[發明專利]一種改善微合金鋼焊縫組織與性能的熱處理工藝

無效

• 申請號: 201210411308.6
• 申請日: 2012-10-23
• 公開（公告）號: CN102912108A
• 公開（公告）日: 2013-02-06
• 發明（設計）人: 魏世同;劉仁東;呂冬;徐榮杰;林利
• 申請（專利權）人: 鞍鋼股份有限公司
• 主分類號: C21D9/50
• 分類號: C21D9/50;C21D1/28;C21D11/00
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技術領域

本發明屬于金屬材料熱處理技術領域，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小的鐵素體和珠光體組織，以及良好的綜合力學性能。

背景技術

目前鋼鐵企業正大力發展高強微合金鋼以滿足不同領域的工業需要，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，可以作為細化晶粒的合金元素而被加入到結構鋼中，低碳鋼通過單獨或復合加入合金元素Nb、V、Ti可達到提高鋼材力學性能的目的。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程中，隨著溫度的降低又能以碳化物的形式析出，通過控制其析出行為，可以對鋼的顯微組織和性能產生較大的影響。在低合金鋼中，由于這些合金元素的加入，從而使抑制晶粒長大的方式得以實現，并成為低合金鋼中最重要的細化晶粒方法之一。目前，Nb、V、Ti被廣泛應用在低合金鋼的生產過程中，是提高鋼材強韌性較為有效的合金元素。對含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的析出行為及其對鋼材組織及性能的影響，但是對于不同焊后熱處理條件下，Nb、V、Ti的存在形式，及其對焊縫金屬組織和性能的影響還缺乏深入的了解。

在熔焊過程中，焊縫的冷卻速度很快，其相變過程達不到完全平衡狀態，焊縫組織為極不均勻的鑄造組織，化學成分分布也很不均勻，影響接頭質量，可以采用焊后熱處理方法來改善焊縫組織和性能。對于含Nb、V、Ti微合金鋼焊縫，焊態下由于冷卻速度較快，焊縫中的Nb、V、Ti來不及析出將固溶于基體中，起到固溶強化的作用，當對焊縫進行焊后熱處理后，焊縫中的Nb、V、Ti將與C、N結合形成(Nb,?V,?Ti)(C,N)析出相，但如果熱處理工藝選擇不當，將導致(Nb,?V,?Ti)(C,N)未充分析出或尺寸過大，此時析出的(Nb,?V,?Ti)(C,N)顆粒不但沒有起到細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性，顯著惡化了焊縫性能，因此對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。

公開號為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，該方法雖然能細化焊縫組織改善焊縫性能，但需要對焊縫進行變形，工藝比較復雜，而且不適于對最終零件進行處理。公開號為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，這兩種方法僅對焊縫金屬進行單次熱處理，對焊縫組織和性能的改善作用有限。公開號為CN101805822A的專利提出了一種15CrMoG鋼環形焊縫熱處理方法，該方法的熱處理溫度較低，只是用來降低焊接應力，預防延遲裂紋，并不能細化晶粒。公開號為CN102230066A的專利提出了一種12Cr1MoV管道焊縫局部熱處理工藝，該方法所用的熱處理溫度較低，能消除焊接應力，但對焊縫組織和性能的改善作用較小。公開號為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化。

發明內容

針對焊態下含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，擴大含Nb、V、Ti焊接材料及含Nb、V、Ti鋼的使用范圍。

本發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間后，焊縫中的焊態組織將發生完全奧氏體化轉變，而且焊縫中的(Nb,?V,?Ti)(C,N)析出相在保溫過程中會阻止奧氏體晶粒長大，在隨后的冷卻過程中(Nb,?V,?Ti)(C,N)析出相又會作為鐵素體的核心而增大鐵素體的形核率，最終得到細化的焊縫組織，并改善焊縫的性能。

本發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Ac_3?+（25～75）℃保溫一段時間后冷卻至室溫，將此工藝重復進行3～5次（一共進行3～5次），完成奧氏體向鐵素體和珠光體的轉變；

含Nb、V、Ti微合金鋼焊縫隨爐加熱時的加熱速率不小于1℃/min，優選范圍為1～10℃/min；

所述保溫時間為1.5小時～4.5小時；