现场热处理质量管理培训

培训人：曹铜壁2014年5月25日现场热处理质量管理目录•一、现场热处理作业现状•二、现场热处理质量管理•三、现场热处理P91钢管质量控制•四、介绍常见热处理基础知识一、现场热处理作业现状•1、粗放式管理和作业：现场热处理的工件标示不清楚，容易丢失模糊；工艺记录文件偏形式化；现场安全隐患较多等。•2、热处理作业场地设计不合理：油槽和水槽距离太近，相互之间没有保护措施；水槽与热处理炉距离太近，长期受水的腐蚀，经常淋湿炉子，热处理炉易损坏，存在严重安全隐患，生产批量较大时工件存放受限等。•3、设备工艺装备落后：根据公司产品技术质量需要，淬水系统设计不科学，冷却系统无法保证水温要求；热处理炉炉盖密封不严，存在温差；热处理井式炉没有风扇均温设备，炉温均匀性较差等•4、对热处理工艺质量重视不足：几乎所有钢铁工件产品均需热处理，热处理不仅是工件材料组织与性能的重要保障，有时还将影响下一步工序的操作，如工件产品加工性、外观尺寸等。认为热处理就是烧火做饭那样，其实不然，热处理讲究精细化，影响因素多而复杂，不同产品有不同要求。•5、企业重产量效益轻质量，热处理是工件组织性能最终保障，最后一道工序。工件热处理前材料组织性能要求不严，很多情况下省略预备热处理环节，直接进行最终热处理，有时无法保证最终热处理工件质量。•6、我个人感觉针对公司现有材质钢管热处理工艺需要创新调整，结合现有工装设备，突破固有热处理观念意识，制定一个规范稳定工艺。•7、由于作业环境差，工资待遇低，热处理专业人才缺失。未来需要越来越多热处理人员，热处理好坏直接关系到企业产品制造成本和经济效益。二、热处理质量管理•1、原材料质量管理•2、热处理工艺过程中的质量管理•3、热处理质量检验•4、不合格品的控制与纠正措施•5、热处理人员培训1、原材料质量管理•钢锭的冶金质量对热处理质量影响很大，如钢中非金属夹杂物、白点、带状组织、严重碳化物偏析、发裂及其他表面缺陷，以及热处理前锻件表面质量和内部组织状态。不仅在热处理时容易开裂、硬度不足、软点、尺寸稳定性下降等缺陷，而且对材料力学性能和工件使用寿命影响很大。因此加强原材料的质量管理是保证热处理质量的先决条件。主要包括以下几点：•1）热处理前查阅原材料钢锭质量证书；•2）对钢锭进行认真核查验收，检查预备热处理工件质量是否符合热处理要求；•3）对原材料钢锭和预备热处理锻件验收结果保存好，便于跟踪分析。2、热处理工艺过程中的质量管理•1）待处理工件检查：防止热处理前不合格品混入热处理过程，造成热处理质量事故。•2）建立生产关键工序点，进行工序控制：根据工件质量技术要求，确定相应工艺要素，如温度、时间、冷却过程等。•3）车间作业环境管理：厂房面积、环境温度、通风除尘、照明噪声等。•4）车间设备管理：设备从实际出发，把加工能力与良好的适应性维修性结合起来；做好设备安装调试，要求车间技术人员和操作者熟悉设备结构、性能、精度和效率等特点，从而达到准确控制工艺参数目的；专职负责保管维修，交接手续记录等；做好设备（炉温仪表、硬度计、流量计）定期校验；设备闲置进行封存。•5）车间节能管理3、热处理质量检验•硬度检验：最常用方法，可代替某些力学性能，操作迅速简便，数据重现性好。可以测定工件特定部位的硬度。•其他力学性能：静拉伸、弯曲、扭转、疲劳及磨损等。•无损探伤：（内部缺陷）射线、超声波•（表面缺陷）碳粉、渗透4、不合格品的控制与纠正措施•生产中出现不合格产品，及时标示清楚，认真分析和判定，注意误判。•不合格品分为重新热处理和不能返修的废品，应采取不同标示与合格品隔离。•为防止和减少不合格品的出现，应采取积极有效的预防措施，消除产生不合格品的原因，并纳入相关文件。•加强技能教育培训。5、热处理人员培训•热处理生产过程是依靠生产工人、技术人员和管理人员共同完成的。因此，加强人员培训很重要，应进行管理培训、新技术培训、操作技能培训。•特别注意工艺创新改变，节能意识教育。•注意热处理工艺稳定性，不轻易改变工装和工艺。三、现场热处理P91钢管质量控制•P91是由美国橡胶岭国家试验室研制开发的高温受压部件的材料。其是在原9Cr-1Mo钢基础上，进一步优化改进了化学成分，以达到细化晶粒、提高钢管的持久强度要求，从而形成的新型铁素体型耐热合金钢。该钢综合力学性能、焊接性能和工艺性能良好。与奥氏体TP304H相比，具有比奥氏体不锈钢更低的热膨胀系数和较高的导热系数、持久强度的等强温度和等应力温度较高，分别达到625℃和607℃。由于改良9Cr-1Mo钢的优良特性，其先后于1983年纳入ASMESA213、1984年纳入SA335规范，牌号分别为T91/P91，我国于1995年也将该钢移植到GB5310标准中，牌号定为10Cr9Mo1VNb。•P91钢主要用于制作高压锅炉的过热器和再热器管及火力发电站的主蒸汽管道。由于这种耐热钢具有较好的热强性能、焊接性能和工艺性能，以及建造成本和维修费用降低，经济效益显著。近年来，我国几乎新建的亚临界、超临界和超超临界发电机组都采用P9l钢作为主蒸汽管道、高温再热管道等重要高温承压部件。P91标准技术要求牌号CSiMnPSCrMoNbNiP91标准0.08-0.120.2-0.50.30-0.60≤0.015≤0.0108.5-9.20.9-1.050.06-0.10≤0.40测试0.090.290.470.0070.0068.760.960.0740.18VAlCuNTiZr标准0.18-0.25≤0.020≤0.200.030-0.070≤0.01≤0.01测试0.190.0130.090.046≤0.001≤0.001抗拉Rm/MPa屈服Rel/MPa延伸率(T)A/%冲击功组织晶粒度弯曲≧585≥415≥13≥27M回≧4不得有裂纹P91材料特性Ac1：800-840℃；Ac3：890-940℃；Ms：380-400℃；Mf：100-120℃。P91热处理工艺规格：ID349X62工艺预冷/min水温/℃第一次淬水第二次淬水第三次淬水温度/℃时间/S水温/℃空冷/min温度/℃时间/S水温/℃空冷/min温度/℃时间/S水温/℃管温/℃15158906045265030502500///252093060502550120552250///373591060652600607023509072150P91毛管3种不同热处理冷却工艺控制的显微组织工艺2工艺1毛管组织工艺3组织性能分析•从以上经3种现场不同淬火冷却控制加相同的高温回火后和挤压毛管未热处理的金相显微组织来看，图1和图2金相组织均为板条状马氏体，板条束位向有所不同。其中，图1（a）和图2组织中板条比较粗大，板条束位向明显；而图1（b）和（c）组织中板条状马氏体回复为破碎、晶粒细小的回火马氏体，马氏体板条束位向已不明显。虽然3种工艺处理中参数变化较多，特别是初次淬火水温控制15-35℃、中间淬火温度550-650℃，淬水时间60-90s，但是这些因素对于最终P91钢调质金相组织状态影响不是关键因素。真正影响P91钢调质金相组织状态是终淬火温度，终淬火温度越低，储存晶格畸变能越大，则淬火板条马氏体经高温回火后，发生位错多边形化回复的驱动力就越大，板条马氏体碎化越彻底，位错多边形化形成的亚晶粒越细小。项目取样部位抗拉强度/MPa屈服强度/MPa伸长率/%冲击功/J硬度/HB弯曲≥585≥415≥13≥27≤250不得有裂纹未热处理2/4S825690197/6/10269/275未见裂纹工艺12/4S67651822.5170/158/167219/217未见裂纹工艺22/4S67750828196/172/165209/205未见裂纹工艺32/4S68552224210/205/204224/225未见裂纹•由以上P91连续冷却（CCT曲线）相变特点，P91淬透性良好，根据相关资料可知，钢管壁厚小于75mm的P91在空气中可以淬火得到马氏体。表2可以看出，试样沿横截断面壁厚S分布的各项力学指标数据基本无差别，分布比较均匀。但是，未热处理的试样力学性能很高。其中，抗拉强度大于800MPa，屈服强度大于670MPa，材料的塑性延伸率还可以，但是冲击功很低，材料韧性很差，硬度大于250HB，超过标准上限。经过3种热处理工艺处理的试样力学性能发生了明显的变化，材料中淬火马氏体组织经多边形化回复后，力学强度和硬度适当降低，塑性和韧性得到较大提高，材料的综合力学性能均良好。特别经工艺3处理后，冲击功数值达到200J以上，材料韧性较好。•P91钢管经奥氏体化加热后，出炉冷却至Ms以下将发生马氏体转变。经查阅资料可知，P91钢空冷即可得到全部马氏体组织。奥氏体转变成马氏体过程中，发生体积膨胀，产生一定的弹性变形和晶体缺陷（空位和位错），分别以弹性能和畸变能的形式储存下来，为下一步回火后材料内部组织结构变化提供了驱动力。•在A1相变点以下高温回火时以多边形化回复释放淬火时马氏体形成所引起的形变储存能，而P91再结晶温度较高，致使再结晶驱动力不足。这就使得具有回火板条马氏体组织的P91钢既保留了马氏体的强化效果，又因马氏体板条多边形化回复形成的亚稳状态，可以抵抗A1相变点以下高温的长时间作用而成为热强性和热稳定性兼具的优良性能的热强钢。分析总结•（1）在一定的回火温度和时间下，淬火最后水冷管温是影响厚壁P91钢管晶粒组织细化工艺控制的关键因素。•（2）材料P91淬火相变后晶粒粗大组织具有遗传性，最后水冷管温越高，则越难以克服自身晶粒粗大组织的遗传性。•（3）当最后淬水温度降到150℃时，回火组织转变驱动力充足，材料内部多边形化回复形成细小均匀的亚晶粒组织，晶粒度达到8.5级，热处理晶粒明显细化。四、介绍常见热处理基础知识•材料的组织和性能受成分、加工工艺的影响，改善钢的性能主要有合金化、热处理、塑性变形等途径。•热处理是将固态金属或合金在一定介质中加热、保温和冷却，改变材料的组织结构，从而获得所需性能的加工工艺。比较重要的部件一般都需要进行热处理，比如汽车、拖拉机工业中70~80%的零件、工具模具等都需要进行热处理。1钢的热处理原理•钢在加热时的转变•钢在冷却时的转变•回火转变1.1钢在加热时的组织转变•加热是热处理的第一步，加热温度依据相图和热处理目的而定。•(钢)加热一般是为了获得晶粒细小、适当成分的奥氏体•加热以后得到的组织接近平衡组织——基本上可以根据相图来确定。1.1.1钢的临界温度A1、A3、Acm为相图上的平衡转变温度线。实际生产中温度变化较快，转变出现滞后。为了区分加热、冷却时的临界点，加热冠以“c”，冷却冠以“r”。如AC1表示加热时由P→A的开始温度线AC1是常数吗？AC3是常数吗？1.1.2奥氏体的形成•奥氏体的形成是形核长大过程。•共析钢的原始组织为P，当加热到Acl以上温度时，发生P转变。•在转变过程中要发生晶格改组和碳原子的重新分布。包括如下四个基本环节奥氏体形核奥氏体长大残余渗碳体的溶解奥氏体均匀化•对于非共析钢，在继续升温时，先共析产物也会转化为A；•加热温度不同时，得到的组织、奥氏体的组成（含碳量）不同；•完全奥氏体化后，合金成分与奥氏体相同1.1.3影响奥氏体化速度的因素•加热条件：温度高，速度快；速度快?•合金成分–C含量高-相界面积大-A形核率高；–合金元素影响相图、C等的扩散、碳化物稳定性等；•原始组织–细小，碳化物分散度大，A形成容易；–片比球界面积更大；1.1.4奥氏体的晶粒度•奥氏体的晶粒度表示奥氏体晶粒的大小。在100X时，1in2内晶粒个数n与晶粒度等级G之间符合n=2G-1.•冶金行业标准中，常用奥氏体晶粒度分为8级。1级最粗，8级最细（可拓展）。•起始晶粒度：奥氏体化刚完成时•实际晶粒度：实际加热条件下•本质晶粒度：规定加热条件下本质晶粒度的测定方法：930±10℃保温3~8小时(100×示意图)本质粗本质细•实际晶粒度与本质晶粒度、加热条件有关。•本质细晶粒钢，加热温度超过950℃可能得到粗大晶粒；•本质粗晶粒钢，加热