锅炉压力容器常用钢材焊后热处理规范各参数的确定

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 锅炉压力容器常用钢材焊后热处理 规范各参数的确定 摘 要：焊后热处理是焊制承压 设备的一项重要工艺和环节。焊后热处 理是指焊制后，为消除焊接残余应力， 改善焊接接头的组织和性能，将焊件均 匀加热到金属相变点以下的某个温度值 （或区间） ，并保持一定的时间，然后 均匀冷却的过程。这里所述的温度值、 时间是指焊后热处理规范参数中的保温 温度和保温时间。确定保温温度和保温 时间是制定焊后热处理工艺的关键所在。 GB/T30583-2014承压设备焊后热处理 规程原则上对焊后热处理保温温度和 保温时间给予规定，我们应该认真执行。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 焊后热处理工艺规程是一个专业性和实 践性非常强的技术文件，工艺人员应根 据各钢材的特性，结合设计文件、制造 工艺和质量管理情况来拟定焊后热处理 工艺规程。本人就此谈一点自己的看法。 中国论文网 /4/view-12987175.htm 关键词：锅炉 压力容器 钢材 参数 中图分类号：TG441 文献标识 码：A 文章编号：1003-9082（2017） 10-0202-02 一、问题提出 1.焊接对接接头的组织和性能影 响 焊接是焊件在局部区域受高温热 源和局部约束应力共同作用下，经过加 热和冷却形成焊接接头。由于焊接时加 热温度很高，加热和冷却速度很大 （4100/s） ，焊接接头各个位置经受 非常不均匀加热和冷却过程，使焊接接 头中存在焊接残余应力，焊缝区和热影 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 响区化学成分、金相组织都有很大变化， 与母材相比均有不同程度降低。为了满 足承压设备安全使用，改善焊接接头组 织和性能，需采用焊后热处理工艺。 2.焊后热处理主要作用 焊后热处理是改善焊接接头使用 性能的有效工艺措施，其主要作用如下： 2.1 消除残余应力；2.2 提高抵抗 应力腐 蚀的能力；2.3 改善组织并提高 其稳定性；2.4 提高冲击韧性、强度和 抗蠕变性能； 2.5 降低焊接接头的硬度。 二、影响焊后热处理效果的主要 参数 1.焊后热处理的保温温度的影响 1.1 保温温度对消除残余应力的 影响 钢材在不同温度下具有不同的屈 服强度值，一般情况下，钢材屈服强度 值随着温度的升高而降低。在某一囟 认拢残余应力高于钢材屈服强度值时， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 焊接接头会产生塑性变形而松弛使残余 应力降低。为了使残余应力降低到一定 程度（一般认为降低 80%90%） ，需 对焊件加热到一定温度，使焊接接头金 属的屈服强度值降低到某一值时，焊接 接头金属才能产生一定的塑性变形，从 而获得消除残余应力的效果。是焊后热 处理最关键工艺参数，对焊后热处理的 效果影响最大。 1.2 保温温度对降低焊接接头中 氢含量的影响 钢材在不同温度下对氢的溶解度 不同，一般情况下，氢在钢材中的溶解 度随着温度的上升而增大，当温度在 200以上时，氢在钢中大大活跃起来， 从钢材中逸出，使钢中扩散氢含量降低。 因此，焊后热处理的保温温度达到某一 值时，才能使焊接接头中的扩散氢加速 逸出，从而降低氢含量，防止产生冷裂 纹。 1.3 保温温度对恢复钢材性能的 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 影响 因冷加工产生塑性变形会使金属 晶粒破碎、拉长、压扁而产生畸变，从 而使钢材强度、硬度增高，塑性和韧性 降低。为了恢复钢材的性能，应将钢材 加热至某一温度（一般加热到 450以 上） ，在该温度下，晶粒将产生再结晶， 如此，钢材的性能得以恢复。 1.4 保温温度对改善焊接接头的 组织和性能的影响 马氏体转变区（低温转变区） 马氏体是碳、合金元素在 -Fe 中的过饱和固溶体。当钢高温奥氏体化 后，若快速冷却至马氏体点（Ms）以下 时，由于 -Fe 在低温下结构不稳定，便 转变为 -Fe；但冷却速度过快，钢中的 碳、合金元素来不及扩散，保留了高温 时奥氏体的成分。马氏体处于亚稳定状 态，由于碳、合金元素在 -Fe 中过饱 和，使 -Fe 的体心立方晶格发生畸变， 形成了体心正方晶格。马氏体具备很高 的硬度（约为 640760HBW） ，很脆， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 冲击韧度低，断面收缩率和断后伸长率 几乎等于零。由于过饱和碳合金元素使 马氏体晶格畸变，因此马氏体的比体积 较奥氏体大，钢中马氏体形成时产生很 大的相变应力。 贝氏体转变去区【中温转变区： 指 Ms（230550）温度区间】 Ms（230350）温度区间， 马氏体受热开始分解析出渗碳体，析出 速度较慢，数量不多，析出渗碳体以细 小颗粒状分布于针状铁素体内部，显微 镜下的形貌呈针状，错位密度大，碳化 物分布均匀，具有较好的综合力学性能。 350550温度区间：钢的组 织是渗碳体分布于条状铁素体之间，显 微镜下形貌呈羽毛状，称为羽毛状贝氏 体，也称为上贝氏体，其强度和韧性等 力学性能都较差。 珠光体转变区（高温转变区，指 550A1 以下温度区间） -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 钢在珠光体转变区时，由于加热 温度高，碳、合金元素活动能力较强， 能充分形成渗碳体，同时形成铁素体和 渗碳体的机械混合物-珠光体。渗碳体 以层状分布在铁素体基体上，转变温度 不同，铁素体与渗碳体片层厚度不同。 综上所述，焊后热处理保温温度 对消除残余应力、降低焊接接头中的扩 散氢含量，改善焊接接头的组织和性能 其决定性作用。 2.焊后热处理保温时间的影响 2.1 在焊后热处理过程中，焊件 由于有厚度，其表面和内部温度要达到 均匀需要一段时间。焊件由于结构原因， 外部部件和内部部件温度达到均匀同样 需要一个时间段。当焊件厚度较大或结 构较复杂，由于在加热时存在温差，会 造成焊件内部存在较大温差应力，为了 使温差应力降低到可接受程度，防止产 生裂纹和造成过大残余变形，因此亦需 延长加热和保温时间。总之，焊后热处 理时必须设定充足的均温时间。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 2.2 碳钢、低合金钢的 C 曲线显 示，焊件加热到某一温度值后，组织转 变分为三个时间段：A、孕育时间段； B、组织转变时间段；C 、转变结束时 间段。由钢的 C 曲线可知，保温温度不 同，三个时间段值均不相同。在曲线的 “鼻尖”（大约 550）附近时，孕育时 间段和组织转变时间段最短。温度的升 高或降低其孕育时间段和组织转变时间 段将增长。为了获得理想的组织和性能， 焊后热处理保温温度确定后需要确定最 短保温时间以满足其组织充分转变的需 要，否则，时间短，组织转变不充分， 就难以获得理想的组织和性能。 2.3 焊接接头在焊后热处理保温温度和 残余应力共同作用下，产生塑性变形进 行松弛，降低残余应力，接头中扩散氢 逸出，这个过程从开始至结束需要一个 时间段来完成，这个时间的长短，决定 了残余应力消除程度和扩散氢逸出的程 度，对焊后热处理效果有重大影响。 综上所述，焊后热处理保温温度 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 确定后，需确定一个足够时间段来完成 组织转变，消除残余应力，降低扩散氢 的含量。因此，焊后热处理最短保温时 间是影响热处理效果的重要因素。 三、焊后热处理保温温度和保温 时间确定应注意的问题 GB/T30583 中 4.4 对钢制焊件焊 后热处理最低保温温度和最短保温时间， 以及降低保温温度和延长保温时间给以 规定。但标准并没有对最高保温温度和 最长保温时间，以及在什么情况下应降 低保温温度和延长保温时间给以规定。 由于焊后热处理工艺是个专业性和实践 性非常强的工艺文件，它要求工艺人员 应具一定专业知识和足够实践经验。工 艺人员根据 GB/T30583 的规定，钢材适 应热处理加工的工艺性能，结合产品设 计文件，制造工艺条件和管理情况来拟 定热处理规程，规程中应明确确定最低 保温温度和保温时间（最短） ，为做好 本项工作谈几个应注意的问题。 1.确定焊后岽理最低保温温 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 度的方法 首先在设计图样上，依次找出各 式各样的焊接接头以及各个接头的钢号、 标准号、供货状态、厚度 ，按 NB/T47014 表 1 规定划定类别号、组别 号；但应注意以下几个问题： 1.1 设计文件上对各个焊接接头 材料（板材、管材、锻件）规定材料供 货状态，特别注意正火十回头、调质钢 要求，根据相关材料标准上标明最低回 火温度，当材料质保书上提供材料回火 温度时，焊后热处理保温温度应低于材 料标准或材料质保书上的回火温度。 1.2 设计文件中规定焊后热处理 保温温度时，应按设计文件规定确定保 温温度。 1.3 对有再热裂倾向材料进行焊 后热处理时（一般采用G 法和 PSR 法 判定材料是否具有再热之倾向，再热裂 纹产生温度区间为 550-650，焊后 热处理温度应大于 660，一般采用 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 11 67515。 1.4 不同钢号或不同类别相焊时， 焊后热处理温度按焊后热处理温度较高 钢号执行，但温度不应超过两者任一钢 号的下相变点 A1。 1.5 在产品或部件用钢材供货状 态不同时，应按材料标准或材料质保书 规定正火十回火或调质处的回火温度来 确定焊后热处理温度。 初步确定焊后热处理温度后，结 合产品或部件设计文件，相应规范和标 准，制造条件和管理情况，确定焊后热 处理温度，若焊后热处理温度低于 GB/T30583 表示规定最低保温温度时， 应表 2 的规定降低温度档次来确定焊后 热处理温度。 2.确定焊后热处理最短保温时间 的方法 2.1 确定焊后热处理保温温度值 当不低于 GB/T30583 中表 1 所规定的最 低保温温度时，按接头的焊缝金属有效 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 12 厚度最大者和表 1 规定来确定最短保温 时间。 2.2 当焊后热处理保温温度低于 表 1 规定最低保温温度时，应按表 2 规 定相应降低温度后的保温温度所对应最 短保温时间进行确定。 四、焊后热处理最短保温温度和 保温时间确定 1.钢材生产单位、大专院校和科 研单位对钢材焊接性能试验所确定焊后 热处理保温温度和保温时间，我们应采 纳 如：1.109MnNiDR 钢制球罐用 W707DRQ 焊条焊接性能通过试验确 定焊后热处理保温温度（58010） ， 最短保温时间 2h，试验单位：合肥通用 机械研究院；哈尔滨焊接研究所。 1.216MnDR 钢的性能及应用 规定焊后热处理保温温度（62020） ，试验单位：武汉钢铁公司。 承压设备生产单位按 NB/T47014 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 13 和设计文件的规定进行焊接工艺评定验 证预热处理规程制定焊后热处理保温温 度和最短保温时间是否合理并确认 但应注意以下几点：2.1 对于低 温条件下使用的特种设备，焊评应增加 设定的低温温度下的冲击韧度试验。2.2 对于高温条件下使用的特种设备，焊评 应增加设定的高温温度的持久强度试验。 2.3 对于有再热裂纹倾向的钢材，焊评 应增加热处理后进行 MT 或 PT 检测。2.4 对于使用在应力腐蚀中的特种设备，焊 评应按设计文件规定进行耐应力腐蚀试 验。 五、焊后热处理保温温度和保温 时间的验证 承压设备是检验焊后热处理效果 和参数是否合理的标本。应在首台承压 设备上来检验热处理效果，检验、检测 和试验项目如下： 1.有再热裂纹倾向的钢材，热处 理后对所有焊缝及产品焊接件焊缝进行 100%MT 或 PT 检测，按 NB/T47013 的 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 14 规定，级合格。 2.有延迟裂纹倾向钢材，标准抗 拉强度下限 Rm540MP 钢制承压设备， 热处理后应对所有焊缝进行布氏硬度检 测，HB200。 2.1 筒体和封头的 A、B、C、D 类接头，每个接头各测两组；（2）开 口接管与筒体和封头的 D 类接头各测一 组；（3）每组测三点：即母材、热影 响区、焊缝金属各一点（在设备内表面 检测） 。 3.有条件单位最好对所有焊接接 头，按 GB/T7704-2008无损检测 X 射线应力测定方法规定进行应力测定。 残余应力消除应达到 85%以上为合格。 4.产品焊接试件 产品焊接试件应与产品同炉进行 热处理，按 NB/T47016 的规定制备试样 和试验。 4.1 各项力学性能值不低于材料 标准或设计文件规定值为合格。4.2 低 温承压设备应按设计低温进行冲击试验， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 15 其值应不低于材料标准或设计文件规定 值为合格。4.3 耐热钢承压设备应按设 计最高温度进行持久强度试验，其值不 低于材料标准和设计文件规定值为合格。 4.4 按 GB/T2654-2008焊接接头硬度 试验办法规定进行硬度试验，测点按 图 1 所示进行。 1.A 区-母材 B 区-热影响区 C 区- 焊缝 2.用布氏硬度计测量 3.测点 间距：在 A.C 区为 3L 在 B 区为 0.5 L 4.HBW200 或 220 . 在设计文件规 定进行耐应力腐蚀试验时，应设计文件 规定方法、标准进行试验。以上各项检 验检测