壓力容器制造中的熱處理

1、壓力容器制造中的熱處理1概述1）熱處理對(duì)鋼材性能的影響熱處理是通過加熱和冷卻固態(tài)金屬來改變其內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)并獲得所需性能的一種工藝。 對(duì)于碳素鋼、低合金鋼以及合金結(jié)構(gòu)鋼，常用的熱處理工藝有退火、正火、淬火、回火以及 它們的組合，如正火加回火、淬火加回火。對(duì)于奧氏體不銹鋼，常用的熱處理工藝是固溶處 理和穩(wěn)定化熱處理（見本節(jié)第5條）。 退火退火是將鋼件加熱到適當(dāng)溫度，保溫一定時(shí)間后緩慢冷卻（例如隨爐冷卻）的熱處理工藝。根據(jù)鋼材成分和熱處理目的不同，退火又分為完全退火、不完全退火、等溫退火、球化 退火、去應(yīng)力退火和再結(jié)晶退火等。下面簡(jiǎn)要介紹完全退火、去應(yīng)力退火和再結(jié)晶退火對(duì)鋼 材組織和性能的影響。a）

2、完全退火完全退火是把鋼件加熱到 Ac 3以上3050"C ,保溫一定時(shí)間后在爐內(nèi)緩慢冷卻的熱處理 工藝，主要用于亞共析成分的碳鋼和合金鋼。由于加熱溫度略高于Ac3，珠光體和鐵素體全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，且奧氏體晶粒比較細(xì)小。隨爐冷卻至Ar3以下時(shí)，奧氏體中首先析出鐵素體，繼續(xù)冷卻至 Ari,以下時(shí)，剩余的奧氏體全部轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w。經(jīng)過這樣的加熱和冷卻過 程的相變，可細(xì)化晶粒并獲得接近平衡狀態(tài)的組織，以降低硬度，改善加工性能，消除鋼件中的內(nèi)應(yīng)力。b）去應(yīng)力退火去應(yīng)力退火是將鋼件加熱到 Aci以下100200'C，保溫一段時(shí)間（在壓力容器制造中通 常按1h/25mm計(jì)算）后，緩慢冷卻的工

3、藝方法，其目的是去除或降低冷成形、焊接等所產(chǎn) 牛的磚全應(yīng)力.穩(wěn)寧結(jié)構(gòu)尺寸。去應(yīng)力退火時(shí)，鋼材并不發(fā)生相變，但可以消除焊接接頭中 的淬硬組織（馬氏體），從而改善韌性。鋼件或焊接結(jié)構(gòu)中殘余應(yīng)力的降低主要是在加熱、 保溫及緩慢冷卻過程中通過塑性變形所產(chǎn)生的應(yīng)力松弛來實(shí)現(xiàn)的。C）再結(jié)晶退火鋼件的冷塑性變形（如封頭的冷成形等）會(huì)導(dǎo)致冷加工硬化，使材料的強(qiáng)度、硬度提高， 塑性、韌性降低，并產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力。再結(jié)晶退火是將鋼件加熱到不超過AC1的溫度，經(jīng)適當(dāng)保溫后隨爐緩慢冷卻的工藝操作。由于溫度升高時(shí)原子活動(dòng)能力增大，使冷變形時(shí)破碎的、被拉長(zhǎng)或壓扁的晶粒， 通過新晶體形核及核長(zhǎng)大的過程變?yōu)榫鶆蚣?xì)小的等軸晶粒

4、，從而消除鋼件的內(nèi)應(yīng)力和冷加工硬化，降低鋼件的強(qiáng)度和硬度，恢復(fù)其塑性和韌性。應(yīng)當(dāng)指出， 再結(jié)晶不是一個(gè)相變過程，沒有晶格類型的變化。再結(jié)晶也沒有恒定的轉(zhuǎn)變溫度，一般說來， 金屬的冷變形量越大，退火加熱時(shí)保溫時(shí)間越長(zhǎng)，越可使再結(jié)晶過程在較低的溫度下完成， 實(shí)際生產(chǎn)中，鋼件的再結(jié)晶溫度一般取為AC1以下50100C。 正火對(duì)于壓力容器中常用的亞共析鋼，正火是將鋼件加熱到Ac3以上5070C,保持一定時(shí)因此，鋼件經(jīng)正火處 與完全退火相比，正 因而在可能的條件下，通間后在空氣中冷卻得到珠光體類組織的熱處理工藝。正火與完全退火的主要區(qū)別在于正火的冷卻速度較快，使組織中的珠光體量增多，且珠光體的層片厚度減

5、小， 理后，除能細(xì)化晶粒外，還能獲得較高的強(qiáng)度和較好的綜合力學(xué)性能。 火處理不但能獲得較高的力學(xué)性能，而且生產(chǎn)周期短，經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)便，常優(yōu)先采用正火處理。正火是壓力容器用材料的常用熱處理工藝。對(duì)于較厚的壓力容器用鋼板，正火處理能使鋼板在整個(gè)截面上具有比熱軋狀態(tài)更為均勻的細(xì)晶組織和更為均勻的力學(xué)性能，因此GB（法蘭、管板、 鋼板應(yīng)在正火ACi）以上150規(guī)定，用于殼體的厚度大于 30mm的20R和16MnR、用于其他受壓元件 平蓋等）的厚度大于 50mm的20R和16MnR以及厚度大于 16mm的15MnVR 狀態(tài)下使用。 淬火淬火是把鋼加熱到臨界點(diǎn)（對(duì)于亞共析鋼為AC3，對(duì)于共析鋼和過共析鋼為305

6、0 C,經(jīng)適當(dāng)保溫后快速冷卻的熱處理工藝。淬火處理會(huì)使鋼件在橫截面的全部或一走 范圍內(nèi)發(fā)生馬氏體等不穩(wěn)定組織結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，從而提高其強(qiáng)度和硬度。 回火回火是將經(jīng)過淬火或正火的鋼材或零件加熱到Ac1以下的適當(dāng)溫度，保持一定時(shí)間，隨后用符合要求的方法冷卻（通常是空冷），以獲得所需組織和性能和熱處理工藝。鋼件淬火后的組織往往既硬又脆，而且是不穩(wěn)定的組織，這樣的工件一般不能直接使用，需要進(jìn)行回火處理。回火的目的是：降低鋼件的脆性；消除或降低內(nèi)應(yīng)力；通過調(diào)整回火溫度獲得所要求的力學(xué)性能；穩(wěn)定尺寸；改善加工性。根據(jù)鋼件性能要求不同，回火可分為低 溫回火（150250C卜中溫回火（350500C ）和高溫回火（

7、500650C）。淬火后的鋼件經(jīng) 高溫回火后得到的組織為回火索氏體，具有強(qiáng)度、硬度、塑性和韌性都較好的綜合力學(xué)性能。淬火加高溫回火又稱為調(diào)質(zhì)處理，是某些壓力容器材料和零件如20MnMo , 20MnM oNb ,3 SCrMo等鋼號(hào)的鍛件以及低合金鋼和馬氏體高合金鋼螺柱（螺栓）的常用熱處理工藝。2）壓力容器制造中常用熱處理的種類根據(jù)鋼在加熱和冷卻時(shí)的組織與性能變化規(guī)律，熱處理工藝可分為如前所述的退火、正火、淬火、回火等。壓力容器制造中的熱處理也可按其目的來分類，根據(jù)熱處理的主要目的，壓力容器制造中的常用熱處理也可分為焊后熱處理、消氫處理、恢復(fù)或達(dá)到規(guī)定力學(xué)性能的熱處理以及奧氏體不銹鋼的固溶處理

8、和穩(wěn)定化熱處理。2. 焊后熱處理1）焊后熱處理的目的與種類 焊后處理的主要目的是降低焊接殘余應(yīng)力，改善焊接接頭的組織與性能。焊后若能 立即進(jìn)行熱處理，還有利于釋放焊縫金屬中的氫，防止焊接接頭產(chǎn)生冷裂紋。對(duì)于碳素鋼和低合金鋼制造的壓力容器或其受壓元件，根據(jù)熱處理溫度的不同，焊后熱處理可分為：低于下轉(zhuǎn)變溫度的熱處理（通常稱為焊后消除應(yīng)力熱處理）:高于上轉(zhuǎn)變溫度 的熱處理（如正火）；先在高于上轉(zhuǎn)變溫度，繼之在低于下轉(zhuǎn)變溫度進(jìn)行的熱處理（正火或淬火后繼之以回火）；上下轉(zhuǎn)變溫度之間的熱處理。奧氏體不銹鋼一般不作焊后熱處理，必 須進(jìn)行熱處理且有抗晶間腐蝕要求時(shí)，可進(jìn)行固溶處理或穩(wěn)定化熱處理（詳見本節(jié)第5條

9、）。 對(duì)于碳素鋼和低合金鋼，最常用的焊后熱處理是低于下轉(zhuǎn)變溫度的熱處理，即熱處理的加熱溫度低于材料的下轉(zhuǎn)變溫度Ac1，相當(dāng)于本節(jié)概述中的去應(yīng)力退火，因此又稱為焊后消除應(yīng)力熱處理。 熱處理的主要目的是降低殘余應(yīng)力，穩(wěn)定結(jié)構(gòu)尺寸。由于熱處理溫度與材料的高溫回火溫度相當(dāng)， 對(duì)于有淬硬傾向的材料，此類熱處理還能消除焊接接頭中的淬硬組織，降低峰值硬度，改善焊接接頭的塑性與韌性。此類熱處理降低殘余應(yīng)力的機(jī)理是：隨著溫度的升高，材料的屈服限或屈服強(qiáng)度）將降低，經(jīng)過一定時(shí)間的保溫， 可使焊接接頭中較高的殘余應(yīng)力通過塑性變形降低至保溫溫度 下材料一或焊縫金屬屈服限 （或屈服強(qiáng)度）的水平，如果在高溫下停留的時(shí)間較

10、長(zhǎng)，還會(huì)因蠕 變變形所產(chǎn)生的應(yīng)力松弛使殘余應(yīng)力進(jìn)一步降低。 高于上轉(zhuǎn)變溫度的焊后熱處理主要用于電渣焊焊接接頭，其目的是細(xì)化晶粒，改善焊接接頭的性能。電渣焊縫的結(jié)晶組織是十分粗大的柱狀晶粒，韌性較差，因此必須采用高于上轉(zhuǎn)變溫度的焊后熱處理 （如正火），使焊縫金屬和母材全部奧氏體化，并通過控制加熱 溫度和保溫時(shí)間，防止奧氏體晶粒粗化，從而在冷卻后獲得均勻的細(xì)晶組織，達(dá)到改善焊接接頭性能特別是韌性的目的。由于此類熱處理的加熱溫度遠(yuǎn)高于消除應(yīng)力熱處理的溫度，然也能起到消除或降低焊接殘余應(yīng)力的作用。除了電渣焊焊接接頭的細(xì)化晶粒熱處理外，以下情況也應(yīng)視為高于上轉(zhuǎn)變溫度的焊后熱處理。a）先拼板后成形的封頭或

11、其他受壓元件，如果采用高于上轉(zhuǎn)變溫度的熱成形工藝，則 此類受壓元件上的焊接接頭在熱成形過程中就經(jīng)受了高于上轉(zhuǎn)變溫度的焊后熱處理。b）正火加回火或調(diào)質(zhì)狀態(tài)使用的鋼材所焊制的受壓元件，為滿足使用狀態(tài)要求，需要在熱成形后重新進(jìn)行正火或淬火處理時(shí)，則這種熱處理對(duì)于此類受壓元件上的焊接接頭來說也是高于上轉(zhuǎn)變溫度的焊后熱處理。 要求在正火加回火狀態(tài)使用的材料（如18MnMoNbR、15CrMoR等），其電渣焊焊接接頭或先拼板然后進(jìn)行熱成形的受壓元件，通常要求在正火（或相當(dāng)于正火的熱成形）后再進(jìn)行回火處理，對(duì)于焊接接頭來說，這樣的熱處理就屬于先在高于上轉(zhuǎn)變溫度，繼之在低于下轉(zhuǎn)變溫度進(jìn)行的焊后熱處理。 在壓力

12、容器的制造中很少采用上下轉(zhuǎn)變溫度之間的焊后熱處理，個(gè)別材料（如lOMoWVNb ）與碳鋼或低合金鋼相焊時(shí)，可能會(huì)涉及這樣的焊后熱處理。這是因?yàn)檫@種材料（如lOMoWVNb ）要求的焊后熱處理溫度接近或超過了相焊接的碳鋼或低合鋼的下轉(zhuǎn)變 溫度，而熱處理溫度原則上應(yīng)滿足要求較高一側(cè)材料的規(guī)定，這樣的異種材料焊接接頭進(jìn)行焊后熱處理時(shí)，就會(huì)使碳鋼 （或低合金鋼）一側(cè)的母材和其上的焊接接頭經(jīng)受上下轉(zhuǎn)變溫度 之間的熱處理。由于上下轉(zhuǎn)變溫度之間的熱處理會(huì)改變材料的供貨狀態(tài)，影響材料的力學(xué)性能，因此，在進(jìn)行這樣的焊后熱處理之前，必須進(jìn)行充分的試驗(yàn)和焊接工藝評(píng)定，以驗(yàn)證熱處理后碳鋼或低合金鋼一側(cè)的母材和焊接接頭

13、的性能能否滿足要求。2）容規(guī)、GB 150等標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于容器或其受壓元件在什么情況下需進(jìn)行焊后熱處理的規(guī) 定容器及其受壓元件符合下列條件之一者，應(yīng)進(jìn)行焊后熱處理，但奧氏體不銹鋼的焊接接頭，除圖樣另有規(guī)定外可不進(jìn)行熱處理。 A、 B類焊接接頭處鋼材厚度5符合以下條件者：a）碳素鋼、15MnNbR、07MnCrMoVR 厚度大于32mm（如焊前預(yù)熱100C以上時(shí)，厚 度大于38mm）;b）16MnR及16Mn厚度大于30mm（如焊前預(yù)熱100 C以上時(shí)，厚度大于 34mm ）;C）15MnVR及15MnV厚度大于28mm（如焊前預(yù)熱100 C以上時(shí)，厚度大于 32mm ）;d）任意厚度的 18MnMo

14、NbR、13MnNiMoNbR、15CrMoR、14Cr1MoR、12Cr2Mo1R、 20MnMo、 20MnMoNb、15CrMo、12Cr1MoV、12Cr2Mo1 和 1 Cr5Mo 鋼。注:對(duì)于鋼材厚度 5不同的焊接接頭，上述厚度按薄者考慮；對(duì)于異種鋼材相焊的焊接接頭，按熱處理嚴(yán)者確定。 圖樣注明有應(yīng)力腐蝕的容器，如盛裝液化石油氣、液氨等的容器。 圖樣注明盛裝毒性為極度或高度危害介質(zhì)的容器。 鋼板厚度大于16mm的碳素鋼和低合金鋼制低溫容器或元件，包括承受較大載荷需 做強(qiáng)度計(jì)算的非受壓元件與受壓元件之間的連接焊縫。 多層包扎容器內(nèi)筒的 A類焊接接頭。113圓 碳鋼、低合金鋼制的焊有分

15、程隔板的管箱和浮頭蓋以及管箱的側(cè)向開孔超過 筒內(nèi)徑的管箱。 拼接后的管板。 用鋼板拼接焊制的設(shè)備法蘭。 采用電渣焊或線能量較大的立焊焊接的壓力容器受壓元件應(yīng)在焊后進(jìn)行細(xì)化晶粒的 正火或正火加回火處理。3）焊后熱處理的溫度和保溫時(shí)間溫度和保溫時(shí)間是焊后熱處理的重要工藝參數(shù)。 焊后熱處理的溫度a） 常用材料的焊后熱處理溫度可參照TB/T4709及有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。b）調(diào)質(zhì)或正火加回火狀態(tài)供貨的鋼材進(jìn)行低于下轉(zhuǎn)變溫度的焊后熱處理時(shí)，熱處理溫 度應(yīng)低于鋼材的原回火溫度（經(jīng)試驗(yàn)證明焊后熱處理后仍能保證鋼材性能者，可不受此限）。C）異種鋼材相焊時(shí)，熱處理溫度應(yīng)按兩者要求溫度的較高者。d）非受壓元件與受壓元件

16、相焊時(shí)，熱處理溫度應(yīng)按受壓元件的規(guī)定。e）熱處理是焊接工藝評(píng)定的重要因素，壓力容器或其受壓元件的焊后熱處理溫度應(yīng)與 所適用的焊接工藝評(píng)定中試件的焊后熱處理溫度基本相同。 焊后熱處理的保溫時(shí)間gPWHT有關(guān)。a）焊后熱處理的最短保溫時(shí)間與壓力容器或受壓元件的焊后熱處理厚度ePWHT按以下規(guī)定選取。對(duì)于等厚度的全焊透對(duì)接接頭»WHT為對(duì)接焊縫的厚度（余高不計(jì)）。組合焊縫（坡口焊縫加角焊縫）,5PWHT為坡口深度與角焊縫厚度的較大者。對(duì)于不等厚焊接接頭，SPWHT為:對(duì)接接頭較薄一側(cè)的母材厚度；殼體與管板、平封頭、蓋板、凸緣或法蘭相焊時(shí)，取殼體厚度；接管、人孔與殼體相焊時(shí)，取接管厚度（注：

17、此厚度僅適用于騎坐式接管）、殼體（或封頭）厚度、補(bǔ)強(qiáng)板厚度以及連接角焊縫厚度中的較大者；接管與高頸法蘭相焊時(shí)，取對(duì)接處的管子厚度；管子與管板相焊時(shí)取焊縫厚度。非受壓元件與受壓元件相焊時(shí)，取焊接處的焊縫厚度。焊接返修時(shí)，eWHT為返修深度。Ewht應(yīng)取上述所有焊后熱對(duì)于同一爐內(nèi)進(jìn)行焊后熱處理的壓力容器及受壓元件， 處理厚度的最大值。（即焊接工b）對(duì)于低于下轉(zhuǎn)變溫度的焊后熱處理，當(dāng)母材為碳素鋼和強(qiáng)度型低合金鋼藝評(píng)定中材料的類別號(hào)為I、II、山、VI類）且命WHT令0mm時(shí)，最短保溫時(shí)間為5PwHT/25h,且不少于1/4 h，當(dāng)&WHT > 125mm時(shí)，最短保溫時(shí)間為2+1/4 （

18、睜wht 50）/25 h;對(duì) 于焊接工藝評(píng)定中類別號(hào)為W類和V類的材料，當(dāng)5PWHT < 125mm時(shí)，最短保溫時(shí)間為»WHT/25h，且不少于 1/4 h，當(dāng) Qwht > 125mm 時(shí)，為5+1/4 XPhT 125）/25 h。）溫度低于C）當(dāng)碳素鋼和強(qiáng)度型低合金鋼的焊后熱處理（指低于下轉(zhuǎn)變溫度的熱處理JBIT4709-2000表6規(guī)定溫度的下限值時(shí)，其最短保溫時(shí)間應(yīng)按表1-6-1的規(guī)定。衷 1-6-1比規(guī)定溫度范囿下限值降低溫度®值.C降詆溫険后®短保溫吋間Y h252554.汕I20 J1>最短保溫対閥適用于焊后熱處理厚度5剛疔不大

19、干25mm的焊件，當(dāng)6珊.肝大于35mm時(shí)，厚度每增加最短保溫時(shí)間應(yīng)增加15inin.d）對(duì)于電渣焊或線能量較大的立焊焊接的受壓元件的正火處理，為避免奧氏體晶粒粗 大，保溫時(shí)間不宜過長(zhǎng)， 一般為每毫米厚度保溫 0.5 1分鐘左右，在確定保溫時(shí)間時(shí)， 可參 考鋼材生產(chǎn)單位的正火處理工藝，并應(yīng)經(jīng)母材和焊接接頭的熱處理工藝試驗(yàn)驗(yàn)證。e）壓力容器或受壓元件焊后熱處理的累計(jì)保溫時(shí)間應(yīng)不大于相應(yīng)的焊接工藝評(píng)定試件 保溫時(shí)間的1.25倍。4）焊后熱處理的方法及其應(yīng)用焊后熱處理的方法有爐內(nèi)整體熱處理、整體熱處理、分段熱處理和局部熱處理。 爐內(nèi)整體熱處理a）爐內(nèi)整體熱處理就是將壓力容器或受壓元件整體放在封閉的爐

20、內(nèi)進(jìn)行熱處理。需要進(jìn)行焊后熱處理的容器或其受壓元件應(yīng)優(yōu)先采用這種方法進(jìn)行熱處理，容規(guī)規(guī)定高壓容器、中壓反應(yīng)容器和儲(chǔ)存容器、盛裝混合液化石油氣的臥式儲(chǔ)罐、 移動(dòng)式壓力容器應(yīng)采用爐 內(nèi)整體熱處理。b）壓力容器或其受壓元件在爐內(nèi)進(jìn)行整體焊后熱處理時(shí)，產(chǎn)品試板應(yīng)與容器或其受壓 元件同爐進(jìn)行熱處理。C）爐內(nèi)整體焊后熱處理的操作應(yīng)符合如下規(guī)定：焊件進(jìn)爐時(shí)爐內(nèi)溫度不得高于400C ;焊件升溫至400 C后，加熱區(qū)升溫速度不得超過5000/ 3G/h（ 3為焊件的最大厚度，mm），且不得超過 200°C/h,最小可為50C/h;升溫時(shí)，加熱區(qū)內(nèi)任意 s000 mm長(zhǎng)度內(nèi)的溫差不得大于120 C ;保

21、溫時(shí)，加熱區(qū)內(nèi)最高與最低溫度之差不宜超過65C ;升溫及保溫時(shí)應(yīng)控制加熱區(qū)氣氛，防止焊件表面過度氧化；爐溫高于400C時(shí)，加熱區(qū)降溫速度不得超過6500/ C/h，且不得超過 260C /h,最小可為50 C /h;焊件出爐時(shí)，爐溫不得高于400C，出爐后應(yīng)在靜止空氣中繼續(xù)冷卻。d）爐內(nèi)整體熱處理，應(yīng)在容器 （或同爐熱處理的多臺(tái)容器或受壓元件）的代表性部位5000mm。設(shè)置若干測(cè)溫點(diǎn)，相鄰測(cè)溫點(diǎn)的距離不宜超過 整體熱處理大型壓力容器（如大型球罐），無法在爐內(nèi)進(jìn)行整體熱處理時(shí)，可采用內(nèi)燃法、熱風(fēng)法 和電熱法等方法進(jìn)行整體熱處理。熱處理時(shí)應(yīng)對(duì)容器進(jìn)行妥善保溫（對(duì)于球罐，要求保溫層外表面溫度不高于

22、60C ），并布置足夠的測(cè)溫點(diǎn)（相鄰測(cè)溫點(diǎn)的距離不宜超過5000mm）以測(cè)量殼體各代表性部位的溫度。升溫、降溫速率以及升溫、降溫過程中相鄰測(cè)溫點(diǎn)的溫差， 可參照前述爐內(nèi)整體熱處理的規(guī)定（對(duì)于球罐，應(yīng)符合 JB12337-1998中8.8.2條的規(guī)定）。壓力容器進(jìn)行焊后整體熱處理時(shí)，產(chǎn)品試板應(yīng)與殼體緊貼，與容器一起進(jìn)行熱處理。 分段熱處理大型壓力容器也可進(jìn)行爐內(nèi)分段熱處理。分段熱處理時(shí)，其重復(fù)加熱長(zhǎng)度應(yīng)不少于1500mm,爐內(nèi)部分的熱處理操作應(yīng)符合前述爐內(nèi)整體熱處理的規(guī)定。爐外部分應(yīng)采取保溫措施，使溫度梯度不致影響材料的組織和性能。 局部熱處理B、C、D類焊接接頭，球形封頭與圓筒相連的A類焊接接

23、頭以及缺陷焊補(bǔ)部位允許采用局部熱處理。局部熱處理時(shí)，環(huán)向焊接接頭每側(cè)加熱寬度應(yīng)不小于鋼材厚度的2倍，按管與殼體相焊時(shí)加熱寬度不得小于鋼材厚度的 6倍。在要求的加熱寬度的范圍內(nèi)應(yīng)設(shè)置測(cè)溫點(diǎn)?？拷訜岬牟课粦?yīng)采取保溫措施，使溫度梯度不致影響材料的組織和性能。3. 消氫處理1）焊接接頭產(chǎn)生冷裂紋的原因焊接接頭中的冷裂紋又稱為延遲裂紋， 是焊接時(shí)在 Ar3以下冷卻過程中或冷卻以后所產(chǎn) 生的裂紋，形成裂紋的溫度通常在馬氏體轉(zhuǎn)變范圍，約200300 C以下。這種裂紋可以在焊接后立即出現(xiàn)，也可能延遲幾小時(shí)、幾天甚至更長(zhǎng)的時(shí)間以后再發(fā)生。 焊接接頭中存在的氫、 硬脆組織和應(yīng)力是導(dǎo)致冷裂紋的主要因素。在許多情況

24、下氫是引起冷裂紋的最活躍的因素，因此，冷裂紋也稱為氫致裂紋。焊接時(shí)，焊接材料所含水份及其他含氫化合物被電弧的高溫所分解，成為原子氫溶入到電弧下的金屬熔池中。氫在熔融金屬中的溶解度是比較大的，但是當(dāng)液相金屬凝成固相時(shí)，氫的溶解度便急劇降低，由于焊接接頭處的冷卻速度極快，使大部分的氫來不及逸出，而以過飽和狀態(tài)固溶于凝固了的焊縫金屬中。隨著固相金屬溫度降低，特別是從奧氏體轉(zhuǎn)變成鐵素體后，氫的溶解度進(jìn)一步降低，使焊縫金屬中氫的過飽和程度更為增加。一部分過飽和的氫原子可以擴(kuò)散至焊縫金屬的表面而外逸到大氣中，一部分氫原子擴(kuò)散到焊縫及近縫熱影響區(qū)內(nèi)部的空隙中（例如氣孔、非金屬夾雜物周圍的空隙等），形成氫分子

25、，體積急驟增大，使這些空隙部位處于高壓狀態(tài)，并在某些細(xì)小空隙的尖端產(chǎn)生高應(yīng)力。此外，由于焊接應(yīng)力（包括熱應(yīng)力、相變形成的組織應(yīng)力以及拘束條件等引起的應(yīng)力）的存在，也會(huì)在一些內(nèi)部缺陷或表面缺陷的前沿產(chǎn)生應(yīng)力集中。溶于鋼中的氫原子在應(yīng)力梯度的驅(qū)動(dòng)下擴(kuò)散到上述這些高應(yīng)力部位而 濃集起來，使此處的金屬結(jié)合強(qiáng)度降低，如果這些部位存在硬脆組織，則當(dāng)氫的濃度達(dá)到某一臨界值時(shí)，就會(huì)在應(yīng)力的作用下產(chǎn)生微裂紋，然后在擴(kuò)散氫、應(yīng)力和硬脆組織同時(shí)存在的條件下，微裂紋就逐步擴(kuò)展成宏觀裂紋。2）消氫處理的作用與工藝要求消氫處理就是在焊后立即將焊縫及其鄰近的母材加熱到較高溫度，提高氫在鋼中的擴(kuò)散系數(shù)，使焊縫金屬中過飽和狀態(tài)

26、的氫原子加速擴(kuò)散逸出到大氣中，從而防止冷裂紋的產(chǎn)生。 對(duì)于冷裂紋敏感性較大的低合金鋼（如5b540Mpa的高強(qiáng)度鋼）和拘束度較大的焊件（如厚度大于38mm的低合金鋼球殼、嵌入式接管與球殼的劉接接頭等），以及焊接試驗(yàn)確定需作消氫處理的焊接接頭，應(yīng)在焊后進(jìn)行消氫處理。消氫處理必須在焊后立即進(jìn)行。消氫處理的溫度一般為200350 C,保溫時(shí)間與焊接接頭的厚度有關(guān)，一般應(yīng)不少于半小時(shí)。有消氫處理要求的焊接接頭，如果焊接結(jié)束后立即進(jìn) 行焊后熱處理，則可免做消氫處理。4. 恢復(fù)或達(dá)到規(guī)定力學(xué)性能的熱處理1）冷成形或中溫成形受壓元件的熱處理冷成形或中溫成形的受壓元件，當(dāng)成形時(shí)的變形量較大時(shí)，會(huì)產(chǎn)生明顯的冷加

27、工硬化， 使材料的強(qiáng)度、硬度提高，塑性、韌性降低，同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力。為恢復(fù)材料的力 學(xué)性能，消除或降低殘余加工應(yīng)力，必要時(shí)應(yīng)對(duì)冷成形或中溫成形的受壓元件進(jìn)行熱處理。 對(duì)于碳素鋼和低合金鋼制受壓元件，這種熱處理相當(dāng)于再結(jié)晶退火或消除應(yīng)力退火。冷成形或中溫成形的受壓元件是否需要進(jìn)行熱處理，主要取決于冷加工變形程度和受壓元件的使用條件。通常以加工變形率作為衡量冷加工變形程度的指標(biāo)。加工變形率£按以下方法計(jì)算。a）鋼板成形零件的加工變形率 單曲率成形（如鋼板卷圓）:(1-6-1)£ =（0.5 5 /RfRfl/Ro） 1500%雙曲率成形（如筒體折邊、封頭成形）:(1-6

28、-2)£ =（0.75 5 /RRf1/Ro） 100%b）彎管時(shí)的加工變形率彎管時(shí)的加工變形率取以下兩式計(jì)算結(jié)果的較大值£ =r/Ro X 100%£ =（ SHU B）/ 5 AX 100%式 1-6-1 至 1-6-4 中£ 加工變形率，%;5岡板的名義厚度，mm;5A管子彎曲前的實(shí)測(cè)平均壁厚，5 B彎管段外側(cè)的實(shí)測(cè)最小壁厚，Rf鋼板或管子彎曲后的中心半徑，(1-6-3)(1-6-4)mm;mm;mm;Ro板或管子彎曲前的中心半徑 （對(duì)于平板或直管，Ro為無限大）,mm;mm。r一管子的名義外半徑， GB150、GB151規(guī)定下列冷成形或中溫成形的

29、碳素鋼和低合金鋼受壓元件，應(yīng)在成形后進(jìn)行熱處理：a）碳素鋼、16MnR圓筒的厚度不小于圓筒內(nèi)徑的3%（相當(dāng)于加工變形率宀3%）他低合金鋼圓筒的厚度不小于圓筒內(nèi)徑的2.5%（相當(dāng)于加變形率 2.5%）;b）冷成形的封頭；C）有耐應(yīng)力腐蝕要求時(shí)，冷彎U形管的彎管段以及相鄰的至少150 mm長(zhǎng)的直管段。 除了中所述圓筒、封頭和U形換熱管外，其他形式的冷成形或中溫成形的碳素鋼和低合金鋼受壓元件（如筒體、錐體的折邊段等），可參照HG20584-1998中的有關(guān)規(guī)定確定 是否需在成形后進(jìn)行熱處理。對(duì)于鋼板成形的受壓元件，原則上，雙曲率成形時(shí)加工變形率大于5%;單曲率成形時(shí)加工變形率大于3%（僅適用于碳素鋼

30、和16MnR材料）或2.5%（其他低合金鋼），且符合下列條件之一者，應(yīng)在成形后進(jìn)行熱處理：a）使用介質(zhì)的毒性為極度危害或高度危害；b）介質(zhì)對(duì)材料有應(yīng)力腐蝕危害時(shí)；C）成形后厚度減薄大于 10%;d）材料要求進(jìn)行常溫或低溫沖擊試驗(yàn)；e）板材的名義厚度大于 16 mm。 除圖樣另有規(guī)定外，冷成形的奧氏體不銹鋼受壓元件可不進(jìn)行熱處理。一般說來，冷加工變形程度過大時(shí)，例如加工變形率大于15%，或者介質(zhì)對(duì)材料有應(yīng)HG20584-1998。力腐蝕危害時(shí)，應(yīng)在設(shè)計(jì)圖樣上提出對(duì)此類奧氏體不銹鋼的冷成形受壓元件進(jìn)行熱處理的要 求。這方面的詳細(xì)規(guī)定見此外，美國(guó)ASME規(guī)范規(guī)定，冷成形的奧氏體不銹鋼受壓元件在設(shè)計(jì)溫

31、度和加工變形 率超過某一限度時(shí)， 應(yīng)進(jìn)行成形后的熱處理。 舉例來說，對(duì)于304型和316型奧氏體不銹鋼 受壓元件，當(dāng)設(shè)計(jì)溫度在580C至675C的范圍內(nèi)，且加工變形率超過 20%;或者設(shè)計(jì)溫度超 過675C，且加工變形率超過 10%時(shí)，就應(yīng)在冷成形后進(jìn)行熱處理（詳見ASME規(guī)范第忸卷第1分冊(cè)UHA-44 ）。這方面的規(guī)定可供設(shè)計(jì)時(shí)參考。一冷成形的奧氏體不銹鋼受壓元件需作熱處理時(shí)，一般應(yīng)進(jìn)行固溶處理或固溶處理加穩(wěn)定化熱處理。2）熱加工受壓元件的熱處理應(yīng)根據(jù)要求的鋼材使用熱加工可能改變材料的供貨狀態(tài)，為確保受壓元件的力學(xué)性能，狀態(tài)按以下原則對(duì)熱加工的受壓元件（如熱成形的封頭、筒體等 ）進(jìn)行必要的熱

32、處理。a）受壓元件所用鋼材要求的使用狀態(tài)為熱軋狀態(tài)時(shí)，熱加工后一般可在加工狀態(tài)使用， 必要時(shí)可在熱加工時(shí)帶隨爐加熱的工藝試板，以驗(yàn)證熱加工后材料的力學(xué)性能。b）若所用鋼材要求在正火狀態(tài)使用，熱加工后，原則上應(yīng)重新進(jìn)行正火處理。如果熱加工時(shí)的加熱溫度與鋼材的正火溫度相當(dāng)（不應(yīng)顯著高于正火溫度），且隨爐加熱的熱加工工藝試板評(píng)定合格，可不作隨后的正火處理。C）若所用鋼材要求在正火加回火狀態(tài)使用，熱加工后原則上應(yīng)重新進(jìn)行正火加回火處 理。如果熱加工時(shí)的加熱溫度與鋼材的正火溫度相當(dāng)，且隨爐加熱的熱加工工藝試板經(jīng)回火處理后評(píng)定合格，則該受壓元件熱加工后可僅作回火處理。d）對(duì)于調(diào)質(zhì)狀態(tài)使用的鋼材，受壓元件熱

33、加工后一般應(yīng)重新進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。e）奧氏體不銹鋼的熱加工受壓元件應(yīng)控制熱加工終溫在850C以上，加工后應(yīng)快冷（如鼓風(fēng)或噴水冷卻）。如有晶間腐蝕傾向試驗(yàn)要求，熱加工后應(yīng)對(duì)工件本身或熱加工工藝試板進(jìn)行試驗(yàn)評(píng)定，若試驗(yàn)結(jié)果不合格，則應(yīng)進(jìn)行固溶處理或穩(wěn)定化熱處理。和40CrNiMoA 等合金調(diào)質(zhì)鋼。此類緊固件應(yīng)通過調(diào)質(zhì)處理 力學(xué)性能。調(diào)質(zhì)處理前應(yīng)對(duì)坯料進(jìn)行機(jī)械粗加工，必要時(shí) 削加工），還應(yīng)在機(jī)械粗加工前對(duì)坯料進(jìn)行預(yù)備熱處理 于切削加工，并使坯料的組織細(xì)化、均勻。4）熱處理試件為使受壓元件達(dá)到規(guī)定的力學(xué)性能而進(jìn)行的熱處理，通常采用 40MnB、40Cr、35CrMoA、25Cr2MoVA（即淬火加高溫回火

34、）達(dá)到要求的（例如坯料硬度過高，難以進(jìn)行切（退火或正火加回火），以降低硬度，便3）高壓緊固件的熱處理 高壓緊固件，特別是高壓容器的螺柱，如高壓容器螺柱的調(diào)質(zhì)處理以及要求在正火、正火加回火或調(diào)質(zhì)狀態(tài)使用的熱加工受壓元件的熱處理，如果無法直接從熱處理后的工件上割取力學(xué)性能試樣，則必須制備熱處理試件，以檢查受壓元件在熱處理后是否達(dá)到要求的力學(xué)性能。對(duì)于鋼板制造的受壓元件，母材熱處理試板應(yīng)與受壓元件一起進(jìn)行熱處理。試板的尺 寸應(yīng)滿足力學(xué)性能試樣的取樣（包括復(fù)驗(yàn)取樣）要求，且.不應(yīng)小于3t >3t述，其中t為鋼板厚度。對(duì)于熱處理后需做力學(xué)性能的緊固件，應(yīng)按批做熱處理試樣。每批系指具有相同鋼號(hào)、 相同爐罐號(hào)、相同斷面尺寸、相同制造工藝、同時(shí)投產(chǎn)的同類緊固件。5. 奧氏體不銹鋼的固溶處理與穩(wěn)定化熱處理1）奧氏體不銹鋼產(chǎn)