阅读说明：本技术 一种改善sa508-4钢焊接组织局部硬化的方法 (Method for improving local hardening of SA508-4 steel welded structure ) 是由 郑善举 万莉 陆书萌 李萌蘖 杨红梅 于 2021-09-16 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种改善SA508-4钢焊接组织局部硬化的方法,属于焊接技术领域。本发明将SA508-4钢以40～80℃/min的加热速率加热至600～680℃,保温2～4h后随炉冷却至室温；再依次以10～20℃/s的加热速率加热至预设温度并保温10～30min,以40～60℃/s的速率快速降温至预设温度,并保温10～60min,以0.5～20℃/s的速率冷却至室温即可。本发明通过SA508-4钢中碳及其他合金元素的配分行为获得元素在各相中的均衡浓度分布,改善SA508-4钢焊接组织的局部硬化现象,与现有处理方法采用的直接焊接工艺相比。本发明可以降低焊接组织的硬度,采用合理的元素配分工艺能够改善SA508-4钢焊接组织的晶粒显微组织,并提高焊接组织的力学性能和服役性能。(The invention relates to a method for improving local hardening of an SA508-4 steel welded structure, and belongs to the technical field of welding. Heating SA508-4 steel to 600-680 ℃ at a heating rate of 40-80 ℃/min, preserving heat for 2-4 h, and cooling to room temperature along with a furnace; and then sequentially heating to a preset temperature at a heating rate of 10-20 ℃/s, preserving heat for 10-30 min, rapidly cooling to the preset temperature at a rate of 40-60 ℃/s, preserving heat for 10-60 min, and cooling to room temperature at a rate of 0.5-20 ℃/s. The invention obtains the balanced concentration distribution of elements in each phase through the distribution behavior of carbon and other alloy elements in the SA508-4 steel, improves the local hardening phenomenon of the welding structure of the SA508-4 steel, and is compared with the direct welding process adopted by the existing treatment method. The method can reduce the hardness of the welded structure, can improve the grain microstructure of the SA508-4 steel welded structure by adopting a reasonable element distribution process, and improves the mechanical property and the service performance of the welded structure.)

一种改善SA508-4钢焊接组织局部硬化的方法

技术领域

本发明涉及一种改善SA508-4钢焊接组织局部硬化的方法，属于焊接技术领域。

背景技术

SA508-4钢是为满足核电压力容器逐步趋于大型化、一体化发展趋势而研发的最具发展潜力的新一代核电压力容器用钢铁材料。与目前所采用的SA508Gr.3钢相比，SA508-4钢通过增加Cr、Ni的元素含量并减少了Mn的元素含量，从而具有更高的强韧性和淬透性等力学性能，以期解决SA508Gr.3钢在新一代核电压力容器制造中存在的淬透性和原料超重等问题。但SA508-4钢在增加Cr、Ni元素含量的同时，会引起碳当量的增加，从而导致SA508-4钢冷/热裂纹敏感性增强、冷/热裂纹敏感系数增大、焊接组织晶粒粗大以及局部硬化等实际应用问题。这主要是由可提高淬透性元素的添加会导致焊接组织中的碳及合金元素在不同相中的分布与迁移会影响焊接组织和机械性能稳定性等因素引起的。

发明内容

本发明针对现有技术中焊接技术存在焊接组织出现局部硬化的问题，提出了一种改善SA508-4钢焊接组织局部硬化的方法，通过SA508-4钢中碳及其他合金元素的配分行为获得元素在各相中的均衡浓度分布，改善SA508-4钢焊接组织的局部硬化现象；与现有处理方法采用的直接焊接工艺相比，本发明可以降低焊接组织的硬度，采用合理的元素配分工艺能够改善SA508-4钢焊接组织的晶粒显微组织，并提高焊接组织的力学性能和服役性能。

一种改善SA508-4钢焊接组织局部硬化的方法，具体步骤如下：

(1)将SA508-4钢以40～80℃/min的加热速率加热至600～680℃，保温2～4h后随炉冷却至室温；对SA508-4钢进行退火处理，以消除锻造过程的组织缺陷及残余应力；

(2)将步骤(1)处理的SA508-4钢以10～20℃/s的加热速率加热至预设温度并保温10～30min；使其在预设的较高温度下快速完成碳元素配分；

(3)将步骤(2)保温的SA508-4钢以40～60℃/s的速率快速降温至预设温度，并保温10～60min；使其在预设的温度区间内完成合金元素配分；

(4)将步骤(3)保温的SA508-4钢以0.5～20℃/s的速率冷却至室温即可；使其将配分结束后的组织及元素分布保留至室温；

所述步骤(2)预设温度高于SA508-4钢的Ac₃温度且低于1050℃。

所述步骤(3)预设温度在SA508-4钢的Ac₁～Ac₃温度即714～773℃；

本发明改善SA508-4钢焊接组织局部硬化的原理：

在较高温度下快速完成碳元素配分并在相对较低的温度下完成其他合金元素的配分，促进SA508-4钢中碳及其他合金元素在各相中的均衡浓度分布，一定程度上消除增加碳当量对焊接性能恶化的影响，改善SA508-4钢焊接组织局部的硬化现象。

本发明的有益效果是：

(1)本发明通过SA508-4钢中碳及其他合金元素的配分行为获得元素在各相中的均衡浓度分布，改善SA508-4钢焊接组织的局部硬化现象；

(2)与现有处理方法采用的直接焊接工艺相比，本发明可以降低焊接组织的硬度，采用合理的元素配分工艺能够改善SA508-4钢焊接组织的晶粒显微组织，并提高焊接组织的力学性能和服役性能。

附图说明

图1为改善SA508-4钢焊接组织局部硬化的工艺图；

图2为焊接模拟工艺图；

图3为直接焊接工艺下焊接组织的金相组织图；

图4为实施例1焊接组织的金相组织图；

图5为实施例2焊接组织的金相组织图；

图6为实施例3焊接组织的金相组织图；

图7为实施例1～3、直接焊接工艺的焊接组织显微硬度对比图。

具体实施方式

本发明实施例中的SA508-4钢合金成分在ASME所规定的标准成分范围内；焊接组织的金相试样在光学显微镜下拍摄而获得微观组织照片；焊接组织的显微硬度采用HVS-(50)型数显维氏硬度计检测，SA508-4钢直接焊接工艺下焊接组织的金相组织图见图3。

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。

实施例1：一种改善SA508-4钢焊接组织局部硬化的方法(见图1)，具体步骤如下：

(1)将SA508-4钢以40℃/min的加热速率加热至600℃，保温2h后随炉冷却至室温；在600℃下对SA508-4钢进行退火处理，以消除锻造过程的组织缺陷及残余应力；

(2)将步骤(1)处理的SA508-4钢以10℃/s的加热速率加热至预设温度(880℃)并保温10min；使其在880℃温度下快速完成碳元素配分；

(3)将步骤(2)保温的SA508-4钢以40℃/s的速率快速降温至预设温度(700℃)，并保温10min；使其在700℃温度下完成合金元素配分；

(4)将步骤(3)保温的SA508-4钢以0.5℃/s的速率冷却至室温即可；将配分结束后的组织及元素分布保留至室温；

经图2所示的焊接模拟工艺处理后，得到的金相组织照片及晶粒尺寸分布图如图4所示，焊接组织的显微硬度如图7所示，经改善SA508-4钢焊接组织局部硬化的方法处理后，平均晶粒尺寸减小了24μm，显微硬度下降了42.9HV。

实施例2：一种改善SA508-4钢焊接组织局部硬化的方法(见图1)，具体步骤如下：

(1)将SA508-4钢以60℃/min的加热速率加热至640℃，保温3h后随炉冷却至室温；使其在640℃下对SA508-4钢进行退火处理，以消除锻造过程的组织缺陷及残余应力；

(2)将步骤(1)处理的SA508-4钢以15℃/s的加热速率加热至预设温度(800℃)并保温20min；使其在800℃温度下快速完成碳元素配分；

(3)将步骤(2)保温的SA508-4钢以50℃/s的速率快速降温至预设温度(720℃)，并保温60min；使其在720℃温度下完成合金元素配分；

(4)将步骤(3)保温的SA508-4钢以8℃/s的速率冷却至室温即可；使其将配分结束后的组织及元素分布保留至室温；

经图2所示的焊接模拟工艺处理后，得到的金相组织照片及晶粒尺寸分布图如图5所示，焊接组织的显微硬度如图7所示，经改善SA508-4钢焊接组织局部硬化的方法处理后，平均晶粒尺寸减小了33μm，显微硬度下降了36.5HV。

实施例3：一种改善SA508-4钢焊接组织局部硬化的方法(见图1)，具体步骤如下：

(1)将SA508-4钢以80℃/min的加热速率加热至680℃，保温4h后随炉冷却至室温；使其在680℃下对SA508-4钢进行退火处理，以消除锻造过程的组织缺陷及残余应力；

(2)将步骤(1)处理的SA508-4钢以20℃/s的加热速率加热至预设温度(1050℃)并保温30min；使其在1050℃温度下快速完成碳元素配分；

(3)将步骤(2)保温的SA508-4钢以60℃/s的速率快速降温至预设温度(750℃)，并保温30min；使其在750℃温度下完成合金元素配分；

(4)将步骤(3)保温的SA508-4钢以20℃/s的速率冷却至室温即可；使其将配分结束后的组织及元素分布保留至室温；

经图2所示的焊接模拟工艺处理后，得到的金相组织照片及晶粒尺寸分布图如图6所示，焊接组织的显微硬度如图7所示，经改善SA508-4钢焊接组织局部硬化的方法处理后，平均晶粒尺寸减小了19μm，显微硬度下降了42.4HV。

以上结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。