調修溫度對S355J2W（H）鋼組織與性能的影響

盧峰華，姜 斌，宋學毅

（中車唐山機車車輛有限公司轉向架技術中心，河北唐山063035）

調修溫度對S355J2W（H）鋼組織與性能的影響

盧峰華，姜 斌，宋學毅

（中車唐山機車車輛有限公司轉向架技術中心，河北唐山063035）

采用不同的火焰調修溫度（700℃、800℃、1000℃和1200℃）對構架材料S355J2W（H）鋼進行火焰調修，研究不同火焰調修溫度對其組織和性能的影響。結果表明：隨著火焰調修溫度的升高，S355J2W（H）鋼沖擊性能下降較為明顯；但不同調修溫度對其彎曲、拉伸性能及顯微硬度影響不大；S355J2W（H）鋼在700℃、800℃和1000℃熱調修時，其顯微組織與未經調修的母材相當，為沿軋制方向呈帶狀分布的鐵素體和珠光體；而在1200℃調修時其顯微組織為粗大的多邊形塊狀鐵素體和珠光體，已完全沒有未經調修的母材呈帶狀分布的軋制特征且晶粒有所長大，故合適的熱調修溫度為700℃～1000℃，不宜超過1000℃。

火焰調修溫度；S355J2W（H）鋼；轉向架構架

0 前言

國內外客車轉向架構架尤其是高速列車轉向架構架的主流形式為焊接構架。焊接構架的應用對減輕列車自重、提高列車運行速度起到十分重要的作用，但焊接變形的存在對列車的安全可靠運行會產生不利影響，如果不予以矯正，不僅影響結構整體安裝，還會降低設備的安全可靠性[1-2]。為此，高速列車轉向架焊接構架制造中的焊接變形受到國內外高速列車制造企業的高度重視。生產中除了通過采用相應的工藝控制焊接變形外，還通過調修來矯正焊接變形。為了提高高速列車轉向架焊接構架制造質量[3-4]，在此研究不同熱調修溫度（700℃、800℃、1 000℃和1 200℃）對構架材料鞍鋼產S355J2W（H）低合金鋼組織與性能的影響規律，以確定其合理調修溫度，為高速列車轉向架焊接構架調修提供依據。

1 試驗材料和方法

試驗構架材料選用板厚14 mm的S355J2W（H）低合金鋼，其化學成分及力學性能如表1所示。

采用氧乙炔加熱在不同調修溫度下對構架材料進行熱調修，并用型號為LINI-T的紅外線測溫儀確定調修溫度，試板尺寸300 mm×300 mm×14 mm，調修區寬度80 mm。

表1 S355J2W（H）低合金鋼的化學成分及力學性能Table 1Chemical composition and mechanical properties of S355J2W（H）low alloy steel

試板經火焰調修后分別進行了拉伸、彎曲、沖擊、硬度等力學性能試驗以及金相組織分析。室溫拉伸、彎曲、沖擊以及硬度試驗分別按照GB-T 2651-2008、GB-T 2653-2008、GB/T229-2007和GB-T4340.1-2009標準進行，金相試件在熱調修區間中間處選取，腐蝕液為4％硝酒精酸溶液。

2 試驗結果和分析

2.1 拉伸試驗結果

不同調修溫度火焰調修后S355J2W（H）低合金鋼拉伸試驗結果如表2所示。

表2 S355J2W（H）低合金鋼不同調修溫度拉伸試驗結果Table 2Different heat repair temperature tensile test results of S355J2W（H）low alloy steel

由表2可知，不同調修溫度對構架材料S355J2W（H）低合金鋼抗拉強度和屈服強度、伸長率和斷面收縮率影響不大，其拉伸性能與S355J2W（H）低合金鋼母材相當。由此可見，在800℃～1 200℃試驗調修溫度下，調修溫度對其拉伸性能影響不明顯。

不同調修溫度構架材料S355J2W（H）低合金鋼拉伸斷口微觀形貌如圖1所示。不同調修溫度一次調修構架材料拉伸試件所有斷口的全貌均呈纖維狀，無論是斷口的邊緣還是中心都是由許多大小不一的淺韌窩組成，而且斷口中心處的韌窩尺寸較大。

圖1 S355J2W（H）低合金鋼不同調修溫度拉伸斷口掃描Fig.1Different heat repair temperature tensile fracture scan of S355J2W（H）low alloy steel

2.2 彎曲試驗結果

不同調修溫度火焰調修后S355J2W（H）低合金鋼彎曲試驗結果如表3所示。

由表3可知，不同調修溫度下三種構架材料彎曲試件彎曲角均達到180°時，試件無斷裂或裂紋現象產生，彎曲性能良好。

表3 S355J2W（H）低合金鋼不同調修溫度彎曲試驗結果Table 3Different heat repair temperature bending test results of S355J2W（H）low alloy steel

2.3 沖擊試驗結果

不同調修溫度火焰調修后S355J2W（H）低合金鋼沖擊試驗結果如表4所示。將表4中不同調修溫度下室溫與-40℃的沖擊功平均值制成S355J2W（H）低合金鋼不同調修溫度沖擊功對比圖，如圖2所示。

表4 S355J2W（H）低合金鋼不同調修溫度沖擊試驗結果Table 4Different heat repair temperature impact test results of S355J2W（H）low alloy steel

由圖2可知，-40℃下沖擊功低于室溫時，在1200℃一次調修時尤為明顯；不論室溫還是-40℃，構架材料S355J2W（H）在700℃、800℃和1 000℃一次調修后的沖擊功相近且均高于1 200℃一次調修后的沖擊功。1200℃一次調修后沖擊性能之所以明顯降低，是因為加熱溫度過高導致材料發生了相變，晶粒有所長大。

圖2 S355J2W（H）低合金鋼不同調修溫度沖擊功對比Fig.2Different heat repair temperature impact energy of S355J2W（H）low alloy steel

1 000℃和1 200℃熱調修在-40℃時沖擊斷口掃描如圖3所示，可以看出圖3a中1 000℃熱調修時的沖擊斷口呈現大小不一的韌窩，而圖3b中的1 200℃熱調修時的沖擊斷口則為準解理，由于韌窩不足導致沖擊功嚴重下降。綜上可見，熱調修溫度過高，S355J2W（H）低合金鋼沖擊性能下降。

圖3 S355J2W（H）低合金鋼沖擊斷口掃描Fig.3S355J2W（H）low alloy steel impact fracture scan

2.4 顯微硬度試驗

不同調修溫度火焰調修后S355J2W（H）低合金鋼顯微硬度試驗結果如表5所示。不同調修溫度下S355J2W（H）低合金鋼的硬度值變化并不大，均在165～180 HV之間。

表5 S355J2W（H）低合金鋼不同調修溫度硬度試驗結果Table 5Different heat repair temperature microhardness test results of S355J2W（H）low alloy steel

2.5 金相試驗

不同調修溫度火焰調修后S355J2W（H）低合金鋼金相試驗結果如圖5所示。

圖4 S355J2W（H）低合金鋼不同調修溫度金相組織Fig.4Different heat repair temperature microstructure of S355J2W（H）low alloy steel

S355J2W（H）低合金鋼在700℃和800℃熱調修時其顯微組織為沿軋制方向呈帶狀分布的鐵素體和珠光體，晶粒度約為8～9級，與未經調修的母材相當。當母材加熱到700℃時，溫度剛剛達到Ac1（727℃）帶狀分布的珠光體開始向奧氏體轉變，但由于溫度作用時間短，僅僅有少量的珠光體轉變成細小的奧氏體，冷卻后得到少量的細小的鐵素體和珠光體，而大部分保留原來塊狀的鐵素體和珠光體，所以此溫度下材料強度和韌性與母材相近（見圖4a）；當火焰溫度加到800℃時，溫度介于Ac1與Ac3，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的鐵素體和珠光體組織（見圖4b），因此在這兩種溫度下，晶粒度較高組織仍較為細密且成帶狀的軋制特征；當火焰溫度達到1000℃和1200℃時，溫度超過Ac3，珠光體和原始塊狀鐵素體全部奧氏體化，形成晶粒粗大的單相奧氏體，冷卻后得到較為粗大的多邊形鐵素體和珠光體，材料的韌性下降明顯，溫度越高晶粒長大越明顯，晶粒度6～7級。

3 結論

（1）隨著火焰調修溫度的升高，S355J2W（H）低合金鋼沖擊性能降低明顯。

（2）在700℃～1 200℃調修時，S355J2W（H）低合金鋼的彎曲、抗拉性能及硬度受調修溫度的影響不明顯。

（3）S355J2W（H）低合金鋼在700℃、800℃和1 000℃一次調修時，其顯微組織為沿軋制方向呈帶狀分布的鐵素體和珠光體，與未經調修的母材相當；而在1 200℃調修時其顯微組織為粗大的多邊形塊狀鐵素體和珠光體，完全沒有未經調修的母材呈帶狀分布的軋制特征且晶粒有所長大。

（4）通過對不同熱調修溫度下的S355J2W（H）低合金鋼拉伸、彎曲、沖擊、硬度試驗以及顯微組織分析可知，熱調修溫度應為700℃～1 000℃，不宜超過1 000℃。

[1]喬磊.鋼結構焊接變形的火焰矯正[J].機械，2009（S1）：95.

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[4]周浩森.焊接結構設計手冊[M].北京：機械工業出版社，1990.

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變為沿晶鏈狀，M-A組元為易開裂的脆性相，裂紋極易沿此擴展，大大弱化了晶粒細化及鐵素體基體對韌性的有利作用，導致740℃亞溫正火焊接接頭韌性仍較低。

640℃高溫回火使得M-A組元大量分解，面積比例及每個尺寸均減小，彌散分布于貝氏體鐵素體中，基體組織改變為對韌性有利的回火索氏體與回火貝氏體。因此，沖擊韌度得到較大提高。

4 結論

（1）熱沖壓模擬及正火后焊接接頭的組織均為粒狀貝氏體，亞溫正火后改變為鐵素體與粒狀貝氏體的混合組織，高溫回火后M-A組元大量分解，組織為回火索氏體+回火貝氏體+M-A組元。

（2）980℃熱沖壓模擬后焊縫中的M-A組元尺寸最大，達到28.87 μm。920℃正火后焊縫中的MA組元面積比增大，尺寸有所減小。亞溫正火后，HAZ中的M-A組元面積比例最高，達到22.67％，形狀為粒狀，呈鏈狀分布?；鼗鸷驧-A組元的面積比例及最大尺寸均大量減小。

（3）980℃熱沖壓模擬、920℃正火及740℃亞溫正火后，焊接接頭的沖擊韌度均較低，640℃高溫回火后，焊接接頭的沖擊韌度得到較大提升。

參考文獻：

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Influence of heat repair temperature on microstructure and properties of S355J2W low alloy steel

LU Fenghua，JIANG Bin，SONG Xueyi
（Bogie Technology Center of CRRC Tangshan Co.，Ltd.，Tangshan 063035，China）

Adopt different flame heat repair temperature（700℃，800℃，1 000℃and 1 200℃）for S355J2W(H)low alloy steel frame material flame repairing，analyzed the influence of different flame repairing temperature on its microstructure and properties，the results showed that with the flame heat repair temperature rises，the impact properties of the S355J2W(H)low alloy steel has declined obviously；bending performance is good，tensile performance and hardness performance changed little in different heat repair temperature，the microstructure of S355J2W(H)low alloy steel at 700℃、800℃and 1 000℃is similar to the base material without heat repair，along the rolling direction distribution of ferrite and pearlite，but its microstructure is bulky polygons blocky ferrite and pearlite at 1 200℃，which has no base material characteristics of the distribution of the parent metal strip rolling and grain grew up，so the appropriate heat repair temperature is 700℃～1 000℃which should not exceed 1000℃.

flame repairing temperature；S355J2W（H）low alloy steel；bogie structure

TG441.8

A

1001－2303（2017）01－0101-05

10.7512/j.issn.1001-2303.2017.01.19

獻

盧峰華，姜斌，宋學毅.調修溫度對S355J2W（H）鋼組織與性能的影響[J].電焊機，2017，47（1）：101-105.

2016-06-01；

2016-10-25

盧峰華（1977—），男，山東黃縣人，教授級高級工程師，主要從事轉向架技術研究及管理工作。