热调修次数对Q345E低合金钢组织与力学性能的影响

刘 军,安 博,李余江

（1.中车唐山机车车辆有限公司转向架厂，河北唐山063035；2.中车唐山机车车辆有限公司转向架技术中心，河北唐山063035）

热调修次数对Q345E低合金钢组织与力学性能的影响

刘 军1,安 博2,李余江2

（1.中车唐山机车车辆有限公司转向架厂，河北唐山063035；2.中车唐山机车车辆有限公司转向架技术中心，河北唐山063035）

通过拉伸、弯曲、硬度、旋转弯曲疲劳试验以及显微组织分析，研究不同热调修温度下的Q345E低合金钢的拉伸、弯曲、硬度、疲劳性能和显微组织。结果表明：Q345E低合金钢在800℃一次、三次热调修后的组织均为铁素体和珠光体沿轧制方向呈带状分布，但三次热调修显微组织更加均匀细小；800℃三次热调修的Q345E低合金钢硬度值相比一次热调修硬度值提高了19.3 HV，疲劳强度提高了19.4 MPa；热调修次数对拉伸性能、弯曲性能影响不大。

热调修；Q345E钢；力学性能

0前言

焊接变形是焊接结构生产制造的重要课题，是影响焊接结构设计完整性、制造工艺合理性和结构使用可靠性的关键因素，对于承受较大静、动负荷的高速列车转向架焊接构架尤为重要[1]。因此，要求转向架焊接构架在制造中除了确保焊接质量外，还必须有效地控制焊接变形[2]。

国内外的客车转向架的构架，尤其是高速列车转向架构架的主流形式都是焊接构架。焊接构架的应用对于减轻列车的自重，提高列车的运行速度十分重要，但焊接变形的存在也对列车的安全可靠运行产生不利影响[3-4]。为此，高速列车转向架焊接构架制造中焊接变形问题受到国内外高速列车制造企业的高度重视，如果不予以矫正，不仅影响结构整体安装，还会降低其安全可靠性。为了进一步提高高速列车转向架焊接构架的制造质量，从工艺上系统研究高速列车转向架焊接构架制造中的焊接变形

十分必要[5-6]。生产中除了采用相应的工艺控制焊接变形外，往往还通过调修来矫正焊接变形，以提高高速列车转向架焊接构架制造质量。

在此对800℃一次、三次热调修下的Q345E低合金钢的显微组织、显微硬度、弯曲性能以及疲劳性能进行了系统研究，并扫描分析疲劳试件断口，以确定不同热调修次数对Q345E低合金钢显微组织和力学性能的影响。

1试验材料和试验方法

1.1试验材料

试验材料为14 mm厚的Q345E低合金钢，其化学成分及力学性能分别如表1和表2所示。

表1 Q345E的化学成分Table 1Chemical composition of Q345E ％

表2 Q345E的力学性能Table 2Mechanical properties of Q345E

1.2试验方法

对Q345E低合金钢进行800℃一次、三次的热调修试验，热调修时使用氧乙炔火焰加热，并用型号为LINI-T的红外线测温仪确定调修温度，试板上热调修区宽度80 mm，试板热调修示意如图1所示。对800℃一次热调修、三次热调修后的Q345E低合金钢试件进行拉伸、弯曲、硬度、旋转弯曲疲劳试验和显微组织分析。室温拉伸、弯曲、硬度、旋转弯曲疲劳试验分别按照GB-T 2651-2008、GB-T 2653-2008、GB-T4340.1-2009和GB/T 4337-2008标准进行；金相试件在热调修区间中间处选取，腐蚀液为4％硝酸酒精溶液，通过以上试验确定800℃一次热调修、三次热调修对Q345E低合金钢力学性能和显微组织的影响；同时采用JSM-6360M型扫描电镜观察和分析疲劳试件断口形貌。

图1 试板热调修示意Fig.1Diagram of heat repair test board

2试验结果及分析

2.1金相试验

对800℃一次、三次热调修后的Q345E低合金钢试件进行金相组织分析，如图2所示。Q345E低合金钢在800℃一次、三次热调修后其显微组织均为沿轧制方向呈带状分布的铁素体和珠光体，一次热调修后显微组织与未经热调修的母材相当，晶粒度约为8级；而三次热调修后轧制带特征部分消失，晶粒更加均匀细小，晶粒度约为10级。这是由于当火焰温度加到800℃时，温度介于AC1～AC3之间，珠光体全部转化为奥氏体，部分块状铁素体向奥氏体中溶解。冷却后显微组织为不均匀的沿晶界析出的细小铁素体、原始的块状铁素体和生成的细小铁素体和珠光体组织，三次热调修使再结晶过程不断重复进行，所以轧制带特征部分消失，晶粒更加均匀细小。

2.2显微硬度试验

对800℃一次、三次热调修次数下的Q345E低合金钢进行显微硬度试验，试验结果如表3所示。三次热调修后试件的平均硬度值高于一次热调修试件平均硬度值19.3 HV。由显微组织分析可知，三次热调修试件的显微组织更加均匀细小，由于细晶强化作用，所以三次热调修试件硬度较高。

表3 不同热调修次数显微硬度试验结果Table 3Result of microhardness test of different heat repair times

2.3拉伸试验

对800℃一次、三次热调修次数下的Q345E低合金钢进行室温拉伸试验，试验结果如表4所示。所有试件抗拉强度、屈服强度均满足标准要求，但伸长率略低于标准要求。800℃一次、三次热调修对试件抗拉强度没有影响，但一次热调修后屈服强度高于三次热调修屈服强度52.5 MPa。

图2 不同调修次数金相组织Fig.2Microstructure of different heat repair times

表4 不同热调修次数拉伸试验结果Table 4Result of tensile test of different heat repair times

2.4弯曲试验

对800℃一次、三次热调修下的Q345E低合金钢进行弯曲试验，所有弯曲试件在弯曲角度达到180°的过程中均未出现裂纹，满足标准要求且具有良好的弯曲性能。弯曲试验结果如表5所示。

表5 不同热调修次数弯曲试验结果Table 5Resultofbendingtestofdifferentheatrepairtimes

2.5疲劳试验

对800℃一次、三次热调修下的Q345E低合金钢进行旋转弯曲疲劳试验，通过升降法确定指定寿命为5×106次循环下的中值疲劳极限。一次热调修的疲劳试验共有2级应力水平，有效试件数10个；三次热调修的疲劳试验共有3级应力水平，有效试件数10个；如图3所示。

图3 不同热调修次数疲劳极限（×表示断裂，○表示未断裂）Fig.3Fatigue limit movements of different heat repair times（×-fracture，○-without fracture)

Q345E低合金钢800℃一次热调修、三次热调修疲劳试件的断口形貌如图4、图5所示。疲劳试件均从边缘处启裂，试件启裂区均无夹杂、夹渣等影响疲劳强度的可视缺陷；疲劳裂纹扩展区具有典型的疲劳断裂特征，疲劳纹清晰且很粗；扩展区的大小随疲劳循环次数的增加而增大；终断区断口形貌为韧窝形态。断裂原因均是由于试件在高速旋转弯曲过程中不断承受疲劳载荷，当疲劳载荷大于其疲劳极限时，试件易发生疲劳断裂。

3结论

（1）Q345E低合金钢在800℃一次、三次热调

修后，其显微组织均为沿轧制方向呈带状分布的铁素体和珠光体，一次热调修后显微组织与未经热调修的母材相当，晶粒度约为8级；而三次热调修后轧制带特征部分消失，晶粒更加均匀细小，晶粒度约为10级。

图4 一次热调修试件断口形貌Fig.4Fracture appearance of once heat repair

图5 三次热调修试件断口形貌Fig.5Fracture appearance of three times heat repair

（2）Q345E低合金钢在800℃三次热调修后试件的平均硬度值高于一次热调修试件平均硬度值19.3 HV。

（3）800℃一次、三次热调修对Q345E低合金钢的抗拉强度与弯曲性能影响不大。

（4）Q345E低合金钢在800℃三次热调修后的疲劳极限比一次热调修高19.4 MPa。

[1]张鑫鑫.对高速列车转向架焊接构架选材的探讨[J].机车车辆工艺，1994（1）：96-97.

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[3]白志范，李桂中，王超.S355J2W+N钢焊接接头显微组织与力学性能[J].吉林大学学报，2010，41（S2）：202-204.

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[5]杨涤心，孙远方.火焰矫正温度对低合金高强钢焊件组织及性能的影响[J].金属热理，2011，36（8）：29-34.

[6]刘瑞堂，周欣萍，吴青松，等.热处理工艺对某低合金钢组织和力学性能的影响[J].应用科技，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

献

刘军，安博，李余江.热调修次数对Q345E低合金钢组织与力学性能的影响[J].电焊机，2016，46（11）：127-130.

2016-05-30；

2016-06-26

刘军（1982—），男，河北唐山人，高级工程师，学士，主要从事转向架技术管理工作。