一种改善钢轨焊接接头显微组织的方法技术

本发明专利技术涉及钢轨焊接领域，公开了一种改善钢轨接头显微组织的方法。所述方法包括以下步骤：步骤一：使用加速冷却装置，采用水雾和压缩空气为冷却介质，对闪光焊接得到的待冷却的焊接接头轨腰部位进行加速冷却，同时对焊接接头轨腰焊缝中心位置进行测温并监控温度；步骤二：当焊缝中心位置温度下降至预设温度时，停止加速冷却，然后将焊接接头置于空气中自然冷却至室温；其中，所述钢轨为含碳量为0.6‑0.9重量％的珠光体钢轨。该方法利用钢轨焊接接头的余热，无需将接头重新加热，可以有效的确保珠光体钢轨闪光焊接头中晶间渗碳体等异常组织正常，并同时保证接头硬度及静弯等性能满足使用需求。

【技术实现步骤摘要】
一种改善钢轨焊接接头显微组织的方法
本专利技术涉及钢轨焊接领域，具体涉及一种改善钢轨接头显微组织的方法。
技术介绍
随着无缝线路技术在客运、货运以及高速、重载等铁路建设在世界范围内的快速发展，钢轨接头的质量越来越引起相关部门的重视。铁道线路作为列车运行的直接载体，其质量的可靠性是列车安全运行的关键。钢轨闪光焊接头属于整个线路的薄弱环节，其质量的好坏可直接影响铁路的安全性，而钢轨接头的显微组织则直接决定了接头的使用性能。目前，国内外主流的钢轨均为珠光体钢轨。所有现行适用于珠光体钢轨闪光焊接标准和企业技术条件中，对接头显微组织均做出了具体的规定。中国铁道行业标准系列标准TB/T1632.2-2014《钢轨焊接第2部分：闪光焊接》中规定钢轨接头焊缝和热影响区的显微组织应为珠光体，可出现少量的铁素体，不应有马氏体或贝氏体等有害组织；美国铁路工程协会标准(AMEMA)中规定，钢轨接头焊缝和热影响区希望为100％的珠光体组织，一旦接头产生了未回火的马氏体组织，会影响静弯试验的结果；欧标BSEN14587-3:2012,Railwayapplications-Track-Flashbuttweldingofrails.Part3:Weldinginassociationwithcrossingconstruction标准中规定，采用光学显微镜在100×的放大倍数下进行观察，不能出现具有脆化迹象的针状碳化物及晶间连续网状的碳化物，允许出现颗粒状的马氏体组织；澳标AS1085.20-2012,RailwaytrackmaterialPart20：Weldingofsteelrail标准中规定，钢轨接头显微组织应为基本上没有晶间渗碳体和未回火马氏体的珠光体组织，如果能满足其他试验的要求，允许存在少量马氏体；多家国外知名重载线路的技术条件中，也明确规定钢轨接头中允许出现的晶间碳化物的位置和尺寸。从上述标准和技术条件不难看出，世界各国对珠光体钢轨闪光焊接头晶间渗碳体组织的形态以及含量要求极高，甚至严于对马氏体、贝氏体等有害组织的允许范畴。如何通过焊接工艺以及焊后处理工艺来抑制或消除珠光体钢轨焊接接头晶间碳化物组织的析出，是获得优质珠光体钢轨闪光焊接头的重要因素。晶间渗碳体即沿晶粒边界分布的在晶粒之间的渗碳体，通常呈网状分。渗碳体是铁与碳的间隙化合物Fe3C，含碳量为6.99重量％。渗碳体属于正交晶系，晶体结构十分复杂，晶胞中含有12个铁原子和4个碳原子。渗碳体具有很高的硬度，约为800HBW，但塑性很差，伸长率接近于零。渗碳体于低温下具有一定的铁磁性，但是在230℃是渗碳体的磁性转变温度。根据理论计算，渗碳体的熔点为1227℃。具有复杂结构的渗碳体是钢中最常见且非常重要的碳化物，也是钢铁中析出相之一。无论作为共析或共晶转变的产物，渗碳体在钢中的存在形式与存在状态(如Fe和C的价态变化、Fe3C晶态与非晶态、几何形状、尺寸、数量和分布)都会直接影响钢铁的性能。根据其析出位置，可将渗碳体分为从液体相中析出的一次渗碳体、从奥氏体中析出的二次渗碳体和从铁素体中析出的三次渗碳体。一次渗碳体呈白色条带状分布在莱氏体之间；二次渗碳体通常沿原始奥氏体晶界析出，当奥氏体转变成珠光体后，二次渗碳体便呈连续网状分布在珠光体的边界上；三次渗碳体分布在铁素体晶界上，但因量少、极分散，一般看不到。在现有的钢轨成分体系的钢中，渗碳体主要以片状和网状的形式存在。层片状渗碳体是钢中渗碳体的主要存在形式，一般由共析转变而来，层片状珠光体由层片状渗碳体与片状铁素体共同构成。网状渗碳体又名先共析渗碳体，在降温时因含碳量变化从高于共析成分的奥氏体中沿晶间析出，多在共析钢或过共析钢中出现，一般都是呈网状，故又称为网状渗碳体。网状渗碳体的出现会大大增加钢的脆性。目前，国内外客运及地铁等普通线路广泛使用的钢轨其钢的碳含量一般为0.61-0.82％，接近平衡状态下共析点的碳含量0.77％，但在某些合金元素的作用下，共析点的碳含量可能降到0.71％左右；同时，经过连铸、轧制生产的钢轨轨腰中心位置通常为成分正偏析区域，具有较高的碳含量，在焊接过程中极易析出呈网状分布的晶间渗碳体，严重时降低接头焊接质量。目前，针对钢轨焊接接头晶间渗碳体析出的抑制工艺研究的技术文献和专利技术专利较少。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术存在的问题，提供一种改善钢轨接头显微组织的方法。为了实现上述目的，本专利技术提供一种改善钢轨焊接接头显微组织的方法，所述方法包括以下步骤：步骤一：使用加速冷却装置，采用水雾和压缩空气为冷却介质，对闪光焊接得到的待冷却的焊接接头轨腰部位进行加速冷却，同时对焊接接头轨腰焊缝中心位置进行测温并监控温度；步骤二：当轨腰焊缝中心位置温度下降至预设温度时，停止加速冷却，然后将焊接接头置于空气中自然冷却至室温；其中，所述钢轨为含碳量为0.6-0.9重量％的珠光体钢轨。优选地，在步骤一中，所述水雾的压力为1-2bar；所述压缩空气的压力为0.2-0.4MPa。优选地，所述钢轨为热轧珠光体钢轨和/或热处理珠光体钢轨。优选地，在步骤一中，所述加速冷却装置为盒状空腔体结构，包括一个冷却介质进入面和一个冷却面，冷却介质通过所述冷却介质进入面进入所述加速冷却装置内，冷却介质通过所述冷却面喷出。优选地，所述冷却面上等距分布有若干锥型窄角喷嘴；优选地，所述锥型窄角喷嘴的喷射角度为40-45°。优选地，在步骤一中，在步骤(1)中，所述焊接接头轨腰部位包含高度方向为钢轨腹板高度的三分之二的区域以及宽度方向为焊接接头热影响区向外延伸40mm的区域。进一步优选地，所述焊接接头轨腰部位包含高度方向为焊缝沿钢轨高度方向中心线向两侧各延伸20-30mm的区域以及宽度方向为沿焊缝宽度方向中心线向两侧各延伸40-60mm的区域。优选地，在步骤一中，所述加速冷却装置的冷却面与轨腰表面的距离为15-35mm。优选地，在步骤一中，所述加速冷却过程中，轨腰焊缝中心位置的冷却速率＞18℃/s；进一步优选地，所述轨腰焊缝中心位置的冷却速率为19-35℃/s。优选地，在步骤二中，所述预设温度为900-1200℃。本专利技术所述的方法，针对碳的质量分数处于0.6-0.9％的珠光体钢轨，利用钢轨焊接接头的余热，无需将接头重新加热，可以有效的确保珠光体钢轨闪光焊接头中晶间渗碳体等异常组织正常，并同时保证接头硬度及静弯等性能满足使用需求。本专利技术效果显著，工艺流程简单，操作方便，对固定式闪光焊和移动式闪光焊均可适用。附图说明图1是本专利技术所述加速冷却装置的安装示意图；图2是测试例1中实施例和对比例的钢轨焊接接头显微组织取样位置示意图；图3是测试例1中对比例1的取样测试的显微组织图；图4是测试例1中对比例2的取样测试的显微组织图；图5是测试例1中对比例3的取样测试的显微组织图。附图标记说明1冷却介质进入面2加速冷却装置3锥形窄脚喷嘴4冷却本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改善钢轨焊接接头显微组织的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：/n步骤一：使用加速冷却装置(2)，采用水雾和压缩空气为冷却介质，对闪光焊接得到的待冷却的焊接接头轨腰部位进行加速冷却，同时对焊接接头轨腰焊缝中心位置进行测温并监控温度；/n步骤二：当轨腰焊缝中心位置温度下降至预设温度时，停止加速冷却，然后将焊接接头置于空气中自然冷却至室温；/n其中，所述钢轨为含碳量为0.6-0.9重量％的珠光体钢轨。/n

【技术特征摘要】
1.一种改善钢轨焊接接头显微组织的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤一：使用加速冷却装置(2)，采用水雾和压缩空气为冷却介质，对闪光焊接得到的待冷却的焊接接头轨腰部位进行加速冷却，同时对焊接接头轨腰焊缝中心位置进行测温并监控温度；
步骤二：当轨腰焊缝中心位置温度下降至预设温度时，停止加速冷却，然后将焊接接头置于空气中自然冷却至室温；
其中，所述钢轨为含碳量为0.6-0.9重量％的珠光体钢轨。


2.根据权利要求1所述的改善钢轨焊接接头显微组织的方法，其特征在于，在步骤一中，所述水雾的压力为1-2bar；所述压缩空气的压力为0.2-0.4MPa。


3.根据权利要求1所述的改善钢轨焊接接头显微组织的方法，其特征在于，所述钢轨为热轧珠光体钢轨和/或热处理珠光体钢轨。


4.根据权利要求1所述的改善钢轨焊接接头显微组织的方法，其特征在于，在步骤一中，所述加速冷却装置(2)为盒状空腔体结构，包括一个冷却介质进入面(1)和一个冷却面(4)，冷却介质通过所述冷却介质进入面(1)进入所述加速冷却装置(2)内，冷却介质通过所述冷却面(4)喷出。


5.根据权利要求4所述的改善钢轨焊接接头显微组织的方法，其特征在于，所述冷却面...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆鑫，李大东，白威，徐飞翔，
申请(专利权)人：攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51