压力容器热处理工艺

压力容器热处理工艺

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压力容器制造中的热处理

1.概述

1)热处理对钢材性能的影响

热处理是通过加热和冷却固态金属来改变其内部组织结构并获得所需性能的一种工艺。对于碳素钢、低合金钢以及合金结构钢，常用的热处理工艺有退火、正火、淬火、回火以及它们的组合，如正火加回火、淬火加回火。对于奥氏体不锈钢，常用的热处理工艺是固溶处理和稳定化热处理(见本节第5条)。

①退火

退火是将钢件加热到适当温度，保温一定时间后缓慢冷却(例如随炉冷却)的热处理工艺。根据钢材成分和热处理目的不同，退火又分为完全退火、不完全退火、等温退火、球化退火、去应力退火和再结晶退火等。下面简要介绍完全退火、去应力退火和再结晶退火对钢材组织和性能的影响。

a)完全退火

完全退火是把钢件加热到Ac3以上30~50"C，保温一定时间后在炉内缓慢冷却的热处理工艺，主要用于亚共析成分的碳钢和合金钢。由于加热温度略高于

Ac3，珠光体和铁素体全部转变为奥氏体，且奥氏体晶粒比较细小。随炉冷却至Ar3以下时，奥氏体中首先析出铁素体，继续冷却至Ar1，以下时，剩余的奥氏体全部转变为珠光体。经过这样的加热和冷却过程的相变，可细化晶粒并获得接近平衡状态的组织，以降低硬度，改善加工性能，消除钢件中的内应力。

b)去应力退火

去应力退火是将钢件加热到Ac1以下100~200'C，保温一段时间(在压力容器制造中通常按1h/25mm计算)后，缓慢冷却的工艺方法，其目的是去除或降低冷成形、焊接等所产牛的砖全应力.稳宁结构尺寸。去应力退火时，钢材并不发生相变，但可以消除焊接接头中的淬硬组织（马氏体），从而改善韧性。钢件或焊接结构中残余应力的降低主要是在加热、保温及缓慢冷却过程中通过塑性变形所产生的应力松弛来实现的。

c)再结晶退火钢件的冷塑性变形(如封头的冷成形等)会导致冷加工硬化，使材料的强度、硬度提高，塑性、韧性降低，并产生较大的内应力。再结晶退火是将钢件加热到不超过Ac1的温度，经适当保温后随炉缓慢冷却的工艺操作。由于温度升高时原子活动能力增大，使冷变形时破碎的、被拉长或压扁的晶粒，通过新晶体形核及核长大的过程变为均匀细小的等轴晶粒，从而消除钢件的内应力和冷加工硬化，降低钢件的强度和硬度，恢复其塑性和韧性。应当指出，再结晶不是一个相变过程，没有晶格类型的变化。再结晶也没有恒定的转变温度，一般说来，金属的冷变形量越大，退火加热时保温时间越长，越可使再结晶过程在较低的温度下完成，实际生产中，钢件的再结晶温度一般取为Ac1以下

50~100℃。

②正火

对于压力容器中常用的亚共析钢，正火是将钢件加热到Ac3以上50~70℃，保持一定时间后在空气中冷却得到珠光体类组织的热处理工艺。正火与完全退火的主要区别在于正火的冷却速度较快，使组织中的珠光体量增多，且珠光体的层片厚度减小，因此，钢件经正火处理后，除能细化晶粒外，还能获得较高的强度和较好的综合力学性能。与完全退火相比，正火处理不但能获得较高的力学性能，而且生产周期短，经济简便，因而在可能的条件下，通常优先采用正火处理。

正火是压力容器用材料的常用热处理工艺。对于较厚的压力容器用钢板，正火处理能使钢板在整个截面上具有比热轧状态更为均匀的细晶组织和更为均匀的力学性能，因此GB

150规定，用于壳体的厚度大于30mm的20R和16MnR、用于其他受压元件(法兰、管板、平盖等)的厚度大于50mm的20R和16MnR以及厚度大于16mm 的15MnVR钢板应在正火状态下使用。

③淬火

淬火是把钢加热到临界点(对于亚共析钢为Ac3，对于共析钢和过共析钢为AC1)以上30~50℃，经适当保温后快速冷却的热处理工艺。淬火处理会使钢件在横截面的全部或一走范围内发生马氏体等不稳定组织结构转变，从而提高其强度