电厂热处理后硬度检验的问题.docx

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电厂热处理后硬度检验的问题

电厂热处理后硬度检验的问题

检验设备

•硬度检验设备

–火电施工中，目前普遍采用便携式里氏硬度计进行检验。

代表性的里氏硬度计为时代公司的产品。

–GB/T17394-1998《金属里氏硬度试验方法》详细规定了里氏硬度试验原理、符号、试样、试验仪器、试验要求及结果处理等，并规定里氏硬度计应按JJG747进行检定，应尽量避免将里氏硬度换算成其他硬度。

•金相检验设备

–主要有现场便携式金相检测仪、台式金相显微镜、视频金相显微镜等。

由专业金相检验人员完成，这里不再叙述。

为何选用硬度作为衡量热处理效果的指标？

从焊后热处理的作用分析：

（1）判定对组织的影响，需要进行金相检验；

——破坏或不破坏试验，难度大，时间长，且不能反映性能变化

（2）判定对性能的影响，需要进行包括室温强度、塑性、冲击功、硬度和高温持久强度试验；

——除硬度检验外，均为破坏性试验，做高温性能试验更不可能

（3）判定对残余应力的影响，需要测定残余应力分布；

——残余应力测定要么不是实时检测，要么不能定量，准确性不好

只有硬度检验可不破坏焊件，且相对准确的测定焊接接头的特定性能，并间接反映接头的强度、塑性和裂纹敏感性。

•目前的硬度试验方法

•洛氏硬度（HR）——GB/T230.1-2004，压痕法，标尺比较复杂，球头类型较多

•布氏硬度（HBW）——GB/T231.1-2002，压痕法，需要专门的试验台

•维氏硬度（HV）——GB/T4340.1-1999，压痕法，适用性广，测量范围宽，但只能测定试样硬度

•努氏硬度（HK）——GB/T18449.1-2001，压痕法，需专门的试验台，只能对试样

•里氏硬度（HL）——GB/T17394-1998，冲击法，可现场测试，不需要专门试验台，可换算成其他硬度，但工件不能太小（重量、厚度限制）

•肖氏硬度（HS）——GB/T4341-2001，冲击法，很少用于现场金属部件的检测，工件不能太小（重量、厚度限制）

•适于现场使用的只有里氏硬度！

适于研究的用维氏硬度、布氏硬度！

•标准对焊缝硬度检验要求

•ASMEB31.1《动力管道》：

无要求

•GB150钢制压力容器：

无要求

•蒸汽锅炉安全技术监察规程：

无要求

•压力容器安全技术监察规程：

无要求

•JB4708、JB4709：

无要求

•国外企业

•日本：

Cr≤0.5%硬度≤225HBW

•Cr＞0.5%~2%硬度≤225HBW

•Cr＞2%~10%硬度≤241HBW

•法国：

碳钢：

不大于母材硬度的115%

•Mo钢：

不大于母材硬度的120%

•Cr-Mo钢：

不大于225HBW

焊缝硬度检验标准

•GB/T50236《现场设备工业管道焊接施工验收规范》

–碳钢：

不大于母材硬度的120%

–合金钢：

不大于母材硬度的125%

•DL/T868-2004《火力发电厂焊接工艺评定规程》

–硬度检验的合格标准可按照产品技术条件有关规定，一般焊缝和热影响区的硬度应不低于母材硬度值的90%，不超过母材布氏硬度加100HB，且不超过下列规定。

–合金总含量＜3％硬度≤270HBW

–合金总含量3～10%硬度≤300HBW

–合金总含量＞10%硬度≤350HBW

–异种钢焊接接头的硬度值限制按照DL/T752的规定

•DL/T869-2004《火力发电厂焊接技术规程》

–同种钢焊接接头热处理后焊缝的硬度，一般不超过母材布氏硬度值加100HBW，且不超过下列规定：

•合金总含量＜3%时布氏硬度值≤270HBW

•合金总含量3%~10%时布氏硬度值≤300HBW

•合金总含量＞10%时布氏硬度值≤350HBW

•异种钢焊接接头焊缝硬度检验应符合DL/T752-2010的规定。

•焊缝硬度不能低于母材硬度

焊缝硬度检验标准

DL/T752-2010《火力发电厂异种钢焊接技术规程》

–奥氏体或镍基焊材的焊接接头，可不进行焊缝硬度检查。

–当曲线异常，或对热处理有怀疑时，应进行硬度检查。

可采用里氏硬度计，按照GB、T17394的规定，换算的焊缝布什硬度值不应超出接头两侧母材的实际布什硬度平均值的30%或低于较低侧硬度值的90%。

对于不进行焊后热处理的焊接接头，可不进行焊缝硬度检查。

DL/T850-2004《电站配管》

–焊缝最高硬度一般不超过母材布氏硬度HB加100，且不超过下列规定。

–合金总含量＜3％硬度≤270HB

–合金总含量3～10%硬度≤300HB

–合金总含量＞10%硬度≤350HB

母材硬度标准

•SA335P91/P92/P122硬度≤HB250

•SA213T91/T92/T122硬度≤HB250

•SA182F91硬度≤HB248

•SA182F92硬度≤HB269

•SA210C硬度≤HB179

•SA234WCP\WCB硬度≤HB197

•15MnMoVHB149~217

•SA209T1硬度≤HB146

•SA182F1HB143~192

•SA234WP111/WP121硬度≤HB197

•SA213T11\T12硬度≤HB163

•SA213T2硬度≤HB217

•SA182F2HB143~192

•SA182F12HB121~174

•SA213T23硬度≤HB220

•SA182F22硬度≤HB170

•SA213T91/T92硬度≤HB250

从标准看出:

（1）标准均以布氏硬度做测试指标；

（2）大多标准以母材硬度为参考；

（3）部分标准没有给出硬度标准的下限值，且要求不一样；

（4）标准给出的硬度上限值有差别。

（5）硬度值上限是否合理？

标准中硬度检验问题

问题一：

标准中以布氏硬度为指标，以母材硬度为参考，而现场最合适的硬度检测方法是里氏硬度，另外该以母材规定的最高硬度为指标，还是以实际测量值为指标？

——造成工程中执行难

–母材硬度在标准中不做为验收指标，而且有很多钢种无硬度参考标准；

–实际情况下，母材硬度有很大的波动性；

–只能使用换算硬度，与GB17394不一致。

问题二：

标准中的规定是否合适？

–上限问题

•规定高合金钢焊缝硬度的上限为HB350，合适吗？

特别是对9%~12%Cr含量的合金钢，这样的硬度工程上如何保证焊缝的冲击功满足要求？

•当母材实际硬度偏低时，该如何处理？

–下限问题

•在有些标准中没有规定焊缝硬度的下限。

对热处理强化型焊缝（如WB36），是否有问题呢？

问题三：

使用便携式里氏硬度计时，按照GB/T17394的附录B，使用D型冲击装置时，只有420HLD以上时，才有换算的布氏硬度值（140HBHLD轧制材料）。

那么，当母材或焊缝硬度低于420HLD时怎么办呢？

下面介绍一下现场硬度试验要求：

1．试验环境温度

工作温度：

0-40℃（按布氏硬度试验规程，试验最好在10-35℃条件下进行，对有较高要求时，应控制在23±5℃之内，布什硬度要求）

2．技术参数

示值误差：

相对误差±0.8%（示值重复性相对误差）

工作电压：

4.7-6.0V

3.现场试验

3.1.测试前，先用试块对仪器进行校验。

（在试块垂直向下位置测试5点，取平均值与试块标准值对比），重复性误差控制在±12HL。

3.2.对于做焊缝硬度试验时，应对焊缝每侧的近母材进行硬度测试，测试位置应符合规程规范。

并把结果进行记录比较（是否符合规程规范）。

3.3.因焊缝属锻轧造工艺成型，且布氏硬度HB在142-305之间，而此时硬度仪自动换算的测试值误差较大，所以，对焊缝硬度测试应选里氏硬度，根据里氏硬度HLD查表，确定HB硬度。

3.4.测试时应注意，两压痕中心距离不小于3mm，压痕中心距试样边缘距离不小于5mm（打磨区域应大于支撑环）。

3.5.焊缝打磨粗糙度Ra小于2μm。

3.6.试件最小厚度3mm。

3.7.试样每个测量部位一般进行5次试验，数据分散不应超过平均值的±15HL

3.8.由于热处理为高温回火热处理，主要是降低残余应力，为保证硬度测量准确，表面不应有硬化层，一般情况深度需要打磨0.5-1.0mm（冲击装置为0.2mm）。

3.9.高合金及所有奥氏体钢可以用以下方法建立对应关系

3.9.1试验面必须仔细研磨。

3.9.2如不进行耦合，选择的试样尺寸尽可能大。

3.9.3试样硬度在硬度仪换算范围内。

3.9.4用相应测量范围的硬度块检查静态硬度计准确性。

3.9.5在试样上用静态硬度计测三个点并在压痕周围用里氏硬度仪测五个值，取平均值。

比较两种方法测出的硬度值即可得出误差范围。

各试验硬度值比较

名称

静态硬度计

里氏硬度计

误差

备注

感应试验试件（多层多道，控制线能量）

表面227HB

表面209HB

18HB

表面硬度不大于230HB时，焊缝硬度能满足要求

层间237HB

28HB

根部246HB

37HB

电阻试验试件（自动化控制线能量）

表面244HB

表面207HB

42HB

表面硬度不大于225HB时，焊缝硬度能满足要求

层间248HB

46HB

根部250HB

48HB

现场焊接试件1（焊接每层厚度8mm）

表面291HB

表面246HB

45HB

表面硬度不大于221HB时，焊缝硬度能满足要求

层间296HB

层间257HB

39HB

根部307HB

根部268hb

39HB

现场焊接试件2（焊接每层厚度8mm）

表面292HB

表面242HB

50HB

表面硬度不大于220HB时，焊缝硬度能满足要求

层间298HB

层间256HB

42HB

根部305HB

根部268hb

37HB

根据以上数据可以看出，当硬度值越高误差越大，因DL/T438-2009规程是针对火力发电厂金属监督的规程，他给定的硬度值应以现场测定为准，考虑到现场试验产生的误差，现场硬度试验硬度值最好控制在250HB以下，最佳硬度值控制在220-230HB之间。

4.当测试结果离散度大，原因如下：

（1）两压痕中心距离不符合要求；

（2）两压痕中心距离试样边缘距离不符合要求；

（3）试件表面粗糙度不符合要求；

（4）材料自身原因；（这种原因很少出现）

热处理后的硬度检查数量为：

应首先执行甲方和规程要求。

对于没有具体要求的可按：

直径＜194mm的合金钢管5%检验；直径≥194mm的合金钢管100%检验。

每个焊接接头硬度检测一个部位，当管子直径＞219mm时，至少测定二个部位。

对于硬度检查的部位，尤其是铁素体耐热钢硬度检查后要把硬度检测点磨去，以防止裂纹产生。