[发明专利]纳米贝氏体钢奥氏体晶粒细化加速再纳米化的方法

说明书

技术领域

本发明涉及高强钢焊接领域，尤其涉及一种先塑性变形再静态再结晶细化奥氏体晶粒加速再纳米化的方法。

背景技术

纳米贝氏体钢是目前存在的拥有最高强度级别的新一代钢种，其极限拉伸强度可达2.5GPa，屈服强度达1.7GPa，硬度为600～700HV，断裂韧性为30～40MPam^1/2，延伸率达30%左右。这种钢的含碳量在0.78%左右，并且含有一定含量的硅元素以抑制碳化物的析出，是在稍高于马氏体转变温度等温转变数天而获得，微观组织为无碳化物析出的纳米片状贝氏体和残留的固溶大量碳元素的纳米片状奥氏体。由于碳当量很高，这种钢的焊接性极差，焊接接头的性能与母材相比严重恶化，其常规焊焊缝和热影响区组织极易转变为硬脆的马氏体组织，从而引发冷裂纹的产生。

目前纳米贝氏体钢的再纳米化焊接工艺能够实现这种材料的优质焊接，其基本原理为：借鉴通过在贝氏体相变温度区间保温可以使成分均匀的奥氏体转变为纳米贝氏体的方法，在焊接冷却过程中控制焊接冷却历程，使经过焊接高温熔化和奥氏体化的组织，在快速冷却到贝氏体相变温度区间时对其进行保温处理，最终转变成为与母材组织一致的纳米贝氏体组织。由于纳米贝氏体组织是目前存在的最高强度级别的组织，这种方法能够使焊接接头的组织经焊接热过程之后依然保持纳米贝氏体组织，从而获得高性能的焊接接头。

虽然再纳米化焊接方法能够有效的解决纳米贝氏体钢的焊接问题并获得与母材等强度的焊接接头，但这种方法存在着处理时间长，工业化应用困难的问题。

发明内容

本发明是为解决现有纳米贝氏体钢再纳米化焊接过程时间长以及工业化应用困难的问题，而提供一种纳米贝氏体钢奥氏体晶粒细化加速再纳米化的方法。

本发明的纳米贝氏体钢奥氏体晶粒细化加速再纳米化的方法按以下步骤进行：

一、根据待焊纳米贝氏体钢的焊接CCT图，确定对应的奥氏体转变温度Ac₁，马氏体转变温度Ms；

二、根据焊接工艺参数，测定待焊纳米贝氏体钢对应的焊接温度场，确定该焊接温度场准稳定温度场下峰值温度点O与熔池后方沿焊缝中心线方向上步骤一确定的奥氏体转变温度Ac₁之间的距离L₀、峰值温度点O与熔池后方垂直于焊缝中心线方向上步骤一确定的奥氏体转变温度Ac₁之间的距离L₁、峰值温度点O与熔池后方沿焊缝中心线方向上Ms+50℃等温线的距离L₂和峰值温度点O与熔池后方沿焊缝中心线方向上Ms+300℃等温线的距离L₃；

三、确定随焊冲击旋转挤压装置上的冲击头的半径为L₁；

四、调整随焊冲击旋转挤压装置上的冲击头到步骤二中峰值温度点O的距离OO’，使O’处于沿随焊冲击旋转挤压装置上的冲击头移动方向的后方且使OO’在L₀+L₁和L₂-L₁之间，调整待焊纳米贝氏体钢与随焊冲击旋转挤压装置上的冲击头的距离，使待焊纳米贝氏体钢与随焊冲击旋转挤压装置上的冲击头的距离等于5mm～15mm；

五、调整加热火炬的火焰中心到步骤二中峰值温度点O的距离OO”，使O”处于沿随焊冲击旋转挤压装置上的冲击头移动方向的后方且使OO”处于L₃和L₂之间，控制加热火炬加热最高温度为700～1100℃；

六、使工件移动，开始焊接，焊接开始后，当工件移动到随焊冲击旋转挤压装置上的冲击头下方时，启动随焊冲击旋转挤压装置，当工件移动到加热火炬下方时，启动加热火炬，开始火焰加热，当工件走过随焊冲击旋转挤压装置上的冲击头后，随焊冲击挤压装置停止工作，当工件走过加热火炬之后，加热火炬停止工作，完成静态再结晶；

七、测定静态再结晶后纳米贝氏体钢的奥氏体晶粒的平均晶粒度d_DRX；

八、将步骤六后的工件进行再纳米化，在再纳米化焊接装置上进行保温，控制再纳米化温度处于贝氏体转变温度区间，控制再纳米化保温时间为t=t₀×（d_DRX/d₀），然后空冷至室温，完成纳米贝氏体钢奥氏体晶粒细化加速再纳米化；其中d₀为纳米贝氏体钢母材的奥氏体平均晶粒大小，t₀为普通再纳米化焊接过程所需时间。

本发明有益效果：