本發明屬于鋼軌焊接技術領域，具體涉及u71mnh鋼軌焊接接頭的焊后熱處理方法。

　　背景技術

　　鋼軌焊接具有加熱溫度高、加熱速度快、高溫停留時間短、溫度分布不均勻及在空冷條件下連續冷卻等特點，在接頭尤其是熱影響區容易出現組織粗大，甚至易形成馬氏體、貝氏體等有害組織，使接頭處出現硬化、脆化等現象；同時焊后接頭產生內部應力，在復雜的外部應力作用下，極易發生斷裂，成為線路運營的薄弱環節。為釋放應力，細化晶粒，改變接頭組織形態，改善已降低的性能狀態，需對鋼軌接頭進行焊后熱處理。

　　專利文獻cn108103299a公開了一種全長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壓調整到0.8～1.0mpa、水量調整到15～20ml/s并達到霧化要求，當焊接接頭溫度降到400±10℃時，用氧炔焰加熱焊接接頭3～5分鐘，測量接頭溫度達到900℃±10℃時，保溫，使接頭溫度均衡，當溫度達到800℃±10℃時，使用便攜式鋼軌淬火器噴霧，噴霧時間為100秒±10秒，噴霧完畢，自然冷卻，當溫度降到400℃±10℃時，打磨整型，探傷，檢測鋼軌及檢測接頭符合要求。該工藝通過熱處理方法解決了鋼軌的平滑程度，使鋼軌可以無限長度化，但未對焊接接頭的硬度做研究；同時該工藝采用噴霧的方式對焊接接頭進行冷卻，若霧化效果不達標，使冷卻介質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變溫度，進而在該區域產生馬氏體等有害組織，接頭硬度存在過高的風險。

　　許鑫等(鐵道建筑，2016(08)：145-148)利用新型感應加熱線圈對焊接接頭進行焊后熱處理，加熱溫度880±10℃；加熱時間>130s；風壓0.06～0.10mpa；噴風時間150s。使用新型感應加熱線圈在上述工藝參數下進行焊后熱處理后，接頭踏面與母材硬度的比值為1.01，軌頭、軌底三角區及2個軌底角晶粒得到細化，晶粒度級別可達9級以上。但其研究對象為u71mn熱軋鋼軌，該方法不適用于u17mnh鋼軌。

　　技術實現要素：

　　本發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變溫度，而產生馬氏體等有害組織使焊接接頭硬度偏低。

　　本發明解決其技術問題采用的技術方案是提供了u71mnh鋼軌焊接接頭的焊后熱處理方法。該方法包括如下步驟：對焊后冷卻至300℃以下的u71mnh鋼軌焊接接頭焊縫區域加熱至865-925℃后停止加熱，采用噴風冷卻，待鋼軌接頭踏面溫度降至458-475℃后停止噴風冷卻，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域加熱方式采用中頻感應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域加熱時間控制在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，所述噴風冷卻的噴風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，所述噴風風壓為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域是指熔合線兩側各20mm內的區域。

　　本發明的有益效果是：

　　本發明方法通過控制加熱溫度、噴風風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；接頭軟點硬度平均值hj1與母材硬度平均值hp的比值≥0.80；軟化區域小于20mm，滿足標準要求。本發明方法有效控制鋼軌接頭硬度的同時，保證了鋼軌接頭組織形態正常，改善了已降低的性能狀態。本發明方法具有良好的推廣應用前景，可在國內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。

　　具體實施方式

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

　　本發明中，對焊后冷卻至300℃以下的u71mnh鋼軌焊接接頭焊縫區域加熱至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，釋放了接頭應力，細化接頭晶粒，改變接頭組織形態，改善已降低的性能狀態。

　　當鋼軌軌頭表面達到要求范圍時，不能保證鋼軌內部，尤其是心部溫度也能達到要求溫度，為了保證心部溫度能夠達到要求溫度，溫度不能過低；當溫度過高時，一方面，相對較薄的鋼軌軌底處溫度比實際測量溫度較高，存在組織過熱的風險，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，熱影響區寬度會變寬，甚至不滿足標準要求。

　　本發明中，終冷溫度應控制在420-470℃。終冷溫度過高，達不到硬度要求；終冷溫度過低，會使整個鋼軌接頭組織發生異常。

　　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域加熱方式采用中頻感應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域加熱時間控制在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間為110-210s，若加熱時間過短，實際相變區域只有鋼軌表層，鋼軌內部組織得不到提升；若加熱時間過長，鋼軌接頭存在過熱的風險，會影響接頭組織，同時可能使鋼軌接頭軟化區域超標。

　　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的硬度，起始噴風溫度需要控制在上述范圍內。

　　其中，在上述u71mnh鋼軌焊接接頭的焊后熱處理方法中，所述噴風冷卻的噴風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，所述噴風風壓為0.2±0.05mpa。噴風風壓過高或過低，都會影響冷卻速率，導致硬度不達標。

　　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域是指熔合線兩側各20mm內的區域。

　　本發明中鋼軌接頭處指以熔合線為中心兩側各100mm內的區域。

　　實施例1

　　采用中頻加熱方式對60kg/mu71mnh鋼軌焊接接頭焊縫區域加熱至865℃后停止加熱，加熱時間為120s。停止加熱后，待鋼軌接頭踏面溫度降至735℃時，進行噴風冷卻，噴風口距離鋼軌接頭表面30mm，噴風風壓為0.2±0.05mpa，當接頭踏面溫度風冷降至終冷溫度為458℃時，停止噴風冷卻，隨后鋼軌接頭進行自然冷卻至室溫。參照tb/t1632.2-2014標準要求，采用hr-150a洛氏硬度計測試縱斷面上軌頭踏面下5mm洛氏硬度。本實施例中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，接頭左側軟化區寬度為17.0mm，右側軟化區寬度為9.0mm，滿足標準要求。

　　實施例2

　　采用中頻加熱方式對60kg/mu71mnh鋼軌焊接接頭焊縫區域加熱至925℃后停止加熱，加熱時間為135s。停止加熱后，待鋼軌接頭踏面溫度降至730℃時，進行噴風冷卻，噴風口距離鋼軌接頭表面30mm，噴風風壓為0.2±0.05mpa，當接頭踏面溫度風冷降至終冷溫度為458℃時，停止噴風冷卻，隨后鋼軌接頭進行自然冷卻至室溫。參照tb/t1632.2-2014標準要求，采用hr-150a洛氏硬度計測試縱斷面上軌頭踏面下5mm洛氏硬度。本實施例中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，接頭左側軟化區寬度為14.0mm，右側軟化區寬度為14.0mm，滿足標準要求。

　　實施例3

　　采用氧乙炔火焰加熱方式對60kg/mu71mnh鋼軌焊接接頭焊縫區域加熱至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，加熱時間為210s。停止加熱后，待鋼軌接頭踏面溫度降至730℃時，進行噴風冷卻，噴風口距離鋼軌接頭表面30mm，噴風風壓為0.2±0.05mpa，當接頭踏面溫度風冷降至終冷溫度為462℃時，停止噴風冷卻，隨后鋼軌接頭進行自然冷卻至室溫。參照tb/t1632.2-2014標準要求，采用hr-150a洛氏硬度計測試縱斷面上軌頭踏面下5mm洛氏硬度。本實施例中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，接頭左側軟化區寬度為18.5mm，右側軟化區寬度為11.0mm，滿足標準要求。

　　實施例4

　　采用中頻加熱方式對60kg/mu71mnh鋼軌焊接接頭焊縫區域加熱至881℃后停止加熱，加熱時間為119s。停止加熱后，待鋼軌接頭踏面溫度降至736℃時，進行噴風冷卻，噴風口距離鋼軌接頭表面30mm，噴風風壓為0.2±0.05mpa，當接頭踏面溫度風冷降至終冷溫度為475℃時，停止噴風冷卻，隨后鋼軌接頭進行自然冷卻至室溫。參照tb/t1632.2-2014標準要求，采用hr-150a洛氏硬度計測試縱斷面上軌頭踏面下5mm洛氏硬度。本實施例中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，接頭左側軟化區寬度為8.5mm，右側軟化區寬度為14.0mm，滿足標準要求。

　　對比例

　　采用中頻加熱方式對60kg/mu71mnh鋼軌焊接接頭焊縫區域加熱至879℃后停止加熱，加熱時間為115s，停止加熱后，待鋼軌接頭踏面溫度降至711℃時，進行噴風冷卻，噴風口距離鋼軌接頭表面30mm，噴風風壓為0.3±0.05mpa，當接頭踏面溫度風冷降至終冷溫度為488℃時，停止噴風冷卻，隨后鋼軌接頭進行自然冷卻至室溫。參照tb/t1632.2-2014標準要求，采用hr-150a洛氏硬度計測試縱斷面上軌頭踏面下5mm洛氏硬度。本實施例中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，接頭左側軟化區寬度為25.0mm，右側軟化區寬度為30.0mm，不滿足標準要求。

　　由實施例1-4可知，采用本發明方法對u71mnh鋼軌焊接接頭進行熱處理，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；接頭軟點硬度平均值hj1與母材硬度平均值hp的比值≥0.80；左側和右側的軟化區域小于20mm，滿足標準要求。而對比例未采用本發明方法對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，接頭左側軟化區寬度為25.0mm，右側軟化區寬度為25.0mm，不滿足標準要求。

　　技術特征：

　　技術總結

　　本發明涉及U71MnH鋼軌焊接接頭的焊后熱處理方法，屬于鋼軌焊接技術領域。本發明為了解決現有鋼軌焊接接頭在熱處理過程中冷卻時因局部冷速高于臨界轉變溫度，而產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：對焊后冷卻至300℃以下的U71MnH鋼軌焊接接頭焊縫區域加熱至865?925℃后停止加熱，采用噴風冷卻，待鋼軌接頭踏面溫度降至458?475℃后停止噴風冷卻，自然冷卻至室溫。采用本發明方法有效控制U71MnH鋼軌焊接接頭的硬度的同時，保證了接頭組織正常。

　　技術研發人員：陸鑫;李大東;王若愚;鄧健

　　受保護的技術使用者：攀鋼集團攀枝花鋼鐵研究院有限公司

　　技術研發日：2018.10.24

　　技術公布日：2018.12.18