CN110331274A - 贝氏体钢轨焊后热处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种贝氏体钢轨焊后热处理方法，属于钢轨焊接技术领域。本发明的目的是为了弥补现有钢轨焊后热处理技术的不足，提供一种贝氏体钢轨焊后热处理方法：将1100～1300℃贝氏体钢轨焊接接头进行第一冷却至260～350℃，然后将第一冷却所得焊接接头加热至780～870℃，随后进行第二冷却至450～510℃时，随即进行第三冷却至10～40℃的室温。本发明方法通过合理制定贝氏体钢轨焊后热处理工艺，使钢轨接头金相组织中无马氏体，同时距焊缝中心±70mm区域内的平均硬度为钢轨母材80～85％，且贝氏体钢轨接头的疲劳寿命达到400万次以上。

Description

贝氏体钢轨焊后热处理方法

技术领域

本发明属于钢轨焊接技术领域，具体涉及一种贝氏体钢轨焊后热处理方法。

背景技术

贝氏体钢轨为近几十年世界各国的研究热点，因强韧性高、耐磨损及使用寿命长等特性而有望取代传统珠光体钢轨，广泛应用于铁路道岔部件及重载线路的小半径曲线段。现阶段，钢轨无缝化已成为必然趋势。作为钢轨无缝化环节中的一道重要工序，钢轨焊接的质量直接关系到铁路线路服役寿命，甚至行车安全。钢轨服役过程中，受焊接质量及线路实际运营条件复杂性的影响，使得焊接长轨条的断裂大多发生在焊接接头上，因而焊接接头成为了无缝线路的薄弱环节。

受熔化过程及高温影响，钢轨焊接过热区奥氏体晶粒粗大，导致该区域的硬度明显低于母材。软化后的钢轨焊接接头在服役过程中，易优先在接头轨头踏面部位形成“马鞍型”磨耗，增加了轮轨冲击，影响钢轨使用寿命，甚至危及行车安全。因此，国内现行铁道行业标准TB/T1632.2-2014《钢轨焊接第2部分：闪光焊接》及TB/T1632.4-2014《钢轨焊接第4部分：气压焊接》规定，对于热处理钢轨，焊接区域的平均硬度不得低于钢轨母材平均硬度的90％，且焊缝和热影响区的微观组织中不应有马氏体或贝氏体等有害组织。上述两项钢轨焊接标准所涉及的对象均为珠光体钢轨，而目前国内外尚无适用于贝氏体钢轨的焊接标准。因而，完全遵照国内现行钢轨焊接技术标准对贝氏体钢轨焊接接头的力学性能进行评估是不合适的，并且过高的焊接接头轨头踏面纵向硬度(高于钢轨母材平均硬度的90％)将导致接头疲劳性能下降，发生早期断裂。

贝氏体钢轨的化学成分一般为：C含量0.20-0.30重量％，Si含量0.8-1.8重量％，Mn含量1.5-2.5重量％，Cr含量0.50-1.60重量％，Mo含量0.20-0.50重量％。采用热处理工艺技术，基于细晶强化原理生产制造的贝氏体钢轨受焊接热循环作用后，焊缝区域的淬硬层消失并出现一较宽的低硬度区，导致焊缝及热影响区的硬度远低于钢轨母材，因而对贝氏体钢轨焊接接头进行焊后热处理就成了恢复钢轨焊接区域硬度的最有效手段。

目前，国内钢轨焊接完成后一般遵照TB/T1632.2-2014《钢轨焊接第2部分：闪光焊接》及TB/T1632.4-2014《钢轨焊接第4部分：气压焊接》标准进行焊后正火热处理，以中频感应电加热或氧乙炔火焰加热作为热源将钢轨焊接接头加热至奥氏体化温度以上温度后，采取空冷或风冷工艺进一步提升钢轨焊接区域的踏面硬度。

CN201410135909.8公开了一种贝氏体钢轨接头的焊后热处理方法，该方法包括将焊接得到的待冷却的贝氏体钢轨焊接接头进行第一次冷却至不高于450℃的第一温度，然后将第一冷却后的焊接接头加热至第二温度，再进行第二冷却，所述第二温度高于所述第一温度且不高于510℃，其中，贝氏体钢轨的冷却起始温度为1300-1380℃，第二冷却后的冷却终止温度为室温。该方法能够显著降低贝氏体钢轨焊接接头中的马氏体组织含量及提高焊接接头的冲击韧性，但并不能恢复贝氏体钢轨因焊接而降低的接头硬度。

CN201210394058.X公开了一种贝氏体钢轨的热处理方法，该方法包括将终轧后的钢轨自然冷却，以使钢轨轨头表层温度降至460-490℃；将钢轨以2.0-4.0℃/s的冷却速度强制冷却，以使钢轨轨头表层温度降至250-290℃；使钢轨温度自然回升直至钢轨轨头表层温度达到300℃以上；将钢轨置于炉膛温度为300-350℃的加热炉内回火处理2-6h；将钢轨空冷至室温。该方法为了获得综合力学性能良好的贝氏体钢轨，属于钢轨生产热处理工艺，并不适用于贝氏体钢轨焊接接头的焊后热处理。

CN201810480790.6公开了一种贝氏体焊接接头焊后热处理方法，该方法具体为将焊接得到的待冷却接头踏面表面温度冷却到850～500℃的温度区间后对接头的轨头部分进行风冷，当踏面表面温度冷却至270～210℃后结束风冷，让接头自然冷却至室温。该方法解决的是贝氏体钢轨接头的冲击、硬度及抗锤性能，但由于未经正火热处理，接头韧性较差，没有解决贝氏体钢轨接头的疲劳寿命问题。

CN201710666513.X公开了一种贝氏体钢轨焊接接头的焊后热处理方法，该方法包括：将焊接得到的1500～1600℃的钢轨焊接接头进行第一冷却至150～250℃，然后将第一冷却后的钢轨焊接接头加热至880-960℃，然后进行第二冷却至钢轨焊接接头的踏面温度为180-250℃，最后进行第三冷却至室温。该方法中，贝氏体钢轨接头的硬度虽能达到钢轨母材平均硬度的85～90％，但其钢轨接头疲劳寿命仅能达到300万次，并且其贝氏体钢轨实施焊接热输入高、正火起始温度偏低、正火温度偏高，能源消耗大。

CN201610909362.1公开了一种对钢轨焊接接头进行焊后热处理的方法。该方法包括：将焊接得到的待冷却的钢轨焊接接头进行第一冷却至400℃以下，然后将第一冷却后的钢轨焊接接头加热至860-930℃，然后进行第二冷却至钢轨焊接接头的踏面温度为410-450℃。需要说明的是，该方法采用的是两阶段冷却方式，目的是改善75kg/m过共析钢轨与珠光体钢轨焊接接头的力学性能，并不适用于贝氏体钢轨焊接接头。

综上所述，铁路工程领域亟需一种通过将贝氏体钢轨焊接接头的金相组织及硬度控制在合理范围内的方式达到保证钢轨焊接接头使用寿命的钢轨焊后热处理方法工艺，以保证贝氏体钢轨焊接接头的服役性能及铁路运行安全。

发明内容

本发明的目的是为了弥补现有钢轨焊后热处理技术中经焊后空冷或焊后热处理后存在的钢轨接头轨头踏面纵向硬度偏低及疲劳寿命不足的问题，提供一种贝氏体钢轨焊后热处理方法，该方法能够将贝氏体钢轨接头的金相组织及纵向硬度控制在合理范围内，从而有助于改善钢轨服役过程中因焊接区域硬度偏低而导致的“马鞍型”磨耗及保证耐磨性能，延长钢轨使用寿命及保证铁路运行安全。

为了实现上述目的，本发明提供了一种贝氏体钢轨焊后热处理方法，包括以下步骤：将焊接得到的温度在1100～1300℃的贝氏体钢轨焊接接头进行第一冷却至260～350℃，然后将第一冷却条件得到的焊接接头加热至780～870℃，随后进行第二冷却，当冷却至450～510℃时停止第二冷却，随即进行第三冷却至10～40℃的室温温度。

其中，上述所述的贝氏体钢轨焊后热处理方法中，所述第一冷却的冷却方式为空冷，所述第二冷却和第三冷却的冷却方式为采用冷却介质进行的加速冷却。

其中，上述所述的贝氏体钢轨焊后热处理方法中，所述第一冷却速度为5.0～8.0℃/s。

其中，上述所述的贝氏体钢轨焊后热处理方法中，所述第二阶段冷却采用钢轨轨头仿型冷却装置，以压缩空气或水雾混合气作为冷却介质对钢轨焊接接头的轨头踏面及轨头侧面进行冷却，冷却装置距离钢轨轨头踏面为25～35mm；冷却装置所喷射出的压缩空气或水雾混合气的气体压力为0.50～1.00MPa。

其中，上述所述的贝氏体钢轨焊后热处理方法中，所述第二冷却的冷却速度为2.0～4.0℃/s。

其中，上述所述的贝氏体钢轨焊后热处理方法中，所述第三阶段冷却采用钢轨轨头仿型冷却装置，以压缩空气或水雾混合气作为冷却介质对钢轨焊接接头的轨头踏面及轨头侧面进行冷却，冷却装置距离钢轨轨头踏面为25～35mm；冷却装置所喷射出的压缩空气或水雾混合气的气体压力为0.10～0.30MPa。

其中，上述所述的贝氏体钢轨焊后热处理方法中，所述第三冷却的冷却速度为0.40～0.80℃/s。

其中，上述所述的贝氏体钢轨焊后热处理方法中，控制第二冷却的开冷温度为焊接接头由260～350℃加热至780～870℃停止后的780℃以上。

其中，上述所述的贝氏体钢轨焊后热处理方法中，所述加热至780～870℃采用中频感应仿型电加热线圈和/或氧-乙炔火焰仿型加热器加热。

进一步的，上述所述的贝氏体钢轨焊后热处理方法中，所述加热至780～870℃时，对包含焊缝在内的长度约为70～100mm范围内的钢轨焊接接头整个截面进行全断面加热。

优选的，上述所述的贝氏体钢轨焊后热处理方法中，贝氏体钢轨接头的焊接方法为闪光焊接或气压焊接。

其中，上述所述的贝氏体钢轨焊后热处理方法中，经焊后热处理的贝氏体钢轨焊接接头的金相组织中无马氏体组织，同时距焊缝中心±70mm区域内的平均硬度为钢轨母材平均硬度的80～85％，且贝氏体钢轨接头的疲劳寿命达到400万次以上。

本发明的有益效果：

本发明方法通过合理制定贝氏体钢轨焊后热处理工艺，经焊后热处理的贝氏体钢轨焊接接头的金相组织中无马氏体组织，同时距焊缝中心±70mm区域内的平均硬度为钢轨母材平均硬度的80～85％，从而改善了铁路运营过程中因钢轨焊接区域硬度偏低而导致的“马鞍型”磨耗及耐磨性能，提高了韧性，保证了钢轨焊接接头服役性能，使贝氏体钢轨焊接接头的疲劳寿命保持在400万次以上，达到了保证接头较高疲劳寿命的目的，同时保证了接头具有较高硬度，保证铁路运行安全。此外，由于贝氏体钢轨焊接微观组织中无脆硬的马氏体，这也有助于贝氏体钢轨接头疲劳寿命的延长。

附图说明

图1为采用实施例1中的方法所得到的焊后正火风冷条件下的贝氏体钢轨焊接接头的轨头踏面下5mm位置的纵向硬度效果图。

图2为采用实施例2中的方法所得到的焊后正火风冷条件下的贝氏体钢轨焊接接头的轨头踏面下5mm位置的纵向硬度效果图。

图3为采用对比例1中的方法所得到的焊后正火风冷条件下的贝氏体钢轨焊接接头的轨头踏面下5mm位置的纵向硬度效果图。

图4为采用对比例2中的方法所得到的焊后空冷条件下的贝氏体钢轨焊接接头的轨头踏面下5mm位置的纵向硬度效果图。

图5为本发明的贝氏体钢轨焊接接头的轨头踏面下5mm位置的纵向硬度检测示意图。

具体实施方式

具体的，贝氏体钢轨焊后热处理方法，包括以下步骤：将焊接得到的温度在1100～1300℃的贝氏体钢轨焊接接头进行第一冷却至260～350℃，然后将第一冷却条件得到的焊接接头加热至780～870℃。随后进行第二冷却，当冷却至450～510℃时停止第二冷却，随即进行第三冷却至10～40℃的室温温度。

贝氏体钢轨钢连续冷却转变过程中的马氏体转变的临界冷却速度约为1.0～2.0℃/s，Ms温度(马氏体组织形成的开始温度)约390～450℃。第一冷却阶段结束后，接头内部虽可能形成马氏体，但由于第一冷却阶段结束后钢轨接头被重新加热至780～870℃，温度达到奥氏体化温度，使第一冷却阶形成的马氏体消失。为避免后续热处理中钢轨焊接接头出现大量马氏体，本发明在第二冷却过程中采用略高于贝氏体钢轨钢马氏体转变临界冷速的冷却速度对接头实施加速冷却，且控制第二冷却的终冷温度在Ms温度以上，并控制第三冷却的冷却速度低于贝氏体钢轨钢马氏体转变临界冷速，使贝氏体钢轨焊接接头中无马氏体组织产生。基于上述发现，发明人完成了本发明。

本发明中，所述第一冷阶段却为在空气中进行的自然冷却(室温下进行)，冷却速度为5.0～8.0℃/s，可通过调节试验环境温度(如采用中央空调控温)实现对第一阶段冷却速度的控制，并可通过调节焊机设置来将钢轨接头的焊接温度控制在1100～1300℃；本发明中所述第二冷却阶段的冷却速度为2.0～4.0℃/s，终冷温度为450～510℃；当对钢轨接头进行第三阶段冷却时，为避免接头出现大量淬硬的马氏体，本发明选择以低于贝氏体钢轨钢马氏体转变临界冷速的冷却速度0.40～0.80℃/s对接头实施慢速冷却，并冷却至室温(10～40℃)；本发明通过采用三步冷却和正火热处理的冷却方式，限制不同冷却阶段的冷却速度和冷却温度及正火温度，可达到提升钢轨焊接接头硬度和韧性，保证钢轨焊接接头组织及使接头保持较高的疲劳寿命的目的。此外，由于贝氏体钢轨焊接微观组织中无脆硬的马氏体，这也有助于贝氏体钢轨接头疲劳寿命的延长。

本发明方法中，所述第二阶段冷却和第三阶段冷却采用钢轨轨头仿型冷却装置，以压缩空气或水雾混合气作为冷却介质对钢轨焊接接头的轨头踏面及轨头侧面进行冷却，冷却装置距离钢轨轨头踏面为25～35mm；所述第二阶段冷却装置所喷射出的压缩空气或水雾混合气的气体压力为0.50～1.00MPa，所述第三阶段冷却装置所喷射出的压缩空气或水雾混合气的气体压力为0.10～0.30MPa。

钢轨焊接接头的焊后正火热处理与通常小尺寸工件使用的热处理工艺不同，因钢轨焊接后试样长度可高达数百米，这就决定了钢轨焊接接头的正火热处理不可能在达到目标温度后进行长时间保温(奥氏体化温度以上的温度)。因而，本发明采用中频感应仿型电加热线圈和/或氧-乙炔火焰仿型加热器对钢轨焊接区域进行局部加热，将钢轨焊接接头加热至目标温度(780～870℃)，使其充分奥氏体化后，采用以压缩空气或水雾混合气为介质的冷却方式对接头进行加速冷却，通过“欠速淬火”达到提升贝氏体钢轨接头硬度及改善韧塑性的目的，有助于延长接头疲劳寿命。

第二冷却的开冷温度可选择780℃以上，将正火热处理后的焊接接头由第二冷却至450～510℃，冷却区域除正火加热区外，还包括加热区外两侧长度80mm范围内的钢轨轨头踏面和侧面。

本发明方法中，将第一冷却后得到的焊接接头进行加热的方式可以有多种，本发明优选采用中频感应仿型电加热线圈和/或氧-乙炔火焰仿型加热器进行加热。

进一步的，上述所述的贝氏体钢轨焊后热处理方法中，所述加热至780～870℃时，对包含焊缝在内的长度约为70～100mm范围内的钢轨焊接接头整个截面进行全断面加热，采用全断面加热有助于使焊接区域在正火加热过程中充分奥氏体化，并在随后加速冷却过程中使焊接区域的力学性能得到显著提升。

本发明方法可用于各种温度的焊接得到的贝氏体钢轨焊接接头，优选所述焊接得到的贝氏体钢轨焊接接头的初始温度为1100～1300℃，采用较低的焊接热输入，并控制较高的第一冷速终点温度，有利于正火加热，显著降低了能耗；本发明方法可用于采用各种焊接方法获得的焊接后温度在1100～1300℃的贝氏体钢轨焊接接头，优选用于采用包括闪光焊接和气压焊接中的至少一种焊接方法获得的焊接后的残余温度较高的贝氏体钢轨焊接接头。

本发明方法通过合理制定贝氏体钢轨焊后热处理工艺，经焊后热处理的贝氏体钢轨焊接接头的金相组织中无马氏体组织，距焊缝中心±70mm区域内的平均硬度为钢轨母材平均硬度的80～85％，保证了钢轨焊接接头服役性能，使贝氏体钢轨焊接接头的疲劳寿命保持在400万次以上。

下面通过实施例对本发明作进一步详细说明，但并不因此将本发明保护范围限制在所述的实施例范围之中。

实施例和对比例中，贝氏体钢轨的型号为PB2热处理贝氏体钢轨。

实施例和对比例中，参照TB/T1632.2-2014《钢轨焊接第2部分：闪光焊接》及TB/T1632.4-2014《钢轨焊接第4部分：气压焊接》标准将钢轨焊接接头机加工成纵断面硬度试样，并在踏面下5mm位置对焊接接头进行纵断面洛氏硬度检测，测点以焊缝为中心向左右两侧对称排列，测点间距为5mm，洛氏硬度方法按GB/T230.1-2009规定进行，采用HRC标尺，以Hp表示钢轨母材的硬度平均值，Hj表示接头的硬度平均值，接头硬度低于0.9Hp的位置表示软化区域。采用MTS-FT310型疲劳试验机对钢轨焊接接头进行三点弯曲疲劳试验，以循环载荷加载400万次时焊接接头不发生疲劳断裂为试验目标。

实施例1

将采用闪光焊焊接得到的温度在1300℃的贝氏体钢轨焊接接头进行第一阶段冷却，以6.0℃/s的第一冷却速度进行第一阶段冷却以将钢轨接头的轨头表层温度冷却至280℃时进行空冷。然后，采用中频感应仿型电加热线圈对钢轨焊接接头区域进行全断面加热。当钢轨的踏面温度达到850℃时停止加热，然后以3.0℃/s的第二冷却速度进行第二阶段冷却以将钢轨接头冷却至480℃，最后以0.6℃/s的第三冷却速度进行第三阶段冷却以将钢轨接头的轨头表层温度降至室温(25℃)，从而得到本发明的经焊后热处理的贝氏体钢轨焊接接头。

焊后热处理过程中，第一冷却为在空气中进行的自然冷却；第二冷却和第三冷却过程中采用钢轨轨头仿型冷却装置以压缩空气作为冷却介质对钢轨接头的轨头踏面及轨头侧面进行冷却，冷却装置距离钢轨轨头踏面30mm；第二冷却过程中，冷却装置喷射的压缩空气的气体压力为0.80MPa；第三冷却过程中，冷却装置喷射的压缩空气的气体压力为0.20MPa。采用红外测温仪监控钢轨轨头踏面温度。

将本实施例得到的贝氏体钢轨焊接接头机加工成纵向硬度试样，并在踏面下5mm位置对焊接接头进行纵向洛氏硬度检测，测点以焊缝为中心向左右两侧对称排列，测点间距为5mm。洛氏硬度检验方法按GB/T 230.1-2009规定进行，采用HRC标尺。焊接接头的轨头踏面下5mm位置的纵向硬度数据见表1，纵向硬度的分布效果如图1所示。

表1实施例1焊接接头纵向硬度数据

由表1和图1可知，采用本发明提供的焊后热处理工艺方法处理闪光焊焊接得到的温度在1300℃的贝氏体钢轨的焊接接头时，所得钢轨接头距离焊缝中心±70mm区域内的硬度平均值为35.3HRC，达到了钢轨母材平均硬度的82％，在钢轨母材平均硬度的80-85％范围内。由本实施例得到的贝氏体钢轨焊接接头试样可通过循环次数为430万次的疲劳试验，高于TB/T1632.2-2014中规定的200万次。

参照图5所示的取样方法按GB/T 13298-2015《金属显微组织检验方法》对钢轨接头金相试样进行金相组织检验，采用3％硝酸酒精溶液对钢轨接头金相试样开展浸蚀，采用德国徕卡MeF3光学显微镜对钢轨接头金相组织进行观察。检验结果表明：在金相显微镜观察下，钢轨接头焊缝两侧的热影响区中均未出现马氏体组织，有助于保证铁路运行安全。

实施例2

将采用气压焊焊接得到的温度在1150℃的贝氏体钢轨焊接接头进行第一阶段冷却，以7.0℃/s的第一冷却速度进行第一阶段冷却以将钢轨接头的轨头表层温度冷却至330℃。然后，采用氧-乙炔火焰仿型加热器对钢轨焊接接头区域进行全断面加热。当钢轨的踏面温度达到830℃时停止加热，然后采用水雾混合气以3.5℃/s的第二冷却速度进行第二阶段冷却以将钢轨接头冷却至500℃，最后以0.40℃/s的第三冷却速度进行第三阶段冷却以将钢轨接头的轨头表层温度降至室温(25℃)，从而得到本发明的经焊后热处理的贝氏体钢轨焊接接头。

焊后热处理过程中，第一冷却为在空气中进行的自然冷却；第二冷却和第三冷却过程中采用钢轨轨头仿型冷却装置以压缩空气作为冷却介质对钢轨接头的轨头踏面及轨头侧面进行冷却，冷却装置距离钢轨轨头踏面30mm；第二冷却过程中，冷却装置喷射的压缩空气的气体压力为0.90MPa；第三冷却过程中，冷却装置喷射的压缩空气的气体压力为0.10MPa。采用红外测温仪监控钢轨轨头踏面温度。

将本实施例得到的贝氏体钢轨焊接接头机加工成纵向硬度试样，并在踏面下5mm位置对焊接接头进行纵向洛氏硬度检测，测点以焊缝为中心向左右两侧对称排列，测点间距为5mm。洛氏硬度检验方法按GB/T 230.1-2009规定进行，采用HRC标尺。焊接接头的轨头踏面下5mm位置的纵向硬度数据见表2，纵向硬度的分布效果如图2所示。

表2实施例2焊接接头纵向硬度数据

由表2和图2可知，采用本发明提供的焊后热处理工艺方法处理闪光焊焊接得到的温度在1400℃的贝氏体钢轨的焊接接头时，所得钢轨接头距离焊缝中心±70mm区域内的硬度平均值为35.4HRC，达到了钢轨母材平均硬度的82％，在钢轨母材平均硬度的80-85％范围内。由本实施例得到的贝氏体钢轨焊接接头试样可通过循环次数为410万次的疲劳试验，高于TB/T1632.2-2014中规定的200万次。

参照图5所示的取样方法按GB/T 13298-2015《金属显微组织检验方法》对钢轨接头金相试样进行金相组织检验，采用3％硝酸酒精溶液对钢轨接头金相试样开展浸蚀，采用德国徕卡MeF3光学显微镜对钢轨接头金相组织进行观察。检验结果表明：金相显微镜观察下，钢轨接头焊缝两侧的热影响区中均未出现马氏体组织。

对比例1

将采用闪光焊焊接得到的温度在1200℃的贝氏体钢轨焊接接头进行第一阶段冷却，以6.0℃/s的第一冷却速度进行第一阶段冷却以将钢轨接头的轨头表层温度冷却至300℃时。然后，采用中频感应仿型电加热线圈对钢轨焊接接头区域进行全断面加热，当钢轨的踏面温度达到870℃时停止加热，然后以7.0℃/s的第二冷却速度进行第二阶段冷却以将钢轨接头冷却至150℃，最后以0.6℃/s的第三冷却速度进行第三阶段冷却以将钢轨接头的轨头表层温度降至室温(25℃)，从而得到采用该对比例的经焊后热处理的贝氏体钢轨焊接接头。

焊后热处理过程中，第一冷却为在空气中进行的自然冷却；第二冷却和第三冷却过程中采用钢轨轨头仿型冷却装置以压缩空气作为冷却介质对钢轨接头的轨头踏面及轨头侧面进行冷却，冷却装置距离钢轨轨头踏面30mm；第二冷却过程中，冷却装置喷射的压缩空气的气体压力为0.90MPa；第三冷却过程中，冷却装置喷射的压缩空气的气体压力为0.20MPa。采用红外测温仪监控钢轨轨头踏面温度。

取本对比例得到的贝氏体钢轨焊接接头的纵向硬度试样，于钢轨轨头踏面下5mm位置进行纵向洛氏硬度检测，测点以焊缝为中心向左右两侧对称排列，测点间距为5mm。洛氏硬度检验方法按GB/T 230.1-2009规定进行，采用HRC标尺。焊接接头的轨头踏面下5mm位置的纵向硬度数据见表3，纵向硬度的分布效果如图3所示。

表3对比例1焊接接头纵向硬度数据

由表3和图3可知，采用本发明提供的焊后热处理工艺方法处理闪光焊焊接得到的温度在1200℃的贝氏体钢轨的焊接接头时，所得钢轨接头距离焊缝中心±70mm区域内的硬度平均值为40.4HRC，达到了钢轨母材平均硬度的94％，超出钢轨母材平均硬度的80-85％范围。由本对比例得到的贝氏体钢轨焊接接头试样在实物疲劳进行至180万次时发生疲劳断裂。

参照图5所示的取样方法按GB/T 13298-2015《金属显微组织检验方法》对钢轨接头金相试样进行金相组织检验，采用3％硝酸酒精溶液对钢轨接头金相试样开展浸蚀，采用德国徕卡MeF3光学显微镜对钢轨接头金相组织进行观察。检验结果表明：钢轨接头焊缝两侧的热影响区中均出现了大量马氏体组织。在金相显微镜的100x观察倍率下，对于马氏体组织出现的最严重区域，经统计，马氏体组织的百分含量为10％。

对比例2

将采用气压焊焊接得到的温度在1300℃的贝氏体钢轨焊接接头直接进行空冷至室温(25℃)，从而得到空冷(自然冷却)条件下的贝氏体钢轨焊接接头。

取本对比例得到的贝氏体钢轨焊接接头的纵向硬度试样，于钢轨轨头踏面下5mm位置进行纵向洛氏硬度检测，测点以焊缝为中心向左右两侧对称排列，测点间距为5mm。洛氏硬度检验方法按GB/T 230.1-2009规定进行，采用HRC标尺。焊接接头的轨头踏面下5mm位置的纵向硬度数据见表3，纵向硬度的分布效果如图4所示。

表4对比例2焊接接头纵向硬度数据

由表4和图4可知，对于未采用本发明提供的焊后热处理方法处理焊接得到的余温较高的贝氏体钢轨焊接接头，所得钢轨接头距离焊缝中心±70mm区域内的硬度平均值为32.8HRC，达到了钢轨母材平均硬度的77％，低于钢轨母材平均硬度的80-85％。与钢轨母材硬度相比，整个焊接区域的硬度偏低，硬度呈“W形”分布趋势。由此对比例得到的焊接接头在线路服役过程中易造成接头轨头马鞍形磨耗，影响线路平顺性及行车安全。由此对比例得到的贝氏体钢轨焊接接头试样在实物疲劳进行至190万次时发生疲劳断裂，低于TB/T1632.2-2014中规定的200万次。

参照图5所示的取样方法按GB/T 13298-2015《金属显微组织检验方法》对钢轨接头金相试样进行金相组织检验，采用3％硝酸酒精溶液对钢轨接头金相试样开展浸蚀，采用德国徕卡MeF3光学显微镜对钢轨接头金相组织进行观察。检验结果表明：钢轨接头焊缝两侧的热影响区中均未出现马氏体组织。

通过对比图1至图4中的焊接接头轨头踏面纵向硬度分布可以看出：采用本发明提供的工艺方法能够将贝氏体钢轨焊接接头的轨头踏面纵向硬度控制在80-85％钢轨母材平均硬度范围内；本发明提供的钢轨焊后热处理工艺方法能够使贝氏体钢轨焊接接头的疲劳寿命保持在400万次以上，远高于TB1632中规定的200万次的技术要求，达到了保证钢轨服役寿命的目的。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，虽然已参照具体实施例描述了根据本发明的贝氏体钢轨的焊后热处理工艺方法，但本领域技术人员将认识到，在不脱离本发明的思想和范围的情况下，在此可以对本发明做出各种修改和组合。

Claims (10)

1.贝氏体钢轨焊后热处理方法，其特征在于：将焊接得到的温度在1100～1300℃的贝氏体钢轨焊接接头进行第一冷却至260～350℃，然后将第一冷却条件得到的焊接接头加热至780～870℃，随后进行第二冷却，当冷却至450～510℃时停止第二冷却，随即进行第三冷却至10～40℃的室温。

2.根据权利要求1所述的贝氏体钢轨焊后热处理方法，其特征在于：所述第一冷却的冷却方式为空冷，所述第二冷却和第三冷却的冷却方式为采用冷却介质进行的加速冷却。

3.根据权利要求1所述的贝氏体钢轨焊后热处理方法，其特征在于：所述第一冷却速度为5.0～8.0℃/s。

4.根据权利要求1或2所述的贝氏体钢轨焊后热处理方法，其特征在于：所述第二阶段冷却采用钢轨轨头仿型冷却装置，以压缩空气或水雾混合气作为冷却介质对钢轨焊接接头的轨头踏面及轨头侧面进行冷却，冷却装置距离钢轨轨头踏面为25～35mm；冷却装置所喷射出的压缩空气或水雾混合气的气体压力为0.50～1.00MPa。

5.根据权利要求4所述的贝氏体钢轨焊后热处理方法，其特征在于：所述第二冷却的冷却速度为2.0～4.0℃/s。

6.根据权利要求1或2所述的贝氏体钢轨焊后热处理方法，其特征在于：所述第三阶段冷却采用钢轨轨头仿型冷却装置，以压缩空气或水雾混合气作为冷却介质对钢轨焊接接头的轨头踏面及轨头侧面进行冷却，冷却装置距离钢轨轨头踏面为25～35mm；冷却装置所喷射出的压缩空气或水雾混合气的气体压力为0.10～0.30MPa。

7.根据权利要求6所述的贝氏体钢轨焊后热处理方法，其特征在于：所述第三冷却的冷却速度为0.40～0.80℃/s。

8.根据权利要求1所述的贝氏体钢轨焊后热处理方法，其特征在于：控制第二冷却的开冷温度为焊接接头由260～350℃加热至780～870℃停止后的780℃以上。

9.根据权利要求1所述的贝氏体钢轨焊后热处理方法，其特征在于：至少满足下列的一项：

所述加热至780～870℃采用中频感应仿型电加热线圈和/或氧-乙炔火焰仿型加热器加热；

所述加热至780～870℃时，对包含焊缝在内的长度约为70～100mm范围内的钢轨焊接接头整个截面进行全断面加热。

10.根据权利要求1～9中任一项所述的贝氏体钢轨焊后热处理方法，其特征在于：经焊后热处理的贝氏体钢轨焊接接头的金相组织中无马氏体组织，同时距焊缝中心±70mm区域内的平均硬度为钢轨母材平均硬度的80～85％，且贝氏体钢轨接头的疲劳寿命达到400万次以上。