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发表于 2008-1-11 20:01:53
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来自： 中国山东聊城
钢的过热与过烧
6 J/ y0 E- U2 |; o: J6 @- P在锅炉和压力容器制造中，对所用钢材进行热加工和热处理。此时，如果加热温度控制不当，加热不均会使材料超温，导致材料机械性能恶化。( {# m; G& o/ H7 |' R9 L
& g0 j W; _4 v" d7 ]/ s7 m9 H9 e
根据超温的程度和时间长短，钢材会发生脱碳，过热和过烧现象。9 C0 a' t( V: H$ a
& B8 x! h3 u( I! `
过热：钢被加热到Ac3以上某一温度，随着奥氏体晶粒的长大，在粗大的奥氏体晶界上，发生了化学成分的明显变化（主要是硫的偏析），在冷却时，或者在原始奥氏体晶界上保持了硫的偏析，或者产生了第二相（主要是硫化物）质点的网状沉积，导致晶界脆化，使钢的拉伸塑性和冲击韧性明显降低的现象。
: p2 {; v+ c3 M7 L. x9 P$ J3 l: r9 d) t
开始发生过热现象的温度为过热温度。不稳定过热（可恢复），稳定过热' n7 H# R% g3 [
# r; d9 i% L- ?+ V2 J! f如果没有硫的析出，不算是过热。2 J# d0 q5 J+ ~3 G1 x4 z7 g1 L# g
0 |# `- I! {- \过烧：钢被加热到接近固相线或固-液两相温度范围内的某一温度后，在十分粗大奥氏体晶界上不仅发生了化学成分的明显变化（主要是硫和磷的偏析），而且局部或整个晶界出现烧熔现象，从而在晶界上形成了富硫，磷的液相。在随后的冷却过程中，晶界上产生富硫，磷的烧熔层，并伴随着形成硫化物，磷化铁等脆性相的沉积，导致晶界严重弱化，从而剧烈降低钢的拉伸塑性和冲击韧性的现象。% j, D+ `1 e- _. `2 R) z
. D) c5 C+ `0 q5 p# y8 A
开始发生过烧现象的温度为过烧温度。
1 K2 g" P4 M' A' [2 [) {4 H ~; ?
9 J4 g% [1 @* u3 g$ X) e! L/ C5 B8.2 钢在高温加热中的变化
( h8 F" ]$ T, m5 t/ X- g
e8 Q! M5 o2 z; X/ N' H7 i6 N: ?6 q8 Y0 F8.2.1 奥氏体晶粒长大
( [$ T3 K- h' H; T, h) p! r9 P1 D+ z: E. P u% r4 v( S4 e
8.2.1.1 奥氏体晶粒长大速率5 H C, z- S* K7 {
4 N6 J2 t! J* \
0 j N* B; t6 k: I; K9 `# D
D-晶粒长大后的平均晶粒直径，K-物性参数，t时间。* z' X7 v% L9 F) b7 V
" x3 R+ ~3 x7 W: A( o6 ?8.2.1.2 奥氏体晶粒长大影响因素/ Z4 ?3 k: R+ G. ^* W" G& V
+ T; L9 p; ^7 O% @
8.2.1.2.1 化学成分和冶炼方法
% L( x) z" y2 V
' n. G: k, t/ j* y0 ?本质晶粒度指钢被加热到Ac3以上某一温度时奥氏体晶粒的大小。0 g+ J+ R- j+ y* o; l
7 h+ Y' c" A) \$ H; u, u; P# Y- k本质粗晶粒钢在冶炼时只用锰铁脱氧（沸腾钢）或用锰铁、硅铁脱氧的钢
" N X; g2 ?, k1 r4 w) L$ J; |8 a0 B- y, Z
6 r) E* g% H; S/ |+ n7 k本质细晶粒钢指在除锰铁和硅铁脱氧外，还用铝作脱氧剂的钢。
) Z' `# t( R/ v' d, [& `2 J' e* S. D4 d
8.2.1.2.2 碳及合金元素$ M C5 W! u2 S
2 P. ~: I. M1 d% f
含碳量增加，晶粒长大倾向增大。
( b4 c, @* {1 V2 }" z6 c/ a+ l) _( C1 S( u
强烈抑制晶粒长大：Al,Ti,Nb,V,Zr
; p7 x0 x9 n0 W# @- S4 g# o2 {
5 u& w# Y" U! ^9 f- A# x中等抑制晶粒长大：Mo,W,Cr% Q" @2 M/ l* I
( m. q/ A% ~& v" K' ]. ?% k+ S微弱抑制晶粒长大：Cu,Co5 S5 A% W! z) z& x4 ]) j( L% s( M
N& V; V: h2 C6 z. @4 ^( S9 q增加晶粒长大倾向：Mn,P0 S2 u- |/ x( v/ h! c- U
. h! z0 {$ S: K4 Y
8.2.1.2.3 加热温度
/ O- I* G9 c7 L _% V' V( t. ?: i2 \0 R
8.2.1.2.4 保温时间/ z6 p3 k. Y% N6 n1 X" d2 x
! S1 e: f: N3 X( F! W
8.2.2 钢在高温加热时的成分和组织变化
, m! f5 d4 [, f' {. V
, B( E( [5 e% s0 f5 o7 c8.2.2.1 第一阶段* _, k1 |4 m- ?, s
( x: F* F; R/ W4 D钢从Ac3温度到其过热温度以下的温度区间内加热。奥氏体逐渐长大。
$ M \0 Z3 n/ ^" L+ b" H
+ u! u6 K% f& x2 m* X8.2.2.2 第二阶段" }( \ i: x% M, f) c
1 u) F4 m8 S8 v$ g
过热温度到过烧温度4 d. W( G9 {: C3 A, p9 ^9 R
{+ J5 ]' b; D: {硫析出
- T# k2 x2 {0 ]2 _+ e# P, \. V+ {1 U: ]7 @1 T! F3 q' M4 A1 Z
8.2.2.3 第三阶段
5 f/ U5 s2 i3 {/ W' w7 }: v" [
9 \. e( g4 U; S8 Z9 c# }; H1 V指从钢的过烧温度至固-液相线温度区间内加热。
" U' o+ y% ]+ O- D
# h: A$ A. N: h/ Z7 _在晶界上形成富硫，磷液相
2 h, r; Z2 j$ s/ V
9 U4 T* T3 A& \) ` _8.3 高温加热后的冷却
% v( v2 H S, k$ Y# C4 `
1 w' o( Y. U! N, b" a' P8.3.1 第一阶段加热后的冷却
2 b5 f" o( e! y, B9 S$ r. @( o
: A8 {; ~/ M& s在此阶段加热后冷却，当冷至Ar3温度，A析出F，至Ar1，奥氏体发生共析反应转变为P。' `4 |& ]& K8 _9 y% r* T
3 i9 i; j3 X8 Q$ ^
如在Ar3至Ar1冷却较快，会析出F的魏氏体组织。降低钢的冲击性能，会使钢的机械性能恶化。
; m2 v" C$ w4 {! W4 M9 G' I3 U
. P& K$ Q; [! T$ D8 B) y8.3.2 第二阶段加热后的冷却
3 B4 X* I$ M5 M7 A! v5 v; y
% p2 F' o8 J% r. U; ^硫在铁中的溶解度很低，且随着温度的降低而急剧减少。$ e1 x- S& W# f' m
7 o0 R$ |3 c3 B; B3 U5 V第二阶段加热后冷却，冷却速度越高，冷却后的钢越接近于高温下的平衡状态；反之，晶界上的硫以平衡偏析为主，且在冷却过程中析出的硫化锰质点，将在缓慢冷却过程中逐渐聚集成团。
3 ~4 x+ a2 I0 I% a5 v v: C7 k! h, k) x7 j3 y( n% ]" I
8.3.3 第三阶段加热后的冷却
, K3 {5 e+ Q0 d' v: c, Y* u5 _2 K! s& G' f3 A8 ?2 k0 a, J1 A
粗大的A晶界上有富硫，磷的液相出现，特别是磷在晶界上的严重偏析。3 s$ d! o& H; B* E3 Y8 }
2 E, h7 v& B1 j5 J
8.4 钢的过热! l* F7 \3 D% M8 Y7 E. {+ c8 |
( }+ u( k' Z* A0 c j7 c
8.4.1 钢的过热温度2 i2 k1 I. U9 r; H
% U! ~- ~4 E( d$ F1200～1350℃之间。' l7 r8 N e, q
- M8 E% l- q9 n- v: p+ b2 A8 C8.4.2 过热钢的特征+ ]/ F/ m- H) ^; W
2 h) R) t8 r4 ]/ R! @: _ W
8.4.2.1 宏观断口
\3 R2 m) J* p% O9 }8 F: z5 W# Q: I+ b# q% H- I
不稳定过热：结晶状断面! @; G8 [1 m8 w8 Y
7 A& j- p/ V" x) P
稳定过热：无金属光泽的灰白色粒状断面
# j) A2 u" {# z: L+ C" D/ b7 b- k9 J/ {5 ^! R, T* ~2 h
8.4.2.2 显微特征1 t2 E/ V- a( [3 x
! Z9 I4 p/ j5 ~* T( s7 z5 P粗大的A晶粒，魏氏体组织，原始A晶界处S偏析或硫化锰沉淀/ Z* U) S* X, o# ]
& y0 t) _% w5 N. Y; e( [& Q' {8.4.3 过热钢的机械性能' p( r: G$ N7 n8 i% M
d. z; |2 C0 S4 h; q! D塑性和冲击韧性明显降低，对强度和硬度基本无影响
! K) G4 V1 h$ K; q2 c" @# p2 [) h' c$ \+ o0 i8 f2 X
8.4.4 钢发生过热后的补救措施4 \3 D2 C9 ], Q, ^3 ~, v
! J; e9 `* Z: n3 g; W& H* ?) w$ [
正火，淬火和回火
8 p5 x. y* B+ b2 k% d# O. u( ?3 d
8.5 钢的过烧现象" q0 d! L m, M" o( V4 E
7 e3 N4 v- ~2 c8 _
8.5.1 钢的过烧温度
$ s) a# V2 v% ^1 a& B9 G7 f6 K
3 {- ^( Z& {2 H2 y7 O0 U7 `; R! }通常比过热温度高几十至一百度左右! p) Y7 ]" r _/ m- x
# e! ]- B1 o% W6 }/ T1 ]& T/ T8.5.2 过烧钢特征& \% W/ D/ R+ x/ t- r
% E- X# e; X) M7 Z# j& I0 G8.5.2.1 宏观断口
" ?- @3 ?' i. X8 k7 M4 C$ @3 [ g/ u: c+ S' C: r$ ^5 ^ q
无金属光泽的灰白色石状断面
5 H6 D! J0 U8 p V0 \
9 ?1 w n/ @" m: M3 k1 _8.5.2.2 显微特征0 e! l, l! j1 j) M0 m4 k
7 d" v4 k5 c6 L; s2 }/ v; \粗大的A晶粒，魏氏体组织，原始A晶界处富P，S烧熔层及原始奥氏体晶界上硫化锰和磷化铁沉淀。6 d$ {) T( z1 x
( G" e9 K: o: \6 b* a' ?- N$ g6 |
8.5.3 过烧钢的机械性能6 k" x- L4 Q' p
6 Y) D3 q% s7 z6 V塑性和冲击韧性严重降低，必须报废。 |
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发表于 2008-12-29 22:29:04