本發(fā)明屬于鋼軌焊接技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及u71mnh鋼軌焊接接頭的焊后熱處理方法。

　　背景技術(shù)

　　鋼軌焊接具有加熱溫度高、加熱速度快、高溫停留時(shí)間短、溫度分布不均勻及在空冷條件下連續(xù)冷卻等特點(diǎn)，在接頭尤其是熱影響區(qū)容易出現(xiàn)組織粗大，甚至易形成馬氏體、貝氏體等有害組織，使接頭處出現(xiàn)硬化、脆化等現(xiàn)象；同時(shí)焊后接頭產(chǎn)生內(nèi)部應(yīng)力，在復(fù)雜的外部應(yīng)力作用下，極易發(fā)生斷裂，成為線路運(yùn)營(yíng)的薄弱環(huán)節(jié)。為釋放應(yīng)力，細(xì)化晶粒，改變接頭組織形態(tài)，改善已降低的性能狀態(tài)，需對(duì)鋼軌接頭進(jìn)行焊后熱處理。

　　專利文獻(xiàn)cn108103299a公開了一種全長(zhǎng)淬火鋼軌焊后熱處理工藝，該工藝將便攜式鋼軌淬火器的風(fēng)壓調(diào)整到0.8～1.0mpa、水量調(diào)整到15～20ml/s并達(dá)到霧化要求，當(dāng)焊接接頭溫度降到400±10℃時(shí)，用氧炔焰加熱焊接接頭3～5分鐘，測(cè)量接頭溫度達(dá)到900℃±10℃時(shí)，保溫，使接頭溫度均衡，當(dāng)溫度達(dá)到800℃±10℃時(shí)，使用便攜式鋼軌淬火器噴霧，噴霧時(shí)間為100秒±10秒，噴霧完畢，自然冷卻，當(dāng)溫度降到400℃±10℃時(shí)，打磨整型，探傷，檢測(cè)鋼軌及檢測(cè)接頭符合要求。該工藝通過熱處理方法解決了鋼軌的平滑程度，使鋼軌可以無限長(zhǎng)度化，但未對(duì)焊接接頭的硬度做研究；同時(shí)該工藝采用噴霧的方式對(duì)焊接接頭進(jìn)行冷卻，若霧化效果不達(dá)標(biāo)，使冷卻介質(zhì)中含有較大顆粒的水滴，使鋼軌接頭表面局部冷速高于臨界轉(zhuǎn)變溫度，進(jìn)而在該區(qū)域產(chǎn)生馬氏體等有害組織，接頭硬度存在過高的風(fēng)險(xiǎn)。

　　許鑫等(鐵道建筑，2016(08)：145-148)利用新型感應(yīng)加熱線圈對(duì)焊接接頭進(jìn)行焊后熱處理，加熱溫度880±10℃；加熱時(shí)間>130s；風(fēng)壓0.06～0.10mpa；噴風(fēng)時(shí)間150s。使用新型感應(yīng)加熱線圈在上述工藝參數(shù)下進(jìn)行焊后熱處理后，接頭踏面與母材硬度的比值為1.01，軌頭、軌底三角區(qū)及2個(gè)軌底角晶粒得到細(xì)化，晶粒度級(jí)別可達(dá)9級(jí)以上。但其研究對(duì)象為u71mn熱軋鋼軌，該方法不適用于u17mnh鋼軌。

　　技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

　　本發(fā)明為了解決鋼軌焊接接頭在冷卻過程中因局部冷速高于臨界轉(zhuǎn)變溫度，而產(chǎn)生馬氏體等有害組織使焊接接頭硬度偏低。

　　本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是提供了u71mnh鋼軌焊接接頭的焊后熱處理方法。該方法包括如下步驟：對(duì)焊后冷卻至300℃以下的u71mnh鋼軌焊接接頭焊縫區(qū)域加熱至865-925℃后停止加熱，采用噴風(fēng)冷卻，待鋼軌接頭踏面溫度降至458-475℃后停止噴風(fēng)冷卻，自然冷卻至室溫。

　　其中，在上述u71mnh鋼軌焊接接頭的焊后熱處理方法中，u71mnh鋼軌焊接接頭焊縫區(qū)域加熱方式采用中頻感應(yīng)電加熱或氧乙炔火焰加熱。

　　其中，在上述u71mnh鋼軌焊接接頭的焊后熱處理方法中，所述u71mnh鋼軌焊接接頭焊縫區(qū)域加熱時(shí)間控制在110-210s。

　　其中，在上述u71mnh鋼軌焊接接頭的焊后熱處理方法中，所述噴風(fēng)冷卻的起始接頭踏面溫度控制在730-736℃。

　　其中，在上述u71mnh鋼軌焊接接頭的焊后熱處理方法中，所述噴風(fēng)冷卻的噴風(fēng)口距離鋼軌接頭表面30±2mm。

　　其中，在上述u71mnh鋼軌焊接接頭的焊后熱處理方法中，所述噴風(fēng)風(fēng)壓為0.2±0.05mpa。

　　其中，在上述u71mnh鋼軌焊接接頭的焊后熱處理方法中，所述鋼軌接頭焊縫區(qū)域是指熔合線兩側(cè)各20mm內(nèi)的區(qū)域。

　　本發(fā)明的有益效果是：

　　本發(fā)明方法通過控制加熱溫度、噴風(fēng)風(fēng)壓和終冷溫度改善了u71mnh鋼軌焊接接頭的硬度，其接頭的硬度平均值hj與母材硬度平均值hp的比值≥0.90；接頭軟點(diǎn)硬度平均值hj1與母材硬度平均值hp的比值≥0.80；軟化區(qū)域小于20mm，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。本發(fā)明方法有效控制鋼軌接頭硬度的同時(shí)，保證了鋼軌接頭組織形態(tài)正常，改善了已降低的性能狀態(tài)。本發(fā)明方法具有良好的推廣應(yīng)用前景，可在國內(nèi)重載線路鋼軌的焊接基地或在線焊接施工單位推廣使用。

　　附圖說明

　　圖1為實(shí)施例1中60kg/mu71mnh鋼軌焊后熱處理軌頭踏面下5mm的硬度曲線。

　　圖2為實(shí)施例2中60kg/mu71mnh鋼軌焊后熱處理軌頭踏面下5mm的硬度曲線。

　　圖3為實(shí)施例3中60kg/mu71mnh鋼軌焊后熱處理軌頭踏面下5mm的硬度曲線。

　　圖4為實(shí)施例4中60kg/mu71mnh鋼軌焊后熱處理軌頭踏面下5mm的硬度曲線。

　　圖5為對(duì)比例中60kg/mu71mnh鋼軌焊后熱處理軌頭踏面下5mm的硬度曲線。

　　具體實(shí)施方式

　　本發(fā)明提供了u71mnh鋼軌焊接接頭的焊后熱處理方法。該方法包括如下步驟：對(duì)焊后冷卻至300℃以下的u71mnh鋼軌焊接接頭焊縫區(qū)域加熱至865-925℃后停止加熱，采用噴風(fēng)冷卻，待鋼軌接頭踏面溫度降至458-475℃后停止噴風(fēng)冷卻，自然冷卻至室溫。

　　本發(fā)明中，對(duì)焊后冷卻至300℃以下的u71mnh鋼軌焊接接頭焊縫區(qū)域加熱至865-925℃后停止加熱，再冷卻采用了正火工藝有效控制鋼軌接頭硬度的同時(shí)，釋放了接頭應(yīng)力，細(xì)化接頭晶粒，改變接頭組織形態(tài)，改善已降低的性能狀態(tài)。

　　當(dāng)鋼軌軌頭表面達(dá)到要求范圍時(shí)，不能保證鋼軌內(nèi)部，尤其是心部溫度也能達(dá)到要求溫度，為了保證心部溫度能夠達(dá)到要求溫度，溫度不能過低；當(dāng)溫度過高時(shí)，一方面，相對(duì)較薄的鋼軌軌底處溫度比實(shí)際測(cè)量溫度較高，存在組織過熱的風(fēng)險(xiǎn)，另一方面，加熱線圈為熱量的來源，以其為中心熱量向鋼軌兩端熱傳導(dǎo)，熱影響區(qū)寬度會(huì)變寬，甚至不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

　　本發(fā)明中，終冷溫度應(yīng)控制在420-470℃。終冷溫度過高，達(dá)不到硬度要求；終冷溫度過低，會(huì)使整個(gè)鋼軌接頭組織發(fā)生異常。

　　其中，在上述u71mnh鋼軌焊接接頭的焊后熱處理方法中，u71mnh鋼軌焊接接頭焊縫區(qū)域加熱方式采用中頻感應(yīng)電加熱或氧乙炔火焰加熱。

　　其中，在上述u71mnh鋼軌焊接接頭的焊后熱處理方法中，所述u71mnh鋼軌焊接接頭焊縫區(qū)域加熱時(shí)間控制在110-210s。為了保持鋼軌全斷面受熱的均勻程度，在加熱過程中需控制加熱時(shí)間為110-210s，若加熱時(shí)間過短，實(shí)際相變區(qū)域只有鋼軌表層，鋼軌內(nèi)部組織得不到提升；若加熱時(shí)間過長(zhǎng)，鋼軌接頭存在過熱的風(fēng)險(xiǎn)，會(huì)影響接頭組織，同時(shí)可能使鋼軌接頭軟化區(qū)域超標(biāo)。

　　其中，在上述u71mnh鋼軌焊接接頭的焊后熱處理方法中，所述噴風(fēng)冷卻的起始接頭踏面溫度控制在730-736℃。為了控制鋼軌接頭軟化區(qū)的硬度，起始噴風(fēng)溫度需要控制在上述范圍內(nèi)。

　　其中，在上述u71mnh鋼軌焊接接頭的焊后熱處理方法中，所述噴風(fēng)冷卻的噴風(fēng)口距離鋼軌接頭表面30±2mm。

　　其中，在上述u71mnh鋼軌焊接接頭的焊后熱處理方法中，所述噴風(fēng)風(fēng)壓為0.2±0.05mpa。噴風(fēng)風(fēng)壓過高或過低，都會(huì)影響冷卻速率，導(dǎo)致硬度不達(dá)標(biāo)。

　　其中，在上述u71mnh鋼軌焊接接頭的焊后熱處理方法中，所述鋼軌接頭焊縫區(qū)域是指熔合線兩側(cè)各20mm內(nèi)的區(qū)域。

　　本發(fā)明中鋼軌接頭處指以熔合線為中心兩側(cè)各100mm內(nèi)的區(qū)域。

　　實(shí)施例1

　　采用中頻加熱方式對(duì)60kg/mu71mnh鋼軌焊接接頭焊縫區(qū)域加熱至865℃后停止加熱，加熱時(shí)間為120s。停止加熱后，待鋼軌接頭踏面溫度降至735℃時(shí)，進(jìn)行噴風(fēng)冷卻，噴風(fēng)口距離鋼軌接頭表面30mm，噴風(fēng)風(fēng)壓為0.2±0.05mpa，當(dāng)接頭踏面溫度風(fēng)冷降至終冷溫度為458℃時(shí)，停止噴風(fēng)冷卻，隨后鋼軌接頭進(jìn)行自然冷卻至室溫。參照tb/t1632.2-2014標(biāo)準(zhǔn)要求，采用hr-150a洛氏硬度計(jì)測(cè)試縱斷面上軌頭踏面下5mm洛氏硬度。本實(shí)施例中60kg/mu71mnh鋼軌焊后熱處理接頭的硬度平均值hj與母材硬度平均值hp的比值為0.92，接頭軟點(diǎn)硬度平均值hj1與母材硬度平均值hp的比值為0.87，接頭左側(cè)軟化區(qū)寬度為17.0mm，右側(cè)軟化區(qū)寬度為9.0mm，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

　　實(shí)施例2

　　采用中頻加熱方式對(duì)60kg/mu71mnh鋼軌焊接接頭焊縫區(qū)域加熱至925℃后停止加熱，加熱時(shí)間為135s。停止加熱后，待鋼軌接頭踏面溫度降至730℃時(shí)，進(jìn)行噴風(fēng)冷卻，噴風(fēng)口距離鋼軌接頭表面30mm，噴風(fēng)風(fēng)壓為0.2±0.05mpa，當(dāng)接頭踏面溫度風(fēng)冷降至終冷溫度為458℃時(shí)，停止噴風(fēng)冷卻，隨后鋼軌接頭進(jìn)行自然冷卻至室溫。參照tb/t1632.2-2014標(biāo)準(zhǔn)要求，采用hr-150a洛氏硬度計(jì)測(cè)試縱斷面上軌頭踏面下5mm洛氏硬度。本實(shí)施例中60kg/mu71mnh鋼軌焊后熱處理接頭的硬度平均值hj與母材硬度平均值hp的比值為0.93，接頭軟點(diǎn)硬度平均值hj1與母材硬度平均值hp的比值為0.80，接頭左側(cè)軟化區(qū)寬度為14.0mm，右側(cè)軟化區(qū)寬度為14.0mm，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

　　實(shí)施例3

　　采用氧乙炔火焰加熱方式對(duì)60kg/mu71mnh鋼軌焊接接頭焊縫區(qū)域加熱至882℃后停止加熱，氧氣的壓力為0.6mpa，流量為4.8m3/h，乙炔的壓力為0.2mpa，流量為4.0m3/h，加熱時(shí)間為210s。停止加熱后，待鋼軌接頭踏面溫度降至730℃時(shí)，進(jìn)行噴風(fēng)冷卻，噴風(fēng)口距離鋼軌接頭表面30mm，噴風(fēng)風(fēng)壓為0.2±0.05mpa，當(dāng)接頭踏面溫度風(fēng)冷降至終冷溫度為462℃時(shí)，停止噴風(fēng)冷卻，隨后鋼軌接頭進(jìn)行自然冷卻至室溫。參照tb/t1632.2-2014標(biāo)準(zhǔn)要求，采用hr-150a洛氏硬度計(jì)測(cè)試縱斷面上軌頭踏面下5mm洛氏硬度。本實(shí)施例中60kg/mu71mnh鋼軌焊后熱處理接頭的硬度平均值hj與母材硬度平均值hp的比值為0.90，接頭軟點(diǎn)硬度平均值hj1與母材硬度平均值hp的比值為0.87，接頭左側(cè)軟化區(qū)寬度為18.5mm，右側(cè)軟化區(qū)寬度為11.0mm，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

　　實(shí)施例4

　　采用中頻加熱方式對(duì)60kg/mu71mnh鋼軌焊接接頭焊縫區(qū)域加熱至881℃后停止加熱，加熱時(shí)間為119s。停止加熱后，待鋼軌接頭踏面溫度降至736℃時(shí)，進(jìn)行噴風(fēng)冷卻，噴風(fēng)口距離鋼軌接頭表面30mm，噴風(fēng)風(fēng)壓為0.2±0.05mpa，當(dāng)接頭踏面溫度風(fēng)冷降至終冷溫度為475℃時(shí)，停止噴風(fēng)冷卻，隨后鋼軌接頭進(jìn)行自然冷卻至室溫。參照tb/t1632.2-2014標(biāo)準(zhǔn)要求，采用hr-150a洛氏硬度計(jì)測(cè)試縱斷面上軌頭踏面下5mm洛氏硬度。本實(shí)施例中60kg/mu71mnh鋼軌焊后熱處理接頭的硬度平均值hj與母材硬度平均值hp的比值為0.93，接頭軟點(diǎn)硬度平均值hj1與母材硬度平均值hp的比值為0.82，接頭左側(cè)軟化區(qū)寬度為8.5mm，右側(cè)軟化區(qū)寬度為14.0mm，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

　　對(duì)比例

　　采用中頻加熱方式對(duì)60kg/mu71mnh鋼軌焊接接頭焊縫區(qū)域加熱至879℃后停止加熱，加熱時(shí)間為115s，停止加熱后，待鋼軌接頭踏面溫度降至711℃時(shí)，進(jìn)行噴風(fēng)冷卻，噴風(fēng)口距離鋼軌接頭表面30mm，噴風(fēng)風(fēng)壓為0.3±0.05mpa，當(dāng)接頭踏面溫度風(fēng)冷降至終冷溫度為488℃時(shí)，停止噴風(fēng)冷卻，隨后鋼軌接頭進(jìn)行自然冷卻至室溫。參照tb/t1632.2-2014標(biāo)準(zhǔn)要求，采用hr-150a洛氏硬度計(jì)測(cè)試縱斷面上軌頭踏面下5mm洛氏硬度。本實(shí)施例中60kg/mu71mnh鋼軌焊后熱處理接頭的硬度平均值hj與母材硬度平均值hp的比值為0.79，接頭軟點(diǎn)硬度平均值hj1與母材硬度平均值hp的比值為0.79，接頭左側(cè)軟化區(qū)寬度為25.0mm，右側(cè)軟化區(qū)寬度為30.0mm，不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

　　由實(shí)施例1-4可知，采用本發(fā)明方法對(duì)u71mnh鋼軌焊接接頭進(jìn)行熱處理，處理后接頭的硬度平均值hj與母材硬度平均值hp的比值≥0.90；接頭軟點(diǎn)硬度平均值hj1與母材硬度平均值hp的比值≥0.80；左側(cè)和右側(cè)的軟化區(qū)域小于20mm，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。而對(duì)比例未采用本發(fā)明方法對(duì)u71mnh鋼軌熱處理的鋼軌接頭的硬度平均值hj與母材硬度平均值hp的比值為0.79，接頭軟點(diǎn)硬度平均值hj1與母材硬度平均值hp的比值為0.79，接頭左側(cè)軟化區(qū)寬度為25.0mm，右側(cè)軟化區(qū)寬度為25.0mm，不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

　　技術(shù)特征：

　　技術(shù)總結(jié)

　　本發(fā)明涉及U71MnH鋼軌焊接接頭的焊后熱處理方法，屬于鋼軌焊接技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明為了解決現(xiàn)有鋼軌焊接接頭在熱處理過程中冷卻時(shí)因局部冷速高于臨界轉(zhuǎn)變溫度，而產(chǎn)生馬氏體等有害組織影響接頭硬度的問題，提供了一種U71MnH鋼軌焊接接頭的焊后熱處理方法，該方法是：對(duì)焊后冷卻至300℃以下的U71MnH鋼軌焊接接頭焊縫區(qū)域加熱至865?925℃后停止加熱，采用噴風(fēng)冷卻，待鋼軌接頭踏面溫度降至458?475℃后停止噴風(fēng)冷卻，自然冷卻至室溫。采用本發(fā)明方法有效控制U71MnH鋼軌焊接接頭的硬度的同時(shí)，保證了接頭組織正常。

　　技術(shù)研發(fā)人員：陸鑫;李大東;王若愚;鄧健

　　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：2018.10.24

　　技術(shù)公布日：2018.12.18