一种改善690MPa级低C中Mn高强韧中厚板焊接接头低温冲击韧性的焊后热处理方法技术

本发明专利技术公开一种改善690MPa级低C中Mn高强韧中厚板焊接接头低温冲击韧性的焊后热处理方法，是一种α+γ两相区回火的焊后热处理方法，以提高中厚板焊接接头的低温冲击韧性；所述的中厚板组织为回火马氏体及细小稳定的逆转变奥氏体；本发明专利技术的优点：焊后热处理工艺不仅消除了焊接产生的热应力、排除焊缝在焊接过程中产生的氢脆，而且均匀了焊缝和热影响区的组织、细化焊缝和热影响区的晶粒，使焊缝金属与母材金属更好地融合。焊后经α+γ两相区回火热处理后的焊接接头性能优良：屈服强度、抗拉强度均高于母材，延伸率≥20％，熔合线、粗晶区及细晶区‑40℃冲击功≥47J，满足Q690D级的焊接接头低温冲击韧性要求。此外，本发明专利技术方法操作过程简单，易实现工业化批量生产。

【技术实现步骤摘要】
一种改善690MPa级低C中Mn高强韧中厚板焊接接头低温冲击韧性的焊后热处理方法
本专利技术属于金属材料
，具体说是一种焊接方法，更具体说是一种改善690MPa级低C中Mn高强韧中厚板焊接接头低温冲击韧性的焊后热处理方法。
技术介绍
690MPa级低C中Mn高强韧中厚板主要用于海洋平台建设，海洋平台用钢作为工程结构用钢在保证海洋设施安全方面起着最为重要的作用。海洋平台用钢在具有高强度、高韧性的同时，必须具有良好的焊接性能，这对于提高海洋平台用钢的安全性和使用寿命具有重要意义。根据中国船级社提供的碳当量Ceq和焊接冷裂纹敏感指数PCM计算公式：Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15(％)PCM＝C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B(％)可知，低C中Mn中厚板的碳当量较高、焊接冷裂纹倾向较大。因此，690MPa级低C中Mn高强韧中厚板必须进行相应的焊前预热和焊后热处理。另外，在焊接过程中，焊缝两侧的热影响区(HeatAffectedZone，简称HAZ)受到很大的热扰动，HAZ区域具有升温时间短、升温温度高、冷却速度快等特点，导致HAZ成为焊接接头组织和性能变化梯度最大的区域。另外，熔合线处存在着显著的物理化学成分不均匀的性，以及严重的应力集中。因此，HAZ及熔合线的组织和性能直接影响焊接接头的质量。虽然690MPa级低C中Mn高强韧中厚板的制备技术已日趋成熟，使用比例亦逐年增加，但国内对其焊接性的研究工作很少，可用于指导工程应用的研究成果几乎没有。鉴于这一现状，有必要深入地研究690MPa级低C中Mn高强韧中厚板焊接性能。
技术实现思路
本专利技术在现有焊接后热技术基础上并针对其不足，提出一种两相区回火的焊后热处理工艺，以提高690MPa级低C中Mn高强韧中厚板焊接接头的低温冲击韧性。具体技术方案是：一种改善690MPa级低C中Mn高强韧中厚板焊接接头低温冲击韧性的焊后热处理方法，是一种α+γ两相区回火的焊后热处理方法，以提高690MPa级低C中Mn高强韧中厚板焊接接头的低温冲击韧性；所述的690MPa级低C中Mn高强韧中厚板化学组成按重量百分比为：C:0.038～0.07％，Mn:4.97～5.45％,Si:0.19～0.20％，S:0.0012～0.006％，P:0.004～0.009％，Al:0.01～0.023％，Cu:0.12～0.31％，Ni:0.21～0.32％，Mo:0.16～0.23％，Cr:0.39～0.42％，余量为Fe和其他不可避免的杂质；所述的690MPa级低C中Mn高强韧中厚板组织为回火马氏体及细小稳定的逆转变奥氏体。所述的焊接方法为气体保护焊；焊丝直径1.2mm。工艺参数如下：(1)保护气体为80％Ar+20％CO2，保护气体流量15～20L/min；(2)焊前预热温度150～200℃；(3)采用多层多道焊接工艺，焊接电流200～250A，焊接电压25～30V，焊接速度5mm/s，焊接热输入10～15KJ/cm；(4)层间温度150～200℃；(5)焊后热处理工艺：630～650℃保温15～30min，空冷至室温。所述的690MPa级低C中Mn高强韧中厚板厚度20～30mm，屈服强度720～735MPa，抗拉强度780～840MPa，延伸率24.0～27.5％，-40℃冲击功149～186J。所述焊丝的力学性能为：屈服强度≥620MPa，抗拉强度700～890MPa，延伸率≥18％，-40℃冲击功≥47J。经检验，经相同预热温度、相同焊接工艺参数焊接的中锰中厚板，焊后两相区回火热处理工艺(630～650℃保温15～30min，空冷至室温)的焊接接头较传统后热工艺(200℃保温120min，空冷至室温)的焊接接头低温冲击韧性更高、塑性更优，且消除了焊接接头处的硬度梯度。与传统后热工艺相比，本专利技术的优势在于：焊后热处理工艺不仅消除了焊接产生的热应力、排除焊缝在焊接过程中产生的氢脆，而且均匀了焊缝和热影响区的组织、细化焊缝和热影响区的晶粒，使焊缝金属与母材金属更好地融合。焊后经两相区回火热处理后的焊接接头性能优良：屈服强度、抗拉强度均高于母材，延伸率≥20％，熔合线、粗晶区及细晶区-40℃冲击功≥47J。满足Q690D级的焊接接头低温冲击韧性要求。此外，本专利技术方法操作过程简单，易实现工业化批量生产。附图说明图1为实施例1焊后200℃保温120min，空冷至室温的焊接热影响区粗晶区的TEM精细形貌；图2为实施例2焊后650℃保温15min，空冷至室温的焊接热影响区粗晶区的TEM精细形貌；图3为实施例3焊后630℃保温30min，空冷至室温的焊接热影响区粗晶区的TEM精细形貌。具体实施方式本专利技术中实施例1、2中的焊接母材在东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室设计制造的Φ450热轧机进行轧制，加热炉为高温箱式电阻炉，型号为RX4-85-13B；实施例3中的焊接母材在鞍山钢铁公司中厚板厂进行轧制。本专利技术中的焊接设备采用东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室半自动气体保护焊焊机，型号为QuintoGLC403；本专利技术中实施例1、2中的焊丝为CARBOFILER100S-G低合金高强钢实芯气保焊丝，焊丝成分为0.08C，1.80Mn，0.60Si，0.015P，0.018S，1.0Ni，0.4Mo，屈服强度≥620MPa，抗拉强度700～890MPa，延伸率≥18％，-40℃冲击功≥47J；本专利技术中实施例3中的焊丝为CHW-100GXER110S-G高强钢气体保护焊焊丝，焊丝成分为0.088C，1.75Mn，0.51Si，0.009P，0.007S，2.21Ni，0.51Mo，0.28Cr，0.25Cu，屈服强度670MPa，抗拉强度830MPa，延伸率≥19％，-40℃冲击功75J。本专利技术焊接接头热处理采用的加热炉为箱式电阻炉，型号为RX-36-10。实施例中观测金相组织的设备为莱卡DMIRM2500M金相显微镜。实施例1传统后热工艺(200℃保温120min，空冷至室温)，工艺步骤如下：(1)焊接工艺将20mm厚的低C中Mn高强韧中厚板加工成对称的双V型坡口，单边坡口30°，钝边2mm，组对间隙1.5mm。对坡口两侧的待焊接板材表面进行打磨，去除氧化铁皮和铁屑，将待焊接板材四周用螺栓固定，然后进行Ar+CO2混合气体保护定位焊。定位焊结束后，采用火焰枪对焊缝及周围200mm范围内进行预热，预热温度150～200℃。预热后对中锰中厚板进行焊接，焊接电流200A，焊接电压25V，气体流量15L/min，焊接速度5mm/s，焊接线能量10KJ/cm。焊接过程中，层间温度控制在150～200℃。(2)后热工艺将填充焊结束后的焊接板在放入200℃电阻炉中，保温120min，消除焊接应力，并使焊接引入氢原子能够充分扩散，避免产生氢致裂纹，随后空冷至室温，测定焊接接头的拉伸性能、冲击性能及硬度值。经检测，焊接接头的屈服强度为778MPa，抗拉强度为843MPa，屈强比0.92，延伸率15.37％，母材处发生断裂；焊接接头各区域-40℃冲击功分别为：焊缝52J、熔合线28J、粗晶区48J、细晶区76J；焊本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改善690MPa级低C中Mn高强韧中厚板焊接接头低温冲击韧性的焊后热处理方法，其特征在于：是一种α+γ两相区回火的焊后热处理方法，以提高690MPa级低C中Mn高强韧中厚板焊接接头的低温冲击韧性；所述的690MPa级低C中Mn高强韧中厚板化学组成按重量百分比为：C:0.038～0.07％，Mn:4.97～5.45％,Si:0.19～0.20％，S:0.0012～0.006％，P:0.004～0.009％，Al:0.01～0.023％，Cu:0.12～0.31％，Ni:0.21～0.32％，Mo:0.16～0.23％，Cr:0.39～0.42％，余量为Fe和其他不可避免的杂质；所述的690MPa级低C中Mn高强韧中厚板组织为回火马氏体及细小稳定的逆转变奥氏体。

【技术特征摘要】
1.一种改善690MPa级低C中Mn高强韧中厚板焊接接头低温冲击韧性的焊后热处理方法，其特征在于：是一种α+γ两相区回火的焊后热处理方法，以提高690MPa级低C中Mn高强韧中厚板焊接接头的低温冲击韧性；所述的690MPa级低C中Mn高强韧中厚板化学组成按重量百分比为：C:0.038～0.07％，Mn:4.97～5.45％,Si:0.19～0.20％，S:0.0012～0.006％，P:0.004～0.009％，Al:0.01～0.023％，Cu:0.12～0.31％，Ni:0.21～0.32％，Mo:0.16～0.23％，Cr:0.39～0.42％，余量为Fe和其他不可避免的杂质；所述的690MPa级低C中Mn高强韧中厚板组织为回火马氏体及细小稳定的逆转变奥氏体。2.根据权利要求1所述的焊后热处理方法，其特征在于：所述的焊接方法为气体保护焊。3.根据权利要求1所述的焊后热处理方法，其特征在于工艺参数如下：...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐翔羽，杜林秀，胡军，张彬，翁镭，吴红艳，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21