[发明专利]亚共析钢轨的焊后热处理方法

说明书

本发明涉及亚共析钢轨的焊后热处理方法，属于铁路钢轨焊接技术领域。本发明解决的技术问题是找到合适的焊后热处理方法，使亚共析钢轨踏面硬度控制在合理范围内、保证钢轨焊接接头使用寿命。本发明的技术方案是将焊接得到的待冷却亚共析钢轨焊接接头进行第一冷却至200℃以下，然后加热至840～920℃时停止加热，随后进行第二冷却，当冷却至250～320℃时停止第二冷却，随即进行第三冷却至10～40℃的室温温度。经本发明焊后热处理的焊接接头轨头踏面纵向硬度在钢轨母材平均硬度的90％以上，接头无马氏体、贝氏体等异常组织，接头的实物疲劳寿命不低于300万次。

技术领域

本发明属于铁路钢轨焊接技术领域，具体涉及亚共析钢轨的焊后热处理方法。

背景技术

现阶段，全球铁路系统主要涵盖重载铁路、高速铁路及客货混运铁路三种类型。重载铁路列车轴重大(轴重25t～40t)，所用钢轨的碳含量通常大于0.75％，抗拉强度在1200MPa以上，具有全珠光体组织或以珠光体为主，包含微量的二次渗碳体，在具有高强度、高硬度的同时保证耐磨性。由于客货混运铁路既要承担客运，又要保证货物运输，因而要求钢轨在具有一定耐磨损性能的同时，还要具有良好的抗疲劳性能。因此，客货混运铁路所用钢轨的碳含量通常为0.70％～0.80％，抗拉强度在900MPa～1100MPa之间，组织一般以珠光体为主，部分钢轨组织包含微量的铁素体。而对于高速铁路(轴重11t～14t)和准高速铁路，由于二者均要求钢轨具有一定的抗疲劳性能，所以目前广泛使用的是碳含量在0.65％～0.76％之间，抗拉强度900MPa的U71Mn热轧钢轨。

然而，线路考察表明，由于高速列车轴重较轻，运营过程中轮轨间的磨损较小，导致已产生于钢轨轨头表面或侧面的裂纹难以磨去，经轮轨间接触力往复作用，反而会加剧裂纹扩展，大大增加了钢轨的断裂倾向，严重危及铁路行车安全。此外，如果仅仅通过降低钢轨强度和硬度来提高钢轨磨耗速率，不仅会使钢轨表层产生塑性流变，造成钢轨断面尺寸偏差，还将使钢轨磨损过快，缩短使用寿命。因此，在高速及准高速铁路中，以珠光体组织为主的热轧钢轨难以达到兼顾耐磨损与耐滚动接触疲劳性能的目的。为改善高速铁路钢轨的抗接触疲劳伤损性能，近年来发展出了一种以贝氏体组织为主，包含微量马氏体和残余奥氏体的钢轨。专利文献CN1211633A公开了一种焊接部接合性优良的贝氏体钢钢轨及其制造方法，但是此种钢轨在生产过程中需要添加大量的贵重元素(如Nb、Mo、V等)，导致制造成本达到了普通珠光体钢轨的两倍。此外，钢轨过程控制和生产工艺要求严格等因素导致此种钢轨难于大批量推广使用。在此情形下，碳含量在0.55％～0.65％之间，抗拉强度在900MPa以下的亚共析热处理钢轨应运而生。此类钢轨组织以珠光体为主，含有微量铁素体。与传统U71Mn热轧珠光体钢轨相比，亚共析钢轨具有低廉的生产成本、良好的耐磨损性能及抗疲劳性能，有望成为替代U71Mn的新一代钢轨产品，用于高速和准高速铁路。亚共析钢轨的化学成分一般为：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，总量大于0且小于等于0.20重量％的V、Cr和Ti中的至少一种，以及余量的Fe和不可避免的杂质。基于上述成分的亚共析钢轨轨头部位在室温下的金相组织为珠光体和15％～50％铁素体的均匀混合组织。