金相检验及失效分析

金相检验及失效分析华电电力科学研究院东北分院赵海2016年3月更多请访问Boiler.net.cn主要内容电站常用金属材料金相组织钢的组织球化问题现场金相检验失效分析中的金相Page2电站常用金属材料金相组织金相组织：金属材料的内部结构，只有在显微镜下才能观察到。在显微镜下看到的内部组织结构称为显微组织或金相组织。金相分析：人们通过金相显微镜来研究金属和合金显微组织大小、形态、分布、数量和性质的一种方法，它在金属材料研究领域中占有很重要的地位。Page3电站常用金属材料金相组织金相检验有什么作用？1.检查材料金相组织是否正常2.高温部件的组织老化3.验证硬度检验结果4.失效分析的主要技术手段5.判断材料材质6.检验部件的工艺Page4电站常用金属材料金相组织10号钢20号钢35号钢45号钢Page5电站常用金属材料金相组织火力发电厂金相涉及的部件：DL/T438-2009火力发电厂金属技术监督规程•集箱•管道及三通•大型铸件•受热面•高温紧固件•转动部件•其他受监金属部件Page6电站常用金属材料金相组织管道及受热面用钢分类：•碳钢•低合金热强钢•高合金高强度马氏体耐热钢•奥氏体耐热钢管管道及受热面用钢Page7电站常用金属材料金相组织碳钢中国2020G20g德国St45.8/Ⅲ美国SA-210CA106BA210A-1管道及受热面用钢Page8电站常用金属材料金相组织低合金热强钢15MoG20MoG15Mo315CrMo13CrMo44钢10212Cr1MoVA213T11A213T12A335P11A335P1212Cr2MoG10CrMo910A213T22A335P22管道及受热面用钢Page9电站常用金属材料金相组织高合金高强度马氏体耐热钢：中国10Cr9Mo1VNb德国X10CrMoVNb91F11F12美国SA-213T91SA-335P91SA-335P92管道及受热面用钢Page10电站常用金属材料金相组织奥氏体耐热钢：中国美国日本1Cr19Ni80Cr19Ni8TP304TP304HSUS304SUS304TP0Cr17Ni12Mo2TP316TP316HSUS316SUS316TP0Cr18Ni11TiTP321TP321HSUS321SUS321TP0Cr18Ni11NbTP347TP347HSUS347SUS347TP管道及受热面用钢Page11电站常用金属材料金相组织碳钢的金相组织:铁素体加珠光体管道及受热面用钢20GPage12电站常用金属材料金相组织管道及受热面用钢15Mo3金相组织：铁素体加珠光体Page13电站常用金属材料金相组织管道及受热面用钢15CrMoG的正常金相组织：铁素体加珠光体，允许存在粒状贝氏体Page14电站常用金属材料金相组织管道及受热面用钢13CrMo44金相组织：铁素体加珠光体Page15电站常用金属材料金相组织管道及受热面用钢P12金相组织：铁素体加珠光体加贝氏体Page16电站常用金属材料金相组织管道及受热面用钢P11金相组织：铁素体加珠光体Page17电站常用金属材料金相组织管道及受热面用钢12Cr1MoV金相组织：铁素体加珠光体Page18电站常用金属材料金相组织管道及受热面用钢12Cr1MoV金相组织：铁素体加贝氏体Page19电站常用金属材料金相组织管道及受热面用钢12Cr1MoV金相组织：铁素体加珠光体加贝氏体Page20电站常用金属材料金相组织管道及受热面用钢15Cr1Mo1V金相组织：铁素体加贝氏体Page21电站常用金属材料金相组织管道及受热面用钢WB36金相组织：贝氏体加铁素体Page22电站常用金属材料金相组织管道及受热面用钢钢102金相组织：贝氏体Page23电站常用金属材料金相组织管道及受热面用钢10CrMo910（P22）金相组织：铁素体加贝氏体Page24电站常用金属材料金相组织管道及受热面用钢F12金相组织：回火马氏体Page25电站常用金属材料金相组织管道及受热面用钢P91金相组织：回火马氏体Page26电站常用金属材料金相组织管道及受热面用钢T91金相组织：回火马氏体Page27电站常用金属材料金相组织管道及受热面用钢P92金相组织：回火马氏体Page28电站常用金属材料金相组织管道及受热面用钢TP347金相组织：奥氏体Page29电站常用金属材料金相组织管道及受热面用钢316L金相组织：奥氏体Page30电站常用金属材料金相组织管道及受热面用钢TP304（0Cr18Ni9）金相组织：奥氏体(凝汽器管)Page31电站常用金属材料金相组织管道及受热面用钢12Cr18Ni12Ti金相组织：奥氏体Page32电站常用金属材料金相组织管道及受热面焊缝金相组织常见的管道及受热面焊缝：碳钢焊缝低合金热强钢焊缝高合金耐热钢焊缝奥氏体耐热钢焊缝异种钢焊缝Page33电站常用金属材料金相组织管道及受热面焊缝金相组织碳钢（20G）焊缝组织：贝氏体Page34电站常用金属材料金相组织管道及受热面焊缝金相组织12Cr1MoV焊缝组织Page35电站常用金属材料金相组织管道及受热面焊缝金相组织P11焊缝组织Page36电站常用金属材料金相组织管道及受热面焊缝金相组织15Cr1Mo1V焊缝组织Page37电站常用金属材料金相组织管道及受热面焊缝金相组织P22焊缝组织：回火索氏体Page38电站常用金属材料金相组织管道及受热面焊缝金相组织P91焊缝组织：回火马氏体Page39焊缝内黑色线状组织是一种目前在役机组P91管道焊口内常见的异常组织黑色线状组织的现场覆膜金相电站常用金属材料金相组织Page40分析发现焊缝内黑色线状组织，实质是焊缝熔敷金属凝固中形成的成分偏析组织，正确焊接工艺下不应出现。检测部位SiVMnCrMoNbNiFe析出相0.200.611.0914.002.93-0.15*0.05*81.27焊缝基体0.02*0.28*0.48*9.900.970.39*-0.11*88.05电站常用金属材料金相组织Page41电站常用金属材料金相组织管道及受热面焊缝金相组织P92焊缝组织：回火马氏体Page42电站常用金属材料金相组织管道及受热面焊缝金相组织F12焊缝组织：回火马氏体Page43电站常用金属材料金相组织管道及受热面焊缝金相组织TP347焊缝组织Page44电站常用金属材料金相组织管道及受热面焊缝金相组织钢102与sus347的异种钢焊缝Page45电站常用金属材料金相组织管道及焊缝硬度超标某电厂冷再三通材质为碳钢，硬度检验中发现硬度高于标准。经检验，冷再三通金相组织为索氏体加部分马氏体，组织异常。Page46电站常用金属材料金相组织管道及焊缝硬度超标某电厂前检中发现主蒸汽管道弯管硬度值在130～150HB之间，该管段材质为P91,根据DL/T438-2009规定P91硬度值应在180HB～250HB之间，硬度偏低。管材金相组织为铁素体加碳化物，碳化物沿晶界析出。根据GB5310-2008规定P91金相组织应为回火马氏体或回火索氏体，故金相组织异常。Page47电站常用金属材料金相组织管道及焊缝硬度超标金相组织：铁素体加碳化物Page48电站常用金属材料金相组织管道及焊缝硬度超标某电厂1号机组高压导汽管，硬度值：120HB～135HB，材质：10Cr9Mo1VNbN,金相组织：铁素体加碳化物。Page49正常金相组织为回火马氏体实测硬度147HBHLD，金相组织呈铁素体+回火索氏体形态，晶内碳化物大量析出，无马氏体位相存在低硬度P91母材金相组织明显与正常组织状态不同。电站常用金属材料金相组织Page50造成P91钢母材硬度偏低的原因主要是由于热处理温度控制不当造成的，如回火温度过高。电站常用金属材料金相组织Page51试验样品硬度HB抗拉强度Rm/MPa屈服强度RP0.2/MPa延伸率A/％断面收缩率Z/％冲击吸收功KV2/J试样1160560282.533.870.5126.3试样2180637.5445.024.065.394.0ASMESA335≤250≥585≥415≥20(纵向)——不同硬度P91钢室温力学性能对比电站常用金属材料金相组织Page52可见低硬度P91钢力学性能下降十分明显。有资料显示布氏硬度值在180HB时10万小时的持久强度与GB5310-2008中所给出的值相当，这说明，P91钢的硬度要求180HB的下限值是一个绝对下限。而160HB硬度值的10万小时外推强度比GB5310-2008的推荐值小了一半。这给机组的长期稳定运行带来了严重的安全隐患。可见在现场硬度检验中，最低限的要求是不能放松的电站常用金属材料金相组织Page53焊缝硬度过高势必影响材料的韧性，DL/T438-2009将P91钢焊缝硬度的合格范围规定在180-270HB之间。华能企业标准要求焊缝硬度应控制在180HB～250HB。而事实上，很多在役机组P91管道焊缝普遍存在硬度超过270HB的情况，尤其是现场的安装焊口。电站常用金属材料金相组织Page54焊缝硬度高与焊后热处理不足有直接联系焊后回火温度不够；焊后回火保温时间不足。电站常用金属材料金相组织Page55高硬度P91钢焊缝的韧性极低，这会大大增加焊缝内缺陷扩展的可能性，甚至有焊缝脆性开裂的风险。样品类型硬度HB冲击功Akv/J室温120℃540℃高硬度焊缝1280-2945、7、1423、3040、41高硬度焊缝2274-28518、18、22--硬度合格焊缝199-21494、91、117--T91／P91钢焊接工艺导则【2002】-≥41--电站常用金属材料金相组织Page56未进行回火的焊缝金相组织电站常用金属材料金相组织Page57魏氏组织魏氏组织：当亚共析钢或者过共析钢在高温以较快的速度冷却时，在一个粗大的奥氏体晶粒内会形成许多平行的铁素体(渗碳体)针片，在铁素体针片之间的剩余奥氏体最后转变为珠光体，这种过热组织称为铁素体(渗碳体)魏氏组织。在光学显微镜下，呈羽毛或三角状。魏氏组织不仅晶粒粗大，而且由于大量铁素体针片形成的脆弱面，使金属的韧性急剧下降，这是不易淬火钢焊接接头变脆的一个主要原因。电站常用金属材料金相组织Page58铁素体魏氏组织电站常用金属材料金相组织过热的低碳钢焊缝中的魏氏组织Page59电站常用金属材料金相组织高温紧固件金相组织电站高温紧固件常用钢：35CrMo20Cr1Mo1V120Cr1Mo1VTiB20Cr1Mo1VNbTiB25Cr2MoV25Cr2Mo1V45Cr1MoV20Cr12NiMo1W1V1Cr11Co3W3NiMoVNbNB1Cr11NiMoW1VNbN2Cr11Mo1NiWVNbN2Cr12NiMoWV2Cr12NiW1Mo1VR26Page60电站常用金属材料金相组织高温紧固件金相组织35CrMoPage61电站常用金属材料金相组织高温紧固件金相组织45Cr1MoVPage62电站常用金属材料金相组织高温紧固件金相组织25Cr2MoVPage63电站常用金属材料金相组织高温紧固件金相组织25Cr2Mo1VPage64电站常用金属材料金相组织高温紧固件金相组织20Cr1Mo1VTiBPage65电站常用金属材料金相组织高温紧固件金相组织20Cr1Mo1VTiB螺栓晶粒级别：2级Page66电站常用金属材料金相组织高温紧固件金相组织20Cr1Mo1VTiB螺栓晶粒级别：2级Page67电站常用金属材料金相组织高温紧固件金相组织1Cr11Co3W3NiMoVNbNBPage68电站常用金属材料金相组织高温紧固件金相组织1Cr11NiMoW1VNbNPage69电站常用金属材料金相组织高温紧固件金相组织2Cr11Mo1NiWVNbNPage70电站常用金属材料金相组织高温紧固件金相组织2Cr12NiMoWVPage71电站常用金属材料金相组织高温紧固件金相组织2Cr12NiW1Mo1VPage72高温紧固件金相组织高温紧固件金相组织高压导汽管法兰螺栓R26电站常用金属材料金相组织Page73电站常用