[发明专利]一种在线热处理珠光体钢轨与贝氏体钢轨铝热焊接头热处理方法

说明书

本发明公开了一种在线热处理珠光体钢轨与贝氏体钢轨铝热焊接头热处理方法，包括：将轧制断面相同的U75VH珠光体钢轨、U20Mn贝氏体钢轨端面分别打磨除锈，钢轨轧制断面为60kg/m或75kg/m，两种钢质钢轨铝热焊混焊后进行接头热处理。本发明的目的是提供一种在线热处理珠光体钢轨与贝氏体钢轨铝热焊接头热处理方法，使用本发明的接头热处理工艺后，可以保证U75VH珠光体钢轨和U20Mn贝氏体钢轨的混焊接头力学性能满足标准和线路服役要求，得到的异质钢轨混焊接头力学性能可以与两种不同钢质母材均达到优良的匹配，从而有效的提高混焊接头服役性能和无缝线路的平顺性。

技术领域

本发明涉及钢轨焊接技术领域，尤其涉及一种在线热处理珠光体钢轨与贝氏体钢轨铝热焊接头热处理方法。

背景技术

随着铁路重载运输技术的进步，我国铁路重载运输能力在不断提高，重载货车轴重在逐步提高，重载铁路具有轴重大、运量大、发车密度高等特点，例如2021年太原局大秦线通货量达5亿吨/年。重载铁路用钢轨的迅猛发展，对钢厂的钢轨材料强韧性、耐磨性和抗疲劳性能提出了更苛刻的要求。目前普遍使用的珠光体钢轨，由于其成分和组织结构的特点其强韧性基本发挥到极限，且冲击韧性、断裂韧性也较低，已无法完全满足重载铁路服役要求。贝氏体钢轨具有良好的强度、塑性、冲击韧性、耐磨性、耐滚动接触疲劳性能，非常适合重载铁路应用。但是相对于珠光体钢轨，贝氏体钢轨成本较高，约束了贝氏体钢轨的大范围应用，结合珠光体钢轨低成本的特点，在铁路线路上的直线、曲线等不同位置、不同曲线半径、不同服役要求，搭配不同的钢轨实现等寿命匹配，可在曲线上铺设耐磨钢轨，在直线上铺设普通钢轨，合理的钢轨匹配可以有效的提高线路钢轨服役性能和钢轨应用性价比，降低钢轨更换和维护费用。

钢轨焊接是无缝线路大范围应用的关键和前提，异种钢质的钢轨焊接在行业中属于难点，不同材质之间的焊接受到成分、性能、组织、标准要求、服役要求等各方面的影响。U20Mn贝氏体钢轨属于低碳、高合金成分体系，U75VH钢轨属于高碳、低合金成分体系，贝氏体钢轨合金含量明显高于珠光体钢轨，珠光体钢轨碳含量又明显高于贝氏体钢轨。贝氏体钢轨由于合金含量高，焊接过热区存在沿奥氏体晶界的合金成分偏析，造成显微组织不均匀，可能产生液化裂纹。且贝氏体钢轨闪光焊接头的焊接残余应力高，并且分布不均匀，焊缝服役时容易产生表面裂纹。珠光体钢轨由于碳当量较高，焊接性能更差，接头容易产生灰斑、微裂纹等缺陷，且接头的韧性较差，强度、硬度已经达到极限，接头服役过程中断头率较高。

铝热焊具有设备简易、成本低、短流程、高效率、质量较稳定等特点,适合现场流动作业、断轨在线修复和道岔焊接，已经在无缝钢轨焊接中得到普遍应用，但是铝热焊也是所有钢轨焊接方法中最为薄弱的一种焊接方法，接头性能、服役性能最差，且异质钢轨铝热焊接、接头热处理工艺更加困难，接头力学性能、金相组织非常难控制。焊缝热处理工艺及方式是影响闪光焊接头质量的主要原因，焊缝加热温度及冷却的方式不同，直接影响接头的强度、硬度、韧性等性能指标，也会导致接头出现磨耗不均匀或异常组织。异质钢轨铝热混焊接头各项性能需与两种母材均相匹配，满足《TB/T 1632.3-2019钢轨焊接第3部分：铝热焊接》的检验要求。

公开号为CN105364299A提供了一种贝氏体钢铝热焊的焊接材料及焊接工艺，其主要的提供了铝热焊接材料的成分范围和合金体系，针对热处理工艺部分公开了：将焊接头再次加热至900-1000℃，然后以小于5℃的速度冷却至室温。该工艺正火后未对接头控制其冷却速度，且未采取回火处理，接头硬度344HB，且接头强度、韧性和疲劳性能指标并未提及，且该专利为同材质钢轨焊接，与本专利核心发明内容不同。

公开号为CN112662861A提供了一种贝氏体钢轨铝热焊焊后热处理工艺，接头950-1000℃正火后，采用0.2～0.4℃/s的冷却速度保温缓冷处理，进一步对接头进行350℃回火处理，结合以上工艺得到的接头抗拉强度为941MPa，踏面硬度为339HBW，未提及接头韧性及疲劳性能指标，且该专利为同材质钢轨焊接。本发明提供了接头韧性指标，接头的延伸可达6.5％以上，且本专利核心发明内容为异质钢轨铝热混焊接头的热处理工艺，相对于同材质钢轨焊接难度较大。

发明内容