熱調(diào)修次數(shù)對(duì)Q345E低合金鋼組織與力學(xué)性能的影響

劉 軍,安 博,李余江

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

熱調(diào)修次數(shù)對(duì)Q345E低合金鋼組織與力學(xué)性能的影響

劉 軍1,安 博2,李余江2

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

通過拉伸、彎曲、硬度、旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)以及顯微組織分析，研究不同熱調(diào)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(jié)果表明：Q345E低合金鋼在800℃一次、三次熱調(diào)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(diào)修顯微組織更加均勻細(xì)小；800℃三次熱調(diào)修的Q345E低合金鋼硬度值相比一次熱調(diào)修硬度值提高了19.3 HV，疲勞強(qiáng)度提高了19.4 MPa；熱調(diào)修次數(shù)對(duì)拉伸性能、彎曲性能影響不大。

熱調(diào)修；Q345E鋼；力學(xué)性能

0前言

焊接變形是焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)制造的重要課題，是影響焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完整性、制造工藝合理性和結(jié)構(gòu)使用可靠性的關(guān)鍵因素，對(duì)于承受較大靜、動(dòng)負(fù)荷的高速列車轉(zhuǎn)向架焊接構(gòu)架尤為重要[1]。因此，要求轉(zhuǎn)向架焊接構(gòu)架在制造中除了確保焊接質(zhì)量外，還必須有效地控制焊接變形[2]。

國(guó)內(nèi)外的客車轉(zhuǎn)向架的構(gòu)架，尤其是高速列車轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的主流形式都是焊接構(gòu)架。焊接構(gòu)架的應(yīng)用對(duì)于減輕列車的自重，提高列車的運(yùn)行速度十分重要，但焊接變形的存在也對(duì)列車的安全可靠運(yùn)行產(chǎn)生不利影響[3-4]。為此，高速列車轉(zhuǎn)向架焊接構(gòu)架制造中焊接變形問題受到國(guó)內(nèi)外高速列車制造企業(yè)的高度重視，如果不予以矯正，不僅影響結(jié)構(gòu)整體安裝，還會(huì)降低其安全可靠性。為了進(jìn)一步提高高速列車轉(zhuǎn)向架焊接構(gòu)架的制造質(zhì)量，從工藝上系統(tǒng)研究高速列車轉(zhuǎn)向架焊接構(gòu)架制造中的焊接變形

十分必要[5-6]。生產(chǎn)中除了采用相應(yīng)的工藝控制焊接變形外，往往還通過調(diào)修來矯正焊接變形，以提高高速列車轉(zhuǎn)向架焊接構(gòu)架制造質(zhì)量。

在此對(duì)800℃一次、三次熱調(diào)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(jìn)行了系統(tǒng)研究，并掃描分析疲勞試件斷口，以確定不同熱調(diào)修次數(shù)對(duì)Q345E低合金鋼顯微組織和力學(xué)性能的影響。

1試驗(yàn)材料和試驗(yàn)方法

1.1試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為14 mm厚的Q345E低合金鋼，其化學(xué)成分及力學(xué)性能分別如表1和表2所示。

表1 Q345E的化學(xué)成分Table 1Chemical composition of Q345E ％

表2 Q345E的力學(xué)性能Table 2Mechanical properties of Q345E

1.2試驗(yàn)方法

對(duì)Q345E低合金鋼進(jìn)行800℃一次、三次的熱調(diào)修試驗(yàn)，熱調(diào)修時(shí)使用氧乙炔火焰加熱，并用型號(hào)為L(zhǎng)INI-T的紅外線測(cè)溫儀確定調(diào)修溫度，試板上熱調(diào)修區(qū)寬度80 mm，試板熱調(diào)修示意如圖1所示。對(duì)800℃一次熱調(diào)修、三次熱調(diào)修后的Q345E低合金鋼試件進(jìn)行拉伸、彎曲、硬度、旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)和顯微組織分析。室溫拉伸、彎曲、硬度、旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)分別按照GB-T 2651-2008、GB-T 2653-2008、GB-T4340.1-2009和GB/T 4337-2008標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行；金相試件在熱調(diào)修區(qū)間中間處選取，腐蝕液為4％硝酸酒精溶液，通過以上試驗(yàn)確定800℃一次熱調(diào)修、三次熱調(diào)修對(duì)Q345E低合金鋼力學(xué)性能和顯微組織的影響；同時(shí)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(diào)修示意Fig.1Diagram of heat repair test board

2試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1金相試驗(yàn)

對(duì)800℃一次、三次熱調(diào)修后的Q345E低合金鋼試件進(jìn)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(diào)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(diào)修后顯微組織與未經(jīng)熱調(diào)修的母材相當(dāng)，晶粒度約為8級(jí)；而三次熱調(diào)修后軋制帶特征部分消失，晶粒更加均勻細(xì)小，晶粒度約為10級(jí)。這是由于當(dāng)火焰溫度加到800℃時(shí)，溫度介于AC1～AC3之間，珠光體全部轉(zhuǎn)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(xì)小鐵素體、原始的塊狀鐵素體和生成的細(xì)小鐵素體和珠光體組織，三次熱調(diào)修使再結(jié)晶過程不斷重復(fù)進(jìn)行，所以軋制帶特征部分消失，晶粒更加均勻細(xì)小。

2.2顯微硬度試驗(yàn)

對(duì)800℃一次、三次熱調(diào)修次數(shù)下的Q345E低合金鋼進(jìn)行顯微硬度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。三次熱調(diào)修后試件的平均硬度值高于一次熱調(diào)修試件平均硬度值19.3 HV。由顯微組織分析可知，三次熱調(diào)修試件的顯微組織更加均勻細(xì)小，由于細(xì)晶強(qiáng)化作用，所以三次熱調(diào)修試件硬度較高。

表3 不同熱調(diào)修次數(shù)顯微硬度試驗(yàn)結(jié)果Table 3Result of microhardness test of different heat repair times

2.3拉伸試驗(yàn)

對(duì)800℃一次、三次熱調(diào)修次數(shù)下的Q345E低合金鋼進(jìn)行室溫拉伸試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。所有試件抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，但伸長(zhǎng)率略低于標(biāo)準(zhǔn)要求。800℃一次、三次熱調(diào)修對(duì)試件抗拉強(qiáng)度沒有影響，但一次熱調(diào)修后屈服強(qiáng)度高于三次熱調(diào)修屈服強(qiáng)度52.5 MPa。

圖2 不同調(diào)修次數(shù)金相組織Fig.2Microstructure of different heat repair times

表4 不同熱調(diào)修次數(shù)拉伸試驗(yàn)結(jié)果Table 4Result of tensile test of different heat repair times

2.4彎曲試驗(yàn)

對(duì)800℃一次、三次熱調(diào)修下的Q345E低合金鋼進(jìn)行彎曲試驗(yàn)，所有彎曲試件在彎曲角度達(dá)到180°的過程中均未出現(xiàn)裂紋，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求且具有良好的彎曲性能。彎曲試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

表5 不同熱調(diào)修次數(shù)彎曲試驗(yàn)結(jié)果Table 5Resultofbendingtestofdifferentheatrepairtimes

2.5疲勞試驗(yàn)

對(duì)800℃一次、三次熱調(diào)修下的Q345E低合金鋼進(jìn)行旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)，通過升降法確定指定壽命為5×106次循環(huán)下的中值疲勞極限。一次熱調(diào)修的疲勞試驗(yàn)共有2級(jí)應(yīng)力水平，有效試件數(shù)10個(gè)；三次熱調(diào)修的疲勞試驗(yàn)共有3級(jí)應(yīng)力水平，有效試件數(shù)10個(gè)；如圖3所示。

圖3 不同熱調(diào)修次數(shù)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(diào)修、三次熱調(diào)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(qū)均無夾雜、夾渣等影響疲勞強(qiáng)度的可視缺陷；疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)具有典型的疲勞斷裂特征，疲勞紋清晰且很粗；擴(kuò)展區(qū)的大小隨疲勞循環(huán)次數(shù)的增加而增大；終斷區(qū)斷口形貌為韌窩形態(tài)。斷裂原因均是由于試件在高速旋轉(zhuǎn)彎曲過程中不斷承受疲勞載荷，當(dāng)疲勞載荷大于其疲勞極限時(shí)，試件易發(fā)生疲勞斷裂。

3結(jié)論

（1）Q345E低合金鋼在800℃一次、三次熱調(diào)

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(diào)修后顯微組織與未經(jīng)熱調(diào)修的母材相當(dāng)，晶粒度約為8級(jí)；而三次熱調(diào)修后軋制帶特征部分消失，晶粒更加均勻細(xì)小，晶粒度約為10級(jí)。

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

圖5 三次熱調(diào)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(diào)修后試件的平均硬度值高于一次熱調(diào)修試件平均硬度值19.3 HV。

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

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

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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(xiàn)

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

2016-05-30；

2016-06-26

劉軍（1982—），男，河北唐山人，高級(jí)工程師，學(xué)士，主要從事轉(zhuǎn)向架技術(shù)管理工作。