原標(biāo)題：閥門材料熱處理工藝的質(zhì)量控制
閥門被應(yīng)用于高壓、高溫等工況，這些工況需要閥門材料具有相當(dāng)穩(wěn)定的機(jī)械性能，這時材料的熱處理顯得尤為重要。根據(jù)API Q1 9版標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，當(dāng)生產(chǎn)輸出不能由后續(xù)的監(jiān)視和測量加以驗證，使問題在產(chǎn)品使用后才顯現(xiàn)時，組織應(yīng)對任何這樣的過程實施確認(rèn)，確認(rèn)是證實這些過程所策劃的生產(chǎn)的能力。標(biāo)準(zhǔn)明確了熱處理就是要求確認(rèn)的過程，這就需要閥門企業(yè)嚴(yán)格進(jìn)行材料熱處理工藝評定，并嚴(yán)格按熱處理工藝評定來實施熱處理。
熱處理工藝評定
熱處理工藝評定流程如圖1所示。
圖1 熱處理工藝評定流程
1. 預(yù)熱處理工藝規(guī)程的編寫
（1）預(yù)熱處理工藝規(guī)程編寫前應(yīng)達(dá)到如下要求 了解材料的概況；明確熱處理后材料預(yù)期要達(dá)到的性能要求；熟悉材料的熱處理工藝方法及應(yīng)用范圍；認(rèn)識材料熱處理前后金相組織的變化。
（2）預(yù)熱處理工藝規(guī)程的編寫應(yīng)明確以下參數(shù)
1）熱處理方法：正火、退火、淬火、回火、調(diào)質(zhì)和固溶等。
2）根據(jù)Fe-C和Fe-Fe3C相圖與熱處理溫度圖確定熱處理的溫度。
3）加工速度。有時為防止材料變形開裂，有必要控制加工速度。碳鋼和低合金鋼中、小件加熱速度一般控制在100~200℃/h；中、高合金鋼形狀復(fù)雜的或截面大的工件一般應(yīng)進(jìn)行預(yù)熱，或采用低溫入爐隨爐升溫的加熱方式，在溫度低于600~700℃時加熱速度控制在80~100℃/h。
4）加溫時間。以工件的幾何因素為基準(zhǔn)來計算加熱時間r （單位為min），即采用公式r =KW。加熱時間計算見表1。加熱時間的影響因素較為復(fù)雜，應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行加熱時間估算，以保證在規(guī)定的加熱溫度范圍內(nèi)保持必要的時間。
表1 加熱時間計算表
注：1.K 為與加熱條件有關(guān)的綜合物理因素，W為與工作的尺寸和形狀有關(guān)的幾何因素，B 為板厚，δ 為壁厚，L 為柱長，D 為外徑，包括非圓柱的內(nèi)切圓直徑。
2.尺寸單位均為mm，時間單位為min。
5）冷卻介質(zhì)和冷卻速度。正火件一般為空冷，退火件一般隨爐冷卻到低于550℃出爐空冷。對于要求內(nèi)應(yīng)力較小的工件應(yīng)爐冷到低于350℃出爐空冷。各類鋼退火冷卻速度見表2。
表2 各類鋼退火冷卻速度
6）制定熱處理工藝曲線圖。
2. 熱處理的實施
先準(zhǔn)備熱處理試樣，對熱處理材料的化學(xué)成分及低倍缺陷進(jìn)行檢測，確保試樣符合要求后進(jìn)行熱處理。結(jié)合關(guān)于人員和設(shè)備的要求，確定人員和設(shè)備，然后嚴(yán)格按批準(zhǔn)的預(yù)熱處理工藝規(guī)程實施熱處理。
3. 熱處理后工件的檢驗
檢驗所需的設(shè)備和儀器都必須經(jīng)校準(zhǔn)并確認(rèn)合格。檢驗人員應(yīng)經(jīng)專門培訓(xùn)，并持有相關(guān)試驗項目操作證方可上崗。熱處理評定所需檢驗項目包括以下內(nèi)容。
（1）斷口分析 利用斷口分析熱處理，能檢測熱處理導(dǎo)致的過燒斷口、過熱斷口、回火脆性斷口以及利用斷口估測滲碳層深度等問題。
（2）顯微組織檢驗 利用光學(xué)顯微鏡或電子顯微鏡觀察分析零件和材料的晶體學(xué)特征、第二相形態(tài)及分布、表面滲入元素的擴(kuò)散層和晶粒尺寸及變形情況等。常用的檢測方法：GB/T13298—2015《金屬顯微組織檢驗方法》。
（3）拉伸試驗 通過拉伸試驗測定出材料的規(guī)定非比例伸長應(yīng)力、屈服點或規(guī)定殘余伸長應(yīng)力、抗拉強(qiáng)度、伸長率和斷面收縮率等。拉伸試驗方法，國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)按GB/T228.1—2010《金屬材料 拉伸試驗 第1部分：室溫試驗方法》，美國標(biāo)準(zhǔn)按ASTM E8M—16《 金屬材料拉伸試驗標(biāo)準(zhǔn)試驗方法》。
（4）硬度試驗 試驗方法見表3。
表3 硬度試驗方法
（5）沖擊試驗 檢測方法按GB/T 229—2007《金屬材料 夏比擺錘沖擊試驗方法》。
（6）無損檢測 按不同材料選擇不同的檢測方法，具體見表4。
表4 無損檢測方法
4. 熱處理工藝評定
根據(jù)已知材料要達(dá)到的性能要求與各項檢測結(jié)果進(jìn)行對比，所有檢測結(jié)果能滿足規(guī)定性能要求，則評定熱處理工藝合理。如未達(dá)到預(yù)先設(shè)定的材料性能要求，則需調(diào)整熱處理參數(shù)，重新按熱處理工藝評定的要求進(jìn)行，直到評定合格為止。
5. 形成正式的熱處理工藝規(guī)程
經(jīng)評定合格的熱處理工藝形成正式的熱處理工藝規(guī)程，并經(jīng)熱處理工程師審核確認(rèn)。
熱處理操作工的資質(zhì)要求
熱處理工應(yīng)經(jīng)過專門培訓(xùn)并持有操作證，熟悉熱處理設(shè)備的結(jié)構(gòu)、性能、精度和效率等特點，嚴(yán)格按操作規(guī)程進(jìn)行操作。
制造廠收集熱處理工的熱處理績效檔案，至少每6個月對熱處理工的進(jìn)行一次評價，經(jīng)熱處理負(fù)責(zé)人確認(rèn)合格的繼續(xù)熱處理操作，否則重新培訓(xùn)合格再上崗。
熱處理設(shè)備的質(zhì)量控制
熱處理設(shè)備包括主要設(shè)備和輔助設(shè)備。主要設(shè)備熱處理爐爐溫的均勻性和爐子的保溫性能是最重要的參數(shù)，熱電偶、溫控儀表等輔助設(shè)備的精準(zhǔn)性決定了測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。要定期給熱處理設(shè)備進(jìn)行維護(hù)和保養(yǎng)并定期進(jìn)行校準(zhǔn)，計量確認(rèn)合格后方可使用。
對于API 6D 閥門生產(chǎn)企業(yè)，必須嚴(yán)格按照API 6D24版 附錄F的要求，每年在熱處理爐最高和最低使用溫度下進(jìn)行校準(zhǔn)，并達(dá)到以下要求。
1）熔爐工作區(qū)升溫至設(shè)定溫度后，在工作區(qū)中的任一點的溫度與設(shè)定溫度偏差均不應(yīng)超過±25℉（±13℃）。
2）對用于回火、老化和/或消除應(yīng)力的熔爐，工作區(qū)升溫至設(shè)定溫度后，與設(shè)定溫度的偏差不應(yīng)超過±15℉（±8℃）。
3）對于熱處理所使用的控制和記錄儀表其精度應(yīng)精確至其滿量程±1%。
結(jié)語
制造廠進(jìn)行熱處理過程中必須安排有資格的熱處理工，在經(jīng)確認(rèn)合格的熱處理設(shè)備上，嚴(yán)格按照評定過的熱處理工藝進(jìn)行操作，確保材料的熱處理質(zhì)量。
以上節(jié)選自《通用機(jī)械》2020第7期
閥門材料熱處理工藝的質(zhì)量控制
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