[发明专利]一种改善690MPa级低C中Mn高强韧中厚板焊接接头低温冲击韧性的焊后热处理方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料技术领域，具体说是一种焊接方法，更具体说是一种改善690MPa级低C中Mn高强韧中厚板焊接接头低温冲击韧性的焊后热处理方法。

背景技术

690MPa级低C中Mn高强韧中厚板主要用于海洋平台建设，海洋平台用钢作为工程结构用钢在保证海洋设施安全方面起着最为重要的作用。海洋平台用钢在具有高强度、高韧性的同时，必须具有良好的焊接性能，这对于提高海洋平台用钢的安全性和使用寿命具有重要意义。

根据中国船级社提供的碳当量Ceq和焊接冷裂纹敏感指数PCM计算公式：

Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15(％)

PCM＝C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B(％)

可知，低C中Mn中厚板的碳当量较高、焊接冷裂纹倾向较大。因此，690MPa级低C中Mn高强韧中厚板必须进行相应的焊前预热和焊后热处理。

另外，在焊接过程中，焊缝两侧的热影响区(Heat Affected Zone，简称HAZ)受到很大的热扰动，HAZ区域具有升温时间短、升温温度高、冷却速度快等特点，导致HAZ成为焊接接头组织和性能变化梯度最大的区域。另外，熔合线处存在着显著的物理化学成分不均匀的性，以及严重的应力集中。因此，HAZ及熔合线的组织和性能直接影响焊接接头的质量。

虽然690MPa级低C中Mn高强韧中厚板的制备技术已日趋成熟，使用比例亦逐年增加，但国内对其焊接性的研究工作很少，可用于指导工程应用的研究成果几乎没有。鉴于这一现状，有必要深入地研究690MPa级低C中Mn高强韧中厚板焊接性能。

发明内容

本发明在现有焊接后热技术基础上并针对其不足，提出一种两相区回火的焊后热处理工艺，以提高690MPa级低C中Mn高强韧中厚板焊接接头的低温冲击韧性。具体技术方案是：

一种改善690MPa级低C中Mn高强韧中厚板焊接接头低温冲击韧性的焊后热处理方法，是一种α+γ两相区回火的焊后热处理方法，以提高690MPa级低C中Mn高强韧中厚板焊接接头的低温冲击韧性；

所述的690MPa级低C中Mn高强韧中厚板化学组成按重量百分比为：C:0.038～0.07％，Mn:4.97～5.45％,Si:0.19～0.20％，S:0.0012～0.006％，P:0.004～0.009％，Al:0.01～0.023％，Cu:0.12～0.31％，Ni:0.21～0.32％，Mo:0.16～0.23％，Cr:0.39～0.42％，余量为Fe和其他不可避免的杂质；

所述的690MPa级低C中Mn高强韧中厚板组织为回火马氏体及细小稳定的逆转变奥氏体。

所述的焊接方法为气体保护焊；焊丝直径1.2mm。

工艺参数如下：

(1)保护气体为80％Ar+20％CO₂，保护气体流量15～20L/min；

(2)焊前预热温度150～200℃；

(3)采用多层多道焊接工艺，焊接电流200～250A，焊接电压25～30V，焊接速度5mm/s，焊接热输入10～15KJ/cm；

(4)层间温度150～200℃；

(5)焊后热处理工艺：630～650℃保温15～30min，空冷至室温。

所述的690MPa级低C中Mn高强韧中厚板厚度20～30mm，屈服强度720～735MPa，抗拉强度780～840MPa，延伸率24.0～27.5％，-40℃冲击功149～186J。

所述焊丝的力学性能为：屈服强度≥620MPa，抗拉强度700～890MPa，延伸率≥18％，-40℃冲击功≥47J。

经检验，经相同预热温度、相同焊接工艺参数焊接的中锰中厚板，焊后两相区回火热处理工艺(630～650℃保温15～30min，空冷至室温)的焊接接头较传统后热工艺(200℃保温120min，空冷至室温)的焊接接头低温冲击韧性更高、塑性更优，且消除了焊接接头处的硬度梯度。

与传统后热工艺相比，本发明的优势在于：