硬度測定在壓力容器檢驗(yàn)中的應(yīng)用

吳潔慧 WU Jie-hui

（包頭市特種設(shè)備檢驗(yàn)所，包頭 014030）

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

硬度測定在壓力容器檢驗(yàn)中的應(yīng)用

吳潔慧 WU Jie-hui

（包頭市特種設(shè)備檢驗(yàn)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(jié)合化學(xué)成分分析來確定材料強(qiáng)度，進(jìn)行強(qiáng)度校核，可避免造成部分設(shè)備資源的浪費(fèi)，同時(shí)確保設(shè)備的安全運(yùn)行。

硬度；許用應(yīng)力；定期檢驗(yàn)

0 引言

在壓力容器檢驗(yàn)中硬度測定作為內(nèi)外部檢驗(yàn)的一個(gè)理化檢測項(xiàng)目，由于其自身特點(diǎn)，被廣泛采用。本文僅以硬度測定的部分特點(diǎn)來論述它在各類壓力容器檢驗(yàn)中的應(yīng)用。作為定義：“硬度表示固體材料表面在一個(gè)小的體積范圍內(nèi)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(gè)綜合的物理量?！?/p>

硬度測定具有以下特點(diǎn)：①硬度機(jī)（儀）使用簡單，易于維護(hù)；②測定時(shí)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(jī)械性能如抗拉強(qiáng)度有一定的關(guān)系；⑥試驗(yàn)迅速，可實(shí)現(xiàn)自動檢測；因此硬度測定在工程上被廣泛的用以檢驗(yàn)原材料和熱處理件的質(zhì)量以及鑒定熱處理工藝的合理性等。

1 對進(jìn)行過熱處理的壓力容器的檢測

在《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》、GB150-1998《鋼制壓力容器》、《超高壓容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》及相應(yīng)制造標(biāo)準(zhǔn)中都對部分需要進(jìn)行熱處理的壓力容器作了規(guī)定，熱處理工藝大致可分為兩類，一類為消除殘余應(yīng)力的焊后熱處理，一類為冷成型后優(yōu)化材料機(jī)械性能的熱處理。

焊接時(shí)產(chǎn)生的殘余應(yīng)力是使用過程中發(fā)生應(yīng)力腐蝕的主要原因之一，同時(shí)殘余應(yīng)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(zhì)量控制非常重要。《壓力容器定期檢驗(yàn)規(guī)則》的講析中規(guī)定：“為了評價(jià)材料的強(qiáng)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(yīng)力腐蝕性能，規(guī)定了最高的允許硬度值，這時(shí)也有必要進(jìn)行硬度測定?！彼?，對于有應(yīng)力腐蝕傾向的壓力容器進(jìn)行定期檢驗(yàn)時(shí)，如盛裝混合液化石油氣或液氨的儲罐，應(yīng)重點(diǎn)對內(nèi)表面焊縫、熱影響區(qū)及附近母材進(jìn)行硬度測定，以查明焊縫熱處理后消除殘余應(yīng)力的效果，從而判定應(yīng)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(zhì)的容器，以及GB150中10.4.2條規(guī)定需進(jìn)行熱處理的冷成型或中溫成型的受壓元件，在進(jìn)行首次檢驗(yàn)時(shí)，對母材應(yīng)進(jìn)行硬度測定。由于制造過程中，受壓元件冷加工時(shí)會發(fā)生冷作硬化現(xiàn)象，導(dǎo)致材料塑性降低硬度提高，這將對壓力容器的安全使用產(chǎn)生不利影響，因此，需要通過硬度測定對熱處理效果進(jìn)行評價(jià)。

2 對使用過程中有可能產(chǎn)生材質(zhì)劣化的檢測

《壓力容器定期檢驗(yàn)規(guī)則》第三章全面檢驗(yàn)中第二十五條（七）材質(zhì)檢查中“檢查主要受壓元件材質(zhì)是否劣化，可根據(jù)具體情況，采用硬度測定、化學(xué)分析、金相檢驗(yàn)或者光譜分析等，予以確定。”由于各類在役壓力容器使用介質(zhì)、操作壓力和操作溫度差異較大，所以在檢驗(yàn)中應(yīng)根據(jù)具體情況分析是否可能產(chǎn)生材質(zhì)劣化，并確定是否需要采用硬度測定進(jìn)行檢驗(yàn)。對于臨氫壓力容器或有可能產(chǎn)生氫腐蝕以及高溫條件下運(yùn)行的壓力容器，應(yīng)對容器內(nèi)壁進(jìn)行硬度測定，如發(fā)現(xiàn)硬度值異?？蛇M(jìn)行金相檢驗(yàn)，判定容器是否出現(xiàn)材質(zhì)劣化。

超高壓水晶釜進(jìn)行定期檢驗(yàn)時(shí)應(yīng)進(jìn)行硬度測定，由于目前我國超高壓水晶釜材質(zhì)多數(shù)采用PCrNi3MoVa，強(qiáng)度高、硬度大，同時(shí)在使用過程中壓力、溫度都很高（151MPa、400℃），且周期性使用（一個(gè)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(yīng)進(jìn)行表面硬度測定，如發(fā)現(xiàn)硬度值異?？赏ㄟ^金相檢驗(yàn)確定其組織結(jié)構(gòu)?！冻邏喝萜靼踩夹g(shù)監(jiān)察規(guī)程》第33條對硬度測定的方式和結(jié)果作出了規(guī)定：“應(yīng)在筒體外壁上均布劃出5個(gè)與筒體軸線相垂直的環(huán)線，在每個(gè)環(huán)線上均布取4點(diǎn)，做硬度檢查，硬度最高值與最低值差（△HB），環(huán)線間各點(diǎn)應(yīng)不大于40，同一環(huán)線上各點(diǎn)不大于20?！?/p>

3 在主體材質(zhì)不明的壓力容器強(qiáng)度校核中的應(yīng)用

由于目前我國中小企業(yè)壓力容器安全管理水平普遍較差，在定期檢驗(yàn)中經(jīng)常發(fā)生原始資料遺失，無法確定主要受壓元件材質(zhì)，按照《壓力容器定期檢驗(yàn)規(guī)則》第三章全面檢驗(yàn)中第二十五條（七）材質(zhì)檢查中規(guī)定“主要受壓元件材質(zhì)的種類和牌號一般應(yīng)當(dāng)查明。材質(zhì)不明者，對無特殊要求的容器，按Q235鋼進(jìn)行強(qiáng)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(zhì)”，壓力容器材料牌號不明，允許按Q235材料強(qiáng)度的下限值進(jìn)行強(qiáng)度校核，也可按該壓力容器同類材料的最低標(biāo)準(zhǔn)值選取。在具體檢驗(yàn)中，如對全部無主體材質(zhì)的壓力容器都按Q235鋼的強(qiáng)度下限值進(jìn)行校核，有些情況下這樣會造成部分設(shè)備資源的浪費(fèi)；如果通過布氏硬度測定結(jié)合化學(xué)成分分析來確定材料強(qiáng)度，進(jìn)行強(qiáng)度校核，可使部分安全狀況良好的壓力容器繼續(xù)使用。下面介紹一個(gè)檢驗(yàn)實(shí)例：

某食品企業(yè)冷庫一臺液氨儲罐在壓力容器普查中進(jìn)行首次定期檢驗(yàn)，原始資料全部遺失，只有金屬銘牌，可確定如下基本參數(shù)，制造單位：國營武漢冷凍機(jī)廠、制造編號：N235、制造日期：1972 年 1 月、設(shè)計(jì)壓力：2.0MPa、設(shè)計(jì)溫度：常溫、容積：5m、容器無人孔，經(jīng)檢驗(yàn)結(jié)果為：外徑1140mm、長4810mm3、實(shí)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(jīng)表面探傷、超聲波探傷無超標(biāo)缺陷；按照Q235A進(jìn)行強(qiáng)度校核：

如果依據(jù)GB1172—74《黑色金屬硬度及強(qiáng)度換算值》中的經(jīng)驗(yàn)公式通過布氏硬度換算抗拉強(qiáng)度可得如下結(jié)果：

代入強(qiáng)度公式得計(jì)算厚度δ=9.55mm+2mm＜12.10mm強(qiáng)度校核合格，允許繼續(xù)使用。

在這個(gè)實(shí)例中，經(jīng)實(shí)測布氏硬度換算所得抗拉強(qiáng)度、許用應(yīng)力與GB150-98表4-1中16MnR相近，對材料進(jìn)行化學(xué)成分分析可進(jìn)一步證實(shí)原材質(zhì)為低合金鋼相當(dāng)于16MnR，這與我國制造的制冷設(shè)備壓力容器大多使用16MnR的現(xiàn)狀相符。由此可見，一些壓力容器通過硬度測定結(jié)合化學(xué)成分分析來確定材料強(qiáng)度，進(jìn)行強(qiáng)度校核，可避免造成部分設(shè)備資源的浪費(fèi)，同時(shí)確保設(shè)備的安全運(yùn)行。

4 結(jié)束語

硬度測定在實(shí)際工作中還有許多其他重要功能，本文僅從上述三個(gè)方面作了簡單論述。在壓力容器的定期檢驗(yàn)中，硬度測定以其操作方便、成本低、檢測結(jié)果出具及時(shí)等特點(diǎn)，應(yīng)該得到更廣泛的應(yīng)用。

[1]強(qiáng)天鵬主編.壓力容器檢驗(yàn)[M].中國鍋爐壓力容器檢驗(yàn)協(xié)會.

[2]壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程[S].

[3]GB150-1998，鋼制壓力容器[S].

[4]超高壓容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程[S].

[5]壓力容器定期檢驗(yàn)規(guī)則[S].

[6]GB1172-74，黑色金屬硬度及強(qiáng)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(nèi)蒙古包頭人，鍋爐壓力容器等六項(xiàng)檢驗(yàn)員資格，計(jì)量工程師，研究方向?yàn)闄z驗(yàn)檢測。

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A

1006-4311（2014）11-0310-02