電站鍋爐常用金屬材料金相檢測及組織探究

2021-11-28 03:40:26祝海鵬

魅力中國 2021年5期

祝海鵬

（呼倫貝爾市特種設備檢驗所，內(nèi)蒙古呼倫貝爾 021008）

引言：對于電站鍋爐而言，在對其中的金屬材料選擇時，必須參照國家頒布的相關(guān)準則，并選擇滿足規(guī)定要求的材料。若選用的材料安全裕量不夠，很容易產(chǎn)生安全事故，不僅造成大量財產(chǎn)損失，還會導致人員傷亡。相反，若材料之中合金占比過高，不但會造成資源浪費，而且同樣有一定的危險度。

一、金屬材料的應用環(huán)境

對鍋爐來說，其屬于一種較為特殊的設備，受到國家監(jiān)察機構(gòu)監(jiān)管，存在著非常高的危險度。在日常運行的時候，工作人員理應從多個層面進行考慮，合理保養(yǎng)。尤其是在選擇金屬組件時，必須慎重考慮，但凡出現(xiàn)不兼容的情況，都會影響其自身功能的正常使用。若問題較為嚴重，甚至有可能對工作人員的生命安全造成威脅。

二、金相檢測

（一）基本概念

對金相檢測來說，主要是對金屬材料展開全面檢測，并把握其力學性能和結(jié)晶規(guī)律。通過金相組織的方式，可以有效展現(xiàn)出金屬材料的變化狀態(tài)。在電廠內(nèi)部，此類檢測主要包括兩種形式，分別是實驗室檢測以及現(xiàn)場檢測。而檢測的對象主要包括內(nèi)部異常組織的包含程度、石墨化的具體程度、球化演變程度以及金相組織明確等。在《鍋爐定期檢驗規(guī)則》之中，專門為每一個鍋爐部件在不同條件下的應用要求設置了基礎指標。由于鍋爐指標的運行參數(shù)有所差異，在定期檢驗時，實際提供的材料也都完全不同，通?？梢詫?0G 材料放入到一些運行參數(shù)相對偏低的鍋爐內(nèi)部，而在一些參數(shù)較高的鍋爐之中，可以選擇12Cr1MoV 或者15CrMo 金屬材料[1]。

（二）金相顯微鏡

在進行金相檢測的時候，冶金顯微鏡是目前應用率最高的一類設備，具體包括三個部分，分別是光學系統(tǒng)、照明系統(tǒng)以及機械系統(tǒng)。這其中，光學系統(tǒng)又由光源、物鏡、反射鏡以及電容器共同構(gòu)成。照明系統(tǒng)則是由低壓燈、電容器、視場光纜組成。機械系統(tǒng)是由視場光纜、目鏡、掃描臺、轉(zhuǎn)換器所組成。在工作原理方面，金相顯微鏡基本上和常規(guī)顯微鏡沒有太大區(qū)別。伴隨技術(shù)的快速進步，金相顯微鏡的整體進步也有了較大提升。

三、20G

（一）常見組織

20G 是低碳鋼的一種，在進行安全檢查的時候，之所以采用20G，主要原因便是其作為受熱面的管子，溫度不低于480 度，而作為集箱的外壁，溫度不低于440 度。參照GBE3123 的要求，20G 制作的鋼管，其外部組織基本上都是珠光體和鐵素體。鐵蘇是碳元素在溶解之后出現(xiàn)的物質(zhì)，而珠光體則是其鐵元素全面融合出現(xiàn)的物體，通常以片狀的形式呈現(xiàn)。通過使用硝酸究竟，對其進行侵蝕，可以看到其中出現(xiàn)的顯微組織。通過顯微鏡觀看后，可以得知其呈現(xiàn)為多邊形，顏色為亮白色。

（二）珠光體球化

珠光體是滲碳體和鐵素體重合之后出現(xiàn)的混合物，如果是片狀，則比表面積要大，而如果是球狀，則比表面積要小。如果是層狀，自身穩(wěn)定性就相對偏低，在高溫環(huán)境下，將各類小顆粒碳化物全部整合在一起，形成一個大球，使得表面能下降，增強自身的穩(wěn)定性水平。此外，若有球化情況出現(xiàn)，同樣會對材料的力學性能造成有功能性，若情況十分嚴重，甚至有可能降低20%到40%[2]。

（三）石墨化

通常來說，石墨化問題出現(xiàn)的位置主要在焊接接頭熱影響區(qū)域位置。石墨本身是一類有大量細小點不斷發(fā)展而成的顆粒狀，若石墨化問題極為嚴重，很容易出現(xiàn)鏈狀的情況。由于石墨本身強度偏低，因此經(jīng)常會有催斷的情況，使得設備的性能大幅度下降，無法正常應用，甚至有一定概率直接造成設備完全報廢。

四、12Cr1MoV 和15CrMo

12Cr1MoV 和15CrMo 可以看作是低合金耐熱鋼的一類，在將Mo 元素以及Cr 元素融入進去之后，使得原有材料自身的強度得到了全面提升。同時由于Cr 元素的存在，還能防止石墨化問題出現(xiàn)?；诂F(xiàn)有的鍋爐監(jiān)察規(guī)程內(nèi)容可以得知，已經(jīng)對15CrMo 做出了相關(guān)要求，當其作為受熱面管的時候，壁溫最低不能低于570 度，而在作為集箱的時候，壁溫最低不能低于560 度。對于12Cr1MoV 來說，在作為受熱面管的時候，壁溫最低不能低于590 度，而在作為集箱的時候，壁溫最低不能低于575 度。由此可以發(fā)現(xiàn)，兩類材料本身的應用條件沒有顯著區(qū)別。在GB3125 中，專門針對15CrMo 說明其組織主要是由珠光體以及鐵素體共同組成，因此可以有貝氏體存在。而對于12Cr1MoV 來說，自身則是由珠光體、鐵素體以及貝氏體共同組成，允許素氏體存在。在對鍋爐展開金相檢測的過程中，經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)在12Cr1MoV 里面的彎頭區(qū)域中，出現(xiàn)了大量鐵素體，在當貝氏體產(chǎn)生之后，部件本身的硬度就會大幅度提高。在對焊接接頭部分展開金相檢測之后，可以發(fā)現(xiàn)其中的組織特點和20G 十分相似[3]。