CN117161527A - 深硬化层钢轨的焊接和热处理方法及钢轨 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种深硬化层钢轨的焊接和热处理方法及钢轨，该方法包括：对钢轨进行闪光焊接，包括：依次进行通电加热阶段、加压顶锻阶段；其中，所述通电加热阶段的电压为300～385V，平均电流为500～800A，持续时间80～100s；对经过闪光焊接的钢轨进行热处理，包括：依次进行第一冷却阶段、加热阶段、第二冷却阶段、第三冷却阶段，其中，所述第一冷却阶段的终止温度为25～100℃，所述加热阶段的终止温度为800～1100℃，所述第二冷却阶段的起始温度大于900℃并且终止温度为600～700℃，所述第三冷却阶段的起始温度为600～700℃并且终止温度为430～500℃。本发明能够提高钢轨闪光焊接头的轨头内部硬度，从而提升钢轨焊接头耐磨性和使用寿命。

Description

深硬化层钢轨的焊接和热处理方法及钢轨

技术领域

本发明涉及钢轨焊接技术领域，具体涉及一种深硬化层钢轨的焊接和热处理方法及钢轨。

背景技术

钢轨作为铁路线路最主要的组织部分，大轴重、高频次的服役环境，对其的使用性能提出了更高的要求。主要体现在耐磨和疲劳性能。研究表明，在不考虑轮轨匹配、磨损介质等其他因素的情况下，硬度越高耐磨性也越好，因此通常将硬度值作为衡量材料耐磨性能的主要指标之一。表征钢轨母材硬度的方法主要为踏面硬度和断面硬度，表征钢轨接头的方法主要为踏面硬度和纵断面硬度。

目前，钢轨主流的焊接方法是闪光焊接。钢轨闪光焊接是利用电流通过钢轨端部接触面上细小接触点的电阻及电弧产生的热量，将钢轨待焊端部加热，在适当的时间后对接头施加压力，使钢轨对接表面整个区域同时牢固结合起来的电阻焊方法。其自动化程度高、焊接质量稳定，是国内外无缝线路现场施工焊接的主要方法。按其生产方式主要分为固定式闪光焊和移动式闪光焊两种。固定式闪光焊通常将焊接设备固定于厂房内，故通常也被称为厂焊或基地焊接。固定式闪光焊通常是通过直接将钢轨进行短路，利用电阻热的方式将钢轨进行加热，加热过程并不(或少量)伴随闪光。目前，国内外主要使用最广泛的移动闪光焊机有K950和YGH-1200TH型移动闪光焊机，K950移动闪光焊机可以保证焊机机头的高质量、高寿命。

如何提高钢轨闪光焊接头的硬度从而提升钢轨的耐磨性和疲劳性能是本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种深硬化层钢轨的焊接和热处理方法及钢轨，以解决如何提高钢轨闪光焊接头硬度的技术问题。

根据本发明的一个方面，提出一种深硬化层钢轨的焊接和热处理方法，包括：

对钢轨进行闪光焊接，包括：依次进行通电加热阶段、加压顶锻阶段；其中，所述通电加热阶段的电压为300～385V，平均电流为500～800A，持续时间80～100s；

对经过闪光焊接的钢轨进行热处理，包括：依次进行第一冷却阶段、加热阶段、第二冷却阶段、第三冷却阶段，其中，所述第一冷却阶段的终止温度为25～100℃，所述加热阶段的终止温度为800～1100℃，所述第二冷却阶段的起始温度大于900℃并且终止温度为600～700℃，所述第三冷却阶段的起始温度为600～700℃并且终止温度为430～500℃。

根据本发明的一个实施例，在所述通电加热阶段，向待焊钢轨两端施加的对向压力为20～130kN，钢轨消耗量为8～20mm。

根据本发明的一个实施例，所述对钢轨进行闪光焊接还包括：在所述加压顶锻阶段之后进行推瘤阶段，并且所述加压顶锻阶段结束后到所述推瘤阶段完全结束的时间为5～10s。

根据本发明的一个实施例，在整个闪光焊接过程中，两侧钢轨距离待焊端面0～25mm的区域内的温度为900～1650℃，持续时间为100～200s。

根据本发明的一个实施例，所述第一冷却阶段的平均冷却速度为5～10℃/s。

根据本发明的一个实施例，在所述加热阶段，对钢轨接头近焊缝区的轨头顶面、轨头侧面以及轨头下颚处进行加热，平均升温速度为2～30℃/s。

根据本发明的一个实施例，在所述第二冷却阶段，对轨头顶面进行加速冷却，平均冷却速度为25～40℃/s。

根据本发明的一个实施例，在所述第三冷却阶段：对轨头顶面、轨头侧面以及轨头下颚处进行加速冷却，轨头顶面的平均冷却速度为20～35℃/s，轨头侧面以及轨头下颚处的平均冷却速度为5～15℃/s。

根据本发明的一个实施例，待焊接钢轨为高强轨头硬化珠光体钢轨，钢轨的主要化学成分中C元素的质量分数处于0.74％～0.86％、Si元素的质量分数处于0.10％～0.60％、Mn元素的质量分数处于0.75％～1.25％、P元素和S元素的质量分数均不超过0.020％，Cr元素的质量分数不超过0.30％，V元素的质量分数不超过0.01％；钢轨的轨距角处抗拉强度至少为1172MPa，距离轨头外廓表面的深度为25mm处的硬度大于等于370HB。

根据本发明的另一方面，提出一种采用如上所述的方法制备的钢轨，所述钢轨近焊缝区的轨头内部区域的硬度为钢轨母材的轨头内部区域的硬度的95％～110％，所述钢轨近焊缝区的轨头内部区域的显微组织中珠光体面积占比大于等于97％，其中所述轨头内部区域为距离轨头表面深度为0～25mm的区域。

在根据本发明的实施例的深硬化层钢轨的焊接和热处理方法中，通过改进闪光焊接过程的相关参数(特别是通电加热阶段的电压、电流、时间等参数)并且通过对焊后热处理过程进行精细化分阶段控制及设计合理的参数，能够提高钢轨闪光焊接头的轨头内部硬度，从而提升钢轨焊接头耐磨性和使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出根据本发明实施例的近焊缝区的轨头内部区域的示意图；

图2示出根据本发明实施例的近焊缝区的轨头内部区域的另一示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明实施例进一步详细说明。

需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。

本发明提出一种深硬化层钢轨的焊接和热处理方法，包括：

对钢轨进行闪光焊接，包括：依次进行通电加热阶段、加压顶锻阶段；其中，所述通电加热阶段的电压为300～385V，平均电流为500～800A，持续时间80～100s；

对经过闪光焊接的钢轨进行热处理，包括：依次进行第一冷却阶段、加热阶段、第二冷却阶段、第三冷却阶段，其中，所述第一冷却阶段的终止温度为25～100℃，所述加热阶段的终止温度为800～1100℃，所述第二冷却阶段的起始温度大于900℃并且终止温度为600～700℃，所述第三冷却阶段的起始温度为600～700℃并且终止温度为430～500℃。

在本发明的实施例中，通过改进闪光焊接过程的相关参数(特别是通电加热阶段的电压、电流、时间等参数)并且通过对焊后热处理过程进行精细化分阶段控制及设计合理的参数，能够提高钢轨闪光焊接头的轨头内部硬度(“焊接头的轨头内部硬度”可以指下文描述的近焊缝区的轨头内部区域的硬度)，从而提升钢轨焊接头耐磨性和使用寿命。

在一些实施例中，待焊接钢轨为高强轨头硬化珠光体钢轨，钢轨的主要化学成分中C元素的质量分数处于0.74％～0.86％、Si元素的质量分数处于0.10％～0.60％、Mn元素的质量分数处于0.75％～1.25％、P元素和S元素的质量分数均不超过0.020％，Cr元素的质量分数不超过0.30％，V元素的质量分数不超过0.01％；分别距离钢轨轨头踏面和侧面12.7mm的轨距角处抗拉强度至少为1172MPa，距离轨头外廓表面的深度为25mm处的硬度大于等于370HB。现有技术中高强轨头硬化珠光体钢轨闪光焊接头耐磨性较低、使用寿命短，本发明提供一种深硬化层钢轨的焊接和热处理方法来解决此问题。

在本发明的实施例中，通过设置如上所述的电压、电流和时间值，使得在通电加热阶段，主要通过在通电状态下将待焊钢轨进行短路接触，并利用接触短路电阻热以及待焊钢轨端面液态金属间形成的少量过梁爆破所产生的热量，共同将钢轨加热。

在一些实施例中，在所述通电加热阶段，向待焊钢轨两端施加的对向压力为20～130kN，钢轨消耗量为8～20mm。从而维持间歇性短路和过梁爆破同时存在的状态。

在一些实施例中，所述对钢轨进行闪光焊接还包括：在所述加压顶锻阶段之后进行推瘤阶段。通过进行推瘤，可以使焊缝表面成型美观，提高焊接质量。可以采用一体式仿形钢轨推瘤机构进行推瘤。在一些实施例中，所述加压顶锻阶段结束后到所述推瘤阶段完全结束的时间为5～10s，由此保障接头质量以及后续焊后热处理的效果。

在一些实施例中，闪光焊接过程主要包括电极夹持、通电加热、加压顶锻以及快速推瘤等4个阶段，在整个闪光焊接过程中，两侧钢轨距离待焊端面0～25mm的区域内的温度为900～1650℃，持续时间为100～200s。

在本发明的实施例中，焊后热处理过程主要包括第一冷却阶段、加热阶段、第二冷却阶段、第三冷却阶段等4个阶段，前一阶段结束后进入下一阶段。前文限定了各阶段的起始温度和/或终止温度。

在一些实施例中，所述第一冷却阶段的平均冷却速度为5～10℃/s。

在一些实施例中，在所述加热阶段，可以采用专用设备对钢轨接头近焊缝区的轨头顶面、轨头侧面以及轨头下颚处进行加热，平均升温速度为2～30℃/s。

在一些实施例中，在所述第二冷却阶段，可以采用专用设备对轨头顶面进行加速冷却，平均冷却速度为25～40℃/s。

在一些实施例中，在所述第三冷却阶段：可以采用专用设备对轨头顶面、轨头侧面以及轨头下颚处进行加速冷却，轨头顶面的平均冷却速度为20～35℃/s，轨头侧面以及轨头下颚处的平均冷却速度为5～15℃/s。

热处理的主要作用是消除焊接接头内部应力，细化奥氏体晶粒，使组织均匀化，提升接头强度和硬度，本发明中采用的热处理方法其主要作用除上述热处理的基本作用外，还能够提高深硬化层钢轨闪光焊接头的轨头内部硬度。热处理过程的第一冷却阶段的起始温度为焊接过程结束时的温度。因钢轨全断面各区域厚度不相同，自然冷却条件下各区域的速率不相同，为使得接头在第一冷却阶段的冷却过程中不发生马氏体、贝氏体等组织相变，需要控制第一冷却阶段的冷却速率为5～10℃/s；控制第一冷却阶段的冷却的终止温度为25～100℃，以确保钢轨接头的表面和心部均全部转变为珠光体。加热阶段的主要作用是使得冷却至25～100℃的完全发生珠光体相变的接头区域重新相变为奥氏体，为保证接头内部与外部以及全断面各区域的温度均匀一致，需要控制加热阶段的温升速度为2～30℃/s。加热阶段结束后的第二冷却阶段的冷却过程的作用是快速将轨头踏面区域进行冷却，增大冷却过程的过冷度，增强奥氏体向低温组织转变的相变驱动力，因此必须控制第二冷却阶段的冷却速度为平均冷却速度为25～40℃/s，并且需要第二冷却阶段快速冷却的终止温度为奥氏体向低温组织转变的起始温度，因此，为达到上述效果，必须控制第二冷却阶段的起始温度大于900℃并且终止温度为600～700℃。第三冷却阶段的主要作用是使得过冷的奥氏体组织全部转变为珠光体组织，达到细化奥氏体晶粒和珠光体片层间距的目的。同时，为使得接头轨头距离踏面较远的心部组织也得到细化，硬度得到提升，需要同时加强轨头侧面和轨头下颚处的冷却强度。因此需要对轨头顶面、轨头侧面以及轨头下颚处进行加速冷却。经过第二冷却阶段后，轨头顶面的接头温度已经降低到较低的范围，加之轨头侧面和轨头下颚冷却的补充，轨头顶面的风冷强度可适当降低，以避免发生马氏体、贝氏体等有害相变过程，因此需要控制轨头顶面的平均冷却速度为20～35℃/s，轨头侧面以及轨头下颚处的平均冷却速度为5～15℃/s，并且终止温度为430～500℃。

钢轨接头温度的高低、冷却/温升速度的快慢直接影响着金属材料的相变过程。本发明所限定的上述过程中所有的加热温度、冷却/温升速率以及冷却终止温度协同作用以实现如上所述的热处理作用。

本发明还提出一种采用如上所述的方法制备的钢轨，通过上述方法，使得所述钢轨近焊缝区的轨头内部区域的硬度为钢轨母材的轨头内部区域的硬度的95％～110％，所述钢轨近焊缝区的轨头内部区域的显微组织中珠光体面积占比大于等于97％。参考图1和图2，近焊缝区(也可以叫近熔合线区)可以为距离熔合线两侧各1～10mm的热影响区；轨头内部区域可以为距离轨头表面深度为0～25mm的区域(可以包括：轨头顶面、轨距角、轨头两侧以及轨头下颚处距离轨头外廓表面的深度为0～25mm的区域)。

综上所述，本发明主要针对高强轨头硬化珠光体钢轨闪光焊接头耐磨性降低、使用寿命短的技术问题，提供一种深硬化层钢轨的焊接和热处理方法，该方法包括焊接和焊后热处理两个主要过程，本发明对这两个主要过程的参数和步骤进行了改进，能够大幅提升高强轨头硬化珠光体钢轨闪光焊接头的硬度，从而提升耐磨性和使用寿命。

下面根据具体的实施例和对比例进行说明。

实施例1

本实施例中所用钢轨的主要化学成分中C元素的质量分数处于0.76％、Si元素的质量分数处于0.55％、Mn元素的质量分数处于1.15％、P元素和S元素的质量分数均不超过0.020％，Cr元素的质量分数不超过0.30％，V元素的质量分数不超过0.01％。分别距离钢轨轨头踏面和侧面12.7mm的轨距角处最小抗拉强度为1252MPa，距离轨头外廓表面的深度为25mm处硬度≥375HB。主要焊接和焊后热处理两个主要过程。焊接方法为钢轨闪光焊，焊接过程主要为电极夹持、通电加热、加压顶锻以及快速推瘤等4个阶段。整个焊接过程中，距离待焊钢轨端面0mm～25mm的两侧钢轨温度为900℃～1650℃，持续时间为130s。焊接过程中的加热阶段主要通过在通电状态下将待焊钢轨进行短路接触，并利用接触短路电阻热以及待焊钢轨端面液态金属间形成的少量过梁爆破所产生的热量，共同将钢轨加热。加热阶段的电压为300V，平均电流为500A，持续时间100s；加热阶段的过程中待焊钢轨两端施加的对向压力为130kN，钢轨消耗量为15mm；焊接过程中的快速推瘤阶段于采用一体式仿形钢轨推瘤机构。为保障接头质量以及后续焊后热处理的效果，顶锻结束后到推瘤完全结束的时间为10s。焊接完成后进行焊后热处理。焊后热处理主要包括第一阶段冷却、加热、第二阶段冷却、第三阶段冷却等4个阶段，前一阶段结束后进入下一阶段。焊后热处理过程的第一冷却阶段的平均冷却速度为8℃/s，冷却的终止温度为50℃；焊后热处理过程的加热阶段采用专用设备对钢轨接头近焊缝区轨头顶面、轨头侧面以及轨头下颚处进行加热，加热过程的平均温升速度为13℃/s，加热阶段的终止温度为1000℃；焊后热处理过程的第二冷却阶段采用专用设备对轨头顶面进行加速冷却，加速冷却起始温度＞900℃，轨头顶面加速冷却时的平均冷却速度为35℃/s，加速冷却的终止温度为700℃；焊后热处理过程的第三冷却阶段，采用专用设备对轨头顶面、轨头侧面以及轨头下颚处进行加速冷却，加速冷却起始温度700℃，轨头顶面加速冷却时的平均冷却速度为35℃/s，轨头侧面以及轨头下颚处加速冷却时的平均冷却速度为15℃/s，加速冷却的终止温度为500℃。参照AS1085.20标准对接头踏面下5mm和25mm进行纵断面硬度测试，参照BS EN14587对接头进行显微组织检验。结果表明，采用该方法形成的高强轨头硬化珠光体钢轨闪光焊接头，其近熔合线区轨头内部硬度与相同位置的钢轨母材硬度比值为98％，显微组织珠光体面积占比≥98％。

实施例2

本实施例中所用钢轨的主要化学成分中C元素的质量分数处于0.86％、Si元素的质量分数处于0.10％、Mn元素的质量分数处于0.75％、P元素和S元素的质量分数均不超过0.020％，Cr元素的质量分数不超过0.30％，V元素的质量分数不超过0.01％。分别距离钢轨轨头踏面和侧面12.7mm的轨距角处最小抗拉强度为1183MPa，距离轨头外廓表面的深度为25mm处硬度≥380HB。主要焊接和焊后热处理两个主要过程。焊接方法为钢轨闪光焊，焊接过程主要为电极夹持、通电加热、加压顶锻以及快速推瘤等4个阶段。整个焊接过程中，距离待焊钢轨端面0mm～25mm的两侧钢轨温度为900℃～1650℃，持续时间为200s。焊接过程中的加热阶段主要通过在通电状态下将待焊钢轨进行短路接触，并利用接触短路电阻热以及待焊钢轨端面液态金属间形成的少量过梁爆破所产生的热量，共同将钢轨加热。加热阶段的电压为385V，平均电流为800A，持续时间100s；加热阶段的过程中待焊钢轨两端施加的对向压力为20kN，钢轨消耗量为20mm；焊接过程中的快速推瘤阶段于采用一体式仿形钢轨推瘤机构。为保障接头质量以及后续焊后热处理的效果，顶锻结束后到推瘤完全结束的时间为10s。焊接完成后进行焊后热处理。焊后热处理主要包括第一阶段冷却、加热、第二阶段冷却、第三阶段冷却等4个阶段，前一阶段结束后进入下一阶段。焊后热处理过程的第一冷却阶段的平均冷却速度为10℃/s，冷却的终止温度为100℃；焊后热处理过程的加热阶段采用专用设备对钢轨接头近焊缝区轨头顶面、轨头侧面以及轨头下颚处进行加热，加热过程的平均温升速度为30℃/s，加热阶段的终止温度为900℃；焊后热处理过程的第二冷却阶段采用专用设备对轨头顶面进行加速冷却，加速冷却起始温度＞900℃，轨头顶面加速冷却时的平均冷却速度为40℃/s，加速冷却的终止温度为600℃；焊后热处理过程的第三冷却阶段，采用专用设备对轨头顶面、轨头侧面以及轨头下颚处进行加速冷却，加速冷却起始温度600℃，轨头顶面加速冷却时的平均冷却速度为20℃/s，轨头侧面以及轨头下颚处加速冷却时的平均冷却速度为5℃/s，加速冷却的终止温度为430℃。参照AS1085.20标准对接头踏面下5mm和25mm进行纵断面硬度测试，参照BS EN14587对接头进行显微组织检验。结果表明，采用该方法形成的高强轨头硬化珠光体钢轨闪光焊接头，其近熔合线区轨头内部硬度与相同位置的钢轨母材硬度比值为99％，显微组织珠光体面积占比≥98％。

实施例3

本实施例中所用钢轨的主要化学成分中C元素的质量分数处于0.80％、Si元素的质量分数处于0.50％、Mn元素的质量分数处于1.20％、P元素和S元素的质量分数均不超过0.020％，Cr元素的质量分数不超过0.30％，V元素的质量分数不超过0.01％。分别距离钢轨轨头踏面和侧面12.7mm的轨距角处最小抗拉强度为1302MPa，距离轨头外廓表面的深度为25mm处硬度≥389HB。主要焊接和焊后热处理两个主要过程。焊接方法为钢轨闪光焊，焊接过程主要为电极夹持、通电加热、加压顶锻以及快速推瘤等4个阶段。整个焊接过程中，距离待焊钢轨端面0mm～25mm的两侧钢轨温度为900℃～1650℃，持续时间为150s。焊接过程中的加热阶段主要通过在通电状态下将待焊钢轨进行短路接触，并利用接触短路电阻热以及待焊钢轨端面液态金属间形成的少量过梁爆破所产生的热量，共同将钢轨加热。加热阶段的电压为375V，平均电流为600A，持续时间90s；加热阶段的过程中待焊钢轨两端施加的对向压力为100kN，钢轨消耗量为13mm；焊接过程中的快速推瘤阶段于采用一体式仿形钢轨推瘤机构。为保障接头质量以及后续焊后热处理的效果，顶锻结束后到推瘤完全结束的时间为8s。焊接完成后进行焊后热处理。焊后热处理主要包括第一阶段冷却、加热、第二阶段冷却、第三阶段冷却等4个阶段，前一阶段结束后进入下一阶段。焊后热处理过程的第一冷却阶段的平均冷却速度为8℃/s，冷却的终止温度为75℃；焊后热处理过程的加热阶段采用专用设备对钢轨接头近焊缝区轨头顶面、轨头侧面以及轨头下颚处进行加热，加热过程的平均温升速度为15℃/s，加热阶段的终止温度为1100℃；焊后热处理过程的第二冷却阶段采用专用设备对轨头顶面进行加速冷却，加速冷却起始温度＞900℃，轨头顶面加速冷却时的平均冷却速度为30℃/s，加速冷却的终止温度为650℃；焊后热处理过程的第三冷却阶段，采用专用设备对轨头顶面、轨头侧面以及轨头下颚处进行加速冷却，加速冷却起始温度650℃，轨头顶面加速冷却时的平均冷却速度为30℃/s，轨头侧面以及轨头下颚处加速冷却时的平均冷却速度为12℃/s，加速冷却的终止温度为460℃。参照AS1085.20标准对接头踏面下5mm和25mm进行纵断面硬度测试，参照BS EN14587对接头进行显微组织检验。结果表明，采用该方法形成的高强轨头硬化珠光体钢轨闪光焊接头，其近熔合线区轨头内部硬度与相同位置的钢轨母材硬度比值为98％，显微组织珠光体面积占比≥99％。

对比例1

本对比例中所用钢轨的主要化学成分中C元素的质量分数处于0.81％、Si元素的质量分数处于0.56％、Mn元素的质量分数处于0.90％、P元素和S元素的质量分数均不超过0.020％，Cr元素的质量分数不超过0.30％，V元素的质量分数不超过0.01％。分别距离钢轨轨头踏面和侧面12.7mm的轨距角处最小抗拉强度为1272MPa，距离轨头外廓表面的深度为25mm处硬度≥380HB。主要焊接和焊后热处理两个主要过程。焊接方法为钢轨闪光焊，焊接过程主要为电极夹持、通电加热、加压顶锻以及快速推瘤等4个阶段。整个焊接过程中，距离待焊钢轨端面0mm～25mm的两侧钢轨温度为900℃～1650℃，持续时间为250s。焊接过程中的加热阶段主要通过在通电状态下将待焊钢轨进行短路接触，并利用接触短路电阻热以及待焊钢轨端面液态金属间形成的少量过梁爆破所产生的热量，共同将钢轨加热。加热阶段的电压为390V，平均电流为900A，持续时间150s；加热阶段的过程中待焊钢轨两端施加的对向压力为10kN，钢轨消耗量为25mm；焊接过程中的快速推瘤阶段于采用一体式仿形钢轨推瘤机构。为保障接头质量以及后续焊后热处理的效果，顶锻结束后到推瘤完全结束的时间为20s。焊接完成后进行焊后热处理。焊后热处理主要包括第一阶段冷却、加热、第二阶段冷却、第三阶段冷却等4个阶段，前一阶段结束后进入下一阶段。焊后热处理过程的第一冷却阶段的平均冷却速度为2℃/s，冷却的终止温度为200℃；焊后热处理过程的加热阶段采用专用设备对钢轨接头近焊缝区轨头顶面、轨头侧面以及轨头下颚处进行加热，加热过程的平均温升速度为35℃/s，加热阶段的终止温度为800℃；焊后热处理过程的第二冷却阶段采用专用设备对轨头顶面进行加速冷却，加速冷却起始温度＞900℃，轨头顶面加速冷却时的平均冷却速度为20℃/s，加速冷却的终止温度为500℃；焊后热处理过程的第三冷却阶段，采用专用设备对轨头顶面、轨头侧面以及轨头下颚处进行加速冷却，加速冷却起始温度500℃，轨头顶面加速冷却时的平均冷却速度为15℃/s，轨头侧面以及轨头下颚处加速冷却时的平均冷却速度为2℃/s，加速冷却的终止温度为550℃。参照AS1085.20标准对接头踏面下5mm和25mm进行纵断面硬度测试，参照BS EN14587对接头进行显微组织检验。结果表明，采用该方法形成的高强轨头硬化珠光体钢轨闪光焊接头，其近熔合线区轨头内部硬度与相同位置的钢轨母材硬度比值为85％，显微组织珠光体面积占比≥96％，接头出现明显低塌，不满足要求。

对比例2

本对比例中所用钢轨的主要化学成分中C元素的质量分数处于0.84％、Si元素的质量分数处于0.60％、Mn元素的质量分数处于1.15％、P元素和S元素的质量分数均不超过0.020％，Cr元素的质量分数不超过0.30％，V元素的质量分数不超过0.01％。分别距离钢轨轨头踏面和侧面12.7mm的轨距角处最小抗拉强度为1293MPa，距离轨头外廓表面的深度为25mm处硬度≥390HB。主要焊接和焊后热处理两个主要过程。焊接方法为钢轨闪光焊，焊接过程主要为电极夹持、通电加热、加压顶锻以及快速推瘤等4个阶段。整个焊接过程中，距离待焊钢轨端面0mm～25mm的两侧钢轨温度为900℃～1650℃，持续时间为90s。焊接过程中的加热阶段主要通过在通电状态下将待焊钢轨进行短路接触，并利用接触短路电阻热以及待焊钢轨端面液态金属间形成的少量过梁爆破所产生的热量，共同将钢轨加热。加热阶段的电压为300V，平均电流为450A，持续时间70s；加热阶段的过程中待焊钢轨两端施加的对向压力为140kN，钢轨消耗量为8mm～20mm；焊接过程中的快速推瘤阶段于采用一体式仿形钢轨推瘤机构。为保障接头质量以及后续焊后热处理的效果，顶锻结束后到推瘤完全结束的时间为3s。焊接完成后进行焊后热处理。焊后热处理主要包括第一阶段冷却、加热、第二阶段冷却、第三阶段冷却等4个阶段，前一阶段结束后进入下一阶段。焊后热处理过程的第一冷却阶段的平均冷却速度为60℃/s，冷却的终止温度为20℃；焊后热处理过程的加热阶段采用专用设备对钢轨接头近焊缝区轨头顶面、轨头侧面以及轨头下颚处进行加热，加热过程的平均温升速度为1℃/s，加热阶段的终止温度为1200℃；焊后热处理过程的第二冷却阶段采用专用设备对轨头顶面进行加速冷却，加速冷却起始温度＞900℃，轨头顶面加速冷却时的平均冷却速度为50℃/s，加速冷却的终止温度为750℃；焊后热处理过程的第三冷却阶段，采用专用设备对轨头顶面、轨头侧面以及轨头下颚处进行加速冷却，加速冷却起始温度750℃，轨头顶面加速冷却时的平均冷却速度为40℃/s，轨头侧面以及轨头下颚处加速冷却时的平均冷却速度为25℃/s，加速冷却的终止温度为400℃。参照AS1085.20标准对接头踏面下5mm和25mm进行纵断面硬度测试，参照BS EN14587对接头进行显微组织检验。结果表明，采用该方法形成的高强轨头硬化珠光体钢轨闪光焊接头，其近熔合线区轨头内部硬度与相同位置的钢轨母材硬度比值为130％，显微组织珠光体面积占比≥90，接头出现马氏体异常组织，不满足要求。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明实施例公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明实施例的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上所述的本发明实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明实施例的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种深硬化层钢轨的焊接和热处理方法，其特征在于，包括：

对钢轨进行闪光焊接，包括：依次进行通电加热阶段、加压顶锻阶段；其中，所述通电加热阶段的电压为300～385V，平均电流为500～800A，持续时间80～100s；

对经过闪光焊接的钢轨进行热处理，包括：依次进行第一冷却阶段、加热阶段、第二冷却阶段、第三冷却阶段，其中，所述第一冷却阶段的终止温度为25～100℃，所述加热阶段的终止温度为800～1100℃，所述第二冷却阶段的起始温度大于900℃并且终止温度为600～700℃，所述第三冷却阶段的起始温度为600～700℃并且终止温度为430～500℃。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述通电加热阶段，向待焊钢轨两端施加的对向压力为20～130kN，钢轨消耗量为8～20mm。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对钢轨进行闪光焊接还包括：在所述加压顶锻阶段之后进行推瘤阶段，并且所述加压顶锻阶段结束后到所述推瘤阶段完全结束的时间为5～10s。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在整个闪光焊接过程中，两侧钢轨距离待焊端面0～25mm的区域内的温度为900～1650℃，持续时间为100～200s。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一冷却阶段的平均冷却速度为5～10℃/s。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述加热阶段，对钢轨接头近焊缝区的轨头顶面、轨头侧面以及轨头下颚处进行加热，平均升温速度为2～30℃/s。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述第二冷却阶段，对轨头顶面进行加速冷却，平均冷却速度为25～40℃/s。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述第三冷却阶段：对轨头顶面、轨头侧面以及轨头下颚处进行加速冷却，轨头顶面的平均冷却速度为20～35℃/s，轨头侧面以及轨头下颚处的平均冷却速度为5～15℃/s。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，待焊接钢轨为高强轨头硬化珠光体钢轨，钢轨的主要化学成分中C元素的质量分数处于0.74％～0.86％、Si元素的质量分数处于0.10％～0.60％、Mn元素的质量分数处于0.75％～1.25％、P元素和S元素的质量分数均不超过0.020％，Cr元素的质量分数不超过0.30％，V元素的质量分数不超过0.01％；钢轨的轨距角处抗拉强度至少为1172MPa，距离轨头外廓表面的深度为25mm处的硬度大于等于370HB。

10.一种采用如权利要求1-9任一项所述的方法制备的钢轨，其特征在于，所述钢轨近焊缝区的轨头内部区域的硬度为钢轨母材的轨头内部区域的硬度的95％～110％，所述钢轨近焊缝区的轨头内部区域的显微组织中珠光体面积占比大于等于97％，其中所述轨头内部区域为距离轨头表面深度为0～25mm的区域。