藺超 肖偉

摘?要：電站鍋爐是發(fā)電廠中重要的設(shè)備，其工作環(huán)境復(fù)雜，對金屬材料的性能要求較高。而金相檢測是一種常用的金屬材料性能評估方法，通過分析材料的顯微組織，全面分析材料相組成、晶粒尺寸、硬度等信息?；诖?，針對電站鍋爐中常用的金屬材料進行金相檢測研究，收集電站鍋爐中常見的金屬材料樣品，如碳鋼、合金鋼、不銹鋼等，再采用金相顯微鏡觀察這些樣品。觀察結(jié)果表明，不同金屬材料的顯微組織存在明顯差異，碳鋼主要由鐵素體和珠光體組成，而合金鋼中含有大量的馬氏體相，不銹鋼具有較為均勻的奧氏體相。此外，在金相檢測過程中，對樣品硬度進行測試，發(fā)現(xiàn)不同金屬材料的硬度存在差異，與其顯微組織特征相關(guān)，碳鋼硬度較低，合金鋼和不銹鋼硬度較高。

關(guān)鍵詞：電站鍋爐???金屬材料???金相檢測???性能評估方法

中圖分類號：TM62

Research?on?the?Metallographic?Examination?of?Common?Metal?Materials?in?Utility?Boilers

LIN?Chao??XIAO?Wei

Baoji?Quality?and?Technology?Inspection?and?Testing?Center，??Baoji，??Shaanxi?Province，?721014?China

Abstract：?A?power?station?boiler?is?an?important?facility?in?a?power?plant，?and?its?working?environment?is?complex，?which?requires?high?performance?of?metal?materials.?Metallographic?detection?is?a?common?method?to?evaluate?the?performance?of?metal?materials，?which?comprehensively?analyzes?information?such?as?the?phase?composition，?grain?size?and?hardness?of?materials?by?analyzing?their?microstructures.?Based?on?this，?this?paper?studies?the?metallographic?examination?of?common?metal?materials?in?utility?boilers，?collects?the?samples?of?common?metal?materials?in?utility?boilers，?such?as?carbon?steel，?alloy?steel?and?stainless?steel，?and?then?observes?these?samples?by?a?metallographic?microscope.?Observation?results?show?that?the?microstructure?of?different?metal?materials?is?obviously?different：?carbon?steel?is?mainly?composed?of?ferrite?and?pearlite，?alloy?steel?contains?a?large?number?of?martensite?phases，?and?stainless?steel?has?a?relatively?uniform?austenite?phase.?In?addition，?in?the?process?of?metallographic?examination，?this?paper?tests?the?hardness?of?these?samples，?and?finds?that?the?hardness?of?different?metal?materials?is?different，?which?is?related?to?the?characteristics?of?their?microstructure：?the?hardness?of?carbon?steel?is?low，?and?the?hardness?of?alloy?steel?and?stainless?steel?is?high.

Key?Words：?Utility?boiler;?Metal?material;?Metallographic?detection;?Performance?evaluation?method

電站鍋爐是發(fā)電廠中重要的設(shè)備，其正常運行對于電力供應(yīng)至關(guān)重要。而鍋爐的金屬材料在高溫高壓環(huán)境下承受巨大的熱載荷，所以對鍋爐金屬材料性能檢測顯得尤為重要。而金相檢測是一種常用的金屬材料檢測方法，通過觀察金屬材料的組織結(jié)構(gòu)，評估其質(zhì)量和性能。在電站鍋爐中，常用的金屬材料有鋼板、鑄鐵和不銹鋼等，這些材料要經(jīng)過嚴格的質(zhì)量檢測，以保證鍋爐的安全可靠運行。其中鋼板是電站鍋爐中最常見的金屬材料，具有較高的強度和耐高溫性能，金相檢測能分析鋼板的晶粒尺寸、晶界特征、相組成、碳化物等物質(zhì)，從而判斷鋼板的組織結(jié)構(gòu)是否均勻、是否存在缺陷等問題；鑄鐵具有良好的耐高溫性和抗腐蝕性能，金相檢測分析鑄鐵的組織結(jié)構(gòu)、晶粒尺寸、碳化物形態(tài)等，以評估其力學(xué)性能和耐磨性能；不銹鋼是一種具有良好耐腐蝕性能的金屬材料，常用于鍋爐蒸汽管道，金相檢測可以觀察不銹鋼的相組成、晶粒尺寸和晶界特征等，科學(xué)評估其抗腐蝕性能[1]。

1??金相檢測技術(shù)概述

金相檢測技術(shù)是一種常用于材料科學(xué)領(lǐng)域的分析方法，主要用于對金屬材料的顯微結(jié)構(gòu)進行研究。通過該技術(shù)，能獲得關(guān)于金屬材料內(nèi)部晶體結(jié)構(gòu)、晶界分布、孿生組織、夾雜物、缺陷等信息，為材料性能和加工工藝提供重要參考。金相檢測技術(shù)的基本原理是在顯微鏡下觀察金屬材料進行適當處理后的顯微組織，金屬材料經(jīng)過切割、打磨、腐蝕等環(huán)節(jié)，以便在顯微鏡下觀察到材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。然后，通過顯微鏡下的放大和照相技術(shù)，獲取高清晰度的金屬顯微組織圖像，從而實現(xiàn)材料定性分析功能。

目前，金相檢測技術(shù)應(yīng)用范圍廣泛，在材料科學(xué)中，金相檢測技術(shù)被廣泛應(yīng)用于金屬材料的研究和開發(fā)過程中，用于分析不同處理條件下材料的組織演變及其與性能的關(guān)系。在金屬加工工藝中，金相檢測技術(shù)能用于評估金屬材料的可加工性和熱處理效果，幫助優(yōu)化加工參數(shù)，提高產(chǎn)品質(zhì)量。此外，金相檢測技術(shù)還可以用于金屬材料的質(zhì)量檢驗分析，幫助解決金屬材料在使用過程中出現(xiàn)的問題。同時，金相檢測技術(shù)發(fā)展離不開顯微鏡技術(shù)，隨著顯微鏡技術(shù)不斷提升，進一步創(chuàng)新金相檢測技術(shù)，常用金相檢測技術(shù)包括光學(xué)顯微鏡、掃描電子顯微鏡（Scanning?Electron?Microscope，SEM）、透射電子顯微鏡（Transmission?Electron?Microscope，?TEM）等。這些顯微鏡技術(shù)能提供不同放大倍數(shù)和分辨率的圖像，幫助研究人員全面分析金屬材料的微觀結(jié)構(gòu)[2]。

2??電站鍋爐的金屬材料金相組織檢測分析

2.1??20G常見組織

20G是一種低合金高溫鋼，具有良好的耐高溫和耐壓性能，其主要成分為碳（C）、硅（Si）、錳（Mn）、磷（P）、硫（S）和鉻（Cr）等元素。其中，碳元素能提高鋼的強度和硬度，增加鋼的脆性；硅和錳元素能提高鋼的韌性，抑制碳元素的影響程度；磷和硫元素對鋼的冷脆性有一定的影響，所以在生產(chǎn)過程中要控制其含量；鉻元素能提高鋼的耐氧化性能，防止鋼材在高溫下的氧化（如表1所示）。在鍋爐安全技術(shù)規(guī)范中，明確規(guī)定20G進行鍋爐受熱面管子所使用的壁溫應(yīng)低于460?℃，20G常見金相組織主要有珠光體、鐵素體、少量滲碳體。珠光體是一種典型的等軸晶體結(jié)構(gòu)，具有良好的塑性和韌性，適用于承受壓力的部件。20G使用4%硝酸酒精溶液浸蝕能顯示出具體的顯微組織；鐵素體是由細小的鐵素體晶粒組成，具有較高的硬度和強度，適用于承受高溫、高壓的部件；滲碳體是指在鐵素體晶粒內(nèi)部含有一定量的碳元素，能提高鋼材的硬度和耐磨性[3]。

2.2??15CrMo和12Cr1MoV

電站鍋爐是發(fā)電廠中的重要設(shè)備，其工作環(huán)境苛刻，需要使用高強度、耐高溫、耐腐蝕的金屬材料。常見的金屬材料包括15CrMo和12Cr1MoV。本文將介紹這兩種材料的基本性能以及常見的金相組織[4]。15CrMo是一種低合金鋼，其主要成分為C、Cr、Mo，具有較好的高溫、高壓強度、抗氧化性能。15CrMo用作受熱面管子使用最高壁溫為560?℃，12Cr1MoV用作受熱面管子使用最高壁溫為580?℃，兩種材料使用條件差異較小。15CrMo和12Cr1MoV材料使用條件差異較小，兩者會發(fā)生珠光體球化現(xiàn)象。在電站鍋爐中，15CrMo常用于制造鍋爐管道、彎頭、法蘭等部件，15CrMo金相組織主要為鐵素體和少量馬氏體，其中鐵素體顆粒較大，整體呈紅色，馬氏體顆粒較小，呈白色。金相組織觀察對于評估15CrMo的組織均勻性和硬度分布非常重要（如表2所示）。

2.3??P91金相組織

P91鋼是一種常用的高溫高壓鍋爐管材料，具有優(yōu)異的耐高溫、耐蠕變、抗氧化性能，金相組織檢測是評估P91鋼材料性能的重要手段，能通過觀察材料的金相組織來了解其基本性能和常見組織[5]。P91鋼的基本性能主要包括強度、硬度、韌性和耐蠕變性能等方面，金相組織檢測能通過顯微鏡觀察和金相顯微鏡圖像分析來評估這些性能。一般情況下，P91鋼的金相組織主要包括鐵素體、貝氏體、碳化物。鐵素體是一種具有良好塑性和韌性的晶體結(jié)構(gòu)，對材料的強度和韌性有重要影響；貝氏體是一種強度較高且脆性較大的組織，其材料冷卻速度和合金元素含量有關(guān)；碳化物是一種較硬的元素，對材料耐磨性和耐熱性有重要影響（如表3所示）。

P91鋼顯微組織老化是以《火力發(fā)電廠用10Cr9Mo1VNbN鋼顯微組織老化評級》進行劃分，通過分析回火馬氏體組織中的馬氏體位向分散?情況、碳化物分布情況，以及是否出現(xiàn)鐵素體情況，并將P91鋼老化評價分成五級，1級并未老化，5級老化中馬氏體形態(tài)全部消失，組織轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體和碳化物，且晶界處碳化物顯著長大，且其呈現(xiàn)鏈狀分布[6]。

3?電廠鍋爐金屬材料氧化皮剝落失效分析

在電廠鍋爐中，金屬材料常常會出現(xiàn)氧化皮剝落的現(xiàn)象，這種失效會嚴重影響鍋爐的運行安全和效率，所以對于氧化皮剝落失效進行深入分析非常重要。氧化皮剝落失效是由于金屬材料表面形成一層厚度不均勻的氧化皮，這層氧化皮在鍋爐運行時受到高溫的作用，會發(fā)生脆性破裂，導(dǎo)致氧化皮剝落，不僅會損壞金屬材料本身，還會引起其他設(shè)備部件的故障。氧化皮剝落失效的原因可以分為內(nèi)因和外因兩個方面。內(nèi)因主要是金屬材料的質(zhì)量問題，如材料組織結(jié)構(gòu)不均勻、含有夾雜物等；外因則包括鍋爐運行條件不穩(wěn)定、水質(zhì)問題、煙氣中的腐蝕物質(zhì)等，這些因素會加速氧化皮的剝落[7]。

針對氧化皮剝落失效，工作人員采取以下措施進行預(yù)防。

（1）定期對金屬材料進行檢測和評估，包括材料的組織結(jié)構(gòu)、硬度、脆性等指標。通過分析這些數(shù)據(jù)，可以判斷金屬材料的可靠性和壽命。

（2）加強對鍋爐運行條件的監(jiān)控和調(diào)整，保持穩(wěn)定的溫度和壓力。特別是在啟動和停機過程中，要注意溫度和壓力的變化，避免突然的溫度和壓力變化造成金屬材料的應(yīng)力集中。

（3）對水質(zhì)進行定期檢測和處理，避免水中含有腐蝕物質(zhì)?？梢圆捎没瘜W(xué)水處理的方法，控制水中的溶解氧和堿度，減少金屬材料的腐蝕。

（4）增加金屬材料的保護層，如涂覆耐高溫涂層或使用耐腐蝕合金材料。這樣可以增加金屬材料的耐高溫和耐腐蝕性能，延長鍋爐的使用壽命[8]。

4??結(jié)語

綜上所述，電站鍋爐是電力工業(yè)中非常重要的設(shè)備，而鍋爐的金屬材料在其運行過程中承受著高溫、高壓等極端條件，因此對于金屬材料的性能評估和質(zhì)量控制顯得尤為重要。金相檢測主要通過對金屬材料樣品的切割、打磨、腐蝕等處理，觀察其結(jié)構(gòu)和特征，進而分析材料的組織、晶粒尺寸、晶界、相變、硬度等性能指標，評估電站鍋爐常用金屬材料的組織結(jié)構(gòu)，從而確保鍋爐的安全運行。隨著科技的不斷進步和金相檢測技術(shù)的發(fā)展，相信在未來，金相檢測在電站鍋爐研究中的應(yīng)用會更加深入。

參考文獻

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