Трубопроводы станций, поверхности нагрева котлов, лопатки паровых турбин и фланцевые болты ветроэнергетики годами служат при высоких температурах и давлениях, паровом окислении и знакопеременных нагрузках; сфероидизация перлита, графитизация, поры ползучести и обезуглероживание — главные формы старения и отказов. Металлографический контроль (включая плёночную металлографию на месте) — ключевое средство технического надзора за металлом тепловых электростанций; фланцы башен ветроустановок и высокопрочный крепёж проверяют металлографически и по твёрдости, подтверждая качество улучшения и уровень контроля поверхностного обезуглероживания; металлографическая перепроверка узлов обычного острова АЭС, газовых турбин и котлов мусоросжигательных станций — также важное звено многолетней безопасной работы агрегатов.
Типичные объекты контроля
- Трубы поверхностей нагрева котлов и главные паропроводы из 20G, 15CrMoG, 12Cr1MoV
- Сварные соединения трубопроводов высоких параметров из P91/P92
- Лопатки паровых турбин из 1Cr13, 2Cr13, 17-4PH
- Фланцы и высокопрочные болты ветроэнергетики из 42CrMoA, 40CrNiMo
- Отливки из высокопрочного чугуна QT400-18: ступицы и станины ветроустановок
- Стальные фасонные отливки арматуры станций из ZG230-450
Трудности контроля
- Стенки труб поверхностей нагрева тонкие, кривизна большая — образцы легко деформируются при приготовлении; оценка сфероидизации перлита требует чёткого проявления структуры без царапин-артефактов;
- Структура шва и зоны термического влияния P91 мелкая, рейки отпущенного мартенсита рассматривают при больших увеличениях, а окно травления узкое;
- Перо лопатки искривлено и нежёстко, отбор и закрепление затруднены, требования к сохранению кромки сечения высокие;
- Болты ветроэнергетики — высокопрочные улучшённые изделия: слой обезуглероживания в корне резьбы измеряют на сечении, строго перпендикулярном оси резьбы;
- Отбор от крупных фланцев и трубопроводов на месте ограничен — обычно сочетают полевую металлографию или плёночную репликацию с лабораторными исследованиями.
Рекомендуемый маршрут приготовления образцов и контроля
От труб отрезают поперечные сечения по кольцу; образцы труб малого диаметра запрессовывают на холодную в вертикальном положении. Шлифовка SiC-бумагами от P240 до P2000, полировка алмазом 3 мкм → 1 мкм. Феррито-перлитные стали травят 4% ниталом и оценивают уровень сфероидизации перлита по DL/T 884; сварные соединения P91 протравливают реактивом Вилла или 4% ниталом и рассматривают мартенситные рейки и выделения карбидов при 400–500×; лопатки из мартенситной нержавеющей стали протравливают электролитически 10% щавелевой кислотой или царской водкой с глицерином, проявляя границы зёрен и карбиды. Обезуглероженный слой измеряют металлографически по GB/T 224, при разногласиях арбитраж — градиент микротвёрдости HV0.3; макротвёрдость по Виккерсу (GB/T 4340.1) или Роквеллу подтверждает качество улучшения; плёночные реплики после доставки в лабораторию рассматривают и оценивают по той же схеме.
Ссылочные стандарты
- DL/T 884 Техническое руководство по металлографическому контролю и оценке на тепловых электростанциях
- GB/T 13298 Методы металлографического исследования микроструктуры металлов
- GB/T 13299 Методы оценки микроструктуры стали
- GB/T 6394 Металлические материалы. Определение средней величины зерна
- GB/T 224 Сталь. Метод определения глубины обезуглероженного слоя
Приведенные методы и параметры — пример применения для обсуждения методики, а не фиксированный технологический рецепт; фактический маршрут приготовления образцов, травители и приёмочные показатели подтверждают с учётом материала, размеров и цели контроля конкретного образца.
Типовые сценарии контроля
Pearlite spheroidization and aging assessment of 12Cr1MoV boiler heating-surface tubes
- Сложные случаи
- After long-term high-temperature service the carbides in pearlite gradually spheroidize, and the degree of spheroidization directly correlates with remaining tube life, so rating demands a true and clear structure display; the thin, highly curved wall deforms easily during sampling and grinding, and scratches or relief may be mistaken for carbide morphology; oxidation and decarburized layers exist on the service tube surfaces, so rating must avoid the surface-affected zones.
- Методика подготовки и контроля
- Cut a tube ring and section it axially on a low-speed precision saw with a resin-bonded diamond wheel and ample cooling to avoid structural change; cold mount upright to hold the transverse section. Grind with SiC papers from P240 to P2000 and polish with 3 μm and 1 μm diamond to a mirror finish. Etch with 4% nital and observe pearlite morphology and carbide distribution in bright field at 400–500×, rate the pearlite spheroidization level against the standard charts of DL/T 884, and check for creep cavities and graphitization tendency; measure micro-Vickers hardness at HV0.5 at mid-wall and judge the tube aging degree and fitness for further service by combining the spheroidization level with the hardness drop.
- Ссылочные стандарты
- DL/T 884 Technical guideline for metallographic inspection and evaluation of thermal power plants; GB/T 13298 Metallographic examination methods for metals; GB/T 13299 Steel — Determination of microstructure
Quenched-and-tempered structure and grain size examination of 1Cr13 turbine blades
- Сложные случаи
- The blade airfoil is a thin-walled curved surface with poor rigidity, making sampling and clamping difficult, and edge rounding during grinding loses surface carbide and grain-boundary information; the quenched-and-tempered sorbite structure is fine, and both over- and under-etching prevent clear display; excessive austenitizing temperature produces coarse grains and delta ferrite, so grain size and phase constitution must be rated together.
- Методика подготовки и контроля
- Sample at the blade root tenon or a specified airfoil location on a low-speed precision diamond saw with a resin-bonded wheel and ample cooling; cold mount with supporting filler to protect thin edges. Grind with SiC papers from P320 to P2000 and polish with 3 μm and 1 μm diamond. Reveal grain boundaries and carbides by 10% oxalic acid electrolytic etching (about 6 V, 10–20 s) or an aqua regia-glycerol etchant, observe the tempered sorbite and carbide distribution in bright field at 100–500×, rate grain size by the intercept or comparison method of GB/T 6394, and rate delta ferrite per GB/T 13299; measure micro-Vickers hardness at HV0.5 across the airfoil section and judge the acceptability of the quenching-and-tempering process from structure, grain size and hardness.
- Ссылочные стандарты
- GB/T 13298 Metallographic examination methods for metals; GB/T 6394 Determination of average grain size of metals; GB/T 13299 Steel — Determination of microstructure
12Cr1MoV main steam piping, aged service section
- Сложные случаи
- Thin walls and high curvature make the small cut sections prone to warping during grinding and polishing, degrading flatness and spheroidization ratings; the pearlite spheroidization rating is highly sensitive to surface quality, and scratches or uneven etching create artefacts; field sampling is restricted, so on-site replication metallography and laboratory work must corroborate each other.
- Методика подготовки и контроля
- Cut small transverse blocks containing both the inner and outer surfaces around the circumference and cold mount them upright to prevent warping; grind with SiC papers from P240 to P2000 and polish with 3 μm then 1 μm diamond to a scratch- and relief-free finish. Etch with 4% nital (picral if pearlite contrast is poor) and rate the pearlite spheroidization level at 400–500× per DL/T 884, examining carbide coarsening and the pearlite morphology within the ferritic matrix; where necessary, confirm softening with an HV0.3 microhardness profile compared against an unused section.
- Ссылочные стандарты
- DL/T 884 Technical guide for metallographic inspection and evaluation in fossil power plants; GB/T 13298 Metallographic method for microstructure inspection of metals; GB/T 4340.1 Metallic materials — Vickers hardness test
P91 high-grade steel piping weld joint
- Сложные случаи
- The fine tempered martensite laths tolerate only a narrow etching window — over-etching obscures the lath morphology and carbide precipitation; the heat-affected zone contains a softening band prone to type-IV cracking and must be located precisely by a hardness line scan; the zones differ in composition and structure, so a single etch rarely shows all of them clearly at once.
- Методика подготовки и контроля
- Cut a small transverse section across the weld at low speed with ample coolant; cold mount to protect the weld edges. Grind from P240 to P2000 and polish with 3 μm then 1 μm diamond. Lightly etch with Vilella's reagent (picric acid + HCl + ethanol) and examine the tempered martensite laths, delta ferrite and carbide distribution in the weld, HAZ and base metal at 400–500×; run an HV0.5 micro-Vickers line scan across the joint (0.5 mm steps, refined to 0.1 mm across the softening band) to determine its width and hardness minimum; macro-etch to cross-check the weld contour and root quality.
- Ссылочные стандарты
- DL/T 884 Technical guide for metallographic inspection and evaluation in fossil power plants; ISO 17639 Destructive tests on welds in metallic materials — Macroscopic and microscopic examination of welds; GB/T 4340.1 Metallic materials — Vickers hardness test
Сценарии — примеры методик, а не отчёты заказчиков; режим определяется при оценке образца.
Учебные материалы MICROCRE · режим уточняйте по оценке образца и регламенту работ.