壓力容器制造中硬度檢測(cè)的作用

曹亞熹 李永華

（1.江蘇中圣高科技產(chǎn)業(yè)有限公司工程分公司 南京 210009）（2.南京西門子電站自動(dòng)化有限公司 南京 211112）

壓力容器制造中硬度檢測(cè)的作用

曹亞熹1李永華2

（1.江蘇中圣高科技產(chǎn)業(yè)有限公司工程分公司 南京 210009）（2.南京西門子電站自動(dòng)化有限公司 南京 211112）

熱處理是壓力容器制造過(guò)程中的重要工序，檢驗(yàn)熱處理的效果可以通過(guò)硬度檢測(cè)的方法進(jìn)行，本文對(duì)各種金屬材料用于相應(yīng)介質(zhì)中熱處理后硬度檢測(cè)的合格范圍進(jìn)行了闡述，判斷熱處理的效果很方便；另外在壓力容器其他制造過(guò)程中，硬度檢測(cè)是一種既經(jīng)濟(jì)又方便的輔助手段，本文羅列了在壓力容器制造過(guò)程中通過(guò)硬度的檢測(cè)發(fā)現(xiàn)或解決問(wèn)題事例，供同行借鑒。

硬度檢測(cè) 熱處理 壓力容器制造

除特殊情況外，一般標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范對(duì)硬度檢測(cè)不作為強(qiáng)制性要求。但在壓力容器制造過(guò)程中，硬度檢測(cè)又是一種既經(jīng)濟(jì)又方便的輔助手段。因此本文羅列了在壓力容器制造過(guò)程中通過(guò)硬度檢測(cè)發(fā)現(xiàn)或解決問(wèn)題的事例，供同行借鑒。

1 對(duì)熱處理效果的檢驗(yàn)

在TSG Z0004—2007《特種設(shè)備制造、安裝、改造、維修質(zhì)量保證體系基本要求》熱處理控制章節(jié)中未提到熱處理效果的檢驗(yàn)。我們知道影響設(shè)備熱處理效果的因素較多，只要有一項(xiàng)因素失控，就有可能使熱處理達(dá)不到預(yù)期的目標(biāo)?；诖?，我們提出通過(guò)檢測(cè)硬度來(lái)判斷熱處理效果，對(duì)常用材料熱處理后的焊縫和熱影響區(qū)硬度值控制在以下范圍，即可以認(rèn)為熱處理是合格的：

1）對(duì)碳素鋼，熱處理前先檢測(cè)母材硬度（設(shè)硬度值為Y），熱處理后檢測(cè)焊縫和熱影響區(qū)硬度，合格指標(biāo)為90%Y≤HB≤120%Y。

2）對(duì)低合金鋼，熱處理前先檢測(cè)母材硬度（設(shè)硬度值為Y），熱處理后檢測(cè)焊縫和熱影響區(qū)硬度，合格指標(biāo)為90%Y≤HB≤125%Y。

3）對(duì)Mn-Mo鋼、Cr-Mo鋼（Cr≤2%），熱處理后檢測(cè)焊縫和熱影響區(qū)硬度，合格指標(biāo)為≤HB225。

4）對(duì)Cr-Mo鋼（2%＜Cr≤10%）和馬氏體不銹鋼，熱處理后檢測(cè)焊縫和熱影響區(qū)硬度，合格指標(biāo)為≤HB241。

5）對(duì)有濕硫化氫應(yīng)力腐蝕環(huán)境下碳素鋼和低合金鋼，熱處理后檢測(cè)焊縫和熱影響區(qū)硬度，合格指標(biāo)為≤HB200

6）對(duì)有液氨應(yīng)力腐蝕環(huán)境下碳素鋼和低合金鋼，熱處理后檢測(cè)焊縫和熱影響區(qū)硬度，合格指標(biāo)為≤HB185

7）對(duì)氫氟酸腐蝕環(huán)境下碳素鋼，熱處理后檢測(cè)焊縫和熱影響區(qū)硬度，合格指標(biāo)為≤HB200

8）對(duì)采用填料密封的攪拌容器，當(dāng)軸的材料是優(yōu)質(zhì)中碳鋼或40Cr鋼時(shí)，攪拌軸調(diào)質(zhì)處理后密封處硬度合格指標(biāo)為≥HB190

2 硬度檢測(cè)在其他制造過(guò)程中的應(yīng)用

1）利用硬度檢測(cè)的方便、經(jīng)濟(jì)特點(diǎn)，可作為材料檢驗(yàn)的輔助手段。一般除規(guī)范要求外，材料的驗(yàn)收是進(jìn)行表面檢查和核對(duì)質(zhì)保書，而不進(jìn)行力學(xué)性能的復(fù)驗(yàn)。若對(duì)供應(yīng)商提供的質(zhì)保書有懷疑時(shí)，可以通過(guò)硬度測(cè)試的方式進(jìn)行初步檢驗(yàn)。如對(duì)15CrMo鋼管的驗(yàn)收，按GB 9948《石油裂化用無(wú)縫鋼管》抗拉強(qiáng)度Rm≥440MPa，若鋼管生產(chǎn)單位在該管材熱處理時(shí)降溫速度太慢，使硬度值低于HB122時(shí)，則按照常用硬度與強(qiáng)度關(guān)系式σb=HB3.55（適用于≤HB175的材料）計(jì)算，該管材的抗拉強(qiáng)度Rm=433.1MPa，不符合GB 9948《石油裂化用無(wú)縫鋼管》抗拉強(qiáng)度Rm≥440MPa的要求，因此需要取樣進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)復(fù)驗(yàn)。

對(duì)于07MnNiMoDR材料，當(dāng)熱處理保溫溫度大于650℃以上時(shí)，其屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度可能會(huì)低于標(biāo)準(zhǔn)值。利用抗拉強(qiáng)度與硬度的線性關(guān)系式Rm=2.33×HV10+156，通過(guò)熱處理后的硬度檢測(cè)，可以判斷熱處理保溫溫度是否超出規(guī)定值。

2）一般碳鋼及低合金鋼橢圓形封頭冷壓后要進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理處理，對(duì)封頭壓制廠是否進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理除了審查消除應(yīng)力熱處理報(bào)告和熱處理曲線外，最好再進(jìn)行硬度的檢測(cè)，當(dāng)檢測(cè)的硬度值很高時(shí)，應(yīng)懷疑封頭壓制廠消除應(yīng)力熱處理效果不好或可能沒(méi)有進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理。而對(duì)一般折邊錐形封頭折邊加工工序，GB/T 25198—2010《壓力容器封頭》中未提出折邊冷成型后的熱處理要求，往往折邊大頭處容易引起開裂，此時(shí)對(duì)折邊處的硬度檢測(cè)很有必要，從而可以判斷該處的應(yīng)力水平是否高到需要進(jìn)行熱處理。

壓力容器用膨脹節(jié)制造時(shí)會(huì)產(chǎn)生的冷作硬化現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)將影響抗疲勞的能力，硬度檢測(cè)可判斷冷作硬化程度。但由于膨脹節(jié)是抗疲勞元件，不能直接在膨脹節(jié)母材上打硬度，可以在膨脹節(jié)成型后的兩端需切割下的多余材料上打硬度，采用常用硬度與強(qiáng)度關(guān)系式，即可判斷是否超過(guò)材料的許用應(yīng)力。

3）GB 150.4—2011《壓力容器》第4部分：制造、檢驗(yàn)和驗(yàn)收中5.1.2，奧氏體型不銹鋼開平板應(yīng)按批號(hào)復(fù)驗(yàn)力學(xué)性能，GB 24511—2009《承壓設(shè)備用不銹鋼鋼板及鋼帶》中奧氏體型不銹鋼的力學(xué)性能包括材料的硬度值范圍，因此對(duì)該材料的復(fù)驗(yàn)必須進(jìn)行硬度測(cè)試。

4）換熱器制造中換熱管與管板脹接，要求換熱管材料的硬度值低于管板的硬度值，通常管板硬度比換熱管硬度高HB20～50為好，若換熱管硬度與管板硬度接近或超過(guò)管板硬度時(shí)，脹管率過(guò)低或管板產(chǎn)生塑性變形，拉脫力下降；若換熱管硬度比管板硬度過(guò)低（低于HB50時(shí)），換熱管容易脹大，同樣使拉脫力下降。一般通過(guò)硬度檢測(cè)的方法確認(rèn)，若達(dá)不到要求，則需要通過(guò)換熱管熱處理的方法來(lái)調(diào)整。

5）在進(jìn)行不銹鋼堆焊焊接工藝評(píng)定時(shí)，HG/T 20584—2011《鋼制化工容器制造技術(shù)要求》規(guī)定堆焊熱影響區(qū)的硬度檢測(cè)作為附加檢查要求（ASME也有此要求），當(dāng)≤HV350即滿足要求。

6）法蘭連接中為了使密封可靠，法蘭密封面的硬度應(yīng)大于墊片的硬度，一般在HB30左右。若墊片的硬度較大，則可以在法蘭訂貨時(shí)提出法蘭密封面硬度值取上限的要求。

7）GB 150—2011規(guī)定：公稱直徑大于M36的螺母毛坯熱處理后應(yīng)做硬度試驗(yàn)；調(diào)質(zhì)狀態(tài)使用的螺母用鋼，其回火溫度應(yīng)高于組合使用的螺柱用鋼的回火溫度。為防止咬扣，一般螺母硬度要求低于螺栓硬度HB50左右。

8）對(duì)有應(yīng)力腐蝕的壓力容器，硬度檢測(cè)一般在焊縫的內(nèi)側(cè)進(jìn)行，但打硬度的地方會(huì)產(chǎn)生新的硬化現(xiàn)象，即產(chǎn)生新的應(yīng)力集中，因此，在這種情況下，應(yīng)帶縱縫熱處理試板，試板一組兩塊，尺寸各為100mm×100mm，板厚與筒體厚度相同，熱處理試板不需要無(wú)損檢測(cè)，但要與筒體同時(shí)焊接及同爐熱處理，熱處理后硬度測(cè)試在試板上進(jìn)行，可避免因在筒體焊縫上打硬度而產(chǎn)生新的應(yīng)力集中。

9）對(duì)已經(jīng)進(jìn)行過(guò)消除應(yīng)力熱處理的壓力容器，如要再進(jìn)行焊縫返修，是否需要進(jìn)行返修后的熱處理，在NB/T 47015—2011中有明確的規(guī)定，但若能在焊縫返修后進(jìn)行硬度測(cè)試，與返修前的硬度值進(jìn)行比較，若焊縫硬度差值控制在HB5范圍內(nèi)或低于圖樣規(guī)定的硬度值，就可以不再進(jìn)行熱處理。

3 結(jié)論

硬度檢測(cè)在壓力容器制造中的作用是多方面的，靈活利用硬度檢測(cè)工具，可以起到事半功倍的作用。

［1］ 黃少軍.消除應(yīng)力熱處理降溫速率對(duì)15CrMo鋼組織及性能的影響［J］.壓力容器，2014，31（1）：17-18.

［2］ 陳楷明.更換廢熱鍋爐對(duì)流管束的工藝方法探究［J］.石油化工建設(shè)，2009，4：61-65.

［3］ 楊景標(biāo)，等.07MnNiMoDR鋼火災(zāi)后力學(xué)性能及組織研究（二）［J］.壓力容器，2014，31（3）：7.

［4］ SH/T 3075—2009 石油化工鋼制壓力容器材料選用規(guī)范［S］.

［5］ GB 50184—2011 工業(yè)金屬管道工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范［S］.

［6］ 王威強(qiáng).我國(guó)特種設(shè)備事故調(diào)查與處理體制的思考［J］.中國(guó)特種設(shè)備安全，2012，28（7）：33-35.

The Effect of Hardness Measurement in Pressure Vessels Manufacturing

Cao Yaxi1Li Yonghua2
(1. Jiangsu Sunpower Technology Co., Ltd Sunpwer Engineering Nanjing 210009) (2. Siemens power plant automation limited corporation Nanjing 211112)

Heat treatment is an important process in pressure vessels manufacturing. The effect of heat treatment can be verifi ed by hardness measurement. In this paper, the acceptability limit of hardness testing for all kinds of metal materials used in corresponding media after heat treatment is described; this method is very easy to determine the effect of heat treatment. In addition, in the other manufacturing process of pressure vessels, hardness testing is an economical and convenient auxiliary means. This paper, as a reference, lists the problem cases which are founded and solved by hardness testing in pressure vessels manufacturing.

Hardness measurement Heat treatment Pressure vessels manufacturing

X924.2

B

1673—257X（2015）03 -30-03

10.3969/j.issn.1673-257X.2015.03.008

曹亞熹（1987～），女，本科，助理工程師。主要從事壓力容器的設(shè)計(jì)工作。

2014-10-23）