熱調修次數對Q345E低合金鋼組織與力學性能的影響

劉 軍,安 博,李余江

（1.中車唐山機車車輛有限公司轉向架廠，河北唐山063035；2.中車唐山機車車輛有限公司轉向架技術中心，河北唐山063035）

熱調修次數對Q345E低合金鋼組織與力學性能的影響

劉 軍1,安 博2,李余江2

（1.中車唐山機車車輛有限公司轉向架廠，河北唐山063035；2.中車唐山機車車輛有限公司轉向架技術中心，河北唐山063035）

通過拉伸、彎曲、硬度、旋轉彎曲疲勞試驗以及顯微組織分析，研究不同熱調修溫度下的Q345E低合金鋼的拉伸、彎曲、硬度、疲勞性能和顯微組織。結果表明：Q345E低合金鋼在800℃一次、三次熱調修后的組織均為鐵素體和珠光體沿軋制方向呈帶狀分布，但三次熱調修顯微組織更加均勻細小；800℃三次熱調修的Q345E低合金鋼硬度值相比一次熱調修硬度值提高了19.3 HV，疲勞強度提高了19.4 MPa；熱調修次數對拉伸性能、彎曲性能影響不大。

熱調修；Q345E鋼；力學性能

0前言

焊接變形是焊接結構生產制造的重要課題，是影響焊接結構設計完整性、制造工藝合理性和結構使用可靠性的關鍵因素，對于承受較大靜、動負荷的高速列車轉向架焊接構架尤為重要[1]。因此，要求轉向架焊接構架在制造中除了確保焊接質量外，還必須有效地控制焊接變形[2]。

國內外的客車轉向架的構架，尤其是高速列車轉向架構架的主流形式都是焊接構架。焊接構架的應用對于減輕列車的自重，提高列車的運行速度十分重要，但焊接變形的存在也對列車的安全可靠運行產生不利影響[3-4]。為此，高速列車轉向架焊接構架制造中焊接變形問題受到國內外高速列車制造企業的高度重視，如果不予以矯正，不僅影響結構整體安裝，還會降低其安全可靠性。為了進一步提高高速列車轉向架焊接構架的制造質量，從工藝上系統研究高速列車轉向架焊接構架制造中的焊接變形

十分必要[5-6]。生產中除了采用相應的工藝控制焊接變形外，往往還通過調修來矯正焊接變形，以提高高速列車轉向架焊接構架制造質量。

在此對800℃一次、三次熱調修下的Q345E低合金鋼的顯微組織、顯微硬度、彎曲性能以及疲勞性能進行了系統研究，并掃描分析疲勞試件斷口，以確定不同熱調修次數對Q345E低合金鋼顯微組織和力學性能的影響。

1試驗材料和試驗方法

1.1試驗材料

試驗材料為14 mm厚的Q345E低合金鋼，其化學成分及力學性能分別如表1和表2所示。

表1 Q345E的化學成分Table 1Chemical composition of Q345E ％

表2 Q345E的力學性能Table 2Mechanical properties of Q345E

1.2試驗方法

對Q345E低合金鋼進行800℃一次、三次的熱調修試驗，熱調修時使用氧乙炔火焰加熱，并用型號為LINI-T的紅外線測溫儀確定調修溫度，試板上熱調修區寬度80 mm，試板熱調修示意如圖1所示。對800℃一次熱調修、三次熱調修后的Q345E低合金鋼試件進行拉伸、彎曲、硬度、旋轉彎曲疲勞試驗和顯微組織分析。室溫拉伸、彎曲、硬度、旋轉彎曲疲勞試驗分別按照GB-T 2651-2008、GB-T 2653-2008、GB-T4340.1-2009和GB/T 4337-2008標準進行；金相試件在熱調修區間中間處選取，腐蝕液為4％硝酸酒精溶液，通過以上試驗確定800℃一次熱調修、三次熱調修對Q345E低合金鋼力學性能和顯微組織的影響；同時采用JSM-6360M型掃描電鏡觀察和分析疲勞試件斷口形貌。

圖1 試板熱調修示意Fig.1Diagram of heat repair test board

2試驗結果及分析

2.1金相試驗

對800℃一次、三次熱調修后的Q345E低合金鋼試件進行金相組織分析，如圖2所示。Q345E低合金鋼在800℃一次、三次熱調修后其顯微組織均為沿軋制方向呈帶狀分布的鐵素體和珠光體，一次熱調修后顯微組織與未經熱調修的母材相當，晶粒度約為8級；而三次熱調修后軋制帶特征部分消失，晶粒更加均勻細小，晶粒度約為10級。這是由于當火焰溫度加到800℃時，溫度介于AC1～AC3之間，珠光體全部轉化為奧氏體，部分塊狀鐵素體向奧氏體中溶解。冷卻后顯微組織為不均勻的沿晶界析出的細小鐵素體、原始的塊狀鐵素體和生成的細小鐵素體和珠光體組織，三次熱調修使再結晶過程不斷重復進行，所以軋制帶特征部分消失，晶粒更加均勻細小。

2.2顯微硬度試驗

對800℃一次、三次熱調修次數下的Q345E低合金鋼進行顯微硬度試驗，試驗結果如表3所示。三次熱調修后試件的平均硬度值高于一次熱調修試件平均硬度值19.3 HV。由顯微組織分析可知，三次熱調修試件的顯微組織更加均勻細小，由于細晶強化作用，所以三次熱調修試件硬度較高。

表3 不同熱調修次數顯微硬度試驗結果Table 3Result of microhardness test of different heat repair times

2.3拉伸試驗

對800℃一次、三次熱調修次數下的Q345E低合金鋼進行室溫拉伸試驗，試驗結果如表4所示。所有試件抗拉強度、屈服強度均滿足標準要求，但伸長率略低于標準要求。800℃一次、三次熱調修對試件抗拉強度沒有影響，但一次熱調修后屈服強度高于三次熱調修屈服強度52.5 MPa。

圖2 不同調修次數金相組織Fig.2Microstructure of different heat repair times

表4 不同熱調修次數拉伸試驗結果Table 4Result of tensile test of different heat repair times

2.4彎曲試驗

對800℃一次、三次熱調修下的Q345E低合金鋼進行彎曲試驗，所有彎曲試件在彎曲角度達到180°的過程中均未出現裂紋，滿足標準要求且具有良好的彎曲性能。彎曲試驗結果如表5所示。

表5 不同熱調修次數彎曲試驗結果Table 5Resultofbendingtestofdifferentheatrepairtimes

2.5疲勞試驗

對800℃一次、三次熱調修下的Q345E低合金鋼進行旋轉彎曲疲勞試驗，通過升降法確定指定壽命為5×106次循環下的中值疲勞極限。一次熱調修的疲勞試驗共有2級應力水平，有效試件數10個；三次熱調修的疲勞試驗共有3級應力水平，有效試件數10個；如圖3所示。

圖3 不同熱調修次數疲勞極限（×表示斷裂，○表示未斷裂）Fig.3Fatigue limit movements of different heat repair times（×-fracture，○-without fracture)

Q345E低合金鋼800℃一次熱調修、三次熱調修疲勞試件的斷口形貌如圖4、圖5所示。疲勞試件均從邊緣處啟裂，試件啟裂區均無夾雜、夾渣等影響疲勞強度的可視缺陷；疲勞裂紋擴展區具有典型的疲勞斷裂特征，疲勞紋清晰且很粗；擴展區的大小隨疲勞循環次數的增加而增大；終斷區斷口形貌為韌窩形態。斷裂原因均是由于試件在高速旋轉彎曲過程中不斷承受疲勞載荷，當疲勞載荷大于其疲勞極限時，試件易發生疲勞斷裂。

3結論

（1）Q345E低合金鋼在800℃一次、三次熱調

修后，其顯微組織均為沿軋制方向呈帶狀分布的鐵素體和珠光體，一次熱調修后顯微組織與未經熱調修的母材相當，晶粒度約為8級；而三次熱調修后軋制帶特征部分消失，晶粒更加均勻細小，晶粒度約為10級。

圖4 一次熱調修試件斷口形貌Fig.4Fracture appearance of once heat repair

圖5 三次熱調修試件斷口形貌Fig.5Fracture appearance of three times heat repair

（2）Q345E低合金鋼在800℃三次熱調修后試件的平均硬度值高于一次熱調修試件平均硬度值19.3 HV。

（3）800℃一次、三次熱調修對Q345E低合金鋼的抗拉強度與彎曲性能影響不大。

（4）Q345E低合金鋼在800℃三次熱調修后的疲勞極限比一次熱調修高19.4 MPa。

[1]張鑫鑫.對高速列車轉向架焊接構架選材的探討[J].機車車輛工藝，1994（1）：96-97.

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[3]白志范，李桂中，王超.S355J2W+N鋼焊接接頭顯微組織與力學性能[J].吉林大學學報，2010，41（S2）：202-204.

[4]宮平，常力.多次返修對S355J2W+N鋼焊接接頭性能的影響[J].工藝與新技術，2011，40（2）：29-33.

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[6]劉瑞堂，周欣萍，吳青松，等.熱處理工藝對某低合金鋼組織和力學性能的影響[J].應用科技，2005，32（3）：61-64.

Influence of heat repair times on microstructure and mechanical properties of Q345E low alloy steel

LIU Jun1，AN Bo2，LI Yujiang2
（1.Bogie factory of CRRC Tangshan Co.，Ltd.，Tangshan 063035，China；2.Bogie Technology Center，CRRC Tangshan Co.，Ltd.，Tangshan 063035，China）

Research on tensile properties，bending properties，hardness properties，fatigue properties and microstructure analysis of Q345E low alloy steel through tensile test，bending test，hardness test，rotating bending fatigue test and microstructure in this paper.The results showed that the microstructure of once，three times heat repair of Q345E low alloy steel at 800℃is along the rolling direction distribution of ferrite and pearlyte，but the microstructure of three times heat repair is more uniform and fine，compared with once heat repair the hardness value of three times heat repair of Q345E low alloy steel at 800 degrees is increased by 19.3 HV，and the fatigue strength is increased by 19.4 MPa，and the times of heat repair has little effect on the tensile properties and bending properties.

heat repair；Q345E steel；mechanical properties

TG407

A

1001-2303（2016）11-0127-04

10.7512/j.issn.1001-2303.2016.11.28

獻

劉軍，安博，李余江.熱調修次數對Q345E低合金鋼組織與力學性能的影響[J].電焊機，2016，46（11）：127-130.

2016-05-30；

2016-06-26

劉軍（1982—），男，河北唐山人，高級工程師，學士，主要從事轉向架技術管理工作。