La inspección de microscopía metalográfica es una tecnología de núcleo indispensable en el control de calidad y análisis de fallas de materiales de acero, especialmente tuberías de acero. Al observar, analizar y registrar la microestructura del material, vincula directamente las propiedades macroscópicas de la tubería de acero (como resistencia, tenacidad y resistencia a la corrosión) con su microestructura interna. Es el "ojo de águila" para evaluar el proceso de fabricación de tubos de acero y garantizar su servicio seguro y confiable.
I. Propósito y significado de la inspección
Control de calidad y evaluación de procesos: verificar si los procesos de tratamiento térmico (como la normalización, el enfriamiento y el templado) logran los resultados esperados y evaluar si el tamaño de grano, la composición de fase, la estructura de bandas, etc., cumplen con los estándares (como ASTM, ISO, GB).
Análisis de fallas y diagnóstico de defectos: cuando las tuberías de acero presentan agrietamiento, corrosión, desgaste anormal o rendimiento deficiente, se utiliza el análisis metalográfico para encontrar la causa raíz, como inclusiones no metálicas excesivas, microgrietas, descarburación y estructuras sobrecalentadas/quemadas.
Nuevos materiales y procesos de I + D: Proporcionar evidencia microestructural para desarrollar tuberías de acero de mayor rendimiento (como tuberías de pozos de petróleo resistentes a la corrosión y tuberías de alta resistencia y alta tenacidad), optimizando la composición de la aleación y la tecnología de procesamiento.
Aceptación del producto e inspección de cumplimiento: Cumplimiento de las especificaciones del cliente y los estándares de la industria, proporcionando evidencia microestructural objetiva.
II. Procedimientos de prueba estándar Un informe de prueba metalográfica científica proviene de un proceso riguroso y estandarizado de preparación y observación de la muestra.
1. Muestreo
Selección de ubicación: según el propósito de la prueba, se toman muestras representativas del cuerpo de la tubería, la soldadura, la zona afectada por el calor o la ubicación del defecto. Debe prestarse atención a la dirección de muestreo (lateral o longitudinal) para evaluar la anisotropía.
Requisitos de tamaño: El tamaño de la muestra debe ser fácil de sostener y montar, típicamente 10-20mm cuadrados.
2. Montaje
Para muestras pequeñas, irregulares o con protección de bordes (como las que observan las capas de descarburación de la superficie), se utiliza el montaje en caliente (resina fenólica) o el montaje en frío (resina epoxi) para fijarlas para el posterior rectificado y pulido.
3. molienda y pulido
Molienda gruesa y molienda fina: Use papel de lija metalográfico de grano progresivamente más fino (por ejemplo, 180 # a 2000 #) para moler las marcas de corte y obtener una superficie lisa. Gire la dirección de molienda 90 ° cada vez que cambie el papel de lija hasta que el rasguño anterior haya desaparecido por completo.
Pulido fino: use un paño de pulido y una solución de pulido de diamante o alúmina para el pulido final para obtener un acabado de espejo sin arañazos. Este es un paso crucial para obtener imágenes claras de la microestructura.
4. Etching (Desarrollo)
Use un grabador químico específico (más comúnmente una solución de alcohol de ácido nítrico al 2-4%) para grabar brevemente la superficie pulida. Debido a la diferente resistencia a la corrosión de diferentes fases o límites de grano, el grabado creará un contraste de luz y oscuridad bajo un microscopio, revelando así la microestructura.
Nota importante: El tiempo de grabado, la concentración y las técnicas de operación afectan directamente los resultados de la observación y deben ajustarse de acuerdo con la composición del material y la experiencia.
5. observación, análisis y grabación
Coloque la muestra preparada bajo un microscopio metalográfico y observe sistemáticamente desde bajo a alto aumento (típicamente 50x a 1000x).
Los microscopios metalográficos modernos generalmente están conectados a un sistema de análisis de imágenes, lo que permite:
Adquisición y almacenamiento de imágenes: captura de fotografías digitales de alta resolución.
Análisis metalográfico cuantitativo: medición automática o semiautomática del tamaño de grano (clasificación), inclusiones no metálicas (por ejemplo, clasificación de inclusión de tipo A, B, C, D), relación de fase (por ejemplo, porcentaje de ferrita/perlita), profundidad de capa descarburada, etc.
Identificación y descripción de microestructuras: identificación de microestructuras como perlita, bainita, martensita y austenita, según la composición y el procesamiento.
III. Elementos de prueba de núcleo y análisis de microestructura típico de tuberías de acero
Clasificación del tamaño de grano: el tamaño de grano afecta directamente la resistencia y la tenacidad de las tuberías de acero. El fortalecimiento de grano fino es un medio importante para mejorar el rendimiento integral de los materiales. La clasificación se realiza comparando con espectros estándar o el método de intercepción.
Análisis de inclusión no metálica: Las inclusiones como los sulfuros y óxidos son defectos inherentes en los materiales, que sirven como fuente de iniciación de grietas y perjudican gravemente el rendimiento de fatiga e impacto de las tuberías de acero. Se requiere una clasificación estricta del tipo, tamaño, morfología y distribución de inclusiones de acuerdo con los estándares.
Composición de fase y microestructura:
Acero al carbono/tubos de acero de baja aleación: las microestructuras comunes son ferrita (F) y perlita (P). La resistencia puede evaluarse a través del espaciado y la proporción de laminares de perlita. La microestructura de bandas es uno de los defectos que debe controlarse.
Acero de aleación/tubos de acero tratados térmicamente: se pueden observar estructuras de martensita (M) y bainita (B) después del templado y templado, que se utilizan para evaluar la calidad del tratamiento térmico.
Tubos de acero inoxidable: el enfoque principal es observar granos de austenita (A) y la presencia de fases dañinas como la precipitación de carburo y la precipitación de fase σ, que reducen significativamente la resistencia a la corrosión.
Inspección metalográfica de soldadura y zona afectada por el calor (HAZ):
Esto es de suma importancia para garantizar la calidad de las tuberías soldadas. Los puntos de observación clave son la microestructura de fundición de la zona de soldadura, los cambios en la microestructura de grano grueso (como la estructura de Widmanstätten) en la zona afectada por el calor y la presencia de defectos de soldadura como microgrietas y falta de fusión.
Análisis superficial del defecto:
Descarburización: la pérdida de carbono de la superficie de la tubería de acero a altas temperaturas conduce a una disminución de la dureza y resistencia de la superficie. El análisis metalográfico puede medir con precisión la profundidad de las capas totalmente descarburadas y parcialmente descarburadas.
Grietas, pliegues, sobrecalentamiento/quemadura: rastrear el origen microscópico de los defectos ayuda a determinar si son defectos metalúrgicos o de procesamiento.
IV. Ejemplos de aplicación Fallo de tubería de pozo de petróleo: El análisis metalográfico de una tubería de pozo de petróleo que se sometió a fractura frágil en el fondo del pozo reveló una gran cantidad de bainita superior y martensita gruesa en su zona afectada por calor, junto con la precipitación de carburo de red en los límites de grano. La conclusión apuntó a un tratamiento térmico inadecuado posterior a la soldadura, que conduce a la fragilización microestructural.
Fuga del tubo de la caldera: las muestras metalográficas del sitio de la fuga muestran que la microestructura ha cambiado de perlita + ferrita normal a perlita esferoidizada (esferoidización) e incluso grafitización, lo que indica que la tubería de acero ha sufrido un deterioro microestructural y una disminución severa en la resistencia bajo servicio de alta temperatura a largo plazo.
Microgrietas en la superficie del tubo de precisión estiradas en frío: el análisis metalográfico transversal muestra que las grietas se originan a partir de defectos de plegado de la superficie, rastreados hasta arañazos originales en la superficie de la palanquilla que no se eliminaron antes del dibujo, y se engancharon y formaron pliegues durante el proceso de dibujo.
