Q345E 轴类锻件热处理工艺对力学性能的影响

乔小梅

（山西太钢不锈钢股份有限公司， 山西 太原 030003）

Q345E 是低合金结构钢，综合力学性能良好，低温性能可，塑性良好，用做中低压力容器、起重机、矿山机械、电站、桥梁等。受其良好的力学性能，在电机轴行业中也广泛应用。用于轴类锻件主要用于制做电机轴，对力学性能要求非常严格，常规Q345E 采用正火处理后直接使用。锻件直接机加工经采用正火快冷处理后力学性能可达到要求中，但从内部组织看，存在除铁素体和珠光体以外的其他组织，该组织如不进行处理，可能在放置过程中形成一定的应力，因此需要进行低温回火处理。经低温回火处理后，虽然强度略有下降，但综合力学性能完全可达到要求。

1 Q345E 钢牌号化学成分（见表1）

表1 化学成分要求 %

2 Q345E 常规锻件热处理工艺设计

Q345E 常规锻件采用正火处理工艺，正火处理后采用空冷、风冷、雾冷或水冷等方式，本文设计热处理工艺为正火加沾水快冷冷却，沾水5 min 后空冷，一般空冷后回温300~350 ℃左右。

2.1 正火工艺曲线（见图1）

2.2 正火工艺实施过程

1）采用台车式退火炉进行正火处理。

2）装炉布料。将锻件平铺在台车式退火炉内，锻件与锻件之间间隔一定距离（100 mm 以上）。

图1 正火工艺曲线

3）出炉冷却。按工艺曲线保温结束后，采用C 型吊勾每两支一组将锻件吊入水中5 mm 后出水空冷，冷却后返回温度350°左右。

4）正火水冷后力学性能检测结果见表2。

表2 920 ℃正火水冷后锻件力学性能数据

5）锻件经920 ℃正火水冷后组织图片见图2、图3。

图2 920 ℃正火水冷组织a

图3 920 ℃正火水冷组织b

从图2、图3 中可看出基体为铁素体加珠光体，但在内部存在不同组织（疑似下贝氏体），冷却过程中局部会产生组织应力，需要采用去应力退火稳定组织。

3 锻件正火+退火工艺设计

3.1 550 ℃退火工艺设计

3.1.1 设计思路

根据用户要求，正火后必须530~560 ℃去应力退火处理，消除正火后产生的应力。考虑退火炉煤气波动以及退火对力学性能的影响，将退火温度设定到550 ℃。

3.1.2 550 ℃退火曲线（见图4）

图4 550 ℃退火工艺

3.1.3 正火后的锻件经550 ℃退火后力学性能（见表3）

表3 正火后的锻件经550 ℃退火后力学性能

从表3 可看出，锻件920 ℃正火+550 ℃退火与920 ℃正火水冷比较，抗拉强度损失39 MPa，屈服强度基本无损失。冲击功保持在120 J 以上，基本稳定。

3.2 450 ℃退火工艺设计

3.2.1 设计思路

采用550 ℃退火后，抗拉强度降低明显，考虑用户对强度期望值在570 MPa 左右，且Q345E 系列品种正火后退火的主要目的是稳定内部组织，特建议将退火温度适当降低到再结晶退火温度，最终将退火温度设定到450 ℃。

3.2.2 450 ℃退火工艺曲线(见图5)

图5 450 ℃退火工艺

3.2.3 正火后的锻件经450 ℃退火后力学性能（见表4）

表4 正火后的锻件经450 ℃退火后力学性能

从表4 可看出，锻件正火+450 ℃退火后与920 ℃正火水冷比较，抗拉强度基本无损失，屈服强度略有增加。冲击功保持在150 J 以上，基本稳定。3.3 锻件经正火+550 ℃退火或450 ℃退火后组织（见图6、图7）

图6 正火+550 ℃退火或450 ℃退火后组织a

图7 正火+550 ℃退火或450 ℃退火后组织b

从图6、图7 可看出，锻件正火加退火后内部组织基本无变化。基体仍然为铁素体加珠光体组织，伴有少量的贝氏体。

4 结论

1）根据实际生产，锻件正火水冷处理后，强度及塑性指标可满足标准要求，但由于水冷速度较快，在冷却过程中会产生贝氏体等组织，形成应力。

2）分析了正火及正火加回火处理组织，提出了两种热处理工艺方法，经分析认为正火加低温回火是轴类件的最佳方法。

3）采用正火加低温回火的方法，既可避免应力的存在，又可避免强度明显降低。