潘文杰
浙江省特种设备科学研究院， 浙江 杭州 310016
浙江省特种设备安全检测技术研究重点实验室， 浙江 杭州 310016
摘要：为了让承压设备正常运作, 继续推进承压类特种设备的应用, 并提高承压类设备运行的安全性, 避免发生事故, 就要对承压类特种设备做好现场金相检验。本文围绕这个讨论，针对承压类特种设备检验的现场金相检验的意义、原理与工艺流程、实际应用等进行分析探讨, 希望能促进承压类特种设备的有效应用。
关键词：现场金相检验；承压类特种设备检验；运用
引言：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。
一、承压类特种设备运用现场金相检验的意义
当前的绝大多数承压类特种设备当中, 因金属材料发生质变而导致的性能失效是影响承压类特种设备正常使用的一大关键原因。因此在对承压类特种设备进行检验的过程中, 也一直将检验材料质量及变化情况作为检验的重点。相比于其他的检验方法, 现场金相检验方法能够运用微观显示技术, 在对结构定量分析进行明确的基础上, 清晰直观地展现出承压类特种设备的材质变化情况, 由此帮助检验人员对设备的当前材质状况和失效原因进行评估和分析, 从而确定设备安全状况, 使之在工业生产当中充分发挥自身的应有效用。
二、现场金相检验基本原理和程序
金相检验是利用光学或者电子显微技术，窥探金属材料的组成相、组织组成物以及微观缺陷的数量、大小、形态及分布，从而诊断所检验金属材料的质量，通常包括金属显微观察技术和摄像技术2种形式。金相检验可以检测出常规无损检测无法检测的缺陷，例如晶间腐蚀等。其检验过程包括金相点的选取、金相组织的粗磨、金相组织的细磨、金相组织的抛光与浸蚀、金相组织的观察、金相组织老化评定等六个步骤。
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【1】。
三、现场金相检验在承压类特种设备检验中的应用
3.1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。
3.2检验产品制造、安装工艺质量
由于承压类特种设备的质量涉及到其运行安全, 因此, 国家对该类设备的实施了监督工作。在每个承压类特种设备生产完成之后, 都需要通过相关质量检测部门的检测认可。质量检测的内容的包括厚度、探伤检测以及焊接工艺的检测。通过金相检验可以对承压类特种设备的焊接工艺进行微观的观察避免马氏体组织的出现影响设备质量以及安全运行。
3.3检验在用设备的材质质量
特种设备中主要使用的材料为金属, 而在这些金属材料中又以钢为最主要的材料部分, 根据特种设备的使用环境、使用要求及使用特点等因素来看, 这些钢制材料多数都要具有极高的耐腐性, 但是在长时间的使用中具有腐蚀性的介质仍会造成使用材料出现劣质化的问题, 而采用金相检验可以定点取材进行现场检验工作, 可以更好地对设备所承受的侵蚀情况进行判断, 并利用科学的检测方法来检验材料的劣质化情况。例如对珠光体耐热钢的球化以及石墨化进行检查;判断在高温高压环境下造成的脱碳、氢腐蚀裂纹是否严重;对腐蚀环境导致的晶间腐蚀或者应力腐蚀裂纹进行检查, 断口金相检验可以对具体的类型进行判定, 对设备损坏的原因进行科学分析, 并且金相检验还可以将那些不易发现的显微裂纹找出来, 这是无损探伤做不到的, 还能对材料偏析老化进行检查【2】。例如某厂的炉管材质为不锈钢、化工管道材质为碳钢, 这些材料劣化都是因为使用的时间过久, 已经超过了设计使用年限, 所以出现了严重的老化情况。对这些设备进行金相检验, 结果均为不合格组织并且需要报废, 具有不可恢复的缺陷, 如果不予报废将会带来非常危险的后果, 由此可见金相检验是非常重要的。
3.4各个环节符合法规要求
对于承压类特种设备而言，每个步骤都要符合相关法规的要求。对于金相点的选取，在实际检验过程中，一般在设备缺陷处、温度最高处、大应力位置、硬度反常区域以及设备变形严重的部位进行检验。金相组织的粗磨，采用电动角向砂轮机，选择80号砂轮片或180号砂轮盘，打磨的时候应严格控制打磨深度，过深会影响设备安全，而过浅则无法将表面脱碳层清除，影响检验结论。金相组织的细磨主要控制的是粒度标号，有180、320、480、600、800、1 000等几种选择，抛磨时，要注意每道细磨完成以后要进行转角90°，以消除划痕，保证被检测点光滑平整【3】。金相组织的抛光与浸蚀，现场金相检验时，主要采用的是机械抛光和化学抛光2种方法，而浸蚀化学浸蚀剂为4%的硝酸酒精，使珠光体发黑增加珠光体区域的衬度，以显示铁素体晶界。金相组织的观察，倍率选择为从低到高，同一检测点，视场面不少于3个，必要时可以采用金相复型技术。金相组织老化评定，对于珠光体钢最明显的特征是碳化物析出粒子的粗化和珠光体球化。对于非珠光体材料可采用综合考虑晶粒和晶界区域不同变化状况的方法进行老化评级。
四、结束语
总之，现场金相检验是对承压类特种设备常规检验的一种强化及补充, 相关工作人员需要对其进行全面掌握。严格遵循检验标准及工艺流程来使用相关技术, 及时找出设备中的隐患, 为特种设备的使用提供一份安全保障。
参考文献
【1】孟繁熙. 现场金相检验在承压类特种设备检验中的运用[J]. 中国新技术新产品(19).
【2】郭忠杰. 现场金相检验在承压类特种设备检验中的运用[J]. 中国战略新兴产业, 2020, 000(006):171.
【3】朱晓智. 现场金相检验方法在承压类特种设备检验中的运用初探[J]. 化工管理, 2017, No.471(36):174.