[发明专利]一种亚共析钢轨焊接接头热处理方法

说明书

本发明公开了一种亚共析钢轨焊接接头热处理方法，提供一种成本较低且处理后焊接接头机械性能良好的亚共析钢轨焊接接头热处理方法。该方法包括依次进行的以下步骤：A、将两个亚共析钢轨焊接形成的温度为1100～1400℃的焊接接头进行第一阶段冷却，使焊接接头表面温度降低至730～820℃，第一阶段冷却为空气中自然冷却，冷却速度为4.5～7.0℃/s；B、将焊接接头进行第二阶段冷却，使焊接接头表面温度降低至360～430℃，第二阶段冷却为采用仿型冷却装置进行的冷却，冷却速度为1.2～3.2℃/s；C、将焊接接头进行第三阶段冷却，使焊接接头表面温度降低至10～40℃，第三阶段冷却为采用仿型冷却装置进行的冷却，冷却速度为0.02～0.40℃/s。

技术领域

本发明涉及铁路钢轨制造技术领域，尤其涉及一种亚共析钢轨焊接接头热处理方法。

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。专利号“CN1074058C”的专利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。然而，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。

现阶段，钢轨移动闪光焊已成为国内外铁路施工现场的主流钢轨在线焊接技术，而对于强度等级与材质均不相同的两种钢轨，母材性能之间的差异给其焊接带来了巨大挑战。同时，钢轨受焊接热循环作用后，焊接区域的淬硬层消失并在焊缝两侧形成宽度较大的低硬度区，导致焊缝及热影响区的硬度低于钢轨母材。钢轨在线路服役过程中，易优先在焊接接头的轨头踏面形成“鞍型”磨耗，不仅增加了轮轨冲击，还严重影响到钢轨使用寿命，甚至危及行车安全。因而，如何恢复钢轨因焊接而降低的力学性能就成了钢轨得以应用的前提。