鋼的過熱與過燒

鋼的過熱與過燒 

8.1       概述

在鍋爐和壓力容器制造中，對所用鋼材進行熱加工和熱處理。此時，如果加熱溫度控制不當，加熱不均會使材料超溫，導致材料機械性能惡化。

根據超溫的程度和時間長短，鋼材會發(fā)生脫碳，過熱和過燒現象。

過熱：鋼被加熱到Ac3以上某一溫度，隨著奧氏體晶粒的長大，在粗大的奧氏體晶界上，發(fā)生了化學成分的明顯變化（主要是硫的偏析），在冷卻時，或者在原始奧氏體晶界上保持了硫的偏析，或者產生了第二相（主要是硫化物）質點的網狀沉積，導致晶界脆化，使鋼的拉伸塑性和沖擊韌性明顯降低的現象。

開始發(fā)生過熱現象的溫度為過熱溫度。不穩(wěn)定過熱（可恢復），穩(wěn)定過熱

如果沒有硫的析出，不算是過熱。

過燒：鋼被加熱到接近固相線或固-液兩相溫度范圍內的某一溫度后，在十分粗大奧氏體晶界上不僅發(fā)生了化學成分的明顯變化（主要是硫和磷的偏析），而且局部或整個晶界出現燒熔現象，從而在晶界上形成了富硫，磷的液相。在隨后的冷卻過程中，晶界上產生富硫，磷的燒熔層，并伴隨著形成硫化物，磷化鐵等脆性相的沉積，導致晶界嚴重弱化，從而劇烈降低鋼的拉伸塑性和沖擊韌性的現象。

開始發(fā)生過燒現象的溫度為過燒溫度。

8.2       鋼在高溫加熱中的變化

8.2.1   奧氏體晶粒長大

8.2.1.1     奧氏體晶粒長大速率



D-晶粒長大后的平均晶粒直徑，K-物性參數，t時間。

8.2.1.2     奧氏體晶粒長大影響因素

8.2.1.2.1   化學成分和冶煉方法

本質晶粒度指鋼被加熱到Ac3以上某一溫度時奧氏體晶粒的大小。

本質粗晶粒鋼在冶煉時只用錳鐵脫氧（沸騰鋼）或用錳鐵、硅鐵脫氧的鋼

本質細晶粒鋼指在除錳鐵和硅鐵脫氧外，還用鋁作脫氧劑的鋼。

8.2.1.2.2   碳及合金元素

含碳量增加，晶粒長大傾向增大。

強烈抑制晶粒長大：Al,Ti,Nb,V,Zr

中等抑制晶粒長大：Mo,W,Cr

微弱抑制晶粒長大：Cu,Co

增加晶粒長大傾向：Mn,P

8.2.1.2.3   加熱溫度

8.2.1.2.4   保溫時間

8.2.2   鋼在高溫加熱時的成分和組織變化

8.2.2.1   階段

鋼從Ac3溫度到其過熱溫度以下的溫度區(qū)間內加熱。奧氏體逐漸長大。

8.2.2.2   第二階段

過熱溫度到過燒溫度

硫析出

8.2.2.3   第三階段

指從鋼的過燒溫度至固-液相線溫度區(qū)間內加熱。

在晶界上形成富硫，磷液相

8.3       高溫加熱后的冷卻

8.3.1   階段加熱后的冷卻

在此階段加熱后冷卻，當冷至Ar3溫度，A析出F，至Ar1，奧氏體發(fā)生共析反應轉變?yōu)镻。

如在Ar3至Ar1冷卻較快，會析出F的魏氏體組織。降低鋼的沖擊性能，會使鋼的機械性能惡化。

8.3.2   第二階段加熱后的冷卻

硫在鐵中的溶解度很低，且隨著溫度的降低而急劇減少。

第二階段加熱后冷卻，冷卻速度越高，冷卻后的鋼越接近于高溫下的平衡狀態(tài)；反之，晶界上的硫以平衡偏析為主，且在冷卻過程中析出的硫化錳質點，將在緩慢冷卻過程中逐漸聚集成團。

8.3.3   第三階段加熱后的冷卻

粗大的A晶界上有富硫，磷的液相出現，特別是磷在晶界上的嚴重偏析。

8.4       鋼的過熱

8.4.1   鋼的過熱溫度

1200～1350℃之間。

8.4.2   過熱鋼的特征

8.4.2.1   宏觀斷口

不穩(wěn)定過熱：結晶狀斷面

穩(wěn)定過熱：無金屬光澤的灰白色粒狀斷面

8.4.2.2   顯微特征

粗大的A晶粒，魏氏體組織，原始A晶界處S偏析或硫化錳沉淀

8.4.3   過熱鋼的機械性能

塑性和沖擊韌性明顯降低，對強度和硬度基本無影響

8.4.4   鋼發(fā)生過熱后的補救措施

正火，淬火和回火

8.5       鋼的過燒現象

8.5.1   鋼的過燒溫度

通常比過熱溫度高幾十至一Z左右

8.5.2   過燒鋼特征

8.5.2.1   宏觀斷口

無金屬光澤的灰白色石狀斷面

8.5.2.2   顯微特征

粗大的A晶粒，魏氏體組織，原始A晶界處富P，S燒熔層及原始奧氏體晶界上硫化錳和磷化鐵沉淀。

8.5.3   過燒鋼的機械性能

塑性和沖擊韌性嚴重降低，必須報廢。