淺析現(xiàn)場金相檢驗(yàn)在承壓類特種設(shè)備檢驗(yàn)中的應(yīng)用

王大剛 權(quán) 磊 王振江

(焦作市鍋爐壓力容器檢驗(yàn)研究所，河南 焦作 454000)

隨著國民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，承壓類特種設(shè)備(鍋爐、壓力容器、管道)逐漸向高溫度、高壓力參數(shù)升級(jí)，特別是壓力容器、壓力管道介質(zhì)復(fù)雜多變，工況惡劣，長期使用就有可能會(huì)引起材料力學(xué)性能和金相組織發(fā)生變化，從而直接影響到設(shè)備的安全性能，為了確保特種設(shè)備的安全運(yùn)行，除了宏觀、測厚、無損探傷等常規(guī)檢驗(yàn)手段，還需要借助金相檢驗(yàn)來進(jìn)一步確認(rèn)檢驗(yàn)結(jié)果，金相檢驗(yàn)技術(shù)顯得越來越重要［1］。金相學(xué)是綜合地研究金屬及其合金元素的組織與材料性能關(guān)系的科學(xué)［2］。金相檢驗(yàn)是檢測金屬材料性能的重要手段之一，金屬材料的性能和它的化學(xué)成分、組織狀態(tài)密切相關(guān)。材料的化學(xué)成分確定后，它的性能就取決于材料的組織狀態(tài)［3］?，F(xiàn)場金相檢驗(yàn)主要涉及到三個(gè)方面：原材料檢驗(yàn)、產(chǎn)品制造、安裝工藝質(zhì)量檢驗(yàn)和在用設(shè)備的材質(zhì)劣化檢驗(yàn)。

1 現(xiàn)場金相檢驗(yàn)的一般程序

選擇金相檢測點(diǎn)→角磨機(jī)粗磨(深度一般大于1mm)→水砂紙細(xì)磨(150#、300#、600#依次研磨)→金相砂紙精磨→拋光(一般用金剛石研磨膏)→根據(jù)材質(zhì)選用相應(yīng)的侵蝕劑腐蝕→顯微鏡觀察→現(xiàn)場拍照或復(fù)膜。

2 現(xiàn)場金相檢驗(yàn)的主要應(yīng)用

2.1 進(jìn)廠原材料的復(fù)驗(yàn)

主要用于檢驗(yàn)材料種類、制造質(zhì)量、組織成分及熱處理狀態(tài)是否滿足要求。可以利用宏觀金相檢驗(yàn)來檢查材料的冶煉質(zhì)量，酸蝕試驗(yàn)適用于檢查是否有疏松、氣孔、夾雜物、裂紋等，方便快捷。有時(shí)也可以判定進(jìn)廠的材料是否弄虛作假，例如某鍋爐廠懷疑過熱器管子為有縫管，可以先截下一小段管子，取一橫截面研磨、制樣，然后對(duì)整個(gè)截面用4%硝酸酒精侵蝕，肉眼觀察即可發(fā)現(xiàn)，焊縫部分宏觀特征明顯異于母材組織，如圖1所示。

圖1 某有縫鋼管宏觀組織特征10×

用微觀金相檢驗(yàn)可以檢驗(yàn)入廠材料的金相組織特征及晶粒度的判定，判斷是否與質(zhì)證書上提供的材質(zhì)種類及熱處理狀態(tài)一致。

2.2 產(chǎn)品制造、安裝工藝質(zhì)量檢驗(yàn)

圖2 某焊縫過熱區(qū)粗大魏氏組織200×

在承壓類特種設(shè)備制造、安裝過程須經(jīng)質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督部門的監(jiān)督檢驗(yàn)，除了常規(guī)的宏觀檢查、厚度測量、無損探傷外，金相檢驗(yàn)也是必不可少的。一般的焊接工藝評(píng)定中都包含了金相檢驗(yàn)項(xiàng)目［4］。特種設(shè)備的焊接質(zhì)量是保證設(shè)備安全運(yùn)行的關(guān)鍵，金相檢驗(yàn)可以檢驗(yàn)焊縫及熱影響區(qū)的微觀組織特征，判斷焊縫中是否有異常的馬氏體組織、熱影響區(qū)中過熱區(qū)的魏氏組織是否超標(biāo)等。如圖2所示為某焊縫過熱區(qū)粗大魏氏組織。

2.3 在用設(shè)備的材質(zhì)劣化檢驗(yàn)

承壓類特種設(shè)備使用的鋼種類繁多，有碳素鋼、合金鋼、耐熱鋼、不銹鋼等，鍋爐用耐熱鋼處于高溫高壓環(huán)境，某些容器用鋼處于腐蝕性介質(zhì)中，長期使用必然導(dǎo)致材質(zhì)發(fā)生劣化。利用金相檢驗(yàn)可以檢查珠光體耐熱鋼的球化、石墨化，檢查高溫高壓臨氫環(huán)境下的氫損傷(脫碳、氫腐蝕裂紋)，檢查腐蝕環(huán)境下可能產(chǎn)生的晶間腐蝕或應(yīng)力腐蝕裂紋，斷口金相檢驗(yàn)可以判定腐蝕或斷裂的類型，分析設(shè)備失效的原因。另外，利用金相檢驗(yàn)可以檢查出無損探傷不易發(fā)現(xiàn)的顯微裂紋，材料偏析老化等。

圖3為某電站鍋爐集汽集箱完全球化，經(jīng)查使用單位運(yùn)行記錄發(fā)現(xiàn)，主要由于長時(shí)間超溫運(yùn)行所致。圖4為某廠不銹鋼爐管，圖5、圖6均為碳鋼化工管道，圖4～6產(chǎn)生圖中所示材質(zhì)劣化原因?yàn)檫\(yùn)行時(shí)間已接近或超過設(shè)計(jì)年限，材料老化所致。從圖3到圖6所示的金相組織均為不合格組織，且已達(dá)到報(bào)廢級(jí)別，缺陷不可回復(fù)，如果繼續(xù)使用，將是非常危險(xiǎn)的，可見金相檢驗(yàn)的重要性所在。

3 結(jié)論

可以看出，在承壓類特種設(shè)備檢驗(yàn)中，現(xiàn)場金相檢驗(yàn)主要應(yīng)用于原材料檢驗(yàn)、產(chǎn)品制造、安裝工藝質(zhì)量檢驗(yàn)和在用設(shè)備的材質(zhì)劣化檢驗(yàn)三個(gè)方面，在檢驗(yàn)員實(shí)際工作中，如何能把現(xiàn)場金相檢驗(yàn)正確、合理應(yīng)用于特種設(shè)備檢驗(yàn)中，作為常規(guī)檢驗(yàn)手段的有效補(bǔ)充，尤其對(duì)于使用年限較長的特種設(shè)備，發(fā)揮金相檢驗(yàn)的特色，為特種設(shè)備的安全運(yùn)行保駕護(hù)航!

［1］葉毅強(qiáng).硬度測試和無損金相檢驗(yàn)在化工壓力容器檢驗(yàn)中應(yīng)用的重要性［J］.機(jī)電技術(shù)，2004，(1)：73-75.

［2］劉金山，黨林貴，等.工業(yè)鍋爐檢驗(yàn)［M］.北京：中國鍋爐壓力容器檢驗(yàn)協(xié)會(huì)，2003.

［3］強(qiáng)天鵬.壓力容器檢驗(yàn)［M］.北京：新華出版社，2008.