一种细化焊缝金属组织的热处理方法 【技术领域】
本发明属于金属制造和热处理工艺领域。具体涉及一种细化焊缝金属组织的热处理方法。
背景技术
生产实践中常用的焊接方法，如手工电弧焊、熔化极氩弧焊、CO2气保护焊，高效率的埋弧焊、气电立焊等，所形成的焊缝组织都是粗大的柱状晶形态，而且随着焊接效率的提高，大热输入使焊缝组织的柱状晶更加粗大。粗大的柱状晶造成了焊缝组织的性能，如室温冲击韧性等远远不能与母材匹配，形成了焊接接头性能的薄弱环节。
添加合金元素是细化金属组织的一个基本方法，但对于焊缝金属来说，快速冷却的特点决定了不能通过合金元素，如Nb、V等的碳氮化物弥散析出细化焊缝金属。采用特殊的冶炼工艺，如TMCP可制造出细晶粒钢，但对于焊缝组织来说，不可能经受这样的冶炼工艺。现有文献表明：低频机械振动、高频超声振动、电磁振动可有效破碎和打乱正在成长的晶粒，改变结晶形态，细化凝固后的焊缝金属的晶粒，但此类方法设备复杂，工艺复杂，成本较高，不易操作，限制了其在生产上的应用。通过调整焊接工艺，如采用小线能量焊接，只能在较小的范围内减小柱状晶的宽度，并且小线能量焊接明显降低焊接的生产效率；如采用多层多道焊接工艺，利用后一焊层对前面焊层的热作用，只可碎化部分柱状晶，组织细化率低。
【发明内容】
本发明旨在解决上述技术问题，目的是提供一种工艺及设备简单、效果明显的细化焊缝金属组织的热处理方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：对于碳钢和低合金钢焊缝金属，其加热速度为350～400℃/小时，热处理温度为相变点Ac1～Ac3之间，保温1.5～2小时，空冷。
对于高合金钢焊缝金属，其加热速度为350～400℃/小时，热处理温度为相变点Ac1～Ac3之间，保温1.5～2小时，空冷；然后进行一次低于相变点Ac1的回火处理。
所述的焊缝金属包括手工电弧焊、埋弧焊、气电立焊、CO2气保焊和熔化极氩弧焊焊接所形成的焊缝组织。
由于采用上述技术方案，本发明具有以下积极效果：
(1)焊缝组织经过相变点Ac1～Ac3之间的热处理后，重新奥氏体化，发生奥氏体的重新形核和长大，打碎了直接凝固的柱状晶，使焊缝金属发生细化；
(2)与常规焊后热处理不同之处，在于热处理温度高于Ac1点以上，并无增加其它复杂工艺；
(3)采用常用的热处理设备，不需增设专用设备。
因此，本发明具有工艺简单、设备简单的特点，实施本发明的热处理工艺后，焊缝细化率达到90％以上，适用于碳钢、低合金钢及高合金钢的几乎所有焊接方法形成的焊缝金属。特别适合于焊接工艺苛刻，以及因不适当的焊接工艺而导致的不合格产品的返修处理。采用本发明进行返修处理，同常用的返修处理方法相比，成本降低30％，因此又具有返修成本低的特点。
【具体实施方式】
下面结合具体方式对本发明作进一步描述，并非对本发明保护范围的限制：
实施例1
一种细化焊缝金属组织的热处理方法。对Q235普通碳钢采用手工电弧焊焊接，焊丝型号为E4301，直径为3.2mm，焊接热输入为25kJ/cm。
焊缝组织由宽度约为250～300μm的柱状晶和少量等轴晶粒组成，其室温冲击值平均为32J。
对上述焊缝组织进行组织细化的焊后热处理：加热速度为350～400℃/小时，热处理温度为相变点Ac1～Ac3之间，空冷。热处理后的上述焊缝组织：96％的柱状晶碎化，未发生碎化的柱状晶内亚晶细化，其室温冲击值提高到平均92J。
实施例2
一种细化焊缝金属组织的热处理方法。对16Mn低合金钢采用埋弧焊焊接，焊丝型号为H08MnA，直径为3.2mm，焊剂为HJ431，焊接线能量为30kJ/cm。
焊缝组织由宽度约为270～310μm的柱状晶和少量等轴晶粒组成，其室温冲击值平均为12J。
对上述焊缝组织进行组织细化的焊后热处理：加热速度为350～400℃/小时，热处理温度为相变点Ac1～Ac3之间，空冷。热处理后的上述焊缝组织：94％的柱状晶碎化，未发生碎化的柱状晶内亚晶细化，其室温冲击值提高到平均41J。
实施例3
一种细化焊缝金属组织的热处理方法。对大型储油罐用610E低合金钢，采用气电立焊焊接，焊接线能量为95kJ/cm。
焊缝组织由宽度约为380～420μm的柱状晶和少量等轴晶粒组成，其室温冲击值平均为20J。
对上述焊缝组织进行组织细化的焊后热处理：加热速度为350～400℃/小时，热处理温度为相变点Ac1～Ac3之间，空冷。热处理后的上述焊缝组织：91％的柱状晶碎化，未发生碎化地柱状晶内亚晶细化，其室温冲击值提高到平均47J。
实施例4
一种细化焊缝金属组织的热处理方法。对超(超)临界锅炉用P92高合金钢，采用手工电弧焊焊接，焊条为Thermanit MTS 616，焊接热输入为15kJ/cm。
经常规730℃/4小时焊后热处理后，P92焊缝金属由300～350μm柱状晶及少量等轴晶粒组成，室温冲击值平均值为14.7J，远远低于41J的标准要求。
对上述焊缝组织进行组织细化的焊后热处理：加热速度为350～400℃/小时，热处理温度为相变点Ac1～Ac3之间，空冷；再经730℃/4小时回火处理。热处理后的上述焊缝组织：96％的柱状晶碎化，未发生碎化的柱状晶内亚晶细化，其室温冲击值提高到平均75J。
实施例5
一种细化焊缝金属组织的热处理方法。对超(超)临界锅炉用T91高合金钢，采用埋弧焊焊接，焊接热输入为12kJ/cm。
经常规760℃/2小时焊后热处理后，T91多层多道焊缝组织由宽度约为300～350μm的柱状晶和少量等轴晶粒组成，其室温冲击值仅均为33J，低于41J的标准要求。
对上述焊缝组织进行组织细化的焊后热处理：加热速度为350～400℃/小时，热处理温度为相变点Ac1～Ac3之间，空冷；再经760℃/2小时回火处理。热处理后的上述焊缝组织：97％的柱状晶碎化，未发生碎化的柱状晶内亚晶细化，其室温冲击值提高到平均123J。
实施例6
一种细化焊缝金属组织的热处理方法。对超(超)临界锅炉用E911高合金钢，采用熔化极氩弧焊焊接，焊丝直径为1.0mm，焊接热输入为18kJ/cm。
经常规760℃/2小时焊后热处理后，E911多层多道焊缝组织由宽度约为300～350μm的柱状晶和少量等轴晶粒组成，其室温冲击值仅均为15.3J，低于41J的标准要求。
对上述焊缝组织进行组织细化的焊后热处理：加热速度为350～400℃/小时，热处理温度为相变点Ac1～Ac3之间，空冷；再经760℃/2小时回火处理。热处理后的上述焊缝组织：95％的柱状晶碎化，未发生碎化的柱状晶内亚晶细化，其室温冲击值提高到平均53J。
本实施例1～6的焊缝组织经过相变点Ac1～Ac3之间的热处理后，重新奥氏体化，发生奥氏体的重新形核和长大，打碎了直接凝固的柱状晶，使焊缝金属发生细化；与常规焊后热处理不同之处，在于热处理温度高于Ac1点以上，并无增加其它复杂工艺；采用常用的热处理设备，不需增设专用设备。
本具体实施方式具有工艺简单、设备简单的特点，热处理工艺后的焊缝细化率达到90％以上。适用于碳钢、低合金钢及高合金钢的几乎所有焊接方法形成的焊缝金属。特别适合于焊接工艺苛刻以及因不适当的焊接工艺而导致的不合格产品的返修处理。采用本发明进行返修处理，同常用的返修处理方法相比，成本降低30％，因此又具有返修成本低的特点。