CN103805999A

CN103805999A - 电站锅炉用18-8型铬镍奥氏体不锈钢金相侵蚀液及侵蚀方法

Info

Publication number: CN103805999A
Application number: CN201410080447.4A
Authority: CN
Inventors: 刘爽; 邓化凌; 李新庚; 樊志彬; 郭凯; 曹建梅; 荆象阳; 胡新芳; 赵永宁
Original assignee: State Grid Corp of China SGCC; Electric Power Research Institute of State Grid Shandong Electric Power Co Ltd
Current assignee: State Grid Corp of China SGCC; Electric Power Research Institute of State Grid Shandong Electric Power Co Ltd
Priority date: 2014-03-06
Filing date: 2014-03-06
Publication date: 2014-05-21

Abstract

本发明公开了一种电站锅炉用18-8型铬镍奥氏体不锈钢金相侵蚀液，由分析纯盐酸、分析纯硝酸、分析纯氢氟酸、分析纯十二烷基磺酸钠和分析纯无水乙醇组成，各组分的含量分别为：分析纯盐酸300-400ml/L，分析纯硝酸100-150ml/L，分析纯氢氟酸30-50ml/L，分析纯十二烷基磺酸钠5g/L，分析纯无水乙醇余量。本发明具有将电站锅炉18-8型铬镍奥氏体不锈钢受热面管金相组织中奥氏体晶界、碳化物M₂₃C₆和金属间化合物σ相等奥氏体晶粒析出相、蠕变孔洞及沿晶裂纹等形貌特征显示清楚，侵蚀速度容易控制，配制方便等优点。

Description

电站锅炉用18-8型铬镍奥氏体不锈钢金相侵蚀液及侵蚀方法

技术领域

本发明涉及电站锅炉用18-8型铬镍奥氏体不锈钢金相侵蚀液及侵蚀方法，特别适合电站锅炉用TP304、TP304H、TP347、TP347H等18-8型铬镍奥氏体不锈钢受热面管的金相侵蚀。背景技术

奥氏体不锈钢以其较高的蠕变强度、良好的组织稳定性、优良的抗烟气腐蚀和蒸汽氧化性能，在制造电站锅炉受热面中得到了大量的应用，大部分奥氏体不锈钢均是在18-8型(18Cr-8Ni)不锈钢的基础上发展起来。

电站锅炉受热面管都是在高温高压的条件下运行，管子外表面的烟气温度超过1000℃，管子内流动的高压蒸汽温度在540℃以上，压力达16MPa以上，运行条件极为恶劣。因此，对18-8型铬镍奥氏体不锈钢受热面管子的金相检测是电站锅炉金属监督工作的重要内容。在受热面管长期高温高压服役过程中，奥氏体晶粒会在内部和晶界上析出碳化物M₂₃C₆和金属间化合物σ相，会降低其强度、韧性和耐腐蚀性能，严重威胁锅炉安全运行。

碳化物M₂₃C₆是奥氏体不锈钢在高温高压条件下运行，晶粒内的Cr、Ni等合金元素脱溶，再形成的碳化物，其往往在奥氏体晶界上呈链状析出长大，导致受热面管强度下降，并且会引起奥氏体晶粒出现贫Cr区，在一定腐蚀条件下会发生应力腐蚀。σ相是由铁素体转化而来的、高硬度的脆性相，σ相形成的同时会伴随着奥氏体不锈钢硬度的增加与塑性、韧性的降低，而且σ相析出引起晶粒内铬含量的变化，会使材料的耐蚀性下降。另外，运行中受热面管不可避免会出现堵塞、爆管等常见的事故，奥氏体不锈钢受热面管会因管内蒸汽泄漏而出现严重的老化现象，严重老化的奥氏体不锈钢金相组织形貌特征为晶界上出现黑色的蠕变孔洞、沿晶裂纹等。在蒸汽品质不高的情况下，氯离子等腐蚀介质会引起奥氏体晶粒沿晶界出现应力腐蚀开裂。

电站锅炉用18-8型铬镍奥氏体不锈钢的金相侵蚀较为困难，现常用的侵蚀剂如王水，对经过长期高温高压运行的奥氏体不锈钢的晶界侵蚀往往过重，不能真实的显示出晶界形貌和在内部和晶界上析出碳化物M₂₃C₆和金属间化合物σ相，并且侵蚀速度过快，很难控制侵蚀的进程，如图7所示。另外，常用的侵蚀剂如盐酸FeCl₃水溶液，在侵蚀过程中产生的污物容易粘附在金相试样表面，不易冲洗干净，影响了对金相组织的观察，如图8所示。

中国发明专利CN101353794A，公开了一种奥氏体不锈钢金相侵蚀剂及其配制方法和应用，该金相侵蚀剂由氢氟酸与硝酸的混合溶液，按体积比计量，各组分的比例分别为：氢氟酸：硝酸：水=2:1:7。该发明主要针对常温下使用的奥氏体不锈钢金相试样的侵蚀，并且侵蚀速度慢，工作效率低，不适用于锅炉受热面管用18-8型铬镍奥氏体不锈钢的金相侵蚀。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题之一是提供一种具有将电站锅炉18-8型铬镍奥氏体不锈钢受热面管金相组织中奥氏体晶界、碳化物M₂₃C₆和金属间化合物σ相等奥氏体晶粒析出相、蠕变孔洞及沿晶裂纹等形貌特征显示清楚，侵蚀速度容易控制，具备一定化学抛光作用，配制方便的金相侵蚀液；

本发明所要解决的技术问题之二是提供上述金相侵蚀液的配制方法；

本发明所要解决的技术问题之三是提供上述金相侵蚀液的使用方法。

为解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案实现：

一种电站锅炉用18-8型铬镍奥氏体不锈钢金相侵蚀液，由分析纯盐酸、分析纯硝酸、分析纯氢氟酸、分析纯十二烷基磺酸钠和分析纯无水乙醇组成，各组分的含量分别为：分析纯盐酸300-400mL/L，分析纯硝酸100-150mL/L，分析纯氢氟酸30-50mL/L，分析纯十二烷基磺酸钠5g/L，分析纯无水乙醇余量。

针对上述的金相侵蚀液的配制方法，步骤如下：（1）量取40-57mL分析纯无水乙醇、30-40mL分析纯盐酸、10-15mL分析纯硝酸，依次倒入试剂瓶；（2）称取分析纯十二烷基磺酸钠0.5g，加入试剂瓶；（3）量取分析纯氢氟酸3-5mL，加入试剂瓶后搅匀静置，得到侵蚀液。

优选加分析纯硝酸时，先加入一半用玻璃棒搅拌均匀，再加剩下的部分。

优选静置12h。

针对上述的侵蚀液进行金相侵蚀的方法，其步骤为：

（1）将待测电站18-8型铬镍锅炉奥氏体不锈钢试样进行金相制样；（2）将待测金相试样的金相磨面全部浸入侵蚀液中，当观察到试样表面变为银灰色后取出；（3）用无水酒精将侵蚀表面冲洗干净，吹干。

上述金相制样过程包括粗磨、细磨、抛光、清洗、吹干。

优选金相磨面全部浸入侵蚀液中15-25s。

优选吹干时使试样和吹风呈45°

本发明的技术优势和特点：

（1）金相侵蚀液的配方简单，配制操作容易；

（2）电站锅炉18-8型铬镍奥氏体不锈钢受热面管在经过高温运行后及出现严重老化现象后，经过侵蚀，可以使金相组织中的奥氏体晶界、碳化物M₂₃C₆和金属间化合物σ相等奥氏体晶粒析出相、蠕变孔洞及应力腐蚀裂纹等形貌显示清楚。

（3）本发明针对电站锅炉用18-8型铬镍奥氏体不锈钢受热面管的金相侵蚀，通过以分析纯乙醇作为溶剂，将分析纯盐酸、分析纯氢氟酸、分析纯硝酸和分析纯十二烷基磺酸钠按一定比例配制。分析纯乙醇作为溶剂能够有效控制扩散和对流速度，对金相表面侵蚀均匀，使侵蚀过程均匀地进行。分析纯盐酸、分析纯氢氟酸、分析纯硝酸的配比能有效提高侵蚀液的侵蚀能力，且具有一定的化学抛光作用，能够在侵蚀过程中将试样表面的小划痕、不平整表面等侵蚀掉。分析纯十二烷基磺酸钠的加入，提高了侵蚀剂的活性，使容易粘附在金相试样表面的污物能够快速溶解，提高金相制作质量，便于对组织的观察。在常温下使用和保存，便于现场对受热面管金相检测时使用。

（4）用无水酒精将侵蚀表面冲洗干净，吹干，吹干过程要使试样和吹风呈45°，保证了试样表面不会形成酒精渍。

附图说明

图1为实施例1材质为TP347H的某电站1028t/h锅炉受热面管原始金相组织形貌；

图2为实施例1材质为TP347H的某电站1028t/h锅炉受热面管运行11.8万小时后的金相组织形貌；

图3为实施例2为材质为TP304H的某电站2020t/h锅炉受热面管高温过热器管爆管后出现严重老化，奥氏体晶界上存在蠕变孔洞的金相组织形貌；

图4为实施例2为材质为TP304H的某电站2020t/h锅炉受热面管高温过热器管爆口处奥氏体晶界上蠕变孔洞已连接，形成沿晶裂纹的金相组织形貌；

图5为实施例3材质为TP304的某电站1024t/h锅炉受热面管高温过热器管奥氏体应力腐蚀裂纹金相组织形貌；

图6为实施例3材质为TP304的某电站1024t/h锅炉受热面管高温过热器管奥氏体应力腐蚀裂纹金相组织形貌；

图7为王水侵蚀后材质为TP347H的某电站1024t/h锅炉受热面管高温过热器管、运行4.7万小时后金相组织形貌；

图8为盐酸FeCl₃水溶液侵蚀后材质为TP304H某电站1024t/h锅炉受热面管屏式过热器管、运行8.6万小时后的金相组织形貌。

具体实施方式

实施例1

对某电站1028t/h锅炉材质为TP347H的高温再热器管金相试样进行侵蚀，运行时间约11.8万小时。

金相侵蚀液由分析纯盐酸、分析纯硝酸、分析纯氢氟酸、分析纯十二烷基磺酸钠和分析纯无水乙醇组成，各组分的用量分别为：分析纯盐酸40mL，分析纯硝酸15mL，分析纯氢氟酸3mL，分析纯十二烷基磺酸钠5g，分析纯无水乙醇余量。

金相侵蚀液配置顺序：（1）用量筒量取42mL分析纯无水乙醇，倒入塑料试剂瓶内；（2）用量筒量取分析纯盐酸40mL，加入塑料试剂瓶内，加入时要用玻璃棒引流，缓缓加入，加入后用玻璃棒搅拌均匀；（3）用量筒量取分析纯硝酸15mL，加入塑料试剂瓶内，加入过程要用玻璃棒引流，缓缓加入，加入一半时用玻璃棒搅拌均匀，再加剩下的部分；（4）用天平称取分析纯十二烷基磺酸钠0.5g，加入塑料试剂瓶内，加入后用玻璃搅拌均匀；（5）用塑料量筒量取分析纯氢氟酸3mL，缓缓加入塑料试剂瓶内，用塑料棒搅拌均匀；（6）静置12小时后即可使用。

金相侵蚀方法如下：（1）将TP347H取样管进行金相制样，制样过程主要包括粗磨、细磨、机械抛光、清洗、吹干；（2）将TP347H取样管的金相磨面全部浸入侵蚀液中，浸入后可以轻轻晃动，去除试样表面吸附的气泡，侵蚀时间控制在20-30s；（3）用无水酒精将侵蚀表面冲洗干净；（4）吹干，吹干过程要使试样和吹风呈45°，以保证试样表面不会形成酒精渍。

金相观察：将吹干后的试样放在金相显微镜上观察，能够观察到TP347H取样管金相试样的奥氏体晶界清晰完整，奥氏体晶粒和晶界上出现细小的M₂₃C₆颗粒和σ相，如图1、2所示。

实施例2

对某电站2020t/h锅炉材质为TP304H的高温过热器管爆口处严重老化金相试样进行侵蚀。

金相侵蚀液由分析纯盐酸、分析纯硝酸、分析纯氢氟酸、分析纯十二烷基磺酸钠和分析纯无水乙醇组成，各组分的含量分别为：分析纯盐酸30mL，分析纯硝酸10mL，分析纯氢氟酸3mL，分析纯十二烷基磺酸钠5g，分析纯无水乙醇余量。

金相侵蚀液配置顺序：（1）用量筒量取57mL分析纯无水乙醇，倒入塑料试剂瓶内；（2）用量筒量取分析纯盐酸30mL，加入塑料试剂瓶内，加入时要用玻璃棒引流，缓缓加入，加入后用玻璃棒搅拌均匀；（3）用量筒量取分析纯硝酸10mL，加入塑料试剂瓶内，加入过程要用玻璃棒引流，缓缓加入，加入一半时用玻璃棒搅拌均匀，再加剩下的部分；（4）用天平称取分析纯十二烷基磺酸钠0.5g，加入塑料试剂瓶内，加入后用玻璃搅拌均匀；（5）用塑料量筒量取分析纯氢氟酸3mL，缓缓加入塑料试剂瓶内，用塑料棒搅拌均匀；（6）静置12小时后即可使用。

金相侵蚀方法如下：（1）将TP304H取样管爆口处进行金相制样，制样过程主要包括镶嵌、粗磨、细磨、抛光、清洗、吹干；（2）将TP304H取样管爆口处金相磨面全部浸入侵蚀液中，浸入后可以轻轻晃动，去除试样表面吸附的气泡，侵蚀时间控制在15-20s，观察到试样表面变为银灰色后取出；（3）用无水酒精将侵蚀表面冲洗干净；（4）吹干，吹干过程要使试样和吹风呈45°，保证试样表面不会形成酒精渍。

金相观察：将吹干后的试样放在金相显微镜上观察，能够观察到TP304H取样管爆口处奥氏体晶界上存在大量的蠕变孔洞，并且在爆口处蠕变孔洞已经连接起来，形成沿晶裂纹，如图3、4所示。

实施例3

对某电站1024t/h锅炉材质为TP304的高温过热器管应力腐蚀金相试样进行侵蚀。

金相侵蚀液由分析纯盐酸、分析纯硝酸、分析纯氢氟酸、分析纯十二烷基磺酸钠和分析纯无水乙醇组成，各组分的用量分别为：分析纯盐酸35mL，分析纯硝酸10mL，分析纯氢氟酸5mL，分析纯十二烷基磺酸钠5g，分析纯无水乙醇余量。

金相侵蚀液配置顺序：（1）用量筒量取50mL分析纯无水乙醇，倒入塑料试剂瓶内；（2）用量筒量取分析纯盐酸35mL，加入塑料试剂瓶内，加入时要用玻璃棒引流，缓缓加入，加入后用玻璃棒搅拌均匀；（3）用量筒量取分析纯硝酸10mL，加入塑料试剂瓶内，加入过程要用玻璃棒引流，缓缓加入，加入一半时用玻璃棒搅拌均匀，再加剩下的部分；（4）用天平称取分析纯十二烷基磺酸钠0.5g，加入塑料试剂瓶内，加入后用玻璃搅拌均匀；（5）用塑料量筒量取分析纯氢氟酸5mL，缓缓加入塑料试剂瓶内，用塑料棒搅拌均匀；（6）静置12小时后即可使用。

金相侵蚀方法如下：（1）将TP304取样管应力腐蚀试样进行金相制样，制样过程主要包括粗磨、细磨、抛光、清洗、吹干；（2）将TP304取样管的金相磨面全部浸入侵蚀液中，浸入后可以轻轻晃动，去除试样表面吸附的气泡，侵蚀时间控制在15-25s，观察到试样表面变为银灰色后取出；（3）用无水酒精将侵蚀表面冲洗干净；（4）吹干，吹干过程要使试样和吹风呈45°，保证试样表面不会形成酒精渍。

金相观察：将吹干后的试样放在金相显微镜上观察，能够观察到TP304取样管金相试样的奥氏体晶粒、晶界形貌和应力腐蚀裂纹形貌清晰，如图5、6所示。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims

1.一种电站锅炉用18-8型铬镍奥氏体不锈钢金相侵蚀液，其特征在于，所述侵蚀液由分析纯盐酸、分析纯硝酸、分析纯氢氟酸、分析纯十二烷基磺酸钠和分析纯无水乙醇组成，各组分的含量分别为：分析纯盐酸300-400ml/L，分析纯硝酸100-150ml/L，分析纯氢氟酸30-50ml/L，分析纯十二烷基磺酸钠5g/L，无水乙醇余量。

2.一种针对权利要求1所述的金相侵蚀液的配制方法，步骤如下：（1）量取40-57mL分析纯无水乙醇、30-40mL分析纯盐酸、10-15mL分析纯硝酸，依次倒入试剂瓶；（2）称取分析纯十二烷基磺酸钠0.5g，加入试剂瓶；（3）量取分析纯氢氟酸3-5mL，加入试剂瓶后搅匀静置，得到侵蚀液。

3.如权利要求2所述的配制方法，其特征在于，所述步骤1）中加分析纯硝酸时，先加入一半用玻璃棒搅拌均匀，再加剩下的部分。

4.如权利要求2所述的配制方法，其特征在于，所述步骤3）静置12h。

5.一种利用权利要求1所述的侵蚀液进行金相侵蚀的方法，其步骤为：

（1）将待测电站锅炉用18-8型铬镍锅炉奥氏体不锈钢试样进行金相制样；（2）将待测金相试样的金相磨面全部浸入侵蚀液中，当观察到试样表面变为银灰色后取出；（3）用无水酒精将侵蚀表面冲洗干净，吹干。

6.如权利要求5所述的金相侵蚀的方法，其特征在于，所述金相制样过程包括粗磨、细磨、抛光、清洗、吹干。

7.如权利要求5所述的金相侵蚀的方法，其特征在于，所述步骤2）金相磨面全部浸入侵蚀液中15-25s。

8.如权利要求5所述的金相侵蚀的方法，其特征在于，所述步骤3）吹干时使试样和吹风呈45°。