硬度测定在压力容器检验中应用

1、硬度测定在压力容器检验中应用摘要：一些压力容器通过硬度测定结合化学成分分析来 确定材料强度，进行强度校核，可避免造成部分设备资源的 浪费，同时确保设备的安全运行。abstract： 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 res

2、ources while ensuring the safe operation of the equipment.关键词：硬度；许用应力；定期检验key words： hardness； the allowable stress； regular inspection中图分类号:th49文献标识码：a文章编号:1006-4311 (2014) 11-0310-020引言在压力容器检验中硬度测定作为内外部检验的一个理 化检测项目，由于其自身特点，被广泛采用。本文仅以硬度 测定的部分特点来论述它在各类压力容器检验中的应用。作 为定义：“硬度表示固体材料表面在一个小的体积范围内抵 抗弹性变形、塑性

3、变形或破断的能力，是表征材料性能的一 个综合的物理量。”硬度测定具有以下特点：硬度机（仪）使用简单，易 于维护；测定时一般不破坏被测元件；被测部件可大可 小；塑性材料和脆性材料均可测定；硬度与其他机械性 能如抗拉强度有一定的关系；试验迅速，可实现自动检测; 因此硬度测定在工程上被广泛的用以检验原材料和热处理 件的质量以及鉴定热处理工艺的合理性等。1对进行过热处理的压力容器的检测在压力容器安全技术监察规程、gb150-1998钢制 压力容器、超高压容器安全技术监察规程及相应制造标 准中都对部分需要进行热处理的压力容器作了规定，热处理 工艺大致可分为两类，一类为消除残余应力的焊后热处理， 一类为冷

4、成型后优化材料机械性能的热处理。焊接时产生的残余应力是使用过程中发生应力腐蚀的 主要原因之一，同时残余应力的存在使压力容器的受力状况 更加恶化，因此焊后热处理的质量控制非常重要。压力容 器定期检验规则的讲析中规定：“为了评价材料的强度及 性能的均匀性，硬度测定是一种简便易行的有利手段。有些 情况下，为了保证钢材的抗应力腐蚀性能，规定了最高的允 许硬度值，这时也有必要进行硬度测定。”所以，对于有应 力腐蚀倾向的压力容器进行定期检验时，如盛装混合液化石 油气或液氨的储罐，应重点对内表面焊缝、热影响区及附近 母材进行硬度测定，以查明焊缝热处理后消除残余应力的效 果，从而判定应力腐蚀破裂倾向的大小。对

5、于盛装毒性程度为极度或高度危害介质的容器，以及 gb150中10. 4. 2条规定需进行热处理的冷成型或中温成型的 受压元件，在进行首次检验时，对母材应进行硬度测定。由 于制造过程中，受压元件冷加工时会发生冷作硬化现象，导 致材料塑性降低硬度提高，这将对压力容器的安全使用产生 不利影响，因此，需要通过硬度测定对热处理效果进行评价。2对使用过程中有可能产生材质劣化的检测压力容器定期检验规则第三章全面检验中第二十五 条（七）材质检查中“检查主要受压元件材质是否劣化，可 根据具体情况，采用硬度测定、化学分析、金相检验或者光 谱分析等，予以确定。”由于各类在役压力容器使用介质、 操作压力和操作温度差异

6、较大，所以在检验中应根据具体情 况分析是否可能产生材质劣化，并确定是否需要采用硬度测 定进行检验。对于临氢压力容器或有可能产生氢腐蚀以及高 温条件下运行的压力容器，应对容器内壁进行硬度测定，如 发现硬度值异常可进行金相检验，判定容器是否出现材质劣 化。超高压水晶釜进行定期检验时应进行硬度测定，由于目 前我国超高压水晶釜材质多数采用pcrni3mova,强度高、硬 度大，同时在使用过程中压力、温度都很高（151mpa、40（tc）, 且周期性使用（一个周期一般为40天），有可能引起金属材 料金相组织变化，所以应进行表面硬度测定，如发现硬度值 异常可通过金相检验确定其组织结构。超高压容器安全技 术

7、监察规程第33条对硬度测定的方式和结果作出了规定:“应在筒体外壁上均布划出5个与筒体轴线相垂直的环线， 在每个环线上均布取4点，做硬度检查，硬度最高值与最低 值差（!«）,环线间各点应不大于40,同一环线上各点不 大于20。”3在主体材质不明的压力容器强度校核中的应用由于目前我国中小企业压力容器安全管理水平普遍较差，在定期检验中经常发生原始资料遗失，无法确定主要受 压元件材质，按照压力容器定期检验规则第三章全面检 验中第二十五条（七）材质检查中规定“主要受压元件材质 的种类和牌号一般应当查明。材质不明者，对无特殊要求的 容器，按q235钢进行强度校核。对于第三类压力容器、移 动式压力

8、容器以及有特殊要求的压力容器，必须查明材 质”，压力容器材料牌号不明，允许按q235材料强度的下 限值进行强度校核，也可按该压力容器同类材料的最低标准 值选取。在具体检验中，如对全部无主体材质的压力容器都 按q235钢的强度下限值进行校核，有些情况下这样会造成 部分设备资源的浪费；如果通过布氏硬度测定结合化学成分 分析来确定材料强度，进行强度校核，可使部分安全状况良 好的压力容器继续使用。下面介绍一个检验实例：某食品企业冷库一台液氨储罐在压力容器普查中进行 首次定期检验，原始资料全部遗失，只有金属铭牌，可确定 如下基本参数，制造单位：国营武汉冷冻机厂、制造编号： n235、制造日期：1972年

9、1月、设计压力：2. ompa、设计温 度：常温、容积：5m、容器无人孔，经检验结果为:外径1140mm、 长4810mm3、实测筒体最小壁厚12.10mm、筒体外表面布氏 硬度125hb、容器表面腐蚀轻微、焊缝经表面探伤、超声波 探伤无超标缺陷；按照q235a进行强度校核：材料许用应力113mpa,腐蚀裕量2mm,焊缝系数取0.8 （无法确定探伤比例），内径1116mm,计算厚度：8 =h = 12. 48mm+2mm>12. 10mm 强度校核不合格；如果依据gb1172-74黑色金属硬度及强度换算值中 的经验公式通过布氏硬度换算抗拉强度可得如下结果：o b=0. 361hb=45.

10、 125kgf/cm2=442mpa,换算许用应力o =147. 3mpa代入强度公式得计算厚度8 =9. 55mm+2mm<12. 10mm强度 校核合格，允许继续使用。在这个实例中，经实测布氏硬度换算所得抗拉强度、许 用应力与gb150-98表4-1中16mnr相近，对材料进行化学 成分分析可进一步证实原材质为低合金钢相当于16mnr,这 与我国制造的制冷设备压力容器大多使用16mnr的现状相 符。由此可见，一些压力容器通过硬度测定结合化学成分分 析来确定材料强度，进行强度校核，可避免造成部分设备资 源的浪费，同时确保设备的安全运行。4结束语硬度测定在实际工作中还有许多其他重要功能，本文仅 从上述三个方面作了简单论述。在压力容器的定期检验中， 硬度测定以其操作