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阀门材料热处理工艺的质量控制分析

刘江1 陈霞举2 许栋梁3

1.瓯明阀门集体有限公司,浙江省温州市,325000;2.浙江天天阀门有限公司,浙江省温州市,325000;3.浙江埃尼斯阀门科技有限公司,浙江省温州市,325000

摘要: 阀门在石油、化工、冶金、电力等行业中应用十分广泛,是重要的工程机械部件,对其材料要求比较高,主要采用高合金结构钢和优质碳素钢。高合金结构钢的特点是强度高、韧性好、塑性好、耐磨性好。但由于材料性能比较脆,容易发生脆性断裂,所以要采用热处理工艺提高材料的韧性。阀门的零件材料一般采用普通碳素钢,例如:Q345B、Q345等。这种材料强度虽然高,但塑性和韧性较差,易产生脆性断裂,导致阀门不能正常使用。为了提高阀门的使用寿命,同时还要考虑到在设计制造阀门时,采用尽可能少的零件数量和尽可能短的生产制造时间。
关键词: 阀门;材料;热处理;质量控制
DOI:10.12721/ccn.2023.157246
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阀门在使用过程中要经受各种使用环境条件下的交变应力和腐蚀应力,所以材料的选择必须是具有较强韧性和抗拉强度的钢。为了提高阀门材料的综合力学性能,需要对其进行热处理。阀门在工作时会受到各种应力和腐蚀应力的作用而产生疲劳断裂破坏。所以,提高材料的疲劳强度和抗腐蚀能力是阀门零件在设计制造时必须考虑到的重要问题。常用热处理工艺主要有:退火、回火以及特殊热处理等。

1.退火

退火是将钢件加热到适当的温度,然后在空气或其他介质中冷却到一定的温度,以消除组织缺陷和提高钢的综合力学性能的热处理工艺。退火分为:正火、淬火和回火三种。退火后可以消除组织缺陷,改善钢的综合力学性能,提高钢材的塑性、韧性以及硬度。阀门材料退火工艺质量控制包括以下几个方面:一是退火工艺规程的编制;二是退火炉的安装调试;三是退火炉的温度控制;四是退火炉内空气压力控制;五是退火工艺制度控制;六是退火过程中发现缺陷后如何处理。阀门材料在生产过程中,需要对其进行热处理,主要采用正火、回火以及高温回火等方式。在阀门材料的生产制造过程中,要对其进行热处理工艺,从而保证阀门材料满足质量要求。

2.调质

调质处理的主要目的是改善零件的综合力学性能,提高材料的韧性、硬度、耐磨性、抗疲劳性和热强性,使阀门零件具有较好的综合力学性能。调质处理过程中,由于采用了特殊的热处理工艺,导致原材料内部产生了不均匀组织,而在后续的加工过程中,由于组织不均匀会导致产品变形开裂。所以,必须对原材料进行质量控制。控制材料内部组织缺陷,确保原材料符合设计要求。根据生产实际经验总结出以下几点:1.选择合理的加热温度及保温时间;2.减少或消除原材料中存在的不均匀组织;3.原材料在进行调质处理时,应保证表面清洁、干燥;4.对于有较大尺寸、形状复杂的零件,可以采用预加热+调质+后退火等工艺处理。

3.正火加回火

正火加回火是将钢加热到正火温度,然后保温一定时间后,在较低温度下回火,以达到降低钢中含碳量、细化晶粒、提高钢的韧性和塑性,并改善钢的加工性能和焊接性能。正火加回火可细化晶粒,降低残余奥氏体含量,提高钢的韧性,并且可以减少脆性转变温度范围内的残余应力。为了获得高强度和韧性相结合的组织,在正火之后需要进行回火处理。正火加回火工艺对阀门零件的力学性能有明显改善作用。一般情况下,对强度要求不高的阀门零件在正火时进行适当地加回火处理后使用。1.影响正火加回火工艺质量的因素有:钢材质量、材料淬透性、正火时炉温控制、加热速度、退火温度、冷却速度和淬透性。2.控制正火时炉温过高会导致钢材内部产生较多的有害缺陷,影响阀门零件的质量。3.控制正火时炉温:在正火时合理控制炉温是保证正火钢具有较高性能的关键因素。4.控制正火时炉温:为防止正火时过热,要求钢材淬透性好,回火温度不能过高。5.控制正火时炉温:为防止回火脆性,应在正火时将炉温控制在620℃左右。

4.制定热处理方案

根据阀门产品的具体情况制定合理的热处理方案,这样才能保证产品质量。在制定热处理方案时,首先要确定热处理的目的,然后根据该目的来选择合理的热处理方法。例如在阀门产品生产过程中,主要是以提高产品的硬度和强度为目的。为了能够满足该目标要求,那么就需要使用退火处理方法,而为了达到这一目的,通常会选择空冷处理方法。在对材料进行热处理时,通常会选择正火处理方法来达到该目的。在制定热处理方案时通常要考虑以下几个方面:阀门产品的性能要求、原材料性能和相关标准、工艺流程、设备情况以及热处理炉的容量和技术要求等。

4.1进行热处理操作

在对阀门产品进行热处理时,首先要对阀门产品的化学成分进行分析,了解材料的成分组成,然后根据材料的化学成分制定相应的热处理工艺。例如在对碳钢进行热处理时,其温度在740℃左右,然后保持温度在550℃,同时保温时间在5小时左右;而对于不锈钢来讲,其温度需要控制在690℃左右,保温时间控制在8小时左右。此外还需要根据材料的化学成分和其性能对材料进行适当的处理。例如如果材料中含有较高的碳元素时,则可以通过加热的方式将其转变为碳化物;如果材料中含有较高的硅元素时,则可以通过加热方式将其转变为氮化物。但是对于不同材料而言,其具体处理温度是不一样的。例如在对不锈钢进行热处理时,可以通过控制温度来控制不锈钢中的奥氏体组织,如果温度过低则会导致奥氏体转变不完全从而导致材料中出现贝氏体组织。

4.2对热处理工艺进行质量控制

在对阀门产品进行热处理时,要根据阀门的具体性能,对不同的热处理工艺进行合理选择。例如对于一些要求较高的阀门产品,就需要采用淬火加回火工艺;而对于一些要求不是很高的阀门产品,就可以采用正火或调质工艺。而对于一些大型的阀门产品,一般都要采用调质工艺。通过对材料进行不同的热处理,能够改变材料内部组织结构,提高材料的力学性能和耐腐蚀性,从而提高阀门产品质量。但是在实际进行热处理工艺控制时,一定要注意根据具体情况进行选择,只有这样才能保证热处理工艺质量。另外在实际进行热处理时还要对现场的温度、湿度、通风条件等因素进行分析,保证热处理过程顺利进行。

4.3其他特殊热处理工艺

特殊热处理工艺主要包括:高温回火、渗氮后时效等。高温回火的目的是为了提高钢的强度和韧性,可以降低脆性,使材料具有一定的强度,可以在高温下进行冷加工,也可以进行热处理使材料具有较好的韧性。在焊接过程中,为保证焊接质量,在焊接前应对零件进行高温回火处理。因为零件在焊接后会产生变形,为了保证焊接质量,需要对其进行渗氮处理。渗氮是为了改善钢的韧性和耐磨性而采用的一种热处理工艺。渗氮后会得到表面淬火马氏体组织,可以提高材料的硬度和耐磨性。但如果渗氮后没有进行回火处理,零件容易产生裂纹。所以,在进行渗氮热处理时要先对其进行回火处理,然后再进行渗氮处理。

结束语:

综上所述,阀门是化工、石油、电力等行业中重要的设备,对其材料质量要求很高,在加工制造过程中要严格控制热处理工艺。在加工制造过程中,热处理是一项重要的工艺环节,对阀门的使用性能和质量产生很大的影响。在加工制造过程中,热处理工艺是否合理直接影响到阀门零件的质量。因此,要严格控制热处理工艺,保证其质量。本文对阀门零件材料的选择以及热处理工艺进行了分析,指出了提高阀门零件材料质量的方法和措施。同时,还要对热处理工艺进行科学合理地设计,才能保证热处理工艺得到有效地实施。在阀门生产过程中要严格执行质量控制标准和要求,将产品质量控制工作做到位,以保证产品的质量。

参考文献:
[1]郎雪琴.F304钢阀体锻件的制造工艺[J].热处理,2022,37(03):34-36.

[2]余海燕,俞建国,叶超超,李向英,李正华.阀门材料热处理工艺的质量控制[J].通用机械,2020(07):55-56+59.

[3]熊从贵,胡家扬,陈灵江.工业制冷装置用截止阀标准的对比与分析[J].化工设备与管道,2019,56(04):63-67.