有微量鐵素體。與傳統U71Mn熱軋珠光體鋼軌相比，亞共析鋼軌具有低廉的生產成本、良好的耐磨損性能及抗疲勞性能，有望成為替代U71Mn的新一代鋼軌產品，用于高速和準高速鐵路。亞共析鋼軌的化學成分一般為：C含量0.40～0.64重量％，Si含量0.10～1.00重量％，Mn含量0.30～1.50重量％，少于等于0.025重量％的P，少于等于0.025重量％的S，少于等于0.005重量％的Al，大于0少于等于0.05重量％的稀土元素，總量大于0且小于等于0.20重量％的V、Cr和Ti中的至少一種，以及余量的Fe和不可避免的雜質?；谏鲜龀煞值膩喒参鲣撥壾夘^部位在室溫下的金相組織為珠光體和15％～50％鐵素體的均勻混合組織。

現階段，鋼軌移動閃光焊已成為國內外鐵路施工現場的主流鋼軌在線焊接技術，而對于強度等級與材質均不相同的兩種鋼軌，母材性能之間的差異給其焊接帶來了巨大挑戰。同時，鋼軌受焊接熱循環作用后，焊接區域的淬硬層消失并在焊縫兩側形成寬度較大的低硬度區，導致焊縫及熱影響區的硬度低于鋼軌母材。鋼軌在線路服役過程中，易優先在焊接接頭的軌頭踏面形成“鞍型”磨耗，不僅增加了輪軌沖擊，還嚴重影響到鋼軌使用壽命，甚至危及行車安全。因而，如何恢復鋼軌因焊接而降低的力學性能就成了鋼軌得以應用的前提。