Металлографический осмотр микроскопии незаменимая основная технология в контроле качества и анализе отказов стальных материалов, особенно стальных труб. Наблюдая, анализируя и записывая микроструктуру материала, он напрямую связывает макроскопические свойства стальной трубы (такие как прочность, ударная вязкость и коррозионная стойкость) с ее внутренней микроструктурой. Это «орлиный глаз» для оценки производственного процесса стальных труб и обеспечения их безопасного и надежного обслуживания.
I. Цель и значение инспекции
Контроль качества и оценка процесса: проверка того, достигают ли процессы термообработки (такие как нормализация, закалка и отпуск) ожидаемых результатов, и оценка того, соответствуют ли размер зерна, фазовый состав, полосчатая структура и т. Д. Стандарты (такие как ASTM, ISO, GB).
Анализ отказов и диагностика дефектов: когда стальные трубы демонстрируют растрескивание, коррозию, ненормальный износ или некачественные характеристики, металлографический анализ используется для поиска первопричины, такой как чрезмерные неметаллические включения, микротрещины, обезуглеродивание и перегретые/сожженные структуры.
Новые материалы и процессы R & D: Предоставление микроструктурных доказательств для разработки более высокопроизводительных стальных труб (таких как коррозионно-стойкие трубы нефтяных скважин и высокопрочные, высокопрочные трубопроводные трубы), оптимизация состава сплава и технологии обработки.
Приемка продукции и проверка соответствия: соответствие спецификациям клиентов и отраслевым стандартам, предоставление объективных микроструктурных доказательств.
II. Отчет о научных металлографических испытаниях основан на строгом и стандартизированном процессе подготовки и наблюдения образцов.
1. Отбор проб
Выбор положения: Основанный на цели испытания, репрезентативные образцы взяты от тела трубы, сварки, зоны термического влияния, или положения дефекта. Для оценки анизотропии следует обратить внимание на направление отбора проб (боковое или продольное).
Требования к размеру: Размер образца должен быть легко удерживаем и устанавливаем, обычно он составляет 10-20 мм.
2. Монтаж
Для небольших, нерегулярных или защищенных краем образцов (таких как те, которые наблюдают поверхностными слоями обезуглеродивания), для их фиксации для последующего шлифования и полировки используется установка горячим прессом (фенольная смола) или холодная установка (эпоксидная смола).
3. Шлифовка и полировка
Грубое и тонкое шлифование: используйте металлографическую наждачную бумагу с постепенно более мелким зерном (например, от 180 # до 2000 #), чтобы отшлифовать следы резания и получить гладкую поверхность. Каждый раз при смене наждачной бумаги вращайте направление шлифования на 90 °, пока предыдущая царапина полностью не исчезнет.
Тонкая полировка: используйте полировальную ткань и раствор для полировки алмазов или глинозема для окончательной полировки, чтобы получить зеркальное покрытие без царапин. Это важный шаг для получения четких изображений микроструктуры.
4. Офорт (разработка)
Используйте специальный химический травитель (чаще всего раствор спирта азотной кислоты 2-4%), чтобы ненадолго травить полированную поверхность. Из-за разной коррозионной стойкости разных фаз или границ зерен травление создаст контраст света и темноты под микроскопом, тем самым раскрывая микроструктуру.
Важное примечание: Время травления, концентрация и методы работы напрямую влияют на результаты наблюдений и должны корректироваться в соответствии с составом материала и опытом.
5. Наблюдение, анализ и запись
Поместите подготовленный образец под металлографический микроскоп и систематически наблюдайте от низкого до большого увеличения (обычно от 50x до 1000x).
Современные металлографические микроскопы обычно подключаются к системе анализа изображений, что позволяет:
Получение и хранение изображений: получение цифровых фотографий с высоким разрешением.
Количественный металлографический анализ: автоматическое или полуавтоматическое измерение размера зерна (сортировка), неметаллических включений (например, сортировка включения типа A, B, C, D), фазового соотношения (например, процент феррита/перлита), глубина обезуглероденного слоя и т. Д.
Идентификация и описание микроструктуры: Идентификация микроструктур, таких как перлит, бейнит, мартенсит и аустенит, на основе состава и обработки.
III. Элементы тестирования сердечника и анализ типичной микроструктуры стальных труб
Сортировать размера зерна: Размер зерна сразу влияет на прочность и твердость стальных труб. Тонкое усиление зерна является важным средством улучшения комплексных характеристик материалов. Грейдирование осуществляется путем сравнения со стандартными спектрами или методом перехвата.
Анализ неметаллических включений: включения, такие как сульфиды и оксиды, являются неотъемлемыми дефектами материалов, выступающих в качестве источника возникновения трещин и серьезно ухудшающих усталостные и ударные характеристики стальных труб. Требуется строгая оценка типа, размера, морфологии и распределения включений в соответствии со стандартами.
Фазовый состав и микроструктура:
Трубы из углеродистой стали/низколегированной стали: Общие микроструктуры-феррит (F) и перлит (P). Прочность можно оценить по расстоянию и пропорции перлитовых ламелларов. Полосчатая микроструктура является одним из дефектов, которые необходимо контролировать.
Трубы из легированной стали/термообработанной стали: структуры мартенсита (M) и бейнита (B) могут наблюдаться после закалки и отпуска, используемые для оценки качества термообработки.
Трубы из нержавеющей стали: Основное внимание уделяется наблюдению за зернами аустенита (A) и наличием вредных фаз, таких как осаждение карбида и осаждение σ-фазы, что значительно снижает коррозионную стойкость.
Металлографический контроль сварного шва и зоны термического воздействия (ЗВЗ):
Это имеет первостепенное значение в обеспечении качества сварных труб. Ключевыми точками наблюдения являются литейная микроструктура зоны сварки, изменения в крупнозернистой микроструктуре (например, структура Widmanstätten) в зоне термического воздействия и наличие дефектов сварки, таких как микротрещины и отсутствие плавления.
Анализ дефектов поверхности:
Оуглероживание: потеря углерода с поверхности стальной трубы при высоких температурах приводит к снижению твердости поверхности и прочности. Металлографик анализ может точно измерить глубину полно декарбуризед и частично декарбуризед слоев.
Трещины, складки, перегрев/ожог: отслеживание микроскопического происхождения дефектов помогает определить, являются ли они металлургическими или технологическими дефектами.
IV. Примеры применения Отказ трубы нефтяной скважины: Металлографический анализ трубы нефтяной скважины, которая подверглась хрупкому разрушению скважины, выявил большое количество верхнего бейнита и грубого мартенсита в зоне термического воздействия, наряду с осаждением карбида сети на границах зерен. Заключение указало на неправильную термическая обработка пост-сварки, водя к микроструктурному охрупчиванию.
Утечка котельной трубы: Металлографические образцы с места утечки показывают, что микроструктура изменилась с нормального перлита + феррита на сфероидизированный перлит (сфероидизация) и даже графитизация, что указывает на то, что стальная труба подверглась микроструктурному ухудшению и серьезному снижению прочности при длительном высокотемпературном обслуживании.
Холоднотянутые прецизионные микротрещины на поверхности труб: металлографический анализ поперечного сечения показывает, что трещины возникают из-за дефектов складчатости поверхности, прослеживаемых до первоначальных царапин на поверхности заготовки, которые не были удалены до рисования, и были захвачены и сформированы складками во время процесса рисования.
