压力容器热处理知识

压力容器热处理知识

一热处理的一般过程

1、热处理是将固态金属及其合金（钢及其合金）按预定的要求进行加热、保温和冷却，以改变其内部组织，从而获得所要求性能的工艺过程。

温度和时间是热处理的主要因素。

随着温度的变化，钢在固态状态下能够发生相变，与低碳钢(含碳量小于等于0.77%)相关的相变温度分别称为A3线和A1线(727°C)。

2、加热时的转变---奥式体A的形成：平衡状态下低碳钢的常温组织为铁素体F+珠光体P，当加热温度超过A1线时，将发生珠光体P向奥式体A的转变,继续加热时，剩余的铁素体F 将在奥式体A中溶解，直至温度达到A3时全部溶解完，此时钢的组织为单一的奥式体A。刚形成的奥氏体A成分是不均匀的，因此钢在加热之后需要有足够的保温时间，主要是为了获得成分均匀的奥氏体A组织，以便在冷却后得到良好的组织和性能。

3、冷却时的转变---奥式体A的分解

如果冷却过程足够缓慢，温度降低到A1线以下时低碳钢将得到F+P组织。如果冷却时间不是一个足够缓慢的过程，即存在一定的过冷度，那么，随着冷却速度的不同，奥式体转变产物的形态、分散度及性能都将发生不同的变化。

热处理名词：

1,临界点(临界温度)，是指加热或冷却时发生相变的温度。

A1线---表示钢加热时珠光体P向奥式体A的转变，冷却时A向P转变的温度。

A3线---表示亚共析钢(低碳钢，含碳量≤0.77%)加热时，铁素体F完全溶入奥氏体A的温度，或冷却时铁素体F开始从奥氏体A中析出的温度。

AC1、AC3线，为与平衡条件下的临界点相区别，将在加热时的实际温度A1、A3称为：AC1、AC3。

2,退火

把钢加热到临界点(AC1或AC3)或再结晶温度以上，保温适当时间,然后缓慢冷却，使组织达到接近平衡状态的热处理工艺。可分为:

完全退火，又称重结晶退火，一般简称退火。是加热至AC3以上20-40°C保温后缓冷的工艺，可细化晶粒、消除内应力、改善钢的性能。

消除应力退火是将钢加热到500-600°C(AC1以下)，然后保温冷却的工艺，又称低温退火或高温回火，可以消除约50—80%的残余应力，不引起组织变化。

再结晶退火是将进行冷塑性变形的金属，加热到再结晶温度以上的适当温度，保温后以适当的方式冷却的工艺，主要用于消除形变硬化和残余应力，以降低硬度、提高塑性。

3,淬火

将钢加热到AC3以上30—50°C，保温后以大于临界冷却速度的速度快速冷却，称为淬火。一般来说，淬火时为了得到马式体组织，使钢得到强化。

4,正火

将钢加热到AC3以上30—50°C，保温后在空气中冷却，得到珠光体型组织的工艺。正火的冷却速度比退火快，得到的组织比较细，机械性能也有所提高。

5回火

钢淬火后为了消除残余应力及获得所需的组织和性能，把已淬火的钢重新加热到AC1以下某一温度，保温后机械冷却的工艺。

按回火温度的不同可分为低温回火、中温回火和高温回火。

低温回火的温度是150—250°C；

中温回火温度是350—500°C；

高温回火温度是500--650°C

以上回火温度中没有250--350°C温度范围，是为了避开钢产生低温回火脆性的温度区间。6,调质

通常将“淬火+高温回火”相结合的热处理工艺称为“调质”。调质后得到回火索式体组织，可使钢得到强度、硬度、塑形、韧性都较好的综合机械性能。

7,重结晶

固态的金属及合金，在加热或冷却通过临界点时，从一种晶体结构转变为另一种晶体结构的现象，称为重结晶。

8,再结晶

经过冷塑变形的金属或合金，加热到再结晶温度以上时，严重畸变的晶格通过及长大成新的无畸变的晶格完整的等轴晶粒的过程，称为再结晶。再结晶时，没有晶体结构类型的变化。二压力容器的常见热处理方法

1 正火处理

1) 目的：主要为改善母材及焊缝的综合机械性能，提高韧性和塑性，细化晶粒、消除冷作硬化，便于加工。

2) 应用: 常用钢材,如: 16MnR、15MnVR 、15MnVNR 等。而18MnMoNbR、13MnMoNbR、15CrMo、12Cr1Mo等材料正火后还需回火，以改善钢材的组织性能。另外，采用电渣焊的压力容器通过正火改善焊缝组织，细化晶粒，同时为超声波探伤提高条件。

2 调质处理

1) 目的: 通过调质处理使材料获得一定的强度，硬度和良好的韧性。

2) 应用: 高压主螺栓35CrMoA、25Cr2MoVA等, 主螺母40Mn 、管板20MnMo、封头SA387Cr11C12等材料, 由于正火处理性能达不到性能要求，需作调质处理。

3 固溶处理（奥氏体不锈钢）

1) 目的: 加热使碳化物充分溶入奥式体（根据不同的材料将工件加热到1000--1150℃），再以足够快的速度快冷将这些碳化物固定在奥式体中，经固溶处理的奥式体不锈钢具有较低的强度，最高的塑性及优良的耐蚀性。

应用: 奥式体不锈钢如06Cr17Ni10 、06Cr18Ni11Ti 、06Cr17Ni2Mo2等板材和封头都需进行固溶处理。同时固溶处理也是奥式体不锈钢最好的一种消应力方法。

4 稳定化处理（奥氏体不锈钢）

1) 目的: 在适当的温度下使铬碳化合物分解，使铬充分扩散到晶界附近贫铬区。促使钛、铌等稳定化元素与碳结合生成更稳定的化合物，避免铬的损失。经过处理的焊接接头即使再加热到敏化温度（奥氏体不锈钢的敏化温度范围为450℃—850℃），也不会导致腐蚀。

2) 方法: 将工件加热到850—900°C ，保温足够长的时间,快速下水冷却。

3) 应用: 含稳定化元素奥式体不锈钢06Cr18Ni11Ti 、06Cr17Ni2Mo2 Ti等, 焊接后稳定化处理，除了能提高焊接接头的耐蚀性外，还可使残余应力消除80%左右。

三压力容器制造中的消除应力热处理

压力容器制造中的消除应力热处理主要包括焊后热处理(PWHT)和中间消除应力处理。

1 焊后热处理(PWHT)

1) 在厚壁或高强度钢焊接接头中，焊接残余应力可以达到相当高的水平，高残余应力水平可导致结构的提前失效，因此，对超过一定界限的焊接结构规定焊后作消除应力处理。

2) 方法: 将工件加热到AC1点以下足够高的温度，保温一段时间后随炉均匀冷却到300-400°C，最后空冷。因类似退火工艺，又称消应力退火。