一种提高低铬型不锈钢焊接接头低温韧性的热处理方法技术

本发明专利技术提供一种提高低铬型不锈钢焊接接头低温韧性的热处理方法，根据接头形式及使用要求不同，采用单热处理工艺或双热处理工艺方法；热处理温度为700～1000℃，保温时间为5～25分钟，冷却方式为空冷或水冷，经过焊后热处理工艺处理的焊接接头脆性转变温度由焊态时的0℃以上可降低至－40℃以下同时其他力学性能包括拉伸、弯曲、耐蚀性等不降低，通过准确控制A1点附近的亚临界热处理，从而发生了马氏体晶粒内部的亚结构转变，即位错密度大幅降低，板条马氏体转变为粒状马氏体，从而提高低温力学性能，并且通过焊后的均匀化热处理工艺可实现接头区的晶粒完全细化，经过该工艺热处理的不锈钢接头HAZ的低温冲击韧性可提高4倍以上。不锈钢接头HAZ的低温冲击韧性可提高4倍以上。不锈钢接头HAZ的低温冲击韧性可提高4倍以上。

【技术实现步骤摘要】
一种提高低铬型不锈钢焊接接头低温韧性的热处理方法


[0001]本专利技术涉及金属加工和热处理工艺
，尤其是一种提高低铬型不锈钢焊接接头低温韧性的热处理方法。

技术介绍

[0002]低铬型(11～14％)不锈钢由于不含镍或含少量的镍，是迄今为止最经济的不锈钢品种，该类型的不锈钢品种众多，包括铁素体不锈钢，马氏体不锈钢和铁素体+马氏体两相组织不锈钢等，化学成分和应用领域也各不相同。其中的12Cr铁素体+马氏体两相组织不锈钢由于具有良好的综合性能，包括耐蚀性、力学性能和加工性能等，且镍含量低于1％，是一种理想的替代碳钢用于工业领域的不锈钢材料，从长期服役的角度，该不锈钢具有良好的费用－效能比。
[0003]铁素体+马氏体组织的12Cr不锈钢中的化学成分特点为超低的碳和氮元素，同时添加了少量的铌或钛以改善耐蚀性，另外含有少量镍元素以保证在室温时组织中含有一定量的马氏体。通过将铁素体因子FF值控制在8以下，可以获得室温下组织为优势相铁素体和低碳板条马氏体的两相组织不锈钢。FF值按照式1计算得出，其中各元素的含量为质量百分比(ω％)。
[0004]FF＝Cr+6Si+8Ti+4Mo+2Al+4Nb
‑
2Mn
‑
4Ni
‑
40(C+N)
ꢀꢀꢀ
(1)
[0005]然而，长期以来，焊态的焊接接头力学性能尤其是塑韧性急剧下降成为限制其发展应用的瓶颈环节，并且通过采取改变焊接方法和优化焊接工艺都无法从根本上解决这一难题。研究表明，其根本原因在于在焊接热循环过程中，HAZ进入(α+γ)两相区后发生了相变重结晶和晶粒粗化现象。按照温度的不同，HAZ可分为两个明显的分区，即高温热影响区(HT
‑
HAZ，High Temperature Heat
‑
Affected Zone)和低温热影响区(LT
‑
HAZ，Low Temperature Heat
‑
Affected Zone)，两分区域的温度分界线约为1200℃。低温热影响区的组织特点为以细小的非平衡马氏体晶粒为主，呈脆硬的特点；而高温热影响区的特点为由于温度较高，铁素体晶粒发生了显著的粗化，性能下降。以上两种不利因素的共同作用导致了整个焊接接头的力学性能尤其是低温性能非常差，当接头形式为水平对接时，比角接接头更容易发生断裂失效。试验表明，填充奥氏体焊丝获得的接头在
‑
20℃时，HAZ的冲击韧性低于25J/cm2；而不填充奥氏体焊丝或焊丝填充量少的接头如高频感应焊接或等离子焊接接头在室温时的冲击韧性即低于25J/cm2，达不到构件对冲击韧性的要求。因此，该类不锈钢的应用受到了极大的限制，焊接工艺和焊接性研究工作也进展缓慢。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的不足，本专利技术提供一种提高低铬型不锈钢焊接接头低温韧性的热处理方法，具体提供一种可显著提高铬含量为11～14％低铬铁素体不锈钢薄板焊接接头低温冲击韧性的焊后热处理方法，本专利技术可从根本上解决低铬型不锈钢由于粗大的组织而使焊接接头力学性能严重降低的问题，经过该工艺热处理的不锈钢接头HAZ的低温冲击韧性
可提高4倍以上，甚至高于奥氏体不锈钢焊缝的冲击韧性，使得该不锈钢接头的性能满足结构件的使用要求。
[0007]本专利技术的技术方案为：一种提高低铬型不锈钢焊接接头低温韧性的热处理方法，所述的方法根据接头形式及使用要求不同，可采用单热处理工艺或双热处理工艺方法；
[0008]且该类型的不锈钢在800℃
‑
1380℃之间存在一个(α+γ)两相区，该两相区的下边界温度以A1表示，上边界温度以A3表示，具体如下：
[0009]S1)、只对焊接接头实施于A1温度的焊后热处理，该处理针对采用奥氏体焊材且母材熔合较小的焊接接头；
[0010]根据工件的厚度及形状，保温5～30分钟后空冷，可进行整体热处理，或进行局部热处理，或在焊接完成后马上进行在线感应热处理；
[0011]该工艺适用于服役环境不低于0℃的高熔合比焊接件(等离子、高频感应焊接等)和服役环境低于0℃的开坡口填充奥氏体焊材的低熔合比焊接件(熔化极气体保护焊、填丝TIG焊等)；
[0012]如果进行炉内整体热处理，先将炉温升至750
‑
850℃之间的某个温度，然后将焊件放入炉内保温5～30分钟，然后空冷或水冷至室温即可；
[0013]如果进行局部热处理，则将电脑控温的加热带覆盖在焊接接头上，升温速度为20～100℃/min，在750～850℃之间保温5～25分钟然后空冷即可；
[0014]如果在线感应热处理时，感应线圈组数和感应加热区长度要根据焊接速度和保温时间来确定，由于感应加热的特点，温度上升快，保证加热温度稳定在750～850℃之间并保温5～25分钟即可保证接头性能获得提高；
[0015]S2)、针对不填充奥氏体焊材或填充量很小的焊接接头；
[0016]首先选定(α+γ)两相区的某一温度进行均匀化热处理，以消除焊缝及HAZ的粗大晶粒，保温时间为5～25分钟，空冷或水冷至室温，然后进行步骤S1)的热处理的方法。
[0017]本专利技术的有益效果为：
[0018]1、本专利技术适用于低铬不锈钢采用所有焊接方法形成的焊接接头，应用于对低温冲韧性有较高要求的场合；并且还可用于由于不适当的焊接工艺而导致的焊接缺陷的返修处理，经过多次相同工艺的热处理后接仍然保持性能不降低
[0019]2、本专利技术的热处理工艺时，不需要特殊的热处理设备，工艺简单，成本低，并具有可操作性强和可反复操作的特点；
[0020]3、本专利技术根据工件的厚度及形状，选择热处理的方式，具有保温时间短，操作简单，对设备及工况环境要求低等特点，可利用热履带等加热设备实现焊接接头的局部热处理，解决大型构件无法整体热处理的难题；
[0021]4、本专利技术通过准确控制A1点附近的亚临界热处理，从而发生了马氏体晶粒内部的亚结构转变，即位错密度大幅降低，板条马氏体转变为粒状马氏体，从而提高低温力学性能，并且通过焊后的均匀化热处理工艺可实现接头区的晶粒完全细化，经过该工艺热处理的不锈钢接头HAZ的低温冲击韧性可提高4倍以上，甚至高于奥氏体不锈钢焊缝的冲击韧性，使得该不锈钢接头的性能满足结构件的使用要求；
[0022]5、本专利技术经过焊后热处理工艺处理的焊接接头脆性转变温度由焊态时的0℃以上可降低至－40℃以下(以冲击韧性35J/cm2为标准)，同时其他力学性能包括拉伸、弯曲、耐
蚀性等不降低；
附图说明
[0023]图1为本专利技术亚临界热处理前后HAZ中马氏体SEM形貌对比图，其中，(a)为焊态的SEM形貌图，(b)为热处理态后的SEM形态图；
[0024]图2为本专利技术热处理前后HAZ中马氏体TEM形貌对比图，其中，(a)为焊态的SEM形貌图，(b)为均匀热处理态后的SEM形态图，(c)为亚临界热处理本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高低铬型不锈钢焊接接头低温韧性的热处理方法，其特征在于，所述的方法根据接头形式及使用要求不同，可采用单热处理工艺或双热处理工艺方法，该类型的不锈钢在800℃
‑
1380℃之间存在一个(α+γ)两相区，该两相区的下边界温度以A1表示，上边界温度以A3表示，具体如下：S1)、只对焊接接头实施于A1温度的焊后热处理，该处理针对采用奥氏体焊材且母材熔合较小的焊接接头；根据工件的厚度及形状，处理温度为700～1000℃，保温5～30分钟后空冷，可进行整体热处理，或进行局部热处理，或在焊接完成后马上进行在线感应热处理；S2)、针对不填充奥氏体焊材或填充量很小的焊接接头；该首先选定(α+γ)两相区的某一温度进行均匀化热处理，以消除焊缝及HAZ的粗大晶粒，保温时间为5～25分钟，空冷或水冷至室温，然后进行步骤S1)的热处理的方法；通过准确控制A1点附近的亚临界热处理，从而发生了马氏体晶粒内部的亚结构转变，即位错密度大幅降低，板条马氏体转变为粒状马氏体，从而提高低温力学性能，并且通过焊后的均匀化热处理工艺可实现接头区的晶粒完全细化，经过该工艺热...

【专利技术属性】
技术研发人员：周峰，吴开明，周庆，
申请(专利权)人：佛山职业技术学院，
类型：发明
国别省市：