硬度检测在压力容器定期检验中的应用

汤荣跃 谭 婧

（衢州市特种设备检验中心)

0 前言

硬度是材料局部抵抗硬物压入其表面的能力，是反映材料强度、塑性和韧性等力学性能的综合指标。TSG R7001—2013《压力容器定期检验规则》规定：有材质劣化倾向或有焊缝硬度要求的压力容器，在定期检验时应当进行硬度检测。

1 硬度检测的作用

1.1 评定容器材质劣化倾向

压力容器在使用过程中，由于受敏感材质、高温、使用介质等特定工况条件的影响，会产生渗碳、脱碳、渗氮、475℃脆化、脱金属腐蚀、球化等现象，其材质硬度会产生显著变化。所以，对有材质劣化倾向的容器，应通过定期硬度检测来监测材质的劣化程度。

1.2 评定容器应力腐蚀敏感性

碳钢和低合金钢制造的容器可通过检测水的pH值和H2S含量来评定环境苛刻度 （见表1），然后再根据焊接接头的最大实测布氏硬度值来评价容器的硫化物应力腐蚀开裂敏感性 （见表2）。对氢氟酸环境下的压力容器，可根据焊接接头最大实测布氏硬度值来评价容器的氢应力开裂敏感性 （见表3）。

表1 环境苛刻度

表3 碳钢和低合金钢容器在氢氟酸环境下的氢应力开裂敏感性

1.3 评定材料焊接冷裂倾向

对于有淬硬倾向的低合金钢，可通过测定焊接接头热影响区最高硬度判定材料的焊接性和工艺的适用性，检查热处理效果并评价钢材焊接接头的冷裂倾向。

2 硬度检测的时机

对有材质劣化倾向的容器，其母材硬度随着时间的推移会产生变化，所以容器每次定期检验时应定点检测硬度。将检测到的容器材质的硬度与容器出厂检验时测得的原始硬度进行比对，就可以判断材质的劣化倾向。

有应力腐蚀敏感性和焊接冷裂倾向的压力容器，其硬度一般不会随着时间的推移产生变化，因此只须在首次检验时进行硬度检测即可。

检验时必须对硬度检测部位进行标图记录，对硬度异常部位做详细标记，并采用金相检验、磁粉探伤等进行附加检验，分析硬度异常的原因，查明可能对容器造成的损伤。每次定期检验时应将硬度异常部位作为检验重点，当发现材质劣化现象比较明显或产生开裂时，定期检验周期可以适当缩短。

3 硬度检测的部位

有材质劣化倾向的容器，硬度检测应在与介质接触侧的母材表面上定点检测。

对焊接接头有硬度要求的压力容器，硬度检测部位应当有代表性。硬度检测应在焊接接头的起弧、熄弧、返修处进行，且对采用不同焊接工艺焊接的所有焊接接头都进行检测。评定材料应力腐蚀敏感性的硬度检测应在与介质接触侧的焊接接头处进行。评定材料焊接冷裂倾向的硬度检测应分别在容器内、外表面的焊接接头处进行，后焊面应作为检验重点。

4 硬度检测的评定

渗碳、脱碳、渗氮一般发生在容器表面，渗碳、渗氮会造成材料表面硬度、脆性增加，脱碳会造成材料表面硬度、强度降低。容器检验时可通过局部打磨去除表面层来测定劣化层深度。当劣化层深度超过腐蚀余量时，容器应当进行强度校核。475℃脆化、脱金属腐蚀、球化等材质劣化在容器壳体的整个表面上一般都可能发生。当劣化程度轻微、能够确认在规定的操作条件下和检验周期内安全使用时，容器安全状况等级可以定为3级；当产生不可修复的缺陷或损伤时，根据劣化程度可定为4级或5级。

容器处于应力腐蚀环境时，一般控制非焊接件或焊后经正火或回火处理的材料和焊接接头 （包括焊缝、热影响区及母材）的硬度限制如下：低碳钢HV （10）≤220（单个值）， 低合金钢HV （10）≤245（单个值）。容器检测硬度符合上述规定时，一般认为容器不会产生应力腐蚀开裂。

对于有淬硬开裂倾向的低合金钢容器，焊接接头热影响区最高硬度值不得超过母材原始硬度值的30%或低于母材原始硬度值的90%。

5 硬度检测的注意事项

压力容器定期检验一般采用里氏硬度计，其具有操作方便、检测速度快、任何位置均可使用、可换算成各种硬度等优点，检测时应注意下述几点。

（1）硬度计应定期校准，检测前应使用标准硬度块对硬度计进行校验，其示值误差≤±12 HLD，重复性≤12 HLD。

（2）用D型冲击装置测定硬度时，检测面应具有金属光泽，不应有氧化皮及其他污物，表面粗糙度 Ra≤1.6 μm。

（3）容器的每个检测部位一般进行五次试验，用五个检测点的平均值作为一个里氏硬度试验数据，数据分散不应超过平均值的±15 HLD。任意两个测点中心之间距离≥3 mm。

（4）试验时，将冲击装置支撑环紧压在容器表面上，冲击方向应与检测面垂直。冲击装置应尽可能铅直向下，对于其他冲击方向所测定的硬度值，应进行修正。

（5）硬度检测值最终还需根据硬度计校准报告提供的示值误差进行再次修正。

综上所述，利用检测硬度的方法来监测材料劣化程度，验证材料焊接性能的好坏，评价压力容器的安全状况，是压力容器定期检验最常用的一种有效的、低成本的检验手段。

[1]TSG R7001-2013.压力容器定期检验规则 [S].

[2]压力容器实用技术丛书编写委员会.压力容器检验及无损检测 [M].北京：化学工业出版社，2006.

[3]强天鹏.压力容器检验 [M].北京：新华出版社，2008.

[4]全国锅炉压力容器标准化技术委员会.承压设备损伤模式识别 （征求意见稿） [S].2011.

[5]全国锅炉压力容器标准化技术委员会.GB/T 26610.4.承压设备系统基于风险的检验实施导则 第四部分：失效可能性定量分析方法 （征求意见稿） [S].2012.