热处理（PPT）

<p>热 处 理,www.sei.sd.cn,科技开发研究中心,改善钢的性能，主要有两条途径：一是合金化二是热处理1、热处理：是指将钢在固态下加热、保温和冷却，以改变钢的组织结构，获得所需要性能的一种工艺.为简明表示热处理的基本工艺过程，通常用温度时间坐标绘出热处理工艺曲线。,钢的热处理,www.sei.sd.cn,科技开发研究中心,2、热处理特点: 热处理区别于其他加工工艺如铸造、压力加工等的特点是只通过改变工件的组织来改变性能，而不改变其形状。 3、热处理适用范围:只适用于固态下发生相变的材料，不发生固态相变的材料不能用热处理强化。 4、热处理分类 热处理原理：描述热处理时钢中组织转变的规律称热处理原理。热处理工艺：根据热处理原理制定的温度、时间、介质等参数称热处理工艺。,www.sei.sd.cn,科技开发研究中心,www.sei.sd.cn,科技开发研究中心,物质由液态转变为固态的过程称为凝固。物质由液态转变为晶态的过程称为结晶。物质由一个相转变为另一个相的过程称为相变。因而结晶过程是相变过程。,2.2钢的热处理基础知识,www.sei.sd.cn,科技开发研究中心,2.2.1金属的结晶纯金属的结晶一、结晶的一般过程1、结晶的基本过程结晶由晶核的形成和晶核的长大两个基本过程组成.液态金属中存在着原子排列规则的小原子团，它们时聚时散，称为晶坯。在T0以下, &nbsp;经一段时间后(即孕育期), &nbsp;一些大尺寸的晶坯将会长大，称为晶核。,2.2钢的热处理基础知识,www.sei.sd.cn,科技开发研究中心,晶核形成后便向各方向生长，同时又有新的晶核产生。晶核不断形成，不断长大，直到液体完全消失。每个晶核最终长成一个晶粒，两晶粒接触后形成晶界。,2.2.1金属的结晶,www.sei.sd.cn,科技开发研究中心,2、晶核的形成方式形核有两种方式，即均匀形核和非均匀形核。由液体中排列规则的原子团形成晶核称均匀形核。以液体中存在的固态杂质为核心形核称非均匀形核。3、晶核的长大方式晶核的长大方式有两种，即均匀长大和树枝状长大。,2.2.1金属的结晶,www.sei.sd.cn,科技开发研究中心,在正温度梯度下，晶体生长以平面状态向前推进。,2.2.1金属的结晶,www.sei.sd.cn,科技开发研究中心,正温度梯度,实际金属结晶主要以树枝状长大.这是由于存在负温度梯度，且晶核棱角处的散热条件好，生长快，先形成一次轴，一次轴又会产生二次轴，树枝间最后被填充。,2.2.1金属的结晶,www.sei.sd.cn,科技开发研究中心,负温度梯度,树枝状长大,2.2.1金属的结晶,www.sei.sd.cn,科技开发研究中心,二、同素异构转变物质在固态下晶体结构随温度变化的现象称同素异构转变。同素异构转变属于相变之一固态相变。1、铁的同素异构转变铁在固态冷却过程中有两次晶体结构变化，其变化为：,2.2.1金属的结晶,www.sei.sd.cn,科技开发研究中心,-Fe &nbsp; &nbsp; -Fe &nbsp; &nbsp; -Fe,纯铁的同素异构转变,-Fe、 -Fe为体心立方结构(BCC)，-Fe为面心立方结构(FCC)。都是铁的同素异构体。,2.2.1金属的结晶,www.sei.sd.cn,科技开发研究中心,2、固态转变的特点形核一般在某些特定部位发生（如晶界、晶内缺陷、特定晶面等）。由于固态下扩散困难，因而过冷倾向大。固态转变伴随着体积变化，易造成很大内应力。,2.2.1金属的结晶,www.sei.sd.cn,科技开发研究中心,固态相变的晶界形核,合金的结晶合金的结晶过程比纯金属复杂，常用相图进行分析.相图是用来表示合金系中各合金在缓冷条件下结晶过程的简明图解。又称状态图或平衡图。,2.2.1金属的结晶,www.sei.sd.cn,科技开发研究中心,铁碳合金相图 &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp;是研究铁碳合金最基本的工具，是研究碳钢和铸铁的成分、温度、组织及性能之间关系的理论基础,是制定热加工、热处理、冶炼和铸造等工艺依据.,2.2.2铁碳合金相图,www.sei.sd.cn,科技开发研究中心,铁碳合金碳钢和铸铁，是工业应用最广的合金。含碳量0.0218% 2.11%的称钢;2.11% 6.69%的称铸铁铁和碳化合物： Fe3C、 Fe2C、 FeC，含碳量大于Fe3C成分（6.69%）时，无实用价值。实际所讨论的铁碳合金相图是Fe- Fe3C相图。,2.2.2铁碳合金相图,www.sei.sd.cn,科技开发研究中心,铁碳合金的组元和相 组元：Fe、 Fe3C 相 铁素体：碳在-Fe中的固溶体称铁素体, 用F 或 表示。 碳在-Fe中的固溶体称 -铁素体，用 表示。 &nbsp; &nbsp; 都是体心立方间隙固溶体。铁素体的溶碳能力很低,在727时最大为0.0218%，室温下仅为0.0008%。铁素体的组织为多边形晶粒，性能与纯铁相似。,2.2.2铁碳合金相图,www.sei.sd.cn,科技开发研究中心,铁素体, 奥氏体:碳在 -Fe中的固溶体称奥氏体。用A或 表示。是面心立方晶格的间隙固溶体。溶碳能力比铁素体大，1148时最大为2.11%。组织为不规则多面体晶粒，晶界较直。强度低、塑性好，钢材热加工都在 区进行.碳钢室温组织中无奥氏体。,2.2.2铁碳合金相图,www.sei.sd.cn,科技开发研究中心,奥氏体, 渗碳体：即Fe3C, 含碳6.69%, 用Fe3C或Cm表示。Fe3C硬度高、强度低(b35MPa), &nbsp;脆性大, &nbsp;塑性几乎为零Fe3C是一个亚稳相，在一定条件下可发生分解：Fe3C3Fe+C(石墨), 由于碳在-Fe中的溶解度很小，因而常温下碳在铁碳合金中主要以Fe3C或石墨的形式存在。,2.2.2铁碳合金相图,www.sei.sd.cn,科技开发研究中心,铁碳合金相图的分析,2.2.2铁碳合金相图,www.sei.sd.cn,科技开发研究中心, 特征线 液相线ABCD， &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; 固相线AHJECFD 三条水平线：HJB：包晶线LB+H J ECF：共晶线LC E+Fe3C共晶产物是 与Fe3C的机械混合物，称作莱氏体, 用Le表示。为蜂窝状, 以Fe3C为基，性能硬而脆。,2.2.2铁碳合金相图,www.sei.sd.cn,科技开发研究中心,莱氏体,PSK：共析线 &nbsp; &nbsp;S FP+ Fe3C共析转变的产物是 与Fe3C的机械混合物，称作珠光体，用P表示。珠光体的组织特点是两相呈片层相间分布,性能介于两相之间。 PSK线又称A1线 。,2.2.2铁碳合金相图,www.sei.sd.cn,科技开发研究中心, 其它相线GS,GP 固溶体转变线, GS又称A3 线。HN,JN 固溶体转变线，ES碳在 -Fe中的固溶线。又称Ac m线。PQ碳在-Fe中的固溶线。,2.2.2铁碳合金相图,www.sei.sd.cn,科技开发研究中心, 相区 五个单相区： &nbsp; &nbsp;L、Fe3C &nbsp; &nbsp; 七个两相区: L+、L+、L+Fe3C、 +、+Fe3C、+ 、+Fe3C 三个三相区：即HJB (L+)、ECF(L+ Fe3C)、PSK(+ Fe3C)三条水平线,2.2.2铁碳合金相图,www.sei.sd.cn,科技开发研究中心,工业纯铁的结晶过程 合金液体在1-2点间转变为，3-4点间，5-6点间。到7点，从中析出Fe3C。,2.2.2铁碳合金相图,工业纯铁的结晶过程,www.sei.sd.cn,科技开发研究中心,2.2.2铁碳合金相图,从铁素体中析出的渗碳体称三次渗碳体，用Fe3C表示。 Fe3C以不连续网状或片状分布于晶界。随温度下降，Fe3C量不断增加，合金的室温下组织为F+ Fe3C。,www.sei.sd.cn,科技开发研究中心,2.2.2铁碳合金相图, 共析钢的结晶过程 合金液体在1-2点间转变为。到S点发生共析转变：SP+Fe3C, &nbsp; &nbsp; 全部转变为珠光体。,www.sei.sd.cn,科技开发研究中心,2.2.2铁碳合金相图,共析钢的结晶过程,www.sei.sd.cn,科技开发研究中心,2.2.2铁碳合金相图,珠光体在光镜下呈指纹状.珠光体中的渗碳体称共析渗碳体。S点以下，共析 中析出Fe3C，与共析Fe3C结合不易分辨。室温组织为P.,www.sei.sd.cn,科技开发研究中心,2.2.2铁碳合金相图, 亚共析钢的结晶过程0.090.53%C亚共析钢冷却时发生包晶反应.以0.45%C的钢为例合金在4点以前通过匀晶包晶匀晶反应全部转变为。到4点，由 中析出 。到5点, 成分沿GS线变到S点， 发生共析反应转变为珠光体。温度继续下降， 中析出Fe3C，由于与共析Fe3C结合, &nbsp;且量少, &nbsp;忽略不计.,www.sei.sd.cn,科技开发研究中心,2.2.2铁碳合金相图,亚共析钢的结晶过程,www.sei.sd.cn,科技开发研究中心,2.2.2铁碳合金相图,亚共析钢室温下的组织为F+P .在0.02180.77%C 范围内珠光体的量随含碳量增加而增加。,www.sei.sd.cn,科技开发研究中心,2.2.2铁碳合金相图, 过共析钢的结晶过程 合金在12点转变为 , 到3点, 开始析出Fe3C。从奥氏体中析出的Fe3C称二次渗碳体, 用Fe3C表示, 其沿晶界呈网状分布.温度下降, Fe3C量增加。到4点， 成分沿ES线变化到S点，余下的 转变为P。,www.sei.sd.cn,科技开发研究中心,2.2.2铁碳合金相图,过共析钢的结晶过程,www.sei.sd.cn,科技开发研究中心,过共析钢室温组织为P+ Fe3C ,含1.4%C钢的组织,2.2.2铁碳合金相图,临界温度与实际转变温度铁碳相图中PSK、GS、ES线分别用A1、A3、Acm表示.实际加热或冷却时存在着过冷或过热现象，因此将钢加热时的实际转变温度分别用Ac1、Ac3、Accm表示;冷却时的实际转变温度分别用Ar1、Ar3、Arcm表示。,www.sei.sd.cn,科技开发研究中心,2.2.2铁碳合金相图,钢在加热时的转变加热是热处理的第一道工序。加热分两种：一种是在A1以下加热，不发生相变；另一种是在临界点以上加热，目的是获得均匀的奥氏体组织，称奥氏体化。 加热是热处理的第一道工序。加热分两种：一种是在A1以下加热，不发生相变；另一种是在临界点以上加热，目的是获得均匀的奥氏体组织，称奥氏体化。,2.2.3钢的加热转变,www.sei.sd.cn,科技开发研究中心,2.2.3钢的加热转变,www.sei.sd.cn,科技开发研究中心,影响奥氏体晶粒长大的因素加热温度和保温时间: 加热温度高、保温时间长, &nbsp; 晶粒粗大.加热速度: 加热速度越快,过热度越大, 形核率越高, 晶粒越细.合金元素：阻碍奥氏体晶粒长大的元素: Ti、V、Nb、Ta、Zr、W、Mo、Cr、Al等碳化物和氮化物形成元素。促进奥氏体晶粒长大的元素：Mn、P、C、N。 原始组织: 平衡状态的组织有利于获得细晶粒。奥氏体晶粒粗大，冷却后的组织也粗大，降低钢的常温力学性能，尤其是塑性。因此加热得到细而均匀的奥氏体晶粒是热处理的关键问题之一。,2.2.3钢的加热转变,www.sei.sd.cn,科技开发研究中心,冷却是热处理更重要的工序。一、过冷奥氏体的转变产物及转变过程处于临界点A1以下的奥氏体称过冷奥氏体。过冷奥氏体是非稳定组织，迟早要发生转变。随过冷度不同，过冷奥氏体将发生珠光体转变、贝氏体转变和马氏体转变三种类型转变。现以共析钢为例说明：,2.2.4钢的冷却转变,www.sei.sd.cn,科技开发研究中心, 珠光体转变1、珠光体的组织形态及性能过冷奥氏体在 A1到 550间将转变为珠光体类型组织，它是铁素体与渗碳体片层相间的机械混合物，根据片层厚薄不同,又细分为珠光体、索氏体和托氏体.,2.2.4钢的冷却转变,www.sei.sd.cn,科技开发研究中心,2、珠光体转变过程珠光体转变也是形核和长大的过程。渗碳体晶核首先在奥氏体晶界上形成，在长大过程中，其两侧奥氏体的含碳量下降，促进了铁素体形核，两者相间形核并长大，形成一个珠光体团。珠光体转变是扩散型转变。,2.2.4钢的冷却转变,www.sei.sd.cn,科技开发研究中心,2.2.4钢的冷却转变,www.sei.sd.cn,科技开发研究中心,珠光体转变观察,2.2.4钢的冷却转变,www.sei.sd.cn,科技开发研究中心,2.2.4钢的冷却转变,www.sei.sd.cn,科技开发研究中心, 贝氏体转变1、贝氏体的组织形态及性能过冷奥氏体在550- 230 (Ms)间将转变为贝氏体类型组织，贝氏体用符号B表示。根据其组织形态不同，贝氏体又分为上贝氏体(B上)和下贝氏体(B下).,2.2.4钢的冷却转变,www.sei.sd.cn,科技开发研究中心, 马氏体转变当奥氏体过冷到Ms以下将转变为马氏体类型组织。马氏体转变是强化钢的重要途径之一。1、马氏体的晶体结构碳在-Fe中的过饱和固溶体称马氏体，用M表示。马氏体的形态分板条和针状两类。,2.2.4钢的冷却转变,www.sei.sd.cn,科技开发研究中心,马氏体组织,马氏体转变观察,2.2.4钢的冷却转变,www.sei.sd.cn,科技开发研究中心,过冷奥氏体转变产物（共析钢）,2.2.4钢的冷却转变,www.sei.sd.cn,科技开发研究中心,压力容器筒体结构的分类整体结构:为满足强度、刚度和稳定性要求所需要的厚度（不包括为防腐而设置的衬层）是由一整块连续钢制成的结构。 主要形式a)整体锻造：锻造的筒和筒之间用法兰或螺纹连接。主要用于超高压设备。,压力容器筒体结构的分类,www.sei.sd.cn,科技开发研究中心,b)单层卷焊：应用普遍； c)锻焊结构：总结了整体锻造和单层卷焊容器的优点，进行了有机的结合。质量 好，适用于重要场合，如核工业、加氢反应器等。,压力容器筒体结构的分类,www.sei.sd.cn,科技开发研究中心,d)无缝钢管：公称直径较小容器,压力容器筒体结构的分类,www.sei.sd.cn,科技开发研究中心,e)复合板结构：在一定厚度下很经济。,复合板粗丙酮塔,1.2&nbsp; 组合式结构1.2.1&nbsp; 定义：为满足强度、刚度和稳定性要求所需要的厚度是由钢板对钢板、钢板对钢带、钢板对钢丝制成的结构。内筒是板式结构。1.2.2&nbsp; 主要形式a)多层包扎：最开始为美国专利，但现在已不存在专利了，南京大化机已研制成功。但此类设备制造工艺太复杂，生产工期长；,压力容器筒体结构的分类,www.sei.sd.cn,科技开发研究中心,b)热套结构：内筒和外筒的配合采用过盈配合。在安装时外筒加热冷却后很好地与内筒结合在一起。适用于超大容器，有时分3层或更多层进行套合,压力容器筒体结构的分类,www.sei.sd.cn,科技开发研究中心,c)绕板结构：是日本人发明的。自动化程度很高，先做内筒再用另一筒体搭接。虽然角焊缝受力不好、不好焊接且不易检测，但进行承压爆破试验效果很好。目前我国由于冶金能力有限，板长和宽度不太适合，所以采用较少,d)钢板对钢带：中国人的发明，ASME已承认其可靠性。内筒单层卷焊，外层缠绕。钢带在缠绕时分左右两个方向，同时旋转方向相反。但缠绕后由于中间紧两端松，所以在承压能力上会低10。在小化肥生产装置中有一些应用,压力容器筒体结构的分类,www.sei.sd.cn,科技开发研究中心,e)钢板对钢丝：内筒单层卷焊，外层用高强度的不锈钢丝缠绕，同时给内筒一定的压应力，承受的外压甚至等于设计压力，使设备在操作工况时压力趋于0。世界上设计压力最高的设备1000Mpa就是采用此种结构；f)衬里容器：基层归GB150管辖，衬层GB150不管辖（不好制定制造、检验及验收的最低要求）。,压力容器筒体结构的分类,www.sei.sd.cn,科技开发研究中心,塑性变形对组织和性能的影响金属发生塑性变形时，不仅外形发生变化，而且其内部的晶粒也相应地被拉长或压扁。当变形量很大时，晶粒将被拉长为纤维状，晶界变得模糊不清。塑性变形还使晶粒破碎为亚晶粒。,2.3.2压力容器制造塑性变形对钢材性能的影响,www.sei.sd.cn,科技开发研究中心,单晶体金属的塑性变形单晶体受力后，外力在任何晶面上都可分解为正应力和切应力。正应力只能引起弹性变形及解理断裂。只有在切应力的作用下金属晶体才能产生塑性变形。,2.3.2压力容器制造塑性变形对钢材性能的影响,www.sei.sd.cn,科技开发研究中心,2.3.2压力容器制造塑性变形对钢材性能的影响,www.sei.sd.cn,科技开发研究中心,塑性变形的形式：滑移和孪生金属常以滑移方式发生塑性变形。 滑移滑移是指晶体的一部分沿一定的晶面和晶向相对于另一部分发生滑动位移的现象。,2.3.2压力容器制造塑性变形对钢材性能的影响,www.sei.sd.cn,科技开发研究中心,1、滑移变形的特点 ： 滑移只能在切应力的作用下发生。产生滑移的最小切应力称临界切应力 滑移常沿晶体中原子密度最大的晶面和晶向发生。,2.3.2压力容器制造塑性变形对钢材性能的影响,www.sei.sd.cn,科技开发研究中心,滑移时，晶体两部分的相对位移量是原子间距的整数倍. 滑移的同时伴随着晶体的转动,2.3.2压力容器制造塑性变形对钢材性能的影响,www.sei.sd.cn,科技开发研究中心, 孪生孪生是指晶体的一部分沿一定晶面和晶向相对于另一部分所发生的切变。,2.3.2压力容器制造塑性变形对钢材性能的影响,www.sei.sd.cn,科技开发研究中心,孪生的结果使孪生面两侧的晶体呈镜面对称。 密排六方晶格金属滑移系少，常以孪生方式变形。体心立方晶格金属只有在低温或冲击作用下才发生孪生变形。面心立方晶格金属，一般不发生孪生变形，但常发现有孪晶存在，这是由于相变过程中原子重新排列时发生错排而产生的，称退火孪晶。,2.3.2压力容器制造塑性变形对钢材性能的影响,www.sei.sd.cn,科技开发研究中心,奥氏体不锈钢中退火孪晶,合金的塑性变形与强化合金可根据组织分为单相固溶体和多相混合物两种.合金元素的存在，使合金的变形与纯金属显著不同,2.3.2压力容器制造塑性变形对钢材性能的影响,www.sei.sd.cn,科技开发研究中心,一、应变硬化在常温下把材料拉伸到塑性变形，然后卸载，当再次加载时，将使材料的比例极限提高，而塑性减低。这种现象称为应变硬化（加工硬化、冷作硬化）应变硬化经退火，可消失。加工硬化可提高材料的抗变形能力，但塑性降低。,2.3.2压力容器制造塑性变形对钢材性能的影响,www.sei.sd.cn,科技开发研究中心,2.3.2压力容器制造塑性变形对钢材性能的影响,www.sei.sd.cn,科技开发研究中心,二、冷加工和热加工从金属学的观点来区分，冷、热加工的分界线是金属的再结晶温度。热加工或热变形: 凡是在再结晶温度以上进行的塑性变形。特点:热变形时加工硬化和再结晶现象同时出现，但加工硬化被再结晶消除，变形后具有再结晶组织，因而无加工硬化现象。冷加工或冷变形: 在再结晶温度以下进行的塑性变形。 特点：冷变形中无再结晶出现，因而有加工硬化现象。 Fe 的再结晶温度为451，其在400 以下的加工仍为冷加工。而 Sn 的再结晶温度为-71，则其在室温下的加工为热加工,2.3.2压力容器制造塑性变形对钢材性能的影响,www.sei.sd.cn,科技开发研究中心,三、各向异性非金属夹杂物经过热加工呈纤维状，金属再结晶时，金属中就含有纤维组织；第二项合金在金属中呈带状组织。因此金属材料力学性能产生方向性：a、平行纤维组织方向的强度、塑性和韧性提高；b、垂直方向的塑性和韧性降低；c、变形越大，性能差异越明显。 因势利导：纤维组织的稳定性高，不能用热处理方法加以消除。压力容器设计时， 应尽可能使零件在工作时产生的最大正应力与纤维方向重合，最大切应力方向与纤维方向垂直。,2.3.2压力容器制造塑性变形对钢材性能的影响,www.sei.sd.cn,科技开发研究中心,在加工亚共析钢时，发现钢中的F与P呈带状分布，这种组织称带状组织。带状组织与枝晶偏析被沿加工方向拉长有关。可通过多次正火或扩散退火消除,2.3.2压力容器制造塑性变形对钢材性能的影响,www.sei.sd.cn,科技开发研究中心,四、应变时效 应变时效：经冷加工塑性变形的碳素钢、低合金钢，在室温下停留较长时间，或在较高温度下停留一定时间后，会出现屈服点和抗拉强度提高，塑性和韧性降低的现象，称为应变时效。应变时效危害：发生应变时效的钢材，不但冲击吸收功大幅度下降，而且韧脆转变温度大幅度上升，表现出常温下的脆化。降低应变时效的措施：一般认为，合金元素中，碳、氮增加钢的应变时效敏感性。减少碳、氮含量，加入铝、钛、钒等元素，使它们与碳、氮形成稳定化合物，可显著减弱钢的应变时效敏感性。,2.3.2压力容器制造塑性变形对钢材性能的影响,www.sei.sd.cn,科技开发研究中心,钢制压力容器绝大多数是钢板卷焊和锻焊结构。许多热处理是结合热成型工艺进行的。总体讲，压力容器用钢热处理类别不多，常见有：正火、淬火、回火、消除应力退火等。奥氏体不锈钢有固溶处理和稳定化处理。退火将钢加热到高于或等于奥氏体化临界点，保温一段时间后，缓慢冷却，以获得接近平衡组织的热处理工艺。在压力容器制造过程中应用最多的是去应力退火。,2.3.3压力容器常用热处理工艺,www.sei.sd.cn,科技开发研究中心,去应力退火的目的：1、消除复合钢板复层贴合后的残余应力；2、消除产品封头、筒体等零部件冷成型及中温成形后的残余应力；3、消除焊接接头中的内应力和冷作硬化，提高接头抗脆断的能力；4、稳定焊接结构件的形状；5、消除焊件在焊后机加工和使用中的变形；6、促使焊缝金属中的氢完全向外扩散，提高焊缝的抗裂性和韧性。习惯称为：高温回火或焊后热处理。,2.3.3压力容器常用热处理工艺,www.sei.sd.cn,科技开发研究中心,再热裂纹再热裂纹：分两种情况1、焊接时未产生，消除应力热处理时产生，简称SR裂纹2、长期处于高温条件下使用的容器，也会出现类似的裂纹再热裂纹的特征1、裂纹产生的部位均在近缝区的粗晶粒区，终止于细晶区，具有晶间性质，裂纹并不一定是连续的，而焊缝和母材均不产生裂纹；2、必须有大的残余应力和应变，一般均发生在应力集中处。焊缝向母材过渡不平滑，如：咬边、焊瘤、未焊透、边缘未融合、余高过大3、焊后不会自行发生，与焊后消应处理的加热温度和加热时间密切相关。低合金高强钢，500700，600附近最敏感。,2.3.3压力容器常用热处理工艺,www.sei.sd.cn,科技开发研究中心,产生再热裂纹的影响因素1、焊缝成形的影响：焊缝的成形能影响应力集中的大小2、预热的影响：预热能使冷却速度放慢，通常会降低热影响区的硬度，防止产生淬硬组织，并且使残余应力和变形减到最小，并加速氢的扩散，有利于防止产生再热裂纹。规程要求：GB50094-1998球形储罐施工及验收规范对不同厚度常用钢材规定了焊前预热温度JB/T4709-2000钢制压力容器焊接规程对常用钢材牌号推荐预热温度,2.3.3压力容器常用热处理工艺,www.sei.sd.cn,科技开发研究中心,3、后热时加热速度的影响加热速度对产生再热裂纹时的塑性变形量有影响。塑性变形量小，易于产生再热裂纹。4、后热温度和保温时间的影响5、化学成分的影响经验公式，应用应慎重。在一般应用场合，宜进行焊接工艺试验以确定该焊件的钢材有无产生再热裂纹的可能,2.3.3压力容器常用热处理工艺,www.sei.sd.cn,科技开发研究中心,防止再热裂纹的措施（1）焊接的预热和后热适当提高预热温度，提高焊后加热的加热速度和温度，并越过再热裂纹敏感温度区。（2）控制适宜的线能量控制线能量的目的：避免过快冷，产生马氏体；避免过慢冷，防止出现低塑性的组织单纯企图增大线能量降低再热裂纹敏感性的方法并不可取。应根据焊评结果控制线能量。（3）焊接接头的匹配性（4）采用回火焊道（5）不采用再热开裂敏感的材料（6）制定合理的焊接顺序，减少焊接应力（7）改进焊接接头的设计,2.3.3压力容器常用热处理工艺,www.sei.sd.cn,科技开发研究中心,正火将钢加热至奥氏体化温度并保温使之均匀化后，在空气中冷却的热处理工艺。压力容器钢板正火一般在钢厂进行，目的在于改善热轧状态钢板的力学性能，主要是提高塑性和韧性。对于低温容器用钢，通过正火可细化晶粒，达到低温韧性要求。过热：钢在加热时，由于温度过高，并且较长时间保温，会使晶粒长得恨粗大，致使性能显著降低的现象。可通过正火或高温扩散退火等方法矫正和恢复。过烧：钢加热时加热温度比过热温度还要高，达到固相线附近时，会发生晶界开始部分熔化或氧化的现象。不能用热处理方法恢复，只能报废。,2.3.3压力容器常用热处理工艺,www.sei.sd.cn,科技开发研究中心,淬火：钢加热到临界点以上，保温后迅速冷却，以得到马氏体或贝氏体组织的热处理工艺。压力容器用低碳钢、低合金钢淬火的目的是为获得低碳马氏体（板条马氏体）或贝氏体组织。压力容器用钢淬火一般采用水冷，主要有：喷淋淬火：喷淋装置在强烈循环水中进入淬火：用水泵浸入法：水槽,2.3.3压力容器常用热处理工艺,www.sei.sd.cn,科技开发研究中心,回火将淬火或正火后的钢加热到相变点以下某一选定温度，并保温一段时间，然后以适当的速度冷却，以消除淬火或正火所产生的残余应力，增加钢的塑性和韧性的热处理工艺。压力容器用钢回火一般采用高温回火处理，回火后的组织一般为回火马氏体或回火马氏体+回火贝氏体。对于正火后获得铁素体+珠光体组织的钢种一般没有必要进行高温回火。,2.3.3压力容器常用热处理工艺,www.sei.sd.cn,科技开发研究中心,回火脆性：指淬火钢在某些温度区间回火或从回火温度缓慢冷却通过该温度区间的脆化现象。回火脆性可分为第一类回火脆性和第二类回火脆性。第一类回火脆性又称不可逆回火脆性，主要发生在回火温度为250400时，在重新加热脆性消失后，重复在此区间回火，不再发生脆性第二类回火脆性又称可逆回火脆性，发生的温度在400650，当重新加热脆性消失后，应迅速冷却，不能在400650区间长时间停留或缓冷，否则会再次发生催化现象。,2.3.3压力容器常用热处理工艺,www.sei.sd.cn,科技开发研究中心,回火脆化：钢制压力容器在380570范围内长期运行，使钢材脆化的现象。例如：2.25Cr-1Mo钢制热壁加氢反应器在高温高压临氢环境中长期运行时，反应器器壁母材及对接焊缝金属的回火脆化。回火脆化的温度是根据压力-温度-材质曲线来定的,2.3.3压力容器常用热处理工艺,www.sei.sd.cn,科技开发研究中心,调质钢材淬火后再进行高温回火的热处理工艺。压力容器用低碳钢和低合金钢采用调质处理，可以提高钢材的强度和韧性，以更好发挥材料的潜力。稳定化处理含稳定化元素的奥氏体不锈钢在850900加热，并保温一段时间，然后空冷，使碳充分与稳定化元素（如钛）形成碳化物，并使奥氏体晶内元素扩散均匀，从而提高抗晶间腐蚀性能的处理方法。,2.3.3压力容器常用热处理工艺,www.sei.sd.cn,科技开发研究中心,固溶化处理： &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; 将奥氏体不锈钢加热至1100左右的高温并保温，使所有碳化物充分溶入奥氏体中，然后以较快的速度冷却（一般采用水冷或风冷），以获得碳化物完全固溶于奥氏体基体内均匀的单相组织，从而提高抗晶间腐蚀性和延展性的工艺方法。,2.3.3压力容器常用热处理工艺,www.sei.sd.cn,科技开发研究中心,室温下18-18-2钢接触聚合硫酸一小时后产生的晶间裂纹,不锈钢在腐蚀介质作用下，在晶粒之间产生的一种腐蚀现象称为晶间腐蚀。产生晶间腐蚀的不锈钢，当受到应力作用时，即会沿晶界断裂、强度几乎完全消失，这是不锈钢的一种最危险的破坏形式。晶闸腐蚀可以分别产生在焊接接头的热影响区、焊缝或熔合线上，在熔合线上产生的晶间腐蚀又称刀状腐蚀。,2.3.3压力容器常用热处理工艺,www.sei.sd.cn,科技开发研究中心,敏化温度区不锈钢产生晶间腐蚀与钢的加热温度和加热时间有关。1Cr18Ni9Ti不锈钢的晶间腐蚀与加热温度和加热时间的关系，当加热温度小于450或大于850时，不会产生晶间腐蚀。因为温度小于450时，由于温度较低，不会形成碳化铬化合物；而当温度超过850时 ，晶粒内的铬扩散能力增强，有足够的铬扩散至晶界和碳结合，不会在晶界形成贫铬区。450850称“敏化温度区”，其中尤以650为最危险。,2.3.3压力容器常用热处理工艺,www.sei.sd.cn,科技开发研究中心,压力容器用有色金属的热处理压力容器常用有色金属有铜、铝、钛、镍及其合金，它们都具有优良的塑性和韧性，以及对某些介质的耐腐蚀性。有色金属压力容器，一般不热处理或仅进行退火处理。铜JB/T4755-2006&nbsp; 铜制压力容器容规第19条 铜及铜合金用于压力容器受压元件时，一般应为退火状态。纯铜：T2、T3、T4和TUP，工业纯铜常用热处理方式为再结晶退火，5007000铜合金：退火来改善冷加工性能，黄铜（锌）550700；白铜（镍）600700,2.3.3压力容器常用热处理工艺,www.sei.sd.cn,科技开发研究中心,铝：JB/T4734-2002铝制焊接容器一般不进行热处理或仅进行退火处理。退火温度300500钛：JB/T4745-2002钛制焊接容器用于制造压力容器壳体的钛材应在退火状态下使用。钛材压力容器一般不要求进行热处理，对在应力腐蚀环境中使用的钛容器或使用中厚板制造的钛容器，焊后或热加工后应进行消除应力退火。钛钢复合板爆炸复合后，应做消除应力退火处理。,2.3.3压力容器常用热处理工艺,www.sei.sd.cn,科技开发研究中心,镍：JB/T4756-2006镍及镍合金制压力容器用于制造压力容器主要受压元件的镍村应在退火状态下使用，换热器用线性镍管应在消除应力退火状态下使用。镍村热成形的加热温度及加热度及加热炉气氛应严格控制，防止硫脆污染。,2.3.3压力容器常用热处理工艺,www.sei.sd.cn,科技开发研究中心,（一）依据设计文件、技术规程、规范等（二）原则1、先进性：充分运用新技术，新工艺，2、经济性：抵消耗、低成本，达到目的3、安全性：保证施工质量，降低操作人员的劳动强度，无超标的污染具体体现在：1、工艺要有充分的可靠性。未完全掌握的，生产前要进行必要的验证和小型试验或工艺评定,2.4制定焊后热处理工艺规程,www.sei.sd.cn,科技开发研究中心,2、合理利用能源：采用节能的工艺和设备3、注意环境安全、卫生：注意燃烧、爆炸、有毒气体的防范，现场有预防事故发生和扩大的必要装备4、工艺要与施工条件、操作工人技术水平相适应5、工艺要留有余地：一旦出现问题，能有挽救的余地和办法。盲目高标准，有可能导致无法实现或失效6、选用的机具应便于操作7、工艺规程应经有关负责人或部门审查、批准后实施,2.4制定焊后热处理工艺规程,www.sei.sd.cn,科技开发研究中心,（三）工艺规程的基本内容1、压力容器概况2、技术要求，即应达到的质量验收标准，包括达到技术要求所应采取的手段等。3、选用的机具，炉内、炉外4、工艺参数：包括升温、保温、降温三个阶段，其中有升温速度、保温温度、保温时间、降温速度，以及达不到预期工艺参数时的应急措施5、施工说明，操作要领，安全卫生,2.4制定焊后热处理工艺规程,www.sei.sd.cn,科技开发研究中心,（四）工艺规程制定的程序1、研究设计文件要求2、慎重选择施工工艺3、选择合适的机具和热源，决定工艺参数4、制定实施步骤和措施（五）技术要求和质量检查1、硬度一般多采用布氏硬度法。测试点数一般不少于3点。要求给出硬度平均值的同时给出各测点的硬度值，有助于对检测数据的正确评判。当某一测点数据明显异常时，一般允许在附近补测两点。,2.4制定焊后热处理工艺规程,www.sei.sd.cn,科技开发研究中心,2、变形平尺、塞尺检查平面度样板检查圆弧部分的外形目视（放大镜）外观检查钢卷尺检查圆度,2.4制定焊后热处理工艺规程,www.sei.sd.cn,科技开发研究中心,施工工艺：炉内PWHT、整体炉外PWHT、局部加热PWHT一、炉内PWHT的施工方法电加热、燃料气加热、液化燃料雾化后加热注意问题：1、由于炉膛体积有限，防止工件过渡氧化，火焰不能直接触及工件2、长度超限，可分多次入炉，每次重复入炉加热部位应大于1500mm或，取两者中的较大者。3、工件入炉、出炉温度不宜大于4004、温度400以上时，加热和冷却速度有要求，加热速度5080/h，冷却速度3050/h，300以上加热和冷却过程中，工件加热部位4500mm范围内不得超过1305、保温温度和时间安规定执行,2.4制定焊后热处理工艺规程,www.sei.sd.cn,科技开发研究中心,二、整体炉外PWHT的施工方法1、注意支撑结构，底座的坚固情况2、焊件自由膨胀和收缩有无障碍3、防雨雪、防静电、防火、防爆、防烫伤、防中毒4、温度400以上时，加热和冷却速度有要求加热速度5080/h，冷却速度3050/h5、保温温度和时间安规定执行,2.4制定焊后热处理工艺规程,www.sei.sd.cn,科技开发研究中心,三、局部加热PWHT的施工方法方式：电阻加热、电磁感应加热、喷嘴加热、发热体加热、混合式加热1、局部加热带宽度不得小于2、非加热部分，应绝热，保温带总宽度最好为，避免产生过大的热应力3、壁厚不等时，加热带应向壁厚较大一侧移动1020mm4、水平焊接接头，加热器应下移动1020mm,2.4制定焊后热处理工艺规程,www.sei.sd.cn,科技开发研究中心,谢谢 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