金相检验概述

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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。
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》
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。
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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:
(1)服役期内显微组织的老化导致宏观强度的逐渐 降低;
(2)以沿晶蠕变孔洞为主要特征的蠕变损伤的发展。 通常这两个变化过程是同时发生的,其变化程度和 速度取决于原始材料的组织状态和成分,部件使用应力、 使用温度和使用时间等条件。在部件状态评估和寿命评估 时采用金相学方法,主要是为了得到这两类组织状态变化 过程中的特征信息。
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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。
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。
(2)下贝氏体 是共格铁素体片,在片内有与长轴方向成60°夹角分布的 碳化物颗粒。铁素体片在晶界、晶内均产生。
上贝氏体 300x
针状下贝氏体 500x
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(3)粒状贝氏体 该组织的形成温度在中温转变区的较高温度, 连续冷却时较之等温处理时更易得到。它是半共格形核、非共格长 大。粒状贝氏体的形核可在晶界形成,但大都在晶内形核。晶粒的 长大可跨越原来的奥氏体晶界。
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。
高碳马氏体(针状马氏体) 500x
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❖ 1.6 回火组织
淬火马氏体组织在回火过程中将发生分解,析出碳化物。随着回火温度 的增高,析出的碳化物成为渗碳体,颗粒继续增多,并且聚集长大。
(1)回火马氏体 马氏体在低温(150~200℃)回火时,其中大部分过 饱和的碳以高度弥散的渗碳体和碳化物形式从马氏体内部析出,造成大量的 相界面,使马氏体片在金相试样制备时极易受到腐蚀,而在显微镜下呈现黑 色,在光学显微镜下碳化物质点不能分辨。这样的马氏体称为回火马氏体。 回火马氏体仍具有高硬度,而脆性较小。
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
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1.3 珠光体
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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。
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
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 。
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3.1 珠光体钢12Cr1MoV球化组织特征
球化程度
未球化 (原始态)
球化 级别
1
组织特征
聚集形态的珠光体(贝氏体),珠光体(贝氏体)中的碳化物并非全部 为片层装,有灰色块状区域存在,珠光体(贝氏体)区域明显
金相检验概述
省锅检所
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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。
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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1.1 奥氏体
是碳和合金元素溶解在γ-Fe中形成的固溶体。光学显 微镜下呈规则的多边形。塑性高,屈服极限较低,无磁性。 在加热和冷却过程中所产生的热应力可能使奥氏体发生范性 形变。在奥氏体中有时还可以观察到孪晶和划移线。
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奥氏体组织 100x
奥氏体组织 600x
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1.2 铁素体
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, 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。
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
(4)相结构改变。钢中的多种碳化物早使用过程中将发生结 构结老转构化变的特,征M2即。3C由6、简M单6结C相构。的碳M2化C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
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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
片状珠光体 500x
球状珠光体 500x
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❖ 1.4 贝氏体
是中温转变区域的产物。一般来说,它是铁素体和碳化物的两相组织, 贝氏体的组织形态是多样的,其中主要是上贝氏体和下贝氏体,在低碳低合 金钢中还有粒状贝氏体组织,某些钢中也出现无碳贝氏体。
(1)上贝氏体 典型的上贝氏体外貌象羽毛,一般沿奥氏体晶界形成并生 长。它是由铁素体条和平行于条的长轴而析出的碳化物颗粒所组成。
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。
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回火托氏体 500x
有位向的回火索氏体 500x
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❖1.7 莱氏体组织
莱氏体是奥氏体和渗碳体的共晶混合物。常温下为 珠光体和渗碳体的混合物。
由液态结晶出来,形态比较自由,外形呈骨骼状, 渗碳体多联结,呈大角网状,钢中多分布在晶界处,加 工后破碎成大块丛聚形态,并沿轧制方向分布。
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。
(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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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;
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