【专题研究】焊后消氢及热处理4

1、焊后热处理工艺守则1. 主题内容与适用范围 本守则对焊后热处理工艺文件的编制作了规定。2. 总则压力容器产品有其独立的规范及制造标准，使用本守则应与产品图样、标准、相关工艺文件同时使用。3. 工艺内容与技术要求压力容器制造中应严格执行GB150标准对焊后热处理的规定。 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。3.1 A、B类焊接接头处的钢材名义厚度s 符合以下条件者3.1.1.1 碳素钢、15MnNbR、07MnCrMoVRs 32mm（如焊前预热100以上时， s 38mm)3.1.1.2 Q345R及16Mns 30mm（如焊前预热100以上时，s34mm)3.1.1.3 15

2、MnVR及15MnVs28mm（如焊前预热100以上时， s 32mm)3.1.1.4 任意厚度的18MnMoNbR、13MnNiMoNbR、15CrMoR、14Cr1MoR、12Cr2Mo1R、20MnMo、20MnMoNb、15CrMo、12Cr1MoV、12Cr2Mo1和1Cr5Mo钢；3.1.1.5 对予钢材厚度s 不同的焊接接头，上述厚度按薄者考虑，对予异种钢材相焊的焊接接头，按热处理严重者确定，但温度不应超过两者中任一钢号的下临界点Ac1。3.1.1.6 除图样另有规定，奥化体不锈钢的焊接接头可不进行热处理。3.1.2 图样注明有应力腐蚀的容器，如盛装液化石油气，液氨等的容器3.1

3、.3 图样注明盛装毒性与报废或高度危害介质的容器3.1.4 需要焊后进行消氢处理的容器，如焊后随即进行焊后热处理时，则可免做消氢处理4. 焊后热处理方法4.1 焊后热处理应优先采用在炉内加热的方法，其操作规范如下：4.1.1 焊件进炉时，炉内温度4004.1.2 焊件按功率升温至400后，加热区升温速度5000/ s /h，且最高不得超过200/h，最低可为50/h。4.1.3 升温时，加热区内任意500mm长度内的温差120。4.1.4 保温时间，温度见附表附表 常用钢号焊后热处理规范钢号焊后热处理温度最短保温时间h电弧焊电渣焊Q235-A, 10,20Q235-B, Q245RQ235-C

4、, 600-640(1)当焊后热处理厚度PWHT50mm时为h ,但最短时间不低于h（2）当焊后热处理厚度PWHT50mm时为（2+）h09MnD580-620-Q345R600-640900-930正火后600-640回火16Mn,16MnD,16MnDR-20MnMo,20MnMoD580-620-18MnMoNbR13MnNiMoNbR600-640950-980正火后600-640回火20MnMoNb-07MnCrMoVR07MnNiCrMoVDR08MnNiCrMoVD550-590-09MnNiD,09MnNiDR15MnNiDR540-580-12CrMo12CrMoG600-(

5、1)当焊后热处理厚度PWHT125mm时为h ,但最短时间不小于h（2）当焊后热处理厚度PWHT125mm时为（5+1/4 ）h15CrMo15CrMoG600-15CrMoR890-950正火后600回火12CrlMoV12CrlMoVG14CrlMoR14CrlMo640-12Cr2Mo12Cr2Mol12Cr2MolR12Cr2MolG660-1Cr5Mo660-4.1.5 保温时，加热区内任意500mm长度内的温差65。4.1.6 升温及保温时，应控制加热区气氛，防止焊件表面过度氧化。4.1.7 焊件温度高于400时，降温时，加热区降温速度不得超过6500/ s /h，且最高不得超过2

6、60/h，最低可为50/h。4.1.8 焊件出炉时，炉温400，出炉后应在静止空气中冷却。4.2 长焊件焊后热处理允许在炉内分段处理，分段热处理时其重复加热长度应不小于1500mm，炉外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。5. B.C.D焊接接头球形封头与圆筒相接的A类 焊接接头以及缺陷焊补部位，允许采用局部热处理方法。局部热处理时，焊缝每侧加热宽度不小于钢材厚度s 的2倍，接管与壳体相焊时，加热宽度不得小于钢材厚度 s 的6倍，靠近加热区的部位采取保温措施，使温度梯度不致影响材料的组织和性能。6. 热处理操作工严格按照“加热炉安全操作规定”进行。7. 质保部门应保存所有热

7、处理的时间与温度关系曲线记录，保存期限不得少于7年。8. 本守则解释权属工艺部门。焊后热处理管理规定1.0总则1.1目的：对公司制造的压力容器产品（或泵压部件）焊后热处理过程实施有效监督和控制，确保产品（或承压部件）焊后热处理质量符合设计、使用和相关标准规定要求。1.2编制依据1.2.1压力容器安全技术监察规程；1.2.2锅炉压力容器制造监督管理办法；1.2.3钢制压力容器（GB150-1998）；1.2.4锅炉压力容器产品安全性能监督检验规则；1.2.5本公司相关的管理规定。1.3适用范围本规程适用于公司制造的压力容器产品（或承压部件）的焊后热处理过程的监督和控制。主要包括以下内容：1.3.

8、1本公司自行进行的产品（或承压部件）局部（焊缝、热影响区）焊后热处理。1.3.2本公司暂无能力实施需委托分包单位进行的产品（承压部件）整体焊后热处理。2.0局部焊后热处理2.1局部热处理范围2.1.1压力容器产品的B、C、D类焊接接头，球形封头与圆角相连的A类焊接接头及缺陷补焊部位。2.1.2局部热处理时，焊缝每侧加热宽度不小于钢材厚度的2倍；接管与壳体相焊时加热宽度不得小于钢材厚度的6倍。2.1.3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。2.2局部热处理控制2.2.1由热处理工艺员编制热处理过程工艺卡，经热处理责任师审批后实施。2.2.2由热处理签发热处理任务单，

9、对需进行焊后热处理内容向热处理人员进行安排，必要时还应附有示意简图，并对热处理开始时间作出要求。2.2.3热处理人员按接受的热处理任务单和工艺卡的规定要求，实施过程参数控制，确保热处理过程和质量符合规定要求。3.0产品（或受压部件）整体热处理因公司目前暂不具备压力容器产品（或受压部件）整体焊后热处理能力，根据锅炉压力容器制造监督管理办法的相关规定，可委托具备相应资质和能力的分包供方对我公司制造的压力容器（或承压部件）进行焊后整体热处理工序，具体按以下规定执行。3.1焊后整体热处理范围。3.1.1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。3.1.1.1钢材厚度s符合以下条件者：a.

10、碳素钢、07MnCrMoVR厚度大于32mm（如焊前预热100以上时，厚度大于38mm）；b. 16MnR及16Mn厚度大于30mm（如焊前预热100以上时，厚度大于34mm）；c. 15MnVR及15MnV厚度大于28mm（如焊前预热100以上时，厚度大于32mm）；d. 任意厚度的15MnVNR、18MnMoNbR、13MnNiMoNbR、15CrMoR、14Cr1MoR、12Cr2Mo1R、20MnMo、20MnMoNb、15CrMo、12Cr1MoV、12Cr2Mo1和1Cr5Mo钢；e. 对于钢材厚度s不同的焊接接头，上述厚度按薄者考虑；对于异种钢材相焊的焊接接头；按热处理严者确定；

11、f. 除图样另有规定，奥氏体不锈钢的焊接接头可不进行热处理。3.1.1.2图样注明有应力腐蚀的容器的焊接接头可不进行热处理。3.1.1.3图样注明盛装毒性为极度或高度危害介质的容器。3.1.2冷成形或中温成形的受压元件，凡符合下列条件之一者应于成形后进行热处理。3.1.2.1圆筒钢材厚度s符合以下条件者：a. 碳素钢、16MnR的厚度不小于圆筒内径Di的3%；b. 其他低合金钢的厚度不小于圆筒内径Di的2.5%。3.1.2.2冷成形封头应进行热处理。当制造单位确保冷成形后的材料性能符合设计、使用要求时，不受此限。除图样另有规定，冷成形的奥氏体不锈钢封头可不进行热处理。3.1.3需要焊后进行消氢

12、处理的容器，如焊后随即进行焊后热处理时，则可免做消氢处理。3.1.4改善材料力学性能的热处理，应根据图样要求所制订的热处理工艺进行。母材的热处理试板与容器（或受压元件）同炉热处理。当材料供货与使用的热处理状态一致时，则在整个制造过程中不得破坏供货时的热处理状态，否则应重新进行热处理。3.2分包供方的评审与选择3.2.1分包供方的评审3.2.1.1由热处理责任师组织相关部门/人员，对拟定做为公司分包供方的单位进行调查和评审。3.2.1.2收集拟定分包供方单位的资质、行政许可、质量体系认证等相关证件。3.2.1.3组织有关人员到供方的生产现场对其质量管理现状、生产设备、检测手段、人员结构和产品质量

13、等情况进行现场评审。3.2.1.4调查拟定分包供方以往向其他单位提供服务的质量状况和信誉情况，对有合作经历的分包供方，查阅以往合作和服务质量的跟踪评价结论。3.2.1.5热处理责任师负责组织有关部门/人员，根据对分包供方的调查、评审和比较，做出评审结论，并填写评审报告，经质保师审核报厂长批准。3.2.2分包供方的选择3.2.2.1经审批后的分包供方评价报告，做为选择分包供方的依据。3.2.2.2与评审合格的分包供方签订技术协作协议，并建立合格供方名录。3.2.2.3根据产品（或承压部件）的结构型式、体积大小、运输距离选择适合的分包供方。3.2.2.4由热处理责任师负责组织对分包供方每年至少进行

14、一次跟踪评价，根据年度评价结论，确定是否与其合作。a. 跟踪评价合格的供方单位，可做为继续选择的对象。b. 在年度历次合格中，凡有一次违反协议规定而不采取纠正措施的供方，停止合作关系，停止合作关系的供方，一年内不得使用，一年后经重新评价并认定合格后，方可继续合作。3.3热处理分包协作的管理控制3.3.1当公司制造的压力容器产品（或承压部件）需要分包供方提供整体热处理协作时，由热处理责任师签发热处理委托单，委托单应明确产品（或承压部件）的名称、制造编号、材质、外形规格尺寸、热处理工艺要求及质量指标等事项，必要时可附有产品（或部件）的设计图样。3.3.2热处理分包供方依据委托单位的热处理委托单要求

15、，编制相应的热处理作业指导书或过程工艺卡，并按其规定的审批程序履行审批手续后，提交委托单位的热处理责任师实施确认。3.3.3热处理分包供方严格按经委托单位确认的作业指导书或工艺卡规定要求实施产品（或部件）的热处理过程控制，当实施过程中的具体环节发生变更时，应向委托单位通报，变更部分应得到委托单位的确认并同意后，方可实施。3.3.4委托单位应对热处理分包供方的热处理实施过程进行有效监督，必要时，可派员到热处理现场实施连续监控。3.3.5热处理分包供方应向委托单位提供评价的产品（或部件）热处理过程记录。4.0热处理检验4.1局部热处理检验4.1.1查阅热处理温度/时间自动记录曲线图，应符合热处理工

16、艺卡规定的工艺参数。4.1.2对焊缝或其他允许的部位进行硬度测试，验证热处理效果。4.2整体热处理检验4.2.1查阅热处理温度/时间自动记录曲线图，应符合热处理工艺卡规定的工艺参数。4.2.2整体热处理后的产品（或承压部件）表面不得有过烧、裂纹等缺陷。4.2.3允许在产品表面进行硬度测试的应做硬度检测，不允许在产品表面进行硬度测试的，可在同炉处理的焊接试板上做硬度测试，热处理后的硬度应符合设计图样或相关标准的规定值。4.2.4与产品（或承压部件）同炉进行热处理的焊接试板，按公司焊接试板（试样）加工工艺规程（QB/SAR0314-2005）和焊接试板力学性能试验工艺规程（QB/SAR0315-2

17、005）的规定要求进行检验试验并合格。5.0热处理检验报告5.1热处理检验结束后，由热处理检验人员填写热处理检验报告，经热处理责任师审核签字后生效。5.2热处理检验报告应包括以下内容:5.2.1产品名称、设计图号及制造编号。5.2.2热处理方式及炉次号。5.2.3试板热处理状态。5.2.4热处理过程相关的工艺参数。5.2.5热处理过程温度/时间自动记录曲线图。5.2.6热处理结论。焊接件热处理管理焊接工作是由焊接、热处理和检验等三个环节构成，国家相关标准也强调了这是三道重要的工序。这里说的热处理不是机械零件热处理，而是焊接件热处理。重视焊接人员、无兼职焊接件热处理人员、检验人员学历偏低，是很多

18、企业比较普遍的现象。钢结构焊接件的焊接件热处理工作是改善焊接接头性能，确保焊接质量的重要环节。有效避免焊接材料引起的氢致裂纹，减小焊接件变形应力，降低焊接结构的拘束度，进而提高焊接接头的抗裂性，使焊接裂纹发生率下降。重要结构的焊接件，中厚钢板、合金钢材料（如含锰钢、不锈钢等）的焊接件要加强焊接热处理管理。国有钢结构焊接件企业大多有焊接件热处理管理环节，配置设备和有资质焊接件热处理人员，并规定没有资质的人员没有资格对焊接件热处理结果进行分析和评价。目前，车间虽然焊接件热处理工作不多，但要了解，尤其在招投标时能把焊接件热处理管理和报价说清楚，使客户认为制造商比较专业的，得到客户的肯定，增加中标可能

19、性。焊接件热处理管理主要为：焊前预热、焊接过程中的层间的温度保持、后热以及焊后热处理。1.1焊前预热和层间温度1.1.1预热目的）延长焊接的铁水凝固时间，避免氢致裂纹。）减缓冷却速度，提高抗裂性。）减少温度梯度，降低焊接应力。）降低焊接件结构的拘束度。1.1.2预热的种类）局部预热对于短小焊缝和返修焊缝采用氧气+乙炔火焰或柔性陶瓷电加热方法进行。比如：含高锰钢轨道的对接焊缝就是采用柔性陶瓷电加热方法局部预热的。）整体预热整体预热适用于焊缝较长，刚性较大的工件，一般可采用：感应加热、柔性陶瓷电加热、电阻炉加热等方法进行。1.1.3预热温度确定）工件母材的含碳量和合金元素含量。）工件母材的厚度和接

20、头形式。）焊件结构拘束程度。）焊接材料（如焊丝）内在的含氢量。）环境温度）预热温度一般在200400范围内选取。1.1.4层间温度层间温度是指多层焊缝中在施焊后续焊道时，其前一相邻焊道所保持的温度。对于焊接金属合金含量高、厚度大的工件时，层间温度的控制是焊接过程的重要环节，否则会出现裂纹。所以确定层间温度、监督和检验层间温度是焊接过程中的重要环节。焊接工艺人员根据工件金属材料的化学性质和厚度一般在温度200400范围内确定。1.1.5后热和焊后热处理1.1.5.1后热的概念和目的）概念对于有裂纹倾向的焊接件，当焊接工作完毕，如果不能立即进行焊后热处理时，在焊缝冷却到室温或尚未冷却到室温（100

21、），立即将焊接件加热到一定的温度，并保持一定的时间，缓冷到室温，这一过程称为后热或焊后消氢处理。）目的使焊缝中的扩散氢尽快逸出，避免氢致裂纹。适当减缓焊接接头残余应力水平，防止冷裂纹和再热裂纹的发生。）后热处理规范后热的加热温度一般为200300，但不得低于预热温度，保持时间为0.56，加热温度高低视钢材合金元素含量多少而定，保持时间则主要根据焊接件的厚度确定。1.1.5.2焊后热处理）概念焊接完成后，将焊接件加热到一定温度，保持一定时间，然后以一定速度冷却下去，以改善焊接接头的金相组织和力学性能，这一工艺过程叫焊后热处理。有效防止焊接件的变形和产生裂纹。加热方法有两类：辐射加热和感应加热。）

22、焊后热处理的目的降低焊接残余应力。改善组织和提高焊接接头的综合性质。除氢防止后期氢致裂纹。）焊后热处理规范焊后热处理规范包括：热处理方法、加热温度、保温时间、升降温度的速度等。热处理方法：焊后热处理方法一般是正火和高温回火。加热温度：焊接工艺人员根据工件金属材料的化学性质和厚度一般在温度580780范围内确定。保温时间：保温时间也叫保持时间或恒温时间。是指将焊接件加热到焊后热处理规定温度后，在此温度范围内保持时间。保温目的：使被处理的焊接件整个被均匀热透，达到内外温度均匀。保温时间的确定：保温时间的确定和钢材种类、结构刚性、材料厚度和热处理方法有关。一般以材料厚度为主，选定保温时间。焊接工艺人

23、员一般在0.56范围内确定。升降温度的速度：加热和降温过程的控制是焊接接头热处理的关键环节，只有通过合理地控制，才能有效地达到热处理的目的，否则，将起到相反的作用，如果达不到降低残余应力的目的，调整不了焊接接头组织和改善不了焊接接头力学性能，反而容易造成局部应力集中和产生再热裂纹等。比如：压力容器：升温速度为：25025/（/），且不得大于200/，最小为50/。降温速度为：26025/（/），最小为50/。在300以下时不控制。1.2焊接件热处理检验）焊接件热处理方案。）热处理记录图及统计表。）热处理自动记录曲线图。）热处理硬度报告。）被处理的焊接件表面无裂纹及不允许的缺陷。有资料表明，20

24、08年我国用钢量4.2亿吨，有2.2亿吨钢材用于钢结构焊接件。约占总用钢量的52。在2.2亿吨钢结构焊接件中，除了建筑行业钢结构焊接件外，机械制造业钢结构焊接件占了2.2亿吨的45。这给机械制造业钢结构焊接件的企业的可持续发展创造了很大的发展空间。制造商也面临着新的挑战和机遇，加强学习，不断将焊接技术和人员的优势转化为科技竞争的优势，促进企业进步和产业升级。焊前预热重要构件的焊接、合金钢的焊接及厚部件的焊接，都要求在焊前必须预热。焊前对焊件整体或焊接区域局部进行加热的工艺手段称为预热。对于焊接强度级别较高、有淬硬倾向的钢材、导热性能特别良好的材料、厚度较大的焊件，以及当焊接区域周围环境温度太低

25、时，焊前往往需要对焊件进行预热。预热的主要目的是降低焊接接头的冷却速度。预热能够降低冷却速度，但又基本上不影响在高温停留的时间，这是十分理想的。所以当焊接具有淬硬倾向的钢材时，降低冷却速度减小淬硬倾向的主要工艺措施，是进行预热，而不是增大线能量。对焊件进行多层多道焊时，当焊接后道焊逢时，前道焊缝的最低温度，称为层间温度。对于要求预热焊接的材料，当需要进行多层焊时，其层间温度应等于或略高于预热温度，如层间温度低于预热温度，应重新进行预热。焊接奥低体不锈钢时，为保持焊接接头有较高的耐蚀性，需要有较快的冷却速度，因此此时需要控制较低的层间温度，即在前道焊缝冷却到较低温度时，再进行后道焊缝的焊接。焊前

26、预热的主要作用：（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。预热温度和层间温度（注：对焊件进行多层多道焊时，当焊接后道焊逢时，前道焊缝的最低温度，称为层间温度。对于要求预热焊接的材料，当需要进行多层焊时，其层间

27、温度应等于或略高于预热温度，如层间温度低于预热温度，应重新进行预热。焊接奥低体不锈钢时，为保持焊接接头有较高的耐蚀性，需要有较快的冷却速度，因此此时需要控制较低的层间温度，即在前道焊缝冷却到较低温度时，再进行后道焊缝的焊接。） 预热温度和层间温度的选择的选择不仅与钢材和焊条的化学成分有关，还与焊接结构的刚性、焊接方法、环境温度等有关，应综合考虑这些因素后确定。另外，预热温度在钢材板厚方向的均匀性和在焊缝区域的均匀性，对降低焊接应力有着重要的影响。局部预热的宽度，应根据被焊工件的拘束度情况而定，一般应为焊缝区周围各三倍壁厚，且不得少于150-200毫米。如果预热不均匀，不但不减少焊接应力，反而会

28、出现增大焊接应力的情况。焊后热处理1、焊接残余应力是由于焊接引起焊件不均匀的温度分布，焊缝金属的热胀冷缩等原因造成的，所以伴随焊接施工必然会产生残余应力。消除残余应力的最通用的方法是高温回火，即将焊件放在热处理炉内加热到一定温度和保温一定时间，利用材料在高温下屈服极限的降低，使内应力高的地方产生塑性流动，弹性变形逐渐减少，塑性变形逐渐增加而使应力降低。焊后热处理对金属抗拉强度、蠕变极限的影响与热处理的温度和保温时间有关。焊后热处理对焊缝金属冲击韧性的影响随钢种不同而不同。2、热处理方法的选择焊后热处理一般选用单一高温回火或正火加高温回火处理。对于气焊焊口采用正火加高温回火热处理。这是因为气焊的

29、焊缝及热影响区的晶粒粗大，需要细化晶粒，故采用正火处理。然而单一的正火不能消除残余应力，故需再加高温回火以消除应力。单一的中温回火只适用于工地拼装的大型普通低碳钢容器的组装焊接，其目的是为了达到部分消除残余应力和去氢。绝大多数场合是选用单一的高温回火。热处理的加热和冷却不宜过快，力求内外壁均匀。3、焊后热处理的加热方法感应加热。钢材在交变磁场中产生感应电势，因涡流和磁滞的作用使钢材发热，即感应加热。现在工程上多采用设备简单的工频感应加热。辐射加热。辐射加热由热源把热量辐射到金属表面，再由金属表面把热量向其他方向传导。所以，辐射加热时金属内外壁温度差别大，其加热效果较感应加热为差。辐射加热常用火

30、焰加热法、电阻炉加热法、红外线加热法。焊后热处理的作用： 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200350，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。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：

31、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。为降低或消除焊接接头的残余应力，防止产生裂纹，改善焊缝和热影响区金属

32、的组织与性能 , 应根据钢材的淬硬性、焊件厚度、结构刚性、焊接方法及使用条件，综合考虑进行焊前预热和焊后热处理。钢的热处理种类分为整体热处理和表面热处理两大类。常用的整体热处理有退火，正火、淬火和回火；表面热处理可分为表面淬火与化学热处理两类。正火又称常化，是将工件加热至Ac3(Ac是指加热时自由铁素体全部转变为奥氏体的终了温度)或Accm(Accm是实际加热中过共析钢完全奥氏体化的临界温度线 )以上3050，保温一段时间后，从炉中取出在空气中或喷水、喷雾或吹风冷却的金属热处理工艺。其目的是在于使晶粒细化和碳化物分布均匀化。正火与退火的不同点是正火冷却速度比退火冷却速度稍快，因而正火组织要比退

33、火组织更细一些，其机械性能也有所提高。另外，正火炉外冷却不占用设备，生产率较高，因此生产中尽可能采用正火来代替退火。 正火的主要应用范围有： 用于低碳钢，正火后硬度略高于退火，韧性也较好，可作为切削加工的预处理。 用于中碳钢，可代替调质处理作为最后热处理，也可作为用感应加热方法进行表面淬火前的预备处理。 用于工具钢、轴承钢、渗碳钢等，可以消降或抑制网状碳化物的形成，从而得到球化退火所需的良好组织。 用于铸钢件，可以细化铸态组织，改善切削加工性能。 用于大型锻件，可作为最后热处理，从而避免淬火时较大的开裂倾向。 用于球墨铸铁，使硬度、强度、耐磨性得到提高，如用于制造汽车、拖拉机、柴油机的曲轴、连

34、杆等重要零件。 过共析钢球化退火前进行一次正火，可消除网状二次渗碳体，以保证球化退火时渗碳体全部球粒化。 正火后的组织：亚共析钢为F+S，共析钢为S，过共析钢为S+二次渗碳体，且为不连续。 正火主要用于钢铁工件。一般钢铁正火与退火相似，但冷却速度稍大，组织较细。有些临界冷却速度（见淬火）很小的钢，在空气中冷却就可以使奥氏体转变为马氏体，这种处理不属于正火性质，而称为空冷淬火。与此相反，一些用临界冷却速度较大的钢制作的大截面工件，即使在水中淬火也不能得到马氏体，淬火的效果接近正火。钢正火后的硬度比退火高。正火时不必像退火那样使工件随炉冷却，占用炉子时间短，生产效率高，所以在生产中一般尽可能用正火

35、代替退火。对于含碳量低于0.25%的低碳钢，正火后达到的硬度适中，比退火更便于切削加工，一般均采用正火为切削加工作准备。对含碳量为0.250.5%的中碳钢，正火后也可以满足切削加工的要求。对于用这类钢制作的轻载荷零件，正火还可以作为最终热处理。高碳工具钢和轴承钢正火是为了消除组织中的网状碳化物，为球化退火作组织准备。 普通结构零件的最终热处理 ，由于正火后工件比退火状态具有更好的综合力学性能，对于一些受力不大、性能要求不高的普通结构零件可将正火作为最终热处理，以减少工序、节约能源、提高生产效率。此外，对某些大型的或形状较复杂的零件，当淬火有开裂的危险时，正火往往可以代替淬火、回火处理，作为最终

36、热处理。正火是将钢件加热到临界温度以上30-50,保温适当时间后，在静止的空气中冷却的热处理工艺称为正火。正火的主要目的是细化组织，改善钢的性能，获得接近平衡状态的组织。 正火与退火工艺相比，其主要区别是正火的冷却速度稍快，所以正火热处理的生产周期短。故退火与正火同样能达到零件性能要求时，尽可能选用正火。大部分中、低碳钢的坯料一般都采用正火热处理。一般合金钢坯料常采用退火，若用正火，由于冷却速度较快，使其正火后硬度较高，不利于切削加工。回火是将淬火钢加热到奥氏体转变温度以下，保温1到2小时后冷却的工艺。回火往往是与淬火相伴，并且是热处理的最后一道工序。经过回火，钢的组织趋于稳定，淬火钢的脆性降

37、低，韧性与塑性提高，消除或者减少淬火应力，稳定钢的形状与尺寸，防止淬火零件变形和开裂，高温回火还可以改善切削加工性能。依据加热温度不同，回火分为： 低温回火 加热温度150-200。淬火产生的马氏体保持不变，但是钢的脆性降低，淬火应力降低。主要用于工具、滚动轴承、渗碳零件和表面淬火零件等要求高硬度的零件。中温回火 加热温度350-500。回火组织为针状铁素体和细粒状渗碳体（FeC）的混合物，称为回火屈氏体。中温回火能获得较高的弹性极限和韧性，主要用于弹簧和热作磨具回火。高温回火 加热温度500-600。淬火加高温回火的连续工艺称为调质处理。高温回火组织为多边形的铁素体（ferrite）和细粒状

38、渗碳体（FeC）的混合组织，称为回火索氏体。高温回火为了得到强度、硬度和塑性韧性等性能的均衡状态，主要用于重要结构零件的热处理，如轴、齿轮、曲轴等。回火一般紧接着淬火进行，其目的是： (a)消除工件淬火时产生的残留应力，防止变形和开裂； (b)调整工件的硬度、强度、塑性和韧性，达到使用性能要求； (c)稳定组织与尺寸，保证精度； (d)改善和提高加工性能。因此，回火是工件获得所需性能的最后一道重要工序。 按回火温度范围，回火可分为低温回火、中温回火和高温回火。 (1)低温回火工件在250以下进行的回火。 目的是保持淬火工件高的硬度和耐磨性，降低淬火残留应力和脆性 回火后得到回火马氏体，指淬火马

39、氏体低温回火时得到的组织。 力学性能：5864HRC，高的硬度和耐磨性。 应用范围：刃具、量具、模具、滚动轴承、渗碳及表面淬火的零件等。 (2)中温回火工件在250500 之间进行的回火。 目的是得到较高的弹性和屈服点，适当的韧性。回火后得到回火托氏体，指马氏体回火时形成的铁素体基体内分布着极其细小球状碳化物（或渗碳体）的复相组织。 力学性能：3550HRC，较高的弹性极限、屈服点和一定的韧性。 应用范围：弹簧、锻模、冲击工具等。 (3)高温回火工件在500以上进行的回火。 目的是得到强度、塑性和韧性都较好的综合力学性能。 回火后得到回火索氏体，指马氏体回火时形成的铁素体基体内分布着细小球状碳

40、化物（包括渗碳体）的复相组织。 力学性能：200350HBS，较好的综合力学性能。 应用范围：广泛用于各种较重要的受力结构件，如连杆、螺栓、齿轮及轴类零件等。 工件淬火并高温回火的复合热处理工艺称为调质。调质不仅作最终热处理，也可作一些精密零件或感应淬火件预先热处理。 45钢正火和调质后性能比较见下表所示。 45钢(20mm40mm)正火和调质后性能比较 热处理方法力学性能力学性能力学性能力学性能组织b/Mpa100Ak/JHBS正火70080015204064163220索氏体+铁素体调质75085020256496210250回火索氏体钢淬火后在300左右回火时，易产生不可逆回火脆性，为避

41、免它，一般不在250350 范围内回火。 含铬、镍、锰等元素的合金钢淬火后在500650回火，缓冷易产生可逆回火脆性，为防止它，小零件可采用回火时快冷；大零件可选用含钨或钼的合金钢。 将淬火成马氏体的钢加热到临界点A1以下某个温度，保温适当时间，再冷到室温的一种热处理工艺。回火的目的在于消除淬火应力，使钢的组织转变为相对稳定状态。在不降低或适当降低钢的硬度和强度的条件下改善钢的塑性和韧性，以获得所希望的性能。中碳和高碳钢淬火后通常硬度很高，但很脆，一般需经回火处理才能使用。钢中的淬火马氏体，是碳在-Fe中的过饱和固溶体,具有体心正方结构，其正方度c/a随含碳量的增加而增大(c/a=1+0.04

42、5wt%C)。马氏体组织在热力学上是不稳定的，有向稳定组织过渡的趋势。许多钢淬火后还有一定量的残留奥氏体，也是不稳定的，回火过程中将发生转变。因此，回火过程本质上是在一定温度范围内加热粹火钢，使钢中的热力学不稳定组织结构向稳定状态过渡的复杂转变过程。转变的内容和形式则视淬火钢的化学成分和组织，以及加热温度而有所不同（见马氏体相变） 碳钢的回火过程淬火碳钢回火过程中的组织转变对于各种钢来说都有代表性。回火过程包括马氏体分解，碳化物的析出、转化、聚集和长大，铁素体回复和再结晶，残留奥氏体分解等四类反应。低、中碳钢回火过程中的转变示意地归纳在图1中。根据它们的反应温度，可描述为相互交叠的四个阶段。

43、第一阶段回火（250以下） 马氏体在室温是不稳定的,填隙的碳原子可以在马氏体内进行缓慢的移动,产生某种程度的碳偏聚。随着回火温度的升高，马氏体开始分解,在中、高碳钢中沉淀出-碳化物（图2），马氏体的正方度减小。高碳钢在 50100回火后观察到的硬度增高现象，就是由于-碳化物在马氏体中产生沉淀硬化的结果（见脱溶）。 -碳化物具有密排六方结构，呈狭条状或细棒状，和基体有一定的取向关系。初生的 -碳化物很可能和基体保持共格。在250回火后，马氏体内仍保持含碳约0.25%。含碳低于 0.2%的马氏体在200以下回火时不发生-碳化物沉淀，只有碳的偏聚，而在更高的温度回火则直接分解出渗碳体。 回火 第二阶

44、段回火(200300) 残留奥氏体转变。回火到200300的温度范围，淬火钢中原来没有完全转变的残留奥氏体，此时将会发生分解，形成贝氏体组织。在中碳和高碳钢中这个转变比较明显。含碳低于 0.4%的碳钢和低合金钢，由于残留奥氏体量很少，所以这一转变基本上可以忽略不计。 第三阶段回火(200350) 马氏体分解完成,正方度消失。-碳化物转化为渗碳体 (Fe3C)。这一转化是通过 -碳化物的溶解和渗碳体重新形核长大方式进行的。最初形成的渗碳体和基体保持严格的取向关系。渗碳体往往在-碳化物和基体的界面上、马氏体界面上、高碳马氏体片中的孪晶界上和原始奥氏体晶粒界上形核（图3）。形成的渗碳体开始时呈薄膜状

45、，然后逐渐球化成为颗粒状的Fe3C。 回火 第四阶段回火(350700) 渗碳体球化和长大,铁素体回复和再结晶。渗碳体从400开始球化，600以后发生集聚性长大。过程进行中，较小的渗碳体颗粒溶于基体，而将碳输送给选择生长的较大颗粒。位于马氏体晶界和原始奥氏体晶粒间界上的碳化物颗粒球化和长大的速度最快，因为在这些区域扩散容易得多。 铁素体在350600发生回复过程。此时在低碳和中碳钢中，板条马氏体的板条内和板条界上的位错通过合并和重新排列，使位错密度显著降低，并形成和原马氏体内板条束密切关联的长条状铁素体晶粒。原始马氏体板条界可保持稳定到600；在高碳钢中,针状马氏体内孪晶消失而形成的铁素体，此

46、时也仍然保持其针状形貌。在600700间铁素体内发生明显的再结晶，形成了等轴铁素体晶粒。此后，Fe3C颗粒不断变粗，铁素体晶粒逐渐长大。 合金元素的影响对一般回火过程的影响 合金元素硅能推迟碳化物的形核和长大,并有力地阻滞-碳化物转变为渗碳体；钢中加入2%左右硅可以使-碳化物保持到400。在碳钢中，马氏体的正方度于300基本消失，而含Cr、Mo、W、V、Ti和Si等元素的钢,在450甚至 500回火后仍能保持一定的正方度。说明这些元素能推迟铁碳过饱和固溶体的分解。反之，Mn和Ni促进这个分解过程（见合金钢）。 合金元素对淬火后的残留奥氏体量也有很大影响。残留奥氏体围绕马氏体板条成细网络;经30

47、0回火后这些奥氏体分解，在板条界产生渗碳体薄膜。残留奥氏体含量高时，这种连续薄膜很可能是造成回火马氏体脆性(300350)的原因之一。合金元素,尤其是Cr、Si、W、Mo等，进入渗碳体结构内,把渗碳体颗粒粗化温度由350400提高到500550，从而抑制回火软化过程,同时也阻碍铁素体的晶粒长大。 特殊碳化物和次生硬化 当钢中存在浓度足够高的强碳化物形成元素时，在温度为450650范围内，能取代渗碳体而形成它们自己的特殊碳化物。形成特殊碳化物时需要合金元素的扩散和再分配，而这些元素在铁中的扩散系数比C、N等元素要低几个数量级。因此在形核长大前需要一定的温度条件。基于同样理由，这些特殊碳化物的长大

48、速度很低。在450650形成的高度弥散的特殊碳化物,即使长期回火后仍保持其弥散性。图4表明，在450650之间合金碳化物的形成对基体产生强化作用，使钢的硬度重新升高，出现峰值。这一现象称为次生硬化。 回火 钢在回火后的性能淬火钢回火后的性能取决于它的内部显微组织；钢的显微组织又随其化学成分、淬火工艺及回火工艺而异。碳钢在100250之间回火后能获得较好的力学性能。合金结构钢在200700之间回火后的力学性能的典型变化如图5所示。从图5可以看出,随着回火温度的升高，钢的抗拉强度b单调下降；屈服强度0.3 先稍升高而后降低;断面收缩率 和伸长率 不断改善；韧性(用断裂韧度K1c为指标)总的趋势是上

49、升，但在300400之间和500550之间出现两个极小值，相应地被称为低温回火脆性与高温回火脆性。因此，为了获得良好的综合力学性能，合金结构钢往往在三个不同温度范围回火:超高强度钢约在200300；弹簧钢在460附近；调质钢在550650回火。碳素及合金工具钢要求具有高硬度和高强度,回火温度一般不超过200。回火时具有次生硬化的合金结构钢、模具钢和高速钢等都在500650范围内回火。 回火脆性低温回火脆性 许多合金钢淬火成马氏体后在250400回火中发生的脆化现象。已经发生的脆化不能用重新加热的方法消除，因此又称为不可逆回火脆性。引起低温回火脆性的原因已作了大量研究。普遍认为，淬火钢在2504

50、00范围内回火时，渗碳体在原奥氏体晶界或在马氏体界面上析出，形成薄壳，是导致低温回火脆性的主要原因。钢中加入一定量的硅，推迟回火时渗碳体的形成，可提高发生低温回火脆性的温度，所以含硅的超高强度钢可在300320回火而不发生脆化，有利于改进综合力学性能。 高温回火脆性 许多合金钢淬火后在500550之间回火,或在600以上温度回火后以缓慢的冷却速度通过500550区间时发生的脆化现象。如果重新加热到600以上温度后快速冷却，可以恢复韧性,因此又称为可逆回火脆性。已经证明,钢中P、Sn、Sb、As等杂质元素在500550温度向原奥氏体晶界偏聚，导致高温回火脆性;Ni、Mn等元素可以和P、Sb等杂质

51、元素发生晶界协同偏聚(cosegregation),Cr元素则又促进这种协同偏聚，所以这些元素都加剧钢的高温回火脆性。相反，钼与磷交互作用，阻碍磷在晶界的偏聚，可以减轻高温回火脆性。稀土元素也有类似的作用。钢在 600以上温度回火后快速冷却可以抑止磷的偏析，在热处理操作中常用来避免发生高温回火脆性。淬火淬火的目的是使过冷奥氏体进行马氏体或贝氏体转变，得到马氏体或下贝氏体组织，然后配合以不同温度的回火，以大幅提高钢的强度、硬度、耐磨性、疲劳强度以及韧性等，从而满足各种机械零件和工具的不同使用要求。也可以通过淬火满足某些特种钢材的铁磁性、耐蚀性等特殊的物理、化学性能。 淬火工艺将金属工件加热到某一

52、适当温度并保持一段时间，随即浸入淬冷介质中快速冷却的金属热处理工艺。常用的淬冷介质有盐水、水、矿物油、空气等。淬火可以提高金属工件的硬度及耐磨性，因而广泛用于各种工、模、量具及要求表面耐磨的零件（如齿轮、轧辊、渗碳零件等）。通过淬火与不同温度的回火配合，可以大幅度提高金属的强度、韧性及疲劳强度，并可获得这些性能之间的配合（综合机械性能）以满足不同的使用要求。另外淬火还可使一些特殊性能的钢获得一定的物理化学性能，如淬火使永磁钢增强其铁磁性、不锈钢提高其耐蚀性等。淬火工艺主要用于钢件。常用的钢在加热到临界温度以上时，原有在室温下的组织将全部或大部转变为奥氏体。随后将钢浸入水或油中快速冷却，奥氏体即

53、转变为马氏体。与钢中其他组织相比，马氏体硬度最高。淬火时的快速冷却会使工件内部产生内应力，当其大到一定程度时工件便会发生扭曲变形甚至开裂。为此必须选择合适的冷却方法。根据冷却方法，淬火工艺分为单液淬火、双介质淬火、马氏体分级淬火和贝氏体等温淬火4类。 淬火效果的重要因素，淬火工件硬度要求和检测方法： 淬火工件的硬度淬火工件的硬度影响了淬火的效果。淬火工件一般采用洛氏硬度计，测试HRC硬度。淬火的薄硬钢板和表面淬火工件可测试HRA的硬度。厚度小于0.8mm的淬火钢板、浅层表面淬火工件和直径小于5mm的淬火钢棒，可改用表面洛氏硬度计，测试HRN硬度。 在焊接中碳钢和某些合金钢时，热影响区中可能发生

54、淬火现象而变硬，易形成冷裂纹，这是在焊接过程中要设法防止的。 由于淬火后金属硬而脆，产生的表面残余应力会造成冷裂纹，回火可作为在不影响硬度的基础上，消除冷裂纹的手段之一。 淬火对厚度、直径较小的零件使用比较合适，对于过大的零件，淬火深度不够，渗碳也存在同样问题，此时应考虑在钢材中加入铬等合金来增加强度。 淬火是钢铁材料强化的基本手段之一。钢中马氏体是铁基固溶体组织中最硬的相(表1)，故钢件淬火可以获得高硬度、高强度。但是，马氏体的脆性很大，加之淬火后钢件内部有较大的淬火内应力，因而不宜直接应用，必须进行回火。 表1钢中铁基固溶体的显微硬度值 淬火工艺的应用淬火工艺在现代机械制造工业得到广泛的应

55、用。机械中重要零件，尤其在汽车、飞机、火箭中应用的钢件几乎都经过淬火处理。为满足各种零件干差万别的技术要求，发展了各种淬火工艺。如，按接受处理的部位，有整体、局部淬火和表面淬火；按加热时相变是否完全，有完全淬火和不完全淬火(对于亚共析钢，该法又称亚临界淬火)；按冷却时相变的内容，有分级淬火，等温淬火和欠速淬火等。 工艺过程 包括加热、保温、冷却3个阶段。下面以钢的淬火为例，介绍上述三个阶段工艺参数选择的原则。 淬火加热温度以钢的相变临界点为依据，加热时要形成细小、均匀奥氏体晶粒，淬火后获得细小马氏体组织。碳素钢的淬火加热温度范围如图1所示。 淬火加热温度由本图示出的淬火温度选择原则也适用于大多数合金钢，尤其低合金钢。亚共析钢加热温度为Ac3温度以上3050。从图上看，高温下钢的状态处在单相奥氏体(A)区内，故称为完全淬火。如亚共析钢加热温度高于Ac1、低于Ac3温度，则高温下部分先共析铁素体未完全转变成奥氏体，即为不完全(或亚临界)淬火。过共析钢淬火温度为Ac1温度以上3050，这温度范围处于奥氏体与渗碳体(A+C)双相区。因而过共析钢的正常的淬火仍属不完