硬度測定在壓力容器檢驗中的應用

吳潔慧 WU Jie-hui

（包頭市特種設備檢驗所，包頭 014030）

（Baotou Special Equipment Inspection Institute，Baotou 014030，China）

硬度測定在壓力容器檢驗中的應用

吳潔慧 WU Jie-hui

（包頭市特種設備檢驗所，包頭 014030）

（Baotou Special Equipment Inspection Institute，Baotou 014030，China）

一些壓力容器通過硬度測定結合化學成分分析來確定材料強度，進行強度校核，可避免造成部分設備資源的浪費，同時確保設備的安全運行。

硬度；許用應力；定期檢驗

0 引言

在壓力容器檢驗中硬度測定作為內外部檢驗的一個理化檢測項目，由于其自身特點，被廣泛采用。本文僅以硬度測定的部分特點來論述它在各類壓力容器檢驗中的應用。作為定義：“硬度表示固體材料表面在一個小的體積范圍內抵抗彈性變形、塑性變形或破斷的能力，是表征材料性能的一個綜合的物理量。”

硬度測定具有以下特點：①硬度機（儀）使用簡單，易于維護；②測定時一般不破壞被測元件；③被測部件可大可??；④塑性材料和脆性材料均可測定；⑤硬度與其他機械性能如抗拉強度有一定的關系；⑥試驗迅速，可實現自動檢測；因此硬度測定在工程上被廣泛的用以檢驗原材料和熱處理件的質量以及鑒定熱處理工藝的合理性等。

1 對進行過熱處理的壓力容器的檢測

在《壓力容器安全技術監察規程》、GB150-1998《鋼制壓力容器》、《超高壓容器安全技術監察規程》及相應制造標準中都對部分需要進行熱處理的壓力容器作了規定，熱處理工藝大致可分為兩類，一類為消除殘余應力的焊后熱處理，一類為冷成型后優化材料機械性能的熱處理。

焊接時產生的殘余應力是使用過程中發生應力腐蝕的主要原因之一，同時殘余應力的存在使壓力容器的受力狀況更加惡化，因此焊后熱處理的質量控制非常重要。《壓力容器定期檢驗規則》的講析中規定：“為了評價材料的強度及性能的均勻性，硬度測定是一種簡便易行的有利手段。有些情況下，為了保證鋼材的抗應力腐蝕性能，規定了最高的允許硬度值，這時也有必要進行硬度測定?！彼裕瑢τ谟袘Ωg傾向的壓力容器進行定期檢驗時，如盛裝混合液化石油氣或液氨的儲罐，應重點對內表面焊縫、熱影響區及附近母材進行硬度測定，以查明焊縫熱處理后消除殘余應力的效果，從而判定應力腐蝕破裂傾向的大小。

對于盛裝毒性程度為極度或高度危害介質的容器，以及GB150中10.4.2條規定需進行熱處理的冷成型或中溫成型的受壓元件，在進行首次檢驗時，對母材應進行硬度測定。由于制造過程中，受壓元件冷加工時會發生冷作硬化現象，導致材料塑性降低硬度提高，這將對壓力容器的安全使用產生不利影響，因此，需要通過硬度測定對熱處理效果進行評價。

2 對使用過程中有可能產生材質劣化的檢測

《壓力容器定期檢驗規則》第三章全面檢驗中第二十五條（七）材質檢查中“檢查主要受壓元件材質是否劣化，可根據具體情況，采用硬度測定、化學分析、金相檢驗或者光譜分析等，予以確定?！庇捎诟黝愒谝蹓毫θ萜魇褂媒橘|、操作壓力和操作溫度差異較大，所以在檢驗中應根據具體情況分析是否可能產生材質劣化，并確定是否需要采用硬度測定進行檢驗。對于臨氫壓力容器或有可能產生氫腐蝕以及高溫條件下運行的壓力容器，應對容器內壁進行硬度測定，如發現硬度值異?？蛇M行金相檢驗，判定容器是否出現材質劣化。

超高壓水晶釜進行定期檢驗時應進行硬度測定，由于目前我國超高壓水晶釜材質多數采用PCrNi3MoVa，強度高、硬度大，同時在使用過程中壓力、溫度都很高（151MPa、400℃），且周期性使用（一個周期一般為40天），有可能引起金屬材料金相組織變化，所以應進行表面硬度測定，如發現硬度值異常可通過金相檢驗確定其組織結構?！冻邏喝萜靼踩夹g監察規程》第33條對硬度測定的方式和結果作出了規定：“應在筒體外壁上均布劃出5個與筒體軸線相垂直的環線，在每個環線上均布取4點，做硬度檢查，硬度最高值與最低值差（△HB），環線間各點應不大于40，同一環線上各點不大于20。”

3 在主體材質不明的壓力容器強度校核中的應用

由于目前我國中小企業壓力容器安全管理水平普遍較差，在定期檢驗中經常發生原始資料遺失，無法確定主要受壓元件材質，按照《壓力容器定期檢驗規則》第三章全面檢驗中第二十五條（七）材質檢查中規定“主要受壓元件材質的種類和牌號一般應當查明。材質不明者，對無特殊要求的容器，按Q235鋼進行強度校核。對于第三類壓力容器、移動式壓力容器以及有特殊要求的壓力容器，必須查明材質”，壓力容器材料牌號不明，允許按Q235材料強度的下限值進行強度校核，也可按該壓力容器同類材料的最低標準值選取。在具體檢驗中，如對全部無主體材質的壓力容器都按Q235鋼的強度下限值進行校核，有些情況下這樣會造成部分設備資源的浪費；如果通過布氏硬度測定結合化學成分分析來確定材料強度，進行強度校核，可使部分安全狀況良好的壓力容器繼續使用。下面介紹一個檢驗實例：

某食品企業冷庫一臺液氨儲罐在壓力容器普查中進行首次定期檢驗，原始資料全部遺失，只有金屬銘牌，可確定如下基本參數，制造單位：國營武漢冷凍機廠、制造編號：N235、制造日期：1972 年 1 月、設計壓力：2.0MPa、設計溫度：常溫、容積：5m、容器無人孔，經檢驗結果為：外徑1140mm、長4810mm3、實測筒體最小壁厚12.10mm、筒體外表面布氏硬度125HB、容器表面腐蝕輕微、焊縫經表面探傷、超聲波探傷無超標缺陷；按照Q235A進行強度校核：

如果依據GB1172—74《黑色金屬硬度及強度換算值》中的經驗公式通過布氏硬度換算抗拉強度可得如下結果：

代入強度公式得計算厚度δ=9.55mm+2mm＜12.10mm強度校核合格，允許繼續使用。

在這個實例中，經實測布氏硬度換算所得抗拉強度、許用應力與GB150-98表4-1中16MnR相近，對材料進行化學成分分析可進一步證實原材質為低合金鋼相當于16MnR，這與我國制造的制冷設備壓力容器大多使用16MnR的現狀相符。由此可見，一些壓力容器通過硬度測定結合化學成分分析來確定材料強度，進行強度校核，可避免造成部分設備資源的浪費，同時確保設備的安全運行。

4 結束語

硬度測定在實際工作中還有許多其他重要功能，本文僅從上述三個方面作了簡單論述。在壓力容器的定期檢驗中，硬度測定以其操作方便、成本低、檢測結果出具及時等特點，應該得到更廣泛的應用。

[1]強天鵬主編.壓力容器檢驗[M].中國鍋爐壓力容器檢驗協會.

[2]壓力容器安全技術監察規程[S].

[3]GB150-1998，鋼制壓力容器[S].

[4]超高壓容器安全技術監察規程[S].

[5]壓力容器定期檢驗規則[S].

[6]GB1172-74，黑色金屬硬度及強度換算值[S].

Application of Hardness Measurement in Pressure Vessel Inspection

For some pressure vessels,the material strength can be determined through hardness measurement combined with chemical composition analysis.Then strength check can avoid the waste of part of the equipment resources while ensuring the safe operation of the equipment.

hardness；the allowable stress；regular inspection

吳潔慧（1964-），女，內蒙古包頭人，鍋爐壓力容器等六項檢驗員資格，計量工程師，研究方向為檢驗檢測。

TH49

A

1006-4311（2014）11-0310-02