一种可以快速实现低硬度91钢硬度值校核的试块和方法与流程

1.本发明涉及电力行业91等级钢的硬度检测与校核技术，具体涉及一种可以快速实现低硬度91钢硬度值校核的试块和方法。


背景技术：

2.随着电力行业的快速发展，大容量、高参数机组的投用，金属材质等级也得到不断提高，其中91钢已广泛应用于机组的主蒸汽管道、再热蒸汽管道、高温集箱等重要金属部件。但是，近年来在金属检测过程中发现，91钢的硬度偏低问题越来越普遍，给机组的安全运行带来了一定的风险。
3.利用里氏硬度计进行金属材料的硬度检测，可以实现材料硬度值的快速测量，同时不会对材料本身造成破坏损伤，在电力行业及其它工程领域得到了广泛应用。但是，通过多年的实践和研究发现，由于仪器自身工作原理的因素，里氏硬度计与布氏硬度计在检测结果上往往存在一定的偏差，数值可达约20hb，尤其针对硬度偏低的91钢，这种现象显得更加明显。这种由于仪器原因造成的偏差容易造成材质得不到准确、有效地评估和判定，甚至会得到错误的结论，给检测人员带来很大的困扰和误导。基于上述考量，电力行业最新标准dl/t 438
‑
2016《火力发电厂金属技术监督规程》相比于2009版作出了针对性修订，其中第7.1.5条规定：当硬度偏离标准的规定值时，宜采用便携式布氏硬度计测量校核。次年，标准dl/t 1719
‑
2017《采用便携式布氏硬度计检验金属部件技术导则》相继出台。
4.目前常用的便携布氏硬度计主要有磁力式布氏硬度计、锤击式布氏硬度计和液压式布氏硬度计，但是上述这三种布氏硬度计都存在一定的缺点和局限。其中磁力式布氏硬度计要求磁力加载面必须对称、平整、适合加载，对于弯头、三通、大小头等异构部位无法应用；锤击式布氏硬度计要求必须的锤击空间和方向，有限空间和底部区域无法应用；液压式布氏硬度计体型庞大、笨重，并不适合现场复杂的工况场景。受以上因素限制，当现场实际检测工况不能满足上述设备的工作要求时，低硬度91钢的硬度校核就显得束手无策，破坏取样仿佛是最后的选择。
5.同时，在对低硬度91钢进行性能和组织的研究中发现，91钢的硬度偏低问题主要与钢的生产、加工或焊接过程中的热处理工艺不当有关，目前，实验室中已可以通过模拟各种热处理工艺来获得各种组织相符、硬度值相当的样品。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种设计合理、材质相同、组织相符、硬度范围匹配的新型试块，同时提供了一种适用于现场可以快速实现低硬度91钢的硬度校核方法。
7.本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种可以快速实现低硬度91钢硬度值校核的试块，其特征在于，所述试块为圆柱体结构，由6个材质、规格相同的扇形体试块单元相互嵌合组成，每个扇形体试块单元均纹刻有标定硬度值，且应专门制造，保证材质的均质
性、组织稳定性和试验面硬度的均匀性。
8.进一步而言，所述试块的整体规格为φ90
×
55mm，各扇形体试块单元的半径为45mm，高度为55mm，圆心角为60
°
，其中长度误差均允许在
±
1mm，圆心角角度误差均允许在
±1°
。
9.进一步而言，所述各扇形体试块单元的材质为p91，需经过不同的热处理工艺以获得不同的硬度值，并经实验室标定后纹刻于试块表面，各扇形体试块单元的硬度标定值应分别分布于130≤hb＜140、140≤hb＜150、150≤hb＜160、160≤hb＜170、170≤hb＜180和180≤hb＜190范围内，且相临两值偏差≥5hb，确保覆盖91钢的硬度低值区间范围。
10.校核方法包括以下步骤：
11.步骤1：对试验用里氏硬度计按照相关标准要求和使用说明书进行正确设置。
12.步骤2：冲击试验样品5次，并对5次数据取算术平均值，记为试验值hlb0。
13.步骤3：根据冲击样品试验值hlb0的大小，选择校核试块，试块的标定硬度值记为hb1，hb1与hlb0应位于同一硬度区间范围。
14.步骤4：冲击选定的校核试块，冲击5次，并对5次数据取算术平均值，记为校核值hlb1。
15.步骤5：按照式
△
h1＝hb1‑
hlb1计算标定值与校核值之间的偏差
△
h1。
16.步骤6：按照式hlb＝hlb0+
△
h1计算冲击试样第一次校核后的硬度值hlb，此步骤可以初步确认试样的真实硬度值所分布的区间范围。
17.步骤7：重复步骤3～6，重新选择校核试块，试块的标定硬度值记为hb2，hb2与hlb应位于同一硬度区间范围；同样冲击第二次选定的校核试块，冲击5次，并对5次数据取算术平均值，记为校核值hlb2，按照式
△
h2＝hb2‑
hlb2计算得出硬度校核偏差
△
h2；按照式hlb’＝hlb+
△
h2计算求得第二次校核后的硬度值hlb’，同时根据
△
h2的大小确定是否进行第三次校核，这里规定若
△
h2≤5hb，无需进行第三次校核，第二次校核后的硬度值hlb’即可作为最终的检测结果，若
△
h2＞5hb，需进行第三次校核，并重复上述步骤。
18.步骤8：根据上述两次校核偏差之和(
△
h1+
△
h2+
……
)，结合仪器自身的调校功能(若有)，对里氏硬度计进行相应地调校(调高或调低)，调校后的仪器可直接用于硬度范围匹配的冲击测量，测量值可作为最终的检测结果。
19.进一步而言，所述校核方法适用于应用里氏硬度计对91钢的硬度检测，硬度检测范围为130～190hb。
20.上述试块边缘倒角为1
×
45
°
，试验面与支撑面的平面度≤0.02mm，试验面与支撑面的平行度≤0.03mm/50mm，试验面的粗糙度ra≤0.05μm。
21.本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：
22.本发明可以实现现场快速选取与待冲击试样的材质、硬度范围匹配的标准试块来进行仪器的校核，减少仪器的偏差；该校核方法采用“标块对比、逐级校核”的原理，原理简单，步骤明晰，准确度高，校核效果与实验室台式硬度计和便携布氏硬度计相当，同时能够满足现场各种复杂、受限的工况条件，无需通过便携布氏硬度计甚至破坏取样的手段，利用便携式里氏硬度计即可快速地完成对硬度值的校核工作，能适应现场的实际检测需要。
附图说明
23.图1是本发明实施例中校核试块的结构示意图。
24.图2是本发明实施例中里氏硬度计冲击试验的结构示意图。
25.图3是本发明实施例方法的检测结果与实验室台式硬度计和便携布氏硬度计的检测结果的比较图。
具体实施方式
26.下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
27.实施例。
28.参见图1，本实施例中的可以快速实现低硬度91钢硬度值校核的试块，包括试块整体，还包括扇形体试块单元1～6和纹刻区域；试块整体外形为圆柱体结构，由6个材质、规格相同的扇形体试块单元1～6相互嵌合组成。
29.本实施例中，试块整体规格为φ90
×
55mm，扇形体试块单元1～6的半径为45mm，高度为55mm，圆心角角度为60
°
其中长度误差均允许
±
1mm，圆心角角度误差均允许
±1°
。
30.本实施例中，扇形体试块单元1～6的材质牌号均为p91，实验室中经过不同的热处理工艺获得了不同的硬度值，且经实验室标定，标定值分别为138hb、146hb、155hb、166hb、175hb和188hb，依次分布于130≤hb＜140、140≤hb＜150、150≤hb＜160、160≤hb＜170、170≤hb＜180和180≤hb＜190范围内，且相临两值偏差≥5hb，覆盖91钢的硬度低值区间范围。
31.本实施例中，为演示校核方法的具体实施，便携式里氏硬度计选用了美国gr品牌ht
‑
2000a型，待冲击样品为一低硬度91钢管。
32.参见图2，校核方法步骤如下：
33.步骤1：对试验用里氏硬度计按照相关标准要求和使用说明书进行正确设置。
34.步骤2：冲击试验样品5次，并对5次数据取算术平均值，得试验值hlb0＝164hb。
35.步骤3：由于164hb位于160≤hb＜170的硬度区间范围，选择校核试块4，试块4的标定硬度值hb1＝166hb。
36.步骤4：冲击选定的校核试块4，冲击5次，并对5次数据取算术平均值，得校核值hlb1＝152hb。
37.步骤5：按照式
△
h1＝hb1‑
hlb1计算标定值与校核值之间的偏差
△
h1＝14hb。
38.步骤6：按照式hlb＝hlb0+
△
h1计算冲击试样第一次校核后的硬度值hlb＝178hb。
39.步骤7：重复步骤3～6，由于178hb位于170≤hb＜180的硬度区间范围内，选择校核试块5，试块5的标定硬度值hb2＝175hb；同样冲击校核试块5，冲击5次，并对5次数据取算术平均值，得校核值hlb2＝173hb；按照式
△
h2＝hb2‑
hlb2计算得出硬度校核偏差
△
h2＝2hb＜5hb；按照式hlb’＝hlb+
△
h2计算求得第二次校核后的硬度值hlb’＝180hb，并作为最终检测结果。
40.步骤8：根据上述两次校核偏差之和(
△
h1+
△
h2＝16hb)，可以对该里氏硬度计向上调16，调校后的仪器可直接用于硬度范围为160≤hb＜170的冲击测量，测量值可作为最终检测结果。
41.为验证该方法的准确性，同时采用实验室台式布氏硬度计和便携布氏硬度计对不同低硬度的试样进行对比试验，对比结果参见图3，结果显示，三种方法的检测结果是一致的，该方法的准确性完全可以满足现场工作需要。
42.综上，该试块与低硬度91钢在在材质、组织和硬度范围方面是相互匹配的；通过试块校核的方式能够实现对低硬度91钢的快速校核，校核效果与实验室台式硬度计和便携布氏硬度计相当；适用于现场各种复杂、受限的工况条件，可以帮助检测人员快速地完成检测工作，并准确、有效地对材质作出评估或判定。
43.本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
44.虽然本发明已以实施例公开如上，但其并非用以限定本发明的保护范围，任何熟悉该项技术的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内所作的更动与润饰，均应属于本发明的保护范围。