一种火电厂用F91大型三通锻件的硬度与强度换算方法与流程

本发明涉及火电厂金属材料技术领域，具体地讲，涉及一种火电厂用f91大型三通锻件的硬度与强度换算方法。

背景技术：

f91大型三通锻件是指用于外径不小于400mm的锻制三通的锻件，包括斜三通(图1所示)、t形三通(图2所示)和y形三通锻件(图3所示)，它广泛用于火电厂300mw以上的发电机组的主蒸汽管道和高温再热蒸汽管道中，是火电厂的重要高温高压管道元件。

f91锻件材料采用9cr-1mo-v钢，其化学成分见表1。f91大型三通锻件材料在正火加回火或淬火加回火状态下的抗拉强度标准值为不小于620mpa，硬度标准值范围为hbw190～hbw248。

表1f91大型三通锻件材料的化学成分(质量分数，％)

谢亚清等在专著《电厂金属材料》(北京：中国电力出版社，2012)指出金属材料硬度是衡量其软硬程度的一项重要力学性能指标，可综合反映材料的弹性、塑性、强度和韧性等力学性能。火电厂用f91大型三通锻件通过机械加工方法加工成锻制三通后，就无法对成品进行破坏性取样检测其抗拉强度等力学性能指标，一般通过非破坏性检测成品三通硬度的方法来间接了解其强度性能。虽然金属材料硬度与强度有一定对应关系，但目前对火电厂用f91大型三通锻件材料尚无相应的硬度与强度换算方法，相关文献资料提供的金属材料的硬度与强度换算方法要么不适用于f91大型锻件材料，要么就是误差很大，无实际参考意义。

如现行国家标准gb/t1172-1999《黑色金属硬度及强度换算值》未给出类似f91材料的硬度与强度换算数据，若用该标准中的表1给出的铬钼钢进行换算，其误差很大。缪宗华等在《用改进单纯形法优化钢的硬度与强度换算公式》(金属学报，2001，37(5)：543-546)中基于旧版国家标准gb/t1172-1974给出了洛氏硬度hrc与抗拉强度rm换算关系式，该关系式对f91三通锻件材料更不适用。李益民等在《9％～12％cr马氏体耐热钢母材及焊缝的硬度控制》(热力发电，2010，39(3)：57-60)中给出了金属材料布氏硬度hb与抗拉强度rm的经验关系式rm＝3.3hb，该经验关系式对f91三通锻件材料误差较大。

因此，提出一种基于硬度与强度的对应关系而建立准确便捷的硬度与强度换算方法对通过检测金属材料硬度来快速确定其强度具有重要现实意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种误差小、简单、方便、经济、高效的火电厂用f91大型三通锻件的硬度与强度换算方法。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种火电厂用f91大型三通锻件的硬度与强度换算方法，其特征在于：步骤如下：

第一步：准备检测试样：f91大型三通锻件采用单件锻造，锻件主截面的锻造比不小于3，锻件的热处理方式为正火加回火或淬火加回火；

第二步：机械打磨检测面：将回火处理后的锻件冷却至室温后对检测面部位进行机械打磨，检测面的面积若按直径计则不小于50mm，若按长乘宽计则不小于45mm×40mm，打磨后的检测面粗糙度不小于ra1.6；

第三步：检测布氏硬度值：采用经检定或校准合格的硬度计在第二步中打磨合格的检测面上检测布氏硬度，在所述检测面均布5个测点进行检测，随后取该5个测点试验值的算术平均值作为该检测面的布氏硬度值；

第四步：计算抗拉强度：将第三步得到的布氏硬度值带入抗拉强度的计算公式中，计算得到抗拉强度；抗拉强度的计算公式为：

rm＝2.86hbw+101.9

式中：rm为抗拉强度，单位为mpa；hbw为布氏硬度值。

优选的，第三步中硬度计选用便携式里氏硬度计或便携式布氏硬度计。便携式里氏硬度计按照gb/t17394.1《金属材料里氏硬度试验第1部分：试验方法》检测布氏硬度；便携式布氏硬度计按照dl/t1719《采用便携式布氏硬度计检验金属部件技术导则》检测布氏硬度。

优选的，第一步中正火或淬火温度为1040℃～1080℃，回火温度为730℃～800℃。

优选的，f91大型三通锻件材料的布氏硬度值标准值范围为hbw190～hbw248，当第三步测得的布氏硬度值比所述标准值范围的下限值低10％，或者比所述标准值范围的上限值高10％时，所述抗拉强度的计算公式不再适用。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：

1、该方法可根据所检测的布氏硬度值，在不需要取样进行拉伸试验的条件下可快捷计算f91大型三通锻件材料的抗拉强度值，经济、高效、简单、方便；

2、该方法可解决由于锻件坯料余量不足而无法取样进行抗拉强度试验的实际问题，对f91大型三通锻件的实际生产具有指导意义；

3、对已加工完成的f91大型锻制三通成品，该方法可通过采用非破坏性地检测该三通成品布氏硬度的方法来确定三通锻件材料的抗拉强度值，以查验锻件材料质量证明书中抗拉强度数据的有效性，有利于保证锻制三通在火电厂实际使用中的安全性和可靠性。

附图说明

图1是斜三通锻件的结构示意图。

图2是t形三通锻件的结构示意图。

图3是y形三通锻件的结构示意图。

具体实施方式

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。

实施例。

图1至图3所示的为f91大型三通锻件的三种结构形式。

本实施例为一种火电厂用f91大型三通锻件的硬度与强度换算方法，步骤如下：

第一步：准备检测试样：f91大型三通锻件采用单件锻造，锻件主截面的锻造比不小于3，锻件的热处理方式为正火加回火或淬火加回火，正火或淬火温度为1040℃～1080℃，回火温度为730℃～800℃；

第二步：机械打磨检测面：将回火处理后的锻件冷却至室温后对检测面部位进行机械打磨，检测面的面积若按直径计则不小于50mm，若按长乘宽计则不小于45mm×40mm，打磨后的检测面粗糙度不小于ra1.6；

第三步：检测布氏硬度值：采用经检定或校准合格的硬度计在第二步中打磨合格的检测面上检测布氏硬度，在所述检测面均布5个测点进行检测，随后取该5个测点试验值的算术平均值作为该检测面的布氏硬度值；

第四步：计算抗拉强度：将第三步得到的布氏硬度值带入抗拉强度的计算公式中，计算得到抗拉强度，并按照“四舍五入”的原则将抗拉强度计算公式得到的计算值圆整为整数即为该检测面的抗拉强度值；抗拉强度的计算公式为：

rm＝2.86hbw+101.9

式中：rm为抗拉强度，单位为mpa；hbw为布氏硬度值。

上述第三步中硬度计选用便携式里氏硬度计或便携式布氏硬度计，便携式里氏硬度计按照gb/t17394.1《金属材料里氏硬度试验第1部分：试验方法》检测布氏硬度；便携式布氏硬度计按照dl/t1719《采用便携式布氏硬度计检验金属部件技术导则》检测布氏硬度。

本实施例中，f91大型三通锻件材料的布氏硬度值标准值范围为hbw190～hbw248，当第三步测得的布氏硬度值比所述标准值范围的下限值低10％，或者比所述标准值范围的上限值高10％时，所述抗拉强度的计算公式不再适用。

对于已完成机械加工的f91大型成品锻制三通，可按照所述第二步至第四步进行检测计算。

本实施例中，抗拉强度的计算公式是通过对锻件材料进行大量布氏硬度与抗拉强度对应试验数据分析的基础上，利用最小二乘法原理而确定出的。最小二乘法公式为：

根据大量布氏硬度与抗拉强度对应试验数据，得出此方程的解为：a＝101.9，b＝2.86；由此可得抗拉强度与布氏硬度的拟合关系式为：

rm＝2.86hbw+101.9

本实施例中，对图1所示的已完成回火热处理且冷却到室温的f91大型斜三通锻件进行抗拉强度计算的具体操作为：首先用角磨机按照第二步对其外表面某一部位进行机械打磨得到检测面，检测面面积按直径计不小于50mm，打磨后的检测面表面粗糙度满足小于ra1.6要求；在检测面内均布取5个测点，采用便携式里氏硬度计检测这5个测点的布氏硬度，布氏硬度值分别为210hbw、208hbw、212hbw、213hbw、207hbw，其算术平均值为210.2hbw；将布氏硬度平均值210.2代入抗拉强度的计算公式进行计算，得到rm为703.072，圆整为整数703，据此可确定锻件该部位的抗拉强度为703mpa。

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。