Q345E 軸類鍛件熱處理工藝對力學性能的影響

喬小梅

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司， 山西 太原 030003）

Q345E 是低合金結構鋼，綜合力學性能良好，低溫性能可，塑性良好，用做中低壓力容器、起重機、礦山機械、電站、橋梁等。受其良好的力學性能，在電機軸行業中也廣泛應用。用于軸類鍛件主要用于制做電機軸，對力學性能要求非常嚴格，常規Q345E 采用正火處理后直接使用。鍛件直接機加工經采用正火快冷處理后力學性能可達到要求中，但從內部組織看，存在除鐵素體和珠光體以外的其他組織，該組織如不進行處理，可能在放置過程中形成一定的應力，因此需要進行低溫回火處理。經低溫回火處理后，雖然強度略有下降，但綜合力學性能完全可達到要求。

1 Q345E 鋼牌號化學成分（見表1）

表1 化學成分要求 %

2 Q345E 常規鍛件熱處理工藝設計

Q345E 常規鍛件采用正火處理工藝，正火處理后采用空冷、風冷、霧冷或水冷等方式，本文設計熱處理工藝為正火加沾水快冷冷卻，沾水5 min 后空冷，一般空冷后回溫300~350 ℃左右。

2.1 正火工藝曲線（見圖1）

2.2 正火工藝實施過程

1）采用臺車式退火爐進行正火處理。

2）裝爐布料。將鍛件平鋪在臺車式退火爐內，鍛件與鍛件之間間隔一定距離（100 mm 以上）。

圖1 正火工藝曲線

3）出爐冷卻。按工藝曲線保溫結束后，采用C 型吊勾每兩支一組將鍛件吊入水中5 mm 后出水空冷，冷卻后返回溫度350°左右。

4）正火水冷后力學性能檢測結果見表2。

表2 920 ℃正火水冷后鍛件力學性能數據

5）鍛件經920 ℃正火水冷后組織圖片見圖2、圖3。

圖2 920 ℃正火水冷組織a

圖3 920 ℃正火水冷組織b

從圖2、圖3 中可看出基體為鐵素體加珠光體，但在內部存在不同組織（疑似下貝氏體），冷卻過程中局部會產生組織應力，需要采用去應力退火穩定組織。

3 鍛件正火+退火工藝設計

3.1 550 ℃退火工藝設計

3.1.1 設計思路

根據用戶要求，正火后必須530~560 ℃去應力退火處理，消除正火后產生的應力。考慮退火爐煤氣波動以及退火對力學性能的影響，將退火溫度設定到550 ℃。

3.1.2 550 ℃退火曲線（見圖4）

圖4 550 ℃退火工藝

3.1.3 正火后的鍛件經550 ℃退火后力學性能（見表3）

表3 正火后的鍛件經550 ℃退火后力學性能

從表3 可看出，鍛件920 ℃正火+550 ℃退火與920 ℃正火水冷比較，抗拉強度損失39 MPa，屈服強度基本無損失。沖擊功保持在120 J 以上，基本穩定。

3.2 450 ℃退火工藝設計

3.2.1 設計思路

采用550 ℃退火后，抗拉強度降低明顯，考慮用戶對強度期望值在570 MPa 左右，且Q345E 系列品種正火后退火的主要目的是穩定內部組織，特建議將退火溫度適當降低到再結晶退火溫度，最終將退火溫度設定到450 ℃。

3.2.2 450 ℃退火工藝曲線(見圖5)

圖5 450 ℃退火工藝

3.2.3 正火后的鍛件經450 ℃退火后力學性能（見表4）

表4 正火后的鍛件經450 ℃退火后力學性能

從表4 可看出，鍛件正火+450 ℃退火后與920 ℃正火水冷比較，抗拉強度基本無損失，屈服強度略有增加。沖擊功保持在150 J 以上，基本穩定。3.3 鍛件經正火+550 ℃退火或450 ℃退火后組織（見圖6、圖7）

圖6 正火+550 ℃退火或450 ℃退火后組織a

圖7 正火+550 ℃退火或450 ℃退火后組織b

從圖6、圖7 可看出，鍛件正火加退火后內部組織基本無變化。基體仍然為鐵素體加珠光體組織，伴有少量的貝氏體。

4 結論

1）根據實際生產，鍛件正火水冷處理后，強度及塑性指標可滿足標準要求，但由于水冷速度較快，在冷卻過程中會產生貝氏體等組織，形成應力。

2）分析了正火及正火加回火處理組織，提出了兩種熱處理工藝方法，經分析認為正火加低溫回火是軸類件的最佳方法。

3）采用正火加低溫回火的方法，既可避免應力的存在，又可避免強度明顯降低。