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钢的过热与过烧

阅读:18          发布时间:2019/10/14

钢的过热与过烧

钢的过热与过烧 

8.1       概述

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。

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。

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。

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

如果没有硫的析出,不算是过热。

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。

开始发生过烧现象的温度为过烧温度。

8.2       钢在高温加热中的变化

8.2.1   奥氏体晶粒长大

8.2.1.1     奥氏体晶粒长大速率



D-晶粒长大后的平均晶粒直径,K-物性参数,t时间。

8.2.1.2     奥氏体晶粒长大影响因素

8.2.1.2.1   化学成分和冶炼方法

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。

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

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。

8.2.1.2.2   碳及合金元素

含碳量增加,晶粒长大倾向增大。

强烈抑制晶粒长大:Al,Ti,Nb,V,Zr

中等抑制晶粒长大:Mo,W,Cr

微弱抑制晶粒长大:Cu,Co

增加晶粒长大倾向:Mn,P

8.2.1.2.3   加热温度

8.2.1.2.4   保温时间

8.2.2   钢在高温加热时的成分和组织变化

8.2.2.1   第一阶段

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。

8.2.2.2   第二阶段

过热温度到过烧温度

硫析出

8.2.2.3   第三阶段

指从钢的过烧温度至固-液相线温度区间内加热。

在晶界上形成富硫,磷液相

8.3       高温加热后的冷却

8.3.1   第一阶段加热后的冷却

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。

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。

8.3.2   第二阶段加热后的冷却

硫在铁中的溶解度很低,且随着温度的降低而急剧减少。

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。

8.3.3   第三阶段加热后的冷却

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。

8.4       钢的过热

8.4.1   钢的过热温度

1200~1350℃之间。

8.4.2   过热钢的特征

8.4.2.1   宏观断口

不稳定过热:结晶状断面

稳定过热:无金属光泽的灰白色粒状断面

8.4.2.2   显微特征

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

8.4.3   过热钢的机械性能

塑性和冲击韧性明显降低,对强度和硬度基本无影响

8.4.4   钢发生过热后的补救措施

正火,淬火和回火

8.5       钢的过烧现象

8.5.1   钢的过烧温度

通常比过热温度高几十至一Z左右

8.5.2   过烧钢特征

8.5.2.1   宏观断口

无金属光泽的灰白色石状断面

8.5.2.2   显微特征

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。

8.5.3   过烧钢的机械性能

塑性和冲击韧性严重降低,必须报废。

 

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