压力容器制造中硬度检测的作用

曹亚熹 李永华

（1.江苏中圣高科技产业有限公司工程分公司 南京 210009）（2.南京西门子电站自动化有限公司 南京 211112）

压力容器制造中硬度检测的作用

曹亚熹1李永华2

（1.江苏中圣高科技产业有限公司工程分公司 南京 210009）（2.南京西门子电站自动化有限公司 南京 211112）

热处理是压力容器制造过程中的重要工序，检验热处理的效果可以通过硬度检测的方法进行，本文对各种金属材料用于相应介质中热处理后硬度检测的合格范围进行了阐述，判断热处理的效果很方便；另外在压力容器其他制造过程中，硬度检测是一种既经济又方便的辅助手段，本文罗列了在压力容器制造过程中通过硬度的检测发现或解决问题事例，供同行借鉴。

硬度检测 热处理 压力容器制造

除特殊情况外，一般标准规范对硬度检测不作为强制性要求。但在压力容器制造过程中，硬度检测又是一种既经济又方便的辅助手段。因此本文罗列了在压力容器制造过程中通过硬度检测发现或解决问题的事例，供同行借鉴。

1 对热处理效果的检验

在TSG Z0004—2007《特种设备制造、安装、改造、维修质量保证体系基本要求》热处理控制章节中未提到热处理效果的检验。我们知道影响设备热处理效果的因素较多，只要有一项因素失控，就有可能使热处理达不到预期的目标。基于此，我们提出通过检测硬度来判断热处理效果，对常用材料热处理后的焊缝和热影响区硬度值控制在以下范围，即可以认为热处理是合格的：

1）对碳素钢，热处理前先检测母材硬度（设硬度值为Y），热处理后检测焊缝和热影响区硬度，合格指标为90%Y≤HB≤120%Y。

2）对低合金钢，热处理前先检测母材硬度（设硬度值为Y），热处理后检测焊缝和热影响区硬度，合格指标为90%Y≤HB≤125%Y。

3）对Mn-Mo钢、Cr-Mo钢（Cr≤2%），热处理后检测焊缝和热影响区硬度，合格指标为≤HB225。

4）对Cr-Mo钢（2%＜Cr≤10%）和马氏体不锈钢，热处理后检测焊缝和热影响区硬度，合格指标为≤HB241。

5）对有湿硫化氢应力腐蚀环境下碳素钢和低合金钢，热处理后检测焊缝和热影响区硬度，合格指标为≤HB200

6）对有液氨应力腐蚀环境下碳素钢和低合金钢，热处理后检测焊缝和热影响区硬度，合格指标为≤HB185

7）对氢氟酸腐蚀环境下碳素钢，热处理后检测焊缝和热影响区硬度，合格指标为≤HB200

8）对采用填料密封的搅拌容器，当轴的材料是优质中碳钢或40Cr钢时，搅拌轴调质处理后密封处硬度合格指标为≥HB190

2 硬度检测在其他制造过程中的应用

1）利用硬度检测的方便、经济特点，可作为材料检验的辅助手段。一般除规范要求外，材料的验收是进行表面检查和核对质保书，而不进行力学性能的复验。若对供应商提供的质保书有怀疑时，可以通过硬度测试的方式进行初步检验。如对15CrMo钢管的验收，按GB 9948《石油裂化用无缝钢管》抗拉强度Rm≥440MPa，若钢管生产单位在该管材热处理时降温速度太慢，使硬度值低于HB122时，则按照常用硬度与强度关系式σb=HB3.55（适用于≤HB175的材料）计算，该管材的抗拉强度Rm=433.1MPa，不符合GB 9948《石油裂化用无缝钢管》抗拉强度Rm≥440MPa的要求，因此需要取样进行力学性能试验复验。

对于07MnNiMoDR材料，当热处理保温温度大于650℃以上时，其屈服强度和抗拉强度可能会低于标准值。利用抗拉强度与硬度的线性关系式Rm=2.33×HV10+156，通过热处理后的硬度检测，可以判断热处理保温温度是否超出规定值。

2）一般碳钢及低合金钢椭圆形封头冷压后要进行消除应力热处理处理，对封头压制厂是否进行消除应力热处理除了审查消除应力热处理报告和热处理曲线外，最好再进行硬度的检测，当检测的硬度值很高时，应怀疑封头压制厂消除应力热处理效果不好或可能没有进行消除应力热处理。而对一般折边锥形封头折边加工工序，GB/T 25198—2010《压力容器封头》中未提出折边冷成型后的热处理要求，往往折边大头处容易引起开裂，此时对折边处的硬度检测很有必要，从而可以判断该处的应力水平是否高到需要进行热处理。

压力容器用膨胀节制造时会产生的冷作硬化现象，严重时将影响抗疲劳的能力，硬度检测可判断冷作硬化程度。但由于膨胀节是抗疲劳元件，不能直接在膨胀节母材上打硬度，可以在膨胀节成型后的两端需切割下的多余材料上打硬度，采用常用硬度与强度关系式，即可判断是否超过材料的许用应力。

3）GB 150.4—2011《压力容器》第4部分：制造、检验和验收中5.1.2，奥氏体型不锈钢开平板应按批号复验力学性能，GB 24511—2009《承压设备用不锈钢钢板及钢带》中奥氏体型不锈钢的力学性能包括材料的硬度值范围，因此对该材料的复验必须进行硬度测试。

4）换热器制造中换热管与管板胀接，要求换热管材料的硬度值低于管板的硬度值，通常管板硬度比换热管硬度高HB20～50为好，若换热管硬度与管板硬度接近或超过管板硬度时，胀管率过低或管板产生塑性变形，拉脱力下降；若换热管硬度比管板硬度过低（低于HB50时），换热管容易胀大，同样使拉脱力下降。一般通过硬度检测的方法确认，若达不到要求，则需要通过换热管热处理的方法来调整。

5）在进行不锈钢堆焊焊接工艺评定时，HG/T 20584—2011《钢制化工容器制造技术要求》规定堆焊热影响区的硬度检测作为附加检查要求（ASME也有此要求），当≤HV350即满足要求。

6）法兰连接中为了使密封可靠，法兰密封面的硬度应大于垫片的硬度，一般在HB30左右。若垫片的硬度较大，则可以在法兰订货时提出法兰密封面硬度值取上限的要求。

7）GB 150—2011规定：公称直径大于M36的螺母毛坯热处理后应做硬度试验；调质状态使用的螺母用钢，其回火温度应高于组合使用的螺柱用钢的回火温度。为防止咬扣，一般螺母硬度要求低于螺栓硬度HB50左右。

8）对有应力腐蚀的压力容器，硬度检测一般在焊缝的内侧进行，但打硬度的地方会产生新的硬化现象，即产生新的应力集中，因此，在这种情况下，应带纵缝热处理试板，试板一组两块，尺寸各为100mm×100mm，板厚与筒体厚度相同，热处理试板不需要无损检测，但要与筒体同时焊接及同炉热处理，热处理后硬度测试在试板上进行，可避免因在筒体焊缝上打硬度而产生新的应力集中。

9）对已经进行过消除应力热处理的压力容器，如要再进行焊缝返修，是否需要进行返修后的热处理，在NB/T 47015—2011中有明确的规定，但若能在焊缝返修后进行硬度测试，与返修前的硬度值进行比较，若焊缝硬度差值控制在HB5范围内或低于图样规定的硬度值，就可以不再进行热处理。

3 结论

硬度检测在压力容器制造中的作用是多方面的，灵活利用硬度检测工具，可以起到事半功倍的作用。

［1］ 黄少军.消除应力热处理降温速率对15CrMo钢组织及性能的影响［J］.压力容器，2014，31（1）：17-18.

［2］ 陈楷明.更换废热锅炉对流管束的工艺方法探究［J］.石油化工建设，2009，4：61-65.

［3］ 杨景标，等.07MnNiMoDR钢火灾后力学性能及组织研究（二）［J］.压力容器，2014，31（3）：7.

［4］ SH/T 3075—2009 石油化工钢制压力容器材料选用规范［S］.

［5］ GB 50184—2011 工业金属管道工程施工质量验收规范［S］.

［6］ 王威强.我国特种设备事故调查与处理体制的思考［J］.中国特种设备安全，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

曹亚熹（1987～），女，本科，助理工程师。主要从事压力容器的设计工作。

2014-10-23）