[發明專利]一種1300MPa級低合金熱處理鋼軌焊后熱處理方法

有效

• 申請號: 202010886023.2
• 申請日: 2020-08-28
• 公開（公告）號: CN112063826B
• 公開（公告）日: 2022-07-19
• 發明（設計）人: 白威;李大東;王若愚;鄧健
• 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;C21D9/04;C21D6/00;C22C38/02;C22C38/04;C22C38/24
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司 11283
• 代理人: 嚴政;劉依云

本發明涉及鐵路鋼軌制造技術領域，公開了一種1300MPa級低合金熱處理鋼軌焊后熱處理方法。該方法包括：(1)將焊接形成的余溫為900?1100℃的鋼軌焊接接頭進行第一階段冷卻，使焊接接頭表面溫度降至650?720℃；(2)將鋼軌焊接接頭進行第二階段冷卻，使焊接接頭表面溫度降至480?550℃；(3)將鋼軌焊接接頭進行第三階段冷卻，使焊接接頭表面溫度降至10?30℃。本發明利用焊接余熱進行熱處理，熱處理過程中不需要再加熱，簡化了熱處理工藝，降低了成本；能夠將鋼軌焊接接頭金相組織中可能出現的馬氏體組織百分含量控制在≤1％范圍內，同時，鋼軌接頭疲勞壽命可達300萬次，有助于保證鐵路運行安全。

技術領域

本發明涉及鐵路鋼軌制造技術領域，具體涉及一種1300MPa級低合金熱處理鋼軌焊后熱處理方法。

背景技術

我國是一個以鐵路運輸為主的國家。國民經濟的快速發展要求鐵路通過進一步提高行車速度、增加機車軸重以及縮短行車間隔來提高運輸密度，進而對鋼軌提出了更高要求，而普通碳素鋼軌已難以滿足鐵路提速、重載運輸的需要。

強化鋼軌通常可采用熱處理和合金化兩種途徑。熱處理是提高鋼軌性能最經濟而有效的途徑。合金化的優點是生產工藝簡單，一般在熱軋狀態下交貨，節約熱能。現有研究表明，單純利用合金強化可以生產強度更高的鋼軌，但塑韌性較低。采用低合金與熱處理相結合的方法，能夠生產出強度高、塑韌性好的高強韌性鋼軌。基于在線熱處理技術，配比低含量的合金元素，可生產出抗拉強度在1300MPa的低合金熱處理鋼軌，此種鋼軌韌塑性良好，具有耐磨損、抗接觸疲勞等優勢，適用于大軸重重載鐵路。

鋼軌鋼中合金元素的加入增大了過冷奧氏體穩定性，使CCT曲線右移，淬透性明顯提高。因此，當鋼軌生產工藝控制不嚴或冷卻速度控制不當時，按通常冷卻速度冷卻甚至空冷時，對于成分偏析區域而言也超過了臨界冷卻速度而形成馬氏體，這是合金鋼軌生產中不容忽視的問題。受限于煉鋼工藝及鋼質均質度、潔凈度不達標等因素，導致鋼軌鋼局部偏析在所難免，由于偏析的存在，各微觀區域的化學成分不同，導致Ms點不同，造成馬氏體轉變出現不同時性，部分區域生成馬氏體。同時，這些偏析又會導致鋼軌局部在焊接熱循環作用下因偏析而生成馬氏體。即使當鋼軌焊后熱處理快速冷卻過程中的終冷溫度高于鋼軌鋼Ms(馬氏體轉變開始溫度)溫度時，由于局部偏析的存在使CCT曲線右移，導致形成馬氏體。對于存在成分偏析的鋼軌，合理控制鋼軌焊后熱處理冷卻過程中的冷卻速度和終冷溫度有助于減輕甚至避免偏析馬氏體對鋼軌接頭服役性能的影響。

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。

中國專利CN106544933A公開了一種過共析鋼軌和PG4熱處理共析珠光體鋼軌焊接接頭的焊后熱處理方法，該方法包括將焊接得到的待冷卻的鋼軌焊接接頭進行第一冷卻至400℃以下，然后將第一冷卻后的鋼軌焊接接頭加熱至860～930℃，隨后進行第二冷卻至鋼軌焊接接頭的踏面溫度為 410～450℃。采用該方法獲得的異種鋼軌焊接接頭可滿足國內現行鐵道行業標準TB/T1632.2-2014《鋼軌焊接第2部分：閃光焊接》中對于疲勞、拉伸、沖擊以及靜彎試驗的測試要求；但上述發明中涉及到了鋼軌焊后正火熱處理過程，需要采用鋼軌焊后熱處理設備對鋼軌焊接接頭進行局部加熱，不僅操作與實施過程復雜，而且成本偏高。需要指出的是該專利涉及到了鋼軌的焊后正火熱處理過程，由于加熱過程中鋼軌焊接區域被重新加熱至奧氏體化溫度以上，因此不需要考慮焊接過程對鋼軌接頭組織性能帶來的影響。但需要采用鋼軌焊后熱處理設備對鋼軌焊接接頭進行局部加熱，操作與實施過程復雜、成本偏高。