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現(xiàn)場金相檢驗(yàn)技術(shù)是相對于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的金相檢驗(yàn)而言的，它通過在現(xiàn)場對受檢材料表面進(jìn)行磨制、拋光、腐蝕顯示出其顯微組織后，使用現(xiàn)場金相顯微鏡進(jìn)行顯微組織觀察，或通過現(xiàn)場圖像采集設(shè)備，金相復(fù)型后至實(shí)驗(yàn)室觀察分析的一種試驗(yàn)方法。

現(xiàn)場金相檢驗(yàn)技術(shù)對受檢部件無明顯破壞，可保全受檢部件的使用性能，具有獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢，解決了大型工件及在役過程裝備無法取樣至實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行顯微組織觀察的問題；利用該技術(shù)可方便地了解現(xiàn)場設(shè)備部件材料的組織形態(tài)及分布情況，可應(yīng)用于金屬材料熱處理質(zhì)量檢查及高溫使用中組織性能的評價(jià)，已成為國際通用的試驗(yàn)方法。

但是，在近年承接的現(xiàn)場金相檢驗(yàn)項(xiàng)目中，出現(xiàn)了個(gè)別由于檢測人員忽視某些因素而導(dǎo)致顯微組織判斷存在偏差的案例，為此，本文通過對這些案例的闡述及原因分析，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，制定相應(yīng)對策以避免誤判的再次發(fā)生。

誤判案例及原因分析

電廠汽輪機(jī)導(dǎo)汽管表面脫碳導(dǎo)致的誤判

1案例介紹

某電廠委托對規(guī)格為?114mm×18mm，材料為12Cr1MoVG鋼的汽輪機(jī)主汽門在役導(dǎo)汽管進(jìn)行現(xiàn)場顯微組織分析。檢驗(yàn)人員首先對導(dǎo)汽管表面去除氧化層，再對分析表面進(jìn)行磨制、拋光、腐蝕，通過現(xiàn)場金相顯微鏡觀察顯微組織后現(xiàn)場采集圖像，判定該導(dǎo)汽管的顯微組織中珠光體形態(tài)已完全消失，如圖1所示，按照DL/T 773-2001?火電廠用12Cr1MoV鋼球化評級標(biāo)準(zhǔn)?評定，顯微組織中珠光體的平均球化度達(dá)到5級，屬于嚴(yán)重球化。

切割下的導(dǎo)汽管在實(shí)驗(yàn)室制取厚度方向橫截面金相試樣進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)該導(dǎo)汽管外表面存在脫碳現(xiàn)象，去除脫碳層后觀察顯微組織為鐵素體+珠光體，珠光體內(nèi)碳化物雖已開始分散但依然致密，如圖2所示。

按照DL/T773-2001評定所檢部位的顯微組織珠光體平均球化度為2級，屬輕度球化。測量完全脫碳層深度約為0.5mm，由于其輕度球化組織所占厚度大于其有效壁厚，如圖3所示，因此該導(dǎo)汽管可以繼續(xù)服役。

2分析與討論

厚壁管的制造工藝多為熱軋，這種制造方式會(huì)導(dǎo)致內(nèi)外表面存在脫碳層，按照GB 5310-2008?高壓鍋爐用無縫鋼管?第6.11條規(guī)定：“成品鋼管的外表面全脫碳層深度應(yīng)不大于0.3mm，內(nèi)表面脫碳層厚度應(yīng)不大于0.4mm，兩者之和應(yīng)不大于0.6mm”。而經(jīng)由直管加工的厚壁彎頭、彎管、接頭等管件，在熱成型過程中其表面脫碳層厚度會(huì)繼續(xù)增大。上述案例中的檢驗(yàn)人員實(shí)際是對部件表面脫碳層進(jìn)行了顯微組織分析及判定，導(dǎo)致誤判了其真實(shí)的顯微組織。當(dāng)所檢部件金屬在原始生產(chǎn)過程中，或在高溫、有機(jī)物富集等工況環(huán)境下出現(xiàn)表面脫碳、滲碳等情況，而檢測機(jī)構(gòu)對此估計(jì)不足時(shí)，會(huì)造成對在役部件顯微組織“以表代里”式的誤判。

水冷壁管壁厚方向珠光體球化程度不一致導(dǎo)致的誤判

1案例介紹

某電廠委托對其鍋爐出現(xiàn)爆管的1號爐水冷壁管(規(guī)格為?60mm×5mm，材料為20G，鍋爐用無縫鋼管)進(jìn)行了現(xiàn)場金相檢驗(yàn)，然后再割樣送至實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析。通過壁厚方向金相觀察發(fā)現(xiàn)，水冷壁管的顯微組織均為鐵素體+珠光體，但在水冷壁管截面偏外表面視場的珠光體區(qū)域中，碳化物已分散并逐漸向晶界擴(kuò)散，珠光體形態(tài)較為明顯，珠光體平均球化度為3級，如圖4所示；而管壁內(nèi)側(cè)截面珠光體區(qū)域中的碳化物雖已開始分散，但珠光體形態(tài)明顯，珠光體平均球化度為2級，如圖5所示。

2分析與討論

原始顯微組織一致的爐管，由于使用中在壁厚方向存在管內(nèi)外溫差梯度，長期運(yùn)行后在壁厚方向的顯微組織變化相應(yīng)會(huì)呈現(xiàn)一定的梯度。按客戶要求僅在外表面進(jìn)行現(xiàn)場金相檢驗(yàn)，如高溫作用于部件外側(cè)(如加熱爐爐管)，則對外表面顯微組織劣化程度的評定結(jié)論相對于整體壁厚來說會(huì)偏重；而如高溫作用于部件內(nèi)側(cè)(如蒸汽管線)，則就外表面顯微組織劣化程度的評定結(jié)論相對于整體壁厚來說會(huì)偏輕。此時(shí)，外表面顯微組織的評定結(jié)論與部件整體壁厚方向顯微組織劣化程度的平均水平會(huì)有一定偏差，并且這種偏差隨著部件內(nèi)外壁溫差的增大而加劇。

放大倍數(shù)不夠?qū)е碌姆磻?yīng)器外壁碳化物類型判斷偏差


1案例介紹

某煉油廠加氫裂化車間委托對其裂化反應(yīng)器進(jìn)行現(xiàn)場金相檢驗(yàn)，指定分析部位為反應(yīng)器下封頭外壁。封頭外壁基層壁厚為84mm，材料為2.25Cr1Mo0.25V鋼?，F(xiàn)場觀察到的顯微組織如圖6所示，可見碳化物形態(tài)較為細(xì)密彌散。檢驗(yàn)人員初步判斷該顯微組織構(gòu)成為鐵素體+珠光體，據(jù)此判斷珠光體內(nèi)碳化物已向晶界彌散，珠光體區(qū)域已不明顯，珠光體平均球化度達(dá)3.5級，介于中度球化與完全球化之間。但對所檢部位進(jìn)行硬度測量的結(jié)果為163~169HBHLD，在正常范圍內(nèi)。

檢驗(yàn)人員進(jìn)一步查閱了反應(yīng)器的制造竣工資料，資料顯示該反應(yīng)器外壁最終熱處理為高溫鍛造后680~720℃回火(目的是使材料具備較好的強(qiáng)度和韌性)，而不是壓力容器鋼板常見的正火處理。資料顯示基體的顯微組織構(gòu)成為鐵素體+粒狀貝氏體，其高溫劣化機(jī)制并不是珠光體內(nèi)碳化物的分解。而由圖6可知，該部位顯微組織未發(fā)生明顯劣化。

2分析與討論

現(xiàn)場金相顯微鏡的最大物理放大倍數(shù)僅為400倍。由于振動(dòng)、非平面等因素，現(xiàn)場不支持使用更高倍數(shù)的鏡頭進(jìn)行觀察，因此對于某些顯微組織的形貌細(xì)節(jié)較難分辨。該案例中的碳化物在600倍以上觀察才能區(qū)分出是彌散碳化物顆粒，還是細(xì)小但呈中空形貌的粒狀貝氏體。對于一些調(diào)質(zhì)處理的回火索氏體、屈氏體組織以及羽毛狀上貝氏體等形態(tài)細(xì)密組織，往往需要600~1000倍的物理放大倍率進(jìn)行觀察識別，此時(shí)現(xiàn)場金相顯微鏡及金相復(fù)型方法的分辨能力已不能勝任。

現(xiàn)場作業(yè)空間中的灰塵導(dǎo)致的誤判

1案例介紹

某煉油廠委托對其重整裝置加熱爐爐管進(jìn)行現(xiàn)場金相檢驗(yàn)，評定該爐管的珠光體平均球化度，爐管的材料為1Cr5Mo鋼。在現(xiàn)場金相檢驗(yàn)作業(yè)時(shí)，細(xì)密的爐灰彌漫爐腔，剛剛沖洗制備好的爐管表面立即會(huì)吸附大量灰塵，復(fù)型后的顯微組織如圖7所示。

檢驗(yàn)人員評定該爐管表面的顯微組織為鐵素體+珠光體，且珠光體中的碳化物已分解并大量向晶界彌散。在檢驗(yàn)過程中，檢驗(yàn)人員需盡力排除復(fù)型上吸附的灰塵對珠光體中實(shí)際彌散于晶界上的碳化物觀察的干擾。經(jīng)過仔細(xì)聚焦觀察，根據(jù)DL/T 787-2001?火電廠用15CrMo鋼珠光體球化評級標(biāo)準(zhǔn)?，評定所檢部位母材的顯微組織珠光體平均球化度為4級，屬于中度球化。

2分析與討論

在石化工業(yè)和動(dòng)力裝置的現(xiàn)場金相檢驗(yàn)作業(yè)中，絕大多數(shù)是對加熱爐爐管、高溫部件進(jìn)行材料劣化檢查，因此多為爐腔等有限空間作業(yè)。作業(yè)空間中不可避免地彌散有大量的爐灰、催化劑以及石棉等絕熱材料的懸浮顆粒，這些顆粒大小不一，不僅易于造成試樣制備時(shí)的劃痕，且對于剛剛沖洗制備好的金相試樣檢測表面有很強(qiáng)的附著性，繼而會(huì)對檢驗(yàn)人員的現(xiàn)場觀察及金相復(fù)型造成干擾。對于廣泛使用的珠光體型耐熱鋼，其顯微組織劣化的主要機(jī)制為珠光體內(nèi)的碳化物在高溫下逐漸分解成細(xì)小的球粒狀碳化物，并彌散于晶界上。因此，檢驗(yàn)人員必須對珠光體內(nèi)分解出的彌散碳化物與附著的環(huán)境灰塵加以區(qū)分。對于珠光體未發(fā)生明顯球化的組織以及尺寸較大、明顯可判斷為灰塵的顆粒，檢驗(yàn)人員較易排除灰塵的干擾；但對于珠光體已發(fā)生明顯球化且細(xì)小灰塵顆粒大量附著的顯微組織，則在實(shí)際檢驗(yàn)中較難區(qū)分，需要仔細(xì)辨別。

改進(jìn)措施

基于以上誤判案例以及多年工作經(jīng)驗(yàn)，歸納總結(jié)出如下改進(jìn)措施：

(1)檢測機(jī)構(gòu)應(yīng)盡量收集客戶委托檢測部件的役前資料，包括檢測部位的材料、最終熱處理方式等信息，增加對檢測部件是否可能存在脫碳(滲碳)層及顯微組織構(gòu)成的了解。

(2)對于可能存在脫碳(滲碳)層的部件，檢驗(yàn)人員應(yīng)使用計(jì)量檢定合格、性能有保證的超聲波測厚儀測量脫碳(滲碳)層厚度，確保磨制后的剩余壁厚大于有效壁厚的情況下，對部件磨制一定深度后再進(jìn)行金相檢驗(yàn)，或在對顯微組織有疑問時(shí)加大打磨力度，比較深淺不同的兩個(gè)厚度截面的顯微組織是否一致。

(3)在金相檢驗(yàn)報(bào)告中的適當(dāng)位置需注明“根據(jù)客戶委托，本次現(xiàn)場金相檢驗(yàn)部位為客戶指定部件表面，因此顯微組織分析結(jié)論僅對所檢部位表面負(fù)責(zé)；客戶應(yīng)考慮檢測部件存在脫碳(滲碳)現(xiàn)象時(shí)造成顯微組織檢測結(jié)論偏差的可能?！焙汀坝捎诒敬维F(xiàn)場金相檢驗(yàn)只能分析到部件表面的顯微組織，未能檢查部件的厚度截面，客戶應(yīng)考慮壁厚方向組織變化程度不一致的可能性?！蓖ㄟ^這些提醒使客戶對可能產(chǎn)生的分析部位表面現(xiàn)場金相檢驗(yàn)結(jié)論與部件整體金相檢驗(yàn)結(jié)論存在差異有知情權(quán)，同時(shí)建議客戶在取樣時(shí)應(yīng)盡量考慮到壁厚截面的整體顯微組織，避免為客戶帶來不必要的經(jīng)濟(jì)損失，為雙方規(guī)避僅在表面檢測可能帶來的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。

(4)當(dāng)現(xiàn)場金相檢驗(yàn)觀察到的顯微組織有無法辨識清楚的細(xì)節(jié)問題時(shí)，應(yīng)謹(jǐn)慎進(jìn)行顯微組織判定，應(yīng)綜合考慮所檢部位的材料、最終熱處理方式、使用工況及現(xiàn)場分析得出的顯微組織結(jié)論，并結(jié)合相圖綜合判斷材料的顯微組織是否發(fā)生劣化。

(5)檢驗(yàn)人員在惡劣環(huán)境下進(jìn)行現(xiàn)場金相檢驗(yàn)時(shí)，應(yīng)通過熟練操作縮短腐蝕沖洗試樣表面后觀察及復(fù)型的時(shí)間，從而縮短灰塵附著的時(shí)間；在現(xiàn)場金相觀察及對金相復(fù)型進(jìn)行觀察時(shí)，可通過對晶界的反復(fù)聚焦及景深觀察，盡量排除附著灰塵對珠光體分解出的彌散碳化物觀察的影響，再結(jié)合材料化學(xué)成分中的碳含量、已用工時(shí)等因素綜合判斷顯微組織劣化情況。

結(jié)論

綜上所述，筆者就現(xiàn)場金相檢驗(yàn)與實(shí)驗(yàn)室金相檢驗(yàn)的區(qū)別，以及對應(yīng)導(dǎo)致技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)的原因概括為以下4個(gè)因素。

表面因素

現(xiàn)場金相檢驗(yàn)往往會(huì)導(dǎo)致分析結(jié)論僅針對于被檢區(qū)域試樣表面，而不能代表部件的整體。當(dāng)檢測部件存在脫碳、滲碳等表面因素時(shí)，“管中窺豹、盲人摸象”的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)更加突出。檢測機(jī)構(gòu)必須在檢測報(bào)告中對客戶闡明這種技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。

壁厚因素

根據(jù)受檢部件的不同工況，部件內(nèi)外壁的溫差會(huì)造成壁厚方向顯微組織劣化程度的差異，在現(xiàn)場金相檢驗(yàn)時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際工況加以考慮，并在檢測報(bào)告中對客戶闡明這種技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。

環(huán)境因素

現(xiàn)場金相檢驗(yàn)與實(shí)驗(yàn)室取樣分析相比作業(yè)環(huán)境

惡劣。檢驗(yàn)人員應(yīng)考慮灰塵、環(huán)境溫度、振動(dòng)等對現(xiàn)場金相檢驗(yàn)工藝及現(xiàn)場金相圖像采集、金相復(fù)型的影響，并在顯微組織判斷時(shí)盡量排除這些影響。

現(xiàn)場設(shè)備能力因素

現(xiàn)場金相顯微鏡及金相復(fù)型技術(shù)對于細(xì)密顯微組織的觀察及圖像采集分辨能力有限，檢驗(yàn)人員應(yīng)考慮該方面的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。

檢驗(yàn)人員應(yīng)在開展現(xiàn)場金相檢驗(yàn)及顯微組織判斷時(shí)，對以上4個(gè)方面的因素加以綜合考慮，防止忽略這些因素造成的最終顯微組織判斷偏差及其所帶來的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。