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溫度，保溫一定時間后緩慢冷卻（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、去應力退火和再結(jié)晶退火等。下面簡要介紹完全退火、去應力退火和再結(jié)晶退火對鋼 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小。隨爐冷卻至Ar 3以下時，奧氏體中首先析出鐵素體，繼續(xù)冷卻至 Ari,以下時，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)應力。b）去應力退火去應力退火是將鋼件加熱到 Aci以下100200'C，保溫一段時間（在壓力容器制造中通 常按1h/25mm計算）后，緩慢冷卻的

3、工藝方法，其目的是去除或降低冷成形、焊接等所產(chǎn) 牛的磚全應力穩(wěn)寧結(jié)構(gòu)尺寸。去應力退火時，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)生的應力松弛來實現(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）會導致冷加工硬化，使材料的強度、硬度提高，塑性、韌性降低，并產(chǎn)生較大的內(nèi)應力。再結(jié)晶退火是將鋼件加熱到不超過AC1的溫度，經(jīng)適當保溫后隨爐緩慢冷卻的工藝操作。由于溫度升高時原子活動能力增大，使冷變形時破碎的、被拉長或壓扁的晶粒， 通過新晶體形核及核長大的過程變?yōu)榫鶆蚣毿〉牡容S晶粒，

4、從而消除鋼件的內(nèi)應力和冷加工硬化，降低鋼件的強度和硬度，恢復其塑性和韌性。應當指出， 再結(jié)晶不是一個相變過程，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，退火加熱時保溫時間越長，越可使再結(jié)晶過程在較低的溫度下完成， 實際生產(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小，因此，鋼件經(jīng)正火處理后，除能細化晶粒外，還能獲得較高的強度和

5、較好的綜合力學性能。與完全退火相比，正火處理不但能獲得較高的力學性能，而且生產(chǎn)周期短，經(jīng)濟簡便，因而在可能的條件下，通常優(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。對于較厚的壓力容器用鋼板，正火處理能使鋼板在整個截面上具有比熱軋狀態(tài)更為均勻的細晶組織和更為均勻的力學性能，因此GB 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（法蘭、管板、 平蓋等）的厚度大于50mm的20R和16MnR以及厚度大于16mm的15MnVR鋼板應在正火 狀態(tài)下使用。 淬火淬火是把鋼加熱到臨界點（對于亞共析鋼為 AC3，對于共析鋼和過共析鋼為 ACi）以上 3050 C,

6、經(jīng)適當保溫后快速冷卻的熱處理工藝。淬火處理會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Aci以下的適當溫度，保持一定時間，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，需要進行回火處理?；鼗鸬哪康氖牵航档弯摷拇嘈?；消除或降低內(nèi)應力；通過調(diào)整回火溫度獲得所要求的力學性能；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（5006

7、50C）。淬火后的鋼件經(jīng) 高溫回火后得到的組織為回火索氏體，具有強度、硬度、塑性和韌性都較好的綜合力學性能。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、恢復或達到規(guī)定力學性能的熱處理以及奧氏體不銹鋼的固溶處理和穩(wěn)定化

8、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力，改善焊接接頭的組織與性能。焊后若能 立即進行熱處理，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 須進行熱處理且有抗晶間腐蝕要求時，可進行固溶處理或穩(wěn)定化熱處理（詳見本節(jié)第5條）。 對于碳

9、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，相當于本節(jié)概述中的去應力退火，因此又稱為焊后消除應力熱處理。 熱處理的主要目的是降低殘余應力，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， 對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力的機理是：隨著溫度的升高，材料的屈服限或屈服強度）將降低，經(jīng)過一定時間的保溫， 可使焊接接頭中較高的殘余應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 （或屈服強度）的水平，如果在高溫下停留的時間較長，還會因蠕

10、 變變形所產(chǎn)生的應力松弛使殘余應力進一步降低。 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 溫度和保溫時間，防止奧氏體晶粒粗化，從而在冷卻后獲得均勻的細晶組織，達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高于消除應力熱處理的溫度，當然也能起到消除或降低焊接殘余應力的作用。除了電渣焊焊接接頭的細化晶粒熱處理外，以下情況也應視為高于上轉(zhuǎn)變溫度的焊后熱處理。a）先拼板后成形的封頭或其他受壓元

11、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行正火或淬火處理時，則這種熱處理對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行熱成形的受壓元件，通常要求在正火（或相當于正火的熱成形）后再進行回火處理，對于焊接接頭來說，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)變溫度進行的焊后熱處理。 在壓力容器的制造

12、中很少采用上下轉(zhuǎn)變溫度之間的焊后熱處理，個別材料（如lOMoWVNb ）與碳鋼或低合金鋼相焊時，可能會涉及這樣的焊后熱處理。這是因為這種材料（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行焊后熱處理時，就會使碳鋼 （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改變材料的供貨狀態(tài)，影響材料的力學性能，因此，在進行這樣的焊后熱處理之前，必須進行充分的試驗和焊接工藝評定，以驗證熱處理后碳鋼或低合金鋼一側(cè)的母材和焊接接頭的性能能否

13、滿足要求。2）容規(guī)、GB 150等標準關(guān)于容器或其受壓元件在什么情況下需進行焊后熱處理的規(guī) 定容器及其受壓元件符合下列條件之一者，應進行焊后熱處理，但奧氏體不銹鋼的焊接接頭，除圖樣另有規(guī)定外可不進行熱處理。 A、B類焊接接頭處鋼材厚度3符合以下條件者：a）碳素鋼、15MnNbR、07MnCrMoVR 厚度大于32mm（如焊前預熱100C以上時，厚 度大于38mm）;b）16MnR及16Mn厚度大于30mm（如焊前預熱100 C以上時，厚度大于 34mm ）;c） 15MnVR及15MnV厚度大于28mm（如焊前預熱100 C以上時，厚度大于 32mm ）;d）任意厚度的 18MnMoNbR、1

14、3MnNiMoNbR、15CrMoR、14Cr1MoR、12Cr2Mo1R、 20MnMo、 20MnMoNb、15CrMo、12Cr1MoV、12Cr2Mo1 和 1 Cr5Mo 鋼。注:對于鋼材厚度 3不同的焊接接頭，上述厚度按薄者考慮；對于異種鋼材相焊的焊接接頭，按熱處理嚴者確定。 圖樣注明有應力腐蝕的容器，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 做強度計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。 碳鋼、低合金鋼制的焊有分程隔板的管箱和浮頭

15、蓋以及管箱的側(cè)向開孔超過113圓筒內(nèi)徑的管箱。 拼接后的管板。 用鋼板拼接焊制的設備法蘭。 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在焊后進行細化晶粒的 正火或正火加回火處理。3）焊后熱處理的溫度和保溫時間溫度和保溫時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)標準的規(guī)定。b）調(diào)質(zhì)或正火加回火狀態(tài)供貨的鋼材進行低于下轉(zhuǎn)變溫度的焊后熱處理時，熱處理溫 度應低于鋼材的原回火溫度（經(jīng)試驗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，熱處理溫度應按兩者要求溫度的較高者。d）非受壓元件與受壓元件相焊時，熱處

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

17、騎坐式接管）、殼體（或封頭）厚度、補強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，取對接處的管子厚度；管子與管板相焊時取焊縫厚度。非受壓元件與受壓元件相焊時，取焊接處的焊縫厚度。焊接返修時，SWHT為返修深度。對于同一爐內(nèi)進行焊后熱處理的壓力容器及受壓元件，SWHT應取上述所有焊后熱處理厚度的最大值。b）對于低于下轉(zhuǎn)變溫度的焊后熱處理，當母材為碳素鋼和強度型低合金鋼（即焊接工藝評定中材料的類別號為I、II、III、VI類）且wht WJOmm時，最短保溫時間為SwHT/25h,且不少于1/4 h，當Swht > 125mm時，最短保溫時間為2+1/4 （SPwht 50）/

18、25 h;對 于焊接工藝評定中類別號為W類和V類的材料，當Swht < 125mm時，最短保溫時間為SwHT/25h，且不少于 1/4 h，當 Swht > 125mm 時，為5+1/4XPhT 125）/25 h。c）當碳素鋼和強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）溫度低于JBIT4709-2000表6規(guī)定溫度的下限值時，其最短保溫時間應按表1-6-1的規(guī)定。衷14" 焊后熱處理溫度低于規(guī)足值的溫的閭比規(guī)定湍度范鬧下限値降低溫度議值.V謐'I降低溫度后最短保溫吋間匕h252554&01011020 3>1>最血保溫対間適用F焊

19、后熱處理厚度5nvjfT不人干25mm的焊件，當6大于25mm時，厚度每增期|短保逼時間應增加2）僅適用于碳素鋼和托MnR軋d）對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，保溫時間不宜過長， 一般為每毫米厚度保溫 0.5 1分鐘左右，在確定保溫時間時，可參考鋼材生產(chǎn)單位的正火處理工藝，并應經(jīng)母材和焊接接頭的熱處理工藝試驗驗證。e）壓力容器或受壓元件焊后熱處理的累計保溫時間應不大于相應的焊接工藝評定試件 保溫時間的1.25倍。4）焊后熱處理的方法及其應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

20、力容器或受壓元件整體放在封閉的爐內(nèi)進行熱處理。需要進行焊后熱處理的容器或其受壓元件應優(yōu)先采用這種方法進行熱處理，容規(guī)規(guī)定高壓容器、中壓反應容器和儲存容器、盛裝混合液化石油氣的臥式儲罐、 移動式壓力容器應采用爐 內(nèi)整體熱處理。b）壓力容器或其受壓元件在爐內(nèi)進行整體焊后熱處理時，產(chǎn)品試板應與容器或其受壓 元件同爐進行熱處理。c）爐內(nèi)整體焊后熱處理的操作應符合如下規(guī)定：焊件進爐時爐內(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200C/h,最小可為50C/h;升溫時，加熱區(qū)內(nèi)任意 s000 mm長度內(nèi)的溫差不得大

21、于 120 C ;保溫時，加熱區(qū)內(nèi)最咼與最低溫度之差不宜超過65C ;升溫及保溫時應控制加熱區(qū)氣氛，防止焊件表面過度氧化；爐溫高于400C時，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，爐溫不得高于400C，出爐后應在靜止空氣中繼續(xù)冷卻。d）爐內(nèi)整體熱處理，應在容器 （或同爐熱處理的多臺容器或受壓元件）的代表性部位設置若干測溫點，相鄰測溫點的距離不宜超過5000mm。 整體熱處理大型壓力容器（如大型球罐），無法在爐內(nèi)進行整體熱處理時，可采用內(nèi)燃法、熱風法 和電熱法等方法進行整體熱處理。熱處理時應對容器進行妥善保溫（對于球罐，要求保溫

22、層外表面溫度不高于 60C ），并布置足夠的測溫點（相鄰測溫點的距離不宜超過5000mm）以測量殼體各代表性部位的溫度。升溫、降溫速率以及升溫、降溫過程中相鄰測溫點的溫差， 可參照前述爐內(nèi)整體熱處理的規(guī)定（對于球罐，應符合 JB12337-1998中條的規(guī)定）。壓力容器進行焊后整體熱處理時，產(chǎn)品試板應與殼體緊貼，與容器一起進行熱處理。 分段熱處理大型壓力容器也可進行爐內(nèi)分段熱處理。分段熱處理時，其重復加熱長度應不少于1500mm,爐內(nèi)部分的熱處理操作應符合前述爐內(nèi)整體熱處理的規(guī)定。爐外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。 局部熱處理B、C、D類焊接接頭，球形封頭與圓筒相連的

23、A類焊接接頭以及缺陷焊補部位允許采用局部熱處理。局部熱處理時，環(huán)向焊接接頭每側(cè)加熱寬度應不小于鋼材厚度的2倍，按管與殼體相焊時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)應設置測溫點?？拷訜岬牟课粦扇”卮胧?，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、幾天甚至更長的時間以后再發(fā)生。焊接接頭中存在的氫、 硬脆組織和應力是導致冷裂紋的主要因素。在許多情

24、況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，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，但是當液相金屬凝成固相時，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散至焊縫金屬的表面而外逸到大氣中，一部分氫原子擴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

25、分子，體積急驟增大，使這些空隙部位處于高壓狀態(tài)，并在某些細小空隙的尖端產(chǎn)生高應力。此外，由于焊接應力（包括熱應力、相變形成的組織應力以及拘束條件等引起的應力）的存在，也會在一些內(nèi)部缺陷或表面缺陷的前沿產(chǎn)生應力集中。溶于鋼中的氫原子在應力梯度的驅(qū)動下擴散到上述這些高應力部位而 濃集起來，使此處的金屬結(jié)合強度降低，如果這些部位存在硬脆組織，則當氫的濃度達到某一臨界值時，就會在應力的作用下產(chǎn)生微裂紋，然后在擴散氫、應力和硬脆組織同時存在的條件下，微裂紋就逐步擴展成宏觀裂紋。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，提高氫在鋼中的擴散系數(shù)，使焊縫金屬中過飽和

26、狀態(tài)的氫原子加速擴散逸出到大氣中，從而防止冷裂紋的產(chǎn)生。 對于冷裂紋敏感性較大的低合金鋼（如Sb540Mpa的高強度鋼）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），以及焊接試驗確定需作消氫處理的焊接接頭，應在焊后進行消氫處理。消氫處理必須在焊后立即進行。消氫處理的溫度一般為200350 C,保溫時間與焊接接頭的厚度有關(guān)，一般應不少于半小時。有消氫處理要求的焊接接頭，如果焊接結(jié)束后立即進 行焊后熱處理，則可免做消氫處理。4.恢復或達到規(guī)定力學性能的熱處理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，當成形時的變形量較大時，會產(chǎn)生明顯的冷

27、加工硬化， 使材料的強度、硬度提高，塑性、韌性降低，同時還會產(chǎn)生較大的內(nèi)應力。為恢復材料的力 學性能，消除或降低殘余加工應力，必要時應對冷成形或中溫成形的受壓元件進行熱處理。 對于碳素鋼和低合金鋼制受壓元件，這種熱處理相當于再結(jié)晶退火或消除應力退火。冷成形或中溫成形的受壓元件是否需要進行熱處理，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。加工變形率£按以下方法計算。a）鋼板成形零件的加工變形率單曲率成形（如鋼板卷圓）:£ =（0.5 S /Rffl/Ro） 100%（1-6-1）雙曲率成形（如筒體折邊、封頭成形）：£

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

29、低合金鋼受壓元件，應在成形后進行熱處理：a）碳素鋼、16MnR圓筒的厚度不小于圓筒內(nèi)徑的3%（相當于加工變形率3%其他低合金鋼圓筒的厚度不小于圓筒內(nèi)徑的2.5%（相當于加變形率 2.5%）;b）冷成形的封頭；c）有耐應力腐蝕要求時，冷彎U形管的彎管段以及相鄰的至少150 mm長的直管段。 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 是否需在成形后進行熱處理。對于鋼板成形的受壓元件，原則上，雙曲率成形時加工變形率大于5%;單曲率成形時加工變形率大于3%（僅適用于碳素鋼和16Mn

30、R材料）或2.5%（其他低合金鋼），且符合下列條件之一者，應在成形后進行熱處理：a）使用介質(zhì)的毒性為極度危害或高度危害；b）介質(zhì)對材料有應力腐蝕危害時；c）成形后厚度減薄大于 10%;d）材料要求進行常溫或低溫沖擊試驗；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行熱處理。一般說來，冷加工變形程度過大時，例如加工變形率大于15%，或者介質(zhì)對材料有應力腐蝕危害時，應在設計圖樣上提出對此類奧氏體不銹鋼的冷成形受壓元件進行熱處理的要 求。這方面的詳細規(guī)定見 HG20584-1998。此外，美國ASME規(guī)范規(guī)定，冷成形的奧氏體不銹鋼受壓元件在設計溫度和加工

31、變形 率超過某一限度時，應進行成形后的熱處理。舉例來說，對于304型和316型奧氏體不銹鋼受壓元件，當設計溫度在580C至675 C的范圍內(nèi)，且加工變形率超過 20%;或者設計溫度超 過675C，且加工變形率超過10%時，就應在冷成形后進行熱處理（詳見ASME規(guī)范第忸卷第1分冊UHA-44 ）。這方面的規(guī)定可供設計時參考。一冷成形的奧氏體不銹鋼受壓元件需作熱處理時，一般應進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性能，應根據(jù)要求的鋼材使用狀態(tài)按以下原則對熱加工的受壓元件（如熱成形的封頭、筒體等 ）進行必要的熱處理。a）受壓

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

33、重新進行調(diào)質(zhì)處理。e）奧氏體不銹鋼的熱加工受壓元件應控制熱加工終溫在850C以上，加工后應快冷（如鼓風或噴水冷卻）。如有晶間腐蝕傾向試驗要求，熱加工后應對工件本身或熱加工工藝試板進行試驗評定，若試驗結(jié)果不合格，則應進行固溶處理或穩(wěn)定化熱處理。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，通常采用40MnB、40Cr、35CrMoA、25Cr2MoVA和40CrNiMoA 等合金調(diào)質(zhì)鋼。此類緊固件應通過調(diào)質(zhì)處理（即淬火加高溫回火）達到要求的力學性能。調(diào)質(zhì)處理前應對坯料進行機械粗加工，必要時（例如坯料硬度過高，難以進行切削加工）,還應在機械粗加工前對坯料進行預備熱處理（退火或正火加回火）

34、，以降低硬度，便于切削加工，并使坯料的組織細化、均勻。4）熱處理試件為使受壓元件達到規(guī)定的力學性能而進行的熱處理，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到要求的力學性能。對于鋼板制造的受壓元件，母材熱處理試板應與受壓元件一起進行熱處理。試板的尺寸應滿足力學性能試樣的取樣 （包括復驗取樣）要求，且不應小于3t >3t述，其中t為鋼板厚度。對于熱處理后需做力學性能的緊固件，應按批做熱處理試樣。每批系指具有相同鋼號、 相同爐罐號、相同斷面尺寸、相同制造工藝、同時投產(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