高温螺栓硬度检测是评估火力发电机组运行安 全性的重要手段之一

试验试样为两组螺栓,其规格相同,材料分别为 In７８３高温合金和１Cr１１Co３W３NiMoVNbNB钢.分 别将两组试样的端部和腰部进行打磨、抛光,采用 HB-３０００D型自动布氏硬度计测定其布氏硬度 HBW ,采用标誉便携式里氏硬度计 测试其由里氏硬度换算的布氏硬度 HLD→B;然后将抛 光试样用标誉 MP-2C型磨抛机打磨处理,模拟电 厂现场硬度检测条件,分别测试其布氏硬度HBW 及由 里氏硬度换算的布氏硬度 HLD→B.抛光后的试样经 侵蚀后,采用标誉金相显微镜进行显微组织观察.

现有的标准规程中对高温螺 栓材料硬度的控制均采用布氏硬度,但布氏硬度计 一般适用于试验室检测,而里氏硬度计因具有易携 带、效率高、操作方便等优点,目前已经在电厂的高 温螺栓现场硬度检测中普遍使用[１Ｇ４],且广泛采用的是 D型冲头的里氏硬度计.由于硬度是指材料抵 抗塑性变形的能力,不是确定的物理量,没有一致 的量纲,不能应用数学方法对不同硬度进行换算,因 此里氏硬度与布氏硬度的换算主要依据经验数据. GB/T１７３９４．４－２０１４虽然提供了 D 型冲头在材料 弹性模量约为２１０GPa时的里氏硬度与布氏硬度 换算表,但是目前大参数发电机组高温紧固螺栓广 泛采用的是高温合金和高合金钢锻件,其弹性模量 与２１０GPa存在较大差异,因此该换算表并不完全 适用,现场使用里氏硬度计测试后自动换算的布氏 硬度往往与材料实际布氏硬度存在较大差异[５Ｇ７]. 王智春等[８]通过对２Cr１１NiMoVNbNB钢螺栓的检 测发现,其里氏硬度计的换算值低于布氏硬度计实 测值.赖富建等[９]的研究成果则指出,在３１９HBW 以下里氏硬度计的换算值低于布氏硬度计实测值, 而且提出硬度在２４８~３３１ HB 的螺栓可以采用公 式 HB＝－２７８．７２＋０．９９６HLD(HB,HLD分别为布氏 硬度换算值和里氏硬度测试值)进行修正,但是该公 式是基于硬度在２４８~３３１ HB 的不同材料螺栓硬 度对比试验得出的,不符合里氏硬度与材料相关的 特性,使 用 上 有 一 定 的 局 限 性. 德 国 标 准 DIN ５０１５０:２０００提供了钢材抗拉强度与维氏硬度、布氏 硬度、洛氏硬度的对照表,美国标准 ASTM E１４０－ １２b则提供了金属材料布氏硬度、维氏硬度、洛氏硬 度、努氏硬度、肖氏硬度等的换算关系表,但是以上 标准均未涉及里氏硬度与布氏硬度的换算关系.因 此针对不同的材料,特别是大参数机组高温螺栓紧 固 件 广 泛 应 用 的 In７８３ 高 温 合 金 和 １Cr１１Co３W３NiMoVNbNB 钢等,建立合理的里氏 硬度与布氏硬度换算模型,对火力发电厂生产过程 中的现场检测具有重要的指导意义[１０Ｇ１２]. 其次,现有标准中推荐的检修时螺栓检测部位 为螺栓光杆处(即腰部),但是现场有时会出现螺栓 腰部不具备检测条件,只能测试螺栓端部的情况,关 于螺栓端部硬度与腰部硬度之间的关系目前尚未见 有定量的经验公式可供参考[１３Ｇ１５].因此,能否从螺 栓的端部硬度检测值推断其腰部的硬度是一个值得 关注的问题. 笔者参照 DL/T４３９－２００６«火力发电厂高温 紧固件技术导则»及 GB/T１７３９４．１－２０１４«金属材 料 里 氏 硬 度 试 验 第 １ 部 分:试 验 方 法»、GB/T ２３１．１－２００９«金属材料 布氏硬度试验 第１部分:试 验 方 法 »等 标 准,分 别 对 In７８３ 高 温 合 金 和１Cr１１Co３W３NiMoVNbNB钢螺栓紧固件的端部和 腰部(打磨态和抛光态)进行里氏硬度 HLD 及布氏 硬度 HBW 测试,并将测得的 HLD 换算成布氏硬度 HLD→B,以研究对于该两种材料里氏硬度与布氏硬 度之间的换算关系,从而为现场检测提供可靠的里 氏硬度判定依据,提高检测精度,减少繁琐的复检环 节,进而提高检测效率.