淺談壓力容器制造中硬度檢測(cè)的作用論文
除特殊情況外，一般標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范對(duì)硬度檢測(cè)不作為強(qiáng)制性要求。但在壓力容器制造過(guò)程中，硬度檢測(cè)又是一種既經(jīng)濟(jì)又方便的輔助手段。因此本文羅列了在壓力容器制造過(guò)程中通過(guò)硬度檢測(cè)發(fā)現(xiàn)或解決問(wèn)題的事例，供同行借鑒。
1 對(duì)熱處理效果的檢驗(yàn)
在TSG Z0004—2007《特種設(shè)備制造、安裝、改造、維修質(zhì)量保證體系基本要求》熱處理控制章節(jié)中未提到熱處理效果的檢驗(yàn)。我們知道影響設(shè)備熱處理效果的因素較多，只要有一項(xiàng)因素失控，就有可能使熱處理達(dá)不到預(yù)期的目標(biāo)。基于此，我們提出通過(guò)檢測(cè)硬度來(lái)判斷熱處理效果，對(duì)常用材料熱處理后的焊縫和熱影響區(qū)硬度值控制在以下范圍，即可以認(rèn)為熱處理是合格的：
1)對(duì)碳素鋼，熱處理前先檢測(cè)母材硬度(設(shè)硬度值為Y)，熱處理后檢測(cè)焊縫和熱影響區(qū)硬度，合格指標(biāo)為90%Y ≤ HB ≤ 120%Y。
2)對(duì)低合金鋼，熱處理前先檢測(cè)母材硬度(設(shè)硬度值為Y)，熱處理后檢測(cè)焊縫和熱影響區(qū)硬度，合格指標(biāo)為90%Y ≤ HB ≤ 125%Y。
3)對(duì)Mn-Mo 鋼、Cr-Mo 鋼(Cr ≤ 2%)，熱處理后檢測(cè)焊縫和熱影響區(qū)硬度，合格指標(biāo)為≤ HB225。
4)對(duì)Cr-Mo 鋼(2% < Cr ≤ 10%)和馬氏體不銹鋼，熱處理后檢測(cè)焊縫和熱影響區(qū)硬度，合格指標(biāo)為≤ HB241。
5)對(duì)有濕硫化氫應(yīng)力腐蝕環(huán)境下碳素鋼和低合金鋼，熱處理后檢測(cè)焊縫和熱影響區(qū)硬度，合格指標(biāo)為≤ HB200
6)對(duì)有液氨應(yīng)力腐蝕環(huán)境下碳素鋼和低合金鋼，熱處理后檢測(cè)焊縫和熱影響區(qū)硬度，合格指標(biāo)為≤ HB185
7)對(duì)氫氟酸腐蝕環(huán)境下碳素鋼，熱處理后檢測(cè)焊縫和熱影響區(qū)硬度，合格指標(biāo)為≤ HB200
8)對(duì)采用填料密封的攪拌容器，當(dāng)軸的材料是優(yōu)質(zhì)中碳鋼或40Cr 鋼時(shí)，攪拌軸調(diào)質(zhì)處理后密封處硬度合格指標(biāo)為≥ HB190
2 硬度檢測(cè)在其他制造過(guò)程中的應(yīng)用
1)利用硬度檢測(cè)的方便、經(jīng)濟(jì)特點(diǎn)，可作為材料檢驗(yàn)的輔助手段。一般除規(guī)范要求外，材料的驗(yàn)收是進(jìn)行表面檢查和核對(duì)質(zhì)保書(shū)，而不進(jìn)行力學(xué)性能的復(fù)驗(yàn)。若對(duì)供應(yīng)商提供的質(zhì)保書(shū)有懷疑時(shí)，可以通過(guò)硬度測(cè)試的方式進(jìn)行初步檢驗(yàn)。如對(duì)15CrMo 鋼管的驗(yàn)收，按GB 9948《石油裂化用無(wú)縫鋼管》抗拉強(qiáng)度Rm ≥ 440MPa，若鋼管生產(chǎn)單位在該管材熱處理時(shí)降溫速度太慢，使硬度值低于HB122 時(shí)，則按照常用硬度與強(qiáng)度關(guān)系式σ b=HB3.55( 適用于≤ HB175 的材料)計(jì)算，該管材的抗拉強(qiáng)度Rm=433.1MPa，不符合GB9948《石油裂化用無(wú)縫鋼管》抗拉強(qiáng)度Rm ≥ 440MPa的要求，因此需要取樣進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)復(fù)驗(yàn)。對(duì)于07MnNiMoDR 材料，當(dāng)熱處理保溫溫度大于650℃以上時(shí)，其屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度可能會(huì)低于標(biāo)準(zhǔn)值。利用抗拉強(qiáng)度與硬度的線性關(guān)系式Rm=2.33×HV10+156，通過(guò)熱處理后的硬度檢測(cè)，可以判斷熱處理保溫溫度是否超出規(guī)定值。
2)一般碳鋼及低合金鋼橢圓形封頭冷壓后要進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理處理，對(duì)封頭壓制廠是否進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理除了審查消除應(yīng)力熱處理報(bào)告和熱處理曲線外，最好再進(jìn)行硬度的檢測(cè)，當(dāng)檢測(cè)的硬度值很高時(shí)，應(yīng)懷疑封頭壓制廠消除應(yīng)力熱處理效果不好或可能沒(méi)有進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理。而對(duì)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(kāi)裂，此時(shí)對(duì)折邊處的硬度檢測(cè)很有必要，從而可以判斷該處的應(yīng)力水平是否高到需要進(jìn)行熱處理。
壓力容器用膨脹節(jié)制造時(shí)會(huì)產(chǎn)生的冷作硬化現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)將影響抗疲勞的能力，硬度檢測(cè)可判斷冷作硬化程度。但由于膨脹節(jié)是抗疲勞元件，不能直接在膨脹節(jié)母材上打硬度，可以在膨脹節(jié)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(qiáng)度關(guān)系式，即可判斷是否超過(guò)材料的許用應(yīng)力。
3)GB 150.4—2011《壓力容器》第4 部分：制造、檢驗(yàn)和驗(yàn)收中5.1.2，奧氏體型不銹鋼開(kāi)平板應(yīng)按批號(hào)復(fù)驗(yàn)力學(xué)性能，GB 24511—2009《承壓設(shè)備用不銹鋼鋼板及鋼帶》中奧氏體型不銹鋼的力學(xué)性能包括材料的硬度值范圍，因此對(duì)該材料的復(fù)驗(yàn)必須進(jìn)行硬度測(cè)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(guò)管板硬度時(shí)，脹管率過(guò)低或管板產(chǎn)生塑性變形，拉脫力下降;若換熱管硬度比管板硬度過(guò)低(低于HB50 時(shí))，換熱管容易脹大，同樣使拉脫力下降。一般通過(guò)硬度檢測(cè)的方法確認(rèn)，若達(dá)不到要求，則需要通過(guò)換熱管熱處理的方法來(lái)調(diào)整。
5)在進(jìn)行不銹鋼堆焊焊接工藝評(píng)定時(shí)，HG/T20584—2011《鋼制化工容器制造技術(shù)要求》規(guī)定堆焊熱影響區(qū)的硬度檢測(cè)作為附加檢查要求(ASME 也有此要求)，當(dāng)≤ 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(yīng)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(shí)提出法蘭密封面硬度值取上限的要求。
7)GB 150—2011 規(guī)定：公稱直徑大于M36 的螺母毛坯熱處理后應(yīng)做硬度試驗(yàn);調(diào)質(zhì)狀態(tài)使用的螺母用鋼，其回火溫度應(yīng)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(duì)有應(yīng)力腐蝕的壓力容器，硬度檢測(cè)一般在焊縫的內(nèi)側(cè)進(jìn)行，但打硬度的地方會(huì)產(chǎn)生新的硬化現(xiàn)象，即產(chǎn)生新的應(yīng)力集中，因此，在這種情況下，應(yīng)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(wú)損檢測(cè)，但要與筒體同時(shí)焊接及同爐熱處理，熱處理后硬度測(cè)試在試板上進(jìn)行，可避免因在筒體焊縫上打硬度而產(chǎn)生新的應(yīng)力集中。
9)對(duì)已經(jīng)進(jìn)行過(guò)消除應(yīng)力熱處理的壓力容器，如要再進(jìn)行焊縫返修，是否需要進(jìn)行返修后的熱處理，在NB/T 47015—2011 中有明確的規(guī)定，但若能在焊縫返修后進(jìn)行硬度測(cè)試，與返修前的硬度值進(jìn)行比較，若焊縫硬度差值控制在HB5 范圍內(nèi)或低于圖樣規(guī)定的硬度值，就可以不再進(jìn)行熱處理。
3 結(jié)論
硬度檢測(cè)在壓力容器制造中的作用是多方面的，靈活利用硬度檢測(cè)工具，可以起到事半功倍的作用。
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