《以下資料，僅供參考》熱處理基礎知識山東海洋環保設備有限公司講稿人：遲金祥

2014年5月12日

熱處理基礎知識以上內容由于本人水平有限，難免會出現不妥和錯誤以及疏漏之處，歡迎大家提出，讓我們共同進步。

熱處理是指通過對工件的加熱、保溫和冷卻，使金屬或合金的組織結構發生變化，從而獲得預期的性能(如機械性能、加工性能、物理性能和化學性能等)的操作工藝稱為熱處理。工件熱處理的目的是通過熱處理這一重要手段，來改變(或改善)工件內部組織結構，從而獲得所需要的性能并提高工件的使用壽命。

金屬熱處理工藝基本知識

熱處理工藝一般包括加熱、保溫、冷卻三個過程，有時只有加熱和冷卻兩個過程。這些過程互相銜接，不可間斷。加熱是熱處理的重要工序之一。熱處理工藝基本知識1.金屬熱處理工藝基本知識●熱處理過程中四個重要因素:

在熱處理時，因工件的大小不同，形狀不同，材料的化學成分不同，所以在具體熱處理過程中，要用不同的加熱速度、最高的加熱溫度、保溫時間和冷卻速度。通常把加熱速度、最高加熱溫度、保溫時間和冷卻速度稱為工件熱處理的四個要素，也稱工藝參數。正確地確定和保證實施好工藝，就能獲得預期的效果，并將得到滿意的性能。

從數學的觀點看，熱處理的質量是溫度和時間的函數，所以工件的熱處理工藝規范可用時間一溫度為坐標表示出來，任何工件的熱處理，都應包括：1.金屬熱處理工藝基本知識圖1熱處理規范示意圖（a）簡單的熱處理規范（b)復雜的熱處理規范●都應包括四個重要因素:

(1)加熱速度V；(2)最高加熱溫度T;(3)保溫時間h;(4)冷卻速度Vt.Fe-Fe3C相圖中鐵碳合金的分類按合金中碳質量分數和顯微組織的不同，鐵碳合金可分為三大類：1. 工業純鐵它是wc≤0.02%的鐵碳合金。2. 碳素鋼它是0.02%＜wc≤2.11%的鐵碳合金。按起室溫下先微組織的不同又分為三種：共析鋼：wc=0.77%

亞共析鋼：0.02%＜wc＜0.77%

過共析鋼：0.77%＜wc≤2.11%3.白口鑄鐵它是2.11%＜wc＜6.69%的鐵碳合金。按其室溫下顯微組織的不同又分為三種：共晶白口鑄鐵：wc=4.3%

亞共晶白口鑄鐵：2.11%＜wc＜4.3%

過共晶白口鑄鐵：4.3%＜wc＜6.69%1）鋼的退火與正火2.鋼的熱處理基本工藝及應用●退火與正火的目的①調整硬度以便進行切削加工②消除殘余應力③細化晶粒，改善組織④為最終熱處理做好組織上的準備●退火：將鋼加熱、保溫，然后緩慢冷卻的熱處理工藝。退火工藝可分為完全退火、等溫退火、球化退火、去應力退火、再結晶退火等，如圖所示。圖3箱式爐圖2各種退火及正火的加熱范圍●完全退火將亞共析鋼加熱到Ac3+30～50℃，保溫后緩冷的退火工藝稱為完全退火。目的：降低硬度，消除內應力。●等溫退火將亞共析鋼加熱到Ac3+30～50℃、過共析鋼加熱到Ac1+30～50℃，保溫后快冷到Ar1以下某一溫度保溫，然后出爐空冷。如圖是高速鋼等溫退火與普通退火的比較圖3高速鋼等溫退火與普通退火的比較

●

球化退火將共析鋼或過共析鋼加熱到Ac1+20～30℃，保溫適當時間后緩慢冷卻的熱處理工藝稱為球化退火。

目的：降低硬度，改善切削加工性能；形成球狀珠光體，為后面的淬火作組織準備。●擴散退火

將工件加熱到略低于固相線溫度，保溫后緩慢冷卻的熱處理工藝稱為擴散退火。

目的：消除成份偏析?！袢ν嘶?/p>

將工件加熱到

Ac1以下某一溫度，保溫后隨爐冷卻的熱處理工藝稱為去應力退火。

目的：消除鑄、鍛、焊的內應力。

●正火是將鋼加熱到

Ac3或Accm以上30～50℃，保溫后空氣中冷卻的熱處理工藝。●正火具有以下幾方面的應用：

①含碳量≤0.25%經正火后硬度提高，改善了切削加工性能。

②消除過共析鋼中的二次滲碳體。

③作為普通結構零件的最終熱處理?！裾鸬睦鋮s速度稍快于退火，由C曲線可知，二者的組織是不一樣的。正火后的組織比退火細，如圖所示。圖3正火與退火后組織的比較重要構件的焊接、合金鋼的焊接及厚部件的焊接，都要求在焊前必須預熱。焊前預熱的主要作用如下：（1）預熱能減緩焊后的冷卻速度，有利于焊縫金屬中擴散氫的逸出，避免產生氫致裂紋。同時也減少焊縫及熱影響區的淬硬程度，提高了焊接接頭的抗裂性。（2）預熱可降低焊接應力。均勻地局部預熱或整體預熱，可以減少焊接區域被焊工件之間的溫度差（也稱為溫度梯度）。這樣，一方面降低了焊接應力，另一方面，降低了焊接應變速率，有利于避免產生焊接裂紋。（3）預熱可以降低焊接結構的拘束度，對降低角接接頭的拘束度尤為明顯，隨著預熱溫度的提高，裂紋發生率下降。焊后熱處理的目的有三個：消氫、消除焊接應力、改善焊縫組織和綜合性能。焊后消氫處理，是指在焊接完成以后，焊縫尚未冷卻至100℃以下時，進行的低溫熱處理。一般規范為加熱到200~350℃，保溫2-6小時。焊后消氫處理的主要作用是加快焊縫及熱影響區中氫的逸出，對于防止低合金鋼焊接時產生焊接裂紋的效果極為顯著。在焊接過程中，由于加熱和冷卻的不均勻性，以及構件本身產生拘束或外加拘束，在焊接工作結束后，在構件中總會產生焊接應力。焊接應力在構件中的存在，會降低焊接接頭區的實際承載能力，產生塑性變形，嚴重時，還會導致構件的破壞消應力熱處理是使焊好的工件在高溫狀態下，其屈服強度下降，來達到松弛焊接應力的目的。常用的方法有兩種：一是整體高溫回火，即把焊件整體放入加熱爐內緩慢加熱到一定溫度然后保溫一段時間，最后在空氣中或爐內冷卻。用這種方法可以消除80%-90%的焊接應力。另一種方法是局部高溫回火，即只對焊縫及其附近區域進行加熱，然后緩慢冷卻，降低焊接應力的峰值，使應力分布比較平緩，起到部分消除焊接應力的目的。有些合金鋼材料在焊接以后，其焊接接頭會出現淬硬組織，使材料的機械性能變壞。此外，這種淬硬組織在焊接應力及氫的作用下，可能導致接頭的破壞。如果經過熱處理以后，接頭的金相組織得到改善，提高了焊接接頭的塑性、韌性，從而改善了焊接接頭的綜合機械性能。消氫處理是在300～400度加熱溫度范圍內保溫一段時間。目的是加速焊接接頭中氫的逸出，消氫處理效果比低溫后熱更好。焊接后及焊后熱處理，焊后及時后熱及消氫處理是防止焊接冷裂紋的有效措施之一，對于厚度超過100mm的厚壁壓力容器及其他重要的產品構件，焊接過程中，為防止因厚板多道多層焊氫的積聚而導致的氫致裂紋，應進行2到3次中間消氫處理熱處理8.1成形受壓元件的恢復性能熱處理8.1.1鋼板冷成形受壓元件，當符合下列a）～e）中任意條件之一，且變形率超過表4的范圍，應于成形后進行相應熱處理恢復材料的性能。a)盛裝毒性為極度或高度危害介質的容器；b)圖樣注明有應力腐蝕的容器；c)對碳鋼、低合金鋼，成形前厚度大于16mm者；d)對碳鋼、低合金鋼，成形后減薄量大于10%者；e)對碳鋼、低合金鋼，材料要求做沖擊試驗者。刪除

表4冷成形件變形率控制指標

8.1.2分步冷成形時，若不進行中間熱處理，則成形件的變形率為各分步成形變形率之和；若進行中間熱處理，則分別計算成形件在中間熱處理前、后的變形率之和。8.1.3若需消除溫成形工件的變形殘余應力，可參照8.1.1對冷成形工件的熱處理條件和要求進行。8.1.4若熱成形或溫成形改變了材料供貨熱處理狀態，應重新進行熱處理，恢復材料供貨熱處理狀態。8.1.5當對成形溫度、恢復材料供貨熱處理狀態的熱處理有特殊要求時，應遵循相關標準、規范或設計文件的規定。8.2焊后熱處理(PWHT)容器及其受壓元件按材料、焊接接頭厚度（即焊后熱處理厚度，δPWHT）和設計要求確定是否進行焊后熱處理。8.2.1焊接接頭厚度應按下列規定確定：a)對等厚全焊透對接接頭為鋼材厚度；b)對于對接焊縫和角焊縫為焊縫厚度；c)對于組合焊縫為對接焊縫與角焊縫厚度中較大者；d)當不同厚度元件焊接時：——不等厚對接接頭取較薄元件的鋼材厚度；——殼體與管板、平封頭、蓋板及其他類似元件的B類焊接接頭，取殼體厚度；——接管與殼體焊接時，取接管頸厚度（刪除）殼體厚度、補強圈厚度和連接角焊縫厚度中較大者；——接管與法蘭焊接時，取接頭處接管頸厚度；對于GB150.3-2011圖7-lg)所示結構取法蘭厚度；——對于GB150.3-2011附錄D圖D．12b）所示內封頭連接結構取圓筒和封頭厚度的大者；——非受壓元件與受壓元件焊接時，取焊縫厚度8.2.2容器及其受壓元件符合下列條件之一者，應進行焊后熱處理，焊后熱處理應包括受壓元件間及其與非受壓元件的連接焊縫。當制訂熱處理技術要求時，滿足以下規定外，還應采取必要的措施，避免由于焊后熱處理導致的再熱裂紋。8.2.2.1焊接接頭厚度符合表5規定者。

表5需進行焊后熱處理的焊接接頭厚度8.2.2.2圖樣注明有應力腐蝕的容器。8.2.2.3用于盛裝毒性為極度或高度危害介質的碳素鋼、低合金鋼制容器。8.2.2.4當相關標準或圖樣另有規定時。8.2.3對于異種（改為不同）鋼材之間的焊接接頭，按熱處理要求不同的，按高者確定是否進行焊后熱處理。8.2.4當需對奧氏體型不銹鋼、奧氏體一鐵素體型不銹鋼進行焊后熱處理時，按設計文件規定。8.2.5除設計文件另有規定，奧氏體型不銹鋼、奧氏體一鐵素體型不銹鋼的焊接接頭可不進行熱處理。8.2.6焊后熱處理要求8.2.6.1制造單位應按設計文件和標準的要求在熱處理前編制熱處理工藝。8.2.6.2不得使用燃煤爐進行焊后熱處理。8.2.6.3熱處理裝置（爐）應配有自動記錄溫度曲線的測溫儀表，并能自動繪制熱處理的時間與工件壁溫關系曲線。8.2.6.4整體焊后熱處理可以是爐內整體加熱方法或容器內部加熱方法。在可能情況下，應優先采用爐內整體加熱方法；當無法整體加熱時，允許分段加熱進行。分段熱處理時，其重復加熱長度應不小于1500mm，且相鄰部分應采取保溫措施，使溫度梯度不致影響材料的組織和性能。熱處理操作應符合8.2.7的規定。8.2.6.5B、C、D、E類焊接接頭，球形封頭與圓筒連接接頭以及缺陷焊補部位，允許采用局部熱處理。局部熱處理有效加熱范圍應符合下列規定：a）焊縫最大寬度兩側各加δPWHT

或50mm，取兩者較大值；b）返修焊縫端部方向上加δPWHT

或50mm，取兩者較大值；c）接管與殼體相焊時，應環繞包括接管在內的筒體全圓周加熱，且在垂直于焊縫方向上自焊縫邊緣加δPWHT

或50mm，取兩者較大值。局部熱處理的有效加熱范圍應確保不產生有害變形，當無法有效控制變形時，應擴大加熱范圍，例如對圓筒全周長范圍進行加熱；同時，靠近加熱區的部位應采取保溫措施，使溫度梯度不致影響材料的組織和性能。8.2.6.6復合鋼板容器及其受壓元件熱處理時，應采取措施保證容器（特別是覆層材料性能）滿足使用要求。8.2.7焊后熱處理操作8.2.7.1碳素鋼、低合金鋼的焊后熱處理操作應符合如下規定：a）焊件進爐時爐內溫度不得高于400℃；b）焊件升溫至400℃后，加熱區升溫速度不得超過5500/δPWHT℃/h，且不得超過220℃/h，一般情況下不低于55℃/h；c）升溫時，加熱區內任意4600mm長度內的溫差不得大于120℃；d）保溫時，加熱區內最高與最低溫度之差不宜超過80℃；e）升溫及保溫時應控制加熱區氣氛，防止焊件表面過度氧化；f）爐溫高于400℃時，加熱區降溫速度不得超過7000/δPWHT℃/h，且不得超過280℃/h，一般情況下不低于55℃/h；g）焊件出爐時，爐溫不得高于400℃，出爐后應在靜止空氣中繼續冷卻。8.2.7.2對S11306、S11348鐵素體型不銹鋼的焊后熱處理按8.2.7.1的規定。其中，對于f)和g)，當溫度高于650℃時，降溫速度不得大