[发明专利]一种通过晶界锯齿化处理改善铁镍基合金焊接性的方法

说明书

本发明涉及铁镍基合金焊接领域，具体地说是一种通过晶界锯齿化处理改善铁镍基沉淀强化奥氏体合金(J75)焊接性的方法，解决现有铁镍基合金焊接性不佳、易形成接头热影响区晶界液化裂纹的问题。采用控冷热处理方法，促使高能晶界锯齿化，改变高能晶界处偏聚的硼、钛元素分布状态，增加晶界液化裂纹形成抗力，改善合金焊接性，具体为：高温短时保温处理→缓冷(控制冷却速度)处理→中温保温处理→缓冷(控制冷却速度)处理→时效处理→空冷→真空电子束焊接的工艺路线。本发明方法处理的铁镍基合金的焊接接头强度在980MPa以上，甚至达到1040MPa以上，与母材的强度系数可达0.9以上，接头冲击韧度α_kU在1500KJ/m²以上，甚至达到1520KJ/m²以上。

技术领域

本发明涉及铁镍基合金焊接领域，具体地说是一种通过晶界锯齿化处理改善铁镍基沉淀强化奥氏体合金(J75)焊接性的方法。

背景技术

随着航空、航天和核能利用等高科技领域的发展，对所用材料和器件提出了更高的要求。由于强度偏低，如：304、310、316以及316L等单相奥氏体不锈钢已不满足各个领域的使用要求。沉淀强化型奥氏体合金是在单相奥氏体合金基础上，通过Ti、Al等元素的合金化发展起来的，该类合金在时效态下使用，通过析出与基体具有共格关系的强化相γ′-Ni₃(Al,Ti)获得高强度和良好塑性匹配。该类合金的高强度源于与基体具有共格关系的强化相γ′-Ni₃(Al,Ti)，典型的合金如：国内的J75合金。

在航空、航天、化工及能源领域作为结构材料使用时，不可避免的遇到连接问题。应提到的是，铁镍基(J75)合金由于合金化程度高，其焊接性不佳，易于形成焊接接头热裂纹，特别是易于形成接头热影响区晶界液化裂纹。由于液化裂纹(如图1)具有沿奥氏体晶界开裂、裂纹尺寸微小(一般在0.5mm以下)、无损检测无能为力、显微观察才能发现的特点，严重危害铁镍基合金构件的使用安全。

研究发现，铁镍基合金接头液化裂纹形成原因主要与二个因素有关，首先，为保证铁镍基(J75)合金的室温力学性能(高强度)，需要析出足够数量的γ′-Ni₃(Al,Ti)强化相，因此要添加1.60～2.30％(质量分数)的钛，而钛是易晶界偏析元素，在焊接热循环过程中会导致接头热影响区晶界液化裂纹形成；其次，更为重要的是，为保证合金的高温性能，合金中添加了微量元素硼，而硼是强晶界偏聚元素，具有强烈的致接头热影响区晶界液化裂纹形成能力。通过焊接方法和工艺的优化，如采用真空电子束焊接替代普通的熔化焊(钨极氩弧焊)，虽可在一定程度上降低接头热影响区晶界液化裂纹的倾向，但由于强晶界偏聚元素Ti、B的存在，合金形成接头热影响区晶界液化裂纹的风险依然很大。如何通过合金改性处理，提高铁镍基合金的焊接性，在本体上抑制铁镍基合金接头热影响区晶界液化裂纹的形成依然急迫。

发明内容

本发明的目的在于提供一种通过晶界锯齿化处理改善铁镍基合金(J75)焊接性的方法，解决现有铁镍基合金焊接性不佳、易形成接头热影响区晶界液化裂纹的问题。

本发明的技术方案是：

一种通过晶界锯齿化处理改善铁镍基合金焊接性的方法，铁镍基合金为沉淀强化奥氏体合金，采用控冷热处理方法，包括如下步骤：

(1)铁镍基合金板材在960～1030℃保温10～20min；

(2)将步骤(1)中保温处理后的板材随炉冷却至840～860℃，冷却速度控制为2～5℃/min；

(3)将步骤(2)控制冷却后的铁镍基合金在840～860℃保温1～3h；

(4)将步骤(3)保温处理后的铁镍基合金随炉冷却至730～750℃，冷却速度控制为7～10℃/min；