合金钢加热工艺研究与实践

合金钢加热工艺研究与实践

汤大锋   陈勤飞    沈引良

330424198110261419 七丰精工科技股份有限公司

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摘要：高温合金是以铁、镍、钴为基体，可在600C以上高温和应力作用下长期工作的一类金属材料。高温合金不仅具有一定的高温强度、良好的抗氧化和耐腐蚀性能，而且还有良好的综合性能，如疲劳性能、断裂韧性、塑性、组织稳定性，以及高的可靠性。镍基高温合金是以镍为基体（含量一般大于50%）在650—1000℃范围内具有较高的强度和良好的抗氧化、抗燃气腐蚀能力的高温合金。

关键词：合金钢；加热工艺；研究与实践

引言

低合金钢变形后，冷却至一定温度进行电感应再加热后微观组织的变化情况．在不同冷却温度，以及淬火和正火两种热处理方式下，研究了再加热过程对微观组织的影响．结果表明:变形后再加热过程对淬火试样组织影响较大;冷却温度处于两相区时，电感应再加热过程能改善温度分布均匀性，影响铁素体相变过程和碳氮化物的析出行为，促进晶粒长大，能够有效地控制和改善淬火热处理钢材的微观组织和性能．

1新型合金钢焊接前期准备

技术人员在应用新型合金钢实施焊接工艺前，需要做好充分的准备。首先，结合新型合金钢材的性质性能特点及产品结构设计要求，确定焊接工艺的重点与难点。其次，焊接技术人员应严格按照焊接工艺相关的标准要求，仔细检查焊接基材及单件，保证使用的零部件符合焊接工艺的要求，以此提高新型合金钢的焊接质量。最后，焊接技术人员需要做好领零部件的清理工作，将表面的污渍、铁锈、灰尘等彻底清理干净，科学规划焊接装备和材料的使用顺利，有效防止在实际的焊接过程中出现零部件丢失的情况，从而构建完整的焊接工艺流程。

2.新型合金钢焊接预热温度选择

T91合金钢的Ms点大约为400摄氏度，通常情况下预热温度设定在200摄氏度至250摄氏度之间。预热温度应保持在一定的合理范围内，如果预热温度过高，就会降低接头冷却速度，进而导致在焊接接头过程中引发晶界处碳化物析出及形成铁素体组织，从而在极大程度上减少T91合金钢材焊接接头的室温时冲击韧性。在这种低合金结构与低碳新型合金钢材焊接过程中，比较容易出行冷萃问题，可能会严重降合金钢材的焊接效果。为了更好地展现新型合金钢材的力学性能，焊接技术人员需要科学的选择合金钢材的预热温度，综合焊接元件的厚度准确计算焊接的预热温度，对预热温度进行合理的控制，以此实现更佳的焊接工艺效果。

3.新型合金钢焊接处理过程

要想体现出优质的合金钢管焊接工艺效果，焊接技术人员就应当整合焊接环境、元件参数、技术技能及焊接机械设备等综合因素，以此为前提确定新型合金钢材的焊接方法。一般来说，焊接技术人员会选择手工电焊及熔化极气体保护焊等手段，使新型合金钢材焊接符合工业加工制造的标准。考虑到T91、P91等低碳、低合金钢材的物理性能，焊接技术人员在进行低碳钢与低合金焊接工艺施工中，可除去钢材焊接后的热处理环节。如果焊接技术人员使用电渣焊焊接方式，应当借助会后处理消除电渣焊焊接带来的不良影响。条件允许的情况下，焊接技术人员可进行新型合金钢材焊接方法的创新，将不同类型的材料焊接方式进行有机结合，寻找焊接效果更加突出的焊接手段。在合金钢焊接过程中极易出现未焊透、焊接裂缝和应力集中等问题，类似情况的发生会在一定程度上降低焊接合金钢体结构的稳定性。因此，焊接技术人员应当全面了解并掌握新型合金钢基材的焊缝错变量，如果合金板材的厚度不大于20毫米，那么焊缝错变量因控制在1/8的标准范围内。除此之外，焊接技术人员确定好焊接参数后，应结合新型钢材的焊接实际需求设置焊接点及焊缝，再针对其他可能干扰焊接效果的因素加以排出，比如检查焊接处是否有污垢杂质等，以此确保新型合金钢焊接施工满足相应的质量规范。在一定温度范围内(750～850℃)，轧后再加热过程对于空冷正火处理的钢板微观组织的影响与淬火处理相比，相对较小，再加热过程使铁素体相变受到抑制．对于空冷的组织来说，变形后直接空冷处理的试样仍保留了一些硬化奥氏体相变的特征．经再加热的试样，冷却后仍然为珠光体和铁素体组织，温度较低情况下，晶界上将有铁素体存在，再加热过程会阻止相变的继续进行，发生一定程度再结晶，该影响在800℃左右较为敏感．同时，再加热过程也会导致奥氏体缺陷减少和消失，晶粒长大．对于淬火热处理的低合金钢板，当局部温度位于相变温度以下时，有必要利用电感应再加热的方式进行补温，阻止铁素体相变的发生，改善微观组织均匀性．另外，低合金钢中Nb，V，Ti等碳氮化物在800～950℃范围内析出，再加热过程有利于碳化物的析出，能够提高析出强化的效果，加热速率对碳化物的形态能有一定影响．但是电感应再加热时间过长，会导致奥氏体缺陷消失，导致再结晶实际生产中，由于钢板各部分散热条件不同，导致尾部和边部温度通常比头部和中部温度低75℃左右．如果不采取补温和均温措施，不均匀的温度分布将导致钢板各部分微观组织和力学性能的差异．通过电感应再加热方式对轧后钢板局部进行补温和控温，再进行热处理利于提高钢板力学性能的均匀性．1)变形温度接近两相区时，冷却过程中在晶界上容易产生铁素体，空冷后微观组织主要为铁素体(F)和珠光体(P)，再加热过程使铁素体相变受到抑制，珠光体的体积分数增加，发生一定程度的再结晶，晶粒长大．2)再加热过程对于淬火处理的微观组织的影响比空冷试样明显，当变形后冷却温度接近两相区时，再加热过程阻止了铁素体相变，使晶界周围铁素体转化为奥氏体．轧后再加热工艺可以有效控制马氏体与铁素体的体积分数．3)实际生产中，由于钢板宽度和长度尺寸较大，各部分温差严重，当温度较低的部分冷却进入两相区时，采用电感应再加热补温再进行淬火热处理比较有利，可以改善温度分布，缩小温差造成的微观组织差异，提高钢板力学性能的均匀性．

结语

本文主要研究不同热处理温度对CH4169高温合金组织与性能的影响，在大量的实验数据上，综合通过对试样的金相显微组织观察、高温拉伸得到了以下几点结论：1)随温度的不断升高，晶粒度越来越大；温度较低时（低于10500C），有相在晶界析出，呈棒状，而晶粒表面无相析出物；当温度较高时(高于10500C)，合金的晶粒越大，且在晶粒表面有析出物的产生。2)根据对拉伸试样的分析，材料的弹性模量虽然是组织不敏感参数，但从实验数据可以看出，在温度增加的情况下，弹性模量也在降低，塑性也越来越高，强度降低；即随着温度升高材料的抗拉强度越低而塑性越好：3)CH4169合金的硬度随着热处理温度的升高而不断降低，耐磨性较差。

参考文献

［1］王国栋．新一代控制轧制和控制冷却技术与创新的热轧过程［J］．东北大学学报:自然科学版，2009，30(7):913－922．