淺談壓力容器製造中硬度檢測的作用論文
淺談壓力容器製造中硬度檢測的作用論文
除特殊情況外，一般標準規範對硬度檢測不作為強制性要求。但在壓力容器製造過程中，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製造過程中透過硬度檢測發現或解決問題的事例，供同行借鑑。
1 對熱處理效果的檢驗
在TSG Z0004—2007《特種裝置製造、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。我們知道影響裝置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。基於此，我們提出透過檢測硬度來判斷熱處理效果，對常用材料熱處理後的焊縫和熱影響區硬度值控制在以下範圍，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)，熱處理後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)，熱處理後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%)，熱處理後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%)和馬氏體不鏽鋼，熱處理後檢測焊縫和熱影響區硬度，合格指標為≤ HB241。
5)對有溼硫化氫應力腐蝕環境下碳素鋼和低合金鋼，熱處理後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，熱處理後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，熱處理後檢測焊縫和熱影響區硬度，合格指標為≤ HB200
8)對採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，攪拌軸調質處理後密封處硬度合格指標為≥ HB190
2 硬度檢測在其他製造過程中的應用
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。一般除規範要求外，材料的驗收是進行表面檢查和核對質保書，而不進行力學效能的複驗。若對供應商提供的質保書有懷疑時，可以透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，使硬度值低於HB122 時，則按照常用硬度與強度關係式σ b=HB3.55( 適用於≤ HB175 的材料)計算，該管材的抗拉強度Rm=433.1MPa，不符合GB9948《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效能試驗複驗。對於07MnNiMoDR 材料，當熱處理保溫溫度大於650℃以上時，其屈服強度和抗拉強度可能會低於標準值。利用抗拉強度與硬度的線性關係式Rm=2.33×HV10+156，透過熱處理後的硬度檢測，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後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後的熱處理要求，往往折邊大頭處容易引起開裂，此時對摺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。但由於膨脹節是抗疲勞元件，不能直接在膨脹節母材上打硬度，可以在膨脹節成型後的兩端需切割下的多餘材料上打硬度，採用常用硬度與強度關係式，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：製造、檢驗和驗收中5.1.2，奧氏體型不鏽鋼開平板應按批號複驗力學效能，GB 24511—2009《承壓裝置用不鏽鋼鋼板及鋼帶》中奧氏體型不鏽鋼的力學效能包括材料的硬度值範圍，因此對該材料的複驗必須進行硬度測試。
4)換熱器製造中換熱管與管板脹接，要求換熱管材料的硬度值低於管板的硬度值，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(低於HB50 時)，換熱管容易脹大，同樣使拉脫力下降。一般透過硬度檢測的方法確認，若達不到要求，則需要透過換熱管熱處理的方法來調整。
5)在進行不鏽鋼堆焊焊接工藝評定時，HG/T20584—2011《鋼製化工容器製造技術要求》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)法蘭連線中為了使密封可靠，法蘭密封面的硬度應大於墊片的硬度，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：公稱直徑大於M36 的螺母毛坯熱處理後應做硬度試驗;調質狀態使用的螺母用鋼，其回火溫度應高於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於螺栓硬度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，熱處理後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，是否需要進行返修後的熱處理，在NB/T 47015—2011 中有明確的規定，但若能在焊縫返修後進行硬度測試，與返修前的硬度值進行比較，若焊縫硬度差值控制在HB5 範圍內或低於圖樣規定的硬度值，就可以不再進行熱處理。
3 結論
硬度檢測在壓力容器製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。
參考文獻
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