[发明专利]一种改善高频直缝焊焊管焊缝的低温冲击韧性的方法

说明书

技术领域

本发明涉及属于金属材料热处理领域，特别涉及一种改善高频直缝焊焊管焊缝的低温冲击韧性的方法。

背景技术

高频直缝焊(ERW)是利用高频电流的趋肤效应和邻近效应将成型好的管坯迅速地加热到焊接温度，在挤压辊的作用下完成焊接的一种焊接方法。ERW钢管的优点是焊接过程中不用添加填充金属，加热速度快、生产效率高。同时也有明显的缺点：因为没有填充金属，不能利用填充合金元素的办法改善焊缝性能；加热温度高，冷却时间短，焊接区域温度梯度大，易产生硬化相和组织应力，所以焊后必须进行热处理，热处理过程是在流水生产线上进行，因此，热处理只能采用传统的退火和正火方式，加热方式为中频感应加热。ERW钢管的致命弱点是焊缝冲击值比较低，而且，这种状态采用普通热处理的方法改善效果不太明显。

目前，铁塔用钢、管线钢广泛采用高频直缝焊，焊缝低温(-20℃～-40℃)冲击韧性偏低是制约高频直缝焊应用范围的制约因素。通常，母材经过高频直缝焊接后，冲击韧性下降幅度很大，焊缝成为钢管韧性的薄弱环节，从而影响钢管的使用。

用于高频直缝焊的低合金钢中，为了匹配母材的强韧性，一般在低合金钢中添加钼、铌、钒、钛、锰、铝等合金元素，这些合金元素加入后，通过轧制过程的控轧空冷，钢材的低温冲击韧性都很高，比如Q460E铁塔用钢板，在-40℃条件下，母材冲击值达到70J以上，母材金相为铁素体+珠光体，见图1；冲击断口呈韧窝状，见图2；采用传统高频直缝焊接和热处理后，焊缝金相组织见图3；焊缝冲击值只有15J左右，而且波动范围很大，冲击断口呈解理断裂，见图4；X80管线用钢板在-40℃条件下，母材冲击值达到210J以上，冲击断口呈韧窝状，但采用高频直缝焊后，焊缝冲击值只有45J左右。焊缝低温冲击韧性差，浪费了母材冲击韧性的富余量，又限制了ERW钢管的应用范围。

在已有技术中，高频直缝焊焊接接头一般要经过退火、正火处理，退火温度一般在600-720℃，正火温度一般在920-950℃，极限正火温度为1000℃，这种热处理工艺的文献报道比较多，这种热处理一般适用于合金含量比较低的钢中，比如Q235B、L245MB和X52等钢，但涉及到合金含量比较高的低合金钢，如Q460E和X80等钢，这种热处理工艺不适合，仍然不能改善焊缝低温冲击韧性差的缺点。

发明内容

为了克服现有技术中高频直缝焊焊管焊缝的低温冲击韧性差的缺点，本发明的目的在于提供一种能够改善高频直缝焊焊管焊缝的低温冲击韧性的方法。

本发明的发明人发现，虽然在用于高频直缝焊的低合金钢中添加钼、铌、钒、钛、锰、铝等合金元素，可以显著提高母材的低温冲击韧性，但是大量的合金元素加入后，由于在ERW条件下，焊缝金属冷却速度很快，限制了钢材中合金元素的溶解与析出，母材和焊缝组织存在较大的区别，最终导致高频直缝焊焊管焊缝的低温冲击韧性偏低。

基于上述认识，本发明提供了一种新的改善高频直缝焊焊管焊缝的低温冲击韧性的方法，该方法包括对通过高频直缝焊方式焊接管坯后的焊管焊缝进行热处理，其中，所述热处理包括退火处理和退火处理后的正火处理，所述退火处理的温度为650-720℃，所述退火处理的时间为5-20s，所述正火处理的温度为1060-1100℃，所述正火处理的时间为5-20s。

本发明提供的改善高频直缝焊焊管焊缝的低温冲击韧性的方法通过在比常规正火温度(Ac₃以上30～50℃)高出100℃的1060-1100℃的温度下对高频直缝焊焊管焊缝进行正火处理，保证了焊管焊缝在正火过程中组织充分奥氏体化，能够大大减小焊缝组织与母材组织的差别，显著提高焊管焊缝的低温冲击韧性，例如，本发明的实施例1采用本发明的方法对以Q460E铁塔用钢板为原料的焊管焊缝进行处理后，-40℃焊缝冲击值平均为34J，而对比例1通过现有方法处理后的焊管焊缝的-40℃焊缝冲击值平均为19J。该方法不仅保证了合理利用母材中的合金资源，还能保证采用ERW焊接方式后，焊缝低温冲击韧性达到一个比较高的值，满足钢管在低温条件下使用，提供了一种提高低合金高强钢焊缝低温冲击韧性的重要途径。

附图说明

图1是Q460E铁塔用钢母材组织的显微组织图片；

图2是Q460E铁塔用钢母材冲击断口形貌的显微组织图片；

图3是现有技术中Q460E铁塔用钢高频焊接焊缝组织的显微组织图片；

图4是现有技术中Q460E铁塔用钢高频焊接焊缝冲击断口形貌的图片。

具体实施方式