钢轨化学成分偏析及接头热处理对质量的影响

ＷｅｌｄｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇ）ｒＶ０１．３４Ｎｏ．３Ｊｕｎ．２００５。试验与研究?７文章编号：１００２一０２５Ｘｆ２００５）０３一０００７一０２

高成钢１，陈军１，丁韦２，高文会２，宋宏图２

（１．广州铁路（集团）公司衡阳机械厂，湖南衡阳４２１００２；２．铁道科学研究院金属及化学研究所，北京１０００８１）

摘要：针对６０ｋｇ／ｍｕ７６ＮｂＲＥ钢轨闪光焊焊接接头断面进行了断口扫描、化学成分、金相以及力学性能试验，通过对钢轨母材和焊接工艺的分析发现：裂纹源区域存在明显的Ｎｂ偏析；钢轨母材中的Ｃ含量偏高；焊接接头正火后的冷却速度过快造成马氏体淬火。为此，提出了相应的预防措施。

关键词：钢轨；化学成分；接头；热处理；质量

中图分类号：１℃１４２．１４文献标识码：Ｂ

１概述

Ｕ７６ＮｂＲＥ作为９８０ＭＰａ级钢轨，强度高，耐磨性好，近年来得到广泛应用，并取得较好的经济效益。但９８０ＭＰａ级钢轨与８８０ＭＰａ级钢轨（如ｕ７１Ｍｎ）相比，Ｃ和Ｓｉ的含量提高。在钢轨闪光焊接生产过程中，焊接接头正火后的冷却速度对接头质量会产生较大影响。另外，钢轨母材的质量也会对其焊接质量产生较大影响。２试验及分析

２．１钢轨母材的化学成分分析

对钢轨母材进行化学成分测试，结果列于表１。由表可以看出，Ｃ含量超过ＴＢ／Ｉ’２３４４—２００３《４３—７５ｋｇ／ｍ热轧钢轨订货技术条件》的要求，同时，也超过了钢轨生产厂提供的样本要求。除Ｃ以外，其余元素（Ｓｉ，Ｍｎ，Ｐ和Ｓ）含量均在标准要求之内。

表１钢轨母材化学成分（质量分数】（％

钢轨牌号ＣＳｉＭｎＰＳＮｂＲＥ

ＴＢ／Ｔ２３４４—２００３Ｏ．７２—０．８００．６０—Ｏ．９０１．００～１３０≤Ｏ．０３０≤０．０３００．０２～Ｏ０５Ｏ．０２～０．０５ＢＮｂＲＥ厂家样本Ｏ．７０一０．８２０．６０～Ｏ．９００．９０～１．２０≤０．０３５≤０．０３５０．０２～０．０５Ｏ．０２—０．０５实测值０＿８３Ｏ．７３１．１６０．０１７Ｏ．００５

钢轨母材Ｃ含量较高对于钢轨焊接会带来一定的不利影响。Ｃ含量增加，使ｆ。。进一步延长，焊后冷却速度必须进一步减缓。另一方面，稀土钢轨中Ｃ含量增加，明显提高屈服强度；训（Ｃ）在０．８０％以上，钢轨已经成为过共析钢，钢中的Ｃ容易在焊接热循环过程中析出到晶界回，使焊接热影响区的韧性下降。２．２断口宏观分析

图１为轨头下颚处的断口形貌，在轨头下颚边缘处断口较为平坦，而再往内约１．２ｍｍ出现单向的细纹状形貌，呈现较为脆的断口特征。图２为钢轨轨头部位的断口形貌，在距离顶面５—７ｍｍ处有一层宽６～８ｍｍ的区域，其扩展方式与其他部位不同，断口显得比其他部位更平，并可以看见反光亮点。

由图２可见，裂纹的扩展方式为由Ａ处起源，然后向Ｂ处扩展至轨头顶面，最后向轨腰以下扩展，直至整个接头断裂。此断口的另一特征是裂纹的扩展进度较快。因此，断口无“核伤”出现［３】，也没有明显的疲劳纹…。

图ｌ轨头下哪裂纹源处断口图２轨头断口

对轨顶的焊接接头以及母材进行了布氏硬度试验，结果列于表２。从表２的试验结果可以看出，焊接接头的硬度明显高于母材硬度，达到了ＨＢ３３０；９８０ＭＰａ热轧钢轨通常硬度在ＨＢ２８０～３００，试验结果为ＨＢ３１５，硬度略显偏高。

２．３断口微观分析

收稿日期：２００５一０２—２１；修回日期：２００５一０３—０４采用扫描电镜，对轨头下颚裂纹源（图２中Ａ区）进行观曲｝｝蜘啪嘞呐垛《冲神｝鼎ｓ如神知神｝滞啪神商理酾望酗蟹酾啦曲揸砷麓理聃棼Ⅺ啦神拇理＊虫硝扫曲２窜ｆ理婚ｄ警鲍‰尘酾望酾蛰＊啦曲抽胡抽曲抽曲抽曲抽司抽曲抽胡撕理酾啦司抽ｄ锏望两☆司商司拇哩酾啦砷知舒临娌辅翌撕啦司｝自ｉ暨目

【１６］龚代涛，刘晓波，王国勇．Ｚｎ对Ｓｎ—Ａｇ—Ｂｉ系软钎料钎焊性能影响的研究［Ｊ】２００３，７（４）：４９—５１．

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作者简介：胡志田（１９８２一）男，硕士，主要从事无铅软钎料的开发

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