壓力容器制造中硬度檢測的作用

曹亞熹 李永華

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

壓力容器制造中硬度檢測的作用

曹亞熹1李永華2

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

熱處理是壓力容器制造過程中的重要工序，檢驗熱處理的效果可以通過硬度檢測的方法進行，本文對各種金屬材料用于相應介質中熱處理后硬度檢測的合格范圍進行了闡述，判斷熱處理的效果很方便；另外在壓力容器其他制造過程中，硬度檢測是一種既經濟又方便的輔助手段，本文羅列了在壓力容器制造過程中通過硬度的檢測發現或解決問題事例，供同行借鑒。

硬度檢測 熱處理 壓力容器制造

除特殊情況外，一般標準規范對硬度檢測不作為強制性要求。但在壓力容器制造過程中，硬度檢測又是一種既經濟又方便的輔助手段。因此本文羅列了在壓力容器制造過程中通過硬度檢測發現或解決問題的事例，供同行借鑒。

1 對熱處理效果的檢驗

在TSG Z0004—2007《特種設備制造、安裝、改造、維修質量保證體系基本要求》熱處理控制章節中未提到熱處理效果的檢驗。我們知道影響設備熱處理效果的因素較多，只要有一項因素失控，就有可能使熱處理達不到預期的目標?；诖?，我們提出通過檢測硬度來判斷熱處理效果，對常用材料熱處理后的焊縫和熱影響區硬度值控制在以下范圍，即可以認為熱處理是合格的：

1）對碳素鋼，熱處理前先檢測母材硬度（設硬度值為Y），熱處理后檢測焊縫和熱影響區硬度，合格指標為90%Y≤HB≤120%Y。

2）對低合金鋼，熱處理前先檢測母材硬度（設硬度值為Y），熱處理后檢測焊縫和熱影響區硬度，合格指標為90%Y≤HB≤125%Y。

3）對Mn-Mo鋼、Cr-Mo鋼（Cr≤2%），熱處理后檢測焊縫和熱影響區硬度，合格指標為≤HB225。

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

5）對有濕硫化氫應力腐蝕環境下碳素鋼和低合金鋼，熱處理后檢測焊縫和熱影響區硬度，合格指標為≤HB200

6）對有液氨應力腐蝕環境下碳素鋼和低合金鋼，熱處理后檢測焊縫和熱影響區硬度，合格指標為≤HB185

7）對氫氟酸腐蝕環境下碳素鋼，熱處理后檢測焊縫和熱影響區硬度，合格指標為≤HB200

8）對采用填料密封的攪拌容器，當軸的材料是優質中碳鋼或40Cr鋼時，攪拌軸調質處理后密封處硬度合格指標為≥HB190

2 硬度檢測在其他制造過程中的應用

1）利用硬度檢測的方便、經濟特點，可作為材料檢驗的輔助手段。一般除規范要求外，材料的驗收是進行表面檢查和核對質保書，而不進行力學性能的復驗。若對供應商提供的質保書有懷疑時，可以通過硬度測試的方式進行初步檢驗。如對15CrMo鋼管的驗收，按GB 9948《石油裂化用無縫鋼管》抗拉強度Rm≥440MPa，若鋼管生產單位在該管材熱處理時降溫速度太慢，使硬度值低于HB122時，則按照常用硬度與強度關系式σb=HB3.55（適用于≤HB175的材料）計算，該管材的抗拉強度Rm=433.1MPa，不符合GB 9948《石油裂化用無縫鋼管》抗拉強度Rm≥440MPa的要求，因此需要取樣進行力學性能試驗復驗。

對于07MnNiMoDR材料，當熱處理保溫溫度大于650℃以上時，其屈服強度和抗拉強度可能會低于標準值。利用抗拉強度與硬度的線性關系式Rm=2.33×HV10+156，通過熱處理后的硬度檢測，可以判斷熱處理保溫溫度是否超出規定值。

2）一般碳鋼及低合金鋼橢圓形封頭冷壓后要進行消除應力熱處理處理，對封頭壓制廠是否進行消除應力熱處理除了審查消除應力熱處理報告和熱處理曲線外，最好再進行硬度的檢測，當檢測的硬度值很高時，應懷疑封頭壓制廠消除應力熱處理效果不好或可能沒有進行消除應力熱處理。而對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，此時對折邊處的硬度檢測很有必要，從而可以判斷該處的應力水平是否高到需要進行熱處理。

壓力容器用膨脹節制造時會產生的冷作硬化現象，嚴重時將影響抗疲勞的能力，硬度檢測可判斷冷作硬化程度。但由于膨脹節是抗疲勞元件，不能直接在膨脹節母材上打硬度，可以在膨脹節成型后的兩端需切割下的多余材料上打硬度，采用常用硬度與強度關系式，即可判斷是否超過材料的許用應力。

3）GB 150.4—2011《壓力容器》第4部分：制造、檢驗和驗收中5.1.2，奧氏體型不銹鋼開平板應按批號復驗力學性能，GB 24511—2009《承壓設備用不銹鋼鋼板及鋼帶》中奧氏體型不銹鋼的力學性能包括材料的硬度值范圍，因此對該材料的復驗必須進行硬度測試。

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管板硬度時，脹管率過低或管板產生塑性變形，拉脫力下降；若換熱管硬度比管板硬度過低（低于HB50時），換熱管容易脹大，同樣使拉脫力下降。一般通過硬度檢測的方法確認，若達不到要求，則需要通過換熱管熱處理的方法來調整。

5）在進行不銹鋼堆焊焊接工藝評定時，HG/T 20584—2011《鋼制化工容器制造技術要求》規定堆焊熱影響區的硬度檢測作為附加檢查要求（ASME也有此要求），當≤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提出法蘭密封面硬度值取上限的要求。

7）GB 150—2011規定：公稱直徑大于M36的螺母毛坯熱處理后應做硬度試驗；調質狀態使用的螺母用鋼，其回火溫度應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）對有應力腐蝕的壓力容器，硬度檢測一般在焊縫的內側進行，但打硬度的地方會產生新的硬化現象，即產生新的應力集中，因此，在這種情況下，應帶縱縫熱處理試板，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損檢測，但要與筒體同時焊接及同爐熱處理，熱處理后硬度測試在試板上進行，可避免因在筒體焊縫上打硬度而產生新的應力集中。

9）對已經進行過消除應力熱處理的壓力容器，如要再進行焊縫返修，是否需要進行返修后的熱處理，在NB/T 47015—2011中有明確的規定，但若能在焊縫返修后進行硬度測試，與返修前的硬度值進行比較，若焊縫硬度差值控制在HB5范圍內或低于圖樣規定的硬度值，就可以不再進行熱處理。

3 結論

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

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

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

［3］ 楊景標，等.07MnNiMoDR鋼火災后力學性能及組織研究（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范［S］.

［5］ GB 50184—2011 工業金屬管道工程施工質量驗收規范［S］.

［6］ 王威強.我國特種設備事故調查與處理體制的思考［J］.中國特種設備安全，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計工作。

2014-10-23）