[发明专利]贝氏体钢轨焊后热处理方法

说明书

本发明公开了一种贝氏体钢轨焊后热处理方法，属于钢轨焊接技术领域。本发明的目的是为了弥补现有钢轨焊后热处理技术的不足，提供一种贝氏体钢轨焊后热处理方法：将1100～1300℃贝氏体钢轨焊接接头进行第一冷却至260～350℃，然后将第一冷却所得焊接接头加热至780～870℃，随后进行第二冷却至450～510℃时，随即进行第三冷却至10～40℃的室温。本发明方法通过合理制定贝氏体钢轨焊后热处理工艺，使钢轨接头金相组织中无马氏体，同时距焊缝中心±70mm区域内的平均硬度为钢轨母材80～85％，且贝氏体钢轨接头的疲劳寿命达到400万次以上。

技术领域

本发明属于钢轨焊接技术领域，具体涉及一种贝氏体钢轨焊后热处理方法。

背景技术

贝氏体钢轨为近几十年世界各国的研究热点，因强韧性高、耐磨损及使用寿命长等特性而有望取代传统珠光体钢轨，广泛应用于铁路道岔部件及重载线路的小半径曲线段。现阶段，钢轨无缝化已成为必然趋势。作为钢轨无缝化环节中的一道重要工序，钢轨焊接的质量直接关系到铁路线路服役寿命，甚至行车安全。钢轨服役过程中，受焊接质量及线路实际运营条件复杂性的影响，使得焊接长轨条的断裂大多发生在焊接接头上，因而焊接接头成为了无缝线路的薄弱环节。

受熔化过程及高温影响，钢轨焊接过热区奥氏体晶粒粗大，导致该区域的硬度明显低于母材。软化后的钢轨焊接接头在服役过程中，易优先在接头轨头踏面部位形成“马鞍型”磨耗，增加了轮轨冲击，影响钢轨使用寿命，甚至危及行车安全。因此，国内现行铁道行业标准TB/T1632.2-2014《钢轨焊接第2部分：闪光焊接》及TB/T1632.4-2014《钢轨焊接第4部分：气压焊接》规定，对于热处理钢轨，焊接区域的平均硬度不得低于钢轨母材平均硬度的90％，且焊缝和热影响区的微观组织中不应有马氏体或贝氏体等有害组织。上述两项钢轨焊接标准所涉及的对象均为珠光体钢轨，而目前国内外尚无适用于贝氏体钢轨的焊接标准。因而，完全遵照国内现行钢轨焊接技术标准对贝氏体钢轨焊接接头的力学性能进行评估是不合适的，并且过高的焊接接头轨头踏面纵向硬度(高于钢轨母材平均硬度的90％)将导致接头疲劳性能下降，发生早期断裂。

贝氏体钢轨的化学成分一般为：C含量0.20-0.30重量％，Si含量0.8-1.8重量％，Mn含量1.5-2.5重量％，Cr含量0.50-1.60重量％，Mo含量0.20-0.50重量％。采用热处理工艺技术，基于细晶强化原理生产制造的贝氏体钢轨受焊接热循环作用后，焊缝区域的淬硬层消失并出现一较宽的低硬度区，导致焊缝及热影响区的硬度远低于钢轨母材，因而对贝氏体钢轨焊接接头进行焊后热处理就成了恢复钢轨焊接区域硬度的最有效手段。

目前，国内钢轨焊接完成后一般遵照TB/T1632.2-2014《钢轨焊接第2部分：闪光焊接》及TB/T1632.4-2014《钢轨焊接第4部分：气压焊接》标准进行焊后正火热处理，以中频感应电加热或氧乙炔火焰加热作为热源将钢轨焊接接头加热至奥氏体化温度以上温度后，采取空冷或风冷工艺进一步提升钢轨焊接区域的踏面硬度。

CN201410135909.8公开了一种贝氏体钢轨接头的焊后热处理方法，该方法包括将焊接得到的待冷却的贝氏体钢轨焊接接头进行第一次冷却至不高于450℃的第一温度，然后将第一冷却后的焊接接头加热至第二温度，再进行第二冷却，所述第二温度高于所述第一温度且不高于510℃，其中，贝氏体钢轨的冷却起始温度为1300-1380℃，第二冷却后的冷却终止温度为室温。该方法能够显著降低贝氏体钢轨焊接接头中的马氏体组织含量及提高焊接接头的冲击韧性，但并不能恢复贝氏体钢轨因焊接而降低的接头硬度。

CN201210394058.X公开了一种贝氏体钢轨的热处理方法，该方法包括将终轧后的钢轨自然冷却，以使钢轨轨头表层温度降至460-490℃；将钢轨以2.0-4.0℃/s的冷却速度强制冷却，以使钢轨轨头表层温度降至250-290℃；使钢轨温度自然回升直至钢轨轨头表层温度达到300℃以上；将钢轨置于炉膛温度为300-350℃的加热炉内回火处理2-6h；将钢轨空冷至室温。该方法为了获得综合力学性能良好的贝氏体钢轨，属于钢轨生产热处理工艺，并不适用于贝氏体钢轨焊接接头的焊后热处理。