熱處理(ppt)

1、熱 處 理,,www.sei.sd.cn,科技開發(fā)研究中心,改善鋼的性能，主要有兩條途徑：一是合金化二是熱處理1、熱處理：是指將鋼在固態(tài)下加熱、保溫和冷卻，以改變鋼的組織結構，獲得所需要性能的一種工藝.為簡明表示熱處理的基本工藝過程，通常用溫度—時間坐標繪出熱處理工藝曲線。,鋼的熱處理,www.sei.sd.cn,科技開發(fā)研究中心,2、熱處理特點: 熱處理區(qū)別于其他加工工藝如鑄造、壓力加工等的特點是只通過改變工件的組織來改

2、變性能，而不改變其形狀。 3、熱處理適用范圍:只適用于固態(tài)下發(fā)生相變的材料，不發(fā)生固態(tài)相變的材料不能用熱處理強化。 4、熱處理分類 熱處理原理：描述熱處理時鋼中組織轉變的規(guī)律稱熱處理原理。熱處理工藝：根據(jù)熱處理原理制定的溫度、時間、介質等參數(shù)稱熱處理工藝。,,www.sei.sd.cn,科技開發(fā)研究中心,,www.sei.sd.cn,科技開發(fā)研究中心,物質由液態(tài)轉變?yōu)楣虘B(tài)的過程稱為凝固。物質由液態(tài)轉變?yōu)榫B(tài)的過程稱為結晶。物

3、質由一個相轉變?yōu)榱硪粋€相的過程稱為相變。因而結晶過程是相變過程。,2.2鋼的熱處理基礎知識,www.sei.sd.cn,科技開發(fā)研究中心,2.2.1金屬的結晶純金屬的結晶一、結晶的一般過程1、結晶的基本過程結晶由晶核的形成和晶核的長大兩個基本過程組成.液態(tài)金屬中存在著原子排列規(guī)則的小原子團，它們時聚時散，稱為晶坯。在T0以下, 經一段時間后(即孕育期), 一些大尺寸的晶坯將會長大，稱為晶核。,2.2鋼的熱處理基礎知識,ww

4、w.sei.sd.cn,科技開發(fā)研究中心,晶核形成后便向各方向生長，同時又有新的晶核產生。晶核不斷形成，不斷長大，直到液體完全消失。每個晶核最終長成一個晶粒，兩晶粒接觸后形成晶界。,2.2.1金屬的結晶,www.sei.sd.cn,科技開發(fā)研究中心,,,2、晶核的形成方式形核有兩種方式，即均勻形核和非均勻形核。由液體中排列規(guī)則的原子團形成晶核稱均勻形核。以液體中存在的固態(tài)雜質為核心形核稱非均勻形核。3、晶核的長大方式晶核的長大

5、方式有兩種，即均勻長大和樹枝狀長大。,2.2.1金屬的結晶,www.sei.sd.cn,科技開發(fā)研究中心,在正溫度梯度下，晶體生長以平面狀態(tài)向前推進。,2.2.1金屬的結晶,www.sei.sd.cn,科技開發(fā)研究中心,正溫度梯度,實際金屬結晶主要以樹枝狀長大.這是由于存在負溫度梯度，且晶核棱角處的散熱條件好，生長快，先形成一次軸，一次軸又會產生二次軸…，樹枝間最后被填充。,2.2.1金屬的結晶,www.sei.sd.cn,科技開發(fā)研

6、究中心,負溫度梯度,樹枝狀長大,2.2.1金屬的結晶,www.sei.sd.cn,科技開發(fā)研究中心,二、同素異構轉變物質在固態(tài)下晶體結構隨溫度變化的現(xiàn)象稱同素異構轉變。同素異構轉變屬于相變之一—固態(tài)相變。1、鐵的同素異構轉變鐵在固態(tài)冷卻過程中有兩次晶體結構變化，其變化為：,2.2.1金屬的結晶,www.sei.sd.cn,科技開發(fā)研究中心,?-Fe ? ?-Fe ? ?-Fe,純鐵的同素異構轉變,?-Fe、 ?-F

7、e為體心立方結構(BCC)，?-Fe為面心立方結構(FCC)。都是鐵的同素異構體。,2.2.1金屬的結晶,www.sei.sd.cn,科技開發(fā)研究中心,2、固態(tài)轉變的特點⑴形核一般在某些特定部位發(fā)生（如晶界、晶內缺陷、特定晶面等）。⑵由于固態(tài)下擴散困難，因而過冷傾向大。⑶固態(tài)轉變伴隨著體積變化，易造成很大內應力。,2.2.1金屬的結晶,www.sei.sd.cn,科技開發(fā)研究中心,固態(tài)相變的晶界形核,合金的結晶合金的結晶過程比純

8、金屬復雜，常用相圖進行分析.相圖是用來表示合金系中各合金在緩冷條件下結晶過程的簡明圖解。又稱狀態(tài)圖或平衡圖。,2.2.1金屬的結晶,www.sei.sd.cn,科技開發(fā)研究中心,鐵碳合金相圖 是研究鐵碳合金最基本的工具，是研究碳鋼和鑄鐵的成分、溫度、組織及性能之間關系的理論基礎,是制定熱加工、熱處理、冶煉和鑄造等工藝依據(jù).,2.2.2鐵碳合金相圖,www.sei.sd.cn,科技開發(fā)研究中心,鐵碳合金—碳鋼和鑄

9、鐵，是工業(yè)應用最廣的合金。含碳量0.0218% ~2.11%的稱鋼;2.11%~ 6.69%的稱鑄鐵鐵和碳化合物： Fe3C、 Fe2C、 FeC，含碳量大于Fe3C成分（6.69%）時，無實用價值。實際所討論的鐵碳合金相圖是Fe- Fe3C相圖。,2.2.2鐵碳合金相圖,www.sei.sd.cn,科技開發(fā)研究中心,鐵碳合金的組元和相⒈ 組元：Fe、 Fe3C⒉ 相⑴ 鐵素體：碳在?-Fe中的固溶體稱鐵素體, 用F 或

10、? 表示。 碳在δ-Fe中的固溶體稱δ -鐵素體，用δ 表示。 都是體心立方間隙固溶體。鐵素體的溶碳能力很低,在727℃時最大為0.0218%，室溫下僅為0.0008%。鐵素體的組織為多邊形晶粒，性能與純鐵相似。,2.2.2鐵碳合金相圖,www.sei.sd.cn,科技開發(fā)研究中心,鐵素體,⑵ 奧氏體:碳在? -Fe中的固溶體稱奧氏體。用A或 ? 表示。是面心立方晶格的間隙固溶體。溶碳能力比鐵素體大，1148℃時最大為

11、2.11%。組織為不規(guī)則多面體晶粒，晶界較直。強度低、塑性好，鋼材熱加工都在? 區(qū)進行.碳鋼室溫組織中無奧氏體。,2.2.2鐵碳合金相圖,www.sei.sd.cn,科技開發(fā)研究中心,奧氏體,⑶ 滲碳體：即Fe3C, 含碳6.69%, 用Fe3C或Cm表示。Fe3C硬度高、強度低(?b?35MPa), 脆性大, 塑性幾乎為零Fe3C是一個亞穩(wěn)相，在一定條件下可發(fā)生分解：Fe3C→3Fe+C(石墨), 由于碳在?-

12、Fe中的溶解度很小，因而常溫下碳在鐵碳合金中主要以Fe3C或石墨的形式存在。,2.2.2鐵碳合金相圖,www.sei.sd.cn,科技開發(fā)研究中心,鐵碳合金相圖的分析,2.2.2鐵碳合金相圖,www.sei.sd.cn,科技開發(fā)研究中心,⒉ 特征線⑴ 液相線—ABCD， 固相線—AHJECFD ⑵ 三條水平線：HJB：包晶線LB+δH? ?J ECF：共晶線LC? ?E+Fe3C共晶產物是? 與Fe3C

13、的機械混合物，稱作萊氏體, 用Le表示。為蜂窩狀, 以Fe3C為基，性能硬而脆。,2.2.2鐵碳合金相圖,www.sei.sd.cn,科技開發(fā)研究中心,萊氏體,PSK：共析線 ?S ?FP+ Fe3C共析轉變的產物是 ? 與Fe3C的機械混合物，稱作珠光體，用P表示。珠光體的組織特點是兩相呈片層相間分布,性能介于兩相之間。 PSK線又稱A1線 。,2.2.2鐵碳合金相圖,www.sei.sd.cn,科技開發(fā)研究中心,⑶ 其它

14、相線GS,GP—? ? ? 固溶體轉變線, GS又稱A3 線。HN,JN—δ? ? 固溶體轉變線，ES—碳在? -Fe中的固溶線。又稱Ac m線。PQ—碳在?-Fe中的固溶線。,2.2.2鐵碳合金相圖,www.sei.sd.cn,科技開發(fā)研究中心,⒊ 相區(qū)⑴ 五個單相區(qū)： L、?、?、?、Fe3C ⑵ 七個兩相區(qū): L+?、L+?、L+Fe3C、? +?、?+Fe3C、?+? 、?+Fe3C ⑶ 三個三相區(qū)

15、：即HJB (L+?+?)、ECF(L+?+ Fe3C)、PSK(?+?+ Fe3C)三條水平線,2.2.2鐵碳合金相圖,www.sei.sd.cn,科技開發(fā)研究中心,㈠工業(yè)純鐵的結晶過程 合金液體在1-2點間轉變?yōu)?，3-4點間?→?，5-6點間?→?。到7點，從?中析出Fe3C。,2.2.2鐵碳合金相圖,工業(yè)純鐵的結晶過程,www.sei.sd.cn,科技開發(fā)研究中心,2.2.2鐵碳合金相圖,從鐵素體中析出的滲碳體稱三次滲碳體，用

16、Fe3CⅢ表示。 Fe3CⅢ以不連續(xù)網(wǎng)狀或片狀分布于晶界。隨溫度下降，F(xiàn)e3CⅢ量不斷增加，合金的室溫下組織為F+ Fe3CⅢ。,www.sei.sd.cn,科技開發(fā)研究中心,2.2.2鐵碳合金相圖,㈡ 共析鋼的結晶過程 合金液體在1-2點間轉變?yōu)?。到S點發(fā)生共析轉變：?S??P+Fe3C, ? 全部轉變?yōu)橹楣怏w。,www.sei.sd.cn,科技開發(fā)研究中心,2.2.2鐵碳合金相圖,共析鋼的結晶過程,www.sei.s

17、d.cn,科技開發(fā)研究中心,2.2.2鐵碳合金相圖,珠光體在光鏡下呈指紋狀.珠光體中的滲碳體稱共析滲碳體。S點以下，共析 ? 中析出Fe3CⅢ，與共析Fe3C結合不易分辨。室溫組織為P.,www.sei.sd.cn,科技開發(fā)研究中心,2.2.2鐵碳合金相圖,㈢ 亞共析鋼的結晶過程0.09~0.53%C亞共析鋼冷卻時發(fā)生包晶反應.以0.45%C的鋼為例合金在4點以前通過勻晶—包晶—勻晶反應全部轉變?yōu)?。到4點，由? 中析出? 。

18、到5點, ? 成分沿GS線變到S點，? 發(fā)生共析反應轉變?yōu)橹楣怏w。溫度繼續(xù)下降，? 中析出Fe3CⅢ，由于與共析Fe3C結合, 且量少, 忽略不計.,www.sei.sd.cn,科技開發(fā)研究中心,2.2.2鐵碳合金相圖,亞共析鋼的結晶過程,www.sei.sd.cn,科技開發(fā)研究中心,2.2.2鐵碳合金相圖,亞共析鋼室溫下的組織為F+P .在0.0218~0.77%C 范圍內珠光體的量隨含碳量增加而增加。,www.sei.sd.

19、cn,科技開發(fā)研究中心,2.2.2鐵碳合金相圖,㈣ 過共析鋼的結晶過程 合金在1~2點轉變?yōu)? , 到3點, 開始析出Fe3C。從奧氏體中析出的Fe3C稱二次滲碳體, 用Fe3CⅡ表示, 其沿晶界呈網(wǎng)狀分布.溫度下降, Fe3CⅡ量增加。到4點， ? 成分沿ES線變化到S點，余下的? 轉變?yōu)镻。,www.sei.sd.cn,科技開發(fā)研究中心,,2.2.2鐵碳合金相圖,過共析鋼的結晶過程,www.sei.sd.cn,科技開發(fā)研究中心,

20、過共析鋼室溫組織為P+ Fe3C Ⅱ,含1.4%C鋼的組織,2.2.2鐵碳合金相圖,臨界溫度與實際轉變溫度鐵碳相圖中PSK、GS、ES線分別用A1、A3、Acm表示.實際加熱或冷卻時存在著過冷或過熱現(xiàn)象，因此將鋼加熱時的實際轉變溫度分別用Ac1、Ac3、Accm表示;冷卻時的實際轉變溫度分別用Ar1、Ar3、Arcm表示。,www.sei.sd.cn,科技開發(fā)研究中心,2.2.2鐵碳合金相圖,鋼在加熱時的轉變加熱是熱處理的第一道工

21、序。加熱分兩種：一種是在A1以下加熱，不發(fā)生相變；另一種是在臨界點以上加熱，目的是獲得均勻的奧氏體組織，稱奧氏體化。 加熱是熱處理的第一道工序。加熱分兩種：一種是在A1以下加熱，不發(fā)生相變；另一種是在臨界點以上加熱，目的是獲得均勻的奧氏體組織，稱奧氏體化。,2.2.3鋼的加熱轉變,www.sei.sd.cn,科技開發(fā)研究中心,2.2.3鋼的加熱轉變,www.sei.sd.cn,科技開發(fā)研究中心,影響奧氏體晶粒長大的因素⑴加熱溫度和保

22、溫時間: 加熱溫度高、保溫時間長, ? 晶粒粗大.⑵加熱速度: 加熱速度越快,過熱度越大, 形核率越高, 晶粒越細.⑶合金元素：阻礙奧氏體晶粒長大的元素: Ti、V、Nb、Ta、Zr、W、Mo、Cr、Al等碳化物和氮化物形成元素。促進奧氏體晶粒長大的元素：Mn、P、C、N。⑷ 原始組織: 平衡狀態(tài)的組織有利于獲得細晶粒。奧氏體晶粒粗大，冷卻后的組織也粗大，降低鋼的常溫力學性能，尤其是塑性。因此加熱得到細而均勻的奧氏體晶粒是

23、熱處理的關鍵問題之一。,2.2.3鋼的加熱轉變,www.sei.sd.cn,科技開發(fā)研究中心,冷卻是熱處理更重要的工序。一、過冷奧氏體的轉變產物及轉變過程處于臨界點A1以下的奧氏體稱過冷奧氏體。過冷奧氏體是非穩(wěn)定組織，遲早要發(fā)生轉變。隨過冷度不同，過冷奧氏體將發(fā)生珠光體轉變、貝氏體轉變和馬氏體轉變三種類型轉變?，F(xiàn)以共析鋼為例說明：,2.2.4鋼的冷卻轉變,www.sei.sd.cn,科技開發(fā)研究中心,㈠ 珠光體轉變1、珠光體的組

24、織形態(tài)及性能過冷奧氏體在 A1到 550℃間將轉變?yōu)橹楣怏w類型組織，它是鐵素體與滲碳體片層相間的機械混合物，根據(jù)片層厚薄不同,又細分為珠光體、索氏體和托氏體.,2.2.4鋼的冷卻轉變,www.sei.sd.cn,科技開發(fā)研究中心,2、珠光體轉變過程珠光體轉變也是形核和長大的過程。滲碳體晶核首先在奧氏體晶界上形成，在長大過程中，其兩側奧氏體的含碳量下降，促進了鐵素體形核，兩者相間形核并長大，形成一個珠光體團。珠光體轉變是擴散型轉變。

25、,2.2.4鋼的冷卻轉變,www.sei.sd.cn,科技開發(fā)研究中心,2.2.4鋼的冷卻轉變,www.sei.sd.cn,科技開發(fā)研究中心,珠光體轉變觀察,2.2.4鋼的冷卻轉變,www.sei.sd.cn,科技開發(fā)研究中心,2.2.4鋼的冷卻轉變,www.sei.sd.cn,科技開發(fā)研究中心,㈡ 貝氏體轉變1、貝氏體的組織形態(tài)及性能過冷奧氏體在550℃- 230℃ (Ms)間將轉變?yōu)樨愂象w類型組織，貝氏體用符號B表示。根據(jù)其組

26、織形態(tài)不同，貝氏體又分為上貝氏體(B上)和下貝氏體(B下).,2.2.4鋼的冷卻轉變,www.sei.sd.cn,科技開發(fā)研究中心,㈢ 馬氏體轉變當奧氏體過冷到Ms以下將轉變?yōu)轳R氏體類型組織。馬氏體轉變是強化鋼的重要途徑之一。1、馬氏體的晶體結構碳在?-Fe中的過飽和固溶體稱馬氏體，用M表示。馬氏體的形態(tài)分板條和針狀兩類。,2.2.4鋼的冷卻轉變,www.sei.sd.cn,科技開發(fā)研究中心,馬氏體組織,馬氏體轉變觀察,2.2

27、.4鋼的冷卻轉變,www.sei.sd.cn,科技開發(fā)研究中心,過冷奧氏體轉變產物（共析鋼）,2.2.4鋼的冷卻轉變,www.sei.sd.cn,科技開發(fā)研究中心,壓力容器筒體結構的分類整體結構:為滿足強度、剛度和穩(wěn)定性要求所需要的厚度（不包括為防腐而設置的襯層）是由一整塊連續(xù)鋼制成的結構。 主要形式a)整體鍛造：鍛造的筒和筒之間用法蘭或螺紋連接。主要用于超高壓設備。,壓力容器筒體結構的分類,www.sei.sd.cn,科技開發(fā)研

28、究中心,b)單層卷焊：應用普遍； c)鍛焊結構：總結了整體鍛造和單層卷焊容器的優(yōu)點，進行了有機的結合。質量 好，適用于重要場合，如核工業(yè)、加氫反應器等。,壓力容器筒體結構的分類,www.sei.sd.cn,科技開發(fā)研究中心,d)無縫鋼管：公稱直徑較小容器,壓力容器筒體結構的分類,www.sei.sd.cn,科技開發(fā)研究中心,e)復合板結構：在一定厚度下很經濟。,復合板粗丙酮塔,1.2  組合式結構1.2.1  定

29、義：為滿足強度、剛度和穩(wěn)定性要求所需要的厚度是由鋼板對鋼板、鋼板對鋼帶、鋼板對鋼絲制成的結構。內筒是板式結構。1.2.2  主要形式a)多層包扎：最開始為美國專利，但現(xiàn)在已不存在專利了，南京大化機已研制成功。但此類設備制造工藝太復雜，生產工期長；,壓力容器筒體結構的分類,www.sei.sd.cn,科技開發(fā)研究中心,b)熱套結構：內筒和外筒的配合采用過盈配合。在安裝時外筒加熱冷卻后很好地與內筒結合在一起。適用于超大容器，有

30、時分3層或更多層進行套合,壓力容器筒體結構的分類,www.sei.sd.cn,科技開發(fā)研究中心,c)繞板結構：是日本人發(fā)明的。自動化程度很高，先做內筒再用另一筒體搭接。雖然角焊縫受力不好、不好焊接且不易檢測，但進行承壓爆破試驗效果很好。目前我國由于冶金能力有限，板長和寬度不太適合，所以采用較少,d)鋼板對鋼帶：中國人的發(fā)明，ASME已承認其可靠性。內筒單層卷焊，外層纏繞。鋼帶在纏繞時分左右兩個方向，同時旋轉方向相反。但纏繞后由于中間緊兩

31、端松，所以在承壓能力上會低10％。在小化肥生產裝置中有一些應用,壓力容器筒體結構的分類,www.sei.sd.cn,科技開發(fā)研究中心,e)鋼板對鋼絲：內筒單層卷焊，外層用高強度的不銹鋼絲纏繞，同時給內筒一定的壓應力，承受的外壓甚至等于設計壓力，使設備在操作工況時壓力趨于0。世界上設計壓力最高的設備1000Mpa就是采用此種結構；f)襯里容器：基層歸GB150管轄，襯層GB150不管轄（不好制定制造、檢驗及驗收的最低要求）。,壓力容器

32、筒體結構的分類,www.sei.sd.cn,科技開發(fā)研究中心,塑性變形對組織和性能的影響金屬發(fā)生塑性變形時，不僅外形發(fā)生變化，而且其內部的晶粒也相應地被拉長或壓扁。當變形量很大時，晶粒將被拉長為纖維狀，晶界變得模糊不清。塑性變形還使晶粒破碎為亞晶粒。,2.3.2壓力容器制造塑性變形對鋼材性能的影響,www.sei.sd.cn,科技開發(fā)研究中心,單晶體金屬的塑性變形單晶體受力后，外力在任何晶面上都可分解為正應力和切應力。正應力只能

33、引起彈性變形及解理斷裂。只有在切應力的作用下金屬晶體才能產生塑性變形。,2.3.2壓力容器制造塑性變形對鋼材性能的影響,www.sei.sd.cn,科技開發(fā)研究中心,2.3.2壓力容器制造塑性變形對鋼材性能的影響,www.sei.sd.cn,科技開發(fā)研究中心,塑性變形的形式：滑移和孿生金屬常以滑移方式發(fā)生塑性變形。㈠ 滑移滑移是指晶體的一部分沿一定的晶面和晶向相對于另一部分發(fā)生滑動位移的現(xiàn)象。,2.3.2壓力容器制造塑性變形對鋼材

34、性能的影響,www.sei.sd.cn,科技開發(fā)研究中心,1、滑移變形的特點 ：⑴ 滑移只能在切應力的作用下發(fā)生。產生滑移的最小切應力稱臨界切應力⑵ 滑移常沿晶體中原子密度最大的晶面和晶向發(fā)生。,2.3.2壓力容器制造塑性變形對鋼材性能的影響,www.sei.sd.cn,科技開發(fā)研究中心,⑶滑移時，晶體兩部分的相對位移量是原子間距的整數(shù)倍.⑷ 滑移的同時伴隨著晶體的轉動,2.3.2壓力容器制造塑性變形對鋼材性能的影響,www.se

35、i.sd.cn,科技開發(fā)研究中心,㈡ 孿生孿生是指晶體的一部分沿一定晶面和晶向相對于另一部分所發(fā)生的切變。,2.3.2壓力容器制造塑性變形對鋼材性能的影響,www.sei.sd.cn,科技開發(fā)研究中心,孿生的結果使孿生面兩側的晶體呈鏡面對稱。 密排六方晶格金屬滑移系少，常以孿生方式變形。體心立方晶格金屬只有在低溫或沖擊作用下才發(fā)生孿生變形。面心立方晶格金屬，一般不發(fā)生孿生變形，但常發(fā)現(xiàn)有孿晶存在，這是由于相變過程中原子重新排列時發(fā)生

36、錯排而產生的，稱退火孿晶。,2.3.2壓力容器制造塑性變形對鋼材性能的影響,www.sei.sd.cn,科技開發(fā)研究中心,奧氏體不銹鋼中退火孿晶,合金的塑性變形與強化合金可根據(jù)組織分為單相固溶體和多相混合物兩種.合金元素的存在，使合金的變形與純金屬顯著不同,2.3.2壓力容器制造塑性變形對鋼材性能的影響,www.sei.sd.cn,科技開發(fā)研究中心,一、應變硬化在常溫下把材料拉伸到塑性變形，然后卸載，當再次加載時，將使材料的比例極限

37、提高，而塑性減低。這種現(xiàn)象稱為應變硬化（加工硬化、冷作硬化）應變硬化經退火，可消失。加工硬化可提高材料的抗變形能力，但塑性降低。,2.3.2壓力容器制造塑性變形對鋼材性能的影響,www.sei.sd.cn,科技開發(fā)研究中心,2.3.2壓力容器制造塑性變形對鋼材性能的影響,www.sei.sd.cn,科技開發(fā)研究中心,二、冷加工和熱加工從金屬學的觀點來區(qū)分，冷、熱加工的分界線是金屬的再結晶溫度。熱加工或熱變形: 凡是在再結晶溫度以

38、上進行的塑性變形。特點:熱變形時加工硬化和再結晶現(xiàn)象同時出現(xiàn)，但加工硬化被再結晶消除，變形后具有再結晶組織，因而無加工硬化現(xiàn)象。冷加工或冷變形: 在再結晶溫度以下進行的塑性變形。 特點：冷變形中無再結晶出現(xiàn)，因而有加工硬化現(xiàn)象。 Fe 的再結晶溫度為451℃，其在400℃ 以下的加工仍為冷加工。而 Sn 的再結晶溫度為-71℃，則其在室溫下的加工為熱加工,2.3.2壓力容器制造塑性變形對鋼材性能的影響,www.sei.sd.cn,

39、科技開發(fā)研究中心,三、各向異性非金屬夾雜物經過熱加工呈纖維狀，金屬再結晶時，金屬中就含有纖維組織；第二項合金在金屬中呈帶狀組織。因此金屬材料力學性能產生方向性：a、平行纖維組織方向的強度、塑性和韌性提高；b、垂直方向的塑性和韌性降低；c、變形越大，性能差異越明顯。 因勢利導：纖維組織的穩(wěn)定性高，不能用熱處理方法加以消除。壓力容器設計時， 應盡可能使零件在工作時產生的最大正應力與纖維方向重合，最大切應力方向與纖維方向垂直。,2

40、.3.2壓力容器制造塑性變形對鋼材性能的影響,www.sei.sd.cn,科技開發(fā)研究中心,在加工亞共析鋼時，發(fā)現(xiàn)鋼中的F與P呈帶狀分布，這種組織稱帶狀組織。帶狀組織與枝晶偏析被沿加工方向拉長有關?？赏ㄟ^多次正火或擴散退火消除,2.3.2壓力容器制造塑性變形對鋼材性能的影響,www.sei.sd.cn,科技開發(fā)研究中心,四、應變時效 應變時效：經冷加工塑性變形的碳素鋼、低合金鋼，在室溫下停留較長時間，或在較高溫度下停留一定時間后，會

41、出現(xiàn)屈服點和抗拉強度提高，塑性和韌性降低的現(xiàn)象，稱為應變時效。應變時效危害：發(fā)生應變時效的鋼材，不但沖擊吸收功大幅度下降，而且韌脆轉變溫度大幅度上升，表現(xiàn)出常溫下的脆化。降低應變時效的措施：一般認為，合金元素中，碳、氮增加鋼的應變時效敏感性。減少碳、氮含量，加入鋁、鈦、釩等元素，使它們與碳、氮形成穩(wěn)定化合物，可顯著減弱鋼的應變時效敏感性。,2.3.2壓力容器制造塑性變形對鋼材性能的影響,www.sei.sd.cn,科技開發(fā)研究中心,

42、鋼制壓力容器絕大多數(shù)是鋼板卷焊和鍛焊結構。許多熱處理是結合熱成型工藝進行的?？傮w講，壓力容器用鋼熱處理類別不多，常見有：正火、淬火、回火、消除應力退火等。奧氏體不銹鋼有固溶處理和穩(wěn)定化處理。退火將鋼加熱到高于或等于奧氏體化臨界點，保溫一段時間后，緩慢冷卻，以獲得接近平衡組織的熱處理工藝。在壓力容器制造過程中應用最多的是去應力退火。,2.3.3壓力容器常用熱處理工藝,www.sei.sd.cn,科技開發(fā)研究中心,去應力退火

43、的目的：1、消除復合鋼板復層貼合后的殘余應力；2、消除產品封頭、筒體等零部件冷成型及中溫成形后的殘余應力；3、消除焊接接頭中的內應力和冷作硬化，提高接頭抗脆斷的能力；4、穩(wěn)定焊接結構件的形狀；5、消除焊件在焊后機加工和使用中的變形；6、促使焊縫金屬中的氫完全向外擴散，提高焊縫的抗裂性和韌性。習慣稱為：高溫回火或焊后熱處理。,2.3.3壓力容器常用熱處理工藝,www.sei.sd.cn,科技開發(fā)研究中心,再熱裂紋再熱裂紋

44、：分兩種情況1、焊接時未產生，消除應力熱處理時產生，簡稱SR裂紋2、長期處于高溫條件下使用的容器，也會出現(xiàn)類似的裂紋再熱裂紋的特征1、裂紋產生的部位均在近縫區(qū)的粗晶粒區(qū)，終止于細晶區(qū)，具有晶間性質，裂紋并不一定是連續(xù)的，而焊縫和母材均不產生裂紋；2、必須有大的殘余應力和應變，一般均發(fā)生在應力集中處。焊縫向母材過渡不平滑，如：咬邊、焊瘤、未焊透、邊緣未融合、余高過大3、焊后不會自行發(fā)生，與焊后消應處理的加熱溫度和加熱時間密切相

45、關。低合金高強鋼，500~700，600附近最敏感。,2.3.3壓力容器常用熱處理工藝,www.sei.sd.cn,科技開發(fā)研究中心,產生再熱裂紋的影響因素1、焊縫成形的影響：焊縫的成形能影響應力集中的大小2、預熱的影響：預熱能使冷卻速度放慢，通常會降低熱影響區(qū)的硬度，防止產生淬硬組織，并且使殘余應力和變形減到最小，并加速氫的擴散，有利于防止產生再熱裂紋。規(guī)程要求：GB50094-1998《球形儲罐施工及驗收規(guī)范》對不同厚度常用

46、鋼材規(guī)定了焊前預熱溫度JB/T4709-2000《鋼制壓力容器焊接規(guī)程》對常用鋼材牌號推薦預熱溫度,2.3.3壓力容器常用熱處理工藝,www.sei.sd.cn,科技開發(fā)研究中心,3、后熱時加熱速度的影響加熱速度對產生再熱裂紋時的塑性變形量有影響。塑性變形量小，易于產生再熱裂紋。4、后熱溫度和保溫時間的影響5、化學成分的影響經驗公式，應用應慎重。在一般應用場合，宜進行焊接工藝試驗以確定該焊件的鋼材有無產生再熱裂紋的可能,2.3

47、.3壓力容器常用熱處理工藝,www.sei.sd.cn,科技開發(fā)研究中心,防止再熱裂紋的措施（1）焊接的預熱和后熱適當提高預熱溫度，提高焊后加熱的加熱速度和溫度，并越過再熱裂紋敏感溫度區(qū)。（2）控制適宜的線能量控制線能量的目的：避免過快冷，產生馬氏體；避免過慢冷，防止出現(xiàn)低塑性的組織單純企圖增大線能量降低再熱裂紋敏感性的方法并不可取。應根據(jù)焊評結果控制線能量。（3）焊接接頭的匹配性（4）采用回火焊道（5）不采用再熱開裂敏

48、感的材料（6）制定合理的焊接順序，減少焊接應力（7）改進焊接接頭的設計,2.3.3壓力容器常用熱處理工藝,www.sei.sd.cn,科技開發(fā)研究中心,正火將鋼加熱至奧氏體化溫度并保溫使之均勻化后，在空氣中冷卻的熱處理工藝。壓力容器鋼板正火一般在鋼廠進行，目的在于改善熱軋狀態(tài)鋼板的力學性能，主要是提高塑性和韌性。對于低溫容器用鋼，通過正火可細化晶粒，達到低溫韌性要求。過熱：鋼在加熱時，由于溫度過高，并且較長時間保溫，會使晶粒

49、長得恨粗大，致使性能顯著降低的現(xiàn)象?？赏ㄟ^正火或高溫擴散退火等方法矯正和恢復。過燒：鋼加熱時加熱溫度比過熱溫度還要高，達到固相線附近時，會發(fā)生晶界開始部分熔化或氧化的現(xiàn)象。不能用熱處理方法恢復，只能報廢。,2.3.3壓力容器常用熱處理工藝,www.sei.sd.cn,科技開發(fā)研究中心,淬火：鋼加熱到臨界點以上，保溫后迅速冷卻，以得到馬氏體或貝氏體組織的熱處理工藝。壓力容器用低碳鋼、低合金鋼淬火的目的是為獲得低碳馬氏體（板條馬氏體）

50、或貝氏體組織。壓力容器用鋼淬火一般采用水冷，主要有：噴淋淬火：噴淋裝置在強烈循環(huán)水中進入淬火：用水泵浸入法：水槽,2.3.3壓力容器常用熱處理工藝,www.sei.sd.cn,科技開發(fā)研究中心,回火將淬火或正火后的鋼加熱到相變點以下某一選定溫度，并保溫一段時間，然后以適當?shù)乃俣壤鋮s，以消除淬火或正火所產生的殘余應力，增加鋼的塑性和韌性的熱處理工藝。壓力容器用鋼回火一般采用高溫回火處理，回火后的組織一般為回火馬氏體或回火馬氏體

51、+回火貝氏體。對于正火后獲得鐵素體+珠光體組織的鋼種一般沒有必要進行高溫回火。,2.3.3壓力容器常用熱處理工藝,www.sei.sd.cn,科技開發(fā)研究中心,回火脆性：指淬火鋼在某些溫度區(qū)間回火或從回火溫度緩慢冷卻通過該溫度區(qū)間的脆化現(xiàn)象?；鼗鸫嘈钥煞譃榈谝活惢鼗鸫嘈院偷诙惢鼗鸫嘈?。第一類回火脆性又稱不可逆回火脆性，主要發(fā)生在回火溫度為250～400℃時，在重新加熱脆性消失后，重復在此區(qū)間回火，不再發(fā)生脆性第二類回火脆性又稱可

52、逆回火脆性，發(fā)生的溫度在400～650℃，當重新加熱脆性消失后，應迅速冷卻，不能在400～650℃區(qū)間長時間停留或緩冷，否則會再次發(fā)生催化現(xiàn)象。,2.3.3壓力容器常用熱處理工藝,www.sei.sd.cn,科技開發(fā)研究中心,回火脆化：鋼制壓力容器在380～570℃范圍內長期運行，使鋼材脆化的現(xiàn)象。例如：2.25Cr-1Mo鋼制熱壁加氫反應器在高溫高壓臨氫環(huán)境中長期運行時，反應器器壁母材及對接焊縫金屬的回火脆化?；鼗鸫嗷臏囟仁歉鶕?jù)壓

53、力-溫度-材質曲線來定的,2.3.3壓力容器常用熱處理工藝,www.sei.sd.cn,科技開發(fā)研究中心,調質鋼材淬火后再進行高溫回火的熱處理工藝。壓力容器用低碳鋼和低合金鋼采用調質處理，可以提高鋼材的強度和韌性，以更好發(fā)揮材料的潛力。穩(wěn)定化處理含穩(wěn)定化元素的奧氏體不銹鋼在850～900℃加熱，并保溫一段時間，然后空冷，使碳充分與穩(wěn)定化元素（如鈦）形成碳化物，并使奧氏體晶內元素擴散均勻，從而提高抗晶間腐蝕性能的處理方法。,2.

54、3.3壓力容器常用熱處理工藝,www.sei.sd.cn,科技開發(fā)研究中心,固溶化處理： 將奧氏體不銹鋼加熱至1100℃左右的高溫并保溫，使所有碳化物充分溶入奧氏體中，然后以較快的速度冷卻（一般采用水冷或風冷），以獲得碳化物完全固溶于奧氏體基體內均勻的單相組織，從而提高抗晶間腐蝕性和延展性的工藝方法。,2.3.3壓力容器常用熱處理工藝,www.sei.sd.cn,科技開發(fā)研究中心,室溫下18-18-2鋼接觸聚合硫酸

55、一小時后產生的晶間裂紋,不銹鋼在腐蝕介質作用下，在晶粒之間產生的一種腐蝕現(xiàn)象稱為晶間腐蝕。產生晶間腐蝕的不銹鋼，當受到應力作用時，即會沿晶界斷裂、強度幾乎完全消失，這是不銹鋼的一種最危險的破壞形式。晶閘腐蝕可以分別產生在焊接接頭的熱影響區(qū)、焊縫或熔合線上，在熔合線上產生的晶間腐蝕又稱刀狀腐蝕。,2.3.3壓力容器常用熱處理工藝,www.sei.sd.cn,科技開發(fā)研究中心,敏化溫度區(qū)不銹鋼產生晶間腐蝕與鋼的加熱溫度和加熱時間有關。

56、1Cr18Ni9Ti不銹鋼的晶間腐蝕與加熱溫度和加熱時間的關系，當加熱溫度小于450℃或大于850℃時，不會產生晶間腐蝕。因為溫度小于450℃時，由于溫度較低，不會形成碳化鉻化合物；而當溫度超過850℃時 ，晶粒內的鉻擴散能力增強，有足夠的鉻擴散至晶界和碳結合，不會在晶界形成貧鉻區(qū)。450～850℃稱“敏化溫度區(qū)”，其中尤以650℃為最危險。,2.3.3壓力容器常用熱處理工藝,www.sei.sd.cn,科技開發(fā)研究中心,壓力

57、容器用有色金屬的熱處理壓力容器常用有色金屬有銅、鋁、鈦、鎳及其合金，它們都具有優(yōu)良的塑性和韌性，以及對某些介質的耐腐蝕性。有色金屬壓力容器，一般不熱處理或僅進行退火處理。銅JB/T4755-2006  《銅制壓力容器》《容規(guī)》第19條 銅及銅合金用于壓力容器受壓元件時，一般應為退火狀態(tài)。純銅：T2、T3、T4和TUP，工業(yè)純銅常用熱處理方式為再結晶退火，500～7000℃銅合金：退火來改善冷加工性能，黃銅（鋅）5

58、50～700℃；白銅（鎳）600～700℃,2.3.3壓力容器常用熱處理工藝,www.sei.sd.cn,科技開發(fā)研究中心,鋁：JB/T4734-2002《鋁制焊接容器》一般不進行熱處理或僅進行退火處理。退火溫度300～500℃鈦：JB/T4745-2002《鈦制焊接容器》用于制造壓力容器殼體的鈦材應在退火狀態(tài)下使用。鈦材壓力容器一般不要求進行熱處理，對在應力腐蝕環(huán)境中使用的鈦容器或使用中厚板制造的鈦容器，焊后或熱加工后應進

59、行消除應力退火。鈦鋼復合板爆炸復合后，應做消除應力退火處理。,2.3.3壓力容器常用熱處理工藝,www.sei.sd.cn,科技開發(fā)研究中心,鎳：JB/T4756-2006《鎳及鎳合金制壓力容器》用于制造壓力容器主要受壓元件的鎳村應在退火狀態(tài)下使用，換熱器用線性鎳管應在消除應力退火狀態(tài)下使用。鎳村熱成形的加熱溫度及加熱度及加熱爐氣氛應嚴格控制，防止硫脆污染。,2.3.3壓力容器常用熱處理工藝,www.sei.sd.cn,科技開發(fā)研究

60、中心,（一）依據(jù)設計文件、技術規(guī)程、規(guī)范等（二）原則1、先進性：充分運用新技術，新工藝，2、經濟性：抵消耗、低成本，達到目的3、安全性：保證施工質量，降低操作人員的勞動強度，無超標的污染具體體現(xiàn)在：1、工藝要有充分的可靠性。未完全掌握的，生產前要進行必要的驗證和小型試驗或工藝評定,2.4制定焊后熱處理工藝規(guī)程,www.sei.sd.cn,科技開發(fā)研究中心,2、合理利用能源：采用節(jié)能的工藝和設備3、注意環(huán)境安全、衛(wèi)生：注

61、意燃燒、爆炸、有毒氣體的防范，現(xiàn)場有預防事故發(fā)生和擴大的必要裝備4、工藝要與施工條件、操作工人技術水平相適應5、工藝要留有余地：一旦出現(xiàn)問題，能有挽救的余地和辦法。盲目高標準，有可能導致無法實現(xiàn)或失效6、選用的機具應便于操作7、工藝規(guī)程應經有關負責人或部門審查、批準后實施,2.4制定焊后熱處理工藝規(guī)程,www.sei.sd.cn,科技開發(fā)研究中心,（三）工藝規(guī)程的基本內容1、壓力容器概況2、技術要求，即應達到的質量驗收標準，

62、包括達到技術要求所應采取的手段等。3、選用的機具，爐內、爐外4、工藝參數(shù)：包括升溫、保溫、降溫三個階段，其中有升溫速度、保溫溫度、保溫時間、降溫速度，以及達不到預期工藝參數(shù)時的應急措施5、施工說明，操作要領，安全衛(wèi)生,2.4制定焊后熱處理工藝規(guī)程,www.sei.sd.cn,科技開發(fā)研究中心,（四）工藝規(guī)程制定的程序1、研究設計文件要求2、慎重選擇施工工藝3、選擇合適的機具和熱源，決定工藝參數(shù)4、制定實施步驟和措施（五）

63、技術要求和質量檢查1、硬度一般多采用布氏硬度法。測試點數(shù)一般不少于3點。要求給出硬度平均值的同時給出各測點的硬度值，有助于對檢測數(shù)據(jù)的正確評判。當某一測點數(shù)據(jù)明顯異常時，一般允許在附近補測兩點。,2.4制定焊后熱處理工藝規(guī)程,www.sei.sd.cn,科技開發(fā)研究中心,2、變形平尺、塞尺檢查平面度樣板檢查圓弧部分的外形目視（放大鏡）外觀檢查鋼卷尺檢查圓度,2.4制定焊后熱處理工藝規(guī)程,www.sei.sd.cn,科技開發(fā)

64、研究中心,施工工藝：爐內PWHT、整體爐外PWHT、局部加熱PWHT一、爐內PWHT的施工方法電加熱、燃料氣加熱、液化燃料霧化后加熱注意問題：1、由于爐膛體積有限，防止工件過渡氧化，火焰不能直接觸及工件2、長度超限，可分多次入爐，每次重復入爐加熱部位應大于1500mm或，取兩者中的較大者。3、工件入爐、出爐溫度不宜大于400℃4、溫度400℃以上時，加熱和冷卻速度有要求，加熱速度50~80℃/h，冷卻速度30~50℃/h，

65、300℃以上加熱和冷卻過程中，工件加熱部位4500mm范圍內不得超過130℃5、保溫溫度和時間安規(guī)定執(zhí)行,2.4制定焊后熱處理工藝規(guī)程,www.sei.sd.cn,科技開發(fā)研究中心,二、整體爐外PWHT的施工方法1、注意支撐結構，底座的堅固情況2、焊件自由膨脹和收縮有無障礙3、防雨雪、防靜電、防火、防爆、防燙傷、防中毒4、溫度400℃以上時，加熱和冷卻速度有要求加熱速度50~80℃/h，冷卻速度30~50℃/h5、保溫溫度

66、和時間安規(guī)定執(zhí)行,2.4制定焊后熱處理工藝規(guī)程,www.sei.sd.cn,科技開發(fā)研究中心,三、局部加熱PWHT的施工方法方式：電阻加熱、電磁感應加熱、噴嘴加熱、發(fā)熱體加熱、混合式加熱1、局部加熱帶寬度不得小于2、非加熱部分，應絕熱，保溫帶總寬度最好為，避免產生過大的熱應力3、壁厚不等時，加熱帶應向壁厚較大一側移動10~20mm4、水平焊接接頭，加熱器應下移動10~20mm,2.4制定焊后熱處理工藝規(guī)程,www.sei.sd