[发明专利]一种1100MPa级低合金热处理钢轨焊后热处理方法

说明书

本发明涉及铁路钢轨制造技术领域，公开了一种1100MPa级低合金热处理钢轨焊后热处理方法。该方法包括以下步骤：(1)将焊接形成的余温为1150‑1300℃的钢轨焊接接头进行第一阶段冷却，使钢轨焊接接头的表面温度降至580‑640℃；(2)将钢轨焊接接头进行第二阶段冷却，使钢轨焊接接头的表面温度降至410‑470℃；(3)将钢轨焊接接头进行第三阶段冷却，使钢轨焊接接头的表面温度降至10‑30℃。本发明利用焊接余热进行热处理，不需要再加热，因此简化了热处理工艺，并降低了成本；能够将钢轨焊接接头金相组织中可能出现的马氏体组织百分含量控制在≤3％范围内，同时，钢轨接头的实物疲劳寿命可达250万次。

技术领域

本发明涉及铁路钢轨制造技术领域，具体涉及一种1100MPa级低合金热处理钢轨焊后热处理方法。

背景技术

随着我国高速铁路网的不断完善，既有客货混运干线线路将逐步实施重载化改造，大运量、大轴重、高密度是未来重载铁路的发展方向。铁路的快速发展对钢轨服役性能提出了更高要求，而普通碳素钢轨已难以满足铁路提速、重载运输的需要。

强化钢轨通常可采用热处理和合金化两种途径。热处理是提高钢轨性能最经济、有效的途径。合金化的优点是生产工艺简单，一般在热轧状态下交货，节约热能。研究表明，单纯利用合金强化可生产强度更高的钢轨，但塑韧性较低。采用低合金与热处理相结合的方式，可生产出强度等级更高、塑韧性更好的高强钢轨。基于钢轨在线热处理技术，配比低含量的合金元素，可生产出抗拉强度在1100MPa的低合金热处理钢轨，此种钢轨具有韧塑性、耐磨损、抗接触疲劳性能良好等优势，特别适用于中等轴重的货运及客货混运铁路。

钢轨钢中合金元素的加入增大了过冷奥氏体的稳定性，使CCT曲线右移，淬透性明显提高。因此，当生产工艺控制不严或冷却速度控制不当时，按通常冷却速度冷却甚至空冷时，对于成分偏析区域而言也超过了临界冷却速度而形成马氏体，这是合金钢轨生产中不容忽视的问题。受限于炼钢工艺及钢质均质度、洁净度等因素，导致钢轨钢局部偏析在所难免。由于偏析，各微观区域的化学成分不同，导致Ms点不同，造成马氏体转变出现不同时性，部分区域生成马氏体。同时，这些偏析又会导致钢轨局部在焊接热循环作用下因偏析而生成马氏体。即使钢轨焊后热处理快速冷却过程中的终冷温度高于钢轨钢Ms(马氏体转变开始温度)温度，但因局部偏析的存在使CCT曲线右移，导致形成马氏体。因此，对于存在成分偏析的钢轨，合理控制焊后热处理冷却过程中的冷却速度和终冷温度有助于减轻甚至避免偏析马氏体对钢轨接头服役性能的影响。

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。

中国专利CN106544933A公开了一种过共析钢轨和PG4热处理共析珠光体钢轨焊接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钢轨焊接接头进行第一冷却至400℃以下，然后将第一冷却后的钢轨焊接接头加热至860～930℃，随后进行第二冷却至钢轨焊接接头的踏面温度为410～450℃。采用该方法获得的异种钢轨焊接接头可满足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》中对于疲劳、拉伸、冲击以及静弯试验的测试要求；但上述发明中涉及到了钢轨焊后正火热处理过程，需要采用钢轨焊后热处理设备对钢轨焊接接头进行局部加热，不仅操作与实施过程复杂，而且成本偏高。需要指出的是该专利涉及到了钢轨的焊后正火热处理过程，由于加热过程中钢轨焊接区域被重新加热至奥氏体化温度以上，因此不需要考虑焊接过程对钢轨接头组织性能带来的影响。但需要采用钢轨焊后热处理设备对钢轨焊接接头进行局部加热，操作与实施过程复杂、成本偏高。