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趙恆忠，胡啟凡，許顯紅
（瀘州市特種裝置監督檢驗所，四川瀘州 646100）
在用壓力容器常通過現場硬度測量來大致判斷其強度、金相組織、化學成分等是否正常。有關標準也對硬度測量作了一些規定，但這些規定的某些條款還存在難以實施或實施不合理等問題。本文就現場硬度測量過程中的一些問題進行討論。
1 每個測量部位的測量數量
現場硬度檢測採用最多的是可攜式d型黎克特制硬度計，其檢測方法按gb/t17394-98《金屬裡氏硬度試驗方法》[1]執行。gb/t17394-98規定每個測量部位測量五次，且任意兩壓痕中心之間距離不小於3mm，按此規定，即便是在實驗室精確測量，測量區域至少也要有8.0mm的寬度。
而壓力容器焊接接頭中的焊縫、熔合區、熱影響區、過熱區、母材雖然均具有一定的寬度，但有的區域寬度根本不能滿足測量要求，表1為不同焊接方法焊接低碳鋼時，熱影響區、過熱區等的平均尺寸。因此，進行壓力容器硬度測量時，對焊縫、母材等寬度大的測量部位，可以也能按gb/t17394-98的規定執行；對熱影響區、熔合區、過熱區等寬度小的檢測部位，只能每個測量部位測量一次。
表1 不同焊接方法熱影響各區寬及總寬的平均尺寸[2]
2 測量部位
對於壓力容器的硬度測量部位，一些標準 [3]、 [4]籠統地規定對焊縫、熱影響區、母材進行硬度測量。筆者認為硬度測量部位應分主次，過熱區、可疑部位（如：使用中的鼓包、變形部位等）作為重點測量部位，焊縫、母材作為輔助測量部位。
理由敘述如下：
2.1焊接接頭的熔合區、過熱區是組織、效能極其不均勻的部位，同時也是應力應變極其不均勻的部位，這兩個區域是焊接接頭中最危險的部位，應作為重點測量部位。但是現場硬度測量一般採用可攜式d型黎克特制硬度計，其衝擊頭直徑為3mm，而熔合區的寬度很窄，通常手工電弧焊在0.
4~0.6mm之間，埋弧焊在0.25~0.
5mm之間[5]，不能實現現場硬度測量；即便是過熱區，其寬度也較窄（見表1），衝擊壓痕邊緣也可能有部分在熔合區、相變重結晶區內，但這對測量結果影響很小，因此過熱區可實現現場硬度測量，應作為硬度測量的重點測量部位。
2.2可疑部位也是重點測量部位。壓力容器在特定的介質、溫度等的作用下，可能引起區域性鼓包、變形、金屬色澤差異等外觀缺陷，對這些部位進行硬度測量，可以大致判斷出材質是否劣化。
2.3對焊縫、母材進行硬度測量的目的是為重點測量部位硬度測量結果提供比較基準。若重點測量部位在母材、過熱區上，則輔助測量部位應選擇母材正常部位；若重點測量部位在焊縫上，則輔助測量部位應選擇焊縫正常部位。
可疑部位硬度值與正常部位硬度值相差明顯，則說明材質已經劣化。
3 過熱區的測量方法
由於過熱區寬度較窄，硬度測量時，怎樣將鋼球中心對準過熱區尤其關鍵。下面以時代hln-11a型硬度計為例，敘述現場硬度測量的操作要點。
在d型衝擊裝置的支承環兩側刻畫出中心線及輔助線（輔助線與中心線的間距均為1.0mm）→砂輪打磨脫碳層及焊縫餘高→目測粗糙度滿足測量要求→10%硝酸酒精溶液侵蝕焊縫熔合線→將d型衝擊裝置上一側的輔助線對準焊縫熔合線，中心線及另一側的輔助線靠熱影響區→測硬度→大致測量球頭壓痕中心至熔合線的距離→按表1的資料判斷壓痕主體是否在過熱區內（檢測示意圖見圖1、2）。
圖1圖2
4 合格指標
4.1採用可攜式黎克特制硬度計對壓力容器進行硬度測量的合格指標制訂應充分考慮下列因素：
1）黎克特制硬度計的示值誤差±12hld[1]。
2）國家建築工程質量監督檢驗中心段向勝等人[6]通過對q235、16mn、15mnv等鋼材裡氏硬度與抗拉強度之間換算關係的試驗研究表明：不同的鋼鐵企業所生產的產品，由於鋼坯尺寸、紮製工藝的不同，雖然材料在試驗的層面硬度值相同，但是其內部的各層面硬度分布是不一樣的，從而導致在相同硬度值下，其對應的抗拉強度值有明顯的差異，其線性回歸方程為：σb=2.
083hld-297.2，平均相對誤差±6.58%，相對標準誤差7.
56%。
3）甘肅工業大學楊瑞成等人[7]通過對珠光體耐熱鋼高溫時效後基體力學效能的變化的研究，發現隨著溫度-時間的推移，材料硬度值不斷緩慢降低，並且在硬度值降低過程中存在乙個突變區，在突變區起點，材料硬度值約下降7%；在突變區終點，材料硬度值最大降幅約為初始值的30%。
4）焊接接頭不同部位硬度分布特點。
一方面由於焊接熱迴圈的影響，過熱區的硬度明顯要比母材高[5]。另一方面，由於母材表層抗拉強度常低於內部各層面的抗拉強度[6]，如果按等強匹配原則選擇焊接材料，去除表面脫碳層的母材表層硬度一般也低於焊縫硬度。下記試驗確認過熱區、焊縫與母材硬度大致差異值。
試驗用材料見表2。
表2 材料的化學成分、物理效能
試驗方法。
在400×400試板**開u型坡口，坡口底部距試板底部約6.0mm，將試板剛性拘束固定在鋼板上施焊（示意圖見圖3）。試驗流程：
焊接→消除應力熱處理→刨洗表面脫碳層及焊縫餘高→目測粗糙度滿足測量要求→10%硝酸酒精溶液侵蝕焊縫熔合線→焊縫、過熱區、母材各任測10點硬度→再刨洗掉表面6mm→10%硝酸酒精溶液侵蝕焊縫熔合線→焊縫、過熱區、母材任測10點硬度。
圖3試驗焊接規範見表3。
試驗結果見表4、表5
表4 焊接接頭表層不同區域硬度分布圖
表5 焊接接頭內層不同區域硬度分布圖
根據段向勝等人[6]的試驗結論，同時結合本試驗的試驗結果，對碳鋼、低合金鋼焊接接頭各區域表層裡氏硬度提出如下的推論，供制定壓力容器硬度測量合格指標參考。
對於母材、過熱區的表層裡氏硬度值與抗拉強度之間的換算，可以按段向勝等人[6]的試驗結論進行，即σb=2.083hld-297.2。
過熱區表層裡氏硬度值一般不超過母材表層裡氏硬度值的105%。
焊縫內層與蓋面焊層之間，雖然內層焊受到後層焊的後熱作用，其晶粒要比蓋面焊層細些，但只要焊接材料相同，內層與蓋面層的熔敷金屬抗拉強度值無差異。因此，對蓋面焊層的裡氏硬度值與抗拉強度之間的換算不能完全照搬σb=2.083hld-297.
2[6]，而應對該回歸方程進行修訂，參考本試驗的試驗資料，可以將上記回歸方程修訂為：σb=2.083hld-312.
7（僅適用於焊縫）。
5）hg20581-1998《鋼製化工容器材料選用規定》[4]中對碳鋼、低合金鋼焊製容器在naoh、溼h2s應力腐蝕環境、高溫高壓氫腐蝕環境、液氨等四種介質環境中使用時，有關硬度值的限制規定。這些規定有通過維氏硬度表述，有通過布氏硬度表述，需通過gb/t17394-1998換算成里氏硬度。
4.2基於上述五點理由，筆者將在用壓力容器硬度檢測合格指標的制訂要點表述如下。
1）對碳鋼、低合金鋼焊製容器在naoh、溼h2s應力腐蝕環境、高溫高壓氫腐蝕環境、液氨等四種介質環境中使用時，首先要滿足hg20581-1998中有關硬度值的限制規定。
2）巨集觀檢驗發現對材料效能有影響的可疑缺陷時，可疑部位硬度值與正常部位均應進行硬度測量，若可疑部位硬度值與正常部位硬度值相差在10%以上（需按同區域進行比較），則說明材質已經劣化。
3、對巨集觀檢驗未發現對材料效能有影響的可疑缺陷，且該容器需首次進行硬度測量時，焊縫的硬度平均值不能低於蓋面焊接材料質量證明中記載的抗拉強度換算值的85%，換算按公式σb=2.083hld-312.7進行；過熱區的硬度平均值不能低於母材質量證明中記載的抗拉強度換算值的90%，換算按公式σb=2.
083hld-297.2進行；母材的硬度平均值不能低於母材質量證明中記載的抗拉強度換算值的85%，換算按公式σb=2.083hld-297.
2進行。超過此限，應通過金相檢驗等加以確認。
4、對巨集觀檢驗未發現對材料效能有影響的可疑缺陷，且該容器需不是首次進行硬度測量時，則應將過熱區、母材、焊縫檢測資料與歷次硬度檢測資料進行比較（需按同區域進行比較），若相差在10%以上，則說明材質已經劣化。
檢驗案例具體說明：
在對某廠co中溫變換爐進行全面檢驗時，發現有一段筒體產生了鼓包，技術特性見表6，質量證明書中記載的抗拉強度值資料見表7，焊接接頭各區域硬度測量結果見表8，金相複查結果見表9。
表6 co中溫變換爐技術特性
表7 質量證明書中記載的抗拉強度值
表8 焊接接頭各區域硬度測量結果
表9 焊接接頭各區域金相複查結果
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