CN104862466B - 过共析钢轨焊接接头焊后热处理的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于钢轨焊接技术领域，特别涉及一种过共析钢轨焊接接头焊后热处理的工艺方法。本发明中当过共析钢轨闪光焊或气压焊接头采用中频或氧乙炔火焰快速加热焊缝区域至900～920℃的峰值温度后，对加热区进行喷风快速冷却。本发明方法处理的轨头焊缝冲击功Aku≥18J以上，全断面焊缝冲击功Aku≥9J以上，接头焊缝风冷区域踏面纵向硬度达到母材的90％～105％，软化区宽度小于20mm。
Description
技术领域
本发明属于钢轨焊接技术领域，特别涉及一种过共析钢轨焊接接头焊后热处理的工艺方法。
背景技术
高强、高硬度过共析钢轨碳含量达到0.86％～1.0％，碳含量、强度(Rm≥1350MPa)和硬度(≥420HB)达到国内外钢轨中的极限含量，为目前世界上最高强度和硬度的顶级钢轨，主要应用于重载铁路耐磨钢轨，国内仅攀钢独家生产。国内外的铁路均通过焊接技术将钢厂生产的25m或100m定尺钢轨连接形成无缝线路，提高线路平顺性和舒适性，降低轮轨冲击，延长轮轨使用寿命。过共析钢轨焊接时，既要保证焊接接头的强度，又要保证韧塑性，焊接难度极大。
目前国内钢轨闪光或气压焊焊接后通常按TB/T 1632标准要求在900℃左右进行焊后正火热处理工艺，采用中频感应电加热或氧乙炔火焰加热至900℃的峰温后空冷至室温，甚至在正火后采取风冷工艺以进一步提高踏面硬度。焊后正火热处理一方面可以提高钢轨接头的力学性能，特别是使得冲击韧性提高显著；另一方面是显著降低焊接接头应力，避免在焊接接头出现裂纹伤损时呈“S”型扩展，从而保障焊接接头的安全性能。作为普通珠光体类型的钢轨(如U71Mn、U75V、U78CrV等钢轨)因碳含量小于0.86％，焊后均采用了900℃左右峰温加热后冷却的工艺，不需要考虑高温段二次渗碳体析出与控制的问题。
作为过共析钢轨碳含量在0.86～1.0％，抗拉强度Rm≥1350MPa，硬度HB≥420，其微观组织为珠光体+二次渗碳体。二次渗碳体为沿晶析出，属有害脆性相，焊接过程中尽力避免和消除。过共析钢轨焊接接头在焊后热处理时，二次渗碳体在冷却过程中受开冷温度、冷却速度等因素的影响，当冷速较慢时可以呈片状、粒状和网状形貌析出，析出尺寸也较长，严重影响过共析钢轨接头的力学性能，主要是韧塑性的严重降低。过共析钢轨焊接接头性能和质量很大程度上受限于焊后热处理工艺的影响，关键是二次渗碳体析出的形貌和尺寸。
申请号为201410058292.4，发明名称为“一种过共析钢轨的热处理方法”，公开了一种过共析钢轨在轧钢生产过程中的热处理方法，该方法包括将终轧温度高于900℃的钢轨进行保温处理，使保温处理后的钢轨在第一冷却速度下进行第一阶段冷却以将钢轨的轨头表面温度降至700～750℃，接着是钢轨在第二冷却速度下进行第二阶段冷却以将钢轨的轨头表面温度降至550℃，再使钢轨在第三冷却速度下进行第三阶段冷却以将钢轨的轨头表面温度降至450℃以下，然后使钢轨在空气中继续冷却。该方法主要涉及过共析钢轨的热处理工艺，是为了制备一种能够减少二次渗碳体析出的高碳过共析钢轨，全过程分为三段冷却。与钢轨焊接接头焊后热处理是属于不同的工艺过程，而且开始风冷温度不同，控制的目的不同。
申请号为201410135909.8，发明名称为“一种贝氏体钢轨焊接接头的焊后热处理方法”，公开了一种贝氏体钢轨焊后接头热处理的方法，该方法包括将焊接得到的待冷却的贝氏体钢轨的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，然后再进行第二冷却，所述第二温度高于所述第一温度且不高于510℃。该方法主要针对贝氏体钢轨的焊接接头的焊后热处理工艺，其中，该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。且过共析钢轨钢与马氏体、贝氏体钢轨钢是有着完全不同的显微金相结构，其在断裂韧性、耐磨性和疲劳性能上也有明显不同，故对其在焊接后热处理方面有着不同的工艺要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是为了提供一种过共析钢轨焊接接头焊后热处理的工艺方法，该方法可以有效地控制二次渗碳体析出量和析出形貌，提高过共析钢轨焊接接头的力学性能，特别是冲击韧性，以及使接头踏面下纵向硬度合理分布。
为了实现上述目的，本发明提供一种过共析钢轨焊接接头焊后热处理的方法，包括过共析钢轨闪光焊接头或气压焊接头采用中频或氧乙炔火焰快速加热焊缝区域步骤，其中，当过共析钢轨闪光焊接头或气压焊接头采用中频或氧乙炔火焰快速加热焊缝区域至900～920℃后，对加热区进行快速冷却，使冷却速度在2.2℃/s～2.8℃/s，直至冷却到430～450℃后停止强制冷却，最后在空气中冷却至室温；其中，控制开冷温度为停止加热后的850℃以上。
其中，Acm临界温度是指加热时二次渗碳体全部溶入奥氏体的终了温度。
上述过共析钢轨焊接接头焊后热处理的方法中，快速冷却除了加热区，还包括加热区外两侧长度60mm范围内的钢轨轨头踏面和侧面，以及轨底面中心。
过共析钢轨焊接接头焊后热处理的方法，对加热区及其外两侧长度60mm范围内的钢轨轨头踏面和侧面，以及轨底面中心区域进行快速强制冷却，采用喷风的方式快速冷却。
为了达到控制二次渗碳体析出量和析出形貌的核心目的，过共析钢轨焊接接头焊后热处理的方法，进行轨头踏面和轨底冷却的最低温度为850℃，即至少最低温度在850℃以上的高温段立即开始进行轨头踏面和轨底喷风冷却，进一步的，优选控制开冷温度为停止加热后的900℃。
过共析钢轨焊接接头焊后热处理的方法，为了确保焊接钢轨热处理后有更好的性能，防止二次渗碳体析出过高，通常通过控制冷却段时间t8/5，使冷却速度在2.2℃/s～2.8℃/s。
上述所述过共析钢轨焊接接头焊后热处理的方法，快速强制冷却后的轨头二次渗碳体析出在10条以内/单个视场，单个长度在40μm以内；轨头焊缝冲击功Aku≥18J，全断面焊缝冲击功Aku≥9J。接头焊缝风冷区域踏面纵向硬度达到母材的90％～105％，软化区宽度小于20mm。
焊后风冷不仅关系到二次渗碳体析出的控制问题，还关系到焊后接头硬度的恢复程度，如果风冷太强容易出现马氏体脆硬组织导致断轨，风冷太弱硬度不能恢复到母材的90％以上，又导致接头低塌，影响线路平顺性。
本发明的有益效果为：
1、可以控制过共析钢轨接头的轨头二次渗碳体析出在10条以内/单个视场，单个长度在40μm以内。
2、过共析钢轨轨头焊缝冲击功Aku≥18J，全断面焊缝冲击功Aku≥9J。
3、接头焊缝风冷区域踏面纵向硬度达到母材硬度的90％～105％，软化区宽度小于20mm，满足TB/T1632.2-2005和TB/T1632.4-2005标准技术要求。
具体实施方式
本发明一种过共析钢轨焊接接头焊后热处理的方法，包括过共析钢轨闪光焊接头或气压焊接头采用中频或氧乙炔火焰快速加热焊缝区域步骤，其中，当过共析钢轨闪光焊接头或气压焊接头采用中频或氧乙炔火焰快速加热焊缝区域至900～920℃后，对加热区进行快速冷却，使冷却速度在2.2℃/s～2.8℃/s，直至冷却到430～450℃后停止强制冷却，最后在空气中冷却至室温；其中，控制开冷温度为停止加热后的850℃以上。
其中，Acm临界温度是指加热时二次渗碳体全部溶入奥氏体的终了温度。
上述过共析钢轨焊接接头焊后热处理的方法中，快速冷却除了加热区，还包括加热区外两侧长度60mm范围内的钢轨轨头踏面和侧面，以及轨底面中心。
过共析钢轨焊接接头焊后热处理的方法，对加热区及其外两侧长度60mm范围内的钢轨轨头踏面和侧面，以及轨底面中心区域进行快速强制冷却，采用喷风的方式快速冷却。
为了达到控制二次渗碳体析出量和析出形貌的核心目的，过共析钢轨焊接接头焊后热处理的方法，进行轨头踏面和轨底冷却的最低温度为850℃，即至少最低温度在850℃以上的高温段立即开始进行轨头踏面和轨底喷风冷却，进一步的，优选控制开冷温度为停止加热后的900℃。
过共析钢轨焊接接头焊后热处理的方法，为了确保焊接钢轨热处理后有更好的性能，防止二次渗碳体析出过高，通常通过控制冷却段时间t8/5，使冷却速度在2.2℃/s～2.8℃/s。
上述所述过共析钢轨焊接接头焊后热处理的方法，快速强制冷却后的轨头二次渗碳体析出在10条以内/单个视场，单个长度在40μm以内；轨头焊缝冲击功Aku≥18J，全断面焊缝冲击功Aku≥9J。接头焊缝风冷区域踏面纵向硬度达到母材的90％～105％，软化区宽度小于20mm。
焊后风冷不仅控制二次渗碳体析出问题，另一个就是焊后接头硬度的恢复，否则风冷太强容易出现马氏体脆硬组织导致断轨，风冷太弱硬度不能恢复到母材的90％以上又导致接头低塌，影响线路平顺性。
下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
在钢轨闪光焊接头焊后热处理过程中，当接头采用中频感应快速电加热焊缝区域至Acm温度758℃+～150℃以上的900℃的峰值温度后，立即对加热区包括加热区外两侧长度60mm范围内的钢轨轨头踏面和侧面，以及轨底面中心进行喷风冷却。控制开冷温度最好为停止加热后的900℃，立即开始进行轨头踏面和轨底喷风快速强制冷却，当接头加热区温度强制冷却到终冷温度430℃后立即停止喷风冷却，喷风冷却段钢轨接头焊缝踏面t8/5冷却速度在2.2℃/s时，可以控制轨头二次渗碳体析出在10条以内/单个视场，单个长度在40μm以内。轨头焊缝冲击功Aku≥18J，全断面焊缝冲击功Aku≥9J。接头焊缝风冷区域踏面纵向硬度达到母材的90％～105％，软化区宽度小于20mm。
实施例2
在钢轨闪光焊接头焊后热处理过程中，当接头采用氧乙炔火焰快速加热焊缝区域至Acm温度758℃+～150℃以上的920℃的峰值温度后，立即对加热区包括加热区外两侧长度60mm范围内的钢轨轨头踏面和侧面，以及轨底面中心进行喷风快速强制冷却。控制开冷温度最好为停止加热后的900℃，立即开始进行轨头踏面和轨底喷风冷却，当接头加热区温度强制冷却到终冷温度450℃后立即停止喷风冷却，喷风冷却段钢轨接头焊缝踏面t8/5冷却速度在2.8℃/s时，可以控制轨头二次渗碳体析出在10条以内/单个视场，单个长度在40μm以内。轨头焊缝冲击功Aku≥18J，全断面焊缝冲击功Aku≥9J。接头焊缝风冷区域踏面纵向硬度达到母材的90％～105％，软化区宽度小于20mm。
实施例3
在钢轨气压焊接头焊后热处理过程中，当接头采用中频感应快速电加热焊缝区域至Acm温度758℃+～150℃以上的920℃的峰值温度后，立即对加热区包括加热区外两侧长度60mm范围内的钢轨轨头踏面和侧面，以及轨底面中心进行喷风快速强制冷却。控制开冷温度至少最低温度在850℃以上的高温段立即开始进行轨头踏面和轨底喷风冷却，当接头加热区温度强制冷却到终冷温度430℃后立即停止喷风冷却，喷风冷却段钢轨接头焊缝踏面t8/5冷却速度在2.8℃/s时，可以控制轨头二次渗碳体析出在10条以内/单个视场，单个长度在40μm以内。轨头焊缝冲击功Aku≥18J，全断面焊缝冲击功Aku≥9J。接头焊缝风冷区域踏面纵向硬度达到母材的90％～105％，软化区宽度小于20mm。
实施例4
在钢轨气压焊接头接头焊后热处理过程中，当接头采用中频感应快速电加热焊缝区域至Acm温度758℃+～150℃以上的920℃的峰值温度后，立即对加热区包括加热区外两侧长度60mm范围内的钢轨轨头踏面和侧面，以及轨底面中心进行喷风快速强制冷却。控制开冷温度至少最低温度在850℃以上的高温段立即开始进行轨头踏面和轨底喷风冷却，当接头加热区温度强制冷却到终冷温度450℃后立即停止喷风冷却，喷风冷却段钢轨接头焊缝踏面t8/5冷却速度在2.8℃/s时，可以控制轨头二次渗碳体析出在10条以内/单个视场，单个长度在40μm以内。轨头焊缝冲击功Aku≥18J，全断面焊缝冲击功Aku≥9J。接头焊缝风冷区域踏面纵向硬度达到母材的90％～105％，软化区宽度小于20mm。
Claims (4)
1.过共析钢轨焊接接头焊后热处理的方法，包括过共析钢轨闪光焊接头或气压焊接头采用中频或氧乙炔火焰快速加热焊缝区域步骤，其特征在于：当过共析钢轨闪光焊接头或气压焊接头采用中频或氧乙炔火焰快速加热焊缝区域至900～920℃后，对加热区进行快速冷却，使冷却速度在2.2℃/s～2.8℃/s，直至冷却到430～450℃后停止快速冷却，最后在空气中冷却至室温；其中，控制开冷温度为停止加热后的850℃以上；快速冷却后的轨头二次渗碳体析出在10条以内/单个视场，单个长度在40μm以内；轨头焊缝冲击功Aku≥18J，全断面焊缝冲击功Aku≥9J，接头焊缝风冷区域踏面纵向硬度达到母材的90％～105％，软化区宽度小于20mm。
2.根据权利要求1所述的过共析钢轨焊接接头焊后热处理的方法，其特征在于：快速冷却除了加热区还包括加热区外两侧长度60mm范围内的钢轨轨头踏面和侧面，以及轨底面中心。
3.根据权利要求1或2所述的过共析钢轨焊接接头焊后热处理的方法，其特征在于：快速冷却采用喷风的方式。
4.根据权利要求1所述的过共析钢轨焊接接头焊后热处理的方法，其特征在于：控制开冷温度为停止加热后的900℃。
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