CN110157890A - 用于贝氏体钢轨焊后接头热处理的施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种施工方法，尤其是公开了一种用于贝氏体钢轨焊后接头热处理的施工方法，属于钢轨轧制生产工艺技术领域。提供一种能将贝氏体钢轨焊接接头的踏面硬度控制在合理范围内的用于贝氏体钢轨焊后接头热处理的施工方法。所述的施工方法以焊接获得的温度保持在1300‑1500℃的贝氏体焊接钢轨焊接接头为基础，通过一次正火加热三次冷却完成所述贝氏体钢轨焊后接头的热处理工作，其中，所述的一次正火加热放在第一次冷却之后，第三次冷却的起冷温度为350‑500℃。

Description

用于贝氏体钢轨焊后接头热处理的施工方法

技术领域

本发明涉及一种施工方法，尤其是涉及一种用于贝氏体钢轨焊后接头热处理的施工方法，属于钢轨轧制生产工艺技术领域。

背景技术

贝氏体钢轨为近几十年世界各国的研究热点，因其强韧性高、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。

申请号为201210394058.X，发明名称“贝氏体钢轨的热处理方法”的现有专利技术，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。该发明的目的是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，其关不适合于非贝氏体钢轨焊接接头的焊后热处理工艺方法。

申请号为201810480790.6，发明名称“热处理型贝氏体钢轨焊接接头焊后热处理方法”的现有专利技术，公开了一种贝氏体焊接接头焊后热处理方法，该方法具体为将焊接得到的待冷却接头踏面表面温度冷却到850～500℃的温度区间后对接头的轨头部分进行风冷，当踏面表面温度冷却至270～210℃后结束风冷，让接头自然冷却至室温。该发明是在贝氏体钢轨完成焊接后直接对接头实施风冷，钢轨焊后无加热过程，热处理效果有待商榷。

中国铁道科学研究院赵国的硕士学位论文“贝氏体钢轨接头微观组织及伤损研究”中涉及的贝氏体钢轨与本发明中贝氏体钢轨属于不同的成分体系。由下表可见两种贝氏体钢轨母材成分中的Si、Ni、Cr和Mo含量明显不同。对于不同成分体系的钢轨，对应的焊后热处理工艺也就截然不同。

表 贝氏体钢轨化学成分对比(质量分数％)

分类

C

Si

Mn

Ni

Cr

Mo

V

Al

P、S

对比文件

0.1～0.3

0.5～0.9

1.0～2.3

0.30～0.75

0.6～1.3

0.2～0.7

/

0.004

≤0.015

本发明钢轨

0.15～0.30

1.0～1.8

1.5～2.5

/

0.2～0.6

0.05～0.10

/

≤0.005

≤0.010

注释：“/”为不含该种元素。

综上所述，铁路工程领域亟需一种通过将贝氏体钢轨焊接接头的踏面硬度控制在合理范围内的方式达到保证钢轨焊接接头使用寿命的焊后热处理方法工艺，以保证贝氏体钢轨焊接接头的服役性能及铁路运行安全。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种能将贝氏体钢轨焊接接头的踏面硬度控制在合理范围内的用于贝氏体钢轨焊后接头热处理的施工方法。

为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种用于贝氏体钢轨焊后接头热处理的施工方法，所述的施工方法以焊接获得的温度保持在1300-1500℃的贝氏体焊接钢轨焊接接头为基础，通过一次正火加热三次冷却完成所述贝氏体钢轨焊后接头的热处理工作，

其中，所述的一次正火加热放在第一次冷却之后，第三次冷却的起冷温度为350-500℃。

进一步的是，所述的一次正火加热在所述贝氏体焊接钢轨经过第一次冷却温度降低至150-300℃后立即进行。

上述方案的优选方式是，所述的一次正火加热采用中频感应仿型电加热线圈和/或氧-乙炔火焰仿型加热器进行加热。

进一步的是，所述的一次正火加热为将第一次冷却温度降低至150-300℃的贝氏体焊接钢轨加热至880-950℃为止完成所述的一次正火加热。

上述方案的优选方式是，在一次正火加热完成后随即进行第二次冷却，该第二次冷却的开冷温度不低于780℃，冷却长度包括以焊缝为中心两侧的各60～70㎜范围。

进一步的是，所述的第二次冷却采用冷却介质进行快速冷却，终冷温度为350-500℃。

上述方案的优选方式是，第一次冷却和第三次冷却均采用在空气中进行自然冷却的方式进行冷却。

进一步的是，所述的冷却介质为高压冷却气体或水雾混合气。

进一步的是，在所述的一次正火加热过程中，所述全断面加热的长度包括以焊缝为中心的两侧各40～60㎜范围。上述方案的优选方式是，所述贝氏体钢轨的焊接接头为闪光焊接接头或气压焊接接头。

本发明的有益效果是：本申请提供的技术方案由于在热处理过程中采用了一次正火加热三次冷却来对焊接完成的焊后温度保持在1300-1500℃的贝氏体钢轨焊接接头进行热处理，从而可以有效果的将贝氏体钢轨焊接接头及其附近踏面的硬度控制在钢轨母材平均硬度的80-85％之间的合理范围，进而实现贝氏体钢轨焊接接头的实物疲劳寿命不低于300万次，使经过本申请的施工方法处理后的贝氏体钢轨焊接接头的实物疲劳寿命远高于TB/T1632.2-2014及TB/T1632.4-2014标准规定的200万次，以及全断面焊缝冲击功平均值不低于20.0J，即远高于TB/T1632.2-2014及TB/T1632.2-2014规定的6.5J的目标。由于通过本申请的施工方法处理后的贝氏体钢轨焊接接头及其附近踏面的硬度为钢轨母材平均硬度的80-85％之间，还可以有效的避免钢轨在长期使用过程中出现“马鞍型”磨耗，进而消除严重影响钢轨服役寿命的消积因素。

附图说明

图1为采用实施例1中的方法所得到的焊后正火风冷条件下的贝氏体钢轨焊接接头的轨头踏面下5mm位置的纵向硬度效果图。

图2为采用实施例2中的方法所得到的焊后正火风冷条件下的贝氏体钢轨焊接接头的轨头踏面下5mm位置的纵向硬度效果图。

图3为采用对比例1中的方法所得到的焊后正火风冷条件下的贝氏体钢轨焊接接头的轨头踏面下5mm位置的纵向硬度效果图。

图4为采用对比例2中的方法所得到的焊后空冷条件下的贝氏体钢轨焊接接头的轨头踏面下5mm位置的纵向硬度效果图。

图5为采用对比例3中的方法所得到的焊后正火空冷条件下的贝氏体钢轨焊接接头的轨头踏面下5mm位置的纵向硬度效果图。

图6为本发明的贝氏体钢轨焊接接头的轨头踏面下5mm位置的纵向硬度检测示意图。

图7为本发明的贝氏体钢轨焊接接头冲击试样取样位置示意图。

具体实施方式

为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供的一种能将贝氏体钢轨焊接接头的踏面硬度控制在合理范围内的用于贝氏体钢轨焊后接头热处理的施工方法。所述的施工方法以焊接获得的温度保持在1300-1500℃的贝氏体焊接钢轨焊接接头为基础，通过一次正火加热三次冷却完成所述贝氏体钢轨焊后接头的热处理工作，

其中，所述的一次正火加热放在第一次冷却之后，第三次冷却的起冷温度为350-500℃。本申请提供的技术方案由于在热处理过程中采用了一次正火加热三次冷却来对焊接完成的焊后温度保持在1300-1500℃的贝氏体焊接钢轨焊接接头进行热处理，从而可以有效果的将贝氏体钢轨焊接接头及其附近踏面的硬度控制在钢轨母材平均硬度的80-85％之间的合理范围，进而实现贝氏体钢轨焊接接头的实物疲劳寿命不低于300万次，使经过本申请的施工方法处理后的贝氏体钢轨焊接接头的实物疲劳寿命远高于TB/T1632.2-2014及TB/T1632.4-2014标准规定的200万次，以及全断面焊缝冲击功平均值不低于20.0J，即远高于TB/T1632.2-2014及TB/T1632.2-2014规定的6.5J的目标。由于通过本申请的施工方法处理后的贝氏体钢轨焊接接头及其附近踏面的硬度为钢轨母材平均硬度的80-85％之间，还可以有效的避免钢轨在长度使用过程中出现“马鞍型”磨耗，进而消除严重影响钢轨服役寿命的消极因素。

上述实施方式中，为了更加精准的控制热处理过程，提高热处理效果，同时又方便操作，基于所述贝氏体钢轨的焊接接头为闪光焊接接头或气压焊接接头的特点，本申请的一次冷却安排在焊后温度不低于1300℃时开始，采用空气中进行自然冷却的方式冷却至150-300℃后立即进行一次正火加热，然后再进行二次冷却介质冷却至350-500℃后再进行第三次的空气中自然冷却。

其中，在各个工步中的具体要求如下，

所述的一次正火加热在所述贝氏体焊接钢轨经过第一次冷却温度降低至150-300℃后立即进行；所述的一次正火加热采用中频感应仿型电加热线圈和/或氧-乙炔火焰仿型加热器进行加热；所述的一次正火加热将第一次冷却温度降低至150-300℃的贝氏体焊接钢轨加热至880-950℃为止完成所述的一次正火加热；在一次正火加热完成后随即进行第二次冷却，该第二次冷却的开冷温度不低于780℃，冷却长度包括以焊缝为中心两侧的60～70㎜范围；所述的第二次冷却采用冷却介质进行快速冷却，终冷温度为350-500℃；第一次冷却和第三次冷却均采用在空气中进行自然冷却的方式进行冷却；所述的冷却介质为高压冷却气体或水雾混合气；在所述的一次正火加热过程中，所述全断面加热的长度包括以焊缝为中心两侧的各40～60㎜范围。

综上所述，采用本申请的施工方法来处理贝氏体钢轨的焊接接头能够通过合理控制焊接接头轨头踏面纵向硬度的方式达到保证钢轨焊接接头疲劳寿命的目的。从而，有助于改善铁路运营过程中因钢轨焊接区域硬度偏低而导致的“马鞍型”磨耗及轮轨冲击，延长钢轨使用寿命及保证铁路运行安全。经焊后热处理的贝氏体钢轨焊接接头的轨头踏面纵向硬度控制在钢轨母材平均硬度的80-85％之间的合理范围，实现可以控制贝氏体钢轨焊接接头的实物疲劳寿命不低于300万次，远高于TB/T1632.2-2014及TB/T1632.4-2014标准规定的200万次，以及全断面焊缝冲击功平均值不低于20.0J，即远高于TB/T1632.2-2014及TB/T1632.2-2014规定的6.5J的目标。

实施例

照常规手段，贝氏体钢轨焊后空冷条件下焊缝冲击功较低，接头抗冲击性能差。本发明的工作正是基于此，找到并设计了一种贝氏体钢轨焊后热处理方法，本发明通过正火+风冷的钢轨焊后热处理方式在保证贝氏体钢轨接头硬度的提升还能使接头保持较高的冲击韧性，有助于保证贝氏体钢轨接头服役安全。

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

本发明中，所述“焊接接头”为经焊接后得到的包含焊缝和/或正火热影响区在内的长度为80-120mm范围的区域，该区域的中心为钢轨焊缝。本发明中，所述“室温”为10-35℃范围的温度。

本发明的目的为提供一种贝氏体钢轨焊后热处理方法，该方法包括：将焊接得到的温度在1300-1500℃的贝氏体钢轨焊接接头进行第一冷却至150-300℃，然后将第一冷却条件得到的焊接接头采用中频感应仿型电加热线圈和/或氧-乙炔火焰仿型加热器加热至880-950℃，随后进行第二冷却，当冷却至350-500℃时停止第二冷却，随即进行第三冷却至10-35℃的室温温度。其中，控制第二冷却的开冷温度为焊接接头由150-300℃加热至880-950℃停止后的780℃以上，所述第一冷却和第三冷却为在空气中的自然冷却，第二冷却为施以冷却介质的快速冷却。

本发明所述的一种贝氏体钢轨焊后热处理方法中，进行第一冷却和第三冷却的冷却方式为直接将贝氏体钢轨焊接接头放置在空气中进行自然冷却的空冷。

本发明所述的一种贝氏体钢轨焊后热处理方法中，进行第二冷却的冷却方式为以喷射压缩空气或水雾混合气作为冷却介质的快速冷却。

本发明中，所述正火热处理通常是指采用常规方式将金属工件加热至Ac3(加热时铁素体转变为奥氏体的终了温度)以上30-50℃，保温一段时间后，将金属工件从炉中取出，并在空气中进行自然冷却、或喷雾、或喷压缩空气冷却的热处理工艺。而钢轨焊接接头的焊后正火热处理与通常小尺寸工件使用的热处理工艺不同，因钢轨焊接后试样长度可高达数百米，这就决定了钢轨焊接接头的正火热处理不可能在达到目标温度后进行长时间保温(奥氏体化温度以上的温度)。因而，一般采用比常规正火温度稍高的温度将钢轨焊接接头加热至目标温度后，再进行空冷或风冷的热处理工艺，本发明优选的正火加热温度为880-950℃。

优选情况下，本发明所述的一种贝氏体钢轨焊后热处理方法中，将焊接得到的温度在1300-1500℃的贝氏体钢轨焊接接头进行第一冷却至150-300℃。

优选情况下，本发明所述的一种贝氏体钢轨焊后热处理方法中，将焊接得到的温度在1300-1500℃的贝氏体钢轨焊接接头进行第一冷却后的焊接接头加热至880-950℃。

优选情况下，本发明所述的一种贝氏体钢轨焊后热处理方法中，将加热至880-950℃停止后的温度在780℃以上的贝氏体钢轨的焊接接头冷却至350-500℃。

本发明所述的一种贝氏体钢轨焊后热处理方法中，将第一冷却后得到的焊接接头进行加热的方式可以有多种，本发明优选采用中频感应仿型电加热线圈和/或氧-乙炔火焰仿型加热器进行加热。

优选情况下，本发明所述的一种贝氏体钢轨焊后热处理方法中，将第一冷却得到的焊接接头加热至880-950℃时采用全断面的方式进行加热。在本发明中，所述采用全断面的方式进行加热是指对包含焊缝在内的，以焊缝为中心的长度约为80-120mm范围内的钢轨焊接接头整个截面进行加热的方式。

本发明所述的一种贝氏体钢轨焊后热处理方法中，将所述加热至880-950℃的焊接接头由第二冷却至350-500℃，冷却区域除正火加热区外，还包括加热区外两侧长度80mm范围内的钢轨轨头踏面和侧面。

优选情况下，本发明所述的一种贝氏体钢轨焊后热处理方法中，所述第一冷却、所述第二冷却和所述第二冷却的冷却方法可以采用空冷和风冷等冷却方法中的至少一种，但为了将焊接接头的踏面纵向硬度控制在合理范围内，本发明中第一冷却和第三冷却的冷却方式优选采用空冷，第二冷却的冷却方式优选采用风冷。

本发明所述的一种贝氏体钢轨焊后热处理方法可以用于各种温度的焊接得到的贝氏体钢轨焊接接头，本发明优选所述焊接得到的贝氏体钢轨焊接接头的起始温度为1300-1500℃。

本发明所述的一种贝氏体钢轨焊后热处理方法可以用于采用各种焊接方法获得的焊接后温度在1300-1500℃的贝氏体钢轨焊接接头，本发明优选用于采用包括闪光焊接和气压焊接中的至少一种焊接方法获得的焊接后的残余温度较高的贝氏体钢轨焊接接头。

以下将通过具体实施例对本发明进行详细描述。以下实施例中，贝氏体钢轨的型号为PB2热处理贝氏体钢轨，产自攀钢集团。

本发明所述的一种贝氏体钢轨焊接接头的焊后热处理工艺方法，参照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》标准将钢轨焊接接头机加工成纵断面硬度试样，并在踏面下5mm位置对焊接接头进行纵断面洛氏硬度检测，测点以焊缝为中心向左右两侧对称排列，测点间距为5mm，洛氏硬度方法按GB/T230.1-2009规定进行，采用HRC标尺，以Hp表示钢轨母材的硬度平均值，Hj表示接头的硬度平均值，接头硬度低于0.9Hp的位置表示软化区域。

采用MTS-FT310型疲劳试验机对钢轨焊接接头实物进行三点弯曲疲劳试验，采用脉动弯曲疲劳试验模式。载荷频率7Hz，载荷比0.2，焊接接头最大疲劳应力为300MPa，以循环载荷加载300万次时焊接接头不发生疲劳断裂为试验目标。

钢轨焊接接头冲击试样加工尺寸及试验方法按GB/T2650-2008和GB/T229-2007规定执行。U形缺口开在焊缝中心位置。夏比冲击试验在常温下进行，将14个试样的冲击吸收能量平均值KU作为试验结果。

实施例一

将采用闪光焊焊接得到的温度在1500℃的贝氏体钢轨焊接接头进行空冷，当焊接接头从1500℃冷却至250℃时，采用中频感应仿型电加热线圈对钢轨焊接接头区域进行全断面加热。当钢轨的踏面温度达到900℃时停止加热，然后将得到的钢轨焊接接头立即进行风冷至450℃，最后将焊接接头空冷至室温(约23℃)，从而得到本发明的经焊后热处理的贝氏体钢轨焊接接头。

将本实施例得到的贝氏体钢轨焊接接头机加工成纵向硬度试样，并在踏面下5mm位置对焊接接头进行纵向洛氏硬度检测，测点以焊缝为中心向左右两侧对称排列，测点间距为5mm。洛氏硬度检验方法按GB/T 230.1-2009规定进行，采用HRC标尺。焊接接头的轨头踏面下5mm位置的纵向硬度数据见表1，纵向硬度的分布效果如图1所示。

表1

将本实施例得到的贝氏体钢轨焊接接头机加工成冲击试样，取样位置见图7。试样加工尺寸及试验方法按GB/T2650-2008和GB/T229-2007规定执行。U形缺口开在焊缝中心位置。夏比冲击试验在常温下(约23℃)进行，将14个试样的冲击吸收能量平均值KU作为试验结果。

由表1和图1可知，采用本发明提供的焊后热处理工艺方法处理闪光焊焊接得到的温度在1500℃的贝氏体钢轨的焊接接头时，所得钢轨接头距离焊缝中心±70mm区域内的硬度平均值为35.8HRC，达到了钢轨母材平均硬度的83％，在钢轨母材平均硬度的80-85％范围内。由本实施例得到的贝氏体钢轨焊接接头试样可通过循环次数为300万次的疲劳试验。同时，常温(约23℃)夏比冲击试验表明，钢轨接头全断面焊缝冲击功平均值为22.0J，远高于TB/T1632.2-2014及TB/T1632.4-2014规定的6.5J。

实施例二

将采用气压焊焊接得到的温度在1400℃的贝氏体钢轨焊接接头进行空冷，当焊接接头从1400℃冷却至200℃时，采用氧-乙炔火焰仿型加热器对钢轨焊接接头区域进行全断面加热。当钢轨的踏面温度达到940℃时停止加热，然后采用水雾混合气将钢轨焊接接头进行冷却至350℃，最后将焊接接头空冷至室温(约23℃)，从而得到本发明的经焊后热处理的贝氏体钢轨焊接接头。

将本实施例得到的贝氏体钢轨焊接接头机加工成纵向硬度试样，并在踏面下5mm位置对焊接接头进行纵向洛氏硬度检测，测点以焊缝为中心向左右两侧对称排列，测点间距为5mm。洛氏硬度检验方法按GB/T 230.1-2009规定进行，采用HRC标尺。焊接接头的轨头踏面下5mm位置的纵向硬度数据见表2，纵向硬度的分布效果如图2所示。

表2

将本实施例得到的贝氏体钢轨焊接接头机加工成冲击试样，取样位置见图7。试样加工尺寸及试验方法按GB/T2650-2008和GB/T229-2007规定执行。U形缺口开在焊缝中心位置。夏比冲击试验在常温下(约23℃)进行，将14个试样的冲击吸收能量平均值KU作为试验结果。

由表2和图2可知，采用本发明提供的焊后热处理工艺方法处理闪光焊焊接得到的温度在1400℃的贝氏体钢轨的焊接接头时，所得钢轨接头距离焊缝中心±75mm区域内的硬度平均值为36.4HRC，达到了钢轨母材平均硬度的84％，在钢轨母材平均硬度的80-85％范围内。由本实施例得到的贝氏体钢轨焊接接头试样可通过循环次数为300万次的疲劳试验。同时，常温(约23℃)夏比冲击试验表明钢轨焊接接头全断面焊缝冲击功平均值达21.0J，远高于TB/T1632.2-2014及TB/T1632.4-2014规定的6.5J。

对比例一

按照实施例1的方法对贝氏体钢轨焊接接头进行焊后热处理，采用中频感应仿型电加热线圈将钢轨焊接接头加热至950℃，不同的是，进行第二冷却至150℃时停止风冷，然后再将焊接接头空冷至室温(约23℃)。

取本对比例得到的贝氏体钢轨焊接接头的纵向硬度试样，于钢轨轨头踏面下5mm位置进行纵向洛氏硬度检测，测点以焊缝为中心向左右两侧对称排列，测点间距为5mm。洛氏硬度检验方法按GB/T 230.1-2009规定进行，采用HRC标尺。焊接接头的轨头踏面下5mm位置的纵向硬度数据见表3，纵向硬度的分布效果如图3所示。

表3

将本实施例得到的贝氏体钢轨焊接接头机加工成冲击试样，取样位置见图7。试样加工尺寸及试验方法按GB/T2650-2008和GB/T229-2007规定执行。U形缺口开在焊缝中心位置。夏比冲击试验在常温下(约23℃)进行，将14个试样的冲击吸收能量平均值KU作为试验结果。

由表3和图3可知，采用本发明提供的焊后热处理工艺方法处理闪光焊焊接得到的温度在1400℃的贝氏体钢轨的焊接接头时，所得钢轨接头距离焊缝中心±70mm区域内的硬度平均值为40.6HRC，达到了钢轨母材平均硬度的94％，超出钢轨母材平均硬度的80-85％范围。由本对比例得到的贝氏体钢轨焊接接头试样在实物疲劳进行至180万次时发生疲劳断裂。同时，常温(约23℃)夏比冲击试验表明钢轨焊接接头全断面焊缝冲击功平均值为6.0J，低于TB/T1632.2-2014及TB/T1632.4-2014规定的6.5J。

对比例二

将采用气压焊焊接得到的温度在1500℃的贝氏体钢轨焊接接头直接进行空冷至室温(约23℃)，从而得到空冷(自然冷却)条件下的贝氏体钢轨焊接接头。

取本对比例得到的贝氏体钢轨焊接接头的纵向硬度试样，于钢轨轨头踏面下5mm位置进行纵向洛氏硬度检测，测点以焊缝为中心向左右两侧对称排列，测点间距为5mm。洛氏硬度检验方法按GB/T 230.1-2009规定进行，采用HRC标尺。焊接接头的轨头踏面下5mm位置的纵向硬度数据见表3，纵向硬度的分布效果如图4所示。

表4

由表4和图4可知，对于未采用本发明提供的焊后热处理方法处理焊接得到的余温较高的贝氏体钢轨焊接接头，所得接头焊接区域硬度为钢轨母材平均硬度的77％，低于钢轨母材平均硬度的80-85％。与钢轨母材硬度相比，整个焊接区域的硬度偏低，硬度呈“W形”分布趋势。由此对比例得到的焊接接头在线路服役过程中易造成接头轨头马鞍形磨耗，影响线路平顺性及行车安全。由此对比例得到的贝氏体钢轨焊接接头试样在实物疲劳进行至260万次时发生疲劳断裂。同时，常温(约23℃)夏比冲击试验表明钢轨焊接接头全断面焊缝冲击功平均值为5.5J，低于TB/T1632.2-2014及TB/T1632.4-2014规定的6.5J。

对比例三

将采用闪光焊焊接得到的温度在1500℃的贝氏体钢轨焊接接头进行空冷，当焊接接头从1500℃冷却至200℃时，采用中频感应仿型电加热线圈对钢轨焊接接头区域进行全断面加热。当钢轨的踏面温度达到940℃时停止加热，然后将焊接接头空冷至室温(约25℃)，从而得到焊后正火空冷条件下的贝氏体钢轨焊接接头。

取本对比例得到的贝氏体钢轨焊接接头的纵向硬度试样，在钢轨轨头踏面下5mm位置进行纵向洛氏硬度检测，测点以焊缝为中心向左右两侧对称排列，测点间距为5mm。洛氏硬度检验方法按GB/T 230.1-2009规定进行，采用HRC标尺。焊接接头的轨头踏面下5mm位置的纵向硬度数据见表5，纵向硬度的分布效果如图5所示。

表5。

由表5和图5可知，对于未采用本发明提供的焊后热处理方法处理焊接得到的余温较高的贝氏体钢轨焊接接头，所得到的接头的焊接区域硬度达到了钢轨母材平均硬度的83％，在钢轨母材平均硬度的80-85％。由此对比例得到的贝氏体钢轨焊接接头试样在实物疲劳进行至280万次时发生疲劳断裂。同时，常温(约23℃)夏比冲击试验表明钢轨焊接接头全断面焊缝冲击功平均值为5.8J，低于TB/T1632.2-2014及TB/T1632.4-2014规定的6.5J。

通过对比图1至图5中的焊接接头轨头踏面纵向硬度分布可以看出：采用本发明提供的工艺方法能够将贝氏体钢轨焊接接头的轨头踏面纵向硬度控制在80-85％钢轨母材平均硬度范围内。同时，本发明提供的钢轨焊后热处理工艺方法能够使贝氏体钢轨焊接接头的疲劳寿命保持在300万次以上，远高于TB1632中规定的200万次的技术要求。同时，钢轨接头全断面焊缝冲击功平均值达20.0J以上，有助于保证铁路服役安全。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，虽然已参照具体实施例描述了根据本发明的贝氏体钢轨的焊后热处理工艺方法，但本领域技术人员将认识到，在不脱离本发明的思想和范围的情况下，在此可以对本发明做出各种修改和组合。

Claims (10)

1.一种用于贝氏体钢轨焊后接头热处理的施工方法，其特征在于：所述的施工方法以焊接获得的温度保持在1300-1500℃的贝氏体焊接钢轨焊接接头为基础，通过一次正火加热三次冷却完成所述贝氏体钢轨焊后接头的热处理工作，

其中，所述的一次正火加热放在第一次冷却之后，第三次冷却的起冷温度为350-500℃。

2.根据权利要求1所述的用于贝氏体钢轨焊后接头热处理的施工方法，其特征在于：所述的一次正火加热在所述贝氏体焊接钢轨经过第一次冷却温度降低至150-300℃后立即进行。

3.根据权利要求2所述的用于贝氏体钢轨焊后接头热处理的施工方法，其特征在于：所述的一次正火加热采用中频感应仿型电加热线圈和/或氧-乙炔火焰仿型加热器进行加热。

4.根据权利要求1、2或3所述的用于贝氏体钢轨焊后接头热处理的施工方法，其特征在于：所述的一次正火加热为将第一次冷却温度降低至150-300℃的贝氏体焊接钢轨加热至880-950℃为止完成所述的一次正火加热。

5.根据权利要求4所述的用于贝氏体钢轨焊后接头热处理的施工方法，其特征在于：在一次正火加热完成后随即进行第二次冷却，该第二次冷却的开冷温度不低于780℃，冷却长度包括以焊缝为中心两侧的各60～70㎜范围。

6.根据权利要求5所述的用于贝氏体钢轨焊后接头热处理的施工方法，其特征在于：所述的第二次冷却采用冷却介质进行快速冷却，终冷温度为350-500℃。

7.根据权利要求6所述的用于贝氏体钢轨焊后接头热处理的施工方法，其特征在于：第一次冷却和第三次冷却均采用在空气中进行自然冷却的方式进行冷却。

8.根据权利要求6所述的用于贝氏体钢轨焊后接头热处理的施工方法，其特征在于：所述的冷却介质为高压冷却气体或水雾混合气。

9.根据权利要求1所述的用于贝氏体钢轨焊后接头热处理的施工方法，其特征在于：在所述的一次正火加热过程中，所述全断面加热的长度包括以焊缝为中心两侧的各40～60㎜范围。

10.根据权利要求9所述的用于贝氏体钢轨焊后接头热处理的施工方法，其特征在于：所述贝氏体钢轨的焊接接头为闪光焊接接头或气压焊接接头。