引言

金相检测是开展锅炉检验检测的重要检测手段。表面金相组织检测只是对部件外表面的材质状况进行的分析，外表面检测材质状况一定不能完全代表整个集箱横截面的材料组织状况。在实际的锅炉定期检验过程中，表面金相检测结果与实际承压部件横截面的金相组织状况联系多大，需要通过试验来进行分析研究。

1 材质劣化类型

1.1 石墨化

石墨化就是长期暴露在427～596℃温度范围内的金属材料，其珠光体颗粒分解成铁素体颗粒和石墨的过程，在钢中形成石墨夹杂，使钢的脆性急剧增大。碳钢和0.5%Mo钢等不含铬的珠光体耐热钢在高温长期运行过程中会产生石墨化的现象。当钢中产生石墨化现象时，由于碳从渗碳体中析出成为石墨，钢中渗碳体数量减少；另外，石墨在钢中割裂基体，起裂纹作用，而石墨本身强度又极低，因此，石墨化对钢的强度有所影响。石墨化损伤宏观观察不易发现，仅可通过金相检测判定。石墨化损伤的末阶段与蠕变强度降低有关，包括微裂纹（或微孔洞）形成、表面及近表面开裂。金相分析可观察到随机分布、链状分布或局部平面分布的石墨球[1]。

1.2 珠光体的球化和碳化物的聚集

这是所有珠光体耐热钢最常见的组织变化。珠光体球化是指钢中片层状珠光体组织，在440～760℃温度范围内长期应力作用下，珠光体中的片层状渗碳体（或碳化物），通过原子扩散方式逐渐变成球状，并随时间的延长不断聚集长大的现象。球化后的碳化物继续增大自己的尺寸，使小直径的球变成大直径的球，这就是碳化物的聚集。一般来说，珠光体球化对钢的室温力学性能和耐热性均有一定程度的影响，对于不同的钢，其影响程度不一，珠光体球化会使钢的室温强度极限和屈服点降低。珠光体球化会使钢的蠕变极限和持久强度降低[2]。球化一般目视检测不可见或不明显，主要通过金相分析判断。碳钢中片状碳化物相聚，形成较大的球状碳化物。低合金钢中弥散的细小碳化物相聚，形成较大的球状碳化物。

1.3 晶粒长大

晶粒长大就是含奥氏体相的合金加热到一定温度以上时发生的晶粒增长过程，其损伤机理是奥氏体晶粒沿晶界合并，导致晶粒长大。损伤形态有2种：一是材料由细小等轴晶粒变为粗大晶粒[3]；二是材料拉伸强度降低。

1.4 σ相脆化

σ相脆化就是奥氏体不锈钢和其它Cr含量超过17%（质量比）的不锈钢材料，长期暴露于538～816℃温度范围内时，析出金属间化合物（σ相）而导致材料变脆的过程。σ相脆化的损伤机理是不锈钢在高温下析出硬而脆的金属间化合物。

2 理论体系要求

2.1 判定依据

第二，依法严厉打击贪腐造假等不法行为以营造合法谋利的社会氛围，提供起点公平、程序公正、机会均等的竞争环境。当下中国，“漂族”、“蜗居”、“蚁族”人群大量出现，使人们不安全感加重；房难买、学难上、病难看的现实矛盾，让人的不确定感增强；而少数干部的贪污腐败、一些地方的暗箱操作，使干群关系变得紧张而不信任。［14］为什么这些现象难以消除并激化人心？就因为缺少一个合法谋利的社会环境及氛围。人人都想着如何参与财富的分配而不是财富的创造，则追求满足的行为很容易蜕变为贪腐造假的祸害。

检测结果的判定主要依据原电力部标准，碳钢依据《火电厂用20号钢珠光体球化评定标准》（DL/T674）和《碳钢石墨化检验及评级标准》（DL/T786）评判，铬钼钢主要依据《火力发电厂用15CrMo钢珠光体球化评级标准》（DL/T787）和《火电厂用12Cr1MoV钢球化评级标准》[4]（DL/T773），9%～12%Cr钢依据《火电厂金相检验与评定导则》（DL884）评判。

2.2 检测部位要求

这些部件的金相组织需要按照上述判定依据进行级别判定。判定级别需要按照相关检验规则开展最终评判，当部件发生蠕变裂纹或严重的蠕变损伤（蠕变损伤4级以上）时，当碳钢和钼钢制造部件石墨化程度达到4级时应进行及时更换；当承压部件珠光体球化达到5级，硬度值有明显降低时，应进行寿命评估[6]。

2.3 结论评判

《锅炉定期检验规则》对锅炉内部检验时开展金相检测部位及比例有明确要求，主要检测部位是高温过热器出口段管子、工作温度≥450℃的蒸汽主要连接管道、9%～12%Cr钢材料制造的蒸汽主要连接管道对接焊接接头和弯头、主蒸汽管道和再热蒸汽热段管道、≥450℃的阀门阀体，这些部件根据运行时间应进行金相检测抽查[5]。

3 试验

实验对不同厚度表面金相和截面金相进行对比分析，探究在实际检测中如何能得到反应材料整体情况的金相组织。

衡阳地区位于湘中南地域，是以古内陆湖相沉积为中心的成盐盆地。地形地貌较复杂多样，地质构造复杂。出露岩层以软弱、易风化的红层为主，容易出现斜坡变形，进而形成崩塌、滑坡等地质灾害。辖区矿产资源丰富，采矿历史悠久，矿业活动相对频繁。由于集中抽排水及地下采矿活动等，易引发岩溶区地面塌陷及采空区地面塌陷等地质灾害。衡阳大气降水充沛，雨量集中，据市气象局资料：市多年平均降水量为1430.72 mm，降水多集中在4-7月，占全年降水量的52-58%以上，地域以南岳和衡山多为雨区。因此，地质环境条件和气候特征决定衡阳是一个地质灾害相对多发区，并具有地质灾害类型多、分布广和危害性大等特点。

初步检出文献672篇，Note-Express软件剔重后浏览文题和摘要获得与本研究相关文献49篇，阅读全文，按照纳入及排除标准严格筛查，最终获得27篇文献[1-27]，经质量评价，27篇文献虽均未阐明研究的哲学基础及研究者对研究的影响，但考虑其他方面评价较好，故将其全部纳入研究。文献筛选流程及结果见图1，纳入研究的基本特征见表1。纳入研究的质量评价见表2。

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试验材料选取了材质均为12Cr1MoVG的两个过热器集箱和一根主蒸汽管道，截取试样分别为图1的试样1、试样2和试样3。

  

图1 试验试样

3.1 表面金相和截面金相检测结果对比

对试样的外表面分别进行金相检测，在表面打磨时参照《高压锅炉用无缝钢管》 （GB5310）供货状态对脱碳层的要求进行处理，检测结果如图5、图6、图7所示。

  

图2 试样1金相法测定脱碳层深度

  

图3 试样2金相法测定脱碳层深度

  

图4 试样3金相法测定脱碳层深度

实验设备选取型号为DMI5000M的金相仪，对3个试样的截面开展金相检测研究，以外表面为边缘起点沿着截面内表面方向截取金相组织图，截取3个试样的金相组织图如图2、图3、图4所示。从图中可以看出，接近外表面处的珠光体痕迹密度较低，越向内表面方向珠光体痕迹越明显，渐变到一定程度后的金相组织基本区域稳定，3个试样的脱碳层厚度分别为0.55、0.28 mm和0.52 mm。其脱碳层的脱碳量取决于珠光体减少量。

  

图5 试样1表面金相

  

图6 试样2表面金相

  

图7 试样3表面金相

通过金相检测分析，3个试样的的夹杂物、晶粒度、脱碳层的评判结果以及表面金相和截面金相的珠光体球化等级如表1所示。从表中可以看出，3个试样表面金相都存在珠光体球化现象，其中试样1已经达到严重球化程度，试样3也达到完全球化程度，试样2为中度球化。而截面金相与表面金相结果则大相径庭，截面金相的珠光体中的碳化物呈灰色块状域存在，均为球化。由此可以判断，表面金相组织未能真实反应部件材料的整体状态，实验时的表面金相是在没有完全去除氧化皮和脱碳层的情况下的试验结果；试样2的表面珠光体球化程度不严重正好与其脱碳层相对较薄有关。因此，脱碳层是影响表面金相结果的主要因素。

3.2 力学力学性能试验和光谱分析验证

为了验证其他材料特性的状态，对3个试样材料进行了力学性能试验和光谱分析，相关检测结果均正常，进一步确认了3个试验材料性能完好，与截面的金相检测结果吻合。力学性能试验结果如表2所示，光谱分析结果如表3所示。

3.3 试验分析

利用金相法对锅炉部件的脱碳层深度进行了测定，测定过程满足《钢的脱碳层深度测定法》（GB/T224）标准要求，表面金相也满足相关技术要求。从实验结果看，实际承压部件的脱碳层厚度较厚，其厚度值多数大于《高压锅炉用无缝钢管》（GB5310）供货状态下对外径小于76 mm的脱碳层供货要求。因此，实际工作中，表面金相的打磨深度应借鉴本次试验的脱碳层厚度结果，打磨深度一般应在0.5 mm以上。

 

表1 表面和截面的金相评定等级

  

试样编号夹杂物级别 珠光体球化（级）A类（硫化物类）脱碳层（mm）细系 粗系 细系 粗系 细系 粗系B类（氧化铝类)C类（硅酸盐类）外表面 截面晶粒度（级）1 2 3 0 0.5 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 5 3.5 4.5 1 1 1 10 8.5 10 0.55 0.28 0.52

 

表2 力学性能试验

  

试样编号1 2 3非比例延伸强度Rp0.2（MPa）534 500 512抗拉强度Rm（MPa）766 631 664断后伸长率A（%）23.5 22.5 23.0屈强比0.69 0.79 0.71弯曲试验D=25mm合格合格合格备注正弯反弯反弯

 

表3 光谱分析 (%)

  

试样编号1 2 3 C 0.1 0.1 0.1 Si 0.25 0.23 0.23 Mn 0.51 0.6 0.6检验项目P 0.015 0.012 0.013 S 0.004 0.004 0.004 Cr 1.07 1.12 1.10 Mo 0.3 0.3 0.3 V 0.22 0.22 0.22

通过数年的表面金相检测工作经验来看，制造厂出厂的承压部件在约18 mm以下的情况下，表面打磨深度一般在0.5 mm左右就可以满足检测要求。如果部件厚度较厚或者部件是安装单位配管的管件，那么应根据实际情况而定，如果部件表面的氧化皮较厚时应加深厚度打磨，实际工作中遇到打磨2 mm才出现真实组织的情况。因此，部件的制造和安装过程中预热、热处理都会对材料表面氧化皮和脱碳层厚度造成影响。

4 结语

影响金相检测准确性最重要的因素是氧化皮或脱碳层深度对检测结果的影响，在实际检测中也验证了氧化皮或脱碳层深度是影响金相检测结果的关键因素。这些现象是在制造、热处理过程中产生的，由于每个表层厚度不同，在表面金相打磨时没有办法确定需要打磨多深才能反应真实的材料组织，所以本次理论结合实际，全面分析和掌握承压部件的表面状况对金相检测结果的影响情况，通过多年积累的现场经验和多次实验室试验，得出的结论是：氧化皮和脱碳层是影响表面金相结果的主要因素。实际工作中对部件的表面打磨深度一般应控制在0.5 mm以上，部件较厚或表面氧化皮较厚时应采用阶梯式递进开展检测，同时结合强度要求渐进式开展表面金相检测。

参考文献

[1]赵昆.电站锅炉承压部件失效模式与风险评估研究[D].山东：山东大学，2014.

[2]GB/T 30579—2014，承压设备损伤模式识别[S].

[3]尹黔昊.1000MW机组锅炉氧化皮问题分析与预防[D].河北：华北电力大学，2009.

[4]樊钊，陈伟民，李杰，等.加热炉炉管材质损伤机理及其金相检测[J].石油化工设备技术，2012，（4）：31-35.

[5]DL438—2009，火力发电厂金属技术监督规程[S].

[6]钱公.锅炉定期检验规则释义[M].天津：天津人民出版社，2015.