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天津荣盛建成商贸有限公司 钢管热处理缺陷及预防

金属材料热处理分为整体热处理、表面热处理和化学热处理。钢管热处理一般采用整体热处理。一般都经过加热、保温、冷却等基本过程，这些过程中都有可能产生缺陷。

钢管的热处理缺陷主要包括钢管组织性能不合格、尺寸**标以及表面裂纹、擦伤、严重氧化、脱碳、过热、过烧等。

钢管的热处理工艺特点：

**道工序是加热：

一种是临界点Ac1或者Ac3以下的加热；另一种是临界点Ac1或者Ac3以上的加热。**种主要是稳定钢的组织和消除钢管的残余应力，*二种主要是将钢奥氏体化。 

*二道工序是保温：

目的是均匀钢管的加热温度，以得到合理的加热组织。 

*三道工序是冷却：

冷却过程是钢管热处理的关键工序，他决定钢管在冷却后的金相组织和力学性能。在实际生产过程中所采用的钢管冷却方式是多种多样的。经常采用的冷却方式有炉冷、空冷、油冷、聚合物冷、水冷。 根据不同的钢管加热温度，结合不同的钢管冷却速度，分为正火、退火、回火、淬火及其他工艺。

正火：细化奥氏体晶粒，均匀内部组织和改变残余应力状态，提高钢管的综合性能。减轻钢管在变形过程中所形成的带状组织和混晶（但是不能消除因钢中的偏析和夹杂物等造成的带状组织）；消除过共析钢中的网状碳化物，有利于球化退火；用作中碳钢及合金结构钢管淬火前的预处理，以细化晶粒使组织均匀，减少淬火工序所产生的钢管缺陷；对于低碳钢和低合金钢钢管用以替代退火，改善钢管的切削性能；也可以作为要求不高的普通钢管的较终热处理。 

退火：分为再结晶退火、完全退火、等温退火、球化退火和消除残余应力退火。一般高碳、低合金和合金钢钢管，需要通过退火降低其硬度和强度，提高塑性，消除内应力和组织不均，细化结晶组织，以利于钢管的机加工和为钢管的较终热处理奠定基础。 

回火;一般分为低温回火（150-250°C）、中温回火（350-500°C）、和高温回火（500-650°C）。提高钢管的塑性和韧性；使钢管获得良好的综合力学性能，降低或者消除钢管在淬火时所产生的残余应力以及稳定钢管尺寸，使钢管在使用过程中不发生变化。回火一般采用空冷，为防止钢管重新产生内应力，应该缓慢冷却；对于高温回火脆性的钢管，回火后应采用快速冷却，如油冷。 

淬火：将金属材料加热到奥氏体Ac3线以上30-50°C，保温一段时间后使钢管快速冷却而得到马氏或者贝氏体的工艺过程。钢管淬火后会产生热应力和组织应力，一般可通过回火消除和改善。淬火和回火结合（调质）能使钢材的综合性能得到大幅提高。 其他工艺还有，固溶处理和保护气体热处理等。

热处理缺陷及其预防

钢管组织性能不合格：

钢管奥氏体化之后，根据其不同的碳含量和不同的冷却速度，可以得到珠光体组织、贝氏体组织、马氏体组织。如果热处理工艺控制不当就可能产生魏氏组织。魏氏组织是一种过热组织。对钢管的综合性能有不良影响（该组织在高温持久性能方面比较优异），会使钢管常温强度降低、脆性增加。较轻的魏氏组织可以采用适当温度的正火来消除，而程度较重的魏氏组织可以用二次正火来消除。**次正火温度 较高，*二次正火温度较低。同时还起到细化晶粒的作用。 过冷奥氏体转变曲线（TTT）和过冷奥氏体连续冷却转变曲线（CCT）是制定热处理冷却速度的重要依据。 

钢管尺寸不合格 

钢管经热处理后，在某些情况下其尺寸会发生明显变化而出现**差，包括钢管的外径、椭圆度以及弯曲度的变化。一般发生在淬火工艺时。常常回火工序后增设定径工序。钢管的椭圆度变化通常发生在钢管的端部，主要是因为大口径薄壁管在进行长时间的加热时，因管端“烧塌”造成的。 一般来讲，钢管的弯曲可以通过矫直机进行矫正。当弯曲度很大时，会造成钢管在运输上的困难，在矫直时钢管会会产生很大的矫直应力。会严重降低钢管的抗挤毁性能和耐腐蚀性能等。更有甚者，钢管在矫**程中发生矫裂或者矫断。 

钢管的表面裂纹 

在钢管的热处理过程中，过大的温度应力会使钢管产生表面裂纹。钢管表面裂纹主要是因加热速度或冷却速度过快而造成。高合金厚壁管加热时，如果加热炉温度过高，钢管进入炉内遭遇较快的快速加热，此时容易产生较大的温度应力，趋向开裂。为了减轻钢管的热处理裂纹，一方面要根据钢种制定不同的加热制度，选用合适的淬火介质。另一方面应该尽快对淬火的钢管进行回火或者退火以消除残余应力。

天津荣盛建成商贸有限公司 耐热钢和耐热合金的分类

耐热钢、耐热合金等耐热材料广泛用于发动机内燃机、火力发电的锅炉、涡轮机、废弃物焚烧处理设备、热处理炉、加热器等部件，是许多产业不可缺少的材料。日本需要从海外大量进口能源，因此对于日本，必须提高能源使用效率。为提高各种设备的能耗效率，就必须提高耐热材料的性能。汽车发动机性能提高、降低工厂环境污染物的排放等在很大程度上依赖于可以在更高温度和更恶劣环境下长时间工作的耐热材料的开发。产业界的发展也依赖于耐热材料的发展。添加或增加Ni、Co、Mo、W、Ti、Nb等元素是提高耐热钢、耐热合金等耐热材料性能的有效方法，并利用这种方法已经开发出许多耐热钢、耐热合金。由于稀有元素产地的局限，以及稀有元素需求量增加，使耐热钢、耐热合金中的合金元素的供给不稳定导致价格波动较大。

耐热钢、耐热合金种类繁多，这些材料的使用环境不同、要求的性能不同、可接受的价格也不同。例如，汽车发动机进气阀门的较高温度至多只有500℃，所以采用的材料是马氏体耐热钢。Ni基合金对于汽车发动机进气阀门是功能过剩材料并且价格也过高。因此对耐热材料要区别使用。另一方面，降低成本是制造业永恒的课题，因此，如何用更廉价的原料制造出同样性能的材料，是对耐热材料提出的要求。日本在二次大战中对省Ni、Mo型耐热钢进行了开发，此后，日本对省资源型耐热材料的开发长达60余年。

耐热钢、耐热合金

耐热钢和耐热合金的区别没有明确的规定，通常，将合金元素含量小于50%的叫做耐热钢，大于50%的叫做耐热合金。日本耐热钢标准有JIS G4311、G4312，此外还有几个SUH系列标准。根据母相组织的不同，耐热钢可以分为铁素体耐热钢、马氏体耐热钢、奥氏体耐热钢和析出硬化型耐热钢。JIS G5122对SCH系耐热铸钢做了规定，但没有按母相组织对钢的牌号进行分类，将铁素体耐热钢、马氏体耐热钢、奥氏体耐热钢混在一起。在耐热合金方面，JIS G 4091和4092是NCF系耐热合金，没有进行分类，但都是奥氏体耐热合金。在ASTM、AMS、DIN标准中有JIS没有的耐热合金。此外，以合金开发公司的工厂名命合良好号也是通用做法，如，Inconel Alloy?。另外还有一些材料工厂开发的各种新型耐热材料，这些材料尚未纳入标准。各种耐热材料都分别既有优点、又有不足，应根据用途适当选用。表1是JIS 中的代表性耐热钢、耐热合金的化学成分和用途。图1是各种耐热钢、耐热合金的耐用温度。以下对各种耐热材料的特点和合金元素的作用进行说明。

铁素体耐热钢

广泛使用的具有代表性的铁素体耐热钢是低C-17%Cr的SUS430。Cr是提高钢的耐高温腐蚀性的元素，是耐热钢中不可缺少的元素。SUS430具有良好的抗氧化性。由于钢中不含其它元素，所以SUS430价格比较便宜。但是SUS430经高温淬火不发生硬化，并且高温强度低，只能用于不太要求强度的部件。另一方面，由于SUS430的热膨胀系数小，而奥氏体耐热钢的热膨胀系数大，所以，对于温度反复变化，容易产生热疲劳的部件来说，采用SUS430更好。此外，SUS430在500℃左右长期使用时，由于脆性相析出会发生脆化，对此应予注意。除了Cr，Al也是提高抗氧化元素。高温下，Al在氧化铁皮的表面形成Al2O3，成为坚固的保护膜，起着提高抗氧化的作用。利用Al的这种作用的耐热钢有FCH1。FCH1是在25%Cr钢中添加5%Al的发热体用耐热钢，在1200℃以下具有良好的抗氧化性。

马氏体耐热钢

代表性的马氏体耐热钢是含C量为0.1%左右的12%Cr钢SUS403和SUS410J1。这些耐热钢高温淬火发生硬化，然后进行回火，在母相马氏体上析出M23C6，在600℃以下可保持高强度。如再添加Mo提高回火软化抗力，则可进一步保持高强度。马氏体耐热钢在600℃以上的高温下，会发生软化，使强度急剧下降。因此，马氏体耐热钢适用于工作温度在500～600℃以下、要求高温强度的部件。此外，由于马氏体耐热钢的Cr含量较少，为12%，并且一部分Cr还消耗在碳化物中，不能保证母相中的Cr含量，所以马氏体耐热钢的抗氧化性常常不及铁素体耐热钢和奥氏体耐热钢。提高抗氧化性的元素Si和 Al同样可在马氏体耐热钢氧化铁皮上生成保护性皮膜。添加Si提高抗氧化性的马氏体耐热钢有SUH3和SUH11。这些耐热钢主要用于发动机进气阀和耐热螺栓。

奥氏体耐热钢

钢中添加Cr的同时，添加奥氏体稳定化元素Ni，钢在所有温度下都是稳定的奥氏体组织。普通的奥氏体组织钢是SUS304和SUS310。众所周知，SUS304是耐蚀不锈钢，但SUS304也可做耐热钢使用。在600℃以下，奥氏体耐热钢的强度处于马氏体耐热钢和铁素体耐热钢之间；在600℃以上，强度大于马氏体耐热钢。此外，SUS304在800℃以下，SUS310在1000℃以下，进行反复加热-冷却时，具有良好的抗氧化性。但在700～900℃长时间使用时，会有脆性相析出，使材料变脆。此外，由于SUS304和 SUS310的热膨胀系数大于马氏体耐热钢和铁素体耐热钢，所以容易发生热疲劳损伤，对于这两点应予以注意。

在要求高温强度的时候，奥氏体耐热钢可以进一步利用析出强化和固溶强化提高强度。用于发动机排气阀的奥氏体耐热钢是SUH35。钢中添加C，利用碳化物析出强化和添加N的固溶强化提高了SUH35的高温强度。再提高奥氏体稳定化元素Mn的含量，即使Ni含量为4%，也可以获得奥氏体组织。耐热螺栓和耐热弹簧使用的SUH660，由于添加Al和Ti，析出γ，相（Ni3(Al、Ti)），实现了强化。

析出强化型耐热钢

按照母相组织，耐热钢可以分为奥氏体耐热钢、马氏体耐热钢和铁素体耐热钢。马氏体耐热钢的代表性牌号是SUS630。SUS630经500℃时效处理，在低C马氏体母相中析出ε相（Cu相）提高了钢的强度。但**过500℃，ε相发生粗化，并且马氏体组织也发生变化，使钢的强度下降。因此，SUS630主要用于500℃以下的涡轮机部件。SUS630钢的主要成分是17Cr-4Ni-4Cu，含Ni量并不太高，并且从奥氏体稳定性考虑，不能再减少Ni含量，因此不是省资源化的开发钢。

耐热合金

日本在开发耐热钢的同时，进行了耐热合金的开发。为了提高耐热性，在合金中添加了Cr、Ti、Al、Nb等元素。根据强化机制，耐热合金可分为固溶强化型耐热合金和析出强化型耐热合金。代表性的固溶强化型耐热合金有NCF600、601、609（相当于Inconel Alloy 600、601、609），代表性的析出强化型耐热合金有NCF718、750（相当于Inconel Alloy 718、X750）和NCF800H（相当于Inconel Alloy 800H）。固溶强化型耐热合金进行时效处理，强度、硬度也不升高，所以高温强度不高，因此，与用于要求高温强度的结构件相比，更适合用于包括高温环境等腐蚀环境下要求耐久性的部件。析出强化型耐热合金中含有Al、Ti等元素，与SUH600一样，析出γ相，提高了合金的强度和硬度，因此，析出强化型耐热合金适用于弹簧、螺栓、发动机部件等要求高温强度的零部件。