[发明专利]一种管线钢高强度高韧性搅拌摩擦焊接头的制备方法

权利要求书

1.一种管线钢高强度高韧性搅拌摩擦焊接头的制备方法，其特征在于，包括以下步骤；

(1)应力-应变曲线测定：

取高强管线钢样品，利用热模拟设备对高强管线钢样品进行多道热压缩实验，以模拟搅拌摩擦焊接过程，在连续冷却过程中进行多道次压缩试验，得到多道次热压缩试验的应力-应变曲线；

(2)奥氏体未再结晶温度T_nr获取：

平均流变应力MFS与1000/T的交点即为T_nr，利用不同应变速率下的MFS-1000/T曲线测定相应应变速率下的T_nr；所述的T为样品加热温度；

(3)待焊工件表面处理：

焊接前去除待焊钢板表面氧化铁皮，并清洗表面；

(4)采用焊接工具，以搅拌头转速为50~1500 rpm/min，焊接速度为10~500 mm/min对待焊钢板进行搅拌摩擦焊，保证焊核区NZ峰值温度在A_c3-T_nr范围内；

(5)进行焊后冷却，冷却速度为10~45 °C/s，获得焊接接头。

2.根据权利要求1所述的管线钢高强度高韧性搅拌摩擦焊接头的制备方法，其特征在于，所述的步骤(1)中，高强管线钢包括组分及质量百分含量为 C：0.02~0.1%，Mn：1.0~2.0%，Si：0.10~0.40%，Cr：＜0.50%，Ni：＜0.30%，Mo：＜0.01%，V：0.001~0.01%，S：＜0.005%，P：＜0.005%，Al：0.02~0.05%，其余为Fe和其他不可避免杂质；高强管线钢包括X52、X65、X70、X80、X90、X100或X120。

3.根据权利要求1所述的管线钢高强度高韧性搅拌摩擦焊接头的制备方法，其特征在于，所述的步骤(1)中，样品的加热温度T为950~1250℃，应变量为0.05~0.7，应变速率为0.1~15 s^-1，压缩道次为6~14次，道次间隔温度为20~40℃，道次间冷却速度为1~30℃/s。

4.根据权 利要求1所述的管线钢高强度高韧性搅拌摩擦焊接头的制备方法，其特征在于，所述的步骤(2)中，MFS为每道次应力-应变曲线下面积与每道次应变量的积分数值；应变速率为0.1~15 s^-1，利用最小二乘法对应变速率下T_nr进行数据拟合，得到拟合曲线，利用公式：

其中，R_m为转速的一半(rpm)，r_e为再结晶有效半径(mm)，L_e为再结晶有效深度(mm)；计算不同转速下的应变速率，之后利用拟合曲线得到高应变速率下T_nr。

5.根据权利要求1所述的管线钢高强度高韧性搅拌摩擦焊接头的制备方法，其特征在于，所述的步骤(3)中，待焊钢板厚度为1-30mm。

6.根据权利要求1所述的管线钢高强度高韧性搅拌摩擦焊接头的制备方法，其特征在于，所述的步骤(4)中，搅拌工具轴肩直径为10~30 mm，搅拌工具材质包括W-Re合金、Ir-Re合金、立方氮化硼、PCBN/WRe复合材料、WC基合金、Co基合金或Si₃N₄陶瓷。

7.根据权利要求1所述的管线钢高强度高韧性搅拌摩擦焊接头的制备方法，其特征在于，所述的步骤(4)中，搅拌摩擦焊的轴肩压下量为0.05~0.15 mm，焊接倾角为1~5°，焊接操作在Ar、He惰性气体保护气氛下进行。

8.根据权利要求1所述的管线钢高强度高韧性搅拌摩擦焊接头的制备方法，其特征在于，所述的步骤(4)中，在高强管线钢样品焊核区NZ附近埋入K-型热电偶，对NZ热循环历史进行测量。

9.根据权利要求1所述的管线钢高强度高韧性搅拌摩擦焊接头的制备方法，其特征在于，所述的步骤(5)中，冷却速度为25~45 °C/s。

10.根据权利要求1所述的管线钢高强度高韧性搅拌摩擦焊接头的制备方法，其特征在于，所述的步骤(5)中，焊接接头强度为534-850 MPa，达到母材的94-100%，延伸率为24-29%，达到母材的93-100%，-60~20 °C的冲击断裂韧性为192-210 J/cm²，达到母材的91-103%；焊接接头中组织晶粒尺寸为2-6.4μm，母材晶粒尺寸为6.1-9.8μm。