浅析现场金相检验在承压类特种设备检验中的应用

王大刚 权 磊 王振江

(焦作市锅炉压力容器检验研究所，河南 焦作 454000)

随着国民经济的不断发展，承压类特种设备(锅炉、压力容器、管道)逐渐向高温度、高压力参数升级，特别是压力容器、压力管道介质复杂多变，工况恶劣，长期使用就有可能会引起材料力学性能和金相组织发生变化，从而直接影响到设备的安全性能，为了确保特种设备的安全运行，除了宏观、测厚、无损探伤等常规检验手段，还需要借助金相检验来进一步确认检验结果，金相检验技术显得越来越重要［1］。金相学是综合地研究金属及其合金元素的组织与材料性能关系的科学［2］。金相检验是检测金属材料性能的重要手段之一，金属材料的性能和它的化学成分、组织状态密切相关。材料的化学成分确定后，它的性能就取决于材料的组织状态［3］。现场金相检验主要涉及到三个方面：原材料检验、产品制造、安装工艺质量检验和在用设备的材质劣化检验。

1 现场金相检验的一般程序

选择金相检测点→角磨机粗磨(深度一般大于1mm)→水砂纸细磨(150#、300#、600#依次研磨)→金相砂纸精磨→抛光(一般用金刚石研磨膏)→根据材质选用相应的侵蚀剂腐蚀→显微镜观察→现场拍照或复膜。

2 现场金相检验的主要应用

2.1 进厂原材料的复验

主要用于检验材料种类、制造质量、组织成分及热处理状态是否满足要求。可以利用宏观金相检验来检查材料的冶炼质量，酸蚀试验适用于检查是否有疏松、气孔、夹杂物、裂纹等，方便快捷。有时也可以判定进厂的材料是否弄虚作假，例如某锅炉厂怀疑过热器管子为有缝管，可以先截下一小段管子，取一横截面研磨、制样，然后对整个截面用4%硝酸酒精侵蚀，肉眼观察即可发现，焊缝部分宏观特征明显异于母材组织，如图1所示。

图1 某有缝钢管宏观组织特征10×

用微观金相检验可以检验入厂材料的金相组织特征及晶粒度的判定，判断是否与质证书上提供的材质种类及热处理状态一致。

2.2 产品制造、安装工艺质量检验

图2 某焊缝过热区粗大魏氏组织200×

在承压类特种设备制造、安装过程须经质量技术监督部门的监督检验，除了常规的宏观检查、厚度测量、无损探伤外，金相检验也是必不可少的。一般的焊接工艺评定中都包含了金相检验项目［4］。特种设备的焊接质量是保证设备安全运行的关键，金相检验可以检验焊缝及热影响区的微观组织特征，判断焊缝中是否有异常的马氏体组织、热影响区中过热区的魏氏组织是否超标等。如图2所示为某焊缝过热区粗大魏氏组织。

2.3 在用设备的材质劣化检验

承压类特种设备使用的钢种类繁多，有碳素钢、合金钢、耐热钢、不锈钢等，锅炉用耐热钢处于高温高压环境，某些容器用钢处于腐蚀性介质中，长期使用必然导致材质发生劣化。利用金相检验可以检查珠光体耐热钢的球化、石墨化，检查高温高压临氢环境下的氢损伤(脱碳、氢腐蚀裂纹)，检查腐蚀环境下可能产生的晶间腐蚀或应力腐蚀裂纹，断口金相检验可以判定腐蚀或断裂的类型，分析设备失效的原因。另外，利用金相检验可以检查出无损探伤不易发现的显微裂纹，材料偏析老化等。

图3为某电站锅炉集汽集箱完全球化，经查使用单位运行记录发现，主要由于长时间超温运行所致。图4为某厂不锈钢炉管，图5、图6均为碳钢化工管道，图4～6产生图中所示材质劣化原因为运行时间已接近或超过设计年限，材料老化所致。从图3到图6所示的金相组织均为不合格组织，且已达到报废级别，缺陷不可回复，如果继续使用，将是非常危险的，可见金相检验的重要性所在。

3 结论

可以看出，在承压类特种设备检验中，现场金相检验主要应用于原材料检验、产品制造、安装工艺质量检验和在用设备的材质劣化检验三个方面，在检验员实际工作中，如何能把现场金相检验正确、合理应用于特种设备检验中，作为常规检验手段的有效补充，尤其对于使用年限较长的特种设备，发挥金相检验的特色，为特种设备的安全运行保驾护航!

［1］叶毅强.硬度测试和无损金相检验在化工压力容器检验中应用的重要性［J］.机电技术，2004，(1)：73-75.

［2］刘金山，党林贵，等.工业锅炉检验［M］.北京：中国锅炉压力容器检验协会，2003.

［3］强天鹏.压力容器检验［M］.北京：新华出版社，2008.