本發(fā)明涉及鋼軌制造，尤其涉及一種改善珠光體與貝氏體鋼軌焊接接頭硬度和沖擊韌性的方法。

背景技術(shù)：

1、目前，國(guó)內(nèi)外高速、準(zhǔn)高速及客貨混運(yùn)鐵路多采用共析珠光體材質(zhì)鋼軌，此類(lèi)鋼軌的含碳量通常在0.65%~0.82%重量范圍內(nèi)，金相組織為珠光體，具有強(qiáng)韌性匹配良好，綜合力學(xué)性能指標(biāo)適中等特點(diǎn)。鐵路的快速發(fā)展對(duì)鋼軌服役性能提出了更高要求。由于傳統(tǒng)珠光體鋼軌的力學(xué)性能與焊接性能幾乎發(fā)展到了極限，在此情形下，強(qiáng)度等級(jí)更高，兼顧良好耐磨損性能及抗接觸疲勞性能的貝氏體鋼軌應(yīng)運(yùn)而生，此類(lèi)鋼軌的含碳量通常在0.10%~0.30%重量范圍內(nèi)，金相組織為貝氏體+少量馬氏體（或馬奧島）和殘余奧氏體組成的復(fù)相組織。

2、隨著貝氏體鋼軌逐漸投入應(yīng)用，貝氏體鋼軌與鐵路線上既有珠光體鋼軌的混合使用，無(wú)疑為異種材質(zhì)鋼軌焊接帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)。在焊接過(guò)程中，鋼軌受焊接熱循環(huán)作用后，焊接區(qū)域的淬硬層消失并在焊縫兩側(cè)形成寬度較大的低硬度區(qū)。貝氏體鋼軌一側(cè)在焊接后硬度軟化更為嚴(yán)重。目前的異種鋼軌接頭熱處理方法通常是采用相同的加熱方式將接頭兩側(cè)加熱至設(shè)定溫度，再采用空冷或者噴風(fēng)處理等控制冷卻方式對(duì)焊縫兩側(cè)熱影響區(qū)進(jìn)行冷卻。這種焊后熱處理方式雖然能一定程度地改善焊接接頭兩側(cè)的硬度，但該處理方法同時(shí)導(dǎo)致貝氏體一側(cè)熱影響區(qū)的韌性顯著降低。

3、對(duì)于經(jīng)常規(guī)正火熱處理的共析珠光體與貝氏體鋼軌異種鋼軌焊接接頭，仍普遍存在貝氏體鋼軌一側(cè)焊接熱影響區(qū)硬度、沖擊韌性偏低的情況，不利于鐵路運(yùn)行安全。因此，本領(lǐng)域亟需一種綜合改善珠光體與貝氏體鋼軌焊接接頭硬度和沖擊韌性的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種改善珠光體與貝氏體鋼軌焊接接頭硬度和沖擊韌性的方法，以改善異種材質(zhì)鋼軌因焊接而降低的踏面硬度，同時(shí)改善鋼軌接頭沖擊韌性，以保證異種鋼軌焊接接頭的服役性能及鐵路運(yùn)行安全。

2、根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種改善珠光體與貝氏體鋼軌焊接接頭硬度和沖擊韌性的方法，包括以下步驟：

3、步驟s1：將熱處理型共析珠光體鋼軌與熱軋型貝氏體鋼軌焊接形成的焊接接頭進(jìn)行一次冷卻；

4、步驟s2：采用電感應(yīng)加熱將經(jīng)所述一次冷卻的所述焊接接頭加熱至正火溫度，加熱時(shí)以焊縫中心為分界線，珠光體一側(cè)的感應(yīng)加熱線圈的加熱頻率為2~4khz，貝氏體一側(cè)的感應(yīng)加熱線圈的加熱頻率為6~9khz，使所述焊接接頭奧氏體化；

5、步驟s3：在正火加熱完成后對(duì)所述焊接接頭進(jìn)行二次冷卻，其中珠光體一側(cè)的熱影響區(qū)采用第一冷卻速率冷卻至第一終冷溫度，貝氏體一側(cè)的熱影響區(qū)采用第二冷卻速率冷卻至第二終冷溫度，所述第一冷卻速率大于所述第二冷卻速率，所述第一終冷溫度高于所述第二終冷溫度；

6、步驟s4：所述二次冷卻結(jié)束后，將所述焊接接頭自然冷卻至環(huán)境溫度。

7、根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，步驟s2中珠光體一側(cè)的加熱溫度為940~990℃，貝氏體一側(cè)的加熱溫度為1000~1050℃。

8、根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在步驟s3中，所述第一冷卻速率為4.0~7.0℃/s，所述第二冷卻速率為2.4~2.8℃/s。

9、根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在步驟s3中，珠光體一側(cè)熱影響區(qū)的二次冷卻的第一終冷溫度為390~420℃，貝氏體一側(cè)熱影響區(qū)的二次冷卻的第二終冷溫度為300~330℃。

10、根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述二次冷卻采用壓縮空氣或水霧混合氣進(jìn)行噴風(fēng)冷卻。

11、根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，珠光體一側(cè)熱影響區(qū)二次冷卻的噴風(fēng)壓力為0.40~0.70mpa，貝氏體一側(cè)熱影響區(qū)二次冷卻的噴風(fēng)壓力為0.12~0.14mpa。

12、根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述一次冷卻是在20~30℃的空氣環(huán)境中進(jìn)行的自然冷卻。

13、根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述一次冷卻的終冷溫度為100~200℃。

14、根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，步驟s2中，珠光體一側(cè)的感應(yīng)加熱速率為7~10℃/s，貝氏體一側(cè)軌頭部分的感應(yīng)加熱速率為15~20℃/s。

15、根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述熱處理型共析珠光體鋼軌的母材包括按重量百分比計(jì)的下列化學(xué)成分：c：0.77%~0.83%、si：0.45%~0.90%、mn：0.80%~1.20%、v：0.15%~0.45%，余量為fe和不可避免的雜質(zhì)，母材的室溫抗拉強(qiáng)度為1170~1250mpa，硬度為310~350hv，沖擊功為18~10j；所述熱軋型貝氏體鋼軌的母材包括按重量百分比計(jì)的下列化學(xué)成分：c：0.15%~0.19%、si：1.20%~1.60%、mn：0.70%~1.10%、cr：1.50%~1.90%、mo：0.20%~0.50%，余量為fe和不可避免的雜質(zhì)，母材的室溫抗拉強(qiáng)度為1130~1200mpa，硬度為290~330hv，沖擊功為130~100j。

16、由于采用以上技術(shù)方案，本發(fā)明的方法具有下列有益效果中的至少一項(xiàng)：

17、（1）本發(fā)明提供的改善珠光體與貝氏體鋼軌焊接接頭硬度和沖擊韌性的方法基于感應(yīng)加熱的集膚效應(yīng)通過(guò)調(diào)節(jié)感應(yīng)加熱頻率可獲得不同的加熱深度，加熱完成后配合快速冷卻即可獲得不同深度的硬化層，以焊縫中心為分界線的感應(yīng)加熱線圈的左側(cè)線圈（對(duì)應(yīng)熱處理型共析珠光體鋼軌一側(cè)熱影響區(qū)）的加熱頻率范圍為2~4khz，加熱深度/硬化層深度對(duì)應(yīng)25~35mm，右側(cè)線圈（對(duì)應(yīng)熱軋型貝氏體鋼軌一側(cè)熱影響區(qū)）的加熱頻率范圍為6~9khz，加熱深度/硬化層深度對(duì)應(yīng)5~15mm，通過(guò)對(duì)異種材質(zhì)鋼軌接頭焊縫兩側(cè)熱影響區(qū)進(jìn)行不同的加熱和冷卻，使得距焊縫中心±20mm區(qū)域內(nèi)鋼軌接頭焊縫兩側(cè)熱影響區(qū)的平均硬度差值控制在±25hv，進(jìn)而保證鋼軌接頭焊縫兩側(cè)熱影響區(qū)的耐磨性，還可使貝氏體鋼軌一側(cè)熱影響區(qū)獲得較高的表面硬度并使熱影響區(qū)心部仍保有良好的沖擊韌性，使貝氏體鋼軌一側(cè)熱影響區(qū)的力學(xué)性能得到綜合改善；

18、（2）采用本發(fā)明的方法可實(shí)現(xiàn)異種鋼軌接頭熱處理型共析珠光體鋼軌一側(cè)熱影響區(qū)中無(wú)馬氏體，鋼軌接頭熱軋型貝氏體鋼軌一側(cè)熱影響區(qū)中馬氏體組織體積分?jǐn)?shù)在20%~30%，且馬氏體多分布在淺表區(qū)域，增加了接頭貝氏體一側(cè)的表面硬度，同時(shí)保持了心部的韌性；

19、（3）室溫下鋼軌接頭全斷面焊縫沖擊功平均值為41~48j，遠(yuǎn)高于tb/t?1632.2-2014規(guī)定的≥6.5j，本發(fā)明有助于改善鋼軌焊接接頭在線路服役過(guò)程中因焊接區(qū)域硬度偏低而導(dǎo)致的“鞍型”磨耗，接頭沖擊韌性良好，有助于保證鐵路運(yùn)行安全，尤其適用于異種鋼軌焊接后的處理工藝之中。

技術(shù)特征：

1.一種改善珠光體與貝氏體鋼軌焊接接頭硬度和沖擊韌性的方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善珠光體與貝氏體鋼軌焊接接頭硬度和沖擊韌性的方法，其特征在于，步驟s2中珠光體一側(cè)的加熱溫度為940~990℃，貝氏體一側(cè)的加熱溫度為1000~1050℃。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善珠光體與貝氏體鋼軌焊接接頭硬度和沖擊韌性的方法，其特征在于，在步驟s3中，所述第一冷卻速率為4.0~7.0℃/s，所述第二冷卻速率為2.4~2.8℃/s。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的改善珠光體與貝氏體鋼軌焊接接頭硬度和沖擊韌性的方法，其特征在于，在步驟s3中，珠光體一側(cè)熱影響區(qū)的二次冷卻的所述第一終冷溫度為390~420℃，貝氏體一側(cè)熱影響區(qū)的二次冷卻的所述第二終冷溫度為300~330℃。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的改善珠光體與貝氏體鋼軌焊接接頭硬度和沖擊韌性的方法，其特征在于，所述二次冷卻采用壓縮空氣或水霧混合氣進(jìn)行噴風(fēng)冷卻。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的改善珠光體與貝氏體鋼軌焊接接頭硬度和沖擊韌性的方法，其特征在于，珠光體一側(cè)熱影響區(qū)二次冷卻的噴風(fēng)壓力為0.40~0.70mpa，貝氏體一側(cè)熱影響區(qū)二次冷卻的噴風(fēng)壓力為0.12~0.14mpa。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善珠光體與貝氏體鋼軌焊接接頭硬度和沖擊韌性的方法，其特征在于，所述一次冷卻是在20~30℃的空氣環(huán)境中進(jìn)行的自然冷卻。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的改善珠光體與貝氏體鋼軌焊接接頭硬度和沖擊韌性的方法，其特征在于，所述一次冷卻的終冷溫度為100~200℃。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善珠光體與貝氏體鋼軌焊接接頭硬度和沖擊韌性的方法，其特征在于，步驟s2中，珠光體一側(cè)的感應(yīng)加熱速率為7~10℃/s，貝氏體一側(cè)軌頭部分的感應(yīng)加熱速率為15~20℃/s。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善珠光體與貝氏體鋼軌焊接接頭硬度和沖擊韌性的方法，其特征在于，所述熱處理型共析珠光體鋼軌的母材包括按重量百分比計(jì)的下列化學(xué)成分：c：0.77%~0.83%、si：0.45%~0.90%、mn：0.80%~1.20%、v：0.15%~0.45%，余量為fe和不可避免的雜質(zhì)，母材的室溫抗拉強(qiáng)度為1170~1250mpa，硬度為310~350hv，沖擊功為18~10j；所述熱軋型貝氏體鋼軌的母材包括按重量百分比計(jì)的下列化學(xué)成分：c：0.15%~0.19%、si：1.20%~1.60%、mn：0.70%~1.10%、cr：1.50%~1.90%、mo：0.20%~0.50%，余量為fe和不可避免的雜質(zhì)，母材的室溫抗拉強(qiáng)度為1130~1200mpa，硬度為290~330hv，沖擊功為130~100j。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于鋼軌制造領(lǐng)域，公開(kāi)了一種改善珠光體與貝氏體鋼軌焊接接頭硬度和沖擊韌性的方法。該方法包括：將珠光體鋼軌與貝氏體鋼軌焊接形成的焊接接頭進(jìn)行一次冷卻；采用電感應(yīng)加熱將經(jīng)一次冷卻的焊接接頭加熱至正火溫度，珠光體一側(cè)的感應(yīng)加熱線圈的加熱頻率為2~4kHz，貝氏體一側(cè)的感應(yīng)加熱線圈的加熱頻率為6~9kHz，使焊接接頭奧氏體化；對(duì)焊接接頭進(jìn)行二次冷卻，其中珠光體一側(cè)的熱影響區(qū)采用第一冷卻速率進(jìn)行冷卻，貝氏體一側(cè)的熱影響區(qū)采用第二冷卻速率進(jìn)行冷卻；將焊接接頭自然冷卻至環(huán)境溫度。本發(fā)明有助于改善鋼軌焊接接頭在線路服役過(guò)程中因焊接區(qū)域硬度偏低而導(dǎo)致的“鞍型”磨耗，且接頭沖擊韌性良好。

技術(shù)研發(fā)人員：白威,鄧健,陳容,朱寧芳
受保護(hù)的技術(shù)使用者：攀鋼集團(tuán)攀枝花鋼鐵研究院有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/23