压力容器检验中硬度测定的应用

第4 5卷第3期 2 0 0 8年 6月 化工设备与管道 P R O C E S S E Q U I P ME N T P I P I N G Vo 1 4 5 Nn 3 J u n 2 0 0 8 压力容器检验 中硬 度测定 的应用 丁 小 平 ( 江苏省特种设备安全监督检验研究院连云港分院， 连云港2 2 2 0 0 3 ) 摘要：材料硬度值与其强度存在着一定的比例关系， 对钢铁材料来说， 其抗拉强度近似等于布氏硬度值的三倍； 材料化学成分中， 大多数合金元素都会使材料的硬度升高， 其中碳对材料硬度的影响最直接， 材料 中的碳含量越 大， 其硬度越高， 因此硬度试验有时用来判断材料强度等级或鉴别材质； 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进行。 关 键词：压力容 器检验 ； 硬 度测定 ； 强度校核 中图分 类号 ： T Q 0 5 0 7 文献标识码 ：B 文章编号 ：1 0 0 9 3 2 8 1 ( 2 0 0 8 ) 0 3 - 0 0 2 7 - 0 2 App l i c a t i o n o f Ha r dn e s s Ex a m i n a t i o n i n I n s pe c t i o n o f Pr e s s u r e Ve s s e l Di ng Xi a o pi n g ( L i a n y u n g a n g B r a n c h ， J i a n g s u P r o v i nce s p e c i a l E q u i p m e n t S a f e t y S u p e r v i s i o n R e s e a r c h I n s t i t u t e ， L i a n y u n g a n g 2 2 2 0 0 3 ) Ab s t r a c t T h e r e e x i s t s p r o p o r t i o n a l r e l a t i o n b e t w e e n t h e h a r d n e s s a n d t h e s t r e n g t h o f ma t e r i a l s F o r s t e e l a n d i r o n ma t e ria l s ，t h e u h i ma t e s t r e n g t h a p p r o x i ma t e l y e q u a l s t o t h r e e ti me s o f B r i n e l l h a r d n e s s v a l u e I n t h e c h e mi c a l c o mp o s i t i o n s o f ma t e r i a l s mo s t o f a l l o y c o mp o s i t i o n s c a n ma k e t h e h a r d n e s s v a l u e e n h a n c e d I n t h a t ，c a r b o n h a s t h e mo s t d i r e c t e f f e c t o n h a r d n e s s Mo r e c a r b o n i s c o n t a i n e d ha rd e r t h e ma t e ria l i S T hu ss o me t i me sh a r dn e s s t e s t c a n be u s e d t o de t e r mi n e t he s t r e n g t h o f ma t e r i a l o r t o c l a s s i t y t h e ma t e ria l t y p e T h e me t h o d o f me a s u r i n g h a r d n e s s c o mb i n e d wi t h t h e a n a l y s i s o f c h e mi c a l c o mp o s i t i o n s ，w h i c h i s u s e d t o d e t e r mi n e t h e s t r e n gth o f t he ma t e r i a l ，c a n a v o i d t h e wa s t e o f e q ui p me n t r e s o u r c e，an d，a t t h e s a me t i me s，t o e n s ur e t h e s a f e t y o f t he e q u i pme nt K e y wor ds pr e s s u r e v e s s e l i n s p e c t i o n； h a r d ne s s me a s u r e m e n t ；s t r e n g t h c h e c k 由于 目前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丢失 ， 无法确 定主要受压元件材质 ， 按照 压力容器定期检验 规 则 ( T S G R 7 0 0 1 _2 o 0 4 ) 第二十五条 的规定 ， 除第三 类压力容器 、 移动式压力容器以及有特殊要求 的压 力容器必须查明材质之外 ， 压力容器材质不明者 ， 按 Q 2 3 5钢进行强度校核。在具体的检验过程 中， 如对 全部无主体材质的压力容器都按 Q 2 3 5钢的强度进 行校核， 有些情况下会出现强度校核不合格的情况 ， 会造成部分设备资源的浪费， 下面介绍一个检验实 例。 1 实例分析 某食 品企业冷库 ， 一台液氨储罐在压力容器普 查中进行首次全面检验 ， 原始资料全部丢失 ， 铭牌部 分模糊。从金属铭牌 中只能确定如下基本参数 ： 制 造 E t 期 1 9 9 5年 1月 ； 设 计压力 2 0 MP a ； 设计温度 5 0 o C； 容积 2 1 1 4 n l ； 容器无人孑 L 。经检验结果为 ： 外径 8 0 0 mlT l ， 长 4 7 3 3 mm， 实测筒体最小壁厚 1 0 6 m m， 简体外表面布氏硬度 1 2 5 H B ， 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。 校核规范： G B 1 5 0 8 校核压力： P =2 0 MP a ( 取原设计压力) 材料许用应力 ： =1 1 3 MP a (按照 Q 2 3 5 A 选取 ) 焊接接头系数 ： = 0 6 ( 对焊缝结构型式不清， 又无出厂技术资料。2 0 0 0年 1月 1日以前 出厂的 按单面焊无垫板 ， 按 压力容器安全技术监察规程 取 0 6 ) 内径 ： D = 7 8 4 m m 下一周期均匀腐蚀量： C 0 1 2 3 = 0 3 6 fi l m ( 储罐运行 1 2 年， 减薄1 4 m m， 每年减薄量为0 1 2 mm) C =2C =0 7 2 1T i m 收稿 日期 ： 2 0 0 8 -0 1 - 1 5 作者简介 ： 丁小平( 1 9 8 1 - ) ， 男 ， 在 读工 程硕士 ， 特种设 备检验助理 工程师。 维普资讯 2 8 化工设备与管道 第 4 5卷第 3期 壁厚校核式 ： P ， ) 6校 6+ 2 C2 + 2C2 一 厂 r 、 代入公式 6 校： 三 +0 7 2 ：1 2 4 6 I l l I l l2 1 1 3 0 6 2 u校 一 一 。u 一 6删6校 简体最小厚度不满足强度要求 ， 不可以继续使 用 。 如何使这种安全状况 良好 的压力容器能继续使 用呢?笔者由此想到了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。 2 压力容器检验 中硬度检测的应用 材料硬度值与其强度存在着一 定的比例关系， 对钢铁材料来说 ， 其抗拉强度近似 等于布氏硬度值 的三倍 ； 材料化学成分 中， 大多数合金元素都会使材 料的硬度升高 ， 其 中碳对材料硬度的影响最直接 ， 材 料 中的碳含量越大， 其硬度越高 ， 因此硬度试验有时 用来判断材料强度等级或鉴别材质 ； 材料中不 同金 相组织具有不同硬度 ， 一般来说 ， 马氏体硬度高于珠 光体， 珠光体的硬度高于铁素体 ， 铁素体的硬度高于 奥氏体 ， 故通过硬度值可大致了解材料的金相组织， 以及材料在加工过程 中的组织变化和热处理效果。 加工残余应力与焊接残余应力的存在对材料的硬度 也会产生影响 ， 加工残余应力与焊接残余应力值越 大 ， 硬度越高。正因为影响材料硬度的因素较多 ， 工 程上硬度检测的应用也较多 ， 对一般的碳素钢 、 低合 金钢制压力容器 ， 当材质不清或有疑问时， 可通过测 定硬度 ， 并根据硬度与强度的关系， 近似求出材料的 强度值：常用的一个换算公式 ： f ， =3 2 8 H V一2 2 1 ( 适用于母 材) ； 另一公式 f ， =3 5 5 H B( 适用于 HB 1 7 5的材料 ) 。 3 结 语 本例 中简体外表面布氏硬度 1 2 5 H B， 根据常用 的一个换算公式 ： f ， = 3 2 8 H V一 2 2 1 ( 适用于母材 ) ； 另一公式 f ， = 3 5 5 HB ( 适用于 H B1 7 5的材料) 。 h：3 5 51 2 5 =44 3 7 5MPa 经实验布氏硬度换算所得抗拉强度 ， 许用压力 与 G B 1 5 0 9 8表 4 - 1中 1 6 Mn R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 1 6 Mn R， 这与我国制造的制冷设备压力容器大 多使用 1 6 Mn R的现状相符。 校核规范： G B 1 5 0 8 校核压力 P = 2 0 MP a ( 取原设计压力) 材料许 用应力 ： f ， =1 7 0 M P a (按 照 1 6 M n R 选取 ) 焊接接头系数 ： = 0 6 内径 ： D = 7 8 4 m m 下一周期均匀腐蚀量： C ， 0 1 23= 0 3 6 mm ( 储罐运行 1 2年 ， 减薄 1 4 m m， 每年减薄量为 0 1 2 mm) C =2 C2 0 7 2 i n m 壁厚校核式 ： P D 6 饺 6 + 2 C 2 -= = _ + 2 C 2 f， 一 r 代入公式 6饺 ： 一+ 0_ 7 2 ：8 4 8 mm2 1 70 0 6 2 u饺 一 一 。u 一 o 6 校 6 测 简体最小厚度满足强度要求 ， 可以继续使用。 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 T S G R 1 0 0 1 -2 0 0 8 ( 力容器压力管道设计许