特種設備常用鋼材現場高效無損金相檢驗技術

陳仙鳳

（紹興市特種設備檢測院 紹興 312071）

特種設備常用鋼材現場高效無損金相檢驗技術

陳仙鳳

（紹興市特種設備檢測院 紹興 312071）

現場無損金相檢驗技術在特種設備用材冶金質量評價、事故原因分析、長期服役特種設備材質劣化檢測中發揮著越來越重要的作用。通過特種設備現場快速無損制樣、常見材質及特殊組織顯現浸蝕劑及浸蝕參數實踐研究，結合典型組織及失效組織評定，實現特種設備常用鋼材現場高效無損金相檢驗。

無損金相 浸蝕劑 浸蝕參數 組織評定

金相檢驗是檢測微觀組織簡單有效的手段之一，金相組織中可反映出大量在冶金、生產工藝、服役期間材料發生變化的信息，通過分析失效組織變化可了解材質劣化情況，為特種設備安全狀況等級評定提供依據。本文主要對特種設備現場無損制樣、常見材質浸蝕劑及浸蝕參數、典型組織及失效組織評判進行實踐研究，實現現場高效無損金相檢驗。

1 現場無損金相檢驗目的

特種設備常用鋼材主要是碳素鋼、低合金鋼和不銹鋼，如20號、16Mn、12Cr1MoV、304、316、316L，常見鋼材金相組織有鐵素體（F）、珠光體（P）、奧氏體（A）、滲碳體等[1]。現場無損金相檢驗常用于熱處理后顯微組織檢測及常見失效組織檢測：如長期高溫服役珠光體球化，溫度≥350℃長期服役碳鋼石墨化，侵蝕性介質環境下不銹鋼晶間腐蝕，反映材質過熱的魏氏體組織。

2 現場無損制樣

現場無損金相檢驗無需破壞待檢部件，可通過綜合分析設備結構、材質、熱處理條件、使用溫度、介質等決定的檢驗目的。自由選取具有代表性的制樣點，有效避免切割取樣變形層，真實反映金相組織。現場制樣用手持式金相小磨光機，方便在設備內移動作業。制樣經粗磨、精磨、拋光，不銹鋼一般用小磨光機加拋光頭拋光，碳鋼及低合金鋼一般用化學拋光。

3 浸蝕劑及浸蝕工藝

由于現場制樣環境惡劣，一般盡量選用耗時短、易顯像、安全性高的浸蝕劑。化學浸蝕一般用棉球蘸浸蝕劑擦拭相應制樣點。不銹鋼耐腐蝕性較強，一般的化學浸蝕劑往往需時較長且對浸蝕劑有溫度要求，而且適用范圍不大，可選用電解筆進行現場常溫電解浸蝕。

3.1 常用碳鋼和低合金鋼浸蝕劑

4g苦味酸，100ml酒精（95%）：常用于碳鋼、低合金鋼，可較好的顯現球狀碳化物、珠光體的組織細節，室溫浸蝕2s～300s，隨著材料中碳當量的升高，浸蝕時間適當減少。

4ml硝酸，100ml酒精：適用碳鋼、合金鋼、鑄鐵，是現場金相檢測普遍采用的浸蝕劑，可較好的顯現鐵素體晶界, 室溫浸蝕2s～60s：配合100mlH2O2、13ml HF酸拋光液使用，珠光體和鐵素體反差更加明顯。

3g苦味酸，1mlHCl，100ml酒精（95%）：用于顯現珠光體條紋，室溫浸蝕8s。

3.2 常用不銹鋼浸蝕劑

10g草酸，90ml去離子水：是不銹鋼最常用的電解浸蝕劑，控制電解電流為1A/cm2,浸蝕1.5min，可獲得清晰干凈的金相組織，浸蝕效果比化學浸蝕好，含鉬不銹鋼不易出現階梯組織，可將溶質換成過硫酸銨，浸蝕5min～10min,可獲得清晰組織。

4份HCl，1份HNO3，3份 水：是目前普遍在用的不銹鋼浸蝕劑，需現配現用，室溫浸蝕約5s～60s，用甘油替代水可放緩浸蝕速度，可較好的顯示高鉻不銹鋼組織。

10g FeCl3, 100ml水：是奧氏體不銹鋼實驗室金相檢測較常用浸蝕劑，室溫浸蝕約5s～40s。

4 現場金相組織觀察

現場金相觀察碳鋼和低合金鋼優先采用帶磁性底座的現場攝像數碼金相顯微鏡，不銹鋼無磁性，可采用帶吸盤或吸真空式底座的現場攝像數碼金相顯微鏡，直接觀察金相組織顯現情況及材質劣化情況。在局部現場顯微鏡無法放置，或是攜帶不便的場所可采用金相復膜，復膜金相存在幾個方面的風險：一是膜片重溶過程中膜片移動金相組織扭曲；二是現場溫度較高情況下膜片重溶干燥過快，復膜不徹底導致金相組織顯現清晰度不足；三是膜片或金相點表面雜質帶來的偽組織。現場可根據經驗判定復膜成功與否，一是觀察浸蝕試樣點表面，一般浸蝕至制樣點表面稍發暗；二是根據膜片與金相點的粘著力，一般來說膜片附著性好，表面平整、需較大揭膜力的金相組織顯現往往較清晰。

5 顯微組織評定

圖1～圖6為筆者在現場檢測中按相應的浸蝕工藝檢測的典型金相顯微組織。

圖1 304不銹鋼10%草酸室溫浸蝕復膜金相(1)200×

圖2 304不銹鋼10%草酸室溫浸蝕復膜金相(2)200×

圖3 316L不銹鋼10%草酸室溫浸蝕實物金相200×

圖4 45號鋼4%苦味酸酒精浸蝕金相200×

圖5 20號鋼4%硝酸酒精浸蝕復膜金相200×

圖6 16Mn 4%硝酸酒精浸蝕金相200×

6 結語

現場無損金相檢驗技術在特種設備用材冶金質量評價、事故原因分析、長期服役特種設備材質劣化檢測中已發揮出越來越重要的作用。合理選取浸蝕劑和浸蝕工藝，將現場金相檢測、現場金相顯微鏡及腹膜技術及金相分析系統相結合，可以較圓滿的完成復雜工況下的金相分析工作。

1 張博.金相檢驗[M].北京:機械工業出版社,2009. 5～60．

2 GB/T4334-2008 不銹鋼晶間腐蝕試驗方法 [S]．

3 GB/T13299-1991 鋼的顯微組織評定方法 [S]．

4 DL/T 674-1999 火電廠用20號鋼珠光體球化評級標準 [S]．

5.趙星波,等.奧氏體不銹鋼現場復膜金相技術研究[J].中國特種設備安全,2009,25(05):18～21．

6.蔡昊,等.奧氏體不銹鋼需做晶間腐蝕試驗的實例[J].中國特種設備安全,2009,25(01):31～32．

7.柯浩,等.高溫再熱管T91鋼管評定與壽命評估[J].中國特種設備安全,2012,28(03):45～47．

8.顧建東.不銹鋼焊接接頭抗晶間腐蝕的試驗研究[J].中國特種設備安全,2012,28(05):10～13．

Non-destructive Metallographic Testing Technology on the Commonly Used Steel of Special Equipment

Chen Xianfeng
(Shaoxing Inspection & Testing Institute Of Special Equipment Shaoxing 312071)

Non-destructive Metallographic testing technology plays an important role on metallurgical quality evaluation, accident cause analysis and material degradation testing of special equipment materials. Nondestructive sample preparation on spot, etchant and etching parameters of the commonly used steel, determination of failure microstructure is studied in this article to make test more efficient.

Metallographic NDT Etchant Etching parameters Determination of microstructure

X 924.2

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167 3－257 X(201 4)1 2－2 9－03 D O I: 1 0.396 9/j.i s s n.167 3-257 X.201 4.1 2.008

陳仙鳳（1980～),女,碩士,總師辦副主任，工程師，研究方向為材料、金相檢驗、失效分析。

2014-08-12）