【技術實現步驟摘要】
本專利技術液化天然氣(lng)儲運用高錳鋼焊接及焊后熱處理，尤其是涉及一種利用脈沖電流快速均勻化低溫高錳鋼焊接熱影響區微觀組織的方法。
技術介紹
1、低溫高錳鋼因其高強度、優異的低溫韌性以及低成本，已成為液化天然氣(lng)、液氨、液氫等環保替代燃料儲運關鍵裝備最具前景的候選結構材料。lng船和儲罐作為直接面向超低溫液體的零部件，面臨海洋波浪隨機載荷、海水腐蝕等問題，應用于此類液態燃料儲運裝備的低溫高錳鋼焊接結構應滿足極為復雜嚴峻的環境需求。
2、然而，研究發現低溫高錳鋼焊接后熱影響區微觀組織梯度不均勻分布，導致其低溫力學性能(尤其是低溫韌性)劣化，明顯弱于母材，這制約了低溫高錳鋼在液態燃料儲運裝備和極地船舶的工程化應用。目前，已有研究學者通過材料合金化設計、接頭焊后熱處理等方式，一體化調控焊接熱影響不均勻分布的微觀組織并改善其低溫力學性能。中國專利cn116083813a公開的一種n微合金化高錳鋼及其熱處理方法和應用就是利用n元素的微合金化抑制低溫高錳鋼焊接過程中碳原子在晶界偏聚和碳化物析出實現焊接熱影響區元素分布和組織的均勻化；中國專利cn118814102a公開的一種微合金化高錳鋼及其制備方法是通過添加la-ce稀土元素使之在焊接時形成細小的稀土夾雜物(ce2o3、ce2o2s)抑制熱影響晶粒粗化和晶界碳化物析出；文獻[chen?j.,ren?j.k.,liu?z.y.,et?al.interpretationof?significant?decrease?in?cryogenic-temperature?ch
3、而目前，利用高能外場調控金屬結構材料微觀組織、改善其綜合性能，是材料科學研究的熱點之一。中國專利cn113774192a就公開了一種利用脈沖電流調控軸承鋼中網狀碳化物的方法，通過脈沖電流對碳化物的溶解和再析出，調控碳化物的形貌和分布，可以改善金屬材料的性能。綜上，常規的材料合金化設計和焊后熱處理技術難以徹底消除低溫高錳鋼焊接熱影響區微觀組織的梯度不均勻性，而已有的脈沖電流處理技術其目的和作用效果也不涉及本專利技術的內容。鑒于此，如何通過脈沖電流實現低溫高錳鋼焊接熱影響區微觀組織的精準調控和均勻化是本領域亟待解決的關鍵問題之一，也是本專利技術所致力解決的目標。
技術實現思路
1、本專利技術的目的旨在針對材料合金化設計、焊后熱處理等現有技術手段存在的高成本、長周期、低效果等問題，提供一種非傳統的、高效、綠色環保的后處理手段，即利用脈沖電流對低溫高錳鋼焊接熱影響區微觀組織進行均勻化處理的方法，緩解晶界元素偏聚、優化晶界結構，改善焊接熱影響區的沖擊韌性。
2、為實現上述目的，本專利技術采取以下技術方案：
3、本專利技術提供了一種利用脈沖電流均勻化低溫高錳鋼焊接熱影響區微觀組織的方法，所述方法顯著改善低溫高錳鋼焊接熱影響區微觀組織的均勻性，提高其沖擊韌性；包括下述步驟：
4、(1)通過熔化焊接的方式制備低溫高錳鋼焊接接頭；
5、(2)對存在微觀組織不均勻分布的焊接熱影響區取樣；
6、(3)將獲得的低溫高錳鋼焊接熱影響區試樣在室溫下進行脈沖電流處理；
7、(4)將經步驟(3)處理后的試樣進行打磨拋光、化學侵蝕和振動拋光；
8、(5)對經步驟(4)處理后的試樣進行元素分布狀態表征和晶界結構特征量化。
9、優選地，所述步驟(1)中的熔化焊接方式為熔化極惰性氣體保護焊。
10、優選地，所述步驟(1)中的低溫高錳鋼板材厚度為8～20mm；熔化極惰性氣體保護焊的焊接電壓20～24v，焊接電流為140～220a，惰性氣體為氬氣，氬氣純度≥99.99％，氣體流量為14～20l/min。
11、優選地，所述步驟(2)中的對存在微觀組織不均勻性的低溫高錳鋼焊接熱影響區取樣，所述取樣方式為采用電火花線切割對經步驟(1)獲得的低溫高錳鋼焊接接頭通過局部剖切方式提取焊接熱影響區試樣。
12、優選地，所述步驟(2)中的對存在微觀組織不均勻性的低溫高錳鋼焊接熱影響區取樣包括試樣尺寸的確定和試樣表面初步打磨，以確保脈沖電流處理時接觸良好。
13、優選地，所述步驟(3)中的對提取的低溫高錳鋼焊接熱影響區試樣在室溫下進行脈沖電流處理，所確定的脈沖電流參數范圍為：脈沖頻率0.6～6khz、脈沖寬度0.2～6ms、電流密度20～200a/mm2、處理時間5～120min。
14、優選地，所述步驟(4)中對經脈沖電流處理后的熱影響區試樣進行打磨拋光、化學侵蝕和振動拋光。
15、優選地，所述對脈沖電流處理后的試樣表面依次采用200-400#、800-1000#、1500-2000#水磨砂紙打磨至僅存在單一方向劃痕，并采用粒度0.5-2.5μm金剛石研磨膏將試樣表明拋光至無劃痕的鏡面。
16、優選地，所述對脈沖電流處理和打磨拋光后的試樣在室溫下進行化學侵蝕，腐蝕液由2-4g苦味酸、4-6ml鹽酸和90-100ml無水乙醇組成，腐蝕時間2-4min。
17、優選地，所述對脈沖電流處理和打磨拋光后的試樣在室溫下進行振動拋光，振動拋光頻率5400-7200r/min、振動拋光液為0.02-0.05μm非結晶型二氧化硅拋光液、振動拋光時間60-120min。
18、優選地，所述步驟(5)中試樣的元素分布狀態表征是利用電子探針x射線微區分析技術(epma)對同一試樣不少于8個位置的晶內、晶界元素分布特征進行線掃描分析，評估脈沖電流處理后試樣元素分布的均勻性。
19、優選地，所述步驟(5)中試樣的晶界結構特征量化是采用電子背散射衍射技術(ebsd)對同一試樣不少于6個位置的大、小角度晶界數量和分布特征進行分析，并通過channel5軟件量化統計，評估脈沖電流處理后試樣晶界結構分布的均勻性。
20、優選地，根據傳統船用低溫鋼焊后熱處理工藝，采用加熱爐對低溫高錳鋼焊接熱影響區進行常規焊后熱處理對比實驗，熱處理溫度500℃，熱處理時間1h，同樣采用電子背散射衍射技術對熱處理后試樣本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種利用脈沖電流均勻化低溫高錳鋼焊接熱影響區微觀組織的方法，其特征在于，對存在微觀組織梯度不均勻分布的低溫高錳鋼焊接熱影響區進行脈沖電流處理，可以顯著改善熱影響區沖擊韌性；包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的利用脈沖電流快速均勻化低溫高錳鋼焊接熱影響區微觀組織的方法，其特征在于，步驟(1)中低溫高錳鋼焊接接頭的制備方法為熔化極惰性氣體保護焊，低溫高錳鋼待焊工件厚度8～20mm，焊接電壓20～24V，焊接電流為140～220A，惰性氣體為氬氣，氬氣純度≥99.99％，氣體流量為14～20L/min。
3.根據權利要求1所述的利用脈沖電流快速均勻化低溫高錳鋼焊接熱影響區微觀組織的方法，其特征在于，步驟(2)中對存在微觀組織不均勻分布的焊接熱影響區取樣，所述方法為采用電火花線切割對經步驟(1)獲得的焊接接頭通過局部剖切方式提取焊接熱影響區試樣。
4.根據權利要求1所述利用脈沖電流快速均勻化低溫高錳鋼焊接熱影響區微觀組織的方法，其特征在于，步驟(3)所施加的脈沖電流參數范圍為：脈沖頻率0.6～6kHz、脈沖寬度0.2～6ms、電流密度20～20
5.根據權利要求1所述利用脈沖電流快速均勻化低溫高錳鋼焊接熱影響區微觀組織的方法，其特征在于，所述步驟(4)中對脈沖電流處理后的試樣進行打磨，是依次采用200-400#、800-1000#、1500-2000#水磨砂紙將試樣表面打磨至僅存在單一方向劃痕，并采用粒度0.5-2.5μm金剛石研磨膏將試樣表明拋光至無劃痕的鏡面。
6.根據權利要求1所述利用脈沖電流快速均勻化低溫高錳鋼焊接熱影響區微觀組織的方法，其特征在于，所述步驟(4)中對脈沖電流處理后打磨拋光的試樣在室溫下進行化學侵蝕，腐蝕液由2-4g苦味酸、4-6mL鹽酸和90-100mL無水乙醇組成，腐蝕時間2-4min。
7.根據權利要求1所述利用脈沖電流快速均勻化低溫高錳鋼焊接熱影響區微觀組織的方法，其特征在于，所述步驟(4)中對脈沖電流處理后打磨拋光的試樣在室溫下進行振動拋光，振動拋光頻率5400-7200r/min、振動拋光液為0.02-0.05μm非結晶型二氧化硅拋光液、振動拋光時間60-120min。
8.根據權利要求1所述利用脈沖電流快速均勻化低溫高錳鋼焊接熱影響區微觀組織的方法，其特征在于，所述步驟(5)中元素分布狀態表征，需要對同一試樣不少于8個位置的晶內、晶界元素分布特征進行電子探針X射線微區表征分析，用以評估脈沖電流處理后試樣元素分布的均勻性。
9.根據權利要求1所述利用脈沖電流快速均勻化低溫高錳鋼焊接熱影響區微觀組織的方法，其特征在于，所述步驟(5)中晶界結構特征量化，需要采用電子背散射衍射技術對同一試樣不少于6個位置的大、小角度晶界數量和分布特征進行量化統計，用以評估脈沖電流處理后試樣晶界結構分布的均勻性。
...【技術特征摘要】
1.一種利用脈沖電流均勻化低溫高錳鋼焊接熱影響區微觀組織的方法，其特征在于，對存在微觀組織梯度不均勻分布的低溫高錳鋼焊接熱影響區進行脈沖電流處理，可以顯著改善熱影響區沖擊韌性；包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的利用脈沖電流快速均勻化低溫高錳鋼焊接熱影響區微觀組織的方法，其特征在于，步驟(1)中低溫高錳鋼焊接接頭的制備方法為熔化極惰性氣體保護焊，低溫高錳鋼待焊工件厚度8～20mm，焊接電壓20～24v，焊接電流為140～220a，惰性氣體為氬氣，氬氣純度≥99.99％，氣體流量為14～20l/min。
3.根據權利要求1所述的利用脈沖電流快速均勻化低溫高錳鋼焊接熱影響區微觀組織的方法，其特征在于，步驟(2)中對存在微觀組織不均勻分布的焊接熱影響區取樣，所述方法為采用電火花線切割對經步驟(1)獲得的焊接接頭通過局部剖切方式提取焊接熱影響區試樣。
4.根據權利要求1所述利用脈沖電流快速均勻化低溫高錳鋼焊接熱影響區微觀組織的方法，其特征在于，步驟(3)所施加的脈沖電流參數范圍為：脈沖頻率0.6～6khz、脈沖寬度0.2～6ms、電流密度20～200a/mm2、處理時間5～120min。
5.根據權利要求1所述利用脈沖電流快速均勻化低溫高錳鋼焊接熱影響區微觀組織的方法，其特征在于，所述步驟(4)中對脈沖電流處理后的試樣進行打磨，是依次采用200-400#、800-1000#、1500-20...
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