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与流程

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。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供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，特别是一种控制贝氏体钢轨焊接接头“白块”组织的焊后热处理方法，采用本发明提供的焊后热处理工艺，能够有效的控制贝氏体钢轨焊接接头附近的“白块”，大大减少“白块”的数量和尺寸，进而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，而且工艺简单，条件温和，易于控制，适于规模化生产的推广和应用。

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。

优选的，所述白块组织的尺寸小于等于2000μm；

所述焊缝的宽度为101～772μm；

所述白块组织之间相互独立；

所述焊接接头由焊接得到的待冷却的贝氏体钢轨焊接接头经热处理后得到。

优选的，所述焊缝组织为白亮的脱碳层；

所述焊缝组织包括铁素体组织和贝氏体组织；

所述白块组织具有不规则形态；

所述热处理包括三级冷却步骤。

优选的，所述分布在焊缝及其周围的白块组织具体为：不规则分布在近焊缝区域的白色微区；

所述焊接包括闪光焊接和/或气压焊接；

所述热处理包括第一级冷却、加热、第二级冷却和第三级冷却步骤。

本发明提供了一种贝氏体钢轨焊接接头的焊后热处理方法，包括以下步骤：

1)将焊接得到的待冷却的贝氏体钢轨的焊接接头进行第一级冷却，得到第一级冷却后的焊接接头；

2)将上述步骤得到的第一级冷却后的焊接接头进行加热，再进行第二级冷却，得到第二级冷却后的焊接接头；

3)将上述步骤得到的第二级冷却后的焊接接头进行第三级冷却后，得到贝氏体钢轨焊接接头。

优选的，所述焊接得到的待冷却的贝氏体钢轨的焊接接头的温度为1400～1600℃；

所述第一级冷却为缓冷；

所述第二级冷却为快速冷却；

所述第三级冷却为自然冷却；

所述加热为全断面加热。

优选的，所述第二级冷却的开冷温度大于等于800℃；

所述第一级冷却的冷却速率为0.8～1.4℃/min；

所述加热的加热速率为6.2～10.8℃/s；

所述第二级冷却的冷却速率为0.9～2.1℃/s；

所述第三级冷却的冷却速率为0.3～0.9℃/s。

优选的，所述加热时，控制轨头与轨底脚的温度差不超过50℃；

所述第一级冷却后的焊接接头的温度小于等于290℃；

所述加热后的温度小于等于970℃；

所述第二级冷却后的焊接接头的温度小于等于280℃。

优选的，所述第一级冷却后的焊接接头的温度为150～280℃；

所述加热后的温度为880～960℃；

所述第二级冷却后的焊接接头的温度为180～270℃；

所述第一级冷却的方式为间接冷却；

所述第三级冷却的方式为直接冷却。

优选的，所述第一级冷却具体为：采用保温装置控制冷却速度下，进行缓冷；

所述第三级冷却的方式为直接冷却；

所述加热的方式包括中频感应仿型电加热线圈加热和/或氧-乙炔火焰仿型加热器加热；

所述第二级冷却的方式为以喷射压缩空气、雾和水雾混合气体中的一种或多种作为冷却介质，进行快速冷却。

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。与现有技术相比，本发明针对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，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，造成钢轨断裂，缩短钢轨的使用寿命的缺陷。

本发明创造性的对贝氏体钢轨焊接接头的采用了特定的焊后热处理方法，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。本发明通过控制贝氏体钢轨焊接接头附近“白块”组织的焊后热处理工艺方法，能够显著减少贝氏体钢轨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。

本发明为了弥补现有贝氏体钢轨焊接技术的不足，提供了一种控制贝氏体钢轨焊接接头附近“白块”组织的焊后热处理工艺方法，基于贝氏体钢轨表现出对温度的高度敏感性，接头的各个冷却过程会直接影响贝氏体钢轨焊接接头的各项力学性能的机理，本发明针对钢轨焊接接头由焊接开始到最后冷却至室温的整个过程，以温度控制为前提，提供了该焊后热处理工艺方法，该方法能够有效控制贝氏体钢轨焊接接头附近白亮缺陷数量的多少，从而保证铁路运行安全。

本发明提供的贝氏体钢轨焊接接头的焊后热处理方法，有效的克服了现有技术中对于贝氏体钢轨焊接接头的焊后热处理方法，仅能够降低贝氏体钢轨焊接接头中的马氏体组织含量的缺陷。本发明提供的焊后热处理工艺方法是能够减少因贝氏体钢轨焊接而降低的接头力学性能，能够在焊接过程中，通过控制不同的焊后热处理工艺参数，以达到降低不同情况下微观区域中“白块”组织的目的。

实验结果表明，本发明提供的焊后热处理方法，能够有效的控制贝氏体钢轨焊接接头中“白块”异常组织含量，贝氏体钢轨焊接接头的实物疲劳寿命不低于tb1632标准规定的200万次，而且贝氏体钢轨接头焊缝风冷区域的踏面下纵向硬度达到钢轨母材平均硬度的85％～90％。

附图说明

图1为本发明实施例1得到的贝氏体钢轨焊接接头的金相显微镜下的显微组织结构图；

图2为本发明实施例2得到的贝氏体钢轨焊接接头的金相显微镜下的显微组织结构图；

图3为本发明对比例1得到的贝氏体钢轨焊接接头的金相显微镜下的显微组织结构图；

图4为本发明对比例2得到的贝氏体钢轨焊接接头的金相显微镜下的显微组织结构图。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为了进一步说明本发明的特征和优点，而不是对发明权利要求的限制。

本发明所有原料，对其来源没有特别限制，在市场上购买的或按照本领域技术人员熟知的常规方法制备的即可。

本发明所有原料，对其纯度没有特别限制，本发明优选采用工业纯或贝氏体钢轨焊接技术领域常规的纯度要求。

本发明所用工艺和产品，其简称均属于本领域常规简称，每个简称的具体步骤和常规参数在其相关领域内均是清楚明确的，本领域技术人员根据简称，能够以常规方法进行实现。

本发明提供了一种贝氏体钢轨焊接接头，其特征在于，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。

本发明对所述贝氏体钢轨的定义和组成没有特别限制，以本领域技术人员熟知的贝氏体钢轨的定义和组成即可，本领域技术人员可以根据实际应用情况、产品要求及质量要求进行选择和调整，本发明所述贝氏体钢轨的化学成分可以为：c含量0.18～0.30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％。其中，c含量还可以为0.20～0.28重量％，或者为0.22～0.25重量％。si含量还可以为1.0～1.6重量％，或者为1.2～1.4重量％。mn含量还可以为1.7～2.3重量％，或者为1.9～2.1重量％。cr含量还可以为0.70～1.40重量％，或者为0.90～1.20重量％。mo含量还可以为0.25～0.45重量％，或者为0.30～0.40重量％。

本发明对所述微观金相的定义没有特别限制，以本领域技术人员熟知的金属材料的微观金相组织即可，本领域技术人员可以根据实际应用情况、产品要求及质量要求进行选择和调整，本发明所述微观金相可以从微观金相照片中得到体现。本发明对所述白块组织的定义没有特别限制，以本领域技术人员熟知的贝氏体钢材的白块缺陷即可，本领域技术人员可以根据实际应用情况、产品要求及质量要求进行选择，本发明所述白块，即指，白亮缺陷，其经3％的硝酸酒精溶液腐蚀后，呈现出比马氏体组织更亮的白色块状组织。

本发明原则对所述焊缝组织的成分和尺寸没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际应用情况、产品要求及质量要求进行选择和调整，本发明所述焊缝组织为白亮的脱碳层，所述焊缝组织优选包括铁素体组织和贝氏体组织。本发明为更好的减少因贝氏体钢轨焊接而降低的接头力学性能，能够控制不同情况下微观区域中“白块”组织的数量和尺寸，所述焊缝的宽度优选为101～772μm，更优选为201～672μm，更优选为301～572μm，更优选为401～472μm。本发明中，所述“焊接接头”在宏观上，为经焊接后得到的包含焊缝和/或正火热影响区在内的宽度为80～120mm(可以为85～115mm，或者为90～110mm)范围的区域，该区域的中心为钢轨焊缝。

本发明原则对所述白块组织的数量没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际应用情况、产品要求及质量要求进行选择和调整，本发明为更好的减少因贝氏体钢轨焊接而降低的接头力学性能，能够控制不同情况下微观区域中“白块”组织的数量和尺寸，在本发明中，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。本发明所述单个微观金相视场是指在单个的金相显微镜系统的光学金相视场，即采用金相显微镜用目镜单次直接观察的视场的面积。本发明在单个的金相显微镜系统的光学金相视场中，尺寸大于等于100μm的白块组织的数量能够小于10个。其中白块组织的尺寸更优选大于等于150μm，更优选大于等于200μm；白块组织的数量更优选小于10个，更优选小于等于8个，更优选小于等于5个。

本发明对所述是单个微观金相视场的具体倍数没有特别限制，以本领域技术人员熟知的常规此类焊接接头微观金相图的常规倍数即可，本领域技术人员可以根据实际应用情况、产品要求及质量要求进行选择和调整，在本发明中，微观金相视场的具体倍数的端点值以能够清楚的显示100μm的白块组织为准，端点值过大或过小均会导致100μm的白块组织显示不清或显示不完整。

本发明原则对所述白块组织的尺寸没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际应用情况、产品要求及质量要求进行选择和调整，本发明为更好的减少因贝氏体钢轨焊接而降低的接头力学性能，能够控制不同情况下微观区域中“白块”组织的数量和尺寸，所述白块组织的尺寸优选小于等于2000μm，更优选小于等于1000μm，更优选小于等于500μm，更优选小于等于200μm，更优选小于等于100μm，具体可以为0.1～100μm。

本发明原则对所述白块组织的形态没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际应用情况、产品要求及质量要求进行选择和调整，本发明为更好的减少因贝氏体钢轨焊接而降低的接头力学性能，能够控制不同情况下微观区域中“白块”组织的数量和尺寸，所述白块组织之间可以为相互独立。所述白块组织可以具有不规则形态。所述分布在焊缝及其周围的白块组织具体可以为：不规则分布在近焊缝区域的白色微区。

本发明原则上对所述焊接接头的制备形式没有特别限制，以本领域技术人员熟知的贝氏体钢轨焊接接头的制备形式即可，本领域技术人员可以根据实际应用情况、产品要求及质量要求进行选择和调整，本发明所述焊接优选包括闪光焊接和/或气压焊接，更优选为闪光焊接或气压焊接。本发明为更好的减少因贝氏体钢轨焊接而降低的接头力学性能，能够控制不同情况下微观区域中“白块”组织的数量和尺寸，所述焊接接头特别由焊接得到的待冷却的贝氏体钢轨焊接接头经热处理后得到。本发明所述热处理优选包括三级冷却步骤。其中所述热处理具体优选包括第一级冷却、加热、第二级冷却和第三级冷却步骤。

基于钢轨接头焊后正火热处理过程中，风冷工艺的制定将直接关系到焊接接头踏面下的纵向硬度恢复程度，本发明在研究中发现，若风冷强度过高，则焊接接头易出现因韧塑性较差而导致的疲劳伤损，甚至断裂；若风冷强度较低，则会造成因焊接区域的硬度未能达到母材平均硬度的90％，而导致的焊接接头踏面低塌，影响线路平顺性，甚至行车安全。

因而，本发明从热处理过程和参数入手，进行创造性的选择和组合，提供了一种贝氏体钢轨焊接接头的焊后热处理方法，包括以下步骤：

1)将焊接得到的待冷却的贝氏体钢轨的焊接接头进行第一级冷却，得到第一级冷却后的焊接接头；

2)将上述步骤得到的第一级冷却后的焊接接头进行加热，再进行第二级冷却，得到第二级冷却后的焊接接头；

3)将上述步骤得到的第二级冷却后的焊接接头进行第三级冷却后，得到贝氏体钢轨焊接接头。

本发明对上述贝氏体钢轨焊接接头的焊后热处理方法中所采用的材料成分、形态、尺寸和状态选择和比例，以及相应的优选原则，与前述贝氏体钢轨焊接接头中所对应的材料成分、形态、尺寸和状态选择和比例，以及相应的优选原则均可以进行对应，在此不再一一赘述。

本发明首先将焊接得到的待冷却的贝氏体钢轨的焊接接头进行第一级冷却，得到第一级冷却后的焊接接头。

本发明对所述待冷却的贝氏体钢轨的焊接接头的初始温度没有特别限制，以本领域技术人员熟知的待冷却的贝氏体钢轨的焊接接头的常规热处理前的温度即可，本领域技术人员可以根据实际生产情况、产品要求及质量要求进行选择和调整，本发明所述焊接得到的待冷却的贝氏体钢轨的焊接接头的温度优选为1400～1600℃，更优选为1420～1580℃，更优选为1450～1550℃，更优选为1470～1530℃。

本发明原则上对所述第一级冷却的形式和方式没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际应用情况、产品要求及质量要求进行选择和调整，本发明为更好的减少因贝氏体钢轨焊接而降低的接头力学性能，能够降低不同情况下微观区域中“白块”组织的数量和尺寸，所述第一级冷却优选为缓冷。所述第一级冷却的方式优选为间接冷却，可以为采用保温装置控制冷却速度下，进行缓冷，具体可以为，间接将温度较高的贝氏体钢轨焊接接头冷却，利用特殊的保温装置控制热处理后处于高温状态下的焊接接头的冷却速度。在本发明中，更具体为，用添加石棉的保温罩延缓钢轨由焊接得到残余温度较高的贝氏体钢轨的焊接接头冷却至所述第一级冷却后的焊接接头的温度时所用的时间。

本发明原则上对所述第一级冷却的具体参数没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际应用情况、产品要求及质量要求进行选择和调整，本发明为更好的减少因贝氏体钢轨焊接而降低的接头力学性能，能够降低不同情况下微观区域中“白块”组织的数量和尺寸，所述第一级冷却的冷却速率优选为0.8～1.4℃/min，更优选为0.9～1.3℃/min，更优选为1.0～1.2℃/min。所述第一级冷却后的焊接接头的温度优选小于等于290℃，更优选为150～280℃，更优选为180～250℃，更优选为200～230℃。

本发明随后将上述步骤得到的第一级冷却后的焊接接头进行加热，再进行第二级冷却，得到第二级冷却后的焊接接头。

本发明原则上对所述加热的形式和方式没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际应用情况、产品要求及质量要求进行选择和调整，本发明为更好的减少因贝氏体钢轨焊接而降低的接头力学性能，能够降低不同情况下微观区域中“白块”组织的数量和尺寸，所述加热优选为全断面加热。所述加热的方式优选包括中频感应仿型电加热线圈加热和/或氧-乙炔火焰仿型加热器加热，更优选为中频感应仿型电加热线圈加热或氧-乙炔火焰仿型加热器加热。本发明所述加热时，优选控制轨头与轨底脚的温度差不超过50℃，更优选为不超过40℃，更优选为不超过30℃。在本发明中，所述采用全断面的方式进行加热是指对包含焊缝在内的长度约为80～120mm范围内的钢轨焊接接头整个截面进行加热的方式。

本发明原则上对所述加热的具体参数没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际应用情况、产品要求及质量要求进行选择和调整，本发明为更好的减少因贝氏体钢轨焊接而降低的接头力学性能，能够降低不同情况下微观区域中“白块”组织的数量和尺寸，所述加热的加热速率优选为6.2～10.8℃/s，更优选为7.2～9.8℃/s，更优选为8.2～8.8℃/s。所述加热后的焊接接头的温度优选小于等于970℃，更优选为880～960℃，更优选为890～950℃，更优选为900～940℃，更优选为910～930℃。

本发明中，正火热处理通常是指采用常规方式将金属工件加热至ac3(加热时铁素体转变为奥氏体的终了温度)以上的30～50℃，保温一段时间后，将金属工件从炉中取出，并在空气中进行自然冷却、喷雾或喷压缩空气冷却的热处理工艺。而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，本发明采用比常规正火温度稍高的温度将钢轨焊接接头加热至目标温度后，再进行空冷或风冷的热处理工艺，本发明所述加热的温度，即正火加热温度优选为880～960℃。

本发明原则上对所述贝氏体钢轨的焊接接头第二级冷却的初始温度没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际生产情况、产品要求及质量要求进行选择和调整，本发明为更好的减少因贝氏体钢轨焊接而降低的接头力学性能，能够降低不同情况下微观区域中“白块”组织的数量和尺寸，所述第二级冷却的开冷温度优选大于等于800℃，更优选大于等于820℃，更优选大于等于840℃。

本发明原则上对所述第二级冷却的形式和方式没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际应用情况、产品要求及质量要求进行选择和调整，本发明为更好的减少因贝氏体钢轨焊接而降低的接头力学性能，能够降低不同情况下微观区域中“白块”组织的数量和尺寸，所述第二级冷却优选为快速冷却。所述第二级冷却的方式优选为以喷射压缩空气、雾和水雾混合气体中的一种或多种作为冷却介质，进行快速冷却，具体可以为，以喷射压缩空气、雾和水雾混合气体中的一种作为冷却介质，进行快速冷却。

在本发明中，将所述加热后的焊接接头进行第二级冷却，得到第二级冷却后的焊接接头时，冷却区域除正火加热区外，优选还包括加热区外两侧长度80mm范围内(更优选为60mm内，更优选为50mm内)的钢轨轨头踏面和侧面。

本发明原则上对所述第二级冷却的具体参数没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际应用情况、产品要求及质量要求进行选择和调整，本发明为更好的减少因贝氏体钢轨焊接而降低的接头力学性能，能够降低不同情况下微观区域中“白块”组织的数量和尺寸，所述第二级冷却的冷却速率优选为0.9～2.1℃/s，更优选为1.1～1.9℃/s，更优选为1.3～1.7℃/s。所述第二级冷却后的焊接接头的温度优选小于等于280℃，更优选为180～270℃，更优选为200～250℃，更优选为220～230℃。

本发明最后将上述步骤得到的第二级冷却后的焊接接头进行第三级冷却后，得到贝氏体钢轨焊接接头。

本发明原则上对所述第三级冷却的形式和方式没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际应用情况、产品要求及质量要求进行选择和调整，本发明为更好的减少因贝氏体钢轨焊接而降低的接头力学性能，能够降低不同情况下微观区域中“白块”组织的数量和尺寸，所述第三级冷却优选为自然冷却。所述第三级冷却的方式优选为直接冷却，具体可以为，在空气中直接自然冷却至室温。

本发明对所述室温的定义没有特别限制，以本领域技术人员熟知的室温的常规定义即可，本领域技术人员可以根据实际生产情况、产品要求及质量要求进行选择和调整，本发明所述室温优选为5～40℃，更优选为10～35℃，更优选为15～30℃，更优选为20～25℃。

本发明原则上对所述第三级冷却的具体参数没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际应用情况、产品要求及质量要求进行选择和调整，本发明为更好的减少因贝氏体钢轨焊接而降低的接头力学性能，能够降低不同情况下微观区域中“白块”组织的数量和尺寸，所述第三级冷却的冷却速率优选为0.3～0.9℃/s，更优选为0.4～0.8℃/s，更优选为0.5～0.7℃/s。

在本发明中，所述第一级冷却、所述第二级冷却和所述第三级冷却的冷却方法可以采用空冷和风冷等冷却方法中的至少一种，为了提高焊接接头相关力学性能，本发明中第一级冷却优选采用缓冷，第二级冷却优选采用风冷，第三级冷却优选采用空冷。其中，第一级冷却为借助相关介质进行缓慢冷却的间接冷却，第三级冷却为直接将所述得到的残余温度较高的贝氏体钢轨的焊接接头进行自然冷却的直接冷却。

本发明为了弥补现有贝氏体钢轨焊接技术的不足，上述步骤提供了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。本发明基于贝氏体钢轨表现出对温度的高度敏感性，接头的各个冷却过程会直接影响贝氏体钢轨焊接接头的各项力学性能，本发明针对钢轨焊接接头由焊接开始到最后冷却至室温的整个过程，以温度控制为前提，提供其焊后热处理工艺方法。该方法能够有效控制贝氏体钢轨焊接接头附近白亮缺陷数量的多少，从而保证铁路运行安全。其具体步骤可以为：将焊接得到的残余温度较高的贝氏体钢轨焊接接头进行第一级冷却至第一温度，然后将第一级冷却得到的焊接接头加热至一定温度，并在随后进行第二级冷却，当冷却至第二温度时停止第二级冷却，随即进行第三级冷却至室温，其中，所述第一温度不超过290℃，所述一定温度高于所述第一温度且不超过970℃，所述第二温度不超过280℃，所述第一级冷却的冷却方式为缓冷，第二级冷却的冷却方式为施以冷却介质的快速冷却，第三级冷却的冷却方式为在空气中的自然冷却，控制第二级冷却的开冷温度为焊接接头由第一温度加热至第二温度停止后的800℃以上。

本发明创造性的对贝氏体钢轨焊接接头的焊后热处理方法进行改进，采用了特定过程的三级冷却方式，更采用特定温度和冷却速率组合下的缓冷、全断面加热、快速冷却和自然冷却的组合，得到了白块缺陷尺寸小，且含量少的贝氏体钢轨焊接接头。本发明通过控制贝氏体钢轨焊接接头附近“白块”组织的焊后热处理工艺方法，能够显著减少贝氏体钢轨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。

本发明基于贝氏体钢轨表现出对温度的高度敏感性，接头的各个冷却过程会直接影响贝氏体钢轨焊接接头的各项力学性能的机理，本发明针对钢轨焊接接头由焊接开始到最后冷却至室温的整个过程，以温度控制为前提，提供了该焊后热处理工艺方法，该方法能够有效控制贝氏体钢轨焊接接头附近白亮缺陷数量的多少，能够有效改善贝氏体钢轨焊接接头中组织成分及提高钢轨焊接接头实物疲劳寿命，从而避免因焊接区域硬度偏低而导致的焊接接头踏面低塌，延长钢轨使用寿命，保证铁路运行安全。

本发明提供的贝氏体钢轨焊接接头的焊后热处理方法，有效的克服了现有技术中对于贝氏体钢轨焊接接头的焊后热处理方法，仅能够降低贝氏体钢轨焊接接头中的马氏体组织含量的缺陷。本发明提供的焊后热处理工艺方法是能够减少因贝氏体钢轨焊接而降低的接头力学性能，能够在焊接过程中，通过控制不同的焊后热处理工艺参数，以达到降低不同情况下微观区域中“白块”组织的目的。

实验结果表明，本发明提供的焊后热处理方法，能够有效的控制贝氏体钢轨焊接接头中“白块”异常组织含量，贝氏体钢轨焊接接头的实物疲劳寿命不低于tb1632标准规定的200万次，而且贝氏体钢轨接头焊缝风冷区域的踏面下纵向硬度达到钢轨母材平均硬度的85％～90％。

为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的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进行详细描述，但是应当理解，这些实施例是在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制，本发明的保护范围也不限于下述的实施例。

以下实施例中所用原辅材料均为市售。其中，贝氏体钢轨的型号为pb2热处理贝氏体钢轨，产自攀钢集团。

实施例1

将采用闪光焊焊接得到的余温较高的贝氏体钢轨焊接接头进行缓冷，当焊接接头从1550℃冷却至200℃时，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950℃时停止加热，然后将得到的钢轨焊接接头立即进行风冷至230℃，然后将焊接接头空冷至室温(约为23℃)，从而得到本发明的经焊后热处理的贝氏体钢轨焊接接头。

对实施例1得到的贝氏体钢轨焊接接头进行表征。

将本实施例得到的贝氏体钢轨焊接接头机加工成金相试样，并在显微镜下观察其微观组织形貌，显微组织分布情况如图1所示。

参见图1，图1为本发明实施例1得到的贝氏体钢轨焊接接头的金相显微镜下的显微组织结构图。其中，1为焊缝。

对实施例1得到的贝氏体钢轨焊接接头进行检测。

按照tb1632标准测试，本发明实施例1的贝氏体钢轨焊接接头的实物疲劳寿命不低于200万次。贝氏体钢轨接头焊缝风冷区域的踏面下纵向硬度达到钢轨母材平均硬度的85％～90％，非常接近轨母材平均硬度，所以钢轨焊接试样在实物疲劳过程中未发生断裂。

实施例2

将采用闪光焊焊接得到的余温较高的贝氏体钢轨焊接接头进行缓冷，当焊接接头从1530℃冷却至180℃时，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940℃时停止加热，然后将钢轨焊接接头进行风冷至240℃，最后将焊接接头空冷至室温(约为23℃)，从而得到本发明的经焊后热处理的贝氏体钢轨焊接接头。

对实施例2得到的贝氏体钢轨焊接接头进行表征。

将本实施例得到的贝氏体钢轨焊接接头机加工成金相试样，并在显微镜下观察其微观组织形貌，其组织分布效果与实施例1所示结果相似，显微组织分布情况如图2所示。

参见图2，图2为本发明实施例2得到的贝氏体钢轨焊接接头的金相显微镜下的显微组织结构图。

对实施例2得到的贝氏体钢轨焊接接头进行检测。

按照tb1632标准测试，本发明实施例2的贝氏体钢轨焊接接头的实物疲劳寿命不低于200万次。贝氏体钢轨接头焊缝风冷区域的踏面下纵向硬度达到钢轨母材平均硬度的85％～90％，非常接近轨母材平均硬度，所以钢轨焊接试样同样在实物疲劳过程中未发生断裂。

对比例1

按照实施例1的方法对贝氏体钢轨焊接接头进行焊后热处理，不同的是，当焊接接头由950℃冷却至160℃时停止风冷，然后再将焊接接头空冷至室温(约23℃)。

对对比例1得到的贝氏体钢轨焊接接头进行表征。

将对比例得到的贝氏体钢轨焊接接头机加工成金相试样，并在显微镜下观察其微观组织形貌，其显微组织分布情况如图3所示。

参见图3，图3为本发明对比例1得到的贝氏体钢轨焊接接头的金相显微镜下的显微组织结构图。

对对比例1得到的贝氏体钢轨焊接接头进行检测。

试验证实，焊接接头的平均硬度范围为35.6～40.3hrc，焊接区域的平均硬度要高出约10％，而对于贝氏体钢轨焊接接头，其越接近钢轨母材的平均硬度越好，高于钢轨母材的平均硬度则危害性更大，因而钢轨焊接试样在实物疲劳过程中发生断裂。

对比例2

将采用闪光焊焊接得到的余温较高的贝氏体钢轨焊接接头进行空冷，当焊接接头从1560℃冷却至200℃时，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940℃时停止加热，然后将钢轨焊接接头进行风冷至160℃，从而得到焊后正火后的贝氏体钢轨焊接接头。

对对比例2得到的贝氏体钢轨焊接接头进行表征。

将对比例得到的贝氏体钢轨焊接接头机加工成金相试样，并在显微镜下观察其微观组织形貌，其显微组织分布情况如图4所示。

参见图4，图4为本发明对比例2得到的贝氏体钢轨焊接接头的金相显微镜下的显微组织结构图。其中，2为“白块”。

由图3、图4可见，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，所得到的焊接接头的金相试样中“白块”组织有明显的增多，且马氏体偏析带明显。

通过对比图1、图2、图3和图4中的焊接接头各位置金相可知：采用本发明提供的工艺方法对贝氏体钢轨的焊接接头进行焊后热处理可以显著控制“白块”缺陷含量，并提高贝氏体钢轨焊接接头的实物疲劳寿命，从而保证铁路运行安全。

对对比例2得到的贝氏体钢轨焊接接头进行检测。

试验证实，对比例2得到的钢轨焊接试样在实物疲劳过程中发生断裂。

以上对本发明提供的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进行了详细的介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，包括最佳方式，并且也使得本领域的任何技术人员都能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统，和实施任何结合的方法。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。本发明专利保护的范围通过权利要求来限定，并可包括本领域技术人员能够想到的其他实施例。如果这些其他实施例具有不是不同于权利要求文字表述的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的文字表述无实质差异的等同结构要素，那么这些其他实施例也应包含在权利要求的范围内。