黃顯峰　趙嬌玉　黃君輝　金鵬

摘要：通過焊接熱模擬技術(shù)對(duì)Q450NQR1高強(qiáng)度耐候鋼在不同的焊接熱輸入下過熱區(qū)的組織、硬度和沖擊性能進(jìn)行了工藝研究。結(jié)果表明：隨著焊接熱輸入的增加，顯微組織先共析鐵素體由針狀向塊狀轉(zhuǎn)變，粒狀貝氏體含量逐漸增多，硬度整體逐漸降低，低溫沖擊功整體差別不大，沖擊斷口均為解理斷裂，邊緣為大小不一的韌窩形態(tài)。

關(guān)鍵詞：Q450NQR1高強(qiáng)度耐候鋼;焊接熱輸入;粗晶區(qū);顯微組織;沖擊性能

中圖分類號(hào)：TG457.11文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1001-2303（2020）04-0107-04

DOI：10.7512/j.issn.1001-2303.2020.04.19

0 前言

Q450NQRI高強(qiáng)度耐候鋼是鋼鐵公司為滿足鐵路貨車高速、重載需要而研制的新型耐候鋼，具有低P、強(qiáng)度高及低溫沖擊韌性高的特點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于鐵路貨車車體的制造中[1]。Q450NQR1高強(qiáng)度耐候鋼是我國(guó)鐵路貨車車體常用材質(zhì)，一般采用MAG焊，對(duì)于厚板（板厚≥10 mm）長(zhǎng)直對(duì)接焊縫和角接焊縫，為保證焊接質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率，通常采用埋弧自動(dòng)焊進(jìn)行焊接[2-3]。但是在實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，埋弧焊接頭的低溫沖擊性能較低，尤其隨著焊接熱輸入的增加，其接頭的低溫沖擊性能降低更為明顯[4]。因此，為確保鐵路貨車車體的焊接質(zhì)量，有必要對(duì)埋弧焊焊接熱輸入對(duì)Q450NQR1高強(qiáng)度耐候鋼接頭性能的影響進(jìn)行深入的工藝研究。熱模擬技術(shù)可以通過精確地顯示熱加工過程中材料或部件的組織和性能變化來(lái)預(yù)測(cè)材料制備或熱加工過程中的問題[5]。本文采用熱模擬技術(shù)、顯微組織分析技術(shù)、硬度試驗(yàn)和夏比沖擊試驗(yàn)，對(duì)Q450NQRI高強(qiáng)度耐候鋼在不同焊接熱輸入下過熱區(qū)的組織和沖擊性能進(jìn)行了研究，為獲得合理的工藝提供理論指導(dǎo)和技術(shù)支持。

1 試驗(yàn)材料及方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為Q450NQR1高強(qiáng)度耐候鋼。其化學(xué)成分及力學(xué)性能分別如表1、表2所示。

1.2 試驗(yàn)方法

在 Gleeble3800熱模擬試驗(yàn)機(jī)上完成熱模擬焊接試驗(yàn)，模擬過熱區(qū)溫度，其峰值溫度設(shè)定為1 300 ℃，加熱速度為200 ℃/s，模擬熱輸入分別為1.35、1.75、2.23、2.68、3.06 kJ/mm，熱模擬試樣尺寸為11 mm×11 mm×100 mm。

熱模擬試驗(yàn)后，對(duì)試件進(jìn)行研磨、拋光、選用4%硝酸酒精溶液腐蝕試樣，并在金相顯微鏡下觀察其顯微組織。然后利用HV-50A型顯微維氏硬度儀測(cè)量不同焊接熱輸入下的維氏硬度。

參照GB/T 2650-2008《焊接接頭沖擊試驗(yàn)方法》在JB-300B 300/150型沖擊試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行-40 ℃沖擊試驗(yàn)，沖擊試件具體尺寸如圖1所示。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 金相組織

母材和不同焊接熱輸入Q450NQR1高強(qiáng)度耐候鋼熱模擬顯微組織（1 000倍）如圖2所示。母材室溫下基體組織為鐵素體及細(xì)小塊狀分布的片狀珠光體。由圖1可知，當(dāng)焊接熱輸入為1.35 kJ/mm時(shí)，顯微組織為先共析鐵素體+珠光體和粒狀貝氏體;當(dāng)焊接熱輸入1.75 kJ/mm時(shí)，組織為先共析鐵素體+珠光體和粒狀貝氏體，在晶內(nèi)出現(xiàn)針狀鐵素體;當(dāng)焊接熱輸入由2.23 kJ/mm增大至3.06 kJ/mm時(shí)，顯微組織為塊狀先共析鐵素體+珠光體和粒狀貝氏體，且粒狀貝氏體含量增多。即隨著焊接熱輸入的增大，先共析鐵素體由針狀向塊狀轉(zhuǎn)變，粒狀貝氏體含量逐漸增多。

2.2 硬度試驗(yàn)結(jié)果及分析

不同焊接熱輸入下Q450NQR1高強(qiáng)度耐候鋼熱模擬試件的顯微硬度如圖3所示。由圖3可知，不同焊接熱輸入下顯微硬度范圍為230～300 HV，隨著焊接熱輸入的增大，試件的顯微硬度整體逐漸降低。當(dāng)焊接熱輸入為1.35～1.75 kJ/mm時(shí)，硬度變化不明顯，因?yàn)榇藭r(shí)組織變化不明顯，主要為粒狀貝氏體，且數(shù)量相差不多。當(dāng)焊接熱輸入達(dá)2.23 kJ/mm時(shí)，硬度下降較為明顯，出現(xiàn)塊狀鐵素體，且粒狀貝氏體較多。焊接熱輸入為2.68～3.06 kJ/mm時(shí)，組織變化不明顯，主要為粒狀貝氏體，因此硬度變化不明顯。

2.3 沖擊試驗(yàn)結(jié)果及分析

不同焊接熱輸入下Q450NQR1高強(qiáng)度耐候鋼沖擊試驗(yàn)結(jié)果（-40 ℃低溫沖擊功平均值）如圖4所示。Q450NQR1高強(qiáng)度耐候鋼熱影響粗晶區(qū)低溫沖擊功平均值整體差別不大，材料的沖擊韌性與組織密切相關(guān)。當(dāng)焊接熱輸入為1.35 kJ/mm時(shí)，顯微組織為先共析鐵素體+珠光體+粒狀貝氏體，當(dāng)焊接熱輸入為1.75 kJ/mm時(shí)，沖擊功顯著升高，此時(shí)顯微組織中出現(xiàn)沖擊韌性好的針狀鐵素體，因此沖擊韌性顯著升高。當(dāng)焊接熱輸入為2.23 kJ/mm時(shí)，沖擊功突然降低，此時(shí)顯微組織為共析鐵素體由針狀向塊狀轉(zhuǎn)變，并伴隨粒狀貝氏體含量逐漸增多。

2.4 沖擊斷口形貌

不同焊接熱輸入下Q450NQR1高強(qiáng)度耐候鋼斷口試驗(yàn)結(jié)果（-40 ℃低溫）如圖5所示。由圖5可知當(dāng)焊接熱輸入為1.35 kJ/mm時(shí)，沖擊值較小時(shí)，斷口中間與邊緣均無(wú)韌窩，并且有著明顯的河流狀脆斷條紋，且存在二次裂紋，沖擊試樣均為解理斷裂;沖擊值較大時(shí)，斷口中間與邊緣均為較大的韌窩形態(tài)。當(dāng)焊接熱輸入為1.75 kJ/mm時(shí)，斷口中間與邊緣均為淺韌窩斷裂。當(dāng)焊接熱輸入為2.23 kJ/mm時(shí)，斷口形貌與焊接熱輸入為1.35 kJ/mm時(shí)相似。當(dāng)焊接熱輸入為2.68 kJ/mm時(shí)，沖擊值較小時(shí)斷口中間與邊均為解理斷裂;沖擊值較大時(shí)斷口中間與邊緣均為大小不一的韌窩形態(tài)。當(dāng)焊接熱輸入為3.06 kJ/mm時(shí)，沖擊值較小時(shí)斷口中間與邊緣可以看到明顯的河流花樣，均為解理斷裂;沖擊值較大時(shí)斷口為解理斷裂，邊緣為大小不一的韌窩形態(tài)，小韌窩較多。

3 結(jié)論

（1）隨著焊接熱輸入量的增加，顯微組織為先共析鐵素體+珠光體和粒狀貝氏體逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)闉閴K狀先共析鐵素體+珠光體和粒狀貝氏體，并且粒狀貝氏體含量增多。即隨著焊接熱輸入的增大，先共析鐵素體由針狀向塊狀轉(zhuǎn)變，粒狀貝氏體含量逐漸增多。

（2）隨著焊接熱輸入的增大，試件的顯微硬度整體逐漸降低。當(dāng)焊接熱輸入在1.35～1.75 kJ/mm時(shí)硬度變化不明顯。當(dāng)焊接熱輸入達(dá)到2.23 kJ/mm時(shí)硬度下降較為明顯，出現(xiàn)塊狀鐵素體，且粒狀貝氏體較多。2.68～3.06 kJ/mm組織變化不明顯，主要是粒狀貝氏體，因此硬度變化不明顯。

（3）不同焊接熱輸入下-40 ℃沖擊功平均值均大于27 J。熱影響粗晶區(qū)低溫沖擊功平均值整體差別不大，材料的沖擊韌性與組織密切相關(guān)。當(dāng)焊接熱輸入為1.75 kJ/mm時(shí)，沖擊功突然升高，當(dāng)顯微組織中出現(xiàn)沖擊韌性好的針狀鐵素體，因此沖擊韌性顯著升高。

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