金屬熱處理工藝學(xué)和其他自然科學(xué)相同，是隨著生產(chǎn)力的發(fā)展而發(fā)展的，同時(shí)和其他科學(xué)技術(shù)的發(fā)展緊密相關(guān)。熱處理工藝是古代冶金技術(shù)發(fā)展的結(jié)果，是作為冶金技術(shù)的一部分，逐漸發(fā)展而形成的一門科學(xué)。在制造過程中，將本應(yīng)針對(duì)而且只能針對(duì)零部件的預(yù)備熱處理與產(chǎn)品的熱處理混合使用，分別不清，造成了材料的組織和性能與原設(shè)計(jì)要求不符。主要體現(xiàn)在對(duì)碳鋼和低合金鋼制造的壓力容器上為淬火（加回火）、正火（加回火）兩種情況；對(duì)奧氏體不銹鋼體現(xiàn)在固溶（加穩(wěn)定化處理）情況。
GB1504.2.4中指出：“對(duì)容器制造過程中需要進(jìn)行熱處理的碳素鋼和低合金鋼鋼板，鋼廠的交貨狀態(tài)可不用鋼板的鋼號(hào)、標(biāo)準(zhǔn)、使用狀態(tài)及在一系列溫度下的許用應(yīng)力中的使用狀態(tài)。”有關(guān)文獻(xiàn)中對(duì)此也有強(qiáng)調(diào)指出，應(yīng)有資料證明相應(yīng)鋼材規(guī)范要求的熱處理已經(jīng)進(jìn)行并檢驗(yàn)合格。制造是依據(jù)設(shè)計(jì)進(jìn)行的材料加工，確保材料使用狀態(tài)符合設(shè)計(jì)要求是對(duì)制造的基本要求。因此，有必要明確理順熱處理目的和作用，以及其對(duì)象間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
一、分析問題
一般把熱處理工藝分為熱處理和預(yù)先熱處理兩大類。熱處理的目的是使零件或產(chǎn)品達(dá)到設(shè)計(jì)使用的性能要求，而預(yù)先熱處理的目的則是消除或改善前工序引起的缺陷，為后續(xù)工作做好性能與組織準(zhǔn)備。同一種熱處理方式在作用于不同的對(duì)象，也就分別地稱為熱處理和預(yù)先熱處理。例如：當(dāng)焊后熱處理只針對(duì)零部件使用時(shí)，它就是預(yù)先熱處理；而針對(duì)于整臺(tái)產(chǎn)品使用時(shí)，則為熱處理。
下面就提出在我廠出現(xiàn)的幾種熱處理形式。
1. 焊后熱處理
（1）焊后熱處理。利用金屬在高溫下屈服強(qiáng)度的降低，使應(yīng)力高的地方產(chǎn)生塑性流變，從而達(dá)到消除焊接殘余應(yīng)力的一種熱處理，屬去應(yīng)力退火（低溫退火）對(duì)碳鋼和低合金鋼制壓力容器，是將產(chǎn)品緩慢加熱到500～650℃，保溫一定時(shí)間，然后隨爐均勻冷卻。應(yīng)力是彈性體晶格對(duì)變形的響應(yīng)。
焊后熱處理可以起到：
① 改善焊接接頭的塑性和韌性，提高抗應(yīng)力腐蝕能力。
② 消除焊接接頭中的內(nèi)應(yīng)力和冷作硬化，提高接頭抗脆斷能力。
③ 穩(wěn)定焊接構(gòu)件形狀，避免在焊后機(jī)加工和使用過程中的變形。
④ 促使焊縫中的氫向外擴(kuò)散。
⑤ 有些壓力容器對(duì)安全性能有較高的要求（如盛裝度或高度危害介質(zhì)），進(jìn)行焊后熱處理可以提高其安全裕度。
焊后熱處理具有多種作用，有時(shí)可以與消氫處理、恢復(fù)及改善性能熱處理合并進(jìn)行，可以消除封頭、筒體等零部件冷成形及中溫成形后的殘余應(yīng)力。
（2）消氫處理。焊后立即將焊接件加熱到較高溫度，提高氫在鋼中的擴(kuò)散能力，使焊縫金屬中過飽和狀態(tài)的氫原子加速擴(kuò)散逸出，以降低容器產(chǎn)生延遲裂紋可能性的一種熱處理。通常加熱到200～350℃，保溫時(shí)間與焊接接頭厚度有關(guān)，一般應(yīng)≥0.5h。需要消氫處理的容器，如焊后隨即進(jìn)行焊后消除應(yīng)力熱處理，可免做焊后消氫處理，但要控制在16～24h。并不是所有金屬材料焊接時(shí)都會(huì)產(chǎn)生延遲裂紋。延遲裂紋的產(chǎn)生與材料的強(qiáng)度級(jí)別和化學(xué)成分有關(guān)，只有強(qiáng)度級(jí)別較高的低合金鋼才可能發(fā)生這一現(xiàn)象。一般需要進(jìn)行消氫處理的壓力容器需要進(jìn)行焊后熱處理，而需要焊后熱處理的設(shè)備不一定都需要消氫處理。消氫處理在有關(guān)文獻(xiàn)中被稱為脫氫處理，即在工件組織不發(fā)生變化的條件下，通過低溫加熱、保溫，使工件內(nèi)的氫向外擴(kuò)散進(jìn)入大氣中的退火。
2. 正火
正火是工業(yè)上常用的熱處理工藝之一。正火既可作為預(yù)備熱處理工藝，為下工序熱處理工藝提供適宜的組織狀態(tài)，例如為過共析剛的球化退火提供細(xì)片狀珠光體，消除網(wǎng)狀碳化物等；也可作為熱處理工藝，提供合適的力學(xué)性能，例如碳素結(jié)構(gòu)鋼零件的正火處理等。此外，正火處理也常用來消除某些處理缺陷。例如，消除粗大鐵素體塊，消除魏氏組織等。一般正火加熱溫度為Ac3+（30～50）℃，保溫一定時(shí)間【一般正火保溫時(shí)間以工件燒透（即心部達(dá)到要求的加熱溫度）為準(zhǔn)】，使奧氏體均勻化，然后出爐在空氣中或以其他適當(dāng)方式冷卻。須指出，正火是為了獲得細(xì)珠光體組織，對(duì)于某些合金鋼，空氣冷卻已超過其臨界冷卻速度，從而發(fā)生了貝氏體或馬氏體轉(zhuǎn)變，這時(shí)的“空氣冷卻”已屬于淬火而非正火了。
在實(shí)際生產(chǎn)中，正火加熱溫度常略高于上述溫度。提高加熱溫度能夠促進(jìn)奧氏體均勻化，增大過冷奧氏體的穩(wěn)定性。在常用鋼材的正火加熱溫度中，如果正火作為預(yù)先熱處理，宜取上限溫度，這樣有利于組織均勻化；如果正火作為熱處理，則取下限溫度，可得到較細(xì)小的奧氏體晶粒。
3. 固溶處理
固溶處理是將奧氏體不銹鋼加熱到1010～1120℃（具體溫度隨鋼種而異），經(jīng)適當(dāng)保溫使碳化物盡量溶入奧氏體基體，然后快速冷卻至室溫使碳化物來不及析出呈過飽和狀態(tài)固溶在基體中，以獲得單相奧氏體組織的一種熱處理。其次，固溶處理是為了獲得適宜的晶粒度，以保證合金高溫抗蠕變性能。奧氏體不銹鋼的正常交貨狀態(tài)是固溶狀態(tài)。
在壓力容器中，固溶處理可以起到的作用有：
（1）對(duì)于非低碳奧氏體不銹鋼，固溶處理是防止晶間腐蝕的重要手段。
（2）對(duì)于經(jīng)熱成形的受壓元件，可采用固溶處理達(dá)到恢復(fù)原有性能的目的。
（3）對(duì)于冷成形或使用工況改變了其奧氏體組織狀況時(shí)，可以根據(jù)實(shí)際情況通過固溶處理予以恢復(fù)。例如，冷成形的奧氏體不銹鋼受壓元件，在設(shè)計(jì)溫度處于敏化溫度范圍，并且加工變形率超過某一限度時(shí)，應(yīng)進(jìn)行成形后的熱處理（對(duì)于304型和316型奧氏體不銹鋼受壓元件，當(dāng)設(shè)計(jì)溫度在580～675℃，且加工變形率超過20%時(shí)；或者設(shè)計(jì)溫度超過675℃，且加工變形率超過10%時(shí)，應(yīng)在冷成形后進(jìn)行熱處理）。再例如，奧氏體不銹鋼受壓元件在深冷工況使用時(shí)，可以采用冷成形后進(jìn)行固溶處理的方式來恢復(fù)低溫韌性。
4. 穩(wěn)定化處理
穩(wěn)定化處理：為使工件在長(zhǎng)期服役的條件下形狀和尺寸變化能夠保持在規(guī)定范圍內(nèi)的熱處理。根據(jù)《安全工程大辭典》，含鈦或含鈮的奧氏體不銹鋼的一種提高抗晶間腐蝕能力的熱處理方法。在奧氏體不銹鋼冶煉時(shí)加入數(shù)倍于含碳量的鈦或鈮元素，可在形成 Cr23C6之前優(yōu)先形成鈦或鈮的碳化物，這些碳化物幾乎不固溶于奧氏體中。在焊接從高溫冷卻時(shí)，即使經(jīng)過易析出Cr23C6的敏化溫度區(qū)間（850～450℃）時(shí)，也不會(huì)沿晶界大量析出Cr23C6，從而提高了抗晶間腐蝕的能力。為了使鋼達(dá)到穩(wěn)定度，還應(yīng)進(jìn)行穩(wěn)定化處理，即將構(gòu)件加熱至900℃使Cr23C6充分溶解到奧氏體中，而此時(shí)讓鈦和鈮充分形成非常穩(wěn)定的碳化鈦和碳化鈮，然后在空氣中冷卻，即使經(jīng)過敏化溫度時(shí)，也無Cr23C6在晶界析出。經(jīng)穩(wěn)定化處理后的奧氏體不銹鋼便降低了晶間腐蝕的可能性。
穩(wěn)定化處理只適用于在晶間腐蝕環(huán)境下選用含穩(wěn)定化元素（Ti或Nb）奧氏體不銹鋼的場(chǎng)合。壓力容器制造中可以單獨(dú)進(jìn)行穩(wěn)定化處理，考慮到奧氏體不銹鋼的正常交貨狀態(tài)是固溶狀態(tài)，因此穩(wěn)定化處理是固溶處理后的追加熱處理。
穩(wěn)定化處理在有關(guān)文獻(xiàn)中被稱為穩(wěn)定化退火，即為使工件中微細(xì)的顯微組成物沉淀或球化得退火。例如，某些奧氏體不銹鋼在850℃附近進(jìn)行穩(wěn)定化退火，沉淀出TiC、NbC、TaC，防止耐晶間腐蝕性能降低。
5. 調(diào)質(zhì)處理
淬火后高溫回火的熱處理方法稱為調(diào)質(zhì)處理。高溫回火是指在500～650℃之間進(jìn)行回火。調(diào)質(zhì)可以使鋼的性能、材質(zhì)得到很大程度的調(diào)整，其強(qiáng)度、塑性和韌性都較好，具有良好的綜合力學(xué)性能。調(diào)質(zhì)處理后得到回火索氏體?；鼗鹚魇象w（tempered sorbite）是馬氏體于回火時(shí)形成的，在光學(xué)金相顯微鏡下放大500～600倍才能分辨出來，其為鐵素體基體內(nèi)分布著碳化物（包括滲碳體）球粒的復(fù)合組織。它也是馬氏體的一種回火組織，是鐵素體與粒狀碳化物的混合物。此時(shí)的鐵素體已基本無碳的過飽和度，碳化物也為穩(wěn)定型碳化物，常溫下是一種平衡組織。
調(diào)質(zhì)常應(yīng)用在中碳（低合金）結(jié)構(gòu)鋼和低合金鑄鋼中，總之對(duì)力學(xué)要求高的結(jié)構(gòu)零部件都要進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。調(diào)質(zhì)處理的目的是使鋼件有很高的韌性和足夠的強(qiáng)度，具有綜合的優(yōu)良力學(xué)性能。例如高壓緊固件和地腳螺栓通常采用的40MnB、35CrMoA等合金鋼通過調(diào)質(zhì)處理才能達(dá)到要求的力學(xué)性能。
針對(duì)我廠實(shí)際情況，鋼材在熱加工之后可能會(huì)改變鋼材的供貨狀態(tài)，可根據(jù)設(shè)計(jì)要求的鋼材使用狀態(tài)對(duì)熱加工后的受壓元件進(jìn)行必要的熱處理。
（1）熱軋狀態(tài)使用的鋼材，熱加工后的受壓元件一般可不重新進(jìn)行熱處理。
（2）正火狀態(tài)使用的鋼材，熱加工后需重新進(jìn)行正火處理。如果熱加工時(shí)的加熱溫度與鋼材的正火溫度相當(dāng)，且隨爐的熱加工工藝試板經(jīng)評(píng)定合格，可不重新進(jìn)行正火處理。
（3）正火加回火使用狀態(tài)的鋼材，熱加工后需重新進(jìn)行正火加回火處理。如果熱加工時(shí)的加熱溫度與鋼材的正火溫度相當(dāng)，且隨爐的熱加工工藝試板經(jīng)正火處理后評(píng)定合格，則該受壓元件熱加工后可僅進(jìn)行回火處理。
（4）調(diào)質(zhì)狀態(tài)使用的鋼材，受壓元件熱加工后應(yīng)重新進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。
（5）奧氏體不銹鋼的熱加工受壓元件應(yīng)控制熱加工終了溫度在850℃以上，加熱后應(yīng)快冷。如有晶間腐蝕試驗(yàn)要求，熱加工后應(yīng)對(duì)受壓元件本身或熱加工工藝試板進(jìn)行試驗(yàn)評(píng)定，若試驗(yàn)結(jié)果不合格，則應(yīng)進(jìn)行固溶處理（加穩(wěn)定化熱處理）。
熱處理是使金屬材料升溫、保溫然后冷卻的過程，應(yīng)從本質(zhì)上把握加熱溫度、升溫速度、保溫時(shí)間和冷卻速度對(duì)性能的影響。淬火（加回火）、正火（加回火）、固溶處理（加穩(wěn)定化處理）有一個(gè)共同特點(diǎn)，那就是在加熱到要求的溫度后，經(jīng)過一段時(shí)間的保溫后要快速冷卻，以實(shí)現(xiàn)改善鋼材微觀組織和使其組織均勻性的目的。而壓力容器因具有密閉空間難以實(shí)現(xiàn)快速冷卻，需要采用上述材料狀態(tài)制造的往往是重要的壓力容器，確保設(shè)計(jì)文件要求的鋼材供貨狀態(tài)不被破壞顯得重要。
二、問題的解決
（1）如受壓元件在加工過程中有可能改變了材料的組織狀態(tài)和力學(xué)性能，則在加工后應(yīng)進(jìn)行必要的熱處理以恢復(fù)其供貨狀態(tài)。
（2）對(duì)設(shè)計(jì)部門而言，選材需要綜合考慮制造對(duì)其性能的不利影響因素，以使材料使用狀態(tài)符合設(shè)計(jì)選材需要。
（3）無論是“預(yù)先熱處理”還是“熱處理”都是金屬的熱處理工藝學(xué)在實(shí)際生產(chǎn)中的一種表述。但重要的不是概念的表述，而是明確內(nèi)涵，理順概念所對(duì)應(yīng)的熱處理對(duì)象。
