[发明专利]一种贝氏体钢轨焊接接头及控制贝氏体钢轨焊接接头“白块”组织的焊后热处理方法

说明书

本发明提供了一种贝氏体钢轨焊接接头，在微观金相上，所述焊接接头包括焊缝组织和分布在焊缝及其周围的白块组织；其中，尺寸大于等于100μm的白块组织的数量小于10个/单个微观金相视场。本发明采用了特定的贝氏体钢轨焊接接头的焊后热处理方法，通过特定过程的三级冷却方式，得到了白块缺陷尺寸小，且含量少的贝氏体钢轨焊接接头。本发明通过特定的焊后热处理工艺，能够显著减少焊接接头微观组织中“白块”缺陷的数量，避免了因焊接区域缺陷而导致的焊接接头裂纹扩展，有助于改善贝氏体钢轨焊接接头的力学性能，进而改善铁路线路运行过程中因钢轨焊接区域硬度偏低而导致的“鞍型”磨耗及轮轨冲击，延长钢轨使用寿命及保证铁路运行安全。

技术领域

本发明属于贝氏体钢轨焊接技术领域，涉及一种贝氏体钢轨焊接接头及贝氏体钢轨焊接接头的焊后热处理方法，尤其涉及一种贝氏体钢轨焊接接头及控制贝氏体钢轨焊接接头“白块”组织的焊后热处理方法。

背景技术

奥氏体过冷到低于珠光体转变温度和高于马氏体转变温度之间的温区时，将发生由切变相变与短程扩散相配合的转变，其转变产物被称为贝氏体或贝茵体。而钢中的贝氏体就是铁素体和碳化物的混合组织。

近几十年来，贝氏体钢轨已成为世界各国的研究热点，因其韧性高、耐磨损及使用寿命长等特性而有望取代传统的珠光体钢轨，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，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。此类钢轨采用焊接方式铺设无缝线路，因贝氏体钢轨中合金含量较高，在贝氏体钢轨的轨腰等部位容易出现Mn偏析区导致马氏体带状组织，尤其是闪光焊工艺过程中焊缝附近极易出现异常的白亮缺陷，业内通常称为“白块”，给铁路安全运行带来了潜在的危害。这些白亮缺陷微观组织复杂，是焊接半熔区晶界元素富集的结果，其表现白亮的原因是元素富集和组织差异。“白块”实质上是元素富集的晶界高合金区，其为在钢轨焊接高温条件下高合金区晶界熔化或液化，在焊接空冷条件下产生的马氏体组织，因耐金相腐蚀剂的腐蚀而呈现白色状态。带状偏析会影响接头的冲击韧性，且“白块”多在带状组织内产生。而且受熔化过程及高温影响，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，钢轨焊接过热区奥氏体晶粒粗化，导致焊缝及热影响区的硬度远低于钢轨母材。软化的钢轨焊接接头在服役过程中，易优先在踏面部位形成“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/T1632.3-2014《钢轨焊接第3部分：铝热焊接》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标准评估贝氏体钢轨焊接接头的力学性能是不合适的。

更主要的是，采用现有的贝氏体钢轨焊接技术，焊接所形成的焊接头的微观组织中“白块”组织的数量多，且尺寸较大，而贝氏体钢轨焊接头伤损的主要原因，正是这些“白块”上极易产生微裂纹，裂纹沿接头带状组织方向扩展，形成轨头核伤，而轨头核伤是造成钢轨断裂的主要原因，进而缩短钢轨的使用寿命。

因此，如何找到一种方法能够有效控制贝氏体钢轨焊接接头附近“白块”的方法，以提高贝氏体钢轨焊接接头的服役性能，并保证铁路运行安全，已成为铁路工程领域亟需解决的问题之一。

发明内容