金相检验概述课件

在奥氏体晶粒形成的第一片马氏体往往比较粗大，横贯整 个奥氏体晶粒，并将奥氏体分割为二，以后相继形成的马氏体 片就受到限制，尺寸较小。这样，在一个奥氏体晶粒内形成的 马氏体大小不均。有些片状马氏体的中间有一道中脊线。片状 马氏体之间没有转变的奥氏体，称为残余奥氏体。
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高碳马氏体(针状马氏体) 800x
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回火贝氏体 500x 钢研102
回火贝氏体 600x 钢研102
回火贝氏体 600x 钢研102
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• 1.5 马氏体
在Fe-C合金中，是碳或氮间隙固溶于α-Fe中的过饱和固溶 体。基本上可分为两类：低碳马氏体和高碳马氏体。
（1）低碳马氏体 又称板条状马氏体，是以条状铁素体为 单元，大致相互平行呈定向排列组成晶区。在一颗奥氏体晶粒内 可以有几个马氏体晶区，相邻两个晶区间的位向差较大。每个晶 区是由许多个板条状马氏体组成，板条状马氏体形似薄木条，相 互平行排列在一个晶面上。它的精细结构是具有大量位错缠结的 亚结构，又称位错马氏体。
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金属材料在长期高温和应力作用下发生组织老化的特征可由 碳化物相的一系列变化来表征，检验和分析时必须考虑组织形态 改变、相成分改变、碳化物粗化和相结构改变等四个方面：
（1）组织形态改变。珠光体中的碳化物相在使用中逐渐变为 球状，称之为球化现象，这一现象是碳化物分布形态变化的一个 基本特征。形态的变化形式还有贝氏体晶粒位向、再结晶及更复 杂的微观位错结构变化等，直接与材料的老化过程相关。
渗碳体相在以后的冷却中不再发生变化，但莱氏体 中的奥氏体要发生共析反应而转变成珠光体。
莱氏体性质硬而脆，它一般存在于含碳量大于2.06% 的生铁中，在某些高碳高合金钢的铸造组织中也会出现。
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2 金相检验在电站锅炉检验中的应用
2.1 标准规范对金相检验部件的要求
《锅炉定期检验规则》
回火马氏体 500x
回火马氏体 600x
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（2）回火托氏体 马氏体在中温（300～500℃）回火后
得到的组织称为回火托氏体。回火托氏体是铁素体与渗碳体的 混合物，其中渗碳体呈细粒状分布，马氏体针方向明显，颜色 暗黑，500倍下不能分辨碳化物质点。回火托氏体具有很高的弹 性极限，同时有一定的塑性。
低碳钢及合金钢淬火后得到低碳马氏体组织。提高淬火温 度，条状形态越明显。在低碳马氏体中，碳原子偏聚于位错线附 近。
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低碳马氏体(板条马氏体) 500x
低碳马氏体(板条马氏体) 800x
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（2）高碳马氏体 含碳量高的淬火马氏体呈片状（又称针状、 透镜状或竹叶状）。在高碳马氏体中，马氏体片间不相互平行。 在一个奥氏体晶粒内，初生马氏体片较粗大，往往可以横贯整 个奥氏体晶粒。在每个奥氏体晶粒内马氏体针具有一定的几何 取向，长大时不能穿越奥氏体晶界。它的立体形态宛如一个凸 透镜。
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DL 438-2009《火力发电厂金属技术监督规程》
1.主蒸汽管道和再热蒸汽管道的管件，运行5万小时时进行 第一次金相检查，以后检查周期为5万小时；
2. 工作温度大于等于450℃的碳钢、钼钢蒸汽管道，当运 行10万小时时，应进行石墨化普查，以后的检查周期为5 万小时；
3. 对使用期限达10万小时，工作温度大于450 ℃的主蒸汽 管道、高温再热蒸汽管道，应在监察段进行金相检查；
金相检验概述
省锅检所 王瑜
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目录
• 1 金相简介 • 2 金相检验在电站锅炉检验中的应用 • 3 金相组织的评定 • 4 电站锅炉常用金属材料金相组织 • 5 钢的显微组织缺陷
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1 金相简介
金属和合金的性能取决与它的成分和组织结构。金属和合金的组织 通常是指它由哪些相所组成以及它们之间的相互配置（包括形状、数量、 大小及分布）。“相”是指体系中成分和性能均匀一致的部分。相与相 之间有明显的分界。金属和合金的组织与其成分、工艺过程以及所处的 状态有关。金相分析主要就是观察、鉴别和分析金属、合金内部的组织 结构，研究成分、组织与性能之间的关系。
运行温度大于等于450℃的碳钢、钼钢管道、管件和阀壳，
运行时间超过10万小时，应进行石墨化检查，检查间隔时间
一般为5万小时。
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2.2 金相检验的目的
电厂用金属部件在高温条件下长期使用，部件材料将 发生蠕变及其他与时间有关的变化。在整个服役期内都将 发生显微组织的不断老化和宏观性能的逐渐劣化，对低合 金钢而言，蠕变机理导致的失效主要有以下两个原因：
（2）相成分改变。碳化物相的成分变化与基体中合金元素的 转移现象有关。长期使用中，在同一类碳化物相中，其组成元素 Fe、Mn、Cr、Mo、V等逐渐发生着量的变化，这种相成分改变现 象是一个重要的材料老化特征。
（3）碳化物相粗化。碳化物粒子尺寸在使用过程中将发生变 化，即出现粗化现象，其粗化过程直接与材料的老化过程有关。
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1.3 珠光体
是铁素体和渗碳体形成的机械混合物。在高温缓冷条件下，可得粗 片层状组织。随着奥氏体过冷度增大，片层逐渐变得细密，硬度也逐渐 升高。珠光体的硬度较铁素体高，并有一定的塑性。
片状珠光体常见于碳素钢的退火、正火组织中。过共析钢经球化退 火处理得到球状珠光体（在铁素体的基体上，分布着颗粒状的渗碳体）。 球状珠光体使钢材硬度降低，便于切削加工。
4. 对运行时间达到10万小时的高温过热器和高温再热器出 口联箱、集汽联箱，应进行金相检验；
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DL 647-2004《电站锅炉压力容器检验规程》
1.定期对高温过热器和再热器割管做金相分析；
2. 对于过热器和再热器管子，运行时间达5万小时后，应对 与不锈钢连接的异种钢接头进行外观检查，必要时割管做金 相检查；
（3）回火索氏体 马氏体在高温（500～650℃）回火后
的产物称为回火索氏体。回火索氏体也是铁素体与渗碳体的混 合物，其中渗碳体颗粒比回火托氏体中的粗，在金相显微镜下 已较清晰。回火索氏体比回火托氏体更加接近平衡状态，具有 较高的韧性和强度，适用于制造冲击载荷较大的零件。
电子显微金相分析证明，无论是索氏体还是托氏体，都仍 然是铁素体和渗碳体层片相间的组织，所以往往又将珠光体、 托氏体和索氏体统称为珠光体类组织。
粒状贝氏体是由铁素体和它所包围的小岛状组织所组成。岛状 组织刚形成时为富碳奥氏体。在随后的冷却过程中，高碳奥氏体的 分解或保留，与钢的合金成分和冷却条件等有关。
一般认为组织为粒状贝氏体的低合金耐热钢，具有良好的抗蠕 变性能。
（4）无碳贝氏体 是由先期从奥氏体晶界析出的铁素体开始向晶 内生长的共格条状铁素体。铁素体条内，固溶微量碳，晶间无碳化 物析出。无碳贝氏体与低、中碳钢的魏氏组织没有本质上的差异。 魏氏组织的特点是，除了在原奥氏体晶界上存在有自由铁素体外， 在原来的奥氏体晶粒内部也有成片状的自由铁素体，此片状与奥氏 体具有一定的位向关系，且分布在一定的惯习面上。当奥氏体晶粒 较粗，冷却又较快时，易产生这种组织。在铸钢及焊接接头的热影 响区经常会遇到这种组织。
应用便携式抛磨机进 行粗磨（表面制备）
观察照相，有必要 时进行复型
金相组织的 浸蚀显像
对抛磨后金属进行 抛光处理
电厂金相（表面复 型）分析评级
出具检验报告
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3 金相组织的评定
组织老化分析 定性分析 组织脆化分析
温度评定 蠕变孔洞损伤评级 显微组织老化定量评定
定量分析 温度评定
蠕变损伤定量评定
金相即金相学，就是研究金属或合金内部结构的科学。不仅如此， 它还研究当外界条件或内在因素改变时，对金属或合金内部结构的影响。 所谓外部条件就是指温度、加工变形、浇注情况等。所谓内在因素主要 指金属或合金的化学成分。 金相组织是反映金属金相的具体形态，常见 的金相组织有：奥氏体、铁素体、珠光体、马氏体、贝氏体、索氏体等 。
对于电站锅炉内部检验：
1. 热负荷较高或水循环流速较低区域水冷壁管必要时进行金 相检查；
2. 对过热器和再热器高温出口段管子的金相进行定点监测；
3.使用时间超过10万小时的过热器、再热器集箱和集汽集箱， 应进行金相检验。
4.运行时间已达10万小时的主蒸汽管和再热蒸汽管，应对弯曲 部位等进行金相检验。
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1.2 铁素体
碳和合金元素溶解在α-Fe中形成的固溶体。在室温时溶 碳量约为0.00218%左右，光学显微镜下，亚共析钢中的慢冷铁 素体呈块状，晶界比较圆滑，当碳含量接近共析成分时，铁素 体沿晶粒边界析出。铁素体硬度低、塑性好。碳和合金元素在 δ-Fe中形成的固溶体称为δ铁素体。
纯铁，退火处理 200x
（4）相结构改变。钢中的多种碳化物早使用过程中将发生结 构结化转构特变的征，M。2即3C由6、简M单6结C相构。的碳M化2C物、结M构3C的相转等变碳也化是物一类个型重转要变的为材复料杂老
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2.3 金相检验的基本流程
现场金相的主要流程如图：
金相检验部位金属 材料文件查阅记录
配置金相浸蚀剂和 复型溶剂
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3.使用时间超过10万小时的高温过热器、高温再热器出口集 箱和集汽集箱，应进行金相检验 ；
4. 对运行时间达到10万小时的锅炉范围内导气管，进行金相 检验抽查；
5. 100MW及以上机组的主蒸汽管道和高温再热蒸汽管道运 行时间达到10万小时后，应结合每次大修，进行金相检验；
6. 100MW及以上机组的低温再热器管道和主给水管道中，
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