焊后热处理：什么是上下转变温度及如何确定

在承压设备、锅炉、管道和海洋工程中，焊后热处理（PWHT）是决定焊接接头服役可靠性的关键一关。无论目的是消除残余应力、软化淬硬组织还是改善韧性，所有工艺参数的设计都始于同一个问题：这条焊缝材料的转变温度到底是多少？

本文从冶金学定义出发，系统梳理焊后热处理中的上下转变温度概念、工程意义、如何查找及计算该温度，并对照国内外主要标准体系给出完整视角。

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一、为什么要提及上下转变温度？

依据 NB/T 47014-2023 条款 5.1.4 焊后热处理及分类：

• 条款 5.1.4.1 类别号为Fe-1、Fe-3、Fe-4、Fe-5A、Fe-5B、Fe-5C、Fe-6、Fe-9B、Fe-10I , Fe-10H及Fe-11A 的材料焊后热处理类别：
  
  

a) 不进行焊后热处理；

b) 低于下转变温度进行焊后热处理；

c) 高于上转变温度进行焊后热处理（如正火）;

d) 先在高于上转变温度，而后在低于下转变温度进行焊后热处理（即正火或淬火后回火）;

e) 在上下转变温度之间进行焊后热处理。

• 条款6.1.4.1：改变焊后热处理类别，需重新进行焊接工艺评定。
  
  

ASME BPVC Ⅸ-2025 QW-407.1 及 AWS B2.1 采用完全相同的五类框架；ISO 15614-1:2017 条款8.4.11 同样按照这些条件分别评定。

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二、下转变和上转变温度是什么？

按 Fe-C 合金相图，钢中各相区边界温度被称为临界温度。《热处理工程师手册》第3版 表3-5给出了热处理常用临界温度的权威定义：

• Ac₁：钢加热开始形成奥氏体的温度；
  
  

• Ac₃：亚共析钢加热时所有铁素体均转变为奥氏体的温度；
  
  

依据 NB/T 47014-2023 中的术语定义：

• 3.10 下转变温度（Lower transformation temperature）：加热期间开始形成奥氏体的相变温度。
  
  

• 3.11 上转变温度（Upper transformation temperature）：加热期间完成奥氏体转变的相变温度。
  
  

焊接领域更习惯用"转变温度"这一术语。平常的工程焊接用钢，基本就是亚共析钢，整合所有信息可以得出：

• Ac₁ = 下转变温度（下临界点）：钢加热时开始形成奥氏体的温度；
  
  

• Ac₃ = 上转变温度（上临界点）：钢加热时铁素体到奥氏体的转变完成的温度。
  
  

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三、从哪里能查到上下转变温度？

看到焊接工艺评定标准中这些焊后热处理变素要求，不免产生些许困惑。为什么这些标准只是告知不能超过转变温度，却不说明从哪查到这些转变温度，从而确定是否超出了温度范围。

SH/T 3526-2015 条文说明 条款12.2：关于钢材的临界点数据有关资料提供的数据稍有出入，表4 、表5 为有关热处理手册的数据仅供参考，其中国外材料的数据取自ASME 规范。

这是标准少有的直接提及国内外常用材料的临界点数据的资料，其中Ac₁和Ac₃即为下转变和上转变温度。

AWS D10.10-2021 是说得最直白的一份，在超温处理条款里写道：“对于碳钢和低合金钢，后续响应取决于是否超过了临界转变温度的下限和上限。通常只能根据材料组/规格的数据或成分知识和经验公式的使用来估计转变温度。ASME B31.1-2020 中的表129.3.1-1 按材料 P-No. 提供了一个方便的数据来源，Andrews 的经验公式是众所周知的经验公式来源"；但紧接着它承认："然而，在温度超限发生时，此类信息通常无法获得"。

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四、如何计算上下转变温度呢？

通常，一个具体钢号的临界温度是通过实验测定的。当查不到数据或需按成分快速估算时，可用安德鲁斯（K.W. Andrews）对大量实验数据回归分析提出的经典经验公式（元素含量以质量分数%计），这是按摄氏温度计算Ac3和Ac1的公式：

图片来源：WRC348-1989

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五、通过测量获得试验数值

当材料成分特殊、数据存疑或涉及重要产品时，应以实验测定为准。常用方法是热模拟试验机（Gleeble 等）结合膨胀法：以设定热循环加热和冷却试样，记录膨胀量随温度的变化，用切线法确定各相变点：加热转变开始点为 Ac₁、结束点为 Ac₃，冷却转变对应 Ar₃ 与 Ar₁。Gleeble 类热模拟机配上高速膨胀计即可绘制连续冷却转变（CCT）图，是研究焊接相变的标准手段。焊接 CCT 图册在标注时特别强调：图上标出的是 Ac₃、Ac₁ 在准平衡条件下的相变点，冷却时间从 Ac₃ 温度开始计算。

需要特别提醒：焊接快速加热条件下的实测 Ac₁/Ac₃ 明显高于常规热处理值（如 MPC-3 钢焊接条件770/910℃ vs 热处理条件750/870℃），因此评定用临界点数据应尽量取自与焊接热循环相近的实测条件，这对高合金 Cr-Mo 钢尤为重要。

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六、写在最后

本文介绍了上下转变温度的概念，在SH/T3526中给出了国内外常见钢号的上下转变温度临界点作为参考，ASME B31.1中给出了下转变温度临界点。介绍了如何使用安德鲁斯公式计算大概的上下转变温度。

个人认为所谓的上下转变温度范围是个较难确定的数据，无论查找标准规范，还是使用安德鲁斯公式只是获得大约的数值。真正的准确数据只能通过具体钢号试验才能获得，难在一般工厂并没有这样的工程能力。

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