Page 44 - 理化检验-物理分册2021年第一期
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陈思思: 电站锅炉珠光体铁素体耐热钢薄壁管的现场金相检验方法


            压环境下, 受热面金属的显微组织随着锅炉运行时                            片依次打磨, 砂轮片的粒度从粗到细依次为 60 目、
            间的增加会发生变化, 如碳化物的析出、 聚集、 球化                        100 目、 150 目、 180 目, 最后用纤维轮打磨, 打磨过
            和新相的析出等        [ 1-2 ] 。金相检验可以为了解材料的               程用力要均匀, 并不断地移动砂轮片, 以保证检验面

            显微组织变化情况提供依据, 因此 TSG G7002-                        的平整。在更换更细砂纸的时候, 必须保证能完全
            2015 《 锅炉定期检验规则》 中规定, 要对电站锅炉主                      磨掉上一道砂轮片的划痕。
            蒸汽管道及高温过热器管抽样进行金相检验。                              1.2  试样的抛光
                 便携式金相显微镜被广泛应用在主蒸汽管道的                              采用机械抛光和化学抛光相结合的方法对试样
            现场金相检验中, 其操作方法已经很成熟, 但由于高                          进行抛光, 机械抛光主要是去除打磨后检验区域较
            温过热器管的管壁很薄, 稍有不慎就会打磨过量, 因                          明显的划痕, 而化学抛光是去除机械抛光后, 检验区
            此一般都是先割管取样, 然后在试验室中进行后续                            域表面的细微划痕。
            检验   [ 3 ] 。但是, 当只需做金相和硬度检验时, 完全可                      首先进行机械抛光, 先将型号为 W1.5 、 晶粒度为
            以通过对薄壁管的多次打磨练习, 就能够在不需要                           6000目的研磨膏涂抹在羊毛毡表面, 然后在试样表

            割管, 且保证材料强度所需最小厚度的条件下, 直接                          面进行机械抛光, 抛光过程中要防止检验面因摩擦而
            在现场对过热器薄壁管进行金相检验。这样既避免                             生成过热组织, 观察到检验区域的划痕基本消失后,
            了对过热器管的损坏, 同时克服了恢复难度大、 检测                          用酒精冲洗表面, 再用脱脂棉球将其擦拭干净。
            时间长以及检验成本高的弊端。                                         然后进行化学抛光, 用镊子夹着脱脂棉球, 蘸取
                 耐热钢广泛应用于动力机械、 石油、 化工、 航天                      适量的抛光液, 在检验面均匀擦拭, 当检验区域的划
            工业等领域, 如用于制造汽轮机、 锅炉、 航空发动机、                        痕完全消失, 且检验面成镜面时, 用无水酒精冲洗整
            燃汽轮机等。珠光体铁素体耐热钢中合金元素的质                             个检验面, 再用脱脂棉将酒精擦拭干净。抛光过程
            量分数不超过 5%~7% , 属于低合金钢, 被广泛用                        中, 要避免时间过短而出现组织假象。


            于生产、 制造工作温度为 350~670 ℃ 的锅炉管( 过                    1.3  试样的浸蚀和观察

            热器管、 主蒸汽管)、 汽包和汽轮机的紧固件、 主轴、                            根据 DL / T884-2019 《 火电厂金相检验与评
            转子、 叶轮等零件       [ 4 ] 。典型的合金牌号有 15CrMo 、           定技术导则》 的技术要求, 选择体积分数为 4% 的硝
            12Cr1MoV 、 17CrMo1V 、 12Cr2MoWVB 等, 其 典 型          酸酒精溶液对试样表面进行浸蚀。用脱脂棉蘸取适
            的热处理工艺是正火 + 高温回火, 热处理后的组织                          量的浸蚀液, 均匀涂抹在试样抛光后的检验面上, 当
            为铁素体 + 珠光体或贝氏体等。                                   检验面的颜色变成淡灰色后, 将试样表面浸蚀液冲
                12Cr1MoVG 钢常用于锅炉的受热面管和蒸汽                       洗干净, 试样制备完成。但是浸蚀的时候, 要特别注
            管道   [ 5 ] , 其 热 处 理 工 艺 一 般 为 980 ℃ 正 火 后 再 经     意温度对浸蚀速率的影响, 以免浸蚀过轻或过度, 影


            740 ℃ 高温回火     [ 4 ] , 其显微组织为铁素体 + 细珠光             响观察效果。最后将便携式金相显微镜固定在检验
            体 + 少量贝氏体。该钢长期在高温、 高压条件下工                          区域上, 然后调节焦距并观察其显微组织形貌。
            作, 其显微组织将发生变化, 珠光体分解, 片状渗碳体
            变成球状、 长大和聚集, 铁素体晶内和晶界上碳化物                         2  检验结果
            萌生、 长大、 数量增多。同时晶界上以碳化物为核心                         2.1  金相检验结果
            的蠕变空洞开始形成。这种变化将严重影响钢的热                                 对 3 台电厂锅炉的高温过热器管进行现场金相
            强性和冲击强度, 因此管道在长期服役后应进行安全                           检验。余 热 发 电 锅 炉 1 的 高 温 过 热 器 管 材 料 为


            评估, 如发现管道老化应及时更换, 避免事故发生。                         12Cr1MoVG 钢, 规格为 42mm×3.5mm , 运行时
                                                                                    ϕ

                 笔者以材料为 12Cr1MoVG 钢的高温过热器管                     间约为 42600h , 过热器出口温度为390℃ , 从人孔


            为例, 利用便携式金相显微镜对其进行现场金相检                            向内第 2 根管的显微组织形貌如图 1 所示。可知聚
            验, 以说明薄壁管的现场金相检验效果。                                集形态的珠光体区域已开始分散, 珠光体形态仍较
                                                               清晰, 边界线开始变得模糊, 部分碳化物呈条状、 点
            1  金相试样制备方法
                                                               状, 晶界上开始析出颗粒状碳化物, 同时显微组织中
            1.1  试样的打磨                                         没有发 现 表 面 脱 碳 现 象。 根 据 DL / T773-2016

                 在薄壁管上先选取检验面, 用不同粒度的砂轮                         《 火电厂用 12Cr1MoV 钢球化评级标准》 的技术要
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