專利名稱：在熔融區(qū)域具有優(yōu)良韌性的金屬結(jié)構(gòu)的高能量密度焊接鋼組件以及這種焊接組件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過高能量密度束焊接的鋼制金屬結(jié)構(gòu)，更詳細(xì)地說涉及其中熔融區(qū)需要最低韌性的金屬結(jié)構(gòu)，以便消除突然斷裂的風(fēng)險(xiǎn)。
背景技術(shù)：
特別是在過去的二十年間，利用高能量密度束如激光或電子束來組裝熱軋鋼板材和片材因其具有某些特別的特性而得到發(fā)展，其中可以列舉的特性例如有組件的極低變形，所述束的高精度定位并能僅熔化精確需要量的材料，焊縫的外觀無需精整，能夠免除消除應(yīng)力處理。
在應(yīng)用這些工藝的領(lǐng)域中，應(yīng)特別提及船舶結(jié)構(gòu)、土木工程設(shè)備、汽車以及用于輸送天然氣和原油的管線。對(duì)于某些應(yīng)用(特別是其厚度、所涉及的屈服強(qiáng)度或工作應(yīng)力最大的應(yīng)用)來說，需要保證韌性以消除突然斷裂的風(fēng)險(xiǎn)。已經(jīng)特別考慮到了這種可能性，這是因?yàn)橥ㄟ^高能量密度束形成的組件會(huì)產(chǎn)生諸如微疏松或縮孔等易于引發(fā)脆性斷裂的缺陷。因此為消除任何風(fēng)險(xiǎn)，焊接區(qū)域必須具有盡可能高的韌性。
已經(jīng)提出了多種在熔融區(qū)域獲得高韌性的方法。由于觀察到通過在非金屬夾雜物上形核而獲得堅(jiān)韌的針狀鐵素體組織，因此目標(biāo)是將此類微粒引入熔融區(qū)域，例如通過如文獻(xiàn)JP2000288754所記載的優(yōu)先沉積方法。但這種方法存在一些缺點(diǎn)。氧化物在熔融區(qū)域內(nèi)的分散可能并不均勻，導(dǎo)致該區(qū)域內(nèi)的機(jī)械性能存在偏差。另外，提高夾雜物的含量延性水平下降。
出于同樣的目的，還研究了控制鋁和氧含量的比例以促進(jìn)形成有利于針狀鐵素體形核的夾雜物的方法。以鋁鎮(zhèn)靜鋼為原料，不過這種方法需要提高熔融區(qū)域中的氧含量，這導(dǎo)致產(chǎn)生上述缺陷。此外，采用激光焊接時(shí)，用于形成上述所需針狀鐵素體組織的動(dòng)力學(xué)條件不一定與生產(chǎn)率需求相適應(yīng)，因而也不一定與焊接后的冷卻速度相適應(yīng)。
還提出了通過加入鎳(降低γ-α轉(zhuǎn)變溫度的穩(wěn)定γ相的元素)或鎳合金使熔融區(qū)域中該元素的重量含量為0.5％至百分之幾，從而提高熔融區(qū)域的韌性。例如，文獻(xiàn)uS4527040記載了在激光組裝之前以厚度為0.1mm的插入物形式加入鎳合金。但這種方法使得更難以相對(duì)于接合面定位該束，并且出現(xiàn)缺陷的風(fēng)險(xiǎn)性提高，被腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)性也可能提高。
因此需要通過高能量密度工藝焊接的鋼組件，其熔融區(qū)域的韌性得到充分保證，而機(jī)械性能則無過度偏差，另外還需要一種用于制造沒有上述缺陷的這些組件的經(jīng)濟(jì)方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供這樣的焊接組件以及由金屬結(jié)構(gòu)鋼獲得這種組件的方法。
為實(shí)現(xiàn)這一目的，本發(fā)明的第一個(gè)主題是一種包括至少一個(gè)鋼制部分的物品，該鋼的成分包含，含量以重量表示含量為0.005-0.27％的碳，0.5-1.6％的錳，0.1-0.4％的硅，含量小于2.5％的鉻，含量小于1％的Mo，任選地，選自鎳、銅、鋁、鈮、釩、鈦、硼、鋯和氮中的一種或多種元素，余量為鐵和熔煉產(chǎn)生的雜質(zhì)。所述鋼制部分包括至少一個(gè)通過高能量密度束熔融的區(qū)域，其顯微組織由60-75％自回火馬氏體以及余量的40-25％下貝氏體組成，優(yōu)選由60-70％自回火馬氏體以及余量的40-30％下貝氏體組成。
有利地，該物品是鋼管，該鋼管包括至少一個(gè)具有在縱向或橫向焊接的區(qū)域的部分。
另外有利地，該物品由至少兩個(gè)具有相同或不同成分，相同或不同厚度的焊接在一起的熱軋或熱鍛鋼板構(gòu)成。
優(yōu)選地，所述高能量密度束為激光束。
另外優(yōu)選地，所述高能量密度束為電子束。
本發(fā)明的另一個(gè)主題是一種用于制造上述物品之一的方法，該方法包括下述步驟-提供包括至少一個(gè)鋼制部分的物品，該鋼的成分包含，含量以重量表示含量為0.005-0.27％的碳，0.5-1.6％的錳，0.1-0.4％的硅，含量小于2.5％的鉻，含量小于1％的Mo，任選地，選自鎳、銅、鋁、鈮、釩、鈦、硼、鋯和氮中的一種或多種元素，余量為鐵和熔煉產(chǎn)生的雜質(zhì)；-通過高能量密度工藝將所述鋼制部分焊接到具有相同或不同成分的鋼工件上，該鋼工件已經(jīng)是或不是該物品的組成部分；以及-選擇焊接功率、焊接速度和任選的預(yù)熱、后熱或冷卻方式，以使得獲得具有由60-75％自回火馬氏體以及余量的40-25％下貝氏體組成，優(yōu)選由60-70％自回火馬氏體以及余量的40-30％下貝氏體組成的顯微組織的熔融區(qū)域。
根據(jù)該方法的另一個(gè)特征，熔融區(qū)域的氮含量小于或等于0.020％，選擇焊接功率、焊接速度和任選的預(yù)熱、后熱或冷卻方式，以使得熔融區(qū)域按照參數(shù) 冷卻，該參數(shù)為ΔtBexp-0.75ln(ΔtB/ΔtM)≤(Δt800500)≤ΔtBexp-0.6ln(ΔtB/ΔtM)]]>并且優(yōu)選地ΔtBexp-0.7ln(ΔtB/ΔtM)≤(Δt800500)≤ΔtBexp-0.6ln(ΔtB/ΔtM)]]> 以秒表示，表示在所述焊接區(qū)域焊接之后的冷卻過程中在溫度800℃與溫度500℃之間經(jīng)過的時(shí)間，其中ΔtB＝exp＝exp(6.2 CE II+0.74)，ΔtM＝exp(10.6 CE I-4.8)，CEI=C+Mn/6+Si/24+Mo/4+Ni/12+Cu/15+(Cr(1-0.16Cr)/8)+f(B)]]>CEII＝C+Mn/3.6+Cu/20+Ni/9+Cr/5+Mo/4，其中如果B≤0.0001％，f(B)＝0如果0.0001％＜B≤0.00025％，f(B)＝(0.03-1.5N)如果0.00025％＜B＜0.0004％，f(B)＝(0.06-3N)
如果B≥0.0004％，f(B)＝(0.09-4.5N)，C、Mn、Si、Mo、Ni、Cu、Cr、B和N分別表示所述熔融區(qū)域的碳、錳、硅、鉬、鎳、銅、鉻、硼和氮含量，以重量百分比表示。
根據(jù)該方法的另一個(gè)特征，所述焊接是通過激光束均勻氣焊的，所述鋼的氮含量小于或等于0.020％，并且選擇焊接功率、焊接速度和任選的預(yù)熱、后熱或冷卻方式，以使得熔融區(qū)域按照參數(shù) 冷卻，該參數(shù)為ΔtBexp-0.75ln(ΔtB/ΔtM)≤(Δt800500)≤ΔtBexp-0.6ln(ΔtB/ΔtM)]]>并且優(yōu)選地ΔtBexp-0.7ln(ΔtB/ΔtM)≤(Δt800500)≤ΔtBexp-0.6ln(ΔtB/ΔtM)]]> 以秒表示，表示在所述熔融區(qū)域焊接之后的冷卻過程中在溫度800℃與溫度500℃之間經(jīng)過的時(shí)間，其中ΔtB＝exp(6.2 CE II +0.74)，ΔtM＝exp(10.6 CE I-4.8)，CEI=C+Mn/6+Si/24+Mo/4+Ni/12+Cu/15+(Cr(1-0.16Cr)/8)+f(B)]]>CEII＝C+Mn/3.6+Cu/20+Ni/9+Cr/5+Mo/4，其中如果B≤0.0001％，f(B)＝0如果0.0001％＜B≤0.00025％，f(B)＝(0.03-1.5N)如果0.00025％＜B＜0.0004％，f(B)＝(0.06-3N)如果B≥0.0004％，f(B)＝(0.09-4.5N)，C、Mn、Si、Mo、Ni、Cu、Cr、B和N分別表示所述焊接鋼的碳、錳、硅、鉬、鎳、銅、鉻、硼和氮含量，以重量百分比表示。
根據(jù)該方法的另一個(gè)特征，所述焊接是通過電子束均勻氣焊的，所述鋼的氮含量小于或者等于0.022％，并且選擇焊接功率、焊接速度和任選的預(yù)熱、后熱或冷卻方式，以使得通過電子束熔融的區(qū)域按照參數(shù) 冷卻，該參數(shù)為ΔtBexp-0.75ln(ΔtB/ΔtM)≤(Δt800500)≤ΔtBexp-0.6ln(ΔtB/ΔtM)]]>
并且優(yōu)選地ΔtBexp-0.7ln(ΔtB/ΔtM)≤(Δt800500)≤ΔtBexp-0.6ln(ΔtB/ΔtM)]]> 以秒表示，表示在所述熔融區(qū)域焊接之后的冷卻過程中在溫度800℃與溫度500℃之間經(jīng)過的時(shí)間，其中ΔtB＝exp(6.2 CE II+0.74)，ΔtM＝exp(10.6 CE I-4.8)，CEI=C+Mn/6.67+Si/24+Mo/4+Ni/12+Cu/15+(Cr(1-0.16Cr)/8)+f(B)]]>CEII＝C+Mn/4+Cu/20+Ni/9+Cr/5+Mo/4，其中如果B≤0.0001％，f(B)＝0如果0.0001％＜B≤0.00025％，f(B)＝(0.03-1.35N)如果0.00025％＜B＜0.0004％，f(B)＝(0.06-2.7N)如果B≥0.0004％，f(B)＝(0.09-4.05N)，C、Mn、Si、Mo、Ni、Cu、Cr、B和N分別表示所述焊接鋼的碳、錳、硅、鉬、鎳、銅、鉻、硼和氮含量，以重量百分比表示。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)特定實(shí)施方案，通過利用金屬供給產(chǎn)品(produit d’apport métallique)將所述鋼制部分焊接到具有相同或不同成分的相同或不同厚度的鋼工件上，該鋼工件是或不是所述物品的組成部分。


現(xiàn)在參考下述附圖更詳細(xì)地說明本發(fā)明，但并非用于限制本發(fā)明圖1比較了利用激光焊接結(jié)構(gòu)鋼和利用電子束焊接結(jié)構(gòu)鋼的熱影響區(qū)(或HAZ)硬度及熔融區(qū)域硬度；圖2比較了利用激光焊接結(jié)構(gòu)鋼和利用電子束焊接結(jié)構(gòu)鋼的熱影響區(qū)和熔融區(qū)域在28焦耳(TK28J)的Charpy V轉(zhuǎn)變溫度。
圖3所示為結(jié)構(gòu)鋼熱影響區(qū)內(nèi)的延性-脆性轉(zhuǎn)變溫度和硬度隨冷卻速度的一般變化；圖4和5所示為自回火馬氏體的含量分別對(duì)激光焊接和電子束焊接的熔融區(qū)域韌性的影響；和圖6示出了在電子束焊接過程中熔融區(qū)域中氮含量的變化與基體金屬中氮含量變化的對(duì)比。
在通過激光焊接或電子束焊接獲得的組件中，焊接部分由兩個(gè)不同的區(qū)域構(gòu)成-熔融區(qū)域，對(duì)應(yīng)于在焊接過程中已經(jīng)過液態(tài)的區(qū)域，也就是說其中溫度高于焊接材料液相線溫度的區(qū)域；以及-熱影響區(qū)或HAZ，其可以廣泛地包括在焊接過程中已發(fā)生同素異形轉(zhuǎn)變的所有區(qū)域。在下文中，這個(gè)術(shù)語HAZ用于焊接過程中當(dāng)加熱至最高溫度時(shí)保持固態(tài)的該組件的那些部分，這是較大奧氏體晶粒粗化的位置。從韌性的角度來看常常更為關(guān)鍵的這些區(qū)域?qū)?yīng)于高于1200-1300℃的最高溫度。
在氣焊(即不使用供給金屬)和均勻焊接(在具有相同化學(xué)成分的兩部分之間進(jìn)行)的情況下，已經(jīng)證明在金屬結(jié)構(gòu)的鋼成分的很寬范圍(具有0.005重量％C-0.27重量％C的碳含量，0.5-1.6％錳含量，0.1-0.4％Si含量，最高2.5％Cr含量，最高1％Mo含量)內(nèi)，熔融區(qū)域和HAZ的機(jī)械性能是非常相似的。因此圖1表明在這兩個(gè)區(qū)域中激光焊接的硬度與電子束焊接的硬度非常相似。
如圖2所示，這種相似性也適用于韌性性能，圖2中比較了利用高能量密度束進(jìn)行兩種焊接的熱影響區(qū)和熔融區(qū)域在28焦耳下的Charpy V轉(zhuǎn)變溫度。這兩個(gè)區(qū)域的顯微組織同樣非常相似。
換言之，假定它們的成分相似，從機(jī)械性能角度考慮高能量密度熔融區(qū)域可被看作與寬HAZ相似。這表明用于提高激光熔融區(qū)域韌性的措施可以基于先前在HAZ領(lǐng)域中獲得的經(jīng)驗(yàn)。
關(guān)于這點(diǎn)，圖3示出了含有0.04％C和1.3％Mn的結(jié)構(gòu)鋼的HAZ的硬度和延性-脆性轉(zhuǎn)變溫度隨焊接后冷卻速度的變化的典型實(shí)例。此處該速度用 表征，該參數(shù)表示在焊接后的冷卻過程中從800℃至500℃溫度之間經(jīng)過的時(shí)間。存在一個(gè)韌性最佳的冷卻速度范圍(對(duì)于這種鋼成分約為Δt800500≈1-2s]]>)。對(duì)于快得多的冷卻速度則形成未回火的或“新鮮的”馬氏體，其性能較差。另一方面，冷卻速度的降低導(dǎo)致形成上貝氏體或粗大的鐵素體組織，這些組織也不夠堅(jiān)韌。對(duì)應(yīng)于最佳韌性的顯微組織部分由自回火馬氏體且部分由下貝氏體組成，所述回火歸因于焊接周期本身。所述自回火組織的特征在于馬氏體板條中存在析出的細(xì)小碳化物。這些從韌性角度考慮最優(yōu)化的組織位于朝向出現(xiàn)馬氏體的區(qū)域的末端，即對(duì)應(yīng)于當(dāng) 提高時(shí)硬度從對(duì)應(yīng)于馬氏體硬度的基本上水平的“平穩(wěn)狀態(tài)”開始降低的開始處。
根據(jù)本發(fā)明已經(jīng)證實(shí)，如圖4所示，自回火馬氏體的比例為60-75％，結(jié)合余量的40-25％下貝氏體，從而使得激光熔融區(qū)域具有優(yōu)良韌性。當(dāng)馬氏體的比例更特別在60-70％，結(jié)合余量的40-30％下貝氏體時(shí)，所述轉(zhuǎn)變溫度低于-100℃，這意味著韌性水平特別高。
關(guān)于在結(jié)構(gòu)鋼上進(jìn)行電子束焊接試驗(yàn)，從圖5可以得出類似結(jié)論，其碳含量為0.1-0.17％。因此自回火馬氏體的比例為60-75％和余量的40-25％下貝氏體特別有利于在高能量密度焊接中獲得具有優(yōu)良韌性的熔融區(qū)域。
對(duì)于給定的鋼成分，在針對(duì)通過高能量密度焊接制成的組件的各種變量(焊接功率、焊接速度、任選的預(yù)熱或后熱或冷卻方式)中選擇那些在熔融區(qū)域中產(chǎn)生馬氏體的比例為60-75％，優(yōu)選60-70％，結(jié)合合適余量的下貝氏體的變量?，F(xiàn)在解釋焊接后的冷卻速度與馬氏體含量的關(guān)系，并考慮到通過高能量密度焊接制成的組件中的HAZ和熔融區(qū)域之間的相似性。
在熱影響區(qū)的范圍內(nèi)，從出版物“Metal Construction”1987年4月pp.217-223中已知馬氏體的含量可以由下式給出馬氏體含量fM=logΔtBΔt500800/logΔtBΔtM]]>或等價(jià)地Δt800500=ΔtBexp-fMln(ΔtB/ΔtM)]]>其中 ΔtM＝產(chǎn)生100％馬氏體的臨界冷卻時(shí)間；并且
ΔtB＝產(chǎn)生100％貝氏體的臨界冷卻時(shí)間；log和ln分別表示以10和e為底的對(duì)數(shù)。
當(dāng)ΔtM≤Δt800500≤ΔtB]]>時(shí)應(yīng)用該表達(dá)式。
該臨界冷卻時(shí)間通過下述表達(dá)式與化學(xué)成分相關(guān)ΔtB＝exp(6.2 CE II+0.74)，ΔtM＝exp(10.6 CE I+4.8)，其中CEI=C+Mn/6+Si/24+Mo/4+Ni/12+Cu/15+(Cr(1-0.16Cr)/8)+f(B)]]>CEII＝C+Mn/3.6+Cu/20+Ni/9+Cr/5+Mo/4，其中如果B≤0.0001％，f(B)＝0如果0.0001％＜B≤0.00025％，f(B)＝(0.03-1.5N)如果0.00025％＜B＜0.0004％，f(B)＝(0.06-3N)如果B≥0.0004％，f(B)＝(0.09-4.5N)，這些表達(dá)式假定f(B)≥0，即N≤0.020％。
C、Mn、Si、Mo、Ni、Cu、Cr、B和N分別表示所述鋼的碳、錳、硅、鉬、鎳、銅、鉻、硼和氮含量，以重量百分比表示。
現(xiàn)在，如上所述，利用高能量密度束進(jìn)行的均勻氣焊中HAZ與熔融區(qū)域之間的相似性表明，上述對(duì)HAZ有效的公式也適用于熔融區(qū)域。
根據(jù)本發(fā)明，熔融區(qū)域中60-75％，優(yōu)選60-70％的馬氏體含量結(jié)合余量的下貝氏體能獲得優(yōu)良的韌性。如果冷卻參數(shù)符合下述表達(dá)式則可以獲得上述效果ΔtBexp-0.75ln(ΔtB/ΔtM)≤(Δt800500)≤ΔtBexp-0.6ln(ΔtB/ΔtM)]]>并且優(yōu)選地ΔtBexp-0.7ln(ΔtB/ΔtM)≤(Δt800500)≤ΔtBexp-0.6ln(ΔtB/ΔtM)]]>取決于所采用的高能量密度方法，可分成兩種情況-在使用激光均勻氣焊的情況下，熔融區(qū)域的成分實(shí)際上與基體金屬的成分相同。上述關(guān)于熔融區(qū)域元素成分的表達(dá)式也適用于基體金屬成分，也就是說適用于制造該組件所用鋼的成分；以及
-在使用電子束均勻氣焊的情況下，觀察到熔融區(qū)域的成分相對(duì)于基體金屬發(fā)生了變化。氮含量平均降低了約10％，如圖6所示，是液態(tài)金屬上的低分壓的結(jié)果。而且，還發(fā)現(xiàn)初始錳含量平均下降了10％，這種元素具有高蒸氣壓?；诨w金屬中的初始N和Mn含量，熔融區(qū)域中的N和Mn含量分別等于0.9C和0.9Mn。在這些情況下，上述表達(dá)式變成ΔtB＝exp(6.2 CE II+0.74)，ΔtM＝exp(10.6 CE I-4.8)，CEI=C+Mn/6.67+Si/24+Mo/4+Ni/12+Cu/15+(Cr(1-0.16Cr)/8)+f(B)]]>CEII＝C+Mn/4+Cu/20+Ni/9+Cr/5+Mo/4，其中如果B≤0.0001％，f(B)＝0如果0.0001％＜B≤0.0002 5％，f(B)＝(0.03-1.5N)如果0.00025％＜B＜0.0004％，f(B)＝(0.06-2.7N)如果B≥0.0004％，f(B)＝(0.09-4.05N)，這些表達(dá)式假定f(B)≥0，即N≤0.022％。
C、Mn、Si、Mo、Ni、Cu、Cr、B和N分別表示所述焊接鋼的碳、錳、硅、鉬、鎳、銅、鉻、硼和氮含量，以重量百分比表示。
當(dāng)然，本發(fā)明也可以被應(yīng)用到其中鋼制部分焊接到具有不同成分的另一個(gè)鋼工件上的情況，同時(shí)考慮到每種元素在構(gòu)成熔融區(qū)域中的相對(duì)比例，即稀釋系數(shù)。同樣的內(nèi)容也適用于采用金屬供給產(chǎn)品進(jìn)行焊接的情況，也應(yīng)當(dāng)考慮其成分和稀釋系數(shù)，以確定熔融區(qū)域的成分。
具體實(shí)施例方式
下面通過下述關(guān)于激光束焊接的實(shí)施例來說明本發(fā)明。
一種用于制造管道的厚12mm的鋼，其屈服強(qiáng)度高于400MPa，具有下述成分C＝0.1％；Mn＝1.45％；Si＝0.35％；Al＝0.030％；Nb＝0.040％；N＝0.004％，將該鋼通過激光焊接以氣焊模式進(jìn)行焊接，不使用供給金屬，選擇參數(shù)以使得冷卻速度 等于1.7s。在這些條件下，由上述表達(dá)式(用于均勻氣焊情況)計(jì)算出的熔融區(qū)域中自回火馬氏體的含量為68％，非常接近通過金相學(xué)檢測(cè)確定的數(shù)值，其余量為32％的下貝氏體。這些情況符合本發(fā)明所述情況，與熔融區(qū)域的最佳韌性相關(guān)。事實(shí)上，對(duì)直徑為4mm的缺口圓柱試樣進(jìn)行的沖擊拉伸試驗(yàn)所確定的轉(zhuǎn)變溫度為-120℃，這反映了在這些激光焊接條件下制造的管道具有優(yōu)良韌性和高脆性斷裂強(qiáng)度。
本發(fā)明可以經(jīng)濟(jì)地制造出通過高能量密度焊接方法焊接的結(jié)構(gòu)，而無需昂貴的附加元素。本發(fā)明使得能夠選擇組裝條件以滿足關(guān)于突然斷裂風(fēng)險(xiǎn)方面的安全需要。
權(quán)利要求
1.包括至少一個(gè)鋼制部分的物品，該鋼的成分包含，含量以重量表示含量為0.005-0.27％的碳，0.5-1.6％的錳，0.1-0.4％的硅，含量小于2.5％的鉻，含量小于1％的Mo，任選地，選自鎳、銅、鋁、鈮、釩、鈦、硼、鋯和氮中的一種或多種元素，余量為鐵和熔煉產(chǎn)生的雜質(zhì)，所述鋼制部分包括至少一個(gè)通過高能量密度束熔融的區(qū)域，其特征在于所述熔融區(qū)域具有由60-75％自回火馬氏體以及余量的40-25％下貝氏體組成，優(yōu)選由60-70％自回火馬氏體以及余量的40-30％下貝氏體組成的顯微組織。
2.權(quán)利要求1的物品，其特征在于該物品是鋼管，該鋼管包括至少一個(gè)具有在縱向或橫向焊接的區(qū)域的部分。
3.權(quán)利要求1或2的物品，其特征在于該物品由至少兩個(gè)具有相同或不同成分，相同或不同厚度的焊接在一起的熱軋或熱鍛鋼板構(gòu)成。
4.權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)的物品，其特征在于所述高能量密度束為激光束。
5.權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)的物品，其特征在于所述高能量密度束為電子束。
6.用于制造權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)的物品的方法，該方法包括下述步驟-提供包括至少一個(gè)鋼制部分的物品，該鋼的成分包含，含量以重量表示含量為0.005-0.27％的碳，0.5-1.6％的錳，0.1-0.4％的硅，含量小于2.5％的鉻，含量小于1％的Mo，任選地，選自鎳、銅、鋁、鈮、釩、鈦、硼、鋯和氮中的一種或多種元素，余量為鐵和熔煉產(chǎn)生的雜質(zhì)；-通過高能量密度工藝將所述鋼制部分焊接到具有相同或不同成分的鋼工件上，該鋼工件已經(jīng)是或不是所述物品的組成部分；以及-選擇焊接功率、焊接速度和任選的預(yù)熱、后熱或冷卻方式，以使得獲得具有由60-75％自回火馬氏體以及余量的40-25％下貝氏體組成，優(yōu)選由60-70％自回火馬氏體以及余量的40-30％下貝氏體組成的顯微組織的熔融區(qū)域。
7.權(quán)利要求6的方法，其特征在于所述熔融區(qū)域的氮含量小于或等于0.020％，并且選擇焊接功率、焊接速度和任選的預(yù)熱、后熱或冷卻方式，以使得所述熔融區(qū)域按照參數(shù) 冷卻，該參數(shù)為ΔtBexp-0.75ln(ΔtB/tM)≤(Δt800500)≤ΔtBexp-0.6ln(ΔtB/ΔtM)]]>并且優(yōu)選地ΔtBexp-0.7ln(ΔtB/tM)≤(Δt800500)≤ΔtBexp-0.6ln(ΔtB/ΔtM)]]> 以秒表示，表示在所述焊接區(qū)域焊接之后的冷卻過程中在溫度800℃與溫度500℃之間經(jīng)過的時(shí)間，其中ΔtB＝exp(6.2 CE II+0.74)，ΔtM＝exp(10.6 CE I-4.8)，CEI=C+Mn/6+Si/24+Mo/4+Ni/12+Cu/15+(Cr(1-0.16Cr)/8)+f(B)]]>CEII＝C+Mn/3.6+Cu/20+Ni/9+Cr/5+Mo/4，其中如果B≤0.0001％，f(B)＝0如果0.0001％＜B≤0.00025％，f(B)＝(0.03-1.5N)如果0.00025％＜B＜0.0004％，f(B)＝(0.06-3N)如果B≥0.0004％，f(B)＝(0.09-4.5N)，C、Mn、Si、Mo、Ni、Cu、Cr、B和N分別表示所述熔融區(qū)域的碳、錳、硅、鉬、鎳、銅、鉻、硼和氮含量，以重量百分比表示。
8.權(quán)利要求6的方法，其特征在于所述焊接是通過激光束均勻氣焊的，所述鋼的氮含量小于或等于0.020％，并且選擇焊接功率、焊接速度和任選的預(yù)熱、后熱或冷卻方式，以使得所述熔融區(qū)域按照參數(shù) 冷卻，該參數(shù)為ΔtBexp-0.75ln(ΔtB/ΔtM)≤(Δt800500)≤ΔtBexp-0.6ln(ΔtB/ΔtM)]]>并且優(yōu)選地ΔtBexp-0.7ln(ΔtB/ΔtM)≤(Δt800500)≤ΔtBexp-0.6ln(ΔtB/ΔtM)]]> 以秒表示，表示在所述熔融區(qū)域焊接之后的冷卻過程中在溫度800℃與溫度500℃之間經(jīng)過的時(shí)間，其中ΔtB＝exp(6.2 CE II +0.74)，ΔtM＝exp(10.6 CE I-4.8)，CEI=C+Mn/6+Si/24+Mo/4+Ni/12+Cu/15+(Cr(1-0.16Cr)/8)+f(B)]]>CEII＝C+Mn/3.6+Cu/20+Ni/9+Cr/5+Mo/4，其中如果B≤0.0001％，f(B)＝0如果0.0001％＜B≤0.00025％，f(B)＝(0.03-1.5N)如果0.00025％＜B＜0.0004％，f(B)＝(0.06-3N)如果B≥0.0004％，f(B)＝(0.09-4.5N)，C、Mn、Si、Mo、Ni、Cu、Cr、B和N分別表示所述焊接鋼的碳、錳、硅、鉬、鎳、銅、鉻、硼和氮含量，以重量百分比表示。
9.權(quán)利要求6的方法，其特征在于所述焊接是通過電子束均勻氣焊的，所述鋼的氮含量小于或者等于0.022％，并且選擇焊接功率、焊接速度和任選的預(yù)熱、后熱或冷卻方式，以使得通過電子束熔融的所述區(qū)域按照參數(shù) 冷卻，該參數(shù)為tBexp-0.75ln(ΔtB/ΔtM)≤(Δt800500)≤ΔtBexp-0.6ln(ΔtB/ΔtM)]]>并且優(yōu)選地ΔtBexp-0.7ln(ΔtB/ΔtM)≤(Δt800500)≤ΔtBexp-0.6ln(ΔtB/ΔtM)]]> 以秒表示，表示在所述熔融區(qū)域焊接之后的冷卻過程中在溫度800℃與溫度500℃之間經(jīng)過的時(shí)間，其中ΔtB＝exp(6.2 CE II+0.74)，ΔtM＝exp(10.6 CE I-4.8)，CEI=C+Mn/6.67+Si/24+Mo/4+Ni/12+Cu/15+(Cr(1-0.16Cr)/8)+f(B)]]>CEII＝C+Mn/4+Cu/20+Ni/9+Cr/5+Mo/4，其中如果B≤0.0001％，f(B)＝0如果0.0001％＜B≤0.00025％，f(B)＝(0.03-1.35N)如果0.00025％＜B＜0.0004％，f(B)＝(0.06-2.7N)如果B≥0.0004％，f(B)＝(0.09-4.05N)，C、Mn、Si、Mo、Ni、Cu、Cr、B和N分別表示所述焊接鋼的碳、錳、硅、鉬、鎳、銅、鉻、硼和氮含量，以重量百分比表示。
10.權(quán)利要求6或7的制備方法，其特征在于通過利用金屬供給產(chǎn)品將所述鋼制部分焊接到具有相同或不同成分的相同或不同厚度的鋼工件上，該鋼工件是或不是所述物品的組成部分。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種包括至少一個(gè)鋼制部分的物品，該鋼的成分包含，含量以重量表示含量為0.005－0.27％的碳，0.5－1.6％的錳，0.1－0.4％的硅，含量小于2.5％的鉻，含量小于1％的Mo，任選地，選自鎳、銅、鋁、鈮、釩、鈦、硼、鋯和氮中的一種或多種元素，余量為鐵和熔煉產(chǎn)生的雜質(zhì)，所述鋼制部分包括至少一個(gè)通過高能量密度束熔融的區(qū)域，其特征在于所述熔融區(qū)域具有由60－75％自回火馬氏體以及余量的40－25％下貝氏體組成，優(yōu)選由60－70％自回火馬氏體以及余量的40－30％下貝氏體組成的顯微組織。
文檔編號(hào)C22C38/22GK1989268SQ200580025136
公開日2007年6月27日 申請(qǐng)日期2005年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月5日
發(fā)明者D·卡普蘭 申請(qǐng)人:阿塞洛法國公司