一种现场测定9～12Cr类铁素体耐热钢布氏硬度的方法

摘要

本发明涉及一种现场测定9～12Cr％类铁素体耐热钢布氏硬度的方法，制备一种9～12Cr％类铁素体耐热钢不同组织状态的钢试样，预处理；利用台式布氏硬度计测试每个试样的布氏硬度值HBW；利用里氏硬度计测试每个试样对应的里氏硬度计值HBHLD；将HBW和HBHLD平均值作出硬度对比曲线，得关系式HBW＝1.15HBHLD+A，A的取值范围为5～22；将待测试样预处理，用里氏硬度计测定里氏硬度计值HBHLD，代入公式得到该部件的布氏硬度。本发明解决了目前关于9～12Cr％类铁素体耐热钢里氏硬度适应性的问题，能够通过现场测试直接得到布氏硬度，为9～12Cr％类铁素体耐热钢现场焊后热处理提供正确的硬度指标。

说明书

技术领域

本发明涉及一种铁素体耐热钢布氏硬度的测试方法，属金属材料技术领域。 

背景技术

硬度是衡量金属材料软硬程度的一项重要性能指标，是材料弹性、塑性、强度和韧性等力学性能的综合指标。通常用硬度来衡量材料的性能是否符合使用要求，尤其是对现场焊后热处理的部件，用硬度作为评价指标既方便、快捷，又简单、直观，因此硬度已经成为部件焊后热处理的重要评价指标。由于里氏硬度计体积小，便于携带，可以方便、快捷地测试材料的硬度，因此在现场条件下普遍采用里氏硬度计检测金属的硬度值HLD，然后根据GB/T17394-1998《金属里氏硬度试验方法》中的换算关系转换成布氏硬度值HBHLD以适应规程中数据的要求(规程中对材料硬度的规定使用的是HBW)。 

需要说明的是：里氏硬度计测试的是材料的里氏硬度HLD，根据标准提供的换算关系将里氏硬度换算成的布氏硬度，即HBHLD。由于各种硬度标准的力学含义不同，一般情况下应避免将里氏硬度换算成其他硬度，当必须进行换算时，对于常用金属材料，可参考有关数据换算表，然而根据GB/T 17394-1998《金属里氏硬度试验方法》中的规定，里氏硬度计中的换算关系仅适用于低碳钢、低合金钢和铸钢，而对于9～12Cr％(wt％)类中高合金耐热钢，其弹性模量已发生了很大变化，如果仍使用原有的换算关系就会存在很大不确定性。随着超超临界机组的建设和投运，9～12Cr％类铁素体耐热钢类(如T/P91、T/P92和T/P122等)应用越来越广泛，而焊后热处理的质量评价也越来越重要，但是在实际生产过程中，经常发现用里氏硬度计测定的材料的硬度值HBHLD与材料的实际布氏硬度HBW之间存在很大差距，因此，现有里氏硬度计值HBHLD能否准确反映材料的性能就成为一个疑问，给制造单位和发电企业实际生产带来很大困扰，已经成为目前亟待解决的问题。 

查阅目前公开发表的文献资料和专利，未见9～12Cr％类铁素体耐热钢布氏硬度和里氏硬度关系的相关研究报道，而超超临界机组用9～12Cr％类铁素体耐热钢的安装、检修和金属监督中的硬度指标越来越重要，因此本发明不但对解决如何使用现有里氏硬度计正确表征材料的性能有着重要意义，而且能够为改进里氏硬度计以适应超超临界机组的发展提供重要的参考数据。 

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术的不足，而提供一种现场测定9～12Cr％类铁素体耐热钢布氏硬度的方法，该方法方便、准确。 

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案： 

一种现场测定9～12Cr％类铁素体耐热钢布氏硬度的方法，步骤如下： 

(1)  曲线建立：制备一种9～12Cr％类铁素体耐热钢不同组织状态的钢试样，并将试样预处理；利用台式布氏硬度计分别测试每个试样的布氏硬度值HBW；利用里氏硬度计测试每个试样对应的里氏硬度计值HBHLD；将HBW和HBHLD平均值分别作为对应值，作出硬度对比曲线，得线性关系式HBW＝1.15HBHLD+A，A的取值范围为5～22，Cr含量越高，A取值越小，当Cr含量趋于9％时，A值接近于上限，Cr含量趋于12％时，A值接近于下限； 

(2)将待测试样(9～12Cr％类铁素体耐热钢部件)预处理，用里氏硬度计测定至少5个试验点，取其中5个有效试验点的平均值作为该状态下待测试样的里氏硬度计值HBHLD； 

(3)将测得的待测试样的里氏硬度计值HBHLD代入步骤(1)线性关系式得到该部件的布氏硬度。 

上述步骤(1)为利用台式布氏硬度计在每个试样上分别测试至少5个布氏硬度点，取平均值作为该状态的布氏硬度值HBW；利用里氏硬度计在上述每个布氏硬度点压痕周围均匀分布地各测定至少5个硬度点，取5个有效试验点的平均值作为该点的里氏硬度计值HBHLD，并取各布氏硬度点对应的硬度HBHLD的平均值作为该状态下的里氏硬度计值HBHLD。 

步骤(1)所述的布氏硬度的测试依据GB/T 231.1-2009《布氏硬度试验第1部分：试验方法》进行，具体步骤如下：在室温条件下，利用金刚石压头在一定力的作用下，保持足够的应力施加时间，根据压痕直径测试布氏硬度，任意两压痕中心之间的距离不小于3mm、压痕中心距试样边缘距离不小于5mm。 

里氏硬度的测试依据GB/T 17394-1998《金属里氏硬度试验方法》进行，具体步骤如下：在环境温度条件下，利用D型压头，沿垂直方向压痕测里氏硬度，任意两压痕中心之间的距离不小于3mm、压痕中心距试样边缘距离不小于5mm。 

上述步骤(1)和步骤(2)所述的预处理为将试验面制备成平面，试验面具有金属光泽，不应有氧化皮及其他污物，试样表面粗糙度参数Ra不大于1.6μm。 

本发明首次提出9～12Cr％类中高合金铁素体耐热钢布氏硬度HBW和里氏硬度计值HBHLD之间的关系，解决了目前关于9～12Cr％类铁素体耐热钢里氏硬度适应性的问题，能够为9～12Cr％类铁素体耐热钢现场焊后热处理提供正确的硬度指标，提高金属监督的准确性和针对性，同时为制造单位和发电企业实际生产提供技术支撑。 

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进一步说明。 

制备9～12Cr％类铁素体耐热钢(如P92)不同组织状态的钢试样，并将试样预处理，将试验面制备成平面，试验面具有金属光泽，不应有氧化皮及其他污物，试样表面粗糙度参数Ra不大于1.6μm；利用台式布氏硬度计在每个试样上分别测试至少5个布氏硬度点，取平均值作为该状态的布氏硬度值HBW，布氏硬度测试程序按照GB/T 231.1-2009《布氏硬度试验第1部分：试验方法》进行；利用里氏硬度计在上述每个布氏硬度点压痕周围均匀分布地各测定至少5个硬度点，取5个有效试验点的均值作为该点的里氏硬度计值HBHLD，并取各布氏硬度点对应的硬度HBHLD的均值作为该状态下的里氏硬度计值HBHLD，里氏硬度测试程序按照GB/T 17394-1998《金属里氏硬度试验方法》进行。按照上述方法分别测试不同组织状态的钢试样，获得一系列的HBW值和HBHLD值，建立两种硬度之间的换算关系。 

利用软件进行拟合，发现布氏硬度HBW和里氏硬度计值HBHLD之间存在着确定关系： 

HBW＝1.15HBHLD+A    (1) 

式中，A为与钢中Cr含量(wt％)有关的常数，A的取值范围为5～22，Cr含量越高，A取值越小，当Cr含量趋于9％时，A值接近于上限，Cr含量趋于12％时，A值接近于下限。 

表1和表2为试验测出的部分状态P92钢的布氏硬度值HBW和里氏硬度计值HBHLD，以及利用上述公式计算出P92钢布氏硬度的理论值，可见实测HBW和HBHLD之间的误差达到20％以上，而根据公式(1)计算的布氏硬度理论值与实测值之间的误差在6％以内(A值为21时)，说明该公式具有较高的精度。 

表1  P92钢布氏硬度HBW和里氏硬度计值HBHLD对照表 

表2  P92钢实测布氏硬度和计算布氏硬度值对照表 

利用上述公式，根据现场条件下利用里氏硬度计测试材料的里氏硬度计值HBHLD，代入公式(1)可以方便、快捷地计算出材料的布氏硬度值HBW。 

实施例1 

分别用P91钢、F12钢和2Cr12NiW1Mo1V钢进行测试， 

(1)将试样试验面磨制成磨制平面，试样表面粗糙度参数Ra不大于1.6μm，且试验面应具有金属光泽，不应有氧化皮及其他污物。用里氏硬度计测定至少5个试验点，并取5个有效试验点的平均值作为该状态下待测试样的里氏硬度计值HBHLD，要求：里氏硬度测试程序按照GB/T 17394-1998《金属里氏硬度试验方法》进行，步骤为在环境温度条件下，利用D型压头，沿垂直方向压痕测里氏硬度，任意两压痕中心之间的距离不小于3mm、压痕中心距试样边缘距离不小于5mm； 

(2)将测得的待测硬度点的里氏硬度计值HBHLD代入下式得到该点的布氏硬度，HBW＝1.15HBHLD+A 

式中，A的取值范围为5～22，(P91钢和P91钢焊缝A值为21，F12钢和2Cr12NiW1Mo1V钢A值为5)。 

结果如表3和表4所示。实测钢材的HBW和HBHLD之间的误差达到10％以上，而根据公式(1)计算的布氏硬度理论值与实测值之间的误差在5％以内，说明所建立的9～12Cr％类铁素体耐热钢的布氏硬度计算公式具有较高的精确度。 

表3  9～12Cr％类耐热钢实测布氏硬度HBW和里氏硬度计值HBHLD对照表 

表4  9～12Cr％类耐热钢实测布氏硬度和计算布氏硬度值对照表