專利名稱：一種改善微合金鋼焊縫組織與性能的熱處理工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬材料熱處理技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種改善微合金鋼焊縫組織與性能的熱處理工藝，可使含Nb、V、Ti微合金鋼焊縫獲得均勻細(xì)小的鐵素體和珠光體組織，以及良好的綜合力學(xué)性能。
背景技術(shù)：
目前鋼鐵企業(yè)正大力發(fā)展高強(qiáng)微合金鋼以滿足不同領(lǐng)域的工業(yè)需要，Nb、V、Ti的碳、氮化物具有在較高溫度下保持微粒而又均勻分布的特性，可以作為細(xì)化晶粒的合金元素而被加入到結(jié)構(gòu)鋼中，低碳鋼通過(guò)單獨(dú)或復(fù)合加入合金元素Nb、V、Ti可達(dá)到提高鋼材力學(xué)性能的目的。這些合金元素所具有的重要特性之一，就是在一定加熱 溫度下可以固溶于基體，而在熱加工和冷卻過(guò)程中，隨著溫度的降低又能以碳化物的形式析出，通過(guò)控制其析出行為，可以對(duì)鋼的顯微組織和性能產(chǎn)生較大的影響。在低合金鋼中，由于這些合金元素的加入，從而使抑制晶粒長(zhǎng)大的方式得以實(shí)現(xiàn)，并成為低合金鋼中最重要的細(xì)化晶粒方法之一。目前，Nb、V、Ti被廣泛應(yīng)用在低合金鋼的生產(chǎn)過(guò)程中，是提高鋼材強(qiáng)韌性較為有效的合金元素。對(duì)含Nb、V、Ti微合金鋼的研究主要集中在不同變形及冷卻條件下，Nb、V、Ti的析出行為及其對(duì)鋼材組織及性能的影響，但是對(duì)于不同焊后熱處理?xiàng)l件下，Nb、V、Ti的存在形式，及其對(duì)焊縫金屬組織和性能的影響還缺乏深入的了解。在熔焊過(guò)程中，焊縫的冷卻速度很快，其相變過(guò)程達(dá)不到完全平衡狀態(tài)，焊縫組織為極不均勻的鑄造組織，化學(xué)成分分布也很不均勻，影響接頭質(zhì)量，可以采用焊后熱處理方法來(lái)改善焊縫組織和性能。對(duì)于含Nb、V、Ti微合金鋼焊縫，焊態(tài)下由于冷卻速度較快，焊縫中的Nb、V、Ti來(lái)不及析出將固溶于基體中，起到固溶強(qiáng)化的作用，當(dāng)對(duì)焊縫進(jìn)行焊后熱處理后，焊縫中的Nb、V、Ti將與C、N結(jié)合形成(Nb，V, Ti) (C，N)析出相，但如果熱處理工藝選擇不當(dāng)，將導(dǎo)致(Nb，V, Ti) (C，N)未充分析出或尺寸過(guò)大，此時(shí)析出的(Nb，V, Ti)(C，N)顆粒不但沒(méi)有起到細(xì)化晶粒和提高焊縫金屬塑性和韌性的作用，反而破壞了基體的連續(xù)性，顯著惡化了焊縫性能，因此對(duì)于在要求具有較高塑性和韌性條件下使用的含Nb、V、Ti微合金鋼焊縫要制定合適的熱處理工藝以提高其綜合性能。公開(kāi)號(hào)為CN101215625的專利提出了一種改變焊縫組織性能的形變熱處理方法，該方法雖然能細(xì)化焊縫組織改善焊縫性能，但需要對(duì)焊縫進(jìn)行變形，工藝比較復(fù)雜，而且不適于對(duì)最終零件進(jìn)行處理。公開(kāi)號(hào)為CN101503757和CN101624645的專利分別提出了兩種改善焊縫性能的熱處理工藝，這兩種方法僅對(duì)焊縫金屬進(jìn)行單次熱處理，對(duì)焊縫組織和性能的改善作用有限。公開(kāi)號(hào)為CN101805822A的專利提出了一種15CrMoG鋼環(huán)形焊縫熱處理方法，該方法的熱處理溫度較低，只是用來(lái)降低焊接應(yīng)力，預(yù)防延遲裂紋，并不能細(xì)化晶粒。公開(kāi)號(hào)為CN102230066A的專利提出了一種12CrlMoV管道焊縫局部熱處理工藝，該方法所用的熱處理溫度較低，能消除焊接應(yīng)力，但對(duì)焊縫組織和性能的改善作用較小。公開(kāi)號(hào)為CN102399970A和CN101622365的專利提出的兩種熱處理方法均是采用淬火加回火工藝以改善馬氏體鋼性能。在這些已公開(kāi)的專利或文章中所使用的熱處理方法很難使含Nb、V、Ti微合金鋼焊縫的組織和性能最優(yōu)化。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)焊態(tài)下含Nb、V、Ti微合金鋼焊縫塑性和韌性較低，不能滿足在要求具有較高塑性和韌性條件下使用的問(wèn)題，提供一種改善含Nb、V、Ti微合金鋼焊縫組織與綜合性能的熱處理工藝，擴(kuò)大含Nb、V、Ti焊接材料及含Nb、V、Ti鋼的使用范圍。本發(fā)明為一種改善微合金鋼焊縫組織與性能的熱處理工藝，將含Nb、V、Ti微合金鋼焊縫隨爐快速加熱到奧氏體化溫度保溫一段時(shí)間后，焊縫中的焊態(tài)組織將發(fā)生完全奧氏體化轉(zhuǎn)變，而且焊縫中的(Nb，V, Ti) (C，N)析出相在保溫過(guò)程中會(huì)阻止奧氏體晶粒長(zhǎng)大，在隨后的冷卻過(guò)程中(Nb，V, Ti) (C，N)析出相又會(huì)作為鐵素體的核心而增大鐵素體的形核率，最終得到細(xì)化的焊縫組織，并改善焊縫的性能。本發(fā)明一種改善微合金鋼焊縫組織與性能的熱處理工藝，包括以下工藝步驟將 含Nb、V、Ti微合金鋼焊縫隨爐快速加熱到Ac3 + (25 75) 1保溫一段時(shí)間后冷卻至室溫，將此工藝重復(fù)進(jìn)行3 5次(一共進(jìn)行3 5次),完成奧氏體向鐵素體和珠光體的轉(zhuǎn)變；含Nb、V、Ti微合金鋼焊縫隨爐加熱時(shí)的加熱速率不小于1°C /min，優(yōu)選范圍為I ~ 10°C /min ；所述保溫時(shí)間為I. 5小時(shí) 4. 5小時(shí)；冷卻時(shí)在空氣中冷卻至室溫，冷卻速度保證不小于2°C /min，優(yōu)選范圍為2 16°C /min,以得到均勻細(xì)小的鐵素體和珠光體組織。本發(fā)明中，Ac3是指完全奧氏體化溫度。本發(fā)明的原理如下本發(fā)明采用焊后進(jìn)行多次正火處理的方法，通過(guò)調(diào)整正火工藝次數(shù)，使焊縫組織轉(zhuǎn)變?yōu)檩^為細(xì)小的等軸鐵素體與少量珠光體的混合組織，改善焊縫強(qiáng)度和韌塑性。將含Nb、V、Ti微合金鋼焊縫隨爐快速加熱到Ac3 + (25 75) °C，保溫I. 5小時(shí) 4. 5小時(shí)完全奧氏體化后空冷，將此工藝重復(fù)進(jìn)行3 5次，完成奧氏體向鐵素體和珠光體的轉(zhuǎn)變。多次正火處理通過(guò)細(xì)化晶粒和調(diào)整析出相的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)綜合力學(xué)性能的最佳化，即較高強(qiáng)度與較好韌塑性的組合。按本發(fā)明的正火熱處理工藝對(duì)含Nb、V、Ti微合金鋼焊縫進(jìn)行多次正火處理，其綜合機(jī)械性能得到明顯改善，屈服強(qiáng)度大于360MPa，抗拉強(qiáng)度σ b大于510MPa，延伸率大于36%，-20°C下標(biāo)準(zhǔn)沖擊功大于230J，可以用來(lái)制造要求具有較高沖擊性能的零部件。I、本發(fā)明從控制焊縫焊后不同正火熱處理工藝出發(fā)，通過(guò)改變焊縫組織和析出相大小，來(lái)調(diào)整焊縫強(qiáng)度和韌塑性。根據(jù)含Nb、V、Ti微合金鋼焊縫不同正火次數(shù)條件下微觀組織演變特征，通過(guò)選擇合適的熱處理工藝，獲得了均勻細(xì)小的鐵素體和珠光體組織，以及良好的綜合力學(xué)性能。2、本發(fā)明所有采用的熱處理工藝參數(shù)均可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用。3、本發(fā)明可以顯著提高含Nb、V、Ti微合金鋼焊縫的塑性和韌性，進(jìn)一步提高了含Nb,V,Ti低合金鋼焊縫的安全可靠性，擴(kuò)大含Nb、V、Ti焊接材料及含Nb、V、Ti鋼的使用范圍。


圖I為本發(fā)明含Nb、V、Ti微合金鋼焊縫的正火熱處理工藝示意圖；圖2為實(shí)施例I的焊縫金相組織；圖3為實(shí)施例2的焊縫金相組織；圖4為實(shí)施例3的焊縫金相組織；圖5為比較例I的焊縫金相組織；圖6為比較例2的焊縫金相組織；圖7為比較例3的焊縫金相組織；圖8為比較例4的焊縫金相組織；·圖9為比較例5的焊縫金相組織。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，但不夠成對(duì)本發(fā)明的任何限制。本發(fā)明所使用的熱處理設(shè)備無(wú)特殊要求，普通電阻爐即可。本發(fā)明中含Nb、V、Ti微合金鋼焊縫的化學(xué)成分見(jiàn)表I。經(jīng)測(cè)試，試樣成分的Ac3為890°C。試樣焊縫金屬使用富氬基二氧化碳焊方法焊得，焊接試驗(yàn)條件見(jiàn)表2，母材為S355J2G3鋼。表I含Nb、V、Ti微合金鋼焊縫金屬的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)
元素 I C I Si I Mn I P I S I Nb I V I Ti I Fe成分 0.03- 0.30 1.00~ 彡 ( 0.020 0.02 0.02- Λ Θ[nnoo] 規(guī)范 0 15 1.20 1.70 0.025 0.015 -0.10 0.20 0.20 一
■v-JiJAi
0.064 0.51 1.32 0.009 0.008 0.041 0.073 0.064 余量
成分 _________表2以下實(shí)施例和比較例測(cè)試結(jié)果的焊接試驗(yàn)條件
f+·、+焊絲規(guī)格電流強(qiáng)電弧電壓電流種類^
焊道工乙方法S(A)(V)纖廠度、
(mm/s)
1tMAG/135Φ1.2120-14018DCEP/+3.0
2tMAG/135Φ1,2240-28027-29DCEP/+5.2-5.5
3 tMAG/135Φ1.2240-28027-29DCEP/+5.2-5.5
4tMAG/135Φ1.2240-28027-29DCEP/+3.9
保護(hù)電弧保護(hù)82%^+^/0<02(^氣體流量電弧保護(hù)17-20
根部彳/(L/mm) 根部保F /
焊接1 道間溫度(°C)120二250上表中，tMAG/135的含義是熔化極活性氣體保護(hù)焊。實(shí)施例I :熱處理工藝將含Nb、V、Ti微合金鋼焊縫以4°C /min快速加熱到930°C保溫2. 5小時(shí)后空冷至室溫(冷卻速度一般為12°C /min左右)，之后再將此工藝重復(fù)兩次。焊縫金相組織見(jiàn)圖2，性能測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。實(shí)施例2 熱處理工藝將含Nb、V、Ti微合金鋼焊縫以4°C /min快速加熱到930°C保溫2. 5小時(shí)后空冷至室溫(冷卻速度一般為12°C /min左右)，之后再將此工藝重復(fù)三次。焊縫金相組織見(jiàn)圖3，性能測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。實(shí)施例3 熱處理工藝將含Nb、V、Ti微合金鋼焊縫以4°C /min快速加熱到930°C保溫2. 5小時(shí)后空冷至室溫(冷卻速度一般為12°C /min左右)，之后再將此工藝重復(fù)四次。焊縫金相組織見(jiàn)圖4，性能測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。 比較例I :焊后未進(jìn)行任何熱處理，焊縫金相組織見(jiàn)圖5，性能測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。比較例2:熱處理工藝將含Nb、V、Ti微合金鋼焊縫以4°C /min快速加熱到930°C保溫2. 5小時(shí)后空冷至室溫(冷卻速度一般為12°C /min左右)。焊縫金相組織見(jiàn)圖6，性能測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。比較例3 熱處理工藝將含Nb、V、Ti微合金鋼焊縫以4°C /min快速加熱到930°C保溫2. 5小時(shí)后空冷至室溫(冷卻速度一般為12°C /min左右)，之后再將此工藝重復(fù)一次。焊縫金相組織見(jiàn)圖7，性能測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。比較例4 熱處理工藝將含Nb、V、Ti微合金鋼焊縫以4°C /min快速加熱到930°C保溫2. 5小時(shí)后空冷至室溫(冷卻速度一般為12°C /min左右)，之后再將此工藝重復(fù)五次。焊縫金相組織見(jiàn)圖8，性能測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。比較例5 熱處理工藝將含Nb、V、Ti微合金鋼焊縫以4°C /min快速加熱到930°C保溫2. 5小時(shí)后空冷至室溫(冷卻速度一般為12°C /min左右)，之后再將此工藝重復(fù)六次。焊縫金相組織見(jiàn)圖9，性能測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。表3實(shí)施例和比較例的性能試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種改善微合金鋼焊縫組織與性能的熱處理工藝，其特征在于將含Nb、V、Ti微合金鋼焊縫隨爐快速加熱到Ac3 + (25 75) °C保溫一段時(shí)間后冷卻至室溫，將此工藝重復(fù)進(jìn)行3 5次,完成奧氏體向鐵素體和珠光體的轉(zhuǎn)變。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種改善微合金鋼焊縫組織與性能的熱處理工藝，其特征在于所述含Nb、V、Ti微合金鋼焊縫隨爐加熱時(shí)的加熱速率不小于1°C /min，所述保溫時(shí)間為I. 5小時(shí) 4. 5小時(shí)，冷卻時(shí)在空氣中冷卻至室溫，冷卻速度保證不小于2°C /min，所述Ac3是指完全奧氏體化溫度。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種改善微合金鋼焊縫組織與性能的熱處理工藝，其特征在于所述含Nb、V、Ti微合金鋼焊縫隨爐加熱時(shí)的加熱速率為I 10°C /min，冷卻速度為2 16°C /min。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種改善微合金鋼焊縫組織與性能的熱處理工藝，將含Nb、V、Ti微合金鋼焊縫隨爐快速加熱到Ac3 +(25～75)℃保溫一段時(shí)間后冷卻至室溫，將此工藝重復(fù)進(jìn)行3～5次，完成奧氏體向鐵素體和珠光體的轉(zhuǎn)變。按本發(fā)明的正火熱處理工藝對(duì)含Nb、V、Ti微合金鋼焊縫進(jìn)行多次正火處理，其綜合機(jī)械性能得到明顯改善，屈服強(qiáng)度大于360MPa，抗拉強(qiáng)度σb大于510MPa，延伸率大于36%，-20℃下標(biāo)準(zhǔn)沖擊功大于230J，可以用來(lái)制造要求具有較高沖擊性能的零部件，顯著提高含Nb、V、Ti微合金鋼焊縫的塑性和韌性，進(jìn)一步提高了含Nb、V、Ti低合金鋼焊縫的安全可靠性，擴(kuò)大含Nb、V、Ti焊接材料及含Nb、V、Ti鋼的使用范圍。
文檔編號(hào)C21D1/28GK102912108SQ201210411308
公開(kāi)日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2012年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月23日
發(fā)明者魏世同, 劉仁東, 呂冬, 徐榮杰, 林利 申請(qǐng)人:鞍鋼股份有限公司