热处理部分修改

《以下资料，仅供参考》热处理基础知识山东海洋环保设备有限公司讲稿人：迟金祥

2014年5月12日

热处理基础知识以上内容由于本人水平有限，难免会出现不妥和错误以及疏漏之处，欢迎大家提出，让我们共同进步。

热处理是指通过对工件的加热、保温和冷却，使金属或合金的组织结构发生变化，从而获得预期的性能(如机械性能、加工性能、物理性能和化学性能等)的操作工艺称为热处理。工件热处理的目的是通过热处理这一重要手段，来改变(或改善)工件内部组织结构，从而获得所需要的性能并提高工件的使用寿命。

金属热处理工艺基本知识

热处理工艺一般包括加热、保温、冷却三个过程，有时只有加热和冷却两个过程。这些过程互相衔接，不可间断。加热是热处理的重要工序之一。热处理工艺基本知识1.金属热处理工艺基本知识●热处理过程中四个重要因素:

在热处理时，因工件的大小不同，形状不同，材料的化学成分不同，所以在具体热处理过程中，要用不同的加热速度、最高的加热温度、保温时间和冷却速度。通常把加热速度、最高加热温度、保温时间和冷却速度称为工件热处理的四个要素，也称工艺参数。正确地确定和保证实施好工艺，就能获得预期的效果，并将得到满意的性能。

从数学的观点看，热处理的质量是温度和时间的函数，所以工件的热处理工艺规范可用时间一温度为坐标表示出来，任何工件的热处理，都应包括：1.金属热处理工艺基本知识图1热处理规范示意图（a）简单的热处理规范（b)复杂的热处理规范●都应包括四个重要因素:

(1)加热速度V；(2)最高加热温度T;(3)保温时间h;(4)冷却速度Vt.Fe-Fe3C相图中铁碳合金的分类按合金中碳质量分数和显微组织的不同，铁碳合金可分为三大类：1. 工业纯铁它是wc≤0.02%的铁碳合金。2. 碳素钢它是0.02%＜wc≤2.11%的铁碳合金。按起室温下先微组织的不同又分为三种：共析钢：wc=0.77%

亚共析钢：0.02%＜wc＜0.77%

过共析钢：0.77%＜wc≤2.11%3.白口铸铁它是2.11%＜wc＜6.69%的铁碳合金。按其室温下显微组织的不同又分为三种：共晶白口铸铁：wc=4.3%

亚共晶白口铸铁：2.11%＜wc＜4.3%

过共晶白口铸铁：4.3%＜wc＜6.69%1）钢的退火与正火2.钢的热处理基本工艺及应用●退火与正火的目的①调整硬度以便进行切削加工②消除残余应力③细化晶粒，改善组织④为最终热处理做好组织上的准备●退火：将钢加热、保温，然后缓慢冷却的热处理工艺。退火工艺可分为完全退火、等温退火、球化退火、去应力退火、再结晶退火等，如图所示。图3箱式炉图2各种退火及正火的加热范围●完全退火将亚共析钢加热到Ac3+30～50℃，保温后缓冷的退火工艺称为完全退火。目的：降低硬度，消除内应力。●等温退火将亚共析钢加热到Ac3+30～50℃、过共析钢加热到Ac1+30～50℃，保温后快冷到Ar1以下某一温度保温，然后出炉空冷。如图是高速钢等温退火与普通退火的比较图3高速钢等温退火与普通退火的比较

●

球化退火将共析钢或过共析钢加热到Ac1+20～30℃，保温适当时间后缓慢冷却的热处理工艺称为球化退火。

目的：降低硬度，改善切削加工性能；形成球状珠光体，为后面的淬火作组织准备。●扩散退火

将工件加热到略低于固相线温度，保温后缓慢冷却的热处理工艺称为扩散退火。

目的：消除成份偏析。●去应力退火

将工件加热到

Ac1以下某一温度，保温后随炉冷却的热处理工艺称为去应力退火。

目的：消除铸、锻、焊的内应力。

●正火是将钢加热到

Ac3或Accm以上30～50℃，保温后空气中冷却的热处理工艺。●正火具有以下几方面的应用：

①含碳量≤0.25%经正火后硬度提高，改善了切削加工性能。

②消除过共析钢中的二次渗碳体。

③作为普通结构零件的最终热处理。●正火的冷却速度稍快于退火，由C曲线可知，二者的组织是不一样的。正火后的组织比退火细，如图所示。图3正火与退火后组织的比较重要构件的焊接、合金钢的焊接及厚部件的焊接，都要求在焊前必须预热。焊前预热的主要作用如下：（1）预热能减缓焊后的冷却速度，有利于焊缝金属中扩散氢的逸出，避免产生氢致裂纹。同时也减少焊缝及热影响区的淬硬程度，提高了焊接接头的抗裂性。（2）预热可降低焊接应力。均匀地局部预热或整体预热，可以减少焊接区域被焊工件之间的温度差（也称为温度梯度）。这样，一方面降低了焊接应力，另一方面，降低了焊接应变速率，有利于避免产生焊接裂纹。（3）预热可以降低焊接结构的拘束度，对降低角接接头的拘束度尤为明显，随着预热温度的提高，裂纹发生率下降。焊后热处理的目的有三个：消氢、消除焊接应力、改善焊缝组织和综合性能。焊后消氢处理，是指在焊接完成以后，焊缝尚未冷却至100℃以下时，进行的低温热处理。一般规范为加热到200~350℃，保温2-6小时。焊后消氢处理的主要作用是加快焊缝及热影响区中氢的逸出，对于防止低合金钢焊接时产生焊接裂纹的效果极为显著。在焊接过程中，由于加热和冷却的不均匀性，以及构件本身产生拘束或外加拘束，在焊接工作结束后，在构件中总会产生焊接应力。焊接应力在构件中的存在，会降低焊接接头区的实际承载能力，产生塑性变形，严重时，还会导致构件的破坏消应力热处理是使焊好的工件在高温状态下，其屈服强度下降，来达到松弛焊接应力的目的。常用的方法有两种：一是整体高温回火，即把焊件整体放入加热炉内缓慢加热到一定温度然后保温一段时间，最后在空气中或炉内冷却。用这种方法可以消除80%-90%的焊接应力。另一种方法是局部高温回火，即只对焊缝及其附近区域进行加热，然后缓慢冷却，降低焊接应力的峰值，使应力分布比较平缓，起到部分消除焊接应力的目的。有些合金钢材料在焊接以后，其焊接接头会出现淬硬组织，使材料的机械性能变坏。此外，这种淬硬组织在焊接应力及氢的作用下，可能导致接头的破坏。如果经过热处理以后，接头的金相组织得到改善，提高了焊接接头的塑性、韧性，从而改善了焊接接头的综合机械性能。消氢处理是在300～400度加热温度范围内保温一段时间。目的是加速焊接接头中氢的逸出，消氢处理效果比低温后热更好。焊接后及焊后热处理，焊后及时后热及消氢处理是防止焊接冷裂纹的有效措施之一，对于厚度超过100mm的厚壁压力容器及其他重要的产品构件，焊接过程中，为防止因厚板多道多层焊氢的积聚而导致的氢致裂纹，应进行2到3次中间消氢处理热处理8.1成形受压元件的恢复性能热处理8.1.1钢板冷成形受压元件，当符合下列a）～e）中任意条件之一，且变形率超过表4的范围，应于成形后进行相应热处理恢复材料的性能。a)盛装毒性为极度或高度危害介质的容器；b)图样注明有应力腐蚀的容器；c)对碳钢、低合金钢，成形前厚度大于16mm者；d)对碳钢、低合金钢，成形后减薄量大于10%者；e)对碳钢、低合金钢，材料要求做冲击试验者。删除

表4冷成形件变形率控制指标

8.1.2分步冷成形时，若不进行中间热处理，则成形件的变形率为各分步成形变形率之和；若进行中间热处理，则分别计算成形件在中间热处理前、后的变形率之和。8.1.3若需消除温成形工件的变形残余应力，可参照8.1.1对冷成形工件的热处理条件和要求进行。8.1.4若热成形或温成形改变了材料供货热处理状态，应重新进行热处理，恢复材料供货热处理状态。8.1.5当对成形温度、恢复材料供货热处理状态的热处理有特殊要求时，应遵循相关标准、规范或设计文件的规定。8.2焊后热处理(PWHT)容器及其受压元件按材料、焊接接头厚度（即焊后热处理厚度，δPWHT）和设计要求确定是否进行焊后热处理。8.2.1焊接接头厚度应按下列规定确定：a)对等厚全焊透对接接头为钢材厚度；b)对于对接焊缝和角焊缝为焊缝厚度；c)对于组合焊缝为对接焊缝与角焊缝厚度中较大者；d)当不同厚度元件焊接时：——不等厚对接接头取较薄元件的钢材厚度；——壳体与管板、平封头、盖板及其他类似元件的B类焊接接头，取壳体厚度；——接管与壳体焊接时，取接管颈厚度（删除）壳体厚度、补强圈厚度和连接角焊缝厚度中较大者；——接管与法兰焊接时，取接头处接管颈厚度；对于GB150.3-2011图7-lg)所示结构取法兰厚度；——对于GB150.3-2011附录D图D．12b）所示内封头连接结构取圆筒和封头厚度的大者；——非受压元件与受压元件焊接时，取焊缝厚度8.2.2容器及其受压元件符合下列条件之一者，应进行焊后热处理，焊后热处理应包括受压元件间及其与非受压元件的连接焊缝。当制订热处理技术要求时，满足以下规定外，还应采取必要的措施，避免由于焊后热处理导致的再热裂纹。8.2.2.1焊接接头厚度符合表5规定者。

表5需进行焊后热处理的焊接接头厚度8.2.2.2图样注明有应力腐蚀的容器。8.2.2.3用于盛装毒性为极度或高度危害介质的碳素钢、低合金钢制容器。8.2.2.4当相关标准或图样另有规定时。8.2.3对于异种（改为不同）钢材之间的焊接接头，按热处理要求不同的，按高者确定是否进行焊后热处理。8.2.4当需对奥氏体型不锈钢、奥氏体一铁素体型不锈钢进行焊后热处理时，按设计文件规定。8.2.5除设计文件另有规定，奥氏体型不锈钢、奥氏体一铁素体型不锈钢的焊接接头可不进行热处理。8.2.6焊后热处理要求8.2.6.1制造单位应按设计文件和标准的要求在热处理前编制热处理工艺。8.2.6.2不得使用燃煤炉进行焊后热处理。8.2.6.3热处理装置（炉）应配有自动记录温度曲线的测温仪表，并能自动绘制热处理的时间与工件壁温关系曲线。8.2.6.4整体焊后热处理可以是炉内整体加热方法或容器内部加热方法。在可能情况下，应优先采用炉内整体加热方法；当无法整体加热时，允许分段加热进行。分段热处理时，其重复加热长度应不小于1500mm，且相邻部分应采取保温措施，使温度梯度不致影响材料的组织和性能。热处理操作应符合8.2.7的规定。8.2.6.5B、C、D、E类焊接接头，球形封头与圆筒连接接头以及缺陷焊补部位，允许采用局部热处理。局部热处理有效加热范围应符合下列规定：a）焊缝最大宽度两侧各加δPWHT

或50mm，取两者较大值；b）返修焊缝端部方向上加δPWHT

或50mm，取两者较大值；c）接管与壳体相焊时，应环绕包括接管在内的筒体全圆周加热，且在垂直于焊缝方向上自焊缝边缘加δPWHT

或50mm，取两者较大值。局部热处理的有效加热范围应确保不产生有害变形，当无法有效控制变形时，应扩大加热范围，例如对圆筒全周长范围进行加热；同时，靠近加热区的部位应采取保温措施，使温度梯度不致影响材料的组织和性能。8.2.6.6复合钢板容器及其受压元件热处理时，应采取措施保证容器（特别是覆层材料性能）满足使用要求。8.2.7焊后热处理操作8.2.7.1碳素钢、低合金钢的焊后热处理操作应符合如下规定：a）焊件进炉时炉内温度不得高于400℃；b）焊件升温至400℃后，加热区升温速度不得超过5500/δPWHT℃/h，且不得超过220℃/h，一般情况下不低于55℃/h；c）升温时，加热区内任意4600mm长度内的温差不得大于120℃；d）保温时，加热区内最高与最低温度之差不宜超过80℃；e）升温及保温时应控制加热区气氛，防止焊件表面过度氧化；f）炉温高于400℃时，加热区降温速度不得超过7000/δPWHT℃/h，且不得超过280℃/h，一般情况下不低于55℃/h；g）焊件出炉时，炉温不得高于400℃，出炉后应在静止空气中继续冷却。8.2.7.2对S11306、S11348铁素体型不锈钢的焊后热处理按8.2.7.1的规定。其中，对于f)和g)，当温度高于650℃时，降温速度不得大