CN110293287B - 一种超高强度沉淀硬化不锈钢的焊接工艺 - Google Patents
一种超高强度沉淀硬化不锈钢的焊接工艺 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110293287B CN110293287B CN201910640663.2A CN201910640663A CN110293287B CN 110293287 B CN110293287 B CN 110293287B CN 201910640663 A CN201910640663 A CN 201910640663A CN 110293287 B CN110293287 B CN 110293287B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- welding
- stainless steel
- base material
- steel base
- treatment
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B08—CLEANING
- B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
- B08B3/00—Cleaning by methods involving the use or presence of liquid or steam
- B08B3/04—Cleaning involving contact with liquid
- B08B3/08—Cleaning involving contact with liquid the liquid having chemical or dissolving effect
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
- B23K35/02—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape
- B23K35/0255—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape for use in welding
- B23K35/0261—Rods, electrodes, wires
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K9/00—Arc welding or cutting
- B23K9/16—Arc welding or cutting making use of shielding gas
- B23K9/167—Arc welding or cutting making use of shielding gas and of a non-consumable electrode
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K9/00—Arc welding or cutting
- B23K9/32—Accessories
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
- C21D1/18—Hardening; Quenching with or without subsequent tempering
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
- C21D9/50—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for welded joints
- C21D9/505—Cooling thereof
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
- B23K2103/02—Iron or ferrous alloys
- B23K2103/04—Steel or steel alloys
- B23K2103/05—Stainless steel
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Arc Welding In General (AREA)
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
Abstract
本发明公开了一种超高强度沉淀硬化不锈钢的焊接工艺,属于化工机械领域。针对现有技术中不锈钢强度较低、焊接质量较差的问题,本发明提供了一种超高强度沉淀硬化不锈钢的焊接工艺,它包括对焊接的不锈钢母材进行指标分析并选择焊接方法;接头坡口的设计;焊前清理准备工作;依据焊缝的性能是否要求与母材性能相匹配对应选择焊接材料;对不锈钢母材进行固溶处理,在不锈钢母材呈固溶状态下进行焊接;焊后对不锈钢母材进行热处理。本发明通过对不锈钢进行固溶处理,在不锈钢呈固溶状态下进行焊接,使焊接过程顺利,焊接质量稳定,减少焊接热裂纹出现;且焊接完成后进行热处理,使得不锈钢抗拉强度提高至1100MPa以上,不锈钢具有较高的强度、韧性与塑性。
Description
技术领域
本发明属于化工机械领域,更具体地说,涉及一种超高强度沉淀硬化不锈钢的焊接工艺。
背景技术
在压力容器制造领域,特别是大型化工厂及合成氨工业经常使用不锈钢制容器,由于不锈钢强度高,具有良好的耐蚀性被广泛使用。目前常用的不锈钢分为铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢及马氏体不锈钢。在化工行业中,由于产品的使用温度提高,需要用能耐热的高强度不锈钢来代替,高强度钢的抗拉强度至少要达到1100Mpa以上。奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢的耐蚀性能比较好,但不能通过热处理调整强度,不适合做强度要求高的产品。马氏体不锈钢虽然能通过热处理方法调整其性能,可以获得较高的机械强度,但耐蚀性较差,在应用上受到一定限制。
针对上述问题也进行了相应的改进,如中国专利申请号CN201510689056.7,公开日为2015年12月16日,该专利公开了一种高强度耐磨无磁不锈钢及其制备方法,通过在高强度耐磨无磁不锈钢熔炼后还需进行热处理,其热处理工艺为:将熔炼好的高强度耐磨无磁不锈钢进行固溶处理,即将高强度耐磨无磁不锈钢放入热处理炉中加热至1000℃~1050℃,升温速率为100℃/h,保温5~6h,然后水淬至室温、高强度耐磨无磁不锈钢固溶处理结束后,进行稳定化处理,即将固溶处理后的高强度耐磨无磁不锈钢加热至850℃~870℃,升温速率为90℃/h,保温4~5h,然后空冷却至室温,结束。该专利的不足之处在于:该申请采用的热处理方式较为常规,没有办法保证具有高强度的不锈钢同时具有较好的塑性与韧性。
又如中国专利申请号CN201811366214.5,公开日为2019年3月29日,该专利公开了一种不锈钢310S焊接工艺,包括以下步骤:步骤S1:获取两块不锈钢310S试板,并对试板进行焊前处理,去除试板表面氧化层;步骤S2:对所述试板开设焊接坡口,并预留焊接钝边;步骤S3:采用手工钨极氩弧焊方式对两块试板进行逐层焊接,层间温度≦100,氩气流量为8-12L/min,并且,第一层焊接的焊接电流为28-32A,焊接速度为4.5-5.5cm/min,其他层焊接的焊接电流为43-47A,焊接速度为5.5-6.5cm/min。本申请所提供的不锈钢310S焊接工艺,通过手工钨极氩弧焊的方式焊接,减少了焊接热裂纹现象,可确保焊接质量,有效降低焊接成本和焊工劳动强度,便于推广使用。该专利的不足之处在于:采取纯手工钨极氩弧焊的方式效率低,且该申请主要目的是为了减少焊接热裂纹,对于不锈钢的强度、塑性及韧性并无过多介绍。
发明内容
1.要解决的问题
针对现有技术中不锈钢强度较低、焊接质量较差的问题,本发明提供了一种超高强度沉淀硬化不锈钢的焊接工艺。本发明通过对不锈钢进行固溶处理,在不锈钢呈固溶状态下进行焊接,使得焊接过程顺利,焊接质量稳定,减少焊接热裂纹出现;且焊接完成后进行热处理,使得不锈钢抗拉强度提高至1100MPa以上,整体的不锈钢具有较高的强度、韧性与塑性。
2.技术方案
为了解决上述问题,本发明所采用的技术方案如下:
一种超高强度沉淀硬化不锈钢的焊接工艺,包括如下步骤:
(1)对焊接的不锈钢母材进行化学与机械方面的指标分析并选择焊接方法;
(2)接头坡口的设计;
(3)焊前清理准备工作;
(4)依据焊缝的性能是否要求与母材性能相匹配对应选择焊接材料;如要求与母材性能相匹配则选用与母材化学成分相近的焊接材料;如不要求与母材性能相匹配则选用奥氏体不锈钢焊条或焊丝;
(5)对不锈钢母材进行固溶处理,在不锈钢母材呈固溶状态下进行焊接;
(6)焊后对不锈钢母材进行热处理。
更进一步的,所述步骤(6)中包括如下步骤:
(6.1)对焊接后的不锈钢母材加热至950℃后并保温90min,然后进行空冷;
(6.2)继续进行冷处理并保温;
(6.3)最后进行时效处理。
更进一步的,步骤(6.2)中冷处理温度为-70℃至-80℃之间,保温时间为7-8h。
更进一步的,步骤(6.3)中时效处理温度为500-525℃,保温时间为1h。
更进一步的,所述步骤(1)中焊接方法为采用手工钨极氩弧焊对不锈钢母材进行打底焊接,采用焊条电弧焊对不锈钢母材进行填充和盖面焊接。
更进一步的,所述步骤(2)中接头坡口中的坡口角度为60±2.5°,对接间隙为1-2mm。
更进一步的,所述步骤(3)中包括如下步骤:
(3.1)清理杂质:清除坡口两侧20mm范围内的油污及水分;
(3.2)焊条烘干:焊条使用前经过300-350℃烘干并保温1-2h;
更进一步的,还包括步骤(3.3)母材焊前预热:所述预热温度为100-150℃。
更进一步的,所述步骤(3.1)中采用对焊接坡口两侧20mm范围内的金属表面打磨去除氧化层,并用乙醇或丙醇溶剂清洗。
更进一步的,所述步骤(5)中焊接时对焊接的不锈钢母材的层间温度控制在120-150℃之间。
3.有益效果
相比于现有技术,本发明的有益效果为:
(1)本发明通过对不锈钢母材化学成分与机械性能的深度分析选择焊接方法和焊接材料,使得整体焊接时的工作较为顺利,并且对不锈钢母材进行固溶处理,以便不锈钢母材能够形成亚稳的奥氏体组织,在此种情况下方便对不锈钢母材进行焊接或加工,且经过焊后的不锈钢母材进行热处理能够达到较高的强度,在保持较高强度的同时塑性和韧性也较高,具有较高的经济价值;
(2)本发明通过将焊后的不锈钢母材进行高温调节处理从而改变不锈钢母材中马氏体的转变点,再进行冷却处理,使得调整处理还残存的奥氏体继续向马氏体转变,保证了奥氏体的充分转变,最后进行时效处理,使得析出Ni-Al金属间化合物,时效处理后,不锈钢母材在奥氏体晶界没有碳化物析出,因而时效后仍能保证良好的塑性、韧性和较高的强度;
(3)本发明在进行焊接之前进行焊前准备清理工作,保证了后期焊接工作的顺利进行,对坡口两侧20mm范围内的油污及水分进行清除达到减小氢的来源,对焊条进行烘干保温处理达到彻底除去水分,保证焊接过程的安全性能;
(4)本发明还包括对不锈钢母材进行焊前预热的步骤,通常不锈钢母材在固溶状态下进行焊接,所具有的奥氏体组织韧性良好,对焊接裂纹不敏感,即使相变为马氏体之后焊接,由于所形成的是低碳马氏体,硬度不高,塑性不低,对裂纹不敏感,因此焊前一般不需要预热;只有在进行不锈钢母材厚板即当不锈钢母材的壁厚δ≥20和拘束度大的结构焊接时采取100-150℃预热,保证不锈钢母材对焊接裂纹不敏感。
附图说明
图1为不同合金化和热处理条件下不锈钢屈服强度的变化;
图2为本发明中热处理工艺图;
图3为马氏体转变图;
图4为马氏体组织图;
图5为接头坡口示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。
实施例1
一种超高强度沉淀硬化不锈钢的焊接工艺,包括如下步骤:
(1)对焊接的不锈钢母材进行化学与机械方面的指标分析并选择焊接方法;根据对不锈钢母材进行分析选择焊接方法,使得整个焊接过程顺利且保证焊接质量的良好;
(2)接头坡口的设计;如图5所示,具体的,接头坡口中的坡口角度为60±2.5°,对接间隙为2mm,采用单边“V”坡口设置,没有钝边,保证了不锈钢母材进行焊接时能够充分焊透,便于机加工,有效提高焊接质量;
(3)焊前清理准备工作;优选的,所述步骤(3)中包括如下步骤:
(3.1)清理杂质:清除坡口两侧20mm范围内的油污及水分,有效减少了氢的来源;具体的,采用对焊接坡口两侧20mm范围内的金属表面打磨去除氧化层,并用乙醇或丙醇溶剂清洗,清洗彻底,易操作;
(3.2)焊条烘干:焊条使用前经过300-350℃烘干并保温1-2h,彻底去除焊条中的水分,保证整个焊接过程的安全性能;
优选的,当焊接的不锈钢母材厚板(δ≥20)和拘束度大的结构焊接时,需进行步骤(3.3)母材焊前预热:所述预热温度为100-150℃,保证不锈钢母材对焊接裂纹不敏感;
(4)依据焊缝的性能是否要求与母材性能相匹配对应选择焊接材料;如要求与母材性能相匹配则选用与母材化学成分相近的焊接材料;如不要求与母材性能相匹配则选用奥氏体不锈钢焊条或焊丝;
(5)对不锈钢母材进行固溶处理,在不锈钢母材呈固溶状态下进行焊接;对不锈钢母材进行固溶处理,以便不锈钢母材能够形成亚稳的奥氏体组织,在此种情况下方便对不锈钢母材进行焊接或加工,减少阻力;所述固溶处理的原理为利用某些沉淀析出的元素,在高温溶解度大,低温溶解度小的特点,通过高温加热,使可沉淀元素充分溶解于基体组织中,保证在冷却过程中处于过饱和状态,以便后面的操作;固溶处理的温度一般为950-1050℃,以便形成亚稳的奥氏体组织,可能存在少量的铁素体,一般采用水冷,硬度保持在200HB,可以进行机加工或焊接;
优选的,在进行焊接时对焊接的不锈钢母材的层间温度控制在120-150℃之间,因一般的不锈钢母材在固溶状态下进行焊接,所具有的奥氏体组织韧性良好,对焊接裂纹不敏感,即使相变为马氏体之后焊接,由于所形成的是低碳马氏体,硬度不高,塑性不低,对裂纹不敏感,焊前一般不需要预热,因此焊接时层间温度相对较低;
(6)焊后对不锈钢母材进行热处理,通过热处理不锈钢能够达到较高的强度,塑性和韧性也较高,具有较高的经济价值;如图2所示,具体的包括如下步骤:
(6.1)对焊接后的不锈钢母材加热至950℃后并保温90min,然后进行空冷;改变不锈钢母材中马氏体的转变;
(6.2)继续进行冷处理并保温;冷处理温度为-70℃至-80℃之间,保温时间为7-8h;如图3所示,图3中A表示奥氏体,P表示珠光体;M表示马氏体;V1、V2和V3分别表示不同的冷却速度,其中V3>V2>V1,冷却速度越大便于奥氏体充分转变成马氏体;其中V1小于奥氏体转变成马氏体结束时的速度,取值范围为5—5.6℃/S;V3大于奥氏体开始转变成马氏体的临界温度,取值范围为138.8—140℃/S;V2介于V1和V3之间,取值范围为33.3—35℃/S;使得调整处理还残存的奥氏体继续向马氏体转变,保证了奥氏体的充分转变,转变后的马氏体组织图如图4所示;
(6.3)最后进行时效处理;时效处理温度为500-525℃,保温时间为1h,时效处理的目的在于析出金属间化合物或氮化物进一步提高不锈钢的强度;时效处理后,不锈钢母材在奥氏体晶界没有碳化物析出,因而时效后仍能保证良好的塑性和较高的强度。
发明人经多次研究探索,材料在室温时基体组织为奥氏体,加工成型后,通过低温处理将奥氏体转变成马氏体,然后通过较低温度的沉淀硬化处理,将马氏体进一步强化;这类钢通过高温调节后,有不稳定的奥氏体存在,通过冷处理或塑性变形过程中产生马氏体转变;图1所表示不同合金化和热处理条件下不锈钢屈服强度的变化;因此发明人采用对应的热处理工艺进而提高不锈钢的强度、韧性与塑性;将不锈钢在950-1050℃固溶处理得到亚稳奥氏体组织,通过加热使得奥氏体中的碳和合金元素析出,降低基体中合金元素的浓度,冷却过程中,由于奥氏体稳定型降低,马氏体转变的起始温度Ms调整至-70℃左右,以便通过冷处理产生马氏体相变;通过时效强化的不锈钢材料的抗拉强度提高至1100Mpa以上,不锈钢在奥氏体晶界没有碳化物析出,因而时效后仍能保证良好的塑性和较高的强度,具有较高的经济使用价值。
实施例2
基本同实施例1,在本实施例中,以某大型化工厂的不锈钢压力容器为例,不锈钢容器的材质为0Cr17Ni7Al,使用温度200℃,壁厚δ12;对材质0Cr17Ni7Al的焊接工艺如下所示:
(1)对焊接的不锈钢母材进行化学与机械方面的指标分析并选择焊接方法;0Cr17Ni7Al母材化学成分如下表1所示,0Cr17Ni7Al母材的机械性能如下表2所示:
表1 0Cr17Ni7Al化学成分(%)
C | Si | Mn | S | P |
0.07-0.10 | ≤0.5 | 0.5-1.0 | ≤0.03 | ≤0.035 |
Cr | Ni | Mo | N | Al |
16.0-18.0 | 6.5-7.5 | 0.2-0.3 | 0.04-0.08 | 0.75-1.2 |
表2 0Cr17Ni7Al机械性能
σ0.2(MPa) | σb(MPa) | δ(%) | HRC | Ak(J/cm2) |
≥1276 | ≥1379 | ≥9 | 43 | 80-100 |
从上表可以看出,母材不锈钢的含碳量低,焊接型优良,含Cr量>13%,具有良好的耐蚀性,合金元素含量高,抗拉强度高,因此选择合适的焊接方法和焊接材料以及焊后热处理至关重要;在本实施例中选用焊条电弧焊和手工钨极氩弧焊配合使用的焊接方式;具体的,所述焊接方为采用手工钨极氩弧焊对不锈钢母材进行打底焊接,采用焊条电弧焊对不锈钢母材进行填充和盖面焊接,选择焊条电弧焊和手工钨极氩弧焊两种焊接方式,是从焊缝性能考虑的,要求焊条或焊丝的焊缝性能必须与母材相匹配,防止焊接过程中焊缝稀释,焊后获得高的强度和理想的塑性和韧性;采用手工钨极氩弧焊,主要是进行打底层的焊接,以便焊缝焊透,保证射线探伤质量合格,保证坡口根部焊缝焊透,确保单面焊双面成形,同时可以不用清渣;采用焊条电弧焊对不锈钢母材进行填充和盖面焊接,效率较高;因此本实施例采用的焊接方法为手工钨极氩弧焊打底和焊条电弧焊填充盖面的组合焊接方法。
具体的焊接工艺操作都应当设置焊接工艺参数,焊接工艺参数设置的合理性如下:首先根据母材的厚度δ12选择的焊条,再根据焊条直径d,利用经验公式:电流I=(35-40)d计算,但在具体操作中,各人的情况不同,因此焊接参数稍有波动。焊接速度是根据焊缝成形的实际操作得出来的,至于电弧电压、电源极性、保护气体流量为常规设置,线能量通过公式计算得出,本实施例就不再详细赘述;
选用手工钨极氩弧焊的工艺参数如下表3所示:
表3:采用手工钨极氩弧焊(TIG)的工艺参数表
选用焊条电弧焊的工艺参数如下表4所示:
表4:采用焊条电弧焊(SMAW)的工艺参数表
这样的工艺参数的设置即保证焊缝根部焊透,又保证焊缝表面成形美观,同时提高了工效,保证产品质量;
(2)接头坡口的设计;如图5所示,具体的,接头坡口中的坡口角度为60±2.5°,对接间隙为2mm,采用单边“V”坡口设置,没有钝边,保证了不锈钢母材进行焊接时能够充分焊透,便于机加工,有效提高焊接质量;
(3)焊前清理准备工作;优选的,所述步骤(3)中包括如下步骤:
(3.1)清理杂质:清除坡口两侧20mm范围内的油污及水分,有效减少了氢的来源;具体的,采用对焊接坡口两侧20mm范围内的金属表面打磨去除氧化层,并用乙醇或丙醇溶剂清洗,清洗彻底,易操作;
(3.2)焊条烘干:焊条使用前经过300-350℃烘干并保温1-2h,彻底去除焊条中的水分,保证整个焊接过程的安全性能;
优选的,当焊接的不锈钢母材厚板(δ≥20)和拘束度大的结构焊接时,需进行步骤(3.3)母材焊前预热:所述预热温度为100-150℃,保证不锈钢母材对焊接裂纹不敏感;
(4)依据焊缝的性能是否要求与母材性能相匹配对应选择焊接材料;如要求与母材性能相匹配则选用与母材化学成分相近的焊接材料;如不要求与母材性能相匹配则选用奥氏体不锈钢焊条或焊丝;在本实施例中,当焊缝性能要求与母材相当时,应选用与母材同质的焊材焊条:E0-Cr16-Ni5-Nb或焊丝:ER630;选择这种焊条或焊丝:不锈钢焊丝ER630的化学成分相当于不锈钢焊条E0-Cr16-Ni5-Nb,而且这种焊条或焊丝的化学成分与母材相匹配,且焊缝性能相近,E0-Cr16-Ni5-Nb或ER630的化学成分如下表5所示:
表5 E0-Cr16-Ni5-Nb或ER630的化学成分
C | Si | Mn | S | P |
≤0.07 | ≤1.0 | ≤1.0 | ≤0.03 | ≤0.035 |
Cr | Ni | Mo | Cu | Nb |
15.5-17.5 | 5.0-6.5 | 0.2-0.3 | 3.0-5.0 | 0.15-0.45 |
如果不需要焊缝性能与母材相当,可以采用奥氏体不锈钢焊条E308-16,或E308-15或焊丝1Cr18Ni9Ti;E308-16,E308-15相当于A102及A107,都属于普通奥氏体不锈钢焊条,由于它们的焊缝性能与母材不匹配;取材简便。
(5)对不锈钢母材进行固溶处理,在不锈钢母材呈固溶状态下进行焊接;对不锈钢母材进行固溶处理,以便不锈钢母材能够形成亚稳的奥氏体组织,在此种情况下方便对不锈钢母材进行焊接或加工,减少阻力;所述固溶处理的原理为利用某些沉淀析出的元素,在高温溶解度大,低温溶解度小的特点,通过高温加热,使可沉淀元素充分溶解于基体组织中,保证在冷却过程中处于过饱和状态,以便后面的操作;固溶处理的温度一般为950-1050℃,以便形成亚稳的奥氏体组织,可能存在少量的铁素体,一般采用水冷,硬度保持在200HB,可以进行机加工或焊接;
优选的,在进行焊接时对焊接的不锈钢母材的层间温度控制在120-150℃,因一般的不锈钢母材在固溶状态下进行焊接,所具有的奥氏体组织韧性良好,对焊接裂纹不敏感,即使相变为马氏体之后焊接,由于所形成的是低碳马氏体,硬度不高,塑性不低,对裂纹不敏感,焊前一般不需要预热,因此焊接时层间温度相对较低;
(6)焊后对不锈钢母材进行热处理,通过热处理后的不锈钢能够达到较高的强度,塑性和韧性也较高,具有较高的经济价值;具体的包括如下步骤:
(6.1)对焊接后的不锈钢母材加热至950℃后并保温90min,然后进行空冷;改变不锈钢母材中马氏体的转变;因母材0Cr17Ni7Al在固溶处理后,马氏体转变点在室温以下,当冷却到室温时组织为奥氏体γ,基体强度低,在此条件下时效效果不好,应采用高温调节处理以提高马氏体转变点;将母材0Cr17Ni7Al加热到950℃并保温,使奥氏体中的碳和合金元素析出,降低基体中合金元素的浓度,冷却过程中,由于奥氏体稳定型降低,马氏体转变点提高,此时再进行时效处理,强化效果好,有效提高最终不锈钢的强度、韧性与塑性;
(6.2)继续进行冷处理并保温;冷处理温度为-70℃至-80℃之间,保温时间为7-8h;如图3所示,使得调整处理还残存的奥氏体继续向马氏体转变,保证了奥氏体的充分转变为马氏体组织;
(6.3)最后进行时效处理;时效处理温度为500-525℃,保温时间为1h,时效处理的目的在于析出金属间化合物或氮化物进一步提高不锈钢的强度;时效处理后,不锈钢母材在奥氏体晶界没有碳化物析出,因而时效后仍能保证良好的塑性和较高的强度。
通过上述方法对不锈钢0Cr17Ni7Al母材进行焊接热处理之后不锈钢0Cr17Ni7Al母材的各项指标如下表6所示:
表6不锈钢0Cr17Ni7Al母材的各项性能指标
从表6中可以看出,不锈钢0Cr17Ni7Al母材强度达到1800MPa以上的同时,保证母材较好的塑性和韧性,整个操作过程简便,操作效率高,具有较高的使用和推广价值。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述,该描述没有限制性,附图中所示的也只是本发明的实施方式之一,实际的结构并不局限于此。所以,如果本领域的普通技术人员受其启示,在不脱离本发明创造宗旨的情况下,不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例,均应属于本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种超高强度沉淀硬化不锈钢0Cr17Ni7Al的焊接工艺,其特征在于:包括如下步骤:
(1)对焊接的不锈钢母材进行化学与机械方面的指标分析并选择焊接方法,焊接方法为采用手工钨极氩弧焊对不锈钢母材进行打底焊接,采用焊条电弧焊对不锈钢母材进行填充和盖面焊接;
(2)接头坡口的设计,接头坡口中的坡口角度为60±2.5°,对接间隙为1-2mm;
(3)焊前清理准备工作;步骤(3)中包括如下步骤:
(3.1)清理杂质:清除坡口两侧20mm范围内的油污及水分,对焊接坡口两侧20mm范围内的金属表面打磨去除氧化层,并用乙醇或丙醇溶剂清洗;
(3.2)焊条烘干:焊条使用前经过300-350℃烘干并保温1-2h;
(4)依据焊缝的性能是否要求与母材性能相匹配对应选择焊接材料;
(5)对不锈钢母材进行固溶处理,在不锈钢母材呈固溶状态下进行焊接,焊接时焊接的不锈钢母材的层间温度控制在120-150℃之间;
(6)焊后对不锈钢母材进行热处理;所述步骤(6)中包括如下步骤:
(6.1)对焊接后的不锈钢母材加热至950℃后并保温90min,然后进行空冷,以此来改变不锈钢母材中马氏体的转变;
(6.2)继续进行冷处理并保温,冷处理温度为-70℃至-80℃之间,保温时间为7-8h,以此调整处理还残存的奥氏体继续向马氏体转变,保证奥氏体的充分转变;
(6.3)最后进行时效处理,时效处理温度为500-525℃,保温时间为1h,以此析出金属间化合物或氮化物,保证不锈钢母材在奥氏体晶界没有碳化物析出。
2.根据权利要求1所述的一种超高强度沉淀硬化不锈钢0Cr17Ni7Al的焊接工艺,其特征在于:步骤(3)中还包括步骤(3.3)母材焊前预热,所述预热温度为100-150℃。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201910640663.2A CN110293287B (zh) | 2019-07-16 | 2019-07-16 | 一种超高强度沉淀硬化不锈钢的焊接工艺 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201910640663.2A CN110293287B (zh) | 2019-07-16 | 2019-07-16 | 一种超高强度沉淀硬化不锈钢的焊接工艺 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN110293287A CN110293287A (zh) | 2019-10-01 |
CN110293287B true CN110293287B (zh) | 2021-06-22 |
Family
ID=68031235
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201910640663.2A Expired - Fee Related CN110293287B (zh) | 2019-07-16 | 2019-07-16 | 一种超高强度沉淀硬化不锈钢的焊接工艺 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN110293287B (zh) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112176254A (zh) * | 2020-09-22 | 2021-01-05 | 宝武重工有限公司 | 一种高冲击韧性低温钢及其焊接工艺 |
CN113510340B (zh) * | 2021-08-10 | 2022-06-14 | 哈尔滨电气动力装备有限公司 | 马氏体沉淀硬化不锈钢材料的焊接及焊后热处理工艺方法 |
CN114192929B (zh) * | 2022-01-28 | 2022-12-23 | 安徽马钢设备检修有限公司 | 一种高速轮轴热处理u型吊钩裂纹焊接工艺 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101905395A (zh) * | 2010-07-30 | 2010-12-08 | 西安理工大学 | Fv520(b)不锈钢焊接用低氢碱性焊条 |
CN103103327A (zh) * | 2012-12-07 | 2013-05-15 | 无锡透平叶片有限公司 | 一种超高强度不锈钢热处理工艺 |
CN104741742A (zh) * | 2013-12-31 | 2015-07-01 | 比亚迪股份有限公司 | 一种铝合金焊接件的处理工艺 |
CN106862797A (zh) * | 2016-08-31 | 2017-06-20 | 中国大唐集团科学技术研究院有限公司 | 改善Super304H奥氏体耐蚀钢焊缝及改善其组织与性能的方法 |
CN107803608A (zh) * | 2017-11-30 | 2018-03-16 | 武汉铁锚焊接材料股份有限公司 | 一种马氏体析出硬化不锈钢焊条及其制备方法和应用 |
-
2019
- 2019-07-16 CN CN201910640663.2A patent/CN110293287B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101905395A (zh) * | 2010-07-30 | 2010-12-08 | 西安理工大学 | Fv520(b)不锈钢焊接用低氢碱性焊条 |
CN103103327A (zh) * | 2012-12-07 | 2013-05-15 | 无锡透平叶片有限公司 | 一种超高强度不锈钢热处理工艺 |
CN104741742A (zh) * | 2013-12-31 | 2015-07-01 | 比亚迪股份有限公司 | 一种铝合金焊接件的处理工艺 |
CN106862797A (zh) * | 2016-08-31 | 2017-06-20 | 中国大唐集团科学技术研究院有限公司 | 改善Super304H奥氏体耐蚀钢焊缝及改善其组织与性能的方法 |
CN107803608A (zh) * | 2017-11-30 | 2018-03-16 | 武汉铁锚焊接材料股份有限公司 | 一种马氏体析出硬化不锈钢焊条及其制备方法和应用 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
0Cr12Mn5Ni4Mo3AI钢小型高压容器的焊接工艺;樊兆宝;《电焊机》;20080320;第38卷(第03期);48-52 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN110293287A (zh) | 2019-10-01 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Pandey et al. | Softening mechanism of P91 steel weldments using heat treatments | |
CN110293287B (zh) | 一种超高强度沉淀硬化不锈钢的焊接工艺 | |
CN106541222B (zh) | 高温高强度无裂纹缺陷的核电用镍基焊丝及其制备和使用 | |
CN111230264B (zh) | 304l奥氏体不锈钢mig焊的焊接方法 | |
CN107649798A (zh) | 25Cr2Ni4MoV钢用金属型药芯焊丝及制备方法 | |
CN101215669A (zh) | 一种大型石油储罐用高强度厚钢板及其低成本制造方法 | |
CN104923967B (zh) | 可免除预热的高强高韧气保焊丝及焊缝金属 | |
CN104759788B (zh) | 0Cr13Ni5Mo钢用金属型药芯焊丝及其制备方法 | |
CN106001988B (zh) | 一种具有高冲击性能的四代核电用马氏体耐热钢焊丝及其焊接工艺 | |
CN111889916B (zh) | 核岛主设备异种钢焊接用镍基合金焊丝及制备和使用方法 | |
CN114082982A (zh) | 一种高强韧叠层异构钢板的制备方法 | |
CN113399864A (zh) | 用于t91和tp347h异种钢的焊接方法和焊丝 | |
CN102259241A (zh) | 一种低活化马氏体钢熔化焊用填充焊丝及使用方法 | |
CN117600655A (zh) | 一种铝硅镀层热成形钢用焊丝及焊接方法 | |
CN112719692A (zh) | 一种900MPa级高强钢气保护实心焊丝及其制备方法 | |
CN102862029A (zh) | 一种阀体的焊接方法及阀 | |
CN111230255A (zh) | 提高304l奥氏体不锈钢焊接接头低温韧性的焊接方法 | |
CN113510340B (zh) | 马氏体沉淀硬化不锈钢材料的焊接及焊后热处理工艺方法 | |
CN103658937B (zh) | 一种炼钢大包回转台板材的焊接方法 | |
Bhaduri et al. | Optimised post-weld heat treatment procedures and heat input for welding 17–4PH stainless steel | |
CN108356417B (zh) | 一种提高高强塑积中锰钢激光焊接接头塑性的热处理方法 | |
CN113042928A (zh) | 一种低合金钢管的制备方法 | |
CN111118411A (zh) | 一种高强度不锈钢及其制造方法 | |
CN102766810B (zh) | 一种自升式采油平台用齿条钢的生产方法 | |
CN113579430B (zh) | 一种适用于中厚板耐磨钢的窄缝埋弧焊接方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20210622 |