硬度檢測在壓力容器定期檢驗(yàn)中的應(yīng)用

湯榮躍 譚 婧

（衢州市特種設(shè)備檢驗(yàn)中心)

0 前言

硬度是材料局部抵抗硬物壓入其表面的能力，是反映材料強(qiáng)度、塑性和韌性等力學(xué)性能的綜合指標(biāo)。TSG R7001—2013《壓力容器定期檢驗(yàn)規(guī)則》規(guī)定：有材質(zhì)劣化傾向或有焊縫硬度要求的壓力容器，在定期檢驗(yàn)時(shí)應(yīng)當(dāng)進(jìn)行硬度檢測。

1 硬度檢測的作用

1.1 評(píng)定容器材質(zhì)劣化傾向

壓力容器在使用過程中，由于受敏感材質(zhì)、高溫、使用介質(zhì)等特定工況條件的影響，會(huì)產(chǎn)生滲碳、脫碳、滲氮、475℃脆化、脫金屬腐蝕、球化等現(xiàn)象，其材質(zhì)硬度會(huì)產(chǎn)生顯著變化。所以，對(duì)有材質(zhì)劣化傾向的容器，應(yīng)通過定期硬度檢測來監(jiān)測材質(zhì)的劣化程度。

1.2 評(píng)定容器應(yīng)力腐蝕敏感性

碳鋼和低合金鋼制造的容器可通過檢測水的pH值和H2S含量來評(píng)定環(huán)境苛刻度 （見表1），然后再根據(jù)焊接接頭的最大實(shí)測布氏硬度值來評(píng)價(jià)容器的硫化物應(yīng)力腐蝕開裂敏感性 （見表2）。對(duì)氫氟酸環(huán)境下的壓力容器，可根據(jù)焊接接頭最大實(shí)測布氏硬度值來評(píng)價(jià)容器的氫應(yīng)力開裂敏感性 （見表3）。

表1 環(huán)境苛刻度

表3 碳鋼和低合金鋼容器在氫氟酸環(huán)境下的氫應(yīng)力開裂敏感性

1.3 評(píng)定材料焊接冷裂傾向

對(duì)于有淬硬傾向的低合金鋼，可通過測定焊接接頭熱影響區(qū)最高硬度判定材料的焊接性和工藝的適用性，檢查熱處理效果并評(píng)價(jià)鋼材焊接接頭的冷裂傾向。

2 硬度檢測的時(shí)機(jī)

對(duì)有材質(zhì)劣化傾向的容器，其母材硬度隨著時(shí)間的推移會(huì)產(chǎn)生變化，所以容器每次定期檢驗(yàn)時(shí)應(yīng)定點(diǎn)檢測硬度。將檢測到的容器材質(zhì)的硬度與容器出廠檢驗(yàn)時(shí)測得的原始硬度進(jìn)行比對(duì)，就可以判斷材質(zhì)的劣化傾向。

有應(yīng)力腐蝕敏感性和焊接冷裂傾向的壓力容器，其硬度一般不會(huì)隨著時(shí)間的推移產(chǎn)生變化，因此只須在首次檢驗(yàn)時(shí)進(jìn)行硬度檢測即可。

檢驗(yàn)時(shí)必須對(duì)硬度檢測部位進(jìn)行標(biāo)圖記錄，對(duì)硬度異常部位做詳細(xì)標(biāo)記，并采用金相檢驗(yàn)、磁粉探傷等進(jìn)行附加檢驗(yàn)，分析硬度異常的原因，查明可能對(duì)容器造成的損傷。每次定期檢驗(yàn)時(shí)應(yīng)將硬度異常部位作為檢驗(yàn)重點(diǎn)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)材質(zhì)劣化現(xiàn)象比較明顯或產(chǎn)生開裂時(shí)，定期檢驗(yàn)周期可以適當(dāng)縮短。

3 硬度檢測的部位

有材質(zhì)劣化傾向的容器，硬度檢測應(yīng)在與介質(zhì)接觸側(cè)的母材表面上定點(diǎn)檢測。

對(duì)焊接接頭有硬度要求的壓力容器，硬度檢測部位應(yīng)當(dāng)有代表性。硬度檢測應(yīng)在焊接接頭的起弧、熄弧、返修處進(jìn)行，且對(duì)采用不同焊接工藝焊接的所有焊接接頭都進(jìn)行檢測。評(píng)定材料應(yīng)力腐蝕敏感性的硬度檢測應(yīng)在與介質(zhì)接觸側(cè)的焊接接頭處進(jìn)行。評(píng)定材料焊接冷裂傾向的硬度檢測應(yīng)分別在容器內(nèi)、外表面的焊接接頭處進(jìn)行，后焊面應(yīng)作為檢驗(yàn)重點(diǎn)。

4 硬度檢測的評(píng)定

滲碳、脫碳、滲氮一般發(fā)生在容器表面，滲碳、滲氮會(huì)造成材料表面硬度、脆性增加，脫碳會(huì)造成材料表面硬度、強(qiáng)度降低。容器檢驗(yàn)時(shí)可通過局部打磨去除表面層來測定劣化層深度。當(dāng)劣化層深度超過腐蝕余量時(shí)，容器應(yīng)當(dāng)進(jìn)行強(qiáng)度校核。475℃脆化、脫金屬腐蝕、球化等材質(zhì)劣化在容器殼體的整個(gè)表面上一般都可能發(fā)生。當(dāng)劣化程度輕微、能夠確認(rèn)在規(guī)定的操作條件下和檢驗(yàn)周期內(nèi)安全使用時(shí)，容器安全狀況等級(jí)可以定為3級(jí)；當(dāng)產(chǎn)生不可修復(fù)的缺陷或損傷時(shí)，根據(jù)劣化程度可定為4級(jí)或5級(jí)。

容器處于應(yīng)力腐蝕環(huán)境時(shí)，一般控制非焊接件或焊后經(jīng)正火或回火處理的材料和焊接接頭 （包括焊縫、熱影響區(qū)及母材）的硬度限制如下：低碳鋼HV （10）≤220（單個(gè)值）， 低合金鋼HV （10）≤245（單個(gè)值）。容器檢測硬度符合上述規(guī)定時(shí)，一般認(rèn)為容器不會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂。

對(duì)于有淬硬開裂傾向的低合金鋼容器，焊接接頭熱影響區(qū)最高硬度值不得超過母材原始硬度值的30%或低于母材原始硬度值的90%。

5 硬度檢測的注意事項(xiàng)

壓力容器定期檢驗(yàn)一般采用里氏硬度計(jì)，其具有操作方便、檢測速度快、任何位置均可使用、可換算成各種硬度等優(yōu)點(diǎn)，檢測時(shí)應(yīng)注意下述幾點(diǎn)。

（1）硬度計(jì)應(yīng)定期校準(zhǔn)，檢測前應(yīng)使用標(biāo)準(zhǔn)硬度塊對(duì)硬度計(jì)進(jìn)行校驗(yàn)，其示值誤差≤±12 HLD，重復(fù)性≤12 HLD。

（2）用D型沖擊裝置測定硬度時(shí)，檢測面應(yīng)具有金屬光澤，不應(yīng)有氧化皮及其他污物，表面粗糙度 Ra≤1.6 μm。

（3）容器的每個(gè)檢測部位一般進(jìn)行五次試驗(yàn)，用五個(gè)檢測點(diǎn)的平均值作為一個(gè)里氏硬度試驗(yàn)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)分散不應(yīng)超過平均值的±15 HLD。任意兩個(gè)測點(diǎn)中心之間距離≥3 mm。

（4）試驗(yàn)時(shí)，將沖擊裝置支撐環(huán)緊壓在容器表面上，沖擊方向應(yīng)與檢測面垂直。沖擊裝置應(yīng)盡可能鉛直向下，對(duì)于其他沖擊方向所測定的硬度值，應(yīng)進(jìn)行修正。

（5）硬度檢測值最終還需根據(jù)硬度計(jì)校準(zhǔn)報(bào)告提供的示值誤差進(jìn)行再次修正。

綜上所述，利用檢測硬度的方法來監(jiān)測材料劣化程度，驗(yàn)證材料焊接性能的好壞，評(píng)價(jià)壓力容器的安全狀況，是壓力容器定期檢驗(yàn)最常用的一種有效的、低成本的檢驗(yàn)手段。

[1]TSG R7001-2013.壓力容器定期檢驗(yàn)規(guī)則 [S].

[2]壓力容器實(shí)用技術(shù)叢書編寫委員會(huì).壓力容器檢驗(yàn)及無損檢測 [M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

[3]強(qiáng)天鵬.壓力容器檢驗(yàn) [M].北京：新華出版社，2008.

[4]全國鍋爐壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).承壓設(shè)備損傷模式識(shí)別 （征求意見稿） [S].2011.

[5]全國鍋爐壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).GB/T 26610.4.承壓設(shè)備系統(tǒng)基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)實(shí)施導(dǎo)則 第四部分：失效可能性定量分析方法 （征求意見稿） [S].2012.