一种抵抗应力腐蚀破坏的轨道过渡焊接材料及其制备方法

本发明涉及焊接材料，特别是涉及一种抵抗应力腐蚀破坏的轨道过渡焊接材料及其制备方法。

背景技术：

1、轨道过渡焊接材料是实现高碳钢钢轨和高锰钢辙叉高质量焊接的关键。为提高高锰钢辙叉焊接接头服役安全性和稳定性，国内外针对轨道过渡焊接材料及闪光焊接工艺开展了诸多探索工作，如采用crmnnimo系奥氏体-铁素体双相钢作为介质材料，通过闪光焊接将高锰钢辙叉和碳钢钢轨连接在一起，可以解决应力腐蚀开裂的问题，但双相钢中铁素体的形态受变形影响显著，难以控制，且在焊接残余应力作用下裂纹易沿双相界面扩展造成焊接接头失效；通过采用铌或/和钛稳定处理的低碳铬镍奥氏体钢作为连接材料，可以有效防止晶界碳化物的形成，从而抑制应力腐蚀开裂，但容易引起强度偏低的问题，同样容易引起焊接材料的断裂失效；采用碳含量较高的高强度单相奥氏体钢作为连接材料时，虽然可以保证具有较高的强度性能，但碳含量较高，在焊接热影响下容易在奥氏体晶界产生碳化物，在腐蚀环境下极易引发应力腐蚀开裂问题。由此可见，当前的中间焊接材料存在强度低易断裂，碳含量高易析出晶界碳化物等问题，均不能很好的用于大轴重、高潮湿、重腐蚀的环境中服役，因此，亟需开发一种组织稳定、强度适中，并且能够抗应力腐蚀破坏的中间焊接材料。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种抵抗应力腐蚀破坏的轨道过渡焊接材料及其制备方法，以解决上述现有技术存在的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、本发明的技术方案之一：一种抵抗应力腐蚀破坏的轨道过渡焊接材料，以质量百分比计，组分如下：c 0.02～0.04％、si≤0.20％、mn 6.5～7.0％、ni11.0～11.5％、cr17.6～18.0％、mo 2.1～2.4％、n 0.02～0.04％、nb 0.05～0.15％、v0.05～0.15％、p≤0.015％、s≤0.010％，余量为fe。

4、本发明的技术方案之二：一种上述轨道过渡焊接材料的制备方法，包括以下步骤：

5、将组分原料混合，冶炼后浇铸，得到钢锭；

6、对钢锭进行均质化处理，然后预锻，得到锻坯；锻坯经热变形后迅速水冷，得到所述轨道过渡焊接材料。

7、进一步地，所述均质化处理的温度为1200℃，保温时间为10～13h。

8、进一步地，所述预锻的锻造比＞4。

9、进一步地，所述热变形包括热挤压或热轧。

10、进一步地，所述热挤压的温度为1050～1120℃。

11、进一步地，所述热轧的初轧温度为1000～1120℃，终轧温度不低于1000℃。

12、更进一步地，所述锻造获得的锻坯为圆柱挤压锭或方形细长锻坯；

13、当所述锻坯为圆柱挤压锭时，采用热挤压的方法进行热变形；当所述锻坯为方形细长锻坯时采用热轧的方法进行热变形。

14、热挤压和热轧两种成形方式下均获得了晶粒度级别为8～9级、晶界无碳化物的单相奥氏体短钢轨。

15、本发明的技术方案之三：一种上述轨道过渡焊接材料在轨道焊接中的应用。

16、本发明公开了以下技术效果：

17、(1)本发明的轨道过渡焊接材料采用低碳设计，利用碳氮协同的强化方式对奥氏体不锈钢进行强化，与此同时，碳氮总量不大于0.08，在发挥强化作用的同时减轻碳化物形成趋势。

18、(2)本发明通过控制轨道过渡焊接材料中的铬含量(适当提高了材料中铬含量)，保证了腐蚀环境下的耐蚀性；通过控制锰含量(提高了材料中的锰含量)，以锰代镍，在保证单相奥氏体组织的同时降低了材料的制造成本。

19、(3)本发明通过成分的调整，降低了热变形的温度，且在热变形通过迅速水冷的方式，抑制了成形后的静态再结晶长大过程，获得更加细小的奥氏体晶粒。

20、热变形温度越低，再结晶晶粒的长大速度越慢，更容易获得细小的晶粒，目前挤压温度(热变形温度)一般在1150～1200℃，无法继续降低挤压温度，容易闷车出事故。本发明通过组分种类及组分用量的调整，降低了c的含量，c的含量降低钢的高温强度降低，当挤压力或轧制力一定时，在较低温度下即可实现热变形，进而实现晶粒的细化。

21、(4)本发明的轨道过渡焊接材料兼具优异的强度和塑韧性。

22、(5)本发明的轨道过渡焊接材料的碳化物形成趋势小，晶粒尺寸细小，在闪光焊接热影响下仍可保证晶界无碳化物析出，抵抗应力腐蚀开裂。

技术特征：

1.一种抵抗应力腐蚀破坏的轨道过渡焊接材料，其特征在于，以质量百分比计，组分如下：c 0.02～0.04％、si≤0.20％、mn 6.5～7.0％、ni 11.0～11.5％、cr17.6～18.0％、mo2.1～2.4％、n 0.02～0.04％、nb 0.05～0.15％、v 0.05～0.15％、p≤0.015％、s≤0.010％，余量为fe。

2.一种权利要求1所述的轨道过渡焊接材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述均质化处理的温度为1200℃，保温时间为10～13h。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述预锻的锻造比＞4。

5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述热变形包括热挤压或热轧。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述热挤压的温度为1050～1120℃。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述热轧的初轧温度为1000～1120℃，终轧温度不低于1000℃。

8.一种权利要求1所述的轨道过渡焊接材料在轨道焊接中的应用。

技术总结本发明公开了一种抵抗应力腐蚀破坏的轨道过渡焊接材料及其制备方法，属于焊接材料技术领域。抵抗应力腐蚀破坏的轨道过渡焊接材料，以质量百分比计，组分如下：C 0.02～0.04％、Si≤0.20％、Mn 6.5～7.0％、Ni 11.0～11.5％、Cr17.6～18.0％、Mo 2.1～2.4％、N 0.02～0.04％、Nb 0.05～0.15％、V 0.05～0.15％、P≤0.015％、S≤0.010％，余量为Fe。本发明的轨道过渡焊接材料兼具优异的强度和塑韧性，并且本发明的轨道过渡焊接材料的碳化物形成趋势小，晶粒尺寸细小，在闪光焊接热影响下仍可保证晶界无碳化物析出，抵抗应力腐蚀开裂。技术研发人员：陈晨,张福成,杨志南,李艳国受保护的技术使用者：燕山大学技术研发日：技术公布日：2024/11/4