淺析現場金相檢驗在承壓類特種設備檢驗中的應用

王大剛 權 磊 王振江

(焦作市鍋爐壓力容器檢驗研究所，河南 焦作 454000)

隨著國民經濟的不斷發展，承壓類特種設備(鍋爐、壓力容器、管道)逐漸向高溫度、高壓力參數升級，特別是壓力容器、壓力管道介質復雜多變，工況惡劣，長期使用就有可能會引起材料力學性能和金相組織發生變化，從而直接影響到設備的安全性能，為了確保特種設備的安全運行，除了宏觀、測厚、無損探傷等常規檢驗手段，還需要借助金相檢驗來進一步確認檢驗結果，金相檢驗技術顯得越來越重要［1］。金相學是綜合地研究金屬及其合金元素的組織與材料性能關系的科學［2］。金相檢驗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成分、組織狀態密切相關。材料的化學成分確定后，它的性能就取決于材料的組織狀態［3］。現場金相檢驗主要涉及到三個方面：原材料檢驗、產品制造、安裝工藝質量檢驗和在用設備的材質劣化檢驗。

1 現場金相檢驗的一般程序

選擇金相檢測點→角磨機粗磨(深度一般大于1mm)→水砂紙細磨(150#、300#、600#依次研磨)→金相砂紙精磨→拋光(一般用金剛石研磨膏)→根據材質選用相應的侵蝕劑腐蝕→顯微鏡觀察→現場拍照或復膜。

2 現場金相檢驗的主要應用

2.1 進廠原材料的復驗

主要用于檢驗材料種類、制造質量、組織成分及熱處理狀態是否滿足要求。可以利用宏觀金相檢驗來檢查材料的冶煉質量，酸蝕試驗適用于檢查是否有疏松、氣孔、夾雜物、裂紋等，方便快捷。有時也可以判定進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，然后對整個截面用4%硝酸酒精侵蝕，肉眼觀察即可發現，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×

用微觀金相檢驗可以檢驗入廠材料的金相組織特征及晶粒度的判定，判斷是否與質證書上提供的材質種類及熱處理狀態一致。

2.2 產品制造、安裝工藝質量檢驗

圖2 某焊縫過熱區粗大魏氏組織200×

在承壓類特種設備制造、安裝過程須經質量技術監督部門的監督檢驗，除了常規的宏觀檢查、厚度測量、無損探傷外，金相檢驗也是必不可少的。一般的焊接工藝評定中都包含了金相檢驗項目［4］。特種設備的焊接質量是保證設備安全運行的關鍵，金相檢驗可以檢驗焊縫及熱影響區的微觀組織特征，判斷焊縫中是否有異常的馬氏體組織、熱影響區中過熱區的魏氏組織是否超標等。如圖2所示為某焊縫過熱區粗大魏氏組織。

2.3 在用設備的材質劣化檢驗

承壓類特種設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境，某些容器用鋼處于腐蝕性介質中，長期使用必然導致材質發生劣化。利用金相檢驗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境下的氫損傷(脫碳、氫腐蝕裂紋)，檢查腐蝕環境下可能產生的晶間腐蝕或應力腐蝕裂紋，斷口金相檢驗可以判定腐蝕或斷裂的類型，分析設備失效的原因。另外，利用金相檢驗可以檢查出無損探傷不易發現的顯微裂紋，材料偏析老化等。

圖3為某電站鍋爐集汽集箱完全球化，經查使用單位運行記錄發現，主要由于長時間超溫運行所致。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產生圖中所示材質劣化原因為運行時間已接近或超過設計年限，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，且已達到報廢級別，缺陷不可回復，如果繼續使用，將是非常危險的，可見金相檢驗的重要性所在。

3 結論

可以看出，在承壓類特種設備檢驗中，現場金相檢驗主要應用于原材料檢驗、產品制造、安裝工藝質量檢驗和在用設備的材質劣化檢驗三個方面，在檢驗員實際工作中，如何能把現場金相檢驗正確、合理應用于特種設備檢驗中，作為常規檢驗手段的有效補充，尤其對于使用年限較長的特種設備，發揮金相檢驗的特色，為特種設備的安全運行保駕護航!

［1］葉毅強.硬度測試和無損金相檢驗在化工壓力容器檢驗中應用的重要性［J］.機電技術，2004，(1)：73-75.

［2］劉金山，黨林貴，等.工業鍋爐檢驗［M］.北京：中國鍋爐壓力容器檢驗協會，2003.

［3］強天鵬.壓力容器檢驗［M］.北京：新華出版社，2008.