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

（山東省特種設備檢驗研究院有限公司，山東 濟南 250000）

電站鍋爐是特種設備，并受到國家特種設備監察機構監管。在選擇用于電鍋爐的金屬材料時，必須嚴格遵守國家有關標準，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，則可能會發生嚴重的安全事故，危及人們的生命以及財物安全。相反，如果選用的材料合金元素高，不僅浪費材料，而且在碳鋼零件中使用合金焊材也存在危險。

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

1 電站鍋爐金屬材料的應用環境

鍋爐是受國家特種設備監察機構監管的特種設備，危險因素較高。在日常工作中，維修和保養這些設備時會考慮許多細節。特別是在選擇基本組件的金屬組件時，不兼容問題會影響功能的使用。在嚴重的情況下，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算和測量合金的三維形態，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，微觀結構和性能之間的定量關系，可以用來研究和分析金屬的內部結構，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 金相顯微鏡結構及工作原理

冶金顯微鏡是當前金相檢測過程中比較普遍的一種設備，主要由三部分組成：光學系統，照明系統和機械系統。光學系統主要由光源，一組物鏡，反射鏡，目鏡和幾組電容器組成。照明系統主要由一個低壓燈，一組電容器，一個孔徑光闌，一個反射鏡和一個視場光闌組成。機械系統由一個視場光闌，一個目鏡，一個掃描臺，一個粗調和微調輪，一個透鏡轉換器，一個光圈光闌等組成。金相顯微鏡的主要工作原理與普通顯微鏡基本相同。隨著現代科學技術的不斷發展，金相顯微鏡也取得了長足的進步。

3 20G

3.1 20G基本性能及常見組織

20G（優質碳素鋼）是低碳鋼。《鍋爐安全技術監察規程》規定，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能顯示出其微觀結構。

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象。

在高溫下長期服役的碳鋼部件均有可能產生石墨，溫度越高，石墨化速度越快。石墨化現象主要發生在焊接接頭的熱影響區和熔合線的區域，并且經常發生在暴露于高應力和高溫的區域。

4 P91

P91主要用于發電廠的主蒸汽管道和再熱蒸汽管道。它進一步降低了碳含量，并相應地增加了Nb和V等合金元素，從而限制了N含量，具有較高強度和耐蝕性的改進型9Cr-1Mo馬氏體鋼。

相關的強化機制主要包括馬氏體的強化，固溶體的強化，碳化物的分散，位錯的強化和沉淀的強化。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。熱影響接頭焊接區域的組織結構非常接近母材。

5 15CrMo和12Cr1MoV

15CrMo和12Cr1MoV是低合金耐熱鋼。《鍋爐安全技術監察規程》規定，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的微觀結構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行過程中，會產生珠光體的球化，合金元素在固溶體和碳化物間的再分配，鋼的熱強性能和力學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，以致材質逐漸劣化甚至失效。因此，我們應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 結語

總之，電站鍋爐是一種能量轉換裝置，其運行穩定性和安全性對發電廠的發展具有重大影響。金相檢測是電站鍋爐檢驗中的一種的有效方法。

隨著社會科學和技術水平的不斷提高，電站鍋爐中使用的材料也朝著更加多樣化的方向發展。因此需要適當的人員來不斷獲得金相檢測的工作經驗并提高金相檢測的準確性。確保電站鍋爐安全穩定運行，促進中國電站鍋爐檢驗檢測工作的進步與發展。