专利名称：使用焊后热处理改善缝焊接头性能的方法
使用焊后热处理改善缝焊接头性能的方法
背景技术：
本发明涉及焊后热处理及方法。更特别地，本发明针对于以降低 的焊区硬度和改善的焊区延展性及韧性来改良可淬硬的铁合金上焊缝 的机械性能的方法。
在所有现代工业中普遍使用的焊接的铁合金已成为结构部件设计 中的实际标准。许多领域中的当前趋势将集中的注意力从低强度普通 低碳钢转向高强度钢和超高强度钢。配置这些合金以具有高于低碳钢 的拉伸强度，这是因为热机械处理期间产生的特定显微组织。目前用 于汽车工业的高强度钢的一些例子包括双相钢、马氏体钢、硼处理的
钢和相变感生塑性钢。其它高强度合金包括可用空气、油和水淬硬的 碳钢和马氏体不锈钢。将所有这些钢设计成使得在材料的显微组织中 形成若干体积百分数的马氏体。在淬硬条件下形成的所得畸变的体心
立方(BCC)或体心四方(BCT)马氏体晶体組织对该金属赋予高强度。这 些材料理想地适合于结构部件和组件，满足高的强度和韧性的要求。
遗憾的是，这些和其它超高强度合金形成马氏体的倾向和相对高 的可淬硬性在焊接中造成困难。焊接期间在受限制的热影响区(HAZ) 中发生的加热和快速冷却的热循环等效于快速淬火循环。高强度钢等 级的化学组成在高温度下导致从铁素体到奥氏体(Y)的完全转变，接 着经快速冷却随后变为硬的马氏体相。在缝焊用途中，自然焊缝冷却 速率可高至1000°C/s，其足够快从而在大多数高强度、高碳合金中产 生马氏体组织(见
图1和2)。产生的制得马氏体组织在未回火状态 下极其脆。可因以下几种原因发生焊区开裂，包括
■氢致冷开裂，这是归因于畸变的BCC马氏体晶体结构中捕获的 氬。施加到焊缝的拉伸应力提高了开裂的风险。
■热致应力，这是归因于焊接期间的热输入、接头约束的程度和马氏体转变时的体积变化。
大多数形式的开裂产生于焊缝金属冷却至环境温度时发生的收缩 应变。如果收缩受到限制，则应变将诱发导致开裂的残余拉伸应力。
存在两种相反的力金属收缩引起的应力，和基础材料的周围刚性引 起的应力。大的焊缝尺寸、高的热输入和深的穿透焊接操作提高了收 缩应变。当涉及较高强度的填料金属和基础材料时，这些应变引起的 应力将增加。对于较高的屈服强度，可存在较高的残余应力。
当焊接某些钢时发生这些问题，而与它们的预先状态，是否经退 火、淬硬或者淬硬且回火无关。它们可伴随所有类型的焊接而发生， 所述焊接包括GTAW、 GMAW、 SAW、 PAW、激光束焊、摩擦焊、电阻焊和 电子束焊。在所有情形中，熔合区和高温HAZ在焊接后将处于"经淬 火"状态。焊接后的任何机械应变(在二次制造过程中或者在使用中) 可导致马氏体HAZ开裂。
另外，许多组件一旦由这些合金进行焊接和制造，则不可对其进 行最终均质化固溶热处理循环。例子包括由预淬硬或特殊热机械处理 的基础金属例如双相钢制造的组件，由此热循环将破坏合金的独特显 微组织。此外，如焊接到厚重车体的汽车结构梁的情形，将整个焊接 组件放置到炉子中来进行焊后应力消除可能实际上(physically)是不 可行的。 一些组件不可耐受整个结构的焊后热处理，对于具有热塑性 内部部件的焊接的汽车燃料箱组件即为这种情形。在任何情形中，如 果可降低焊接状态的脆性，则可获得显著的益处。在焊接的构件不进 行任何另外热处理而投入使用的情形中，最终悍缝的延展性和韧性将 得到极大改善。
控制焊缝和HAZ硬度的典型方法包括离线二次焊后热处理 (PWHT)，例如通过加热整个零件将焊缝中间退火和回火。可使用预加 热方法来减緩冷却速率，从而降低存在的马氏体相的百分数。工件中 的潜热降低焊缝的冷却速率，开裂因此受到抑制。在过去，可在大的 分批(batch )热处理炉中进行焊前和焊后热处理以緩变(ramp)和保持 部件组处于合适的热处理温度。使用分批热处理方法的缺陷包括长的处理时间，这部分地是由于大的分批式炉子的规模(mas s)和进行热处 理的部件的规模。另外，在随着将个体部件焊接而将各批次进行组配 时出现长的排队时间。标准的焊后热处理例如应力消除或回火涉及在 规定温度下保持约几个小时的相对长时间，伴随有緩慢的炉冷。使事 情更复杂的是，整体的焊前或焊后热处理可破坏基础金属的所需显微 组织。例如，除了以最佳的加热时间和淬火速率外，如果对整个零件 进行热处理，由双相钢或马氏体钢制造的零件可遭受机械性能的全部 丧失。
在制造车间中公知的是，当对可淬硬的钢例如铬钼合金钢 (chromoly)进行加工时，用氧乙炔焊炬再加热焊缝以使焊缝再奥氏 体化并且允许接头在静态空气中緩慢冷却。焊接接头和周围金属保留 的热有效地减緩再加热后焊缝的冷却速率，从而降低脆性，使接头处 于较温和的正火状态。然而，该方法是易变的、緩慢的、逐段的并且 结果高度依赖于制造者的技术水平。作为替代的方法例如题为 Heat—Treating Method and Product的美国专利No. 3， 046， 167中描 述的那些，提供了用焰炬将焊缝再奥氏体化并接着緩慢冷却。在题为 Postweld Heat Treatment Process of Carbon Steel and Low Alloy Steel的美国专利No. 6, 676, 777中描述了类似方法，其规定将焊缝再 加热至奥氏体区并且保持若干时间，接着进行"比空气慢"的冷却。 所有这些方法依赖于将焊缝加热到高于上临界温度并且緩慢冷却来产 生所需的显微组织。
通常向苛刻使用的工业产品和油田管道焊接接头施加常规的受控 "局部"焊后应力消除。通过由围绕接头周围的感应或电阻加热线圏 构成的加热"毯(blanket)"来施加热。非常緩慢地施加热，允许在峰 值温度停留几分钟至几小时，然后允许在绝缘加热毯中非常緩慢地冷 却。
在缝焊管材生产中，解决高强度合金固有的焊接困难的常规方法 是改进材料的化学组成。典型地，开发了低碳形式的可空气淬硬的合 金，使得焊缝不变为完全马氏体且在管材生产期间将不开裂。这种方法的例子是题为Method of Manufacturing Stainless Steel Pipe For Use In Piping Systems的美国专利7， 157， 672，其详述了低碳双相 且最多0. 08%C的不锈钢材料在传统的管材制造方法中的应用。类似 地，在下面文章中使用改进的组成来生产管道"eye/op/ne/^ o/*
process, N. Ayukawa等人,Stainless Steel World 1999 Conference Proceedings, 1999。在对化学组成进行改进中，焊接的容易性和材料 的可淬硬性及最大机械性能之间存在折衷。
降低焊缝硬度的另一种方法是加入填充材料，由此改进最终冶金 学性质以使得硬且脆的组分例如马氏体的百分数降低。然而， 一些缝 焊方法(例如激光焊或电阻焊)难以与填料金属一起使用。另外，要 选择昂贵的填料金属以便在冷却时不硬化，从而提供较低强度的焊件。 这使得必须使用甚至更大的焊缝来满足所要求的接头强度。
改善焊缝性能的其它方法包括将焊缝机械变形(strain)和加工 以引起残余压应力，从而降低焊缝开裂的倾向。对于所有焊缝几何形 状(最简单的除外)，这种方法不是有效的，或甚至是不可行的。题 为Strengthening of a Welding Seam的美国专利No. 4， 072， 035详
述了这种方法。
在缝焊管材生产中公知使用"焊缝退火装置"来改善焊缝的机械 性能。为在非淬硬合金例如低碳钢和奥氏体不锈钢上进行操作而设计 的这些装置，在焊接源(weld source)下游的焊缝上在其充分冷却至环 境温度后施加二次热源。施用两个主要特点首先，"焊缝退火装置" 将焊缝再加热到高于Au的温度，将材料再奥氏体化并且保持一定时 间，然后允许緩慢冷却，等效于"正火"热处理循环；其次，对非淬 硬的合金使用"焊缝退火装置"。"焊缝退火"方法的例子描述于题 为 Inductor for Induction Heating Apparatus 的美国专利 No. 3, 242, 299和题为Method For Heat-Treating Straight Bead Welding Pipes For Use in Piping Systems的美国专利No. 4， 975， 128 中。题为Welding Apparatus的美国专利No. 2, 293, 481和题为 Electric Welding的美国专利No. 2， 262， 705描述了产生具有降低的 脆性的焊缝的方法。这两种方法均对可淬硬的合金采用相对短的回火 循环，再加热焊缝以改善机械性能。然而，在带锯片和点焊缝上使用 的这些方法与本发明不同。使用与产生焊缝相同的设备来原位进行这 些方法。实际上，对于美国专利No. 2, 262, 705的方法点焊设备必须停 留在适当位置以便合适地淬火，接着立即再加热以将焊缝回火。最显 著的是对不连续的焊接接头即点焊型、闪光焊型或凸点焊型焊缝使用 这些方法。
常规方法例如分批预加热和PWHT不适于低成本的、高品质的、大 量的生产。遗憾的是，这些方法对于与现代制造方法相关的高生产水 平而言不是成本、时间或能量有效的。理想的方法将允许自熔焊接(即 不使用填料金属)或者使用与进行焊接的基础金属具有类似化学组成 的相配强度的填料金属(该填料金属能够对高强度接头硬化)并且兼 有快速加热和廉价的空气冷却循环。
在如下专利中本发明人描述了多种提高焊缝和HAZ延展性的方 法2007年6月19日授权的美国专利No. 7， 232, 053; 2007年1月10 日提交的美国临时专利申请No.60/879，861; 2006年10月4日提交的 美国申请No. 11/542， 970; 2006年9月22日提交的美国申请 No. 11/526, 258; 2006年9月11曰提交的美国申请No. 11/519， 331; 2004年12月30日提交的美国申请No. 10/519,910; 2002年7月1日 提交的国际申请No.PCT/US02/20888; 2001年6月29日提交的美国临 时申请No. 60/301, 970。通过引用将这些参考文献中的每一篇整体并 入本文。遗憾的是，甚至这些方法也具有缺点。
因此，从生产观点来看，希望在生产期间提供可为优选的热处理 以便改善缝焊接头的机械性能。优选地，可使用简单的PWHT方法来明 显提高焊缝和HAZ的延展性。
发明概述简言之，根据本发明，提供了形成钢构件(包括但不限于焊接的 管材构件)的改进的方法。从广义上讲，本发明针对于可淬硬的铁合
金的改进的焊后热处理(PWHT)。
本发明的形成钢构件的方法包括处理在将可淬硬的铁合金的两个 表面焊接在一起时形成的常规焊缝。通过施热源(优选为常规焊接装 置形式)形成这种初始焊缝，以便使邻接的表面具有足够高的温度， 以致于使铁合金熔化并形成焊缝。对于可淬硬的铁合金，然后允许焊 缝冷却到低于马氏体转变开始(Ms)温度。可将焊缝冷却到环境温度。 作为替代方案，可将焊缝冷却到铁合金的马氏体转变开始(Ms)温度和 环境温度之间的中间温度。
在焊缝冷却到低于马氏体转变开始(Ms)温度后，在焊后热处理过 程中将焊缝回火。以10°C/s或更大的速率将焊缝快速加热到高于焊缝 的可淬硬铁合金的马氏体转变开始(Ms)温度。然而，并不将焊缝加热 到高于焊缝的可淬硬铁合金的下临界温度(Acn)。重要的是，以至少10 。C/s的速率快速加热焊缝，优选200°C/s的速率。尽管局部热源是优 选的，但可使用各种热源向焊缝施加热。局部热源包括但不限于丙烷 或氧乙炔焊炬、电阻、电弧、激光、传导、辐照、对流或高频感应方
法。本文中描述的局部热源向焊缝和邻^:区域提供了热，但不加热整
个部件。
对于可淬硬的铁合金， 一旦通过将焊缝加热到高于马氏体转变开
始(Ms)温度但不高于下临界温度(A")对焊缝进行了回火，则即刻将焊
缝空气冷却而不在保持温度下均热一定时间。以大于15。C/分钟进行 空气淬火，然而优选不高于如通过水冷可以提供的200'C/秒。
在本发明的实施中可以使用的许多种"可淬硬的铁合金"包括认 为可空气淬硬的那些钢和合金。认为本发明的形成钢构件的方法和焊 后热处理方法特别适用于可淬硬的马氏体不锈钢，特别是410、 420 和440类型的那些。因为不同的合金会具有不同的下临界温度，马氏 体转变开始(Ms)温度和马氏体转变结束(MF)温度，并且因为焊缝性质将 取决于焊接设计而变化，所以回火速率、回火最终温度和冷却速率将会变化。
还认为本发明的形成钢构件的方法特别适用于形成缝焊管道和管 材构件、以及对于产生周向焊缝(例如在气体罐或液体罐上)，
西此，本发明的一个目的是提供形成可淬硬的铁合金的焊接钢构 件的方法。
本发明的另外目的是提供形成钢构件的改良方法，其中在初始生 产期间可进行热处理以便改善缝焊的接头的机械性能。
本发明的又一目的是提供焊后热处理系统，该系统将提高焊缝和
HAZ的延展性而不增加处理时间。
本发明的再一目的是提供形成钢构件的方法，该方法实施起来廉 价且相对简单。
由下面结合附图的详细描述，本发明的这些和其它另外目的和优 点对于本领域技术人员将是清楚的。
附图简要描述
图1是显示于焊接后在可空气淬硬的钢的热影响区(HAZ)中观测 到的4种不同显微组织区域的示意图2是贯穿可空气淬硬的马氏体不锈钢中没有进行预先或后热处 理的典型焊缝的显微硬度的坐标图3是与本发明的温度曲线相比较的常规回火的焊后热处理温度 曲线的坐标图4是描述本发明的焊后热处理过程的流程图5是凸缘缝焊之前由预淬硬的壳体构成的典型蛤壳式罐组件的 透视分解图6是凸缘缝焊之后由预淬硬的壳体构成的典型蛤壳式罐组件的 透视图7是凸缘缝焊之后的典型蛤壳式罐组件的透视图，显示了用成 形电阻加热线圏进行的局部焊缝热处理；
图8是凸缘缝焊之后的典型蛤壳式罐组件的透视图，显示了采用所用的成形电阻加热线圈进行的局部焊缝热处理；
图9是凸缘缝焊之后的典型蛤壳式罐组件的横截面侧视图，显示 了釆用位于夹持固定器内的加热线圏(电阻或感应)进行的局部焊缝 热处理；
图10是凸缘缝焊之后的典型蛤壳式罐组件的横截面侧视图，显示 了对于局部焊缝热处理，通过使电流穿过壳体进行的局部焊缝热处理； 和
图11的柱状图比较了根据本发明进行处理的41G型缝焊样品的 DIN EN 895纵向拉伸试样的断裂时最大应变，使用62次试验的平均 结果。
发明详述
虽然如附图中所显示，本发明允许多种形式的实施方案，但下文 将以这样的理解来描述本发明的优选实施方案，即认为本公开内容是 本发明的示例而并不意欲将本发明限制于所说明的特定实施方案。
本发明包括处理由高强度钢和其它可淬硬的合金制成的焊缝或缝 焊构件的方法。认为本发明特别适用于经缝焊而转变为马氏体焊缝和 HAZ显微组织的合金，因此下面描述特别适用于这样的钢。本发明的 方法允许改善焊区的延展性和韧性并且降低焊缝的脆性和对氢致冷开 裂的敏感性。本发明允许改善焊区(熔合区和HAZ)的机械应变和变 形，从而消除了对整个构件的另外的焊后固溶热处理例如中间退火、 亚临界退火或应力消除的需要。本发明的局部热处理消除了改变基础 金属的材料性能和显微组织的风险，使本发明适合于焊前热机械处理 的合金以及在物理上不能经受整个部件热处理的那些合金。
如在SAEJ412规范(Ci^WCT^/Sr/a JiV/ i^471 77 ^7￥^\7^ W 5Tfi^X51)中所概述，"可淬硬性或对热处理的响应可 能是选择钢的最重要的单一标准。可淬硬性是决定着通过从高于转变 范围进行淬火所引起的硬度的分布和深度的钢性质…术语淬硬表明可 通过合适处理来提高材料的硬度，通常涉及加热到合适的奥氏体化温度并接着根据合金含量而以某种最小速率进行冷却。如果淬火完成， 则所得组织是马氏体...其硬度取决于钢的碳含量"。
如本文所定义的，术语"可淬硬的合金"是指可直接淬硬的钢等 级和响应热处理的铁合金。另外，"可淬硬的合金"具有足够的碳含
量，兼有其它合金化元素，从而在常规缝焊后于熔合处和HAZ中形成 马氏体显微组织。本文定义的"可淬硬的合金"具有明确限定的转变 温度，该温度取决于合金的特定化学组成，包括Ae广上临界温度、AC1-下临界温度、Ms-马氏体转变开始温度和MF-马氏体转变结束温度。"可 淬硬的合金"包括认为可空气淬硬的那些钢和合金，这是因为与缝焊 有关的自然淬火冷却速率大于空气淬火。如本文中所定义的，术语"可 淬硬的合金"不包括被认为是"低碳渗碳等级"的那些钢和铁合金， 其仅通过经由表面淬硬处理使元素注入材料表面而对热处理发生响 应。
本发明可适用的代表性可淬硬的合金包括但不限于
SAE1030、 1034、 1035、 1037、 1038、 1039、 1040、 1042、 1043、 1044、 1045、 1046、 1049、 1050、 1053、 1536(1036)、 1541(1041)、 1547 (1047)、 1547 (1047)、 1548 (1048)、 1551 (1051)、 1552 (1052)
SAE1055、 1059、 1060、 1064、 1065、 1069、 1070、 1074、 1075、 1078、 1080、 1084、 1085、 1086、 1090、 1095、 1561(1061) 1566(1066)、 1572 (1072)
SAE 1330、 1335、 1340
SAE4037、 4047、 4130、 4135、 4137、 4140、 4142、 4145、 4150、 4161、 4340
SAE 5046、 50B40、 50B44、 50B46、 50B50、 5060、 50B60、
SAE 5130、 5132、 5135、 5140、 5145、 5147、 5150、 5155、 51B60
SAE 6150
SAE 8630、 8637、 8640、 8642、 8645、 8650、 8655、 8660、 8740 SAE 81B45、 86B45、 94B30 SAE 9254、 9255、 9260SAE 50100、 51100、 52100
SAE 51410、 51414、 51420、 51431、 51440A、 51440B、 51440C、 51501
22MnB5
30MnB5
DP600
DP800
DP1000
本发明的优选方法包括形成焊缝以接合可淬硬的马氏体钢的两个 表面。允许焊缝冷却到低于焊缝的马氏体转变开始温度-Ms。可将焊缝 的温度冷却到低于马氏体转变结束温度或甚至冷却到室温，或者可不 将焊缝的温度冷却到低于马氏体转变结束温度或甚至冷却到室温。如 图3和图4中所示，其后将完成的焊缝快速加热到焊缝金属的Au-下 临界温度(共析温度)，或者加热到高于马氏体转变开始(Ms)温度的 较低中间温度，并且允许焊缝进行空气冷却。在如图3中命名为方法 "A"的第一实施方案中并且如温度相对于时间的框图上虛线所示，将 焊缝加热到Au温度但不超过Au-下临界温度。该实施方案将允许焊缝 的最大软化，因为所有马氏体将经受最大的高温回火。在如图3中命 名为方法"B"的第二实施方案中并且如温度相对于时间的框图上点线 所示，加热到中间温度可通过降低脆性而不过度软化焊缝且不过度降 低焊缝的拉伸强度来用于改善焊缝的韧性。
以大于10°C/s的速率进行焊缝的快速加热。优选地，以约200°C /s更加快速地进行焊缝的快速加热。在该快速加热后即刻进行空气淬 火(没有在保持温度下的均热时间)。由快速加热到空气冷却的"即 刻"转变意指应相对宽泛地理解为包括几秒或甚至几分钟的转变期， 其可以是制造过程所附带的。然而，由快速加热到空气冷却的"即刻，， 转变期不意指包括允许发生铁合金的晶体显微组织的明显改变的等温 均热时间，所述改变例如碳析出物的粗化以及再结晶。与空气冷却一 致的优选淬火速率大于15"C/分钟但小于200°C/s。在本发明中可用成型的热源将焊缝整体加热，或者逐段加热(如 在轧机上连续缝焊的情形)。使用各种局部热源中的任何局部热源将 热施加到焊缝，所述热源包括但不限于丙烷或氧乙炔焊炬、电阻、电 弧、激光、传导、辐照、对流或高频感应。本文中使用术语"局部" 来描述向部件的局部区域提供热但不加热整个部件的热源，例如通过 炉子或烘箱来提供。在连续处理的情形中，例如在缝焊管道和管材的 生产中，对于较大管道，选择性地加热局部焊缝区域将是最有效的实 施方案。作为替代方案，例如用螺旋状感应线圏或其它手段通过环形 地加热管道的整个圆周可保持在本发明的精神内。认为这种环形加热
较适合于较小的管道和管材直径。参照图5和6，在优选实施方案中， 可同时加热整个焊缝，这可适用于包括例如可淬硬的合金燃料罐或液 体罐上的周向焊缝的各种构造。
的马氏体的量)，该方法减弱了几个其它HAZ开裂贡献因素，包括
在用该方法加热钢时允许另外时间的氢扩散和释放。在经受施 加的或残余的拉伸应力时，这种残留的氢是马氏体显微组织中氢致冷 开裂的原因。
*由于沿焊缝长度的降低的热梯度而消除焊缝中的收缩应变和 应力。
*提高熔合区和HAZ的延展性及韧性。
*使焊缝和HAZ中形成的任何马氏体回火。
如图7和8中所示，可以^使用成形的电阻加热线圏来局部热处理 围绕整个罐周缘的焊缝。加热线圏可从顶侧、底侧或两侧进行施加并 且通过与焊缝表面直接接触或离开焊缝表面放置而保持在适当位置， 直到达到峰值温度。然后移除线圏并且允许焊缝空气冷却至室温。不 需要保护气氛；然而，如果必要，可在非氧化性气氛中进行该处理。
参照图9和10，作为替代方案，使用成形的感应线圏或火焰或其 它方法将热施加到焊缝。可将加热线圏装入压力机压模构件中(图9), 其抑制焊缝在处理期间发生翘曲。在图10中所显示的加热处理的另一个实施方案中，电流从一个部件传递到另一个部件，将焊缝电阻加热 到合适的温度。
需要缝焊预淬硬的淬硬合金的典型汽车结构应用包括底盘部件，
A、 B和C立柱，顶盖纵梁，车顶弯梁，沖击横梁和保险杠。最终车体 组件的尺寸和幅度阻止任何全构件焊后应力消除处理。本发明的焊后
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在实践中，就可空气淬硬马氏体不锈钢的初始测试结果，发现根 据上述第一和第二实施方案处理的焊缝在与焊接状态试样相比时具有
显著的延展性和韧性改善。例如，在0. 5mm、 1. Qmm和2. Gmm厚度的使 用410型不锈钢(UNS41000、 SAE51410)的缝焊试验带材上用本发明进 行试验。将线性缝焊试验固定器设计成将试验带材以60英寸长度自熔 地对接GTAW焊接，由此从焊缝的中心稳态部分选取试验试样。依照于 本发明在GTAW焰炬体的下游实施单侧线性感应线圏。使用非接触3.9 um波长红外高温计获得直接表面温度测量结果。
对于410型不锈钢，允许焊缝冷却到约180X:，低于马氏体转变 开始温度-Ms，也低于马氏体转变结束温度-Mf，它们分别为约33(TC和 230'C。然后将完成的焊缝快速加热到约650X:，刚好低于为约675'C 的下临界温度-An,并且即刻让其空气冷却。如绘制了沿焊缝(纵向拉 伸)方向的最大伸长率的图11中所示，通过根据本发明的方法进行回 火，缝焊试样表现出焊缝和HAZ延展性的显著改善。在较厚试验带材 上看到最大的益处，这是因为较厚的规格施加较大程度的缝焊接头约 束且因此施加较高的残余应力，本发明的热处理方法减轻了所述约束 和残余应力。在处理不同合金时，施加热至焊缝的Au-下临界温度(共 析温度)或者至更低的中间温度可提供焊区的不同机械性能，并且其 选择将取决于所使用的材料和所需机械性能。
本发明理想地适合于所有缝焊处理例如激光焊、电阻缝焊和电弧 焊。除自熔焊缝外，本发明对于处理使用可淬硬的焊接填料合金的焊 缝用以降低熔合区域和HAZ的脆性也是理想的。上温度阈值、Au-下临界温度(共析温度)(低于该温度时铁素体和碳化物是稳定的)和Ms-马氏体转变开始温度均取决于焊缝和基础合金的化学组成。自然冷却 速率取决于材料厚度、接头几何形状、合金类型和环境条件。
虽然说明和描述了本发明的若干特定形式，但将清楚的是，可作 出各种改变而不背离本发明的精神和范围。因此，除下面权利要求书 外，本发明不意欲受到限制。按照为了让本领域技术人员理解本发明、 再现本发明和实施本发明这样的观点描述了本发明，并且确定其目前 的优选实施方案，我们请求保护如下
权利要求
1.形成钢构件的方法，包括步骤提供可淬硬的铁合金的第一表面；提供可淬硬的铁合金的第二表面；将所述第一表面靠近所述第二表面放置；通过以足够高的温度向所述第一表面和所述第二表面施加第一热源以便所述第一表面和所述第二表面高于它们的熔点从而形成焊缝，将所述第一表面缝焊到所述第二表面；使所述焊缝冷却到低于所述可淬硬的铁合金的马氏体转变开始温度；在使所述焊缝冷却到低于所述可淬硬的铁合金的马氏体转变开始温度的所述步骤之后，将所述焊缝进行回火，所述回火包括以10℃/秒或更大的速率将所述焊缝加热到高于马氏体转变开始温度但不高于所述可淬硬的铁合金的下临界温度；和在将所述焊缝进行回火的所述步骤后以15℃/分钟或更大的速率空气冷却所述焊缝。
2. 权利要求1的形成钢构件的方法，其中以10"/秒至2001C/秒 的速率实施将所述焊缝进行回火的所述步骤，并且以15。C/分钟至200 'C/秒的速率实施空气冷却所述焊缝的所述步骤。
3. 权利要求1的形成钢构件的方法，其中将所述焊缝进行回火的 所述步骤包括利用局部热源来加热所述焊缝。
4. 权利要求3的形成钢构件的方法，其中以10'C/秒至200匸/秒 的速率实施将所述焊缝进行回火的所述步骤，并且以15'C/分钟至200 'C/秒的速率实施空气冷却所述焊缝的所述步骤。
5. 权利要求1的形成钢构件的方法，其中所述可淬硬的铁合金是 可空气淬硬的马氏体不锈钢，该不锈钢具有等于或大于0. 08重量％的碳 含量。
6. 权利要求1的形成钢构件的方法，其中每一种所述可淬硬的铁 合金是410、 420或440类型的马氏体不锈钢。
7. 权利要求1的形成钢构件的方法，其还包括将所述钢构件辊轧 成形为所需形状，在将所述第一表面与第二表面焊接在一起且将所述焊 缝进行回火的步骤之后进行所述辊轧成形步骤。
8. 权利要求7的形成钢构件的方法，其中所述钢构件是管材，并 且所述第 一表面限定了铁合金的辊轧成形带材的第 一边缘以及所述第 二表面限定了铁合金的辊轧成形带材的第二边缘。
9. 形成钢构件的方法，包括步骤 提供可淬硬的铁合金的第 一表面； 提供可淬硬的铁合金的第二表面； 将所述第一表面靠近所述第二表面放置；通过以足够高的温度向所述第一表面和所述第二表面施加第一热 源以便所述第一表面和所述第二表面高于它们的熔点从而形成焊缝，将 所述第一表面缝焊到所述第二表面；使所述焊缝冷却到低于所述可淬硬的铁合金的马氏体转变开始温度；在使所述焊缝冷却到低于所述可淬硬的铁合金的马氏体转变开始 温度的所述步骤后将所述焊缝进行回火，所述回火包括用局部热源以10 。C /秒至2 0 01C /秒的速率将所述焊缝加热到高于马氏体转变开始温度但 不高于所述可淬硬的铁合金的下临界温度；和在将所述焊缝进行回火的所述步骤后以15。C/分钟至200。C/秒的速率即刻空气冷却所述焊缝。
10. 权利要求9的形成钢构件的方法，其中所述可淬硬的铁合金是可空气淬硬的马氏体不锈钢，该不锈钢具有等于或大于o. 08重量y。的碳含量。
11. 权利要求9的形成钢构件的方法，其中每一种所述可淬硬的铁 合金是410、 420或440类型的马氏体不锈钢。
12. 权利要求9的形成钢构件的方法，其还包括将所述钢构件辊轧 成形为所需形状，在将所述第一表面与第二表面焊接在一起且将所述焊 缝进行回火的步骤之后进行所述辊轧成形步骤。
13. 权利要求12的形成钢枸件的方法，其中所述钢构件是管材，并 且所述第 一表面限定了铁合金的辊轧成形带材的第 一边缘且所述第二 表面限定了铁合金的辊轧成形带材的第二边缘。
全文摘要
本发明以降低的焊区硬度和改善的焊区延展性及韧性提供了热处理可淬硬的钢和铁合金的缝焊结构的方法。该方法包括用二次热源将焊缝快速加热到高于马氏体转变开始温度但不高于下临界温度的温度，接着即刻使焊缝空气冷却。本发明的快速回火特别适合于高强度可淬硬的合金的缝焊管道和管材及其它构件的生产。
文档编号C21D6/00GK101622365SQ200880006715
公开日2010年1月6日 申请日期2008年1月17日 优先权日2007年1月17日
发明者D·S·柯德, E·J·麦克柯林克 申请人:Kva公司