大型筒體和封頭的熱處理

發布時間：2020-04-13 人氣：

厚壁容器材料的各種性能主要靠鋼中加入C和合金元素來保證，一旦成分確定之后,熱處理則起決定性作用，特別是對厚截面制件的韌性而言,沒有一個合理的熱處理制度就難以達到要求的指標。實踐說明,鍛件的預備熱處理和其后的性能熱處理都是達到預期目標的必要手段。

一、預備熱處理

預備熱處理通常是在鍛后熱處理中完成。由于冶煉技術的進步，鋼中氫含量和雜質元素已得到了有效控制，所以鍛后熱處理的主要目的是調整和細化晶粒，為性能熱處理做組織準備以及接受粗加工后的超聲波探傷。通過對A533B鋼研究后指出，鐵素體、貝氏體及馬氏體型顯微組織的微觀解理斷裂應力）兩者主要由碳化物尺寸和分布來控制，特別是在組織中出現***粗的碳化物時，顯得***有害于韌性。因此，預備熱處理還有改善碳化物尺寸和分布的任務。
防止大型鍛件中的晶粒粗大和不均勻，除了要在冶煉、鑄錠和鍛造中采取必要措施外，在熱處理中應得到盡量的補償。一般是采用多次正火的方法細化晶粒，***次的奧氏體化溫度要高些,有利于合金元素的擴散，,消除微區偏析，并割斷原始粗晶與再奧氏體化后晶粒之間的聯系，但這時得到的晶粒要粗些。第二次奧氏體化時則選擇晶粒不致發生顯著長大的溫度。
對25CrNi3MoVA鋼大鍛件研究后提出了細化高淬透性鋼大鍛件奧氏體晶粒的基本原則，首先要在兩個臨界溫度區向內實現快速加熱,其次是采用多次中間熱處理，包括加熱到Ac3+10℃，使阿爾法—7轉變完全地進行和形成奧氏體合金化程度***低,以及從Ac3+10℃緩慢冷卻，使過熱組織于奧氏體在珠光體區內完全分解時(在冷卻過程中可采用在珠光體區奧氏體穩定性***小的溫度等溫保持)被破壞掉。***后在壓低溫度下進行淬火,保證鍛件完全淬透而得到貝氏體組織。
研究了用中間高溫回火對不同形態貝氏體組織的26CrNi3MoVA鋼類粗晶轉子二次加熱時晶粒細化的影響后指出，將預先650℃回火的粗晶粒鋼以50℃/h的速度加熱到860℃時，無論是由于加熱到奧氏體化溫度時的再結晶過程，還是由于隨后等溫轉變和二次結晶時形成鐵素體-滲碳體組織，都可以達到晶粒細化。在預先回火的鋼中，當奧氏體擴散分解時，無論沿著原始晶粒的晶界，還是在晶粒內，都形成鐵素體相，而未回火鋼的分解只有沿著奧氏體晶界才形成鐵素體相。試驗結果表明，以50℃/h的速度加熱，借助于中間高溫回火或與等溫擴散退火相結合的回火，可以使轉子鋼大鍛件在熱處理時晶粒明顯地細化。

以上兩種方法對打破晶粒遺傳、細化晶粒的作用在容器鍛件熱處理中可以借鑒，特別是在需要重復地進行淬火之前，應當有選擇地使用。

Cr2. 25Mo、A508-3等淬透性較高的容器鋼大鍛件，鍛后通過一次正火很難得到均勻且細小的晶粒,因此不能期望在***終熱處理后總有高的韌性匹配和低的脆性轉變溫度。筒體預備熱處理常常采用兩次正火來完成，鋼筒節鍛后熱處理工藝。鍛造后的毛坯是在空冷至300℃后入爐熱處理，以便縮短高溫下的停留時間，完成一次組織轉變。它們再經過以后的調質處理，可得到7級以上的奧氏體晶粒，沖擊韌性相當好，而僅采用940℃正火時，***多也只能達到6.5級晶粒。

封頭板毛坯的鍛后熱處理不追求過細的奧氏體晶粒，而以不產生白點、裂紋和具備一定的超聲波穿透能力為目的，因為在隨后的950?1000℃熱碑形中晶粒還要長大。熱成形后空冷并高溫回火，但在調質前要增加一次或兩次正火以細化晶粒。

二、性能熱處理

厚壁容器鍛件的調質一般是在粗加工之后進行。減小熱處理時鍛件的厚度有利于心部得到良好的組織和性能，同時,具有光潔的表面才能通過超聲波探傷對鍛件內部質量做出早期判斷。但是經常生產容器的廠家已能有效地控制好內部質量,也可以直接進行毛坯調質，以便縮短生產周期。
三、熱處理設備

為了使大型容器鍛件能夠均勻而有效地加熱與冷卻，鍛件生產廠應具備有足夠能力的大型熱處理爐和淬火水槽。

淬火水的流動狀態對工件表面的熱交換起著重要作用，它比水槽的容積和循環水量的作用更為明顯，所以水槽的內壁附近及中心處均設有對著工件噴射的水管，以加強筒形件內外壁的冷卻。

(1)筒體淬火的一個重要特點是內壁同時冷卻。筒體內外介質流動狀態不同,使內壁傳熱低于外壁，加之筒體橫截面的單元體積與熱交換表面面積之比總是大于外壁，即使內外壁的傳熱系數接近，內壁的冷卻也要慢于外壁。為了獲得快而均勻的冷卻，對內壁的冷卻更應重視。

(2)在工件尺寸一定時，筒體淬火的冷卻過程主要決定于水的溫度和流動狀態。水槽的容積和循環水量是決定淬火水溫升的兩個重要參數，當前筒體淬火時溫升在10℃以內，說明所用水槽的容積和循環水量是足夠的。而內外冷卻的差別顯然是水的流動狀態不同所致，如能進一步調節循環系統，改善內側水的流動狀態,內壁的冷卻強度即可增大。

(3)水的流動狀態包含流速及流向兩個內容。筒體淬火時的冷卻強度是筒體表面與水的熱傳導和對流傳熱的反映。水從筒體表面流過，形成紊流邊界層，邊界層的底層以導熱傳遞熱量，傳熱很弱；底層以外則靠對流傳熱，傳熱強烈。所以，底層厚度是決定淬火冷卻強度的關鍵，而流速和流向又直接影響邊界層底層厚度，就成為決定冷卻強度的重要參數。當然，這是指流過壁面的水流的流速和流向.。因此，循環系統的設計應將水導向要冷卻的表面，噴口大小、數量、分布、壓力、與冷卻面距離和角度都是要具體研究確定的參數。

(4)筒體淬火冷卻是表面傳熱和內部熱傳導兩個過程綜合作用的結果，提高表面的冷卻強度，可以加快表層的冷速。不過，這種作用隨壁厚增大和深入內部，受傳導的限制而減小，內部冷速的提高是有限度的。

(5)壁厚對冷卻的影響很大，壁厚越薄，影響越大，壁厚增大10%，壁厚400mm的T/4 處冷速由12.5降至10.5℃/min,而壁厚200mm冷速則由44.7降至37.6℃/min。所以淬火時應取***小壁厚，尤其是壁厚較薄的筒體,采用加大淬火壁厚的措施時要充分考慮到對冷速的影響。

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