调修温度对S355J2W（H）钢组织与性能的影响

卢峰华，姜 斌，宋学毅

（中车唐山机车车辆有限公司转向架技术中心，河北唐山063035）

调修温度对S355J2W（H）钢组织与性能的影响

卢峰华，姜 斌，宋学毅

（中车唐山机车车辆有限公司转向架技术中心，河北唐山063035）

采用不同的火焰调修温度（700℃、800℃、1000℃和1200℃）对构架材料S355J2W（H）钢进行火焰调修，研究不同火焰调修温度对其组织和性能的影响。结果表明：随着火焰调修温度的升高，S355J2W（H）钢冲击性能下降较为明显；但不同调修温度对其弯曲、拉伸性能及显微硬度影响不大；S355J2W（H）钢在700℃、800℃和1000℃热调修时，其显微组织与未经调修的母材相当，为沿轧制方向呈带状分布的铁素体和珠光体；而在1200℃调修时其显微组织为粗大的多边形块状铁素体和珠光体，已完全没有未经调修的母材呈带状分布的轧制特征且晶粒有所长大，故合适的热调修温度为700℃～1000℃，不宜超过1000℃。

火焰调修温度；S355J2W（H）钢；转向架构架

0 前言

国内外客车转向架构架尤其是高速列车转向架构架的主流形式为焊接构架。焊接构架的应用对减轻列车自重、提高列车运行速度起到十分重要的作用，但焊接变形的存在对列车的安全可靠运行会产生不利影响，如果不予以矫正，不仅影响结构整体安装，还会降低设备的安全可靠性[1-2]。为此，高速列车转向架焊接构架制造中的焊接变形受到国内外高速列车制造企业的高度重视。生产中除了通过采用相应的工艺控制焊接变形外，还通过调修来矫正焊接变形。为了提高高速列车转向架焊接构架制造质量[3-4]，在此研究不同热调修温度（700℃、800℃、1 000℃和1 200℃）对构架材料鞍钢产S355J2W（H）低合金钢组织与性能的影响规律，以确定其合理调修温度，为高速列车转向架焊接构架调修提供依据。

1 试验材料和方法

试验构架材料选用板厚14 mm的S355J2W（H）低合金钢，其化学成分及力学性能如表1所示。

采用氧乙炔加热在不同调修温度下对构架材料进行热调修，并用型号为LINI-T的红外线测温仪确定调修温度，试板尺寸300 mm×300 mm×14 mm，调修区宽度80 mm。

表1 S355J2W（H）低合金钢的化学成分及力学性能Table 1Chemical composition and mechanical properties of S355J2W（H）low alloy steel

试板经火焰调修后分别进行了拉伸、弯曲、冲击、硬度等力学性能试验以及金相组织分析。室温拉伸、弯曲、冲击以及硬度试验分别按照GB-T 2651-2008、GB-T 2653-2008、GB/T229-2007和GB-T4340.1-2009标准进行，金相试件在热调修区间中间处选取，腐蚀液为4％硝酒精酸溶液。

2 试验结果和分析

2.1 拉伸试验结果

不同调修温度火焰调修后S355J2W（H）低合金钢拉伸试验结果如表2所示。

表2 S355J2W（H）低合金钢不同调修温度拉伸试验结果Table 2Different heat repair temperature tensile test results of S355J2W（H）low alloy steel

由表2可知，不同调修温度对构架材料S355J2W（H）低合金钢抗拉强度和屈服强度、伸长率和断面收缩率影响不大，其拉伸性能与S355J2W（H）低合金钢母材相当。由此可见，在800℃～1 200℃试验调修温度下，调修温度对其拉伸性能影响不明显。

不同调修温度构架材料S355J2W（H）低合金钢拉伸断口微观形貌如图1所示。不同调修温度一次调修构架材料拉伸试件所有断口的全貌均呈纤维状，无论是断口的边缘还是中心都是由许多大小不一的浅韧窝组成，而且断口中心处的韧窝尺寸较大。

图1 S355J2W（H）低合金钢不同调修温度拉伸断口扫描Fig.1Different heat repair temperature tensile fracture scan of S355J2W（H）low alloy steel

2.2 弯曲试验结果

不同调修温度火焰调修后S355J2W（H）低合金钢弯曲试验结果如表3所示。

由表3可知，不同调修温度下三种构架材料弯曲试件弯曲角均达到180°时，试件无断裂或裂纹现象产生，弯曲性能良好。

表3 S355J2W（H）低合金钢不同调修温度弯曲试验结果Table 3Different heat repair temperature bending test results of S355J2W（H）low alloy steel

2.3 冲击试验结果

不同调修温度火焰调修后S355J2W（H）低合金钢冲击试验结果如表4所示。将表4中不同调修温度下室温与-40℃的冲击功平均值制成S355J2W（H）低合金钢不同调修温度冲击功对比图，如图2所示。

表4 S355J2W（H）低合金钢不同调修温度冲击试验结果Table 4Different heat repair temperature impact test results of S355J2W（H）low alloy steel

由图2可知，-40℃下冲击功低于室温时，在1200℃一次调修时尤为明显；不论室温还是-40℃，构架材料S355J2W（H）在700℃、800℃和1 000℃一次调修后的冲击功相近且均高于1 200℃一次调修后的冲击功。1200℃一次调修后冲击性能之所以明显降低，是因为加热温度过高导致材料发生了相变，晶粒有所长大。

图2 S355J2W（H）低合金钢不同调修温度冲击功对比Fig.2Different heat repair temperature impact energy of S355J2W（H）low alloy steel

1 000℃和1 200℃热调修在-40℃时冲击断口扫描如图3所示，可以看出图3a中1 000℃热调修时的冲击断口呈现大小不一的韧窝，而图3b中的1 200℃热调修时的冲击断口则为准解理，由于韧窝不足导致冲击功严重下降。综上可见，热调修温度过高，S355J2W（H）低合金钢冲击性能下降。

图3 S355J2W（H）低合金钢冲击断口扫描Fig.3S355J2W（H）low alloy steel impact fracture scan

2.4 显微硬度试验

不同调修温度火焰调修后S355J2W（H）低合金钢显微硬度试验结果如表5所示。不同调修温度下S355J2W（H）低合金钢的硬度值变化并不大，均在165～180 HV之间。

表5 S355J2W（H）低合金钢不同调修温度硬度试验结果Table 5Different heat repair temperature microhardness test results of S355J2W（H）low alloy steel

2.5 金相试验

不同调修温度火焰调修后S355J2W（H）低合金钢金相试验结果如图5所示。

图4 S355J2W（H）低合金钢不同调修温度金相组织Fig.4Different heat repair temperature microstructure of S355J2W（H）low alloy steel

S355J2W（H）低合金钢在700℃和800℃热调修时其显微组织为沿轧制方向呈带状分布的铁素体和珠光体，晶粒度约为8～9级，与未经调修的母材相当。当母材加热到700℃时，温度刚刚达到Ac1（727℃）带状分布的珠光体开始向奥氏体转变，但由于温度作用时间短，仅仅有少量的珠光体转变成细小的奥氏体，冷却后得到少量的细小的铁素体和珠光体，而大部分保留原来块状的铁素体和珠光体，所以此温度下材料强度和韧性与母材相近（见图4a）；当火焰温度加到800℃时，温度介于Ac1与Ac3，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的铁素体和珠光体组织（见图4b），因此在这两种温度下，晶粒度较高组织仍较为细密且成带状的轧制特征；当火焰温度达到1000℃和1200℃时，温度超过Ac3，珠光体和原始块状铁素体全部奥氏体化，形成晶粒粗大的单相奥氏体，冷却后得到较为粗大的多边形铁素体和珠光体，材料的韧性下降明显，温度越高晶粒长大越明显，晶粒度6～7级。

3 结论

（1）随着火焰调修温度的升高，S355J2W（H）低合金钢冲击性能降低明显。

（2）在700℃～1 200℃调修时，S355J2W（H）低合金钢的弯曲、抗拉性能及硬度受调修温度的影响不明显。

（3）S355J2W（H）低合金钢在700℃、800℃和1 000℃一次调修时，其显微组织为沿轧制方向呈带状分布的铁素体和珠光体，与未经调修的母材相当；而在1 200℃调修时其显微组织为粗大的多边形块状铁素体和珠光体，完全没有未经调修的母材呈带状分布的轧制特征且晶粒有所长大。

（4）通过对不同热调修温度下的S355J2W（H）低合金钢拉伸、弯曲、冲击、硬度试验以及显微组织分析可知，热调修温度应为700℃～1 000℃，不宜超过1 000℃。

[1]乔磊.钢结构焊接变形的火焰矫正[J].机械，2009（S1）：95.

[2]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.

[3]朱兆华，黄菊花，张庭芳，等.火焰矫正方法在钢结构中的应用[J].焊接技术，2009（5）：63-64.

[4]周浩森.焊接结构设计手册[M].北京：机械工业出版社，1990.

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变为沿晶链状，M-A组元为易开裂的脆性相，裂纹极易沿此扩展，大大弱化了晶粒细化及铁素体基体对韧性的有利作用，导致740℃亚温正火焊接接头韧性仍较低。

640℃高温回火使得M-A组元大量分解，面积比例及每个尺寸均减小，弥散分布于贝氏体铁素体中，基体组织改变为对韧性有利的回火索氏体与回火贝氏体。因此，冲击韧度得到较大提高。

4 结论

（1）热冲压模拟及正火后焊接接头的组织均为粒状贝氏体，亚温正火后改变为铁素体与粒状贝氏体的混合组织，高温回火后M-A组元大量分解，组织为回火索氏体+回火贝氏体+M-A组元。

（2）980℃热冲压模拟后焊缝中的M-A组元尺寸最大，达到28.87 μm。920℃正火后焊缝中的MA组元面积比增大，尺寸有所减小。亚温正火后，HAZ中的M-A组元面积比例最高，达到22.67％，形状为粒状，呈链状分布。回火后M-A组元的面积比例及最大尺寸均大量减小。

（3）980℃热冲压模拟、920℃正火及740℃亚温正火后，焊接接头的冲击韧度均较低，640℃高温回火后，焊接接头的冲击韧度得到较大提升。

参考文献：

[1]NB/T 47015-2011（JB/T 4709），压力容器焊接规程[S].

[2]NB/T 47015-2011（JB/T 4744），承压设备产品焊接试件的力学性能检验[S].

[3]张英乔，张汉谦，刘伟明.M-A组元对石油储罐用钢粗晶热影响区韧性的影响[J].焊接学报，2009，30（1）：109-112.

[4]LePERA F S.Improved Etching Technique for the Determination of Percent Martensite in High-Strength Dual-Phase Steels[J].METALLOGRAPHY，1997（12）：263-268.

[5]赵琳，张旭东，陈武柱.800 MPa级低合金钢焊接热影响区韧性的研究[J].金属学报，2005，41（4）：392-396.

[6]方鸿生，邓海金.低碳Fe-Mn-B钢粒状贝氏体的组织及其强韧性[J].机械工程材料，1981，5（1）：5-14.

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

献

卢峰华，姜斌，宋学毅.调修温度对S355J2W（H）钢组织与性能的影响[J].电焊机，2017，47（1）：101-105.

2016-06-01；

2016-10-25

卢峰华（1977—），男，山东黄县人，教授级高级工程师，主要从事转向架技术研究及管理工作。