原標題：閥門材料熱處理工藝的質量控制
閥門被應用于高壓、高溫等工況，這些工況需要閥門材料具有相當穩定的機械性能，這時材料的熱處理顯得尤為重要。根據API Q1 9版標準規定，當生產輸出不能由后續的監視和測量加以驗證，使問題在產品使用后才顯現時，組織應對任何這樣的過程實施確認，確認是證實這些過程所策劃的生產的能力。標準明確了熱處理就是要求確認的過程，這就需要閥門企業嚴格進行材料熱處理工藝評定，并嚴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. 預熱處理工藝規程的編寫
（1）預熱處理工藝規程編寫前應達到如下要求 了解材料的概況；明確熱處理后材料預期要達到的性能要求；熟悉材料的熱處理工藝方法及應用范圍；認識材料熱處理前后金相組織的變化。
（2）預熱處理工藝規程的編寫應明確以下參數
1）熱處理方法：正火、退火、淬火、回火、調質和固溶等。
2）根據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、高合金鋼形狀復雜的或截面大的工件一般應進行預熱，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雜，應根據具體情況進行加熱時間估算，以保證在規定的加熱溫度范圍內保持必要的時間。
表1 加熱時間計算表
注：1.K 為與加熱條件有關的綜合物理因素，W為與工作的尺寸和形狀有關的幾何因素，B 為板厚，δ 為壁厚，L 為柱長，D 為外徑，包括非圓柱的內切圓直徑。
2.尺寸單位均為mm，時間單位為min。
5）冷卻介質和冷卻速度。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。對于要求內應力較小的工件應爐冷到低于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
先準備熱處理試樣，對熱處理材料的化學成分及低倍缺陷進行檢測，確保試樣符合要求后進行熱處理。結合關于人員和設備的要求，確定人員和設備，然后嚴格按批準的預熱處理工藝規程實施熱處理。
3. 熱處理后工件的檢驗
檢驗所需的設備和儀器都必須經校準并確認合格。檢驗人員應經專門培訓，并持有相關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容。
（1）斷口分析 利用斷口分析熱處理，能檢測熱處理導致的過燒斷口、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 利用光學顯微鏡或電子顯微鏡觀察分析零件和材料的晶體學特征、第二相形態及分布、表面滲入元素的擴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定非比例伸長應力、屈服點或規定殘余伸長應力、抗拉強度、伸長率和斷面收縮率等。拉伸試驗方法，國內標準按GB/T228.1—2010《金屬材料 拉伸試驗 第1部分：室溫試驗方法》，美國標準按ASTM E8M—16《 金屬材料拉伸試驗標準試驗方法》。
（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
根據已知材料要達到的性能要求與各項檢測結果進行對比，所有檢測結果能滿足規定性能要求，則評定熱處理工藝合理。如未達到預先設定的材料性能要求，則需調整熱處理參數，重新按熱處理工藝評定的要求進行，直到評定合格為止。
5. 形成正式的熱處理工藝規程
經評定合格的熱處理工藝形成正式的熱處理工藝規程，并經熱處理工程師審核確認。
熱處理操作工的資質要求
熱處理工應經過專門培訓并持有操作證，熟悉熱處理設備的結構、性能、精度和效率等特點，嚴格按操作規程進行操作。
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行一次評價，經熱處理負責人確認合格的繼續熱處理操作，否則重新培訓合格再上崗。
熱處理設備的質量控制
熱處理設備包括主要設備和輔助設備。主要設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，熱電偶、溫控儀表等輔助設備的精準性決定了測量數據的準確性。要定期給熱處理設備進行維護和保養并定期進行校準，計量確認合格后方可使用。
對于API 6D 閥門生產企業，必須嚴格按照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行校準，并達到以下要求。
1）熔爐工作區升溫至設定溫度后，在工作區中的任一點的溫度與設定溫度偏差均不應超過±25℉（±13℃）。
2）對用于回火、老化和/或消除應力的熔爐，工作區升溫至設定溫度后，與設定溫度的偏差不應超過±15℉（±8℃）。
3）對于熱處理所使用的控制和記錄儀表其精度應精確至其滿量程±1%。
結語
制造廠進行熱處理過程中必須安排有資格的熱處理工，在經確認合格的熱處理設備上，嚴格按照評定過的熱處理工藝進行操作，確保材料的熱處理質量。
以上節選自《通用機械》2020第7期
閥門材料熱處理工藝的質量控制
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