對電站鍋爐常用金屬材料金相檢測及組織的研究

柳長磊，曹海艇，胡娜娜

（山東省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院有限公司，山東 濟(jì)南 250000）

電站鍋爐是特種設(shè)備，并受到國家特種設(shè)備監(jiān)察機(jī)構(gòu)監(jiān)管。在選擇用于電鍋爐的金屬材料時(shí)，必須嚴(yán)格遵守國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，并選擇符合要求的材料。如果所選的金屬材料不具備較大的安全裕量，則可能會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的安全事故，危及人們的生命以及財(cái)物安全。相反，如果選用的材料合金元素高，不僅浪費(fèi)材料，而且在碳鋼零件中使用合金焊材也存在危險(xiǎn)。

因此，科學(xué)選擇用于電站鍋爐的金屬材料對電站鍋爐的安全性和穩(wěn)定性的提高也很重要。

1 電站鍋爐金屬材料的應(yīng)用環(huán)境

鍋爐是受國家特種設(shè)備監(jiān)察機(jī)構(gòu)監(jiān)管的特種設(shè)備，危險(xiǎn)因素較高。在日常工作中，維修和保養(yǎng)這些設(shè)備時(shí)會(huì)考慮許多細(xì)節(jié)。特別是在選擇基本組件的金屬組件時(shí)，不兼容問題會(huì)影響功能的使用。在嚴(yán)重的情況下，這甚至可能危及管理人員的人身安全。

2 金相檢測

2.1 金相檢測概述

對于金相檢測，主要是使用定量金相原理計(jì)算和測量合金的三維形態(tài)，二維金相樣品的研磨以及薄層金相顯微組織的測量。另外，金相檢測確定了合金的組成，微觀結(jié)構(gòu)和性能之間的定量關(guān)系，可以用來研究和分析金屬的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，這是金屬材料研究過程中重要的部分，對提高金相檢測的精度起著非常積極的作用。

2.2 金相顯微鏡結(jié)構(gòu)及工作原理

冶金顯微鏡是當(dāng)前金相檢測過程中比較普遍的一種設(shè)備，主要由三部分組成：光學(xué)系統(tǒng)，照明系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)。光學(xué)系統(tǒng)主要由光源，一組物鏡，反射鏡，目鏡和幾組電容器組成。照明系統(tǒng)主要由一個(gè)低壓燈，一組電容器，一個(gè)孔徑光闌，一個(gè)反射鏡和一個(gè)視場光闌組成。機(jī)械系統(tǒng)由一個(gè)視場光闌，一個(gè)目鏡，一個(gè)掃描臺(tái)，一個(gè)粗調(diào)和微調(diào)輪，一個(gè)透鏡轉(zhuǎn)換器，一個(gè)光圈光闌等組成。金相顯微鏡的主要工作原理與普通顯微鏡基本相同。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，金相顯微鏡也取得了長足的進(jìn)步。

3 20G

3.1 20G基本性能及常見組織

20G（優(yōu)質(zhì)碳素鋼）是低碳鋼?！跺仩t安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》規(guī)定，20G作為受熱面管子的最高壁溫為不高于460℃，集箱和管道的最高壁溫為不高于430℃。根據(jù)GB5310，成品20G鋼管的顯微組織必須由鐵素體和珠光體制成。鐵素體是一種固溶體，其中碳牢固地溶解在α-Fe中，珠光體是鐵素體和滲碳體的機(jī)械混合物，通常為層狀。用4%硝酸乙醇溶液腐蝕20G能顯示出其微觀結(jié)構(gòu)。

3.2 石墨化

石墨化是指鋼中滲碳體分解成為游離狀的碳，并逐漸以石墨形式析出的現(xiàn)象。

在高溫下長期服役的碳鋼部件均有可能產(chǎn)生石墨，溫度越高，石墨化速度越快。石墨化現(xiàn)象主要發(fā)生在焊接接頭的熱影響區(qū)和熔合線的區(qū)域，并且經(jīng)常發(fā)生在暴露于高應(yīng)力和高溫的區(qū)域。

4 P91

P91主要用于發(fā)電廠的主蒸汽管道和再熱蒸汽管道。它進(jìn)一步降低了碳含量，并相應(yīng)地增加了Nb和V等合金元素，從而限制了N含量，具有較高強(qiáng)度和耐蝕性的改進(jìn)型9Cr-1Mo馬氏體鋼。

相關(guān)的強(qiáng)化機(jī)制主要包括馬氏體的強(qiáng)化，固溶體的強(qiáng)化，碳化物的分散，位錯(cuò)的強(qiáng)化和沉淀的強(qiáng)化。在正常情況下，P91鋼的金相組織主要由回火馬氏體組成，通常可以通過三氯化鐵鹽酸侵蝕得到。熱影響接頭焊接區(qū)域的組織結(jié)構(gòu)非常接近母材。

5 15CrMo和12Cr1MoV

15CrMo和12Cr1MoV是低合金耐熱鋼?！跺仩t安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》規(guī)定，15CrMo作為受熱面管的最高壁溫不高于560℃，集箱和管道的最高壁溫為不高于550℃；12Cr1MoV作為受熱面管的最高壁溫不高于580℃，集箱和管道的最高壁溫為不高于565℃。可以看出，兩種材料的使用條件差別不大。GB5310規(guī)定15CrMo的顯微組織必須為鐵素體與珠光體為主，并允許存在粒狀貝氏體。12Cr1MoV的微觀結(jié)構(gòu)必須為鐵素體加粒狀貝氏體或鐵素體加珠光體或鐵素體加粒狀貝氏體加珠光體，允許存在索氏體。低合金耐熱鋼在高溫下長期運(yùn)行過程中，會(huì)產(chǎn)生珠光體的球化，合金元素在固溶體和碳化物間的再分配，鋼的熱強(qiáng)性能和力學(xué)性能隨著珠光體球化程度和固溶體中合金元素貧化程度的加大而逐漸降低，以致材質(zhì)逐漸劣化甚至失效。因此，我們應(yīng)通過金相檢測觀察鋼中珠光體的球化程度來判定鋼材的可靠性。

6 結(jié)語

總之，電站鍋爐是一種能量轉(zhuǎn)換裝置，其運(yùn)行穩(wěn)定性和安全性對發(fā)電廠的發(fā)展具有重大影響。金相檢測是電站鍋爐檢驗(yàn)中的一種的有效方法。

隨著社會(huì)科學(xué)和技術(shù)水平的不斷提高，電站鍋爐中使用的材料也朝著更加多樣化的方向發(fā)展。因此需要適當(dāng)?shù)娜藛T來不斷獲得金相檢測的工作經(jīng)驗(yàn)并提高金相檢測的準(zhǔn)確性。確保電站鍋爐安全穩(wěn)定運(yùn)行，促進(jìn)中國電站鍋爐檢驗(yàn)檢測工作的進(jìn)步與發(fā)展。