CN104634679B - 一种测量p91钢焊缝布氏硬度的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种测量P91钢焊缝布氏硬度的方法，步骤如下：(1)对P91钢进行焊接处理，通过调整热处理温度、保温时间，制作出不同布氏硬度值的试块；(2)利用里氏硬度计和布氏硬度计分别检测步骤(1)制备的每个试块焊缝的里氏硬度值HL和布氏硬度值HB；(3)以所测硬度试块的布氏硬度值为横坐标，里氏硬度值为纵坐标，建立HB‑HL硬度对比曲线，得出线性关系式；(4)选择待测量的P91钢焊缝区域，利用便携式里氏硬度计测量待测量的P91钢焊缝区域的里氏硬度，并按步骤(3)的线性关系式获得布氏硬度值。采用本发明的能够准确的检测出P91钢焊缝布氏硬度值，为锅炉的安全运行提供有力保障。
Description
技术领域
本发明涉及一种测量P91钢焊缝布氏硬度的方法，属于材料检测技术领域。
背景技术
P91钢由于具有较高的抗氧化性能和高温蒸汽腐蚀性能，以及良好的冲击韧性和高而稳定的持久塑形、热强性，被广泛应用于亚临界、超临界高温高压蒸汽管道。
硬度是评定金属材料力学性能常用指标之一，硬度检测由于操作方便、快捷、不破坏材质，被广泛应用于电站锅炉金属材料检验。DL/T438-2009《火力发电厂金属技术监督规程》发布后，对P91材料的硬度有了明确的规定：P91钢母材硬度范围180-250HB，焊缝硬度范围180-270HB，而在现场检验中，经常发现P91钢焊缝硬度不符合标准要求的情况。现有的检测技术标准均以布氏硬度值为检测依据，便携式布氏硬度计体积大、操作复杂且局限性太大，无法满足现场检验要求，便携式里氏硬度计由于体积小、操作方便，且可检测多种硬度值，被广泛应用与电站锅炉金属部件检测中。现有的技术标准中只有碳钢及低合金钢里氏硬度(HL)-布氏硬度(HB)换算，并无高合金钢P91的HL-HB换算，因此，便携式里氏硬度计检测出的布氏硬度值(HBHLD)与试验室用布氏硬度试验机所检测出的布氏硬度值(HB)相差较大，在现场检测中极易造成硬度值不合格现象而对锅炉的安全运行造成误判。
另外，现场对电站锅炉检测时发现同一型号的里氏硬度计在用校验试块进行校验时测量值差距较小、而对生产用管材进行测量时测量值差距较大的情况，这就造成检测结果的不确定性。这是因为现有的便携式里氏硬度计校验试块里氏硬度值多为780-800HL，而电站锅炉用P91钢母材及焊缝的里氏硬度值范围一般在450HL-600HL之间，不同的硬度区间造成了较大的测量误差。
发明内容
针对上述现有技术，本发明的目的是提供一种测量P91钢焊缝布氏硬度的方法，首先制作一组硬度值在150HBW-300HBW(常用P91硬度范围)的硬度试块，然后通过硬度试块建立P91钢焊缝里氏硬度与布氏硬度的换算关系。该方法能够准确的检测出P91钢焊缝布氏硬度值，为锅炉的安全运行提供有力保障。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种测量P91钢焊缝布氏硬度的方法，步骤如下：
(1)P91钢硬度试块的制作：对P91钢进行焊接处理，通过调整P91钢焊接试块的热处理温度、保温时间，制作出不同布氏硬度值的硬度焊接试块；
(2)硬度值检测：利用便携式里氏硬度计和台式布氏硬度计分别检测步骤(1)制备的每个试样焊缝的里氏硬度值HL和布氏硬度值HB；
(3)曲线建立：以所测硬度试块的里氏硬度值为横坐标，布氏硬度值为纵坐标，建立HB-HL硬度对比曲线，得出线性关系式：HB＝0.980HL-263.5；
(4)P91钢焊缝布氏硬度测定：选择待测量的P91钢焊缝区域，利用便携式里氏硬度计测量待测量的P91钢焊缝区域的里氏硬度，并按步骤(3)的线性关系式获得布氏硬度值。
步骤(1)中，P91钢硬度试块的具体制作方法为：
1)将P91钢加工成长方体试块，试块的尺寸为210×116×17mm；
2)对步骤1)的长方体试块进行双V型坡口加工，板材厚度17mm，根据DL869-2012《火力发电厂焊接技术规程》，坡口形式选择双V型，焊接接头尺寸为：坡口角度α为30°-40°，坡口面角度β为8°-12°，根部间隙b为2-5mm，钝边高度p为1-2mm，根部半径R为5mm(见图1)。
3)对步骤2)加工好的试块两两进行对接焊接，采用电弧焊，对口间隙为3-3.5mm，对口表面宽度18mm，焊接电流115-125A，焊接电压22-24V；对焊接试样进行焊前预热，预热温度为200℃；
4)通过调节热处理温度对步骤3)焊接后的试块进行热处理，制成不同硬度的P91硬度试块；其中，热处理温度分别为760℃、780℃、800℃、820℃，保温时间为2h，升温速度为250℃/h，降温速度为100℃/h。
所述里氏硬度测试依据GB/T17394-1998《金属里氏硬度试验方法》：实验前使用标准试块对里氏硬度计进行校验，采用D型冲击装置垂直向下进行测量，试样表面光洁度、两压痕间距离、压痕中心距离试样边缘距离、试样质量等均符合标准要求，每个试块取5个有效测量值，取其平均值；
所示布氏硬度测试依据GB/T231.1-2009《布氏硬度试验第1部分：试验方法》：实验前使用标准试块对布氏硬度计进行校验，试样牢固平放于试验台上，试样表面粗糙度、试样厚度、试验力保持时间等均符合要求，每个试块取5个有效测量值，取其平均值。
步骤(4)中，对待测量的P91钢焊缝区域进行表面处理，以使试验面具有金属光泽，无氧化皮及其他污物，试样表面粗糙度≤1.6。
本发明的有益效果：
(1)本发明通过制作硬度值在150HBW-300HBW的P91钢硬度试块，用于便携式里氏硬度计在电站锅炉用P91焊缝及母材硬度检测时的校验，由于P91钢硬度试块的硬度值与P91钢母材及焊缝的里氏硬度值在同一范围内，使得测量结果准确、可靠。
(2)本发明通过硬度试块建立P91钢焊缝里氏硬度与布氏硬度的换算关系。该方法能够准确的检测出P91钢焊缝布氏硬度值，与实测值误差小，为锅炉的安全运行提供有力保障。
附图说明
图1为试块的坡口加工形式；
图2a为焊接后试块的俯视图；
图2b为焊接后试块的侧视图；
其中，α为坡口角度，β为坡口面角度，b为根部间隙，p为钝边高度，R为根部半径，δ为工件厚度，21-焊缝。
具体实施方式
结合实施例对本发明作进一步的说明，应该说明的是，下述说明仅是为了解释本发明，并不对其内容进行限定。
实施例1：P91钢硬度试块的制作及其里氏硬度与布氏硬度换算关系的建立：
选用高温联箱使用的P91材料，规格为Φ273×28mm。为满足GB/T17394-1998《金属里氏硬度试验方法》对于硬度试样的要求：冲击装置类型为D、DC型的里氏硬度计所测量的试样最小厚度5mm、稳定放置试样质量＞5kg，根据P91钢20℃下的密度为7.78t/m3，计算出满足标准要求的试样尺寸为210×116×17mm。
为满足焊接技术要求，硬度试块坡口的加工如图1所示。
采用手工电弧焊SMAW对硬度试块进行焊接，焊机型号为ZX7-400STG，焊材为德国蒂森Thyssen Chromo 9V，对口间隙为3.5mm，对口表面宽度18mm，焊接电流120A，焊接电压24V；对焊接试样进行焊前预热，预热温度为200℃，焊接完成后经宏观及射线探伤合格。焊接完成后的P91钢硬度试块见图2a、图2b。
对本试验所使用的HT-2000A便携式里氏硬度计进行校核，校核试验和结果误差应满足GB/T 17394.2-2012《金属材料里氏硬度试验第2部分：硬度计的检验与校准》；D型冲击装示值最大允许误差±12HL。
对本试验所使用的HBS-3000数显布氏硬度计进行校核，校核试验和结果误差应满足GB/T231.2-2012《金属布氏硬度试验第2部分：硬度计的检验与校准》：标准硬度HBW＞125-225，硬度计示值误差的最大允许值±2.5％；＞225时，硬度计示值误差的最大允许值为±2％。
取其中5个硬度试块，采用不同的热处理温度来制作不同硬度的试块。热处理工艺为分别在760℃、780℃、800℃、820℃、840℃进行回火处理，保温时间为2h。具体热处理工艺条件见表1。
表1热处理工艺条件
| 试样编号 | 回火温度(℃) | 保温时间(h) | 升温速度(℃/h) | 降温速度(℃/h) |
| 1 | / | / | / | / |
| 2 | 760 | 2 | 250 | 100 |
| 3 | 780 | 2 | 250 | 100 |
| 4 | 800 | 2 | 250 | 100 |
| 5 | 820 | 2 | 250 | 100 |
| 6 | 840 | 2 | 250 | 100 |
对编号为1-6的硬度试块焊缝进行表面处理。根据GB/T 17394-1998《金属里氏硬度试验方法》和GB/T231.1-2009《布氏硬度试验第1部分：试验方法》：试验面应具有金属光泽，不应有氧化皮及其他污物，试样表面粗糙度≤1.6。依次采用#120、#280、#600及金相#400砂纸对试样进行打磨处理，对焊缝应先进行平面处理后再进行打磨。
按照GB/T231.1-2009《布氏硬度试验第1部分：试验方法》对编号为1-6的硬度试块进行布氏硬度测量：在室温下，HBS-3000布氏硬度计施加29.42KN的试验力压入待测试块，保持10S后卸载，然后测量压痕直径、读取试验值。每个硬度试块取5个有效试验值的平均值。结果见表2：
表2试块的布氏硬度值测定结果
| 试样编号 | 热处理方式 | 焊缝(HBW) | 母材(HBW) |
| 1 | / | 370 | 225 |
| 2 | 760+2h | 310 | 214 |
| 3 | 780+2h | 285 | 199 |
| 4 | 800+2h | 261 | 186 |
| 5 | 820+2h | 246 | 178 |
| 6 | 840+2h | 235 | 164 |
按照GB/T 17394-1998《金属里氏硬度试验方法》对编号1-6的硬度试块进行里氏硬度试验：采用HT-2000A便携式里氏硬度计，硬度类型为HL，试验方向垂直向下，每个试块测量5次，取其平均值。结果见表3.
表3试块的里氏硬度值测定结果
| 试样编号 | 热处理方式 | 焊缝(HLD) | 母材(HLD) |
| 1 | / | 638 | 490 |
| 2 | 760+2h | 590 | 482 |
| 3 | 780+2h | 565 | 469 |
| 4 | 800+2h | 543 | 461 |
| 5 | 820+2h | 521 | 443 |
| 6 | 840+2h | 498 | 421 |
将编号为1-6的试样布氏硬度值与里氏硬度值一一对应，做出HL-HB硬度曲线图，得出HB-HL的转换关系公式，HB＝0.980HL-263.5。
实施例2：P91钢焊缝布氏硬度现场检测
现场对电站锅炉用P91钢母材及焊缝进行检测，对待检测区域进行打磨处理，使其具有金属光泽，无氧化皮及其他污物，表面粗糙度≤1.6。利用便携式里氏硬度计测量待测量的P91钢焊缝区域的里氏硬度，并按实施例1确定的线性关系式获得布氏硬度值，并与实际测得的布氏硬度值进行比较，结果见表4.
表4 P91钢焊缝实测布氏硬度值与计算布氏硬度值对照表
由表4可以看出，根据本发明建立的HB-HL的转换关系公式，计算出的布氏硬度的计算值与实测值之间的误差在2％以内，说明本发明的P91钢焊缝布氏硬度的测量方法具有较高的精确度。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (3)
1.一种测量P91钢焊缝布氏硬度的方法，其特征在于，步骤如下：
(1)P91钢硬度试块的制作：对P91钢进行焊接处理，通过调整P91钢焊接试块的热处理温度、保温时间，制作出不同布氏硬度值的硬度焊接试块；
(2)硬度值检测：利用里氏硬度计和布氏硬度计分别检测步骤(1)制备的硬度试块焊缝的里氏硬度值HL和布氏硬度值HB；
(3)曲线建立：以步骤(2)所测硬度试块的布氏硬度值为横坐标，里氏硬度值为纵坐标，建立HB-HL硬度对比曲线，得出线性关系式：HB＝0.980HL-263.5；
(4)P91钢焊缝布氏硬度测定：选择待测量的P91钢焊缝区域，利用便携式里氏硬度计测量待测量的P91钢焊缝区域的里氏硬度，并按步骤(3)的线性关系式获得布氏硬度值；
步骤(1)中，P91钢硬度试块的具体制作方法为：
1)将P91钢加工成长方体试块；
2)对步骤1)的长方体试块进行双V型坡口加工，板材厚度17mm，坡口形式选择双V型，焊接接头尺寸为：坡口角度α为30°-40°，坡口面角度β为8°-12°，根部间隙b为2-5mm，钝边高度p为1-2mm，根部半径R为5mm；
3)对步骤2)加工好的试块两两进行对接焊接，采用电弧焊，对口间隙为3-3.5mm，对口表面宽度18mm，焊接电流115-125A，焊接电压22-24V；对焊接试样进行焊前预热，预热温度为200℃；
3)通过调节热处理温度对步骤2)焊接后的试块进行热处理，制成不同硬度的P91硬度试块；
P91钢硬度试块的具体制作方法的步骤3)中，热处理温度分别为760℃、780℃、800℃、820℃，保温时间为2h，升温速度为250℃/h，降温速度为100℃/h；
P91钢硬度试块的具体制作方法的步骤1)中，长方体试块的尺寸为210×116×17mm；
步骤(4)中，对待测量的P91钢焊缝区域进行表面处理，以使试验面具有金属光泽，无氧化皮及其他污物，试样表面粗糙度≤1.6。
2.如权利要求1所述的测量P91钢焊缝布氏硬度的方法，其特征在于，所述里氏硬度测试依据GB/T17394-1998《金属里氏硬度试验方法》进行测量。
3.如权利要求1所述的测量P91钢焊缝布氏硬度的方法，其特征在于，所示布氏硬度测试依据GB/T231.1-2009《布氏硬度试验第1部分：试验方法》进行测量。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |