CN113439001B - 钢轨的制造方法和钢轨 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种始终稳定地形成焊缝部的焊接条件，该焊缝部是闪光对焊焊缝部与钢轨母材的硬度差和弯曲试验时的挠曲量在更好的范围内。在通过由闪光对焊形成的接缝部接合多个钢轨母材时，以1.50×105kA2×秒～4.50×105kA2×秒的焊接热输入进行上述闪光对焊，上述钢轨母材具有如下成分组成：含有C：0.60～1.20质量％、Si：0.10～1.50质量％、Mn：0.10～1.50质量％和Cr：0.10～1.50质量％，剩余部分为Fe和不可避免的杂质。

Description

钢轨的制造方法和钢轨
技术领域
本发明涉及钢轨的制造方法，详细而言涉及利用闪光对焊接合多根钢轨母材而制造连续的长条钢轨的方法。另外，本发明特别涉及可以抑制从由闪光对焊形成的接缝部的断裂的长寿命钢轨的制造方法和钢轨。本发明的钢轨及其制造方法适用于在像货车重量重且急曲线多的海外矿山铁路那样的严酷的高轴负荷条件下使用的钢轨。
背景技术
在以运输矿石等为主的高轴重铁路中，货车的车轴所承受的负荷远远高于客车，钢轨的使用环境也严酷。近年来，为了提高铁路运输效率，货车的载重正在进一步增加。应予说明，高轴重铁路是指列车、货车的载重大的(每1辆货车的载重例如150吨左右以上)铁路。
另外，在铺设钢轨时，考虑到钢轨在夏季暴露于高温时的膨胀的量，在钢轨相互的端面之间设置间隙。在列车、货车通过该间隙时，由于受到来自车轮的冲击，所以钢轨的端部容易磨损。对此，如果使用连续的长条钢轨(所谓的长钢轨)，则减少铺设钢轨时的间隙，因此抑制钢轨的端部的磨损，结果能够提高钢轨的耐用性。
因此，正在讨论高轴重铁路也使用长钢轨。这里，长钢轨是指通过闪光对焊将多根钢轨母材的端面彼此接合而形成全长200m以上的长条的钢轨。对于这样通过焊缝部接合的钢轨，在焊缝部的特性明显劣于钢轨母材的情况下，如果对钢轨施加弯曲变形，则焊缝部断裂。即，在焊缝部的特性明显劣于钢轨母材的情况下，由于列车、货车通过而焊缝部断裂成为问题。
因此，为了提高钢轨的焊接性，进行了各种研究。例如在专利文献1中公开了一种闪光对焊方法，规定了C、Si、Mn的优化和闪光对焊时的后期II闪光工序中的后期II闪光长度。
在专利文献2中公开了一种钢轨焊接部的冷却方法，规定了焊接钢轨后的该焊接部的冷却方法。
在专利文献3中公开了一种闪光对焊方法，在将介由绝缘体与设置有水冷配管的导体接触而冷却的电极配置于钢轨钢的头顶面和底面、并且将电极配置在钢轨长边方向接近面侧的端面间距为100mm以内后进行闪光对焊，用电极将刚焊接后的钢轨头部和钢轨长边方向的电极所夹的范围冷却，规定焊缝部的热影响宽度和软化宽度。
上述的专利文献1～3所记载的方法都是单独控制成分、闪光对焊时的镦锻量或冷却方法，对提高闪光对焊焊缝本身的特性没有记载。
对于该点，在专利文献4中提出了规定了闪光对焊焊缝部的硬度、挠曲量的钢轨。即，在专利文献4中，对于闪光对焊焊缝部与钢轨母材的硬度差和弯曲试验时的挠曲量，分别给出了适当的范围。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第5659965号公报
专利文献2：日本特开2010－188382号公报
专利文献3：日本特开2011－251335号公报
专利文献4：日本专利第5532789号公报
发明内容
通过限制上述的专利文献4中公开的闪光对焊焊缝部与钢轨母材的硬度差和弯曲试验时的挠曲量，可以抑制焊缝部的断裂。对于用于得到这样的焊缝部的方法，在专利文献4中与专利文献1～3所记载的方法同样，公开了控制成分组成、闪光对焊时的镦锻量和冷却。
然而，在上述现有的方法中，难以稳定地制造具有上述硬度差和挠曲量的闪光对焊焊缝部的钢轨，而不产生性能偏差。近年来，钢轨的使用环境更加严酷，为了提高钢轨的使用寿命，问题是不仅提高例如耐磨性、耐疲劳损伤性之类的钢轨本身的机械特性，而且抑制由闪光对焊形成的焊缝部的特性的降低。因此，需要严格限制焊接条件本身。
因此，本发明的目的在于提出一种始终稳定地形成焊缝部的焊接条件，与专利文献4中公开的范围相比，闪光对焊焊缝部与钢轨母材的硬度差和弯曲试验时的挠曲量在更好的范围内。而且，本发明可以稳定地提供与以往的钢轨的闪光对焊焊缝部相比闪光对焊焊缝部的特性更优异的钢轨。
发明人等为了解决上述问题，改变焊接热输入，制作钢轨的闪光对焊焊缝部，深入调查了该钢轨的硬度分布以及钢轨母材的硬度与焊缝部的硬度之差。其结果，发明人等发现通过将焊接热输入设为1.50×105kA2×秒～4.50×105kA2×秒，不仅闪光对焊焊缝部的特性提高，也抑制每个焊接的特性的偏差。
应予说明，焊接热输入由以下的式(1)求出。
焊接热输入(kA2×秒)＝初始闪光工序中的热输入(kA2×秒)+预热工序中的热输入(kA2×秒)+后期闪光工序中的热输入(kA2×秒)···(1)
这里，
初期闪光工序中的热输入＝初期闪光工序中的平均电流(kA)×初期闪光工序中的平均电流(kA)×初期闪光工序的时间(秒)
预热工序中的热输入＝Σ(第i次的预热工序中的平均电流(kA)×第i次的预热工序中的平均电流(kA)×第i次的预热工序的时间(秒))
其中，i为任意的整数，预热工序实施多次
后期闪光工序中的热输入＝后期闪光工序中的平均电流(kA)×后期闪光工序中的平均电流(kA)×后期闪光工序的时间(秒)
本发明是基于上述见解而完成的，其要旨如下。
1.一种钢轨的制造方法，在通过由闪光对焊形成的接缝部接合多个钢轨母材时，
以1.50×105kA2×秒～4.50×105kA2×秒的焊接热输入进行上述闪光对焊，上述钢轨母材具有如下成分组成：含有C：0.60～1.20质量％、Si：0.10～1.50质量％、Mn：0.10～1.50质量％和Cr：0.10～1.50质量％，剩余部分为Fe和不可避免的杂质。
2.根据上述1所述的钢轨的制造方法，其中，上述焊接后的从钢轨头部的表面到2.5mm深度的表层部的上述钢轨母材与上述接缝部的硬度差的绝对值以维氏硬度计为20以下，且上述接缝部的挠曲量为20mm以上。
3.根据上述1或2所述的钢轨的制造方法，其中，上述成分组成还含有选自：V：0.30质量％以下、Cu：1.0质量％以下、Ni：1.0质量％以下、Nb：0.2质量％以下、Mo：0.5质量％以下、Al：0.07质量％以下、W：1.0质量％以下、B：0.005质量％以下和Ti：0.05质量％以下中的1种以上。
4.一种钢轨，是多个钢轨母材通过接缝部接合而成的，上述钢轨母材具有如下成分组成：含有C：0.60～1.20质量％、Si：0.10～1.50质量％、Mn：0.10～1.50质量％和Cr：0.10～1.50质量％，剩余部分为Fe和不可避免的杂质，
从上述钢轨的头部的表面到2.5mm深度的表层部的上述钢轨母材与上述接缝部的硬度差的绝对值以维氏硬度计为20以下，且上述接缝部的挠曲量为20mm以上。
5.根据上述4所述的钢轨，其中，上述成分组成还含有选自V：0.30质量％以下、Cu：1.0质量％以下、Ni：1.0质量％以下、Nb：0.2质量％以下、Mo：0.5质量％以下、Al：0.07质量％以下、W：1.0质量％以下、B：0.005质量％以下和Ti：0.05质量％以下中的1种以上。
根据本发明，可以稳定地制造用远比以往的钢轨的焊缝部优异的闪光对焊焊缝接合的钢轨，可以在不降低由闪光对焊形成的焊缝部的特性的情况下实现长钢轨化。其结果，根据本发明，有助于延长高轴重铁路中铺设的钢轨的寿命和防止铁路事故，在工业上带来了有益的效果。
附图说明
图1是说明钢轨母材与焊缝部的硬度测定位置的示意图。
图2是弯曲试验的示意图。
图3是表示闪光对焊时的热输入与钢轨母材和闪光对焊焊缝部的硬度差的关系的图表。
图4是表示闪光对焊时的热输入与弯曲试验时的挠曲量的关系的图表。
具体实施方式
对于本发明的钢轨的制造方法，从钢轨母材的成分组成的限定理由开始依次说明。
[钢轨母材的成分组成]
C：0.60～1.20质量％
C是用于在珠光体组织中形成渗碳体、确保钢轨钢的闪光对焊焊缝部的强度的必需元素。但是，如果C量小于0.60质量％，则难以确保钢轨钢的闪光对焊焊缝部的强度，闪光对焊焊缝部的特性降低。另一方面，如果C量超过1.20质量％，则在闪光对焊焊缝部中，在奥氏体晶界生成先共析渗碳体，因此闪光对焊焊缝部的特性显著降低。因此，C量设为0.60～1.20质量％。C量优选为0.70质量％以上，优选为1.10质量％以下，更优选为0.70～1.10质量％。
Si：0.10～1.50质量％
Si作为脱氧剂而添加，但是如果小于0.10质量％，则其效果少。另一方面，如果超过1.50质量％，则由于Si所具有的与氧的高结合力而在钢轨的钢中生成氧化物，该氧化物残留于闪光对焊后的接缝部，闪光对焊焊缝部的特性劣化。进而，在闪光对焊时加热到高温的焊缝部中生成的氧化皮不易剥离，由焊接时的镦锻而生成的氧化皮难以排出，结果氧化皮容易残留于焊缝部，不能得到焊缝部的良好的性能。因此，Si量设为0.10～1.50质量％。Si量优选为0.15质量％以上，优选为1.45质量％以下，更优选为0.15～1.45质量％。
Mn：0.10～1.50质量％
Mn通过降低珠光体相变温度而使片层间距细化，从而有助于闪光对焊焊缝部的高强度化，因此以0.10质量％以上进行添加。另一方面，如果Mn量超过1.50质量％，则在闪光对焊后发生焊缝部的硬化、脆化而焊缝部的特性降低。因此，Mn量设为0.10～1.50质量％。Mn量优选为0.15质量％以上，优选为1.45质量％以下，更优选为0.15～1.45质量％。
Cr：0.10～1.50质量％
Cr是提高钢轨的闪光对焊焊缝部的强度的元素，以0.10质量％以上进行添加。另一方面，如果添加Cr超过1.50质量％，则在闪光对焊时在加热到高温的焊缝部中生成的氧化皮不易剥离，由焊接时的镦锻而生成的氧化皮难以排出，结果氧化皮容易残留于焊缝部，不能得到焊缝部的良好的性能。因此，Cr量设为0.10～1.50质量％。Cr量优选为0.15质量％以上，优选为1.45质量％以下，更优选为0.15～1.45质量％。
以上成分以外的剩余部分为Fe和不可避免的杂质。
另外，本发明的钢轨母材除上述基本成分以外，还可以出于焊缝部的进一步高硬度化的目的而添加以下的元素。
即，根据需要还可以含有选自：
V：0.30质量％以下、
Cu：1.0质量％以下、
Ni：1.0质量％以下、
Nb：0.2质量％以下、
Mo：0.5质量％以下、
Al：0.07质量％以下、
W：1.0质量％以下、
B：0.005质量％以下和
Ti：0.05质量％以下
中的1种以上。
V：0.30质量％以下
V是用于形成碳氮化物而分散析出到基体中从而实现钢轨的闪光对焊焊缝部的高强度化的元素。因此，优选以0.005质量％以上添加V。另一方面，如果V量超过0.30质量％，则上述效果饱和，并且合金成本增加。因此，在添加V的情况下，V量优选设为0.30质量％以下。
Cu：1.0质量％以下
Cu是用于通过固溶强化而实现钢轨的闪光对焊焊缝部的进一步高强度化的元素。因此，优选以0.005质量％以上添加Cu。另一方面，如果Cu量超过1.0质量％，则在闪光对焊时容易发生Cu裂纹。因此在添加Cu的情况下，Cu量优选设为1.0质量％以下。
Ni：1.0质量％以下
Ni是用于在不使延展性劣化的情况下实现钢轨的闪光对焊焊缝部的高强度化的元素。另外，通过将Ni与Cu复合添加而抑制闪光对焊时的Cu裂纹，因此在添加Cu的情况下优选也添加Ni。因此，优选以0.005质量％以上添加Ni。另一方面，如果Ni量超过1.0质量％，则上述效果饱和，并且导致合金成本的增加。因此，在添加Ni的情况下，Ni量优选设为1.0质量％以下。
Nb：0.2质量％以下
Nb可以与钢中的C、N结合而在轧制中和轧制后作为碳化物、氮化物或碳氮化物而析出，实现钢轨的闪光对焊焊缝部的高硬度化。因此，优选以0.005质量％以上添加Nb。另一方面，如果Nb量超过0.2质量％，则上述效果饱和，并且导致合金成本的增加。因此，在添加Nb的情况下，Nb量优选设为0.2质量％以下。
Mo：0.5质量％以下
Mo是用于通过固溶强化而实现钢轨的闪光对焊焊缝部的进一步高强度化的元素。因此，优选以0.005质量％以上添加Mo。另一方面，如果Mo量超过0.5质量％，则上述效果饱和，并且导致合金成本的增加。因此，在添加Mo的情况下，Mo量优选设为0.5质量％以下。
Al：0.07质量％以下
Al是作为脱氧剂而添加的元素。因此，优选以0.001质量％以上添加Al。另一方面，如果Al含量超过0.07质量％，则上述效果饱和，并且导致合金成本的增加。因此，在添加Al的情况下，优选将Al含量设为0.07质量％以下。
W：1.0质量％以下
W是用于作为碳化物而析出、通过析出强化而实现钢轨的闪光对焊焊缝部的进一步高强度化的元素。因此，优选以0.001质量％以上添加W。另一方面，如果W含量超过1.0质量％，则上述效果饱和，并且导致合金成本的增加。因此，在添加W的情况下，优选将W含量设为1.0质量％以下。
B：0.005质量％以下
B是用于作为氮化物而析出、通过析出强化而实现钢轨的闪光对焊焊缝部的进一步高强度化的元素。因此，优选以0.0001质量％以上添加B。但是，如果B含量超过0.005质量％，则上述效果饱和，并且导致合金成本的增加。因此，在添加B的情况下，优选将B含量设为0.005质量％以下。
Ti：0.05质量％以下
Ti是用于作为碳化物、氮化物或碳氮化物而析出、通过析出强化而实现钢轨的闪光对焊焊缝部的进一步高强度化的元素。因此，优选以0.001质量％以上添加Ti。另一方面，如果Ti含量超过0.05质量％，则上述效果饱和，并且导致合金成本的增加。因此，在添加Ti的情况下，优选将Ti含量设为0.05质量％以下。
对于具有以上成分组成的钢轨母材，其多个通过由闪光对焊形成的焊缝部接合而成为长条的钢轨。以下详述其焊接条件。应予说明，钢轨母材只要具有上述的成分组成即可，可以使用经过通常的工序而制作的钢轨作为钢轨母材。即，作为钢轨母材，可以使用将具有规定的成分组成的钢熔炼后，进行铸造而制造大钢坯，以该大钢坯为坯材，供于使用孔型辊的热轧而制造的钢轨。也可以根据需要将热轧后的高温的钢轨强制冷却。另外，也可以根据需要矫正钢轨。
[焊接条件]
焊接热输入：1.50×105kA2×秒～4.50×105kA2×秒
铁路车辆在钢轨上行驶中，对该钢轨施加垂直向下的负荷，其结果，钢轨产生弯曲现象。这里，在焊接热输入小于1.50×105kA2×秒的情况下，焊接热输入少，焊缝部的硬度变硬，钢轨母材与焊缝部的硬度之差变大。于是，负荷负载时的挠曲量变少，因此在铁路车辆行驶在钢轨上车轮通过焊缝部对钢轨的焊缝部施加大的负担时，不能通过焊缝部的挠曲量吸收该负担，钢轨焊缝部会断裂。因此，为了抑制钢轨的焊缝部的断裂，将焊接热输入确保为1.50×105kA2×秒以上。另一方面，如果焊接热输入超过4.50×105kA2×秒，则焊接热输入过大，焊缝部的硬度降低，钢轨母材与焊缝部的硬度之差仍变大。于是，在焊缝部发生局部磨损，在铁路车辆行驶在钢轨上车轮通过焊缝部对钢轨的焊缝部施加大的负担时，钢轨焊缝部会断裂。因此，为了抑制钢轨焊缝部的断裂，需要将焊接热输入设为1.50×105kA2×秒～4.50×105kA2×秒。焊接热输入优选为1.55×105kA2×秒以上，优选为4.45×105kA2×秒以下，更优选为1.55×105kA2×秒～4.45×105kA2×秒。
应予说明，在本发明中，重要的是将闪光对焊时的焊接热输入限制在上述范围内，其他焊接条件可以按照一般钢轨制造的焊接条件。即，闪光对焊通常由初期闪光工序、预热工序、后期闪光工序、镦锻工序构成。而且，焊接热输入为初期闪光工序、预热工序和后期闪光工序的热输入的合计。顺便说一下，闪光对焊机可以使用Chemetron制、Schelatter制等任何的焊接机。
这里，详细记载闪光对焊的焊接热输入的计算方法。即，求出初期闪光工序中的平均电流(kA)和初期闪光工序的时间(秒)、各预热工序中的平均电流(kA)和各预热工序的时间(秒)以及后期闪光工序中的平均电流(kA)、后期闪光工序的时间(秒)。应予说明，作为各预热工序因为预热工序是流过2次以上的任意i次电流而进行加热(多次加热)，所以为各预热工序。综上所述，可以按照下述式(1)求出焊接热输入。
[焊接热输入(kA2×秒)]＝初期闪光工序中的热输入(kA2×秒)+预热工序中的热输入(kA2×秒)+后期闪光工序中的热输入(kA2×秒)···(1)
这里，
初期闪光工序中的热输入＝初期闪光工序中的平均电流(kA)×初期闪光工序中的平均电流(kA)×初期闪光工序的时间(秒)
预热工序中的热输入＝Σ(第i次的预热工序中的平均电流(kA)×第i次的预热工序中的平均电流(kA)×第i次的预热工序的时间(秒))
其中，预热工序实施多次。
后期闪光工序中的热输入＝后期闪光工序中的平均电流(kA)×后期闪光工序中的平均电流(kA)×后期闪光工序的时间(秒)
为了将这样求出的焊接热输入控制在上述范围内，需要控制各焊接工序中的电流、时间和预热工序次数。
应予说明，以预期的焊接热输入完成后期闪光工序后，在镦锻工序中优选以压力45～75吨进行镦锻。闪光对焊后也可以实施自然冷却或空气冷却。例如，可以在闪光对焊结束10～70秒后在空气压力：5～20psi下实施15～60秒的空气冷却。
利用基于上述焊接热输入的焊接得到的焊缝部满足以下特性：该焊接后的从钢轨头部的表面到2.5mm深度的表层部(以下简称为表层部)的上述钢轨母材与上述接缝部的硬度差的绝对值以维氏硬度计20为以下且上述接缝部的挠曲量为20mm以上。
[钢轨母材的硬度与焊缝部的硬度之差ΔH的绝对值：20以下]
在本说明书中，上述表层部的钢轨母材和焊缝部的硬度按后述的要领作为距离制造后的钢轨头部的表面2.5mm深度位置的维氏硬度进行测定。根据其测定值，作为由[母材的硬度]－[焊缝部的硬度]算出的硬度之差ΔH。如果该ΔH超过+20，则表明焊缝部的硬度降低，如上所述，在焊缝部产生局部磨损而导致焊缝部断裂。另一方面，如果硬度之差ΔH低于－20，则表明焊缝部的硬度与母材相比显著提高，如上所述，如果车轮通过焊缝部，则对钢轨焊缝部施加大的负担，钢轨焊缝部会断裂。或者即使焊缝部不断裂，钢轨母材的磨损也进行而焊缝部从表面突出，因此需要使用磨床等对该突出部分进行磨削加工。因此，钢轨母材与焊缝部的硬度差ΔH的绝对值以维氏硬度计设为20以下。
[挠曲量：20mm以上]
通过后述弯曲试验得到的本发明钢轨的挠曲量为20mm以上。即，如果挠曲量小于20mm，则在铁路车辆在钢轨上行驶而车轮通过焊缝部时，对钢轨的焊缝部施加大的负担，不能通过焊缝部的挠曲量将其吸收而钢轨焊缝部断裂。因此，挠曲量设为20mm以上。
[硬度试验]
这里，如图1所示，硬度试验是对距离制造后的钢轨1的钢轨头部的表面2.5mm深度的位置，遍及从焊缝部2的中央部即钢轨母材相互的接合界面3向钢轨长边方向两侧50mm的范围，以负荷98N、1mm间距测定维氏硬度。将钢轨母材的平均测定值作为母材的硬度，以焊缝部的平均测定值为焊缝部的硬度，由[母材的硬度]－[焊缝部的硬度]算出硬度差ΔH。
[弯曲试验]
这里，弯曲试验依据美国铁路工学和道路维护协会(American RailwayEngineering and Maintenance-of-Way Association)的标准：AREMA－sec.2.3.3.6来进行。即，如图2所示，将支点4间的距离设为从焊缝部2的中央部(即钢轨母材相互的接合界面3)起两侧24英寸，施加负荷，测定直到断裂的挠曲量。在本发明中，如果能够得到挠曲量为20mm以上，则判断为焊缝部的特性良好。
实施例1
使用具有表1所示的成分组成的钢轨母材(发明钢A－1)，按照表2所示的焊接热输入进行闪光对焊。然后，根据上述要领调查钢轨母材和焊缝部的硬度差ΔH以及弯曲试验时的挠曲量。应予说明，闪光对焊均使用Chemetron公司制的DC Rail Welder#923。另外，焊接结束50秒后在空气压力：10psi下实施45秒的空气冷却。
将上述的ΔH和挠曲量的测定结果示于表2。另外，图3表示闪光对焊时的热输入与钢轨母材与闪光对焊焊缝部的硬度差ΔH的关系，图4表示闪光对焊时的热输入与弯曲试验时的挠曲量的关系。
进而，对于得到的钢轨，如下地调查其焊缝部对断裂的耐受性。即，在本发明中，如果能够得到挠曲量为20mm以上，则判断为焊缝部的特性良好，因此确认挠曲量：20mm时有无钢轨的断裂。另一方面，在本发明中，也为了调查焊缝部本来的特性，即使挠曲量为20mm以上也不中断试验，实施试验直到钢轨断裂，调查断裂时的挠曲量。
[表1]
[表1] (质量％)
C Si Mn Cr 备注
A-1 0.84 0.55 0.61 0.71 发明钢
[表2]
[表2]
Figure BDA0003215691150000111
从表2以及图3和4可知，如果焊接热输入为1.5×105kA2×秒～4.5×105kA2×秒，则能够形成良好的闪光对焊焊缝部，确保挠曲量为20mm以上，挠曲量：20mm时不发生钢轨断裂。
实施例2
使用具有表3所示的成分组成的钢轨母材(发明钢B-1～10和B-19～26、比较钢B-11～18)进行闪光对焊，与实施例1同样地调查钢轨母材与焊缝部的硬度差ΔH以及弯曲试验时的挠曲量。将其结果示于表4。
Figure BDA0003215691150000121
[表4]
[表4]
Figure BDA0003215691150000131
从表4可知，根据本发明的制造方法而得到的钢轨在挠曲量：20mm时不断裂，根据本发明的制造方法，可以稳定地得到焊缝部的特性良好的钢轨。另外，具有本发明中规定的规定的成分组成、硬度差ΔH和挠曲量的发明例的钢轨均在挠曲量：20mm时不发生断裂。与此相对，对于不满足本发明条件的比较例的钢轨，钢轨母材与焊缝部的硬度差ΔH、弯曲试验时的挠曲量这两者未达到满意的水平，在挠曲量：小于20mm时发生断裂。
产业上的可利用性
通过本发明而制造的钢轨有助于延长高轴重铁路中铺设的钢轨的寿命和防止铁路事故，在工业上起到显著的效果。

Claims (3)

1.一种钢轨的制造方法，在通过由闪光对焊形成的接缝部接合多个钢轨母材时，以1.50×105kA2×秒～4.50×105kA2×秒的焊接热输入进行所述闪光对焊，
所述钢轨母材具有如下成分组成：含有C：0.60～1.20质量％、Si：0.10～1.50质量％，Mn：0.10～1.50质量％和Cr：0.10～1.50质量％，剩余部分为Fe和不可避免的杂质，
所述焊接热输入由以下的式(1)求出，
焊接热输入(kA2×秒)＝初始闪光工序中的热输入(kA2×秒)+预热工序中的热输入(kA2×秒)+后期闪光工序中的热输入(kA2×秒)···(1)
这里，
初期闪光工序中的热输入＝初期闪光工序中的平均电流(kA)×初期闪光工序中的平均电流(kA)×初期闪光工序的时间(秒)，
预热工序中的热输入＝Σ(第i次的预热工序中的平均电流(kA)×第i次的预热工序中的平均电流(kA)×第i次的预热工序的时间(秒))，
其中，i为任意的整数，预热工序实施多次，
后期闪光工序中的热输入＝后期闪光工序中的平均电流(kA)×后期闪光工序中的平均电流(kA)×后期闪光工序的时间(秒)。
2.根据权利要求1所述的钢轨的制造方法，其中，所述焊接后的从钢轨头部的表面到2.5mm深度的表层部的所述钢轨母材与所述接缝部的硬度差的绝对值以维氏硬度计为20以下，且所述接缝部的挠曲量为20mm以上。
3.根据权利要求1或2所述的钢轨的制造方法，其中，所述成分组成还含有选自V：0.30质量％以下、Cu：1.0质量％以下、Ni：1.0质量％以下、Nb：0.2质量％以下、Mo：0.5质量％以下、Al：0.07质量％以下、W：1.0质量％以下、B：0.005质量％以下和Ti：0.05质量％以下中的1种以上。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113427109B (zh) * 2021-08-09 2022-11-29 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 一种含铜耐腐蚀钢轨的焊接方法
JP7364992B1 (ja) 2023-02-10 2023-10-19 日本製鉄株式会社 フラッシュバット溶接レールの製造方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010100937A (ja) * 2008-09-25 2010-05-06 Jfe Steel Corp フラッシュバット溶接継手特性に優れた内部高硬度型パーライト鋼レールおよびその溶接方法

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5250938A (en) 1975-10-22 1977-04-23 Nippon Electric Co Spattering device
JPH09316598A (ja) * 1996-03-27 1997-12-09 Nippon Steel Corp 耐摩耗性および溶接性に優れたパーライト系レールおよびその製造法
JP2000144325A (ja) * 1998-11-04 2000-05-26 Nippon Steel Corp ガス圧接性に優れたベイナイト系アルミキルド鋼レール
CN1210129C (zh) * 2000-01-28 2005-07-13 乌克兰国家科学学会E·O·派顿电子焊接协会 闪光对焊方法
JP4153650B2 (ja) * 2000-07-13 2008-09-24 新日本製鐵株式会社 高溶接性レールの製造方法
GB2403174B (en) * 2003-06-26 2006-11-15 Corus Uk Ltd Steel rails
JP2010188382A (ja) 2009-02-18 2010-09-02 Nippon Steel Corp レールの溶接部の冷却方法
CN102365377B (zh) * 2009-03-30 2014-03-05 新日铁住金株式会社 钢轨焊接区的冷却方法、钢轨焊接区的冷却装置以及钢轨焊接接头
RU2507045C2 (ru) * 2009-10-30 2014-02-20 Ниппон Стил Энд Сумитомо Метал Корпорейшн Способ стыковой сварки оплавлением рельсовой стали
JP2011251335A (ja) 2010-06-04 2011-12-15 Nippon Steel Corp レール鋼のフラッシュバット溶接方法
JP5659965B2 (ja) 2010-10-14 2015-01-28 新日鐵住金株式会社 レール鋼のフラッシュバット溶接方法
EP2845913A1 (en) * 2014-09-23 2015-03-11 Tata Steel UK Ltd Method and device for production of heat treated welded rail for rail transport and rail produced therewith
CN105382391B (zh) * 2015-12-14 2018-03-06 中国铁道科学研究院金属及化学研究所 一种钢轨焊接方法
CN106334863B (zh) * 2016-10-19 2018-09-04 成都先进金属材料产业技术研究院有限公司 一种对75kg/m过共析钢轨与珠光体钢轨进行移动闪光焊接的方法和钢轨
CN107520529B (zh) * 2017-08-31 2019-10-11 攀钢集团研究院有限公司 136re+ss热处理钢轨移动闪光焊接的方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010100937A (ja) * 2008-09-25 2010-05-06 Jfe Steel Corp フラッシュバット溶接継手特性に優れた内部高硬度型パーライト鋼レールおよびその溶接方法

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