[发明专利]优化高强韧特厚板粗晶热影响区组织与性能的方法

说明书

一种优化高强韧特厚板粗晶热影响区组织与性能的方法，涉及一种优化高强韧特厚板窄间隙弧焊热影响区组织与性能的方法。目的是解决高强韧特厚板弧焊过程中局部脆化问题。方法：获取热模拟试样及接头母材热影响区焊接热循环曲线，在模拟试验机的系统上生成模拟温度曲线，找出韧性恶化样和韧性恶化区，找出韧性改善样和韧性改善区，绘制先焊层单层单道接头母材热影响区的各区分布和宽度的占比图，逐个叠加占比图得到微区演变示意图，最终确定焊层数及每个焊层的厚度。本发明通过焊接热模拟试验分析高强韧特厚板的焊接性，利用多层单道焊的正火和回火作用，回避过热粗晶热影响区的存在，避免局部脆化。本发明适用于特厚板弧焊焊接。

技术领域

本发明属于高端装备制造领域，尤其涉及一种优化高强韧特厚板窄间隙弧焊热影响区组织与性能的方法。

背景技术

随着深海采油平台、极地科考船舶、跨海桥梁、高层建筑、大型水电站等基础建设项目的蓬勃兴起，产业装备加速向大型化、重型化发展，其关键部件(位)采用高强韧特厚板(屈服强度≥620MPa，低温韧性≥34J@-40℃，厚度≥100mm)的需求量越来越大。高强韧特厚板的特点是高技术、高附加值，它所带来的焊接工程量和难度成几何级数增加，如何实现此类特厚板的优质、高效、绿色焊接制造已成为当今制造技术发展的前沿。

目前，高强韧特厚板的生产国际上广泛采用的标准有美标(ASTMA514/A514M、ASTMA517/A517M)、欧标(EN10137-2)、日标(JISG3128)和ISO(ISO4950-2)等四大体系，其成分体系的设计思路主要是：将C含量基本控制在0.035～0.13％，微量添加B、Mo、Cr等合金元素来提高低冷速下钢板淬透性，添加V、Ti、Al等元素可以与B、Nb等元素产生有利的协同作用，同时添加Cu、Cr等有利于碳化物形成元素来提高钢板强度和回火稳定性。由于合金元素含量较高，高强韧特厚板的碳当量介于0.65～0.85％，在Graville焊接评价图中位于III区(难焊区)，使得弧焊过程中母材热影响区(HAZ)的韧性极易恶化。究其原因，临近焊缝的母材(过热粗晶热影响区，CGHAZ)经历峰值温度超过Ac₃线300℃以上(1200～1540℃)的焊接热循环作用，组织完全奥氏体化，晶粒急剧长大，冷却后易形成粗大的马氏体，淬硬程度大，这一性能“变质”的HAZ局部部位无疑将成为整个焊接接头的“短板”，极有可能成为装备服役的潜在裂纹源。窄间隙熔化极气体保护焊(NG-GMAW)具有坡口填充面积小、熔敷效率高、焊接热输入低、可全位置焊接等综合技术优势，是实现高强韧特厚板优质、高效、绿色焊接的首先技术。发明专利ZL2014100804135开创性进行了海洋工程用特厚板Q690E的NG-GMAW工艺研究，指出所获得的接头HAZ一般在3mm以内，但仍然无法回避CGHAZ的存在及局部脆化问题，并没有给出调控接头CGHAZ组织与性能的相应措施，因此该专利方法得到的焊接接头极有可能成为海洋工程装备的潜在裂纹源。

因此，高强韧特厚板弧焊迫切需要一种经济有效的过热粗晶热影响区的组织与性能调控方法，避免弧焊过程中过热粗晶热影响区的存在导致的局部脆化问题。

发明内容

本发明目的是解决高强韧特厚板弧焊过程中过热粗晶热影响区的存在导致的局部脆化问题，提出一种优化高强韧特厚板粗晶热影响区组织与性能的方法。

本发明优化高强韧特厚板粗晶热影响区组织与性能的方法具体按照以下步骤进行：

一、以高强韧特厚板的板厚1/4位置为中心、沿垂直钢板轧制方向截取数个长方体热模拟试样，截取时热模拟试样的较长边平行板材宽度方向；

二、采用窄间隙焊接温度场的测量方法，分别获取高强韧特厚板的电弧焊接头母材热影响区的过热粗晶区、正火细晶区、完全正火区和回火区的焊接热循环曲线；

三、在电阻加热式热模拟试验机的系统上选择厚板模型，生成4条模拟热循环曲线，并编辑热循环参数，使4条模拟温度曲线分别与步骤二中过热粗晶区、正火细晶区、完全正火区和回火区的焊接热循环曲线保持一致性；