阀门材料热处理工艺的质量控制

原标题：阀门材料热处理工艺的质量控制

阀门用于高压、高温等工况，要求阀门材料具有相当稳定的机械性能，因此材料的热处理尤为重要。API Q1 第九版规定，当生产输出不能通过后续的监控和测量来验证，使产品使用后出现问题时，组织应确认任何过程，确认是为了确认这些过程计划的生产能力。该标准明确规定，热处理是确认过程，要求阀门企业严格评价材料热处理过程，严格按照热处理过程进行热处理。

热处理工艺评价

热处理工艺评价流程如图1所示。

图1 热处理工艺评价流程

1. 编制预热处理工艺规程

(1)预热处理工艺规程编制前应满足以下要求 了解材料概况；明确热处理后材料的性能要求；熟悉材料的热处理方法和应用范围；了解材料热处理前后金相组织的变化。

(2)预热处理工艺规程的编制应明确以下参数

1)热处理方法:正火、退火、淬火、回火、调质、固溶等。

2）根据Fe-C和Fe-Fe3C热处理温度由相图和热处理温度图确定。

3)加工速度。有时需要控制加工速度，以防止材料变形和开裂。碳钢和低合金钢中小件的加热速度一般控制在100~200℃/h；中、高合金钢形状复杂或截面大的工件一般应预热，或在温度低于600的度低于600~700℃加热速度控制在80~100℃/h。

4)加热时间。根据工件的几何因素计算加热时间r （单位为min），即采用公式r =KW。加热时间计算见表1。加热时间的影响因素较为复杂，应根据具体情况进行加热时间估算，以保证在规定的加热温度范围内保持必要的时间。

表1 加热时间计算表

注：1.K 综合物理因素与加热条件有关，W与工作尺寸和形状有关的几何因素，B 为板厚，δ 为壁厚，L 为柱长，D 外径，包括非圆柱形内切圆直径。

2.尺寸单位均为mm，时间单位为min。

5)冷却介质和冷却速度。正火件一般为空冷，退火件一般随炉冷却至550以下℃空冷出炉。内应力小的工件应冷却至350以下℃空冷出炉。各种钢退火冷却速度见表2。

表2 各类钢退火冷却速度

6)制定热处理工艺曲线图。

2. 实施热处理

首先准备热处理样品，检测热处理材料的化学成分和低缺陷，确保样品满足要求后进行热处理。根据人员和设备的要求，确定人员和设备，然后严格按照批准的预热处理程序进行热处理。

3. 工件热处理后的检验

所需的设备和仪器必须经过校准和确认。检验人员应接受专项培训，并持有相关试验项目的操作证书。热处理评价所需的检验项目包括以下内容。

(1)断口分析 利用断口分析热处理，可以检测热处理引起的过热断口、过热断口、回火脆性断口，利用断口估计渗碳层深度。

(2)显微组织检查 利用光学显微镜或电子显微镜观察和分析零件和材料的晶体特征、第二相形态和分布、表面渗透元素的扩散层、晶粒尺寸和变形。常用的检测方法：GB/T金属显微组织检验方法13298-2015。

(3)拉伸试验 非比例伸长应力、屈服点或残余伸长应力、抗拉强度、伸长率和截面收缩率通过拉伸试验确定。拉伸试验方法，国内标准GB/T228.1-2010年金属材料 拉伸试验 **部分：室温试验方法ASTM E8M—16《 金属材料拉伸试验标准试验方法》。

(4)硬度试验 试验方法见表3。

表3 硬度试验方法

(5)冲击试验 检测方法按GB/T 229-2007金属材料 夏比摆锤冲击

(6)无损检测 根据不同的材料选择不同的检测方法，见表4。

表4 无损检测方法

4. 热处理工艺评价

根据已知材料要达到的性能要求与各项检测结果进行对比，所有检测结果能满足规定性能要求，则评定热处理工艺合理。如未达到预先设定的材料性能要求，则需调整热处理参数，重新按热处理工艺评价的要求进行，直到评定合格为止。

5. 形成正式的热处理工艺规程

经评估合格的热处理工艺形成正式的热处理工艺规程，并经热处理工程师审核确认。

热处理操作人员的资质要求

热处理工应经过专门培训并持有操作证，熟悉热处理设备的结构、性能、精度和效率，严格按照操作规程操作。

制造商收集热处理工人的热处理性能文件，每6个月至少对热处理工人进行一次评估。经热处理负责人确认合格后，继续进行热处理操作，否则重新培训合格后上岗。

热处理设备的质量控制

热处理设备包括主要设备和辅助设备。热处理炉温度的均匀性和炉的绝缘性能是更重要的参数。热电偶、温度控制仪器等辅助设备的准确性决定了测量数据的准确性。热处理设备应定期进行维护和维护，并定期校准，只有在测量确认合格后才能使用。

对于API 6D 阀门生产企业必须严格遵守API 6D24版 附录F每年对热处理炉的更高和更低使用温度进行校准，并满足以下要求。

1)熔炉工作区升温至设定温度后，工作区内任何点的温度和设定温度偏差不得超过±25℉（±13℃）。

2)对于用于回火、老化和/或消除应力的熔炉，工作区域升温至设定温度后，与设定温度的偏差不得超过±15℉（±8℃）。

3)热处理中使用的控制和记录仪器的精度应准确到满程±1%。

结语

制造商在热处理过程中必须安排合格的热处理工，严格按照评估的热处理工艺操作合格的热处理设备，以确

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