電站鍋爐常用金屬材料金相檢測及組織探究

祝海鵬

（呼倫貝爾市特種設備檢驗所，內蒙古 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準則，并選擇滿足規定要求的材料。若選用的材料安全裕量不夠，很容易產生安全事故，不僅造成大量財產損失，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、金屬材料的應用環境

對鍋爐來說，其屬于一種較為特殊的設備，受到國家監察機構監管，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。尤其是在選擇金屬組件時，必須慎重考慮，但凡出現不兼容的情況，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晶規律。通過金相組織的方式，可以有效展現出金屬材料的變化狀態。在電廠內部，此類檢測主要包括兩種形式，分別是實驗室檢測以及現場檢測。而檢測的對象主要包括內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有所差異，在定期檢驗時，實際提供的材料也都完全不同，通常可以將20G 材料放入到一些運行參數相對偏低的鍋爐內部，而在一些參數較高的鍋爐之中，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、照明系統以及機械系統。這其中，光學系統又由光源、物鏡、反射鏡以及電容器共同構成。照明系統則是由低壓燈、電容器、視場光纜組成。機械系統是由視場光纜、目鏡、掃描臺、轉換器所組成。在工作原理方面，金相顯微鏡基本上和常規顯微鏡沒有太大區別。伴隨技術的快速進步，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的物質，而珠光體則是其鐵元素全面融合出現的物體，通常以片狀的形式呈現。通過使用硝酸究竟，對其進行侵蝕，可以看到其中出現的顯微組織。通過顯微鏡觀看后，可以得知其呈現為多邊形，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，自身穩定性就相對偏低，在高溫環境下，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，增強自身的穩定性水平。此外，若有球化情況出現，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，石墨化問題出現的位置主要在焊接接頭熱影響區域位置。石墨本身是一類有大量細小點不斷發展而成的顆粒狀，若石墨化問題極為嚴重，很容易出現鏈狀的情況。由于石墨本身強度偏低，因此經常會有催斷的情況，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。基于現有的鍋爐監察規程內容可以得知，已經對15CrMo 做出了相關要求，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。由此可以發現，兩類材料本身的應用條件沒有顯著區別。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，經常會發現在12Cr1MoV 里面的彎頭區域中，出現了大量鐵素體，在當貝氏體產生之后，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，可以發現其中的組織特點和20G 十分相似[3]。

五、結束語

綜上所述，對于電站鍋爐來說，本身屬于能源轉化裝置，無論是穩定性還是安全性，都會對電站自身的整體發展有著非常大的影響。為了有效把握其質量，當前就可以采用金相檢測的方式，以此全面監督鍋爐運行的狀況，把握其內部組織，進而確保其正常運行。