孫亞云，高杰，李棟

（陜西省特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)研究院，陜西 西安 710048）

由于電站鍋爐發(fā)電量大、功率高，具有龐大的體積和復(fù)雜的熱循環(huán)系統(tǒng)，國(guó)家原質(zhì)檢總局對(duì)于電站鍋爐的定期檢驗(yàn)推出了相關(guān)檢驗(yàn)要求，而金相檢驗(yàn)作為其中重要的檢驗(yàn)方法，可對(duì)電站鍋爐材質(zhì)的內(nèi)部組織變化及時(shí)掌控，從而對(duì)其使用安全做出合理準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)。

1 金相檢驗(yàn)技術(shù)

金相檢驗(yàn)是在被檢金屬部件不被破壞的前提下對(duì)其微觀組織的形貌、構(gòu)成及分布進(jìn)行分析的一種理化無(wú)損檢驗(yàn)技術(shù)，并且通過(guò)分析金屬部件微觀組織的形貌、構(gòu)成及分布可以判斷金屬部件的制造質(zhì)量以及在運(yùn)行過(guò)程中的組織變化情況。

2 金相檢驗(yàn)的操作方法

金相檢驗(yàn)操作通常分為實(shí)驗(yàn)室金相，覆膜金相以及現(xiàn)場(chǎng)金相。實(shí)驗(yàn)室金相與現(xiàn)場(chǎng)金相的操作方法為：金相位置選取-現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備-粗磨-細(xì)磨（肉眼觀察不到明顯劃痕）-拋光（肉眼觀察不到劃痕）-酒精清洗-腐蝕合理的時(shí)間-酒精清洗-顯微鏡觀察并拍照；而復(fù)膜金相則是在腐蝕好的金屬部件上施加丙酮后與AC試紙貼合，當(dāng)AC紙干燥后將其揭除并保存，從而獲得金屬部件內(nèi)部組織的形貌、構(gòu)成及分布的方法。

金相檢驗(yàn)操作步驟如下。

（1）金相位置選取。金相位置的選取應(yīng)該具有一定代表性，并且需要打磨的區(qū)域一般為直徑不超過(guò)20mm的圓形或者正方形。例如，在有缺陷（裂紋、變形等）的部位選取，以便分析缺陷產(chǎn)生的原因和發(fā)展趨勢(shì)；在異種金屬焊接接頭部位選取，以便分析接頭組織是否存在熱裂紋；在應(yīng)力較大部位選取，以便觀察組織是否存在微裂紋及蠕變；在硬度測(cè)試異常部位取樣，以便分析該部位是否存在淬硬組織。

（2）現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備。在電站鍋爐檢驗(yàn)過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)金相多數(shù)在高空位置，所以檢驗(yàn)人員的人身安全存在一定的危險(xiǎn)性。為此，在確保施工單位嚴(yán)格執(zhí)行腳手架搭設(shè)規(guī)范的前提下，檢驗(yàn)人員應(yīng)佩戴安全帽及安全帶后可進(jìn)行金相檢驗(yàn)。

（3）粗磨。使用角磨機(jī)對(duì)所選位置進(jìn)行粗磨，在粗磨過(guò)程中應(yīng)當(dāng)平整無(wú)凹坑。因?yàn)槟サ奶顣?huì)嚴(yán)重降低該部位的強(qiáng)度，而磨的太淺很難徹底清除掉部件表面小凹坑、鐵銹和脫碳層，對(duì)后續(xù)工序帶來(lái)很大不便，而且獲得的金相組織代表性不強(qiáng)，通常粗磨深度均大于0.5mm,具體以所檢部位表面狀況而定。磨的不平整或者所打磨的部位出現(xiàn)了凹坑會(huì)對(duì)后續(xù)細(xì)磨和拋光帶來(lái)很大不便，而且腐蝕過(guò)程中，腐蝕劑會(huì)在凹坑區(qū)域聚集易導(dǎo)致過(guò)度腐蝕，而在顯微鏡下觀察時(shí)，由于凹坑區(qū)域不平整，所觀察到的金相組織會(huì)出現(xiàn)部分觀察區(qū)域不清晰的現(xiàn)象。

（4）細(xì)磨。當(dāng)粗磨完成以后，采用120?！?000＃的干砂紙與角磨機(jī)貼合后對(duì)所磨區(qū)域逐級(jí)打磨，而且每當(dāng)進(jìn)行更高級(jí)別的打磨之前應(yīng)確保已將上一級(jí)的劃痕完全消除，以此類推，直到肉眼觀察不到明顯劃痕為止。此外，在消除上一級(jí)打磨留下的劃痕時(shí)，應(yīng)采用與上一級(jí)打磨方向垂直的打磨方向消除其所產(chǎn)生的劃痕，可獲得較好的除痕效果。

（5）拋光。在電站鍋爐現(xiàn)場(chǎng)金相檢驗(yàn)過(guò)程中，通常采用機(jī)械拋光方法。機(jī)械拋光是將絨布貼合在角磨機(jī)上之后，在所拋位置或者絨布上均勻的涂上拋光膏，先使角磨機(jī)在較低的轉(zhuǎn)速運(yùn)行，當(dāng)拋光膏均勻混合于絨布與金屬表面時(shí)可適當(dāng)增加角磨機(jī)轉(zhuǎn)速，因?yàn)閽伖馄鹗茧A段如果角磨機(jī)轉(zhuǎn)速較高會(huì)將拋光膏大量甩出，降低拋光膏作用。拋光完成以后，用鑷子夾取潔凈的棉花球蘸取適量酒精對(duì)所拋位置表面的油污、灰塵及殘留拋光膏等進(jìn)行清除，當(dāng)清除完成以后，如果用肉眼觀察不到劃痕，并且有鏡面效果，表明拋光效果較好。

（6）化學(xué)腐蝕。對(duì)于電站鍋爐中常用的低碳鋼和鉻鉬鋼通常采用硝酸酒精（硝酸體積為4%）溶液腐蝕；對(duì)于奧氏體不銹鋼通常采用王水（濃鹽酸(HCl)和濃硝酸(HNO3)體積比為3:1）腐蝕；而對(duì)于電站鍋爐采用的高強(qiáng)度并耐高溫蒸汽腐蝕的P91（10Cr9Mo1VNb）材質(zhì)通常采用FeCl3溶液腐蝕。腐蝕時(shí)間應(yīng)當(dāng)合理。腐蝕時(shí)間過(guò)短，采用金相顯微鏡觀察到的組織不明顯；腐蝕時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，觀察到的組織發(fā)黑，晶粒和晶界形貌模糊不清。腐蝕完成后用酒精對(duì)金屬表面徹底清洗，避免殘留腐蝕劑對(duì)組織造成過(guò)度腐蝕。

（7）金相組織觀察。在電站鍋爐現(xiàn)場(chǎng)金相檢驗(yàn)過(guò)程中，金相觀察首先通過(guò)調(diào)節(jié)便攜式金相顯微鏡觀察到清晰的組織形貌，然后將數(shù)碼相機(jī)與便攜式顯微鏡組合使用，最后按照檢驗(yàn)要求對(duì)各區(qū)域組織拍照存檔。由于現(xiàn)場(chǎng)將數(shù)碼相機(jī)與便攜式顯微鏡組合使用不太方便，而且需要拍攝照片的數(shù)量較大，為了提高現(xiàn)場(chǎng)工作效率，也可采用金相覆膜方法對(duì)金相組織進(jìn)行復(fù)型。

（8）金相覆膜。金相覆膜是利用AC紙溶于丙酮后貼合在金屬部件上對(duì)金屬部件金相組織進(jìn)行復(fù)型的方法。在進(jìn)行金相覆膜之前，為了確保化學(xué)腐蝕的效果，通常先用金相顯微鏡觀察并確認(rèn)金相組織腐蝕效果較好，金相組織清晰可見(jiàn)，然后采用丙酮潤(rùn)濕已經(jīng)腐蝕的部位并剪取適當(dāng)大小的AC紙與附著丙酮的金屬部件貼合，并且丙酮滴入部件腐蝕面的量應(yīng)當(dāng)合適，滴的過(guò)多容易使AC紙中的醋酸纖維過(guò)度溶解而損壞，而且揭除不便；滴的過(guò)少會(huì)降低AC紙的貼合效果。由于電站鍋爐在檢修或者安裝過(guò)程中灰塵密布，所以應(yīng)盡快對(duì)已經(jīng)清洗的腐蝕部位進(jìn)行丙酮潤(rùn)濕，并將已經(jīng)剪取好的AC紙貼合在金屬部件表面，減少灰塵附著于AC紙表面和將要貼合的金屬部件表面，如果發(fā)現(xiàn)AC紙表面存在灰塵，切勿用嘴吹去灰塵，因?yàn)樵诖禋獾倪^(guò)程中帶有的水分和周圍的灰塵會(huì)一起被吹向AC紙，并附著于AC紙上，不能提高AC紙表面的潔凈度?？赡笞C紙一角，然后用手指彈動(dòng)AC紙，直到觀察不到明顯灰塵為止。

在貼合好AC紙以后，用手指從AC紙中心向外依次按壓，避免貼合面有氣孔產(chǎn)生，并在按壓過(guò)程中預(yù)留一個(gè)小角，以便揭除AC紙。自然干燥一段時(shí)間后，當(dāng)AC紙完全干燥以后，從預(yù)留的小角處將AC紙緩慢揭除，并保存在已經(jīng)準(zhǔn)備好的載玻片上，如果揭除速度太快，AC紙可能被破壞。

3 案例分析

某電廠額定蒸發(fā)量為260t/h的電站鍋爐在運(yùn)行約56000h后，特種設(shè)備檢驗(yàn)人員按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求對(duì)其進(jìn)行定期檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)主蒸汽管道（材質(zhì)為12Cr1MoVG）金相組織完全球化，并且硬度值低于標(biāo)準(zhǔn)要求，如圖1所示，組織由鐵素體和碳化物構(gòu)成，并且絕大部分碳化物分布在鐵素體晶界上，觀察不到明顯的珠光體，導(dǎo)致其力學(xué)性能降低，影響電站鍋爐使用安全。檢驗(yàn)人員依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定其球化級(jí)別為4級(jí)，球化程度為完全球化，并且依據(jù)相關(guān)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求該電廠加強(qiáng)運(yùn)行監(jiān)控，擇機(jī)更換。

圖1 主蒸汽管道金相組織

4 結(jié)語(yǔ)

（1）闡明了金相檢驗(yàn)技術(shù)的原理和操作方法。

（2）提出了金相檢驗(yàn)在電站鍋爐檢驗(yàn)過(guò)程中的操作要點(diǎn)和注意問(wèn)題。

（3）舉例說(shuō)明了金相檢驗(yàn)技術(shù)在電站鍋爐定期檢驗(yàn)中的重要作用。