钢的热处理是将钢在固态下采用适当方式加热到预定的温度，保温预定的时间，然后以预定的方式冷却下来，以获得所需要的组织结构与性能的工艺。在冷却过程中，不同的冷却速度对钢的组织变化将产生重大的影响。

热处理主要是作为一种金属热加工工艺在工业中应用，使得某一金属材料在不同的热处理以后获得多种不同的组织和性能。此外，焊接时，靠近焊缝的母材热影响区受到焊接加热及冷却过程的影响，实际上是经受了热处理，在多层焊时，热影响区和已焊完的前面几层焊缝要经受多次的热处理。

常用的热处理方法有淬火、回火、正火和退火等。

1.淬火

将钢加热到临界点(A₃或A₁)线以上某一温度，在此温度下保持一段时间，使钢的组织全部转变为奥氏体，然后在水或油等冷却介质中快速冷却，使奥氏体来不及分解为珠光体和铁素体，而是形成马氏体，这个过程叫做淬火。对w(C)<0.77%的钢，其加热温度为A₃+(30～50)℃;对w(C)≥0.77%的钢，其加热温度为A₁+(30～50)℃。碳钢淬火的加热温度范围见图1-4所示。

淬火的目的是获得马氏体组织，以提高金属材料的强度和硬度。同时，与适当温度的回火相配合，可获得所需要的力学性能。

在焊接中碳钢和某些低合金结构钢时，在

近缝区可能发生淬火现象，即产生高硬度的含马氏体带。为了避免焊接时出现马氏体组织和防止产生冷裂纹，在焊接有淬火倾向的钢时，往往采取以下工艺措施：

                                            图1-4碳钢淬火的加热温度范围

1)预热 预热可以减慢焊缝及热影响区的冷却速度，有利于避免产生淬火组织。这种方法广泛用于中碳钢、某些合金钢的焊接和工具钢的堆焊中。

2)采用较大的焊接线能量 即较大的焊接电流和较小的焊接速度，将在一定程度上减慢焊接接头的冷却速度，有助于避免淬火组织和冷裂纹的产生。

焊后需要将整个焊接件进行一次淬火热处理的情况在生产中较少，但有时也能遇到。例如，刀具堆焊或焊接后，锻模堆焊后，弹簧钢焊接后，往往要在加工后(加工前常常需要退火，降低硬度)进行淬火热处理，以得到高的硬度。

2.回火

将淬火钢重新加热到A₁点以下预定温度，保温预定时间，然后冷却到室温的热处理工艺称为回火。钢淬火后一般都要进行回火，可以在一定程度上恢复钢的韧性，同时获得所需要的组织和性能。根据回火温度的不同，回火分为以下三种：

1)低温回火 回火温度为150～250℃,所得组织为回火马氏体。低温回火保持了钢的高硬度，降低了淬火内应力和脆性，且韧性有所提高。常用于要求高硬度的耐磨的工具和零件。

2)中温回火 回火温度为400～500℃,所得组织为回火托氏体。这种回火提高了钢的弹性极限和屈服点，使钢获得良好的韧性。

3)高温回火 回火温度为500～650℃,所得组织为回火索氏体。这种回火提高了钢的强度、硬度，改善了钢的塑性及韧性。

某些合金钢及其焊接结构，在淬火后随即进行高温回火，这一连续的热处理操作叫做调质处理。调质处理能使钢在保持高的冲击韧度的同时，获得高的强度，使钢获得其他处理方法所达不到的优良的力学性能。

如果单纯为了消除焊接残余内应力而对焊件进行650℃的处理，也可以叫做消除应力回火处理。

3.退火

将钢加热到A₃或A₁线以上适当温度，在该温度保持一段时间，然后缓慢而均匀地冷却到常温或者冷却到低于A₁线的某一温度，做一定时间的停留后，再在空气中或随炉冷却，这一过程称为退火。

退火可以降低硬度，便于切削加工，还能使钢的晶粒细化以及消除内应力。

1)完全退火 主要用于w(C)<0.77%的低碳钢、中碳钢和合金钢的铸件、锻件，以及热轧型材和焊接件等。加热温度：碳钢约为A₃+(30～50)℃,合金钢约为A₃+(50~70)℃。

2)球化退火 主要用于w(C)≥0.77%的碳钢和合金钢。其主要月的是降低硬度，改善切削加工性能，并为淬火作准备工作。因为过共析钢经轧制或锻造后，组织中会出现网状二次渗碳体，硬度和脆性都较大，通过球化退火使网状渗碳体球化，降低硬度。球化退火加热温度：A₁+(20～30)℃,保温2～4h,可得到球状珠光体组织。

3)去应力退火  要用于消除铸件、锻

件及焊接件的残余应力。是锅炉、压力容器焊接件中最常用的热处理方法。焊接结构的消除应力退火属于低温退火。由于这种退火的加热温度与高温回火的温度近似，所以也可以叫做消除应力回火。

消除应力退火的加热温度是A₁线下的某一温度，一般采用600℃或650℃左右，保温时间按每毫米厚度4～5min计算(但不应小于1h),然后在空气中或在炉中冷却。

钢的消除应力退火过程中没有组织变化，常用的各种退火的加热温度范围，如图1-5所示。

4.正火

将钢加热到A₃或Acm线以上30～50℃,保温一定时间，出炉后在空气中冷却，这一过程称为正火。正火的特点是加热温度很高，得到均匀的单相奥氏体组织，经均热后在空气中冷却。正火工艺的加热温度范围见图1-5所示。

图1-5各种退火、正火工艺的加热温度范围

实质上，正火是退火的一种特殊形式，两者主要区别在于过冷度不同。正火时冷却速度快，得到的组织较细，所以同一种钢材正火后的强度和硬度比退火后高，具有较好的力学性能。正火的生产周期短，设备利用率高，操作简便，所以，在可能的条件下，应尽量以正火代替退火。退火与正火后的硬度值比较见表1-3。

5.焊后热处理

焊接后，为改善焊接接头的组织和性能，或消除残余应力而进行的热处理称为焊后热处理。焊后热处理是防止延迟裂纹、消除内应力、改善焊接接头性能的有效措施。

1)消氢处理 焊接后立即对焊件的全部(或局部)进行加热或保温，使其缓冷的工艺措施，也称后热处理。消氢处理的温度-般为300~350℃,保温2～6h后空冷。消氢处理的目的主要是使焊缝金属中的扩散氢迅速逸出，降低焊缝及热影响区的氢含量，防止产生冷裂纹。

由于消氢处理的温度较低，不能起到松弛焊接应力的作用。对于焊后立即进行热处理的焊件，热处理过程中可以达到消氢的目的，不需另作消氢处理。对于焊后有产生延迟裂纹倾向的钢材，焊后应及时进行热处理，避免产生冷裂纹。

2)消除应力热处理 消除应力热处理的主要目的是消除焊接拉伸残余应力，以保证结构使用时安全可靠。在进行消除应力热处理时应注意以下三个问题：

①消除应力热处理的加热温度应比母材的回火温度低30～60℃,以避免使焊接接头和母材的组织及性能发生变化。

②对于含有一定数量的铬、钼、钒、铌等元素的低合金高强度钢及其焊接接头，为避免产生再热裂纹，通常应避免在500～650℃左右加热，尤其是避免在敏感温度600℃左右加热。

③对于含有一定数量的钒、钛、铌的低合金钢及其焊接接头，应避免在其回火脆性温度区间加热，否则将使焊接接头的冲山韧度下降，

3)改善焊后性能热处理

①对于低碳钢、不易淬火的低合金高强度钢、低温钢及铁素体不锈钢，一般不需进行焊后改善性能热处理。

②对于易淬火钢和耐热钢，为了改善焊接接头的性能，提高高温性能，焊后必须进行高温回火热处理，以消除淬硬组织。

③对于奥氏休不锈钢，为了改善焊接接头的抗晶间腐蚀性能，可在焊后进行稳定化处理。

④铁素体不锈钢，焊后在600℃以上短时加热后空冷，可消除475℃脆化；加热到930～980℃急冷可消除σ相脆化，使焊接接头的性能得到改善。

⑤对于马氏体不锈钢，焊缝及热影响区淬硬倾向较大，易产生延迟裂纹，焊后应进行高温回火处理。回火温度一般在730～790℃之间。不得从预热或层间保持温度直接进行热处理，应冷却到150～120℃保温2h,防止晶粒粗化，使奥氏体的主要部分转变为马氏体，然后及时进行高温回火处理，以获得具有足够韧性的细晶粒组织。