1.2.5承压类特种设备的常用热处理工艺

拓展知识

具体温度取决于钢材的成分和淬火介质等因素，不同的钢材有不同的Ac3和Ac1温度。一般来说，碳钢的Ac3温度在723-770℃，Ac1温度在723℃左右。下面列出一些常见钢材的Ac3和Ac1温度范围供参考：1. Q235钢：Ac3温度约为750℃，Ac1温度约为730℃。2. 45#钢：Ac3温度约为820℃，Ac1温度约为750℃。3. 20CrMo钢：Ac3温度约为850℃，Ac1温度约为740℃。4. 40Cr钢：Ac3温度约为850℃，Ac1温度约为740℃。

1.退火

将钢件加热到适当温度，保温一定时间后缓慢冷却，获得接近平衡组织状态的热处理工艺，为退火。

钢的成分和目的不同，退火可分为安全退火、不完全退火、消除应力退火，等温退火，球化退火等。

完全退火又称重结晶退火，其方法将工件加热到A_c3以上的30~50℃。保温后炉内缓慢冷却。其目的在于均匀组织，消除应力，减低硬度，改善工艺性能。主要用于各种亚共析成分的碳钢合金的铸、锻、有时也用于钢结构，其结构接近于Fe-Fe3C,相图的平衡组织（对于亚共析钢是铁素体+珠光体).

不完全退火是将工件加热到A_c1上30-50℃，保温后缓冷的方法，其目的降低硬度，改善切削性能，消除内应力。应用于低合金钢，中、高碳钢的锻件和轧制件。

1.消除应力退火

对各类承压类特种设备来说，消除应力退火特备重要。

承压类特种设备的消除应力退火主要指焊后热处理（PWHT),也有焊接过程中间和冷变形加工后为减少内应力及退火处理而进行的消除应力处理的。消除应力的加热温度根据材料不同而不同，一般加热到A_c1以上100~200℃，对碳钢和低合金钢大致在500~650℃，保温然后冷却。消除应力的主要目的消除焊接、冷变形加工、铸造、锻造等加工方法所产生的内应力。同时还能使其焊缝内部氢较完全消散，提高焊缝的抗裂性和韧性，因此具有改善焊缝以及热影响区的组织，稳定结构形状也有作用。

消除应力处理加热方法很多，可分为局部加热和整体加热两种。后者效果好于前者。

2.正火

正火是将工件加热到Ac3或Acm以上30~50℃，保持一定时间在空气冷却的热处理工艺。正火的目的于退火基本相同，主要是细化晶粒、均匀组织，降低内应力。正火于退火的不同之处在于前者冷却速度过快，过冷度较大，使组织中珠光体增多，且珠光体片层厚度极小。钢正火后的强度、硬度、韧性都较退火为高。许多承压类设备的钢材都是以正火状态供应。

超声检测一下晶体粗大时，会出现严重的衰减，或出现大量的回波，可以通过正火改善。

3.淬火

淬火是将钢加热到临界温度以上（一般情况是：亚共析钢A_c3以上30~50℃；过共析钢为A_c1的30-50℃）经过保温快冷，使奥氏体转变为马氏体的过程。材料通过淬火得到马氏体组织，可以提高其硬度和强度。这对于轴承、模具之类的工件是有益的，但马氏体硬而脆，韧性很差，内应力很大，很容易产生裂纹，承压类特种设备材料和焊缝的组织中一般不希望出现马氏体。

4.回火

回火是经历淬火的钢解热加热到A_c1以下的适当温度，保持一定时间，然后符合要求的方法冷却（通常空冷）以获得所需的组织和性能的热处理工艺。回火的主要目的是降低材料的内应力，提高韧性。通过调整回火温度，可获得不同硬度，强度和韧性，以满足所要求的力学性能。此外回火可以稳定零件尺寸，改善加工性能。

淬火可分低 中 高三种。

淬火后在150~250℃范围内的回火称为低温回火。回火后的组织为回马氏体，主要用于各种高碳钢制成的工具、滚珠轴承等。

淬火后在350~500℃范围内称为中温回火，回火后的组织为回火屈氏体，主要用于模具、弹簧等。

淬火后在500~650℃范围称为高温回火，回火后组织称为回火索氏体，其性能特点：具有一定强度，同时具有较高的塑性和冲击韧性，既有良好的综合机械性能。淬火加温回火的热处理有称为调质，许多零件如齿轮，曲轴等均调质处理，一些承压类特种设备的低合金高强度钢板也需要采用调质处理。

5.奥氏体不锈钢的固溶处理和稳定化处理

把铬镍奥氏体不锈钢加热到1050~1100℃（在此温度下，碳在奥氏体中固溶）保温一定时间（大约25mm不度于一小时）然后快速冷却至427℃以下（要求从925℃至538℃冷却时间小于三分钟）以获得均匀奥氏体组织。这种方法称为固溶处理的铬镍奥氏体不锈钢，其强度和硬度较低而韧性好，具有很高的耐腐蚀性和良好的高温性能。

对于含有钛或铌的铬镍奥氏体不锈钢，为了防止晶体间腐蚀，必须使钢种的碳全部固定在碳化钛或碳化铌种，以此为目的的热处理称为稳定化处理，稳定化处理的工艺条件是，将工件加热到850~900℃，保温足够长的时间，快速冷却。

承压类设备常用材料

承压类设备都是在承压状态下运行，材料要承受较大的工作应力，有些还需要承受高温或腐蚀介质的作用，工作条件更为恶劣，如果在使用过程中发生破坏性事故，将会造成严重损失，因此对制作承压类特种设备的材料肯定具有一定要求。这些包括:

1.保证安全性和经济性，所有材料应有足够的强度，即较高的屈服极限和强度极限。

2.为保证在承受外加载荷不发生脆性破坏，所用材料应具有良好的韧性。根据不同的使用状态，材料的韧性指标包括常温韧性，低温冲击韧性以及时效冲击韧性等。

3.所用材料应有良好的加工工艺性能，包括冷热加工成型性能和焊接性能

4.所用材料应有良好的低倍组织和表面质量，分层、疏松、非金属夹杂物、气孔等缺陷应尽可能少，不允许有裂纹和白点。

5、用以制造高温受元件的材料应具有良好的高温特性，包括足够的强度，持久强度和持久塑性，良好的高温组织稳定性和高温抗氧化性。

6.与腐蚀介质接触的材料应具有优良的抗腐蚀性能。

低碳钢，低合金钢，奥氏体不锈钢是制做承压类特种没备常用的金属材料。根据需要也有采用其他材料制做承压类特种设备的，例如铸钢、铸铁、、及铝合金、及金、镇及锦合金、铁素体不锈钢、铁隶体一奥氏体双相不锈钢等。此外，承压类特种设备锻件和螺栓也有采用中碳钢的。本节主要介绍钢的分类，牌号以及低碳钢。

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