1、SEIu改善钢的性能，主要有两条途径：u一是合金化u二是热处理u1、热处理：是指将钢在固态下加热、保温和冷却，以改变钢的组织结构，获得所需要性能的一种工艺.u为简明表示热处理的基本工艺过程，通常用温度时间坐标绘出热处理工艺曲线。 钢的热处理钢的热处理u2、热处理特点: 热处理区别于其他加工工艺如铸造、压力加工等的特点是只通过改变工件的组织来改变性能，而不改变其形状。 u3、热处理适用范围:只适用于固态下发生相变的材料，不发生固态相变的材料不能用热处理强化。 u4、热处理分类 u热处理原理：描述热处理时钢中组织转变的规律称热处理原理。u热处理工艺：根据热处理原理制定的温度、时间、介质等参数称热处
2、理工艺。其他热处理普通热处理表面热处理热处理退火正火淬火回火真空热处理形变热处理激光热处理控制气氛热处理表面淬火感应加热、火焰加热、电接触加热等化学热处理渗碳、氮化、碳氮共渗、渗其他元素等u物质由液态转变为固态的过程称为凝固。u物质由液态转变为晶态的过程称为结晶。u物质由一个相转变为另一个相的过程称为相变。因而结晶过程是相变过程。2.2钢的热处理基础知识钢的热处理基础知识玻璃制玻璃制品品水水晶晶u2.2.1金属的结晶金属的结晶u纯金属的结晶一、结晶的一般过程1、结晶的基本过程u结晶由晶核的形成和晶核的长大两个基本过程组成.u液态金属中存在着原子排列规则的小原子团，它们时聚时散，称为晶坯。在T0
3、以下, 经一段时间后(即孕育期), 一些大尺寸的晶坯将会长大，称为晶核。2.2钢的热处理基础知识钢的热处理基础知识u晶核形成后便向各方向生长，同时又有新的晶核产生。晶核不断形成，不断长大，直到液体完全消失。每个晶核最终长成一个晶粒，两晶粒接触后形成晶界。2.2.1金属的结晶金属的结晶2 2、晶核的形成方式、晶核的形成方式u形核有两种方式，即均匀形核和形核有两种方式，即均匀形核和非均匀形核。非均匀形核。u由液体中排列规则的原子团形成由液体中排列规则的原子团形成晶核称均匀形核。晶核称均匀形核。u以液体中存在的固态杂质为核心以液体中存在的固态杂质为核心形核称非均匀形核。形核称非均匀形核。3 3、晶核
4、的长大方式、晶核的长大方式u晶核的长大方式有两种，即均匀晶核的长大方式有两种，即均匀长大和树枝状长大。长大和树枝状长大。2.2.1金属的结晶金属的结晶均匀长均匀长大大树枝状长大树枝状长大u在正温度梯度下，晶体生长以平面状态向前推进。在正温度梯度下，晶体生长以平面状态向前推进。2.2.1金属的结晶金属的结晶正正温温度梯度度梯度u 实际金属结晶主要以树枝状长大.u 这是由于存在负温度梯度，且晶核棱角处的散热条件好，生长快，先形成一次轴，一次轴又会产生二次轴，树枝间最后被填充。2.2.1金属的结晶金属的结晶负温负温度梯度度梯度u树枝状长大树枝状长大2.2.1金属的结晶金属的结晶u二、同素异构转变u物
5、质在固态下晶体结构随温度变化的现象称同素异构转变。同素异构转变属于相变之一固态相变。u1、铁的同素异构转变u铁在固态冷却过程中有两次晶体结构变化，其变化为：2.2.1金属的结晶金属的结晶 -Fe -Fe -Fe1394912 -Fe -Fe -Fe纯铁纯铁的同素的同素异构转变异构转变u -Fe、 -Fe为体心立方结构为体心立方结构(BCC)， -Fe为面心立方结为面心立方结构构(FCC)。都是铁的同素异构体。都是铁的同素异构体。2.2.1金属的结晶金属的结晶 -Fe -Feu2、固态转变的特点、固态转变的特点u形核一般在某些特定部位形核一般在某些特定部位发生（如晶界、晶内缺陷、发生（如晶界、晶
6、内缺陷、特定晶面等）。特定晶面等）。l由于固态下扩散困难，因由于固态下扩散困难，因而过冷倾向大。而过冷倾向大。l固态转变伴随着体积变化固态转变伴随着体积变化，易造成很大内应力。，易造成很大内应力。2.2.1金属的结晶金属的结晶固固态态相相变变的晶界形核的晶界形核合金的结晶合金的结晶u合金的结晶过程比纯金属复杂，常用相图进行分析合金的结晶过程比纯金属复杂，常用相图进行分析.u相图是用来表示合金系中各合金在缓冷条件下结晶过程相图是用来表示合金系中各合金在缓冷条件下结晶过程的简明图解。又称状态图或平衡图。的简明图解。又称状态图或平衡图。2.2.1金属的结晶金属的结晶u铁碳合金相图铁碳合金相图 是研究
7、铁碳是研究铁碳合金最基本的工合金最基本的工具，是研究碳钢具，是研究碳钢和铸铁的成分、和铸铁的成分、温度、组织及性温度、组织及性能之间关系的理能之间关系的理论基础论基础,是制定热是制定热加工、热处理、加工、热处理、冶炼和铸造等工冶炼和铸造等工艺依据艺依据.2.2.2铁碳合金相图铁碳合金相图u铁碳合金铁碳合金碳钢和铸铁，是工业应用最广的合金。碳钢和铸铁，是工业应用最广的合金。u含碳量含碳量0.0218% 2.11%的称钢的称钢;2.11% 6.69%的称铸铁的称铸铁u铁和碳化合物：铁和碳化合物： Fe3C、 Fe2C、 FeC，u含碳量大于含碳量大于Fe3C成分（成分（6.69%）时，无实用价值。
8、）时，无实用价值。u实际所讨论的铁碳合金相图是实际所讨论的铁碳合金相图是Fe- Fe3C相图。相图。2.2.2铁碳合金相图铁碳合金相图FeFe3CFe2C FeCCC%(at%) u铁碳合金的组元和相铁碳合金的组元和相l 组元：组元：Fe、 Fe3Cl 相相l 铁素体：铁素体：l碳在碳在 -Fe中的固溶体称铁素体中的固溶体称铁素体, 用用F 或或 表示。表示。 u碳在碳在-Fe中的固溶体称中的固溶体称 -铁素体，用铁素体，用 表示。表示。 u都是体心立方间隙固溶体。铁素体的溶碳能力很低都是体心立方间隙固溶体。铁素体的溶碳能力很低,在在727时最大为时最大为0.0218%，室温下仅为，室温下仅为
9、0.0008%。u铁素体的组织为多边形晶粒，性能与纯铁相似。铁素体的组织为多边形晶粒，性能与纯铁相似。2.2.2铁碳合金相图铁碳合金相图铁铁素体素体u 奥氏体奥氏体:u碳在碳在 -Fe中的固溶体称奥氏体。用中的固溶体称奥氏体。用A或或 表示。表示。u是面心立方晶格的间隙固溶体。溶碳能力比铁素体大，是面心立方晶格的间隙固溶体。溶碳能力比铁素体大，1148时最大为时最大为2.11%。l组织为不规则多面体晶粒，组织为不规则多面体晶粒，晶界较直。强度低、塑性好，晶界较直。强度低、塑性好，钢材热加工都在钢材热加工都在 区进行区进行.l碳钢室温组织中无奥氏体。碳钢室温组织中无奥氏体。2.2.2铁碳合金相图
10、铁碳合金相图奥奥氏体氏体u 渗碳体：即渗碳体：即Fe3C, 含碳含碳6.69%, 用用Fe3C或或Cm表示。表示。uFe3C硬度高硬度高、强度低强度低( b 35MPa), 脆性大脆性大, 塑性几乎为零塑性几乎为零uFe3C是一个亚稳相，在一定是一个亚稳相，在一定条件下可发生分解：条件下可发生分解：Fe3C3Fe+C(石墨石墨), u由于碳在由于碳在 -Fe中的溶解度中的溶解度很小，因而常温下碳在铁碳很小，因而常温下碳在铁碳合金中主要以合金中主要以Fe3C或石墨的或石墨的形式存在。形式存在。 2.2.2铁碳合金相图铁碳合金相图铸铁铸铁中的石墨中的石墨钢钢中的渗中的渗碳碳体体u铁碳合金相图的分析
11、铁碳合金相图的分析2.2.2铁碳合金相图铁碳合金相图 LJNG +Fe3C +Fe3CL+Fe3CL+ + u 特征线特征线u 液相线液相线ABCD， 固相线固相线AHJECFD u 三条水平线：三条水平线：uHJB：包晶线：包晶线LB+H J uECF：共晶线：共晶线LC E+Fe3Cu共晶产物是共晶产物是 与与Fe3C的机械混的机械混合物，称作莱氏体合物，称作莱氏体, 用用Le表示表示。为蜂窝状。为蜂窝状, 以以Fe3C为基，性为基，性能硬而脆。能硬而脆。2.2.2铁碳合金相图铁碳合金相图莱莱氏体氏体uPSK：共析线：共析线 S FP+ Fe3Cu共析转变的产物是共析转变的产物是 与与Fe
12、3C的的机械混合物，称作珠光体，用机械混合物，称作珠光体，用P表示。表示。u珠光体的组织特点是两相呈片层珠光体的组织特点是两相呈片层相间分布相间分布,性能介于两相之间。性能介于两相之间。 PSK线又称线又称A1线线 。2.2.2铁碳合金相图铁碳合金相图u 其它相线其它相线uGS,GP 固溶体固溶体转变线转变线, GS又称又称A3 线。线。uHN,JN 固溶体转固溶体转变线，变线，uES碳在碳在 -Fe中的固溶中的固溶线。又称线。又称Ac m线。线。uPQ碳在碳在 -Fe中的固溶中的固溶线。线。2.2.2铁碳合金相图铁碳合金相图l 相区相区l 五个单相区：五个单相区： L、 、 、 、Fe3C
13、l 七个两相区七个两相区: L+ 、L+ 、L+Fe3C、 + 、 +Fe3C、 + 、 +Fe3C u 三个三相区：即三个三相区：即HJB (L+ + )、ECF(L+ + Fe3C)、PSK( + + Fe3C)三条水平线三条水平线 2.2.2铁碳合金相图铁碳合金相图 u工业纯铁的结晶过程工业纯铁的结晶过程 u合金液体在合金液体在1-2点间转点间转变为变为 ，3-4点间点间 ，5-6点间点间 。到。到7点，从点，从 中析出中析出Fe3C。NSJBH L+ + + 2.2.2铁碳合金相图铁碳合金相图u工业纯铁的结晶过程工业纯铁的结晶过程 2.2.2铁碳合金相图铁碳合金相图l从铁素体中析出的渗
14、碳体从铁素体中析出的渗碳体称三次渗碳体，用称三次渗碳体，用Fe3C表表示。示。 Fe3C以不连续网状以不连续网状或片状分布于晶界。或片状分布于晶界。l随温度下降，随温度下降，Fe3C量不断量不断增加，合金的室温下组织增加，合金的室温下组织为为F+ Fe3C。2.2.2铁碳合金相图铁碳合金相图u 共析钢的共析钢的结晶过程结晶过程 u合金液体在合金液体在1-2点间转变点间转变为为 。到。到S点点发生共析转发生共析转变：变： S P+Fe3C, 全部转变为全部转变为珠光体。珠光体。2.2.2铁碳合金相图铁碳合金相图u共析钢的结晶过程共析钢的结晶过程2.2.2铁碳合金相图铁碳合金相图u珠光体在光镜下呈
15、指纹状珠光体在光镜下呈指纹状.l珠光体中的渗碳体称共析渗碳体。珠光体中的渗碳体称共析渗碳体。lS点以下，共析点以下，共析 中析出中析出Fe3C，与共析，与共析Fe3C结合不易结合不易分辨。室温组织为分辨。室温组织为P.2.2.2铁碳合金相图铁碳合金相图u 亚共析钢的结晶过程亚共析钢的结晶过程u 0.090.53%C亚共析钢冷却时发生包晶亚共析钢冷却时发生包晶反应反应.u 以以0.45%C的钢为例的钢为例u 合金在合金在4点以前通过匀晶点以前通过匀晶包晶包晶匀晶匀晶反应全部转变为反应全部转变为 。到。到4点，由点，由 中析出中析出 。到。到5点点, 成分沿成分沿GS线变到线变到S点，点， 发生发
16、生共析反应转变为珠光体。温度继续下降共析反应转变为珠光体。温度继续下降， 中析出中析出Fe3C，由于与共析，由于与共析Fe3C结结合合, 且量少且量少, 忽略不计忽略不计. +Fe3CGSPABJH2.2.2铁碳合金相图铁碳合金相图u亚共析钢的结晶过程亚共析钢的结晶过程2.2.2铁碳合金相图铁碳合金相图u亚共析钢室温下的组织为亚共析钢室温下的组织为F+P .u在在0.02180.77%C 范围内范围内珠光体的量随含碳量增加而增加。珠光体的量随含碳量增加而增加。含含0.45%C钢钢的的组组织织含含0.20%C钢钢的的组织组织含含0.60%C钢钢的的组织组织2.2.2铁碳合金相图铁碳合金相图u 过
17、共析钢的结晶过程过共析钢的结晶过程 u合金在合金在12点转变为点转变为 , 到到3点点, 开始析出开始析出Fe3C。从奥氏。从奥氏体中析出的体中析出的Fe3C称二次渗称二次渗碳体碳体, 用用Fe3C表示表示, 其沿晶其沿晶界呈网状分布界呈网状分布.u温度下降温度下降, Fe3C量增加。量增加。到到4点，点， 成分沿成分沿ES线变化线变化到到S点，余下的点，余下的 转变为转变为P。2.2.2铁碳合金相图铁碳合金相图u过共析钢的结晶过程过共析钢的结晶过程过共析钢过共析钢室温组织为室温组织为P+ Fe3C 含含1.4%C钢钢的的组织组织2.2.2铁碳合金相图铁碳合金相图l 临界温度与实际转变温度l
18、铁碳相图中PSK、GS、ES线分别用A1、A3、Acm表示.实际加热或冷却时存在着过冷或过热现象，因此将钢加热时的实际转变温度分别用Ac1、Ac3、Accm表示;冷却时的实际转变温度分别用Ar1、Ar3、Arcm表示。2.2.2铁碳合金相图铁碳合金相图u钢在加热时的转变u加热是热处理的第一道工序。加热分两种：一种是在A1以下加热，不发生相变；另一种是在临界点以上加热，目的是获得均匀的奥氏体组织，称奥氏体化。 u加热是热处理的第一道工序。加热分两种：一种是在A1以下加热，不发生相变；另一种是在临界点以上加热，目的是获得均匀的奥氏体组织，称奥氏体化。 2.2.3钢的加热转变钢的加热转变2.2.3钢
19、的加热转变钢的加热转变影响奥氏体晶粒长大的因素影响奥氏体晶粒长大的因素u 加热温度和保温时间加热温度和保温时间: 加热温度高加热温度高、保温时间长保温时间长, 晶粒粗大晶粒粗大.u 加热速度加热速度: 加热速度越快加热速度越快,过热度越大过热度越大, 形核率越高形核率越高, 晶粒越细晶粒越细.l 合金元素：合金元素：l 阻碍奥氏体晶粒长大的元素阻碍奥氏体晶粒长大的元素: Ti、V、Nb、Ta、Zr、W、Mo、Cr、Al等碳化物和氮化物形成元素。等碳化物和氮化物形成元素。u 促进奥氏体晶粒长大的元素：促进奥氏体晶粒长大的元素：Mn、P、C、N。u 原始组织原始组织: 平衡状态的组织有利于获得细晶
20、粒。平衡状态的组织有利于获得细晶粒。u 奥氏体晶粒粗大，冷却后的组织也粗大，降低钢的常温力学性能，奥氏体晶粒粗大，冷却后的组织也粗大，降低钢的常温力学性能，尤其是塑性。因此加热得到细而均匀的奥氏体晶粒是热处理的关键尤其是塑性。因此加热得到细而均匀的奥氏体晶粒是热处理的关键问题之一。问题之一。2.2.3钢的加热转变钢的加热转变 冷却是热处理更重要的工序。冷却是热处理更重要的工序。u一、过冷奥氏体的转变产物及转变过程一、过冷奥氏体的转变产物及转变过程u处于临界点处于临界点A1以下的奥氏体称过冷奥氏体。过冷奥氏体以下的奥氏体称过冷奥氏体。过冷奥氏体是非稳定组织，迟早要发生转变。随过冷度不同，过冷是非
21、稳定组织，迟早要发生转变。随过冷度不同，过冷奥氏体将发生珠光体转变、贝氏体转变和马氏体转变三奥氏体将发生珠光体转变、贝氏体转变和马氏体转变三种类型转变。种类型转变。u现以共析钢为例说明：现以共析钢为例说明：2.2.4钢的冷却转变钢的冷却转变u 珠光体转变珠光体转变u 1、珠光体的组织形态及性能、珠光体的组织形态及性能u 过冷奥氏体在过冷奥氏体在 A1到到 550间将转变为珠光体类型组织，它是铁素体间将转变为珠光体类型组织，它是铁素体与渗碳体片层相间的机械混合物，根据片层厚薄不同与渗碳体片层相间的机械混合物，根据片层厚薄不同,又细分为珠光又细分为珠光体、索氏体和托氏体体、索氏体和托氏体.2.2.
22、4钢的冷却转变钢的冷却转变珠光体索氏体托氏体u2、珠光体转变过程、珠光体转变过程u珠光体转变也是形核和长大的过程。渗碳体晶核首先在珠光体转变也是形核和长大的过程。渗碳体晶核首先在奥氏体晶界上形成，在长大过程中，其两侧奥氏体的含奥氏体晶界上形成，在长大过程中，其两侧奥氏体的含碳量下降，促进了铁素体形核，两者相间形核并长大，碳量下降，促进了铁素体形核，两者相间形核并长大，形成一个珠光体团。形成一个珠光体团。l 珠光体转变是扩散型转变。珠光体转变是扩散型转变。2.2.4钢的冷却转变钢的冷却转变2.2.4钢的冷却转变钢的冷却转变u珠光体转变观察珠光体转变观察2.2.4钢的冷却转变钢的冷却转变2.2.4
23、钢的冷却转变钢的冷却转变u 贝氏体转变贝氏体转变u1、贝氏体的组织形态及性贝氏体的组织形态及性能能u过冷奥氏体在过冷奥氏体在550- 230 (Ms)间将转变为贝间将转变为贝氏体类型组织，贝氏体用氏体类型组织，贝氏体用符号符号B表示。表示。u根据其组织形态不同，贝根据其组织形态不同，贝氏体又分为上贝氏体氏体又分为上贝氏体(B上上)和下贝氏体和下贝氏体(B下下).2.2.4钢的冷却转变钢的冷却转变上贝氏体下贝氏体u 马氏体转变马氏体转变u当奥氏体过冷到当奥氏体过冷到Ms以下将以下将转变为马氏体类型组织。转变为马氏体类型组织。u马氏体转变是强化钢的重马氏体转变是强化钢的重要途径之一。要途径之一。u
24、1、马氏体的晶体结构、马氏体的晶体结构u碳在碳在 -Fe中的过饱和固溶中的过饱和固溶体称马氏体，用体称马氏体，用M表示。表示。u马氏体的形态分板条和针马氏体的形态分板条和针状两类。状两类。2.2.4钢的冷却转变钢的冷却转变马氏体组织u马氏体转变观察马氏体转变观察2.2.4钢的冷却转变钢的冷却转变u过冷奥氏体转变产物（共析钢）过冷奥氏体转变产物（共析钢） 2.2.4钢的冷却转变钢的冷却转变转变转变类型类型转变转变产物产物形成温形成温度，度， 转变转变机制机制显微组织特征显微组织特征HRC获得获得工艺工艺珠珠光光体体PA1650扩扩散散型型粗片状，粗片状，F、Fe3C相间分布相间分布5-20退火退
25、火S650600细片状，细片状，F、Fe3C相间分布相间分布20-30正火正火T600550极细片状，极细片状，F、Fe3C相间分布相间分布30-40等温等温处理处理贝贝氏氏体体B上上550350半扩半扩散型散型羽毛状，短棒状羽毛状，短棒状Fe3C分布于分布于过饱和过饱和F条之间条之间40-50等温等温处理处理B下下350MS竹叶状，细片状竹叶状，细片状Fe3C分布于分布于过饱和过饱和F针上针上50-60等温等温淬火淬火马马氏氏体体M针针MSMf无扩无扩散型散型针状针状60-65淬火淬火M*板条板条MSMf板条状板条状50淬火淬火压力容器筒体结构的分类u整体结构:为满足强度、刚度和稳定性要求所
26、需要的厚度（不包括为防腐而设置的衬层）是由一整块连续钢制成的结构。 u主要形式a)整体锻造：锻造的筒和筒之间用法兰或螺纹连接。主要用于超高压设备。压力容器筒体结构的分类压力容器筒体结构的分类ub)单层卷焊：应用普遍；u c)锻焊结构：总结了整体锻造和单层卷焊容器的优点，进行了有机的结合。质量 好，适用于重要场合，如核工业、加氢反应器等。压力容器筒体结构的分类压力容器筒体结构的分类ud)无缝钢管：公称直径较小容器压力容器筒体结构的分类压力容器筒体结构的分类ue)复合板结构：在一定厚度下很经济。复合板粗丙酮塔u1.2 组合式结构u1.2.1 定义：为满足强度、刚度和稳定性要求所需要的厚度是由钢板对
27、钢板、钢板对钢带、钢板对钢丝制成的结构。内筒是板式结构。u1.2.2 主要形式ua)多层包扎：最开始为美国专利，但现在已不存在专利了，南京大化机已研制成功。但此类设备制造工艺太复杂，生产工期长；压力容器筒体结构的分类压力容器筒体结构的分类ub)热套结构：内筒和外筒的配合采用过盈配合。在安装时外筒加热冷却后很好地与内筒结合在一起。适用于超大容器，有时分3层或更多层进行套合压力容器筒体结构的分类压力容器筒体结构的分类uc)绕板结构：是日本人发明的。自动化程度很高，先做内筒再用另一筒体搭接。虽然角焊缝受力不好、不好焊接且不易检测，但进行承压爆破试验效果很好。目前我国由于冶金能力有限，板长和宽度不太适
28、合，所以采用较少ud)钢板对钢带：中国人的发明，ASME已承认其可靠性。内筒单层卷焊，外层缠绕。钢带在缠绕时分左右两个方向，同时旋转方向相反。但缠绕后由于中间紧两端松，所以在承压能力上会低10。在小化肥生产装置中有一些应用压力容器筒体结构的分类压力容器筒体结构的分类ue)钢板对钢丝：内筒单层卷焊，外层用高强度的不锈钢丝缠绕，同时给内筒一定的压应力，承受的外压甚至等于设计压力，使设备在操作工况时压力趋于0。世界上设计压力最高的设备1000Mpa就是采用此种结构；uf)衬里容器：基层归GB150管辖，衬层GB150不管辖（不好制定制造、检验及验收的最低要求）。压力容器筒体结构的分类压力容器筒体结构
29、的分类u塑性变形对组织和性能的影响塑性变形对组织和性能的影响u金属发生塑性变形时，不仅外形发生变化，而且其内部金属发生塑性变形时，不仅外形发生变化，而且其内部的晶粒也相应地被拉长或压扁。的晶粒也相应地被拉长或压扁。u当变形量很大时，晶粒将被拉长为纤维状，晶界变得模当变形量很大时，晶粒将被拉长为纤维状，晶界变得模糊不清。糊不清。l塑性变形还使晶粒破碎为亚晶粒。塑性变形还使晶粒破碎为亚晶粒。2.3.2压力容器制造塑性变形对钢材性能的影响压力容器制造塑性变形对钢材性能的影响单晶体金属的塑性变形u单晶体受力后，外力在任何晶面上都可分解为正应力和切应力。正应力只能引起弹性变形及解理断裂。只有在切应力的作
30、用下金属晶体才能产生塑性变形。2.3.2压力容器制造塑性变形对钢材性能的影响压力容器制造塑性变形对钢材性能的影响外力在晶面上的分解外力在晶面上的分解切切应应力作用下的力作用下的变变形形锌单锌单晶的拉伸照片晶的拉伸照片2.3.2压力容器制造塑性变形对钢材性能的影响压力容器制造塑性变形对钢材性能的影响韧韧性性断断口口脆性解理脆性解理断断口口l塑性变形的形式：滑移和孪生塑性变形的形式：滑移和孪生l金属常以滑移方式发生塑性变金属常以滑移方式发生塑性变形。形。u 滑移滑移u滑移是指晶体的一部分沿一定滑移是指晶体的一部分沿一定的晶面和晶向相对于另一部分的晶面和晶向相对于另一部分发生滑动位移的现象。发生滑动
31、位移的现象。l 2.3.2压力容器制造塑性变形对钢材性能的影响压力容器制造塑性变形对钢材性能的影响u1、滑移变形的特点 ：u 滑移只能在切应力的作用下发生。产生滑移的最小切应力称临界切应力u 滑移常沿晶体中原子密度最大的晶面和晶向发生。2.3.2压力容器制造塑性变形压力容器制造塑性变形对钢材性能的影响对钢材性能的影响u滑移时，晶体两部分的相对位移量是原子间距的整数倍.u 滑移的同时伴随着晶体的转动2.3.2压力容器制造塑性变形对钢材性能的影响压力容器制造塑性变形对钢材性能的影响u 孪生u孪生是指晶体的一部分沿一定晶面和晶向相对于另一部分所发生的切变。2.3.2压力容器制造塑性变形对钢材性能的影
32、响压力容器制造塑性变形对钢材性能的影响u孪生的结果使孪生面两侧的晶体呈镜面对称。 u密排六方晶格金属滑移系少，常以孪生方式变形。体心立方晶格金属只有在低温或冲击作用下才发生孪生变形。面心立方晶格金属，一般不发生孪生变形，但常发现有孪晶存在，这是由于相变过程中原子重新排列时发生错排而产生的，称退火孪晶。2.3.2压力容器制造塑性变形对钢材性能的影响压力容器制造塑性变形对钢材性能的影响奥奥氏体不氏体不锈钢锈钢中退火中退火孪孪晶晶合金的塑性变形与强化合金的塑性变形与强化u合金可根据组织分为合金可根据组织分为单相固溶体单相固溶体和和多相混合物多相混合物两种两种.合金合金元素的存在，使合金的变形与纯金属
33、显著不同元素的存在，使合金的变形与纯金属显著不同2.3.2压力容器制造塑性变形对钢材性能的影响压力容器制造塑性变形对钢材性能的影响珠光体珠光体奥奥氏体氏体u一、应变硬化一、应变硬化u在常温下把材料拉伸到塑性变形，然后卸载，当再次加载时，将使材料的比例极限提高，而塑性减低。这种现象称为应变硬化（加工硬化、冷作硬化）u应变硬化应变硬化经退火，可消失。加工硬化可提高材料的抗变形能力，但塑性降低。2.3.2压力容器制造塑性变形对钢材性能的影响压力容器制造塑性变形对钢材性能的影响2.3.2压力容器制造塑性变形对钢材性能的影响压力容器制造塑性变形对钢材性能的影响冷塑性变形量，%屈服强度，MPa1040钢(
34、0.4%C)黄铜铜冷塑性变形量，%伸长率，%1040钢(0.4%C)黄铜铜u二、冷加工和热加工u从金属学的观点来区分，冷、热加工的分界线是金属的再结晶温度。u热加工或热变形热加工或热变形: 凡是在再结晶温度以上进行的塑性变形。u特点:热变形时加工硬化和再结晶现象同时出现，但加工硬化被再结晶消除，变形后具有再结晶组织，因而无加工硬化现象。u冷加工或冷变形冷加工或冷变形: 在再结晶温度以下进行的塑性变形。 特点：冷变形中无再结晶出现，因而有加工硬化现象。u Fe 的再结晶温度为的再结晶温度为451，其在，其在400 以下的加工仍为以下的加工仍为冷加工。而冷加工。而 Sn 的再结晶温度为的再结晶温度
35、为-71，则其在室温下的，则其在室温下的加工为热加工加工为热加工2.3.2压力容器制造塑性变形对钢材性能的影响压力容器制造塑性变形对钢材性能的影响u三、各向异性u非金属夹杂物经过热加工呈纤维状，金属再结晶时，金属中就含有纤维组织；第二项合金在金属中呈带状组织。u因此金属材料力学性能产生方向性：ua、平行纤维组织方向的强度、塑性和韧性提高；ub、垂直方向的塑性和韧性降低；uc、变形越大，性能差异越明显。 u因势利导：纤维组织的稳定性高，不能用热处理方法加以消除。压力容器设计时， 应尽可能使零件在工作时产生的最大正应力与纤维方向重合，最大切应力方向与纤维方向垂直。2.3.2压力容器制造塑性变形对钢
36、材性能的影响压力容器制造塑性变形对钢材性能的影响u在加工亚共析钢时，发现钢中的在加工亚共析钢时，发现钢中的F与与P呈带状分布，这种呈带状分布，这种组织称带状组织。组织称带状组织。u带状组织与枝晶偏析被沿加工方向拉长有关。可通过多带状组织与枝晶偏析被沿加工方向拉长有关。可通过多次正火或扩散退火消除次正火或扩散退火消除2.3.2压力容器制造塑性变形对钢材性能的影响压力容器制造塑性变形对钢材性能的影响u四、应变时效 u应变时效：经冷加工塑性变形的碳素钢、低合金钢，在室温下停留较长时间，或在较高温度下停留一定时间后，会出现屈服点和抗拉强度提高，塑性和韧性降低的现象，称为应变时效。u应变时效危害：发生应
37、变时效的钢材，不但冲击吸收功大幅度下降，而且韧脆转变温度大幅度上升，表现出常温下的脆化。u降低应变时效的措施：一般认为，合金元素中，碳、氮增加钢的应变时效敏感性。减少碳、氮含量，加入铝、钛、钒等元素，使它们与碳、氮形成稳定化合物，可显著减弱钢的应变时效敏感性。2.3.2压力容器制造塑性变形对钢材性能的影响压力容器制造塑性变形对钢材性能的影响u钢制压力容器绝大多数是钢板卷焊和锻焊结构。许多热处理是结合热成型工艺进行的。u总体讲，压力容器用钢热处理类别不多，常见有：正火、淬火、回火、消除应力退火等。奥氏体不锈钢有固溶处理和稳定化处理。退火u将钢加热到高于或等于奥氏体化临界点，保温一段时间后，缓慢冷
38、却，以获得接近平衡组织的热处理工艺。u在压力容器制造过程中应用最多的是去应力退火。2.3.3压力容器常用热处理工艺压力容器常用热处理工艺u去应力退火的目的：1、消除复合钢板复层贴合后的残余应力；2、消除产品封头、筒体等零部件冷成型及中温成形后的残余应力；3、消除焊接接头中的内应力和冷作硬化，提高接头抗脆断的能力；4、稳定焊接结构件的形状；5、消除焊件在焊后机加工和使用中的变形；6、促使焊缝金属中的氢完全向外扩散，提高焊缝的抗裂性和韧性。u习惯称为：高温回火或焊后热处理。2.3.3压力容器常用热处理工艺压力容器常用热处理工艺再热裂纹u再热裂纹：分两种情况u1、焊接时未产生，消除应力热处理时产生，
39、简称SR裂纹u2、长期处于高温条件下使用的容器，也会出现类似的裂纹u再热裂纹的特征u1、裂纹产生的部位均在近缝区的粗晶粒区，终止于细晶区，具有晶间性质，裂纹并不一定是连续的，而焊缝和母材均不产生裂纹；u2、必须有大的残余应力和应变，一般均发生在应力集中处。焊缝向母材过渡不平滑，如：咬边、焊瘤、未焊透、边缘未融合、余高过大u3、焊后不会自行发生，与焊后消应处理的加热温度和加热时间密切相关。低合金高强钢，500700，600附近最敏感。2.3.3压力容器常用热处理工艺压力容器常用热处理工艺产生再热裂纹的影响因素u1、焊缝成形的影响：焊缝的成形能影响应力集中的大小u2、预热的影响：预热能使冷却速度放
40、慢，通常会降低热影响区的硬度，防止产生淬硬组织，并且使残余应力和变形减到最小，并加速氢的扩散，有利于防止产生再热裂纹。u规程要求：uGB50094-1998球形储罐施工及验收规范对不同厚度常用钢材规定了焊前预热温度uJB/T4709-2000钢制压力容器焊接规程对常用钢材牌号推荐预热温度2.3.3压力容器常用热处理工艺压力容器常用热处理工艺u3、后热时加热速度的影响u加热速度对产生再热裂纹时的塑性变形量有影响。塑性变形量小，易于产生再热裂纹。u4、后热温度和保温时间的影响u5、化学成分的影响u经验公式，应用应慎重。在一般应用场合，宜进行焊接工艺试验以确定该焊件的钢材有无产生再热裂纹的可能2.3
41、.3压力容器常用热处理工艺压力容器常用热处理工艺防止再热裂纹的措施u （1）焊接的预热和后热u 适当提高预热温度，提高焊后加热的加热速度和温度，并越过再热裂纹敏感温度区。u （2）控制适宜的线能量u 控制线能量的目的：避免过快冷，产生马氏体；避免过慢冷，防止出现低塑性的组织u 单纯企图增大线能量降低再热裂纹敏感性的方法并不可取。应根据焊评结果控制线能量。u （3）焊接接头的匹配性u （4）采用回火焊道u （5）不采用再热开裂敏感的材料u （6）制定合理的焊接顺序，减少焊接应力u （7）改进焊接接头的设计2.3.3压力容器常用热处理工艺压力容器常用热处理工艺正火u将钢加热至奥氏体化温度并保温使之
42、均匀化后，在空气中冷却的热处理工艺。u压力容器钢板正火一般在钢厂进行，目的在于改善热轧状态钢板的力学性能，主要是提高塑性和韧性。u对于低温容器用钢，通过正火可细化晶粒，达到低温韧性要求。u过热：钢在加热时，由于温度过高，并且较长时间保温，会使晶粒长得恨粗大，致使性能显著降低的现象。可通过正火或高温扩散退火等方法矫正和恢复。u过烧：钢加热时加热温度比过热温度还要高，达到固相线附近时，会发生晶界开始部分熔化或氧化的现象。不能用热处理方法恢复，只能报废。2.3.3压力容器常用热处理工艺压力容器常用热处理工艺淬火：u钢加热到临界点以上，保温后迅速冷却，以得到马氏体或贝氏体组织的热处理工艺。u压力容器用
43、低碳钢、低合金钢淬火的目的是为获得低碳马氏体（板条马氏体）或贝氏体组织。u压力容器用钢淬火一般采用水冷，主要有：u喷淋淬火：喷淋装置u在强烈循环水中进入淬火：用水泵u浸入法：水槽2.3.3压力容器常用热处理工艺压力容器常用热处理工艺回火u将淬火或正火后的钢加热到相变点以下某一选定温度，并保温一段时间，然后以适当的速度冷却，以消除淬火或正火所产生的残余应力，增加钢的塑性和韧性的热处理工艺。u压力容器用钢回火一般采用高温回火处理，回火后的组织一般为回火马氏体或回火马氏体+回火贝氏体。对于正火后获得铁素体+珠光体组织的钢种一般没有必要进行高温回火。2.3.3压力容器常用热处理工艺压力容器常用热处理工
44、艺u回火脆性：指淬火钢在某些温度区间回火或从回火温度缓慢冷却通过该温度区间的脆化现象。u回火脆性可分为第一类回火脆性和第二类回火脆性。u第一类回火脆性又称不可逆回火脆性，主要发生在回火温度为250400时，在重新加热脆性消失后，重复在此区间回火，不再发生脆性u第二类回火脆性又称可逆回火脆性，发生的温度在400650，当重新加热脆性消失后，应迅速冷却，不能在400650区间长时间停留或缓冷，否则会再次发生催化现象。2.3.3压力容器常用热处理工艺压力容器常用热处理工艺u回火脆化：钢制压力容器在380570范围内长期运行，使钢材脆化的现象。u例如：2.25Cr-1Mo钢制热壁加氢反应器在高温高压临
45、氢环境中长期运行时，反应器器壁母材及对接焊缝金属的回火脆化。回火脆化的温度是根据压力-温度-材质曲线来定的2.3.3压力容器常用热处理工艺压力容器常用热处理工艺调质u钢材淬火后再进行高温回火的热处理工艺。u压力容器用低碳钢和低合金钢采用调质处理，可以提高钢材的强度和韧性，以更好发挥材料的潜力。稳定化处理u含稳定化元素的奥氏体不锈钢在850900加热，并保温一段时间，然后空冷，使碳充分与稳定化元素（如钛）形成碳化物，并使奥氏体晶内元素扩散均匀，从而提高抗晶间腐蚀性能的处理方法。2.3.3压力容器常用热处理工艺压力容器常用热处理工艺固溶化处理： 将奥氏体不锈钢加热至1100左右的高温并保温，使所有
46、碳化物充分溶入奥氏体中，然后以较快的速度冷却（一般采用水冷或风冷），以获得碳化物完全固溶于奥氏体基体内均匀的单相组织，从而提高抗晶间腐蚀性和延展性的工艺方法。2.3.3压力容器常用热处理工艺压力容器常用热处理工艺室温下18-18-2钢接触聚合硫酸一小时后产生的晶间裂纹u不锈钢在腐蚀介质作用下，在晶粒之间产生的一种腐蚀现象称为晶间腐蚀。产生晶间腐蚀的不锈钢，当受到应力作用时，即会沿晶界断裂、强度几乎完全消失，这是不锈钢的一种最危险的破坏形式。晶闸腐蚀可以分别产生在焊接接头的热影响区、焊缝或熔合线上，在熔合线上产生的晶间腐蚀又称刀状腐蚀。2.3.3压力容器常用热处理工艺压力容器常用热处理工艺u敏化
47、温度区u不锈钢产生晶间腐蚀与钢的加热温度和加热时间有关。1Cr18Ni9Ti不锈钢的晶间腐蚀与加热温度和加热时间的关系，当加热温度小于450或大于850时，不会产生晶间腐蚀。因为温度小于450时，由于温度较低，不会形成碳化铬化合物；而当温度超过850时 ，晶粒内的铬扩散能力增强，有足够的铬扩散至晶界和碳结合，不会在晶界形成贫铬区。450850称“敏化温度区”，其中尤以650为最危险。2.3.3压力容器常用热处理工艺压力容器常用热处理工艺压力容器用有色金属的热处理u压力容器常用有色金属有铜、铝、钛、镍及其合金，它们都具有优良的塑性和韧性，以及对某些介质的耐腐蚀性。u有色金属压力容器，一般不热处理
48、或仅进行退火处理。铜uJB/T4755-2006 铜制压力容器铜制压力容器u容规容规第第19条条 铜及铜合金用于压力容器受压元件时，一般应为退火状态。u纯铜：T2、T3、T4和TUP，工业纯铜常用热处理方式为再结晶退火，5007000u铜合金：退火来改善冷加工性能，黄铜（锌）550700；白铜（镍）6007002.3.3压力容器常用热处理工艺压力容器常用热处理工艺铝：JB/T4734-2002铝制焊接容器u一般不进行热处理或仅进行退火处理。退火温度300500钛钛：JB/T4745-2002钛制焊接容器u用于制造压力容器壳体的钛材应在退火状态下使用。u钛材压力容器一般不要求进行热处理，对在应力
49、腐蚀环境中使用的钛容器或使用中厚板制造的钛容器，焊后或热加工后应进行消除应力退火。钛钢复合板爆炸复合后，应做消除应力退火处理。2.3.3压力容器常用热处理工艺压力容器常用热处理工艺镍：JB/T4756-2006镍及镍合金制压力容器u用于制造压力容器主要受压元件的镍村应在退火状态下使用，换热器用线性镍管应在消除应力退火状态下使用。u镍村热成形的加热温度及加热度及加热炉气氛应严格控制，防止硫脆污染。2.3.3压力容器常用热处理工艺压力容器常用热处理工艺u（一）依据u设计文件、技术规程、规范等u（二）原则u1、先进性：充分运用新技术，新工艺，u2、经济性：抵消耗、低成本，达到目的u3、安全性：保证施
50、工质量，降低操作人员的劳动强度，无超标的污染u具体体现在：u1、工艺要有充分的可靠性。u未完全掌握的，生产前要进行必要的验证和小型试验或工艺评定2.4制定焊后热处理工艺规程制定焊后热处理工艺规程u2、合理利用能源：采用节能的工艺和设备u3、注意环境安全、卫生：注意燃烧、爆炸、有毒气体的防范，现场有预防事故发生和扩大的必要装备u4、工艺要与施工条件、操作工人技术水平相适应u5、工艺要留有余地：一旦出现问题，能有挽救的余地和办法。盲目高标准，有可能导致无法实现或失效u6、选用的机具应便于操作u7、工艺规程应经有关负责人或部门审查、批准后实施2.4制定焊后热处理工艺规程制定焊后热处理工艺规程（三）工
