CN112094997B - 一种改善低合金超高强钢焊件耐腐蚀性能的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种改善低合金超高强钢焊件耐腐蚀性能的方法，包括焊后热处理和表面处理。所述焊后热处理是对焊接接头进行局部热处理，包括对焊接接头的加热、保温和冷却；所述焊后表面处理是对经过焊后热处理的焊接接头进行表面预处理、增材制造和后处理；所述增材制造是在焊接接头表面铺设氧化铝陶瓷粉末，并利用激光快速熔凝沉积，形成氧化铝陶瓷层。本发明通过焊后热处理和焊后表面处理，降低了残余应力，提高了焊接组织的均匀性，降低了电偶腐蚀敏感性，提高了焊接接头的耐腐蚀性能和耐磨性能，进而改善焊件的综合性能、延长焊件的使用寿命。

Description

一种改善低合金超高强钢焊件耐腐蚀性能的方法
技术领域
本发明涉及腐蚀与防护领域，尤其涉及一种改善低合金超高强钢焊件耐腐蚀性能的方法。
背景技术
低合金超高强度钢被广泛应用于桥梁、船体结构、大型海上平台、工程机械等强度要求较高的结构件，随着结构件不断向大型化、轻量化方向发展，对钢板强度级别的要求不断提高。近年来，通过微合金化及控轧控冷等技术，开发出了一系列低合金超高强度钢，由于合金元素含量较少，特别是提高材料耐腐蚀性能的元素(如Cr、Ni等)含量较少，导致低合金超高强钢的耐腐蚀性能不高。工程结构件之间的连接通常采用熔焊，熔池中心温度高达3000℃，容易吸氢导致氢致裂纹，由于焊件与热源的距离不同或焊缝区的填充材料不同，导致焊接接头不同区域微观组织和化学成分出现差异，从而使不同区域具有不同的电化学性能，进而导致电偶腐蚀。钢材强度越高，焊接接头与母材间的强韧性匹配越不易控制，导致钢材的焊接难度增大，且焊后残余应力的存在会对构件耐应力腐蚀和疲劳腐蚀性能产生更大的影响。在一些工程结构的重要部位，一旦腐蚀，会严重降低机械和设备的服役性能及使用寿命，造成巨大的经济损失和资源浪费。
公开号为CN106181586A的专利公开了一种不锈钢焊缝或弯折区域的防腐蚀方法，对晶间腐蚀区域打磨然后酸洗钝化处理，形成钝化层从而提高焊缝的耐腐蚀性能，由于钝化层很薄、不耐磨，容易被破坏，使用寿命不长。
公开号为CN103320800A的专利公开了一种不锈钢焊缝耐腐蚀性的方法和装置，采用二氧化碳激光器将纳米金属腐蚀抑制剂颗粒注入不锈钢焊缝中形成一层防腐蚀层，再用纳米激光器对不锈钢焊缝表面进行冲击强化处理，形成一定深度的高幅残余压应力层，可降低不锈钢焊缝在腐蚀环境中的腐蚀敏感性，提高其使用寿命。但是，该技术方案所使用的原料偏贵。
公开号为CN200940160Y的专利公开了一种钢铁表面耐磨、防腐蚀和防氧化处理结构，通过在钢铁表面得到热浸镀铝层，然后在外表面得到一层氧化铝陶瓷层，使其具有良好的防腐蚀和防氧化效果。但是，热浸镀工艺得到的镀层厚度不均，而且该专利并未提及如何获得氧化铝陶瓷层，没有具体的实施方法。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术中焊接接头耐蚀性差问题，提高焊件的耐腐蚀性能，延长使用寿命。
为了达到上述目的，本发明提供了一种改善低合金超高强度钢焊件耐腐蚀性能的方法，包括焊后热处理和焊后表面处理。
本发明所述焊后热处理是对焊接接头进行局部热处理，经过对焊接接头的加热、保温和分段冷却，改善焊接接头的组织和性能，降低焊接残余应力，同时使焊件中的氢溢出，降低氢脆敏感性。
本发明所述加热是采用加热装置对焊接接头进行局部加热，所述加热装置包括加热器和保温带，所述局部加热的升温速率根据焊件厚度进行调整，升温速率控制在50～220℃/h，保证每毫米焊件厚度的温度变化不超过5500℃/h。
本发明所述加热器包括但不限于电加热器，所述加热器在焊接接头区域形成均匀加热区，所述均匀加热区宽度覆盖整个焊接接头区域，优选地，所述均匀加热区宽度不小于焊缝区及其两侧60mm。
本发明所述保温带使用高温绝热材料，将保温带固定在焊件表面，起到保证能效效率、避免对相邻母材性能产生影响的作用，所述保温带宽度完全覆盖均匀加热区，优选地，所述保温带宽度不小于焊缝区及其两侧200mm。
本发明所述高温绝热材料包括但不限于硅纤维。
本发明所述保温温度T根据母材奥氏体形成温度AC1确定，保温温度T为：AC1-35℃≤T≤AC1-5℃，优选地，AC1-30℃≤T≤AC1-10℃。
本发明所述保温时间为1～5h，根据焊件厚度进行调整，如表1所示。
表1保温时间与母材厚度关系表
Figure BDA0002683120310000021
Figure BDA0002683120310000031
本发明所述冷却是对保温后的焊件进行分段冷却，第一阶段是从保温温度冷却至300℃，冷却速率为60～250℃/h，保证每毫米焊件厚度的温度变化不超过6000℃/h，第二阶段是从300℃空冷至室温。
本发明所述焊后表面处理是对经过焊后热处理的焊接接头进行表面预处理、增材制造和后处理，改善焊件的表面状况及防腐蚀层耐磨性，提高焊件耐腐蚀性能和使用寿命。
本发明所述表面预处理是对焊接接头表面进行除锈、去除焊缝余高、抛光和脱脂处理，优选地，抛光后表面粗糙度Ra不高于1.6。
本发明所述增材制造是在焊接接头表面铺设氧化铝陶瓷粉末，并利用激光快速熔凝沉积，形成氧化铝陶瓷层。
本发明所述氧化铝粉末纯度大于等于99.7％。
本发明所述氧化铝粉末粒度为40～120μm，优选为40～90μm。
本发明所述氧化铝陶瓷层厚度为1～5mm，优选为2～4mm。
本发明所述后处理是对氧化铝陶瓷层进行打磨抛光，然后喷涂防锈油漆层，优选的，所述防锈油漆层厚度为60～120μm，所述防锈油漆包含但不限于铁红醇酸防锈漆。
本发明的上述方案具有以下有益效果：
1.通过焊后热处理，使焊接接头中的氢逸出，能够预防焊接裂纹的产生，同时，能够降低焊接残余应力，提高焊接组织均匀性，降低电偶腐蚀敏感性，改善焊接接头的综合性能。
2.通过增材制造得到的氧化铝陶瓷层具有高的强度、硬度、耐磨性和良好的抗氧化性能，使焊接接头具有较好的耐蚀性能和耐磨性能，表面防护油漆层能够进一步的提高焊件的耐腐蚀性能，延长焊件的使用寿命，并且具有一定的装饰作用。
附图说明
图1为本发明焊后热处理示意图。
图2为本发明表面处理后剖面结构示意图。
【附图标记说明】
1-母材；2-焊接接头；21-焊缝区；22-热影响区；3-保温带；4-氧化铝陶瓷层；5-防锈油漆层。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。本发明所述的具体实施例仅用于解释本发明，不用于限定本发明。
实施例1
本发明的实施例提供了一种改善低合金超高强度钢板的焊后热处理工艺，对厚度为10mm的母材1的一段焊缝进行焊后热处理，所述母材1为Q1100超高强钢，测得其奥氏体形成温度AC1为645℃，焊缝21厚度为10mm。
如图1所示，本实施例焊后热处理采用局部加热方式，包括以下步骤：
(1)安装加热器，使加热器完全覆盖焊缝区，且加热器形成的均匀加热区覆盖整个焊接接头2，均匀加热区的宽度为焊缝区及两侧60mm；
(2)安装保温带3，保温材料为陶瓷纤维，保温带3覆盖焊缝区及两侧200mm，并用铁丝固定，避免在加热过程中掉落，保证能效效率；
(3)以200℃/h的速率使焊件局部从室温升温至620℃；
(4)在620℃保温1h；
(5)使焊件局部以230℃/h的速率冷却到300℃，然后空冷至室温。
热处理后，按照标准NB/T47013.2-2015100％RTII(AB)和标准NB/T47013.4-2015100％MTI对焊缝进行无损检测，检测结果均合格。
对Q1100超高强钢焊态和焊后热处理态的焊件进行力学性能测试，其结果如表2所示。
表2力学性能测试结果
Figure BDA0002683120310000041
Figure BDA0002683120310000051
通过焊后热处理使焊缝内部的氢逸出，并且使组织均匀化，降低了氢脆和应力腐蚀敏感性以及残余应力，同时，焊件的力学性能均保持在较高水平，提高了原有焊缝的韧性。
实施例2
本发明的实施例提供了一种改善低合金超高强度钢板的焊后表面处理工艺，如图2所示，对实施例1中焊后热处理后的Q1100钢板焊接接头2进行表面处理，包括以下步骤：
(1)对焊接接头2进行除锈、去除焊缝余高和打磨抛光处理，使表面粗糙度达到Ra1.6，然后对焊件接头2表面进行脱脂处理，将预处理后的焊件置于工作台；
(2)选用纯度大于99.7％、粒度为60μm的氧化铝陶瓷粉末，将其干燥后，利用激光增材制造在焊缝及两侧60mm的工作区形成一层2mm厚的氧化铝陶瓷层4，然后对氧化铝陶瓷层4表面进行打磨和抛光处理；
(3)在经上述步骤处理后的焊件表面喷涂一层防锈油漆层5，然后进行干燥。
对比例1
对实施例1中焊后热处理后的Q1100钢板焊接接头2进行表面处理，包括以下步骤：
(1)对焊接接头2进行除锈、去除焊缝余高和打磨抛光处理，使表面粗糙度达到Ra1.6，然后对焊件接头2表面进行脱脂处理；
(2)将铝锌合金加热至熔融态，然后将焊件浸入，在表面镀上一层铝-锌合金层；
(3)对热浸镀后的焊件表面进行打磨和抛光。
对比例2
对实施例1中焊后热处理后的Q1100钢板焊接接头2进行表面处理，包括以下步骤：
(1)对焊接接头2进行除锈、去除焊缝余高和打磨抛光处理，使表面粗糙度达到Ra1.6，然后对焊件接头2表面进行脱脂处理；
(2)将焊件浸入钝化液中，形成钝化膜；
对本发明实施例1和实施例2及对比例1、对比例2的焊件进行中性盐雾腐蚀，对其耐腐蚀性能进行了评价，其结果如表3所示。
表3盐雾腐蚀结果
试样种类 开始腐蚀时间
实施例1 0.5h
实施例2 600h以上
对比例1 400h以上
对比例2 120h以上
本发明实施例1是焊后热处理，实施例2是对实施例1焊后热处理后的焊接接头进行表面处理，形成氧化铝陶瓷层，与实施例2不同的是，对比例1的表面处理是形成铝-锌合金层，对比例2的表面处理是形成钝化膜层。
由盐雾腐蚀结果可以看出，实施例2的氧化铝陶瓷层能够有效地保护焊缝不被腐蚀，焊件具有优异的耐腐蚀性能，对比例1的铝-锌合金层和对比例2的钝化膜层虽然具有一定的耐腐蚀性能，但其效果远不及实施例2的氧化铝陶瓷层，可见，实施例2的氧化铝陶瓷层能有效提高焊件的耐腐蚀性能。
结果表明，本发明的焊后表面处理工艺形成的防护层不仅具有装饰作用，而且使耐腐蚀性能大大提升，耐盐雾腐蚀时间长达600小时以上。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种改善低合金超高强钢焊件耐腐蚀性能的方法，其特征在于，包括焊后热处理和焊后表面处理；
所述焊后热处理是对焊接接头进行局部热处理，包括对焊接接头的加热、保温和冷却；所述保温温度T为：AC1-35℃≤T≤AC1-5℃，其中，AC1为母材奥氏体形成温度，所述保温时间为1～5h；
所述焊后表面处理是对经过焊后热处理的焊接接头进行表面预处理、增材制造和后处理；
所述增材制造是在焊接接头表面铺设氧化铝陶瓷粉末，并利用激光快速熔凝沉积，形成氧化铝陶瓷层，所述氧化铝陶瓷粉末纯度大于等于99.7％，所述氧化铝陶瓷粉末粒度为40～90μm，所述氧化铝陶瓷层厚度为2～4mm。
2.根据权利要求1所述的一种改善低合金超高强钢焊件耐腐蚀性能的方法，其特征在于，所述加热是采用加热装置对焊接接头进行局部加热，所述加热装置包括加热器和保温带，所述局部加热的升温速率为50～220℃/h。
3.根据权利要求2所述的一种改善低合金超高强钢焊件耐腐蚀性能的方法，其特征在于，所述加热器在焊接接头区域形成均匀加热区，所述均匀加热区宽度不小于焊缝区及其两侧60mm。
4.根据权利要求2所述的一种改善低合金超高强钢焊件耐腐蚀性能的方法，其特征在于，所述保温带的宽度不小于焊缝区及其两侧200mm。
5.根据权利要求1所述的一种改善低合金超高强钢焊件耐腐蚀性能的方法，其特征在于，所述冷却为分段冷却，第一阶段是从保温温度冷却至300℃，冷却速率为60～250℃/h，第二阶段是从300℃空冷至室温。
6.根据权利要求1所述的一种改善低合金超高强钢焊件耐腐蚀性能的方法，其特征在于，所述表面预处理是对焊接接头表面进行除锈、去除焊缝余高、抛光和脱脂处理。
7.根据权利要求1所述的一种改善低合金超高强钢焊件耐腐蚀性能的方法，其特征在于，所述后处理是对氧化铝陶瓷层进行打磨抛光和喷涂防锈油漆层。
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