CN117363867A - 一种提高60n 390hb级别钢轨焊接接头性能的热处理方法 - Google Patents

一种提高60n 390hb级别钢轨焊接接头性能的热处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种提高60N 390HB级别钢轨焊接接头性能的热处理方法，其包括对焊后冷却至200℃以下的60N 390HB级别钢轨焊接接头进行加热处理，并优化控制加热处理的工艺参数，能够使热处理后的60N 390HB级别钢轨的焊接接头性能满足：接头的硬度平均值HJ与母材硬度平均值HP的比值：HJ/HP≥0.97，接头软点硬度平均值HJ1与母材硬度平均值HP的比值：HJ1/HP≥0.87，软化区域W≤10mm，进而明显提高60N 390HB级别钢轨焊接接头性能。

Description

一种提高60N 390HB级别钢轨焊接接头性能的热处理方法
技术领域
本发明属于钢轨焊接技术领域，具体涉及一种提高60N 390HB级别钢轨焊接接头性能的热处理方法。
背景技术
钢轨闪光焊焊接工艺和接头热处理工艺直接影响接头组织性能和服役状态。闪光焊接工艺不当会造成接头过烧、未焊合、灰斑超标、液化裂纹等缺陷。对焊态接头进行正火热处理，焊缝显微组织明显细化，晶粒度从1级提高到8级以上，很好的改善了闪光焊接头的韧性，但焊缝热处理工艺不当，如加热温度高低、加热速度快慢、高温停留时间长短、温度分布不均匀及在空冷条件下连续冷却等特点，在接头尤其是热影响区容易出现组织粗大，甚至易形成马氏体等有害组织，使接头处出现硬化、脆化等现象，线路服役过程中在轮轨应力作用下，接头极易发生断裂，成为线路运营的薄弱环节。
申请号为CN201810708260.9的专利，公开一种钢轨闪光焊接头的热处理方法，该方法为高硬度钢轨和共析钢轨的异种钢轨焊接接头，焊接后直接对高温焊态的接头进行三个阶段的控制冷却，第一冷却阶段由1000～1400℃温度降至650～720℃，第二冷却阶段温度降至350～410℃，第三冷却阶段温度降至10～30℃。该专利针对钢轨移动闪光焊机焊接而进行的发明，且冷却介质可以为水雾混合气，根据TB/T 1632.2标准的要求，移动闪光焊接头落锤要求为连续15支不断，且接头冷却处理只能使用压缩空气，不满足标准对接头热处理工艺的要求，且该发明也不满足固定闪光焊接头连续25支不断的要求。
申请号为CN202010886023.2的专利，公开一种1300MPa级低合金热处理钢轨焊后热处理方法，该方法将焊态接头形成的余温为900～1100℃的钢轨焊接接头进行三阶段冷却，第一阶段自然冷却至650～720℃，第二阶段控制冷却至480～550℃，第二阶段控制冷却至10～30℃。该专利针对钢轨移动闪光焊机焊接而进行的发明，冷却介质可以为水雾混合气，且接头硬度采用维氏硬度检测，不满足TB/T 1632.2标准对固定闪光焊接头的热处理工艺和性能检验要求。且该发明接头出现了一定比例的点状马氏体异常组织，不满足标准要求的同时严重影响接头线路运行安全。
申请号为CN201510319185.7的专利，公开一种高硬度钢轨焊接接头焊后热处理的方法，该方法为高硬度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，接头2.2～2.8℃/s的冷速冷却到430～450℃后，空气中冷却至室温。该专利全断面焊缝冲击功Aku≥9J，虽然满足标准≥6.5J的要求，但是相对于母材冲击性能指标较低；热处理后接头硬度达到母材的105％，高硬度钢轨焊接接头硬度过高，必然导致接头出现异常组织，接头高硬度、低韧性，严重影响接头服役性能和线路运行安全。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种提高60N 390HB级别钢轨焊接接头性能的热处理方法，其包括对焊后冷却至200℃以下的60N 390HB级别钢轨焊接接头进行以下加热处理：
1)低频感应加热：选用57～65kW低频功率加热70～80s，将接头由200℃以下加热到800～820℃；
2)高频感应加热：接头到达800～820℃目标温度后，选用67～70kW高频功率加热100～120s，将接头加热到915～930℃；
3)接头到达915～930℃目标温度后，停止加热，立即对接头、轨腰、轨底进行喷风加速冷却处理，所述喷风冷却的喷风口距离轨顶面20～30mm，距离轨头侧面40～50mm，距离轨腰50～60mm，距离轨底50～60mm；喷风风压为0.34～0.45MPa，喷风时间120～140s；接头喷风终冷温度应控制在410～430℃之间，随后停止喷风冷却，接头自然冷却至室温；
热处理后的所述60N 390HB级别钢轨的焊接接头性能满足：接头的硬度平均值HJ与母材硬度平均值HP的比值：HJ/HP≥0.97，接头软点硬度平均值HJ1与母材硬度平均值HP的比值：HJ1/HP≥0.87，软化区域W≤10mm。
在一些实施方式中，所述60N 390HB级别钢轨的接头焊接方法包括：
1)将轧制生产的60N 390HB级别钢轨端面打磨除锈及电极夹持端除锈打磨；
2)采用固定闪光焊机进行钢轨焊接；焊机油温控制在35～45℃，水温控制在18～22℃，电网电压在416～425V之间；
3)接头固定闪光焊接工艺：钢轨焊缝合缝量控制在10～12mm之间，起拱量控制在0.35～0.55mm之间，闪光焊接预热次数控制在10～12次之间，二次预热电流控制在61～67KA之间，闪光焊接顶锻量控制在10～13mm之间，顶锻力控制在580～690KN之间，焊接时间控制在130～140s之间，熔化末速度控制在2.40～2.60mm/s之间；
4)将高温的焊态接头空冷至200℃以下。
在一些实施方式中，所述固定闪光焊机为GAAS80/580固定闪光焊机。
在一些实施方式中，所述60N 390HB级别钢轨的化学成分的重量百分比为C：0.80～0.84％，Si：0.70～0.80％，Mn：0.70～0.75％，Cr：0.30～0.45％，Nb：0.04～0.05％，RE：0.0010～0.0020％，P≤0.010％，S≤0.005％，Al≤0.004％，其余为Fe和不可避免的杂质。
在一些实施方式中，所述60N 390HB级别钢轨焊接接头的焊缝及热影响区为典型的珠光体组织，不存在马氏体、贝氏体或二次渗碳体有害组织。
在一些实施方式中，所述60N 390HB级别高硬度钢轨经冶炼、连铸、铸坯缓冷、轧制工艺生产获得，其中控制铸坯的尺寸为280mm×380mm。
基于以上技术方案提供的提高60N 390HB级别钢轨焊接接头性能的热处理方法通过优化控制焊后热处理工艺参数，例如包括温度和时间，可提高60N 390HB级别钢轨焊接接头性能，使得热处理后接头的焊缝及热影响区为典型的珠光体组织，不存在马氏体、贝氏体或二次渗碳体有害组织，性能满足：接头的硬度平均值HJ与母材硬度平均值HP的比值：HJ/HP≥0.97，接头软点硬度平均值HJ1与母材硬度平均值HP的比值：HJ1/HP≥0.87，软化区域W≤10mm。
具体实施方式
本发明旨在提供一种可提高60N 390HB级别钢轨焊接接头性能的热处理方法。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是通过优化控制焊后热处理的工艺参数条件，主要是温度和时间，具体为对焊后冷却至200℃以下的60N 390HB级别钢轨(化学成分的重量百分比可为C：0.80～0.84％，Si：0.70～0.80％，Mn：0.70～0.75％，Cr：0.30～0.45％，Nb：0.04～0.05％，RE：0.0010～0.0020％，P≤0.010％，S≤0.005％，Al≤0.004％，其余为Fe和不可避免的杂质；可根据现行以尺寸为280mm×380mm的铸坯轧制生产60kg/m钢轨的方法(包括冶炼、连铸、铸坯缓冷、轧制工艺)轧制生产本发明的60N 390HB级别钢轨)焊接接头进行以下加热处理：1)低频感应加热：选用57～65kW低频功率加热70～80s，将接头由200℃以下加热到800～820℃；2)高频感应加热：接头到达800～820℃目标温度后，选用67～70kW高频功率加热100～120s，将接头加热到915～930℃；3)接头到达915～930℃目标温度后，停止加热，立即对接头、轨腰、轨底进行喷风加速冷却处理，所述喷风冷却的喷风口距离轨顶面20～30mm，距离轨头侧面40～50mm，距离轨腰50～60mm，距离轨底50～60mm；喷风风压为0.34～0.45MPa，喷风时间120～140s；接头喷风终冷温度应控制在410～430℃之间，随后停止喷风冷却，接头自然冷却至室温。
在一些实施例中，对60N 390HB级别钢轨的接头进行焊接的方法包括：
1)将轧制生产的60N 390HB级别钢轨端面打磨除锈及电极夹持端除锈打磨；
2)采用GAAS80/580固定闪光焊机进行钢轨焊接；焊机油温控制在35～45℃，水温控制在18～22℃，电网电压在416～425V之间；
3)接头固定闪光焊接工艺：钢轨焊缝合缝量控制在10～12mm之间，起拱量控制在0.35～0.55mm之间，闪光焊接预热次数控制在10～12次之间，二次预热电流控制在61～67KA之间，闪光焊接顶锻量控制在10～13mm之间，顶锻力控制在580～690KN之间，焊接时间控制在130～140s之间，熔化末速度控制在2.40～2.60mm/s之间；
4)将高温的焊态接头空冷至200℃以下。
以下通过具体实施例详细说明本发明的内容，实施例旨在有助于理解本发明，而不在于限制本发明的内容。
实施例1
采用双频加热方式对冷却至190℃后的60N 390HB级别钢轨焊接接头的焊缝区域进行以下加热处理：
1)低频感应加热：选用60kW低频功率加热70～80s，将接头由190℃加热到800～810℃；
2)高频感应加热：接头到达800～810℃目标温度后，选用68kW高频功率加热100～120s，将接头加热到915～920℃；
3)接头到达915～920℃目标温度后，停止加热，立即对接头、轨腰、轨底进行喷风加速冷却处理，所述喷风冷却的喷风口距离轨顶面25mm，距离轨头侧面45mm，距离轨腰55mm，距离轨底55mm；喷风风压为0.40MPa，喷风时间120～140s；接头喷风终冷温度为410℃，随后停止喷风冷却，接头自然冷却至室温。
参照TB/T 1632.2～2014标准要求，采用HR～150A洛氏硬度计测试纵断面上轨头踏面下5mm洛氏硬度。结果如下表1所示，本实施例中60N 390HB级别钢轨焊后热处理接头的硬度平均值HJ与母材硬度平均值HP的比值为0.98，接头软点硬度平均值HJ1与母材硬度平均值HP的比值为0.87，接头左侧软化区宽度W1为8.0mm，右侧软化区宽度W2为9.0mm，满足标准要求。
表1
实施例2
采用双频加热方式对冷却至190℃后的60N 390HB级别钢轨焊接接头的焊缝区域进行以下加热处理：
1)低频感应加热：选用57kW低频功率加热70～80s，将接头由190℃加热到800～810℃；
2)高频感应加热：接头到达800～810℃目标温度后，选用70kW高频功率加热100～120s，将接头加热到920～930℃；
3)接头到达920～930℃目标温度后，停止加热，立即对接头、轨腰、轨底进行喷风加速冷却处理，所述喷风冷却的喷风口距离轨顶面25mm，距离轨头侧面45mm，距离轨腰55mm，距离轨底55mm；喷风风压为0.40MPa，喷风时间120～140s；接头喷风终冷温度为430℃，随后停止喷风冷却，接头自然冷却至室温。
参照TB/T 1632.2～2014标准要求，采用HR～150A洛氏硬度计测试纵断面上轨头踏面下5mm洛氏硬度。结果如下表1所示，本实施例中60N 390HB级别钢轨焊后热处理接头的硬度平均值HJ与母材硬度平均值HP的比值为0.97，接头软点硬度平均值HJ1与母材硬度平均值HP的比值为0.88，接头左侧软化区宽度W1为10.0mm，右侧软化区宽度W2为8.0mm，满足标准要求。
表2
实施例3
采用双频加热方式对冷却至190℃后的60N 390HB级别钢轨焊接接头的焊缝区域进行以下加热处理：
1)低频感应加热：选用65kW低频功率加热70～80s，将接头由190℃加热到810～820℃；
2)高频感应加热：接头到达810～820℃目标温度后，选用70kW高频功率加热100～120s，将接头加热到920～930℃；
3)接头到达920～930℃目标温度后，停止加热，立即对接头、轨腰、轨底进行喷风加速冷却处理，所述喷风冷却的喷风口距离轨顶面25mm，距离轨头侧面45mm，距离轨腰55mm，距离轨底55mm；喷风风压为0.40MPa，喷风时间120～140s；接头喷风终冷温度为420℃，随后停止喷风冷却，接头自然冷却至室温。
参照TB/T 1632.2～2014标准要求，采用HR～150A洛氏硬度计测试纵断面上轨头踏面下5mm洛氏硬度。结果如下表1所示，本实施例中60N 390HB级别钢轨焊后热处理接头的硬度平均值HJ与母材硬度平均值HP的比值为0.97，接头软点硬度平均值HJ1与母材硬度平均值HP的比值为0.87，接头左侧软化区宽度W1为9.0mm，右侧软化区宽度W2为10.0mm，满足标准要求。
表3
根据以上实施例1～3的结果，可以看出，各实施例经热处理后均具有较高的钢轨焊接接头硬度，其热处理后接头的硬度平均值HJ与母材硬度平均值HP的比值≥0.97，接头软点硬度平均值HJ1与母材硬度平均值HP的比值≥0.87，软化区域均不超过10mm。因此，本发明提供的方法可以提高60N 390HB级别钢轨的焊接接头质量。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种提高60N 390HB级别钢轨焊接接头性能的热处理方法，其特征在于，所述热处理方法包括对焊后冷却至200℃以下的60N 390HB级别钢轨焊接接头进行以下加热处理：
1)低频感应加热：选用57～65kW低频功率加热70～80s，将接头由200℃以下加热到800～820℃；
2)高频感应加热：接头到达800～820℃目标温度后，选用67～70kW高频功率加热100～120s，将接头加热到915～930℃；
3)接头到达915～930℃目标温度后，停止加热，立即对接头、轨腰、轨底进行喷风加速冷却处理，所述喷风冷却的喷风口距离轨顶面20～30mm，距离轨头侧面40～50mm，距离轨腰50～60mm，距离轨底50～60mm；喷风风压为0.34～0.45MPa，喷风时间120～140s；接头喷风终冷温度应控制在410～430℃之间，随后停止喷风冷却，接头自然冷却至室温；
热处理后的所述60N 390HB级别钢轨的焊接接头性能满足：接头的硬度平均值HJ与母材硬度平均值HP的比值：HJ/HP≥0.97，接头软点硬度平均值HJ1与母材硬度平均值HP的比值：HJ1/HP≥0.87，软化区域W≤10mm。
2.根据权利要求1所述的热处理方法，其特征在于，所述60N 390HB级别钢轨的接头焊接方法包括：
1)将轧制生产的60N 390HB级别钢轨端面打磨除锈及电极夹持端除锈打磨；
2)采用固定闪光焊机进行钢轨焊接；焊机油温控制在35～45℃，水温控制在18～22℃，电网电压在416～425V之间；
3)接头固定闪光焊接工艺：钢轨焊缝合缝量控制在10～12mm之间，起拱量控制在0.35～0.55mm之间，闪光焊接预热次数控制在10～12次之间，二次预热电流控制在61～67KA之间，闪光焊接顶锻量控制在10～13mm之间，顶锻力控制在580～690KN之间，焊接时间控制在130～140s之间，熔化末速度控制在2.40～2.60mm/s之间；
4)将高温的焊态接头空冷至200℃以下。
3.根据权利要求2所述的热处理方法，其特征在于，所述固定闪光焊机为GAAS80/580固定闪光焊机。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的热处理方法，其特征在于，所述60N 390HB级别钢轨的化学成分的重量百分比为C：0.80～0.84％，Si：0.70～0.80％，Mn：0.70～0.75％，Cr：0.30～0.45％，Nb：0.04～0.05％，RE：0.0010～0.0020％，P≤0.010％，S≤0.005％，Al≤0.004％，其余为Fe和不可避免的杂质。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的热处理方法，其特征在于，所述60N 390HB级别钢轨焊接接头的焊缝及热影响区为典型的珠光体组织，不存在马氏体、贝氏体或二次渗碳体有害组织。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的固定闪光焊焊接方法，其特征在于，所述60N390HB级别高硬度钢轨经冶炼、连铸、铸坯缓冷、轧制工艺生产获得，其中控制铸坯的尺寸为280mm×380mm。
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