[发明专利]一种回火马氏体钢碳化物彩色金相的显示方法及其专用的电热金相显色装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种钢碳化物的彩色金相的显示方法，属于金相样品制备技术领域，尤其涉及一种回火马氏体钢碳化物彩色金相的显示方法。本发明还涉及了该方法专用的电热金相显色装置。

背景技术

电站高温金属部件高温长期运行后，这些部件的金属材料都会发生显微组织的不断老化和宏观性能的逐渐劣化，因而及时准确判断金属材料在高温长时作用下显微组织老化损伤程度，对了解并掌握高温金属部件的质量状况，减少运行过程中材料老化而引起的各类事故，以及提高高温金属部件安全运行的可靠性具有重要的理论价值与实际意义。目前，对回火马氏体钢这类非珠光体钢的组织老化检验与评定，主要依据电力行业推荐标准 DL/T 884-2004《火电厂金属检验与评定技术导则》有关非珠光体钢的组织老化评定方法及非珠光体钢老化组织特征来综合考虑晶内和晶界碳化物变化来评定。

T91钢（中国牌号10Cr9Mo1VNbN，美国ASME SA-213 T91）以其优异的综合性能，成为高Cr电站锅炉管用耐热钢的代表钢种。1995年该钢种就列入中国GB5310《高压锅炉用无缝钢管》标准，成为我国发展超临界发电机组的必选钢种，用于亚临界、超临界电站锅炉过热器（壁温≤625℃）、再热器钢管以及高温机箱和主蒸汽管道（壁温≤600℃）。T91钢的最终热处理为正火加高温回火，这类钢含有大量的合金元素，在正火之后的高温回火中并不发生再结晶而形成铁素体基体，而是以高温回复的板条碎化和亚稳态位错网的形成来释放马氏体相变时的形变储存能。T91钢的典型组织为回火板条马氏体组织，由马氏体板条、高密度的位错和弥散分布的碳氮化物所组成。T91钢中析出沉淀物主要由位于马氏体板条界和原奥氏体晶界的M₂₃C₆（M主要是Cr）型碳化物与弥散分布于板条基体的MX型Nb/V碳氮化物组成。

以T91钢为代表的回火马氏体耐热钢原始组织状态为回火马氏体，金相组织比以往的珠光体耐热钢更细小和复杂，长期高温使用过程中，会出现高温老化，T91钢中的回火马氏体组织发生回复，碳化物颗粒析出发生粗化长大并有晶界聚集长大的倾向，但碳化物析出于原奥氏体晶界或板条界，析出碳化物细小，其中尺寸较大的M₂₃C₆碳化物一般在200～300nm，而MX型碳氮化物的尺寸更小，只有几十纳米，即使发生碳化物的聚集长大，组织老化、粗化后的析出相依然细小。从DL/T 884附录B（规范性附录）的T91钢组织老化评定级别图 (图5a~5d)不难看出，《火电厂金属检验与评定技术导则》所采用的方法不能有效地表现出回火马氏体钢微观组织，尤其是碳化物颗粒的细节，主要问题是回火马氏体钢微观组织以及碳化物颗粒比珠光体钢的组织更细小，传统金相显微组织中碳化物的显示是依靠浸蚀法显示两相之间的相界，浸蚀法显示组织时浸蚀过浅则不易显示相边界，浸蚀过深又容易造成细小相的脱落或相边界模糊，因此，回火马氏体钢传统方法制备的显微组织中碳化物相边界不清晰，碳化物与基体组织间的的衬度太低使得碳化物的鉴别能力有限。

回火马氏体钢传统金相显微组织的显示是依靠浸蚀法，其原理是利用各种组织受浸蚀程度的不同显示成不同的灰度，这种黑白衬度是一种单变量的衬度，往往不够明显，对于那些反光能力只有细微差别的显微组织，在灰度微弱变化的金相上难以区分，甚至被掩盖。而颜色衬度是亮度、色调和颜色饱和度的三变量的衬度。因此通过颜色衬度，对不同的物体具有更高的鉴别能力。热染法是把制备好的钢铁样品放在氧化气氛下加热，使金属表面生成一层干涉氧化膜。其中，氧化速率对成分差别和晶体学位向很敏感，因而试样中不同相由于氧化速率差别而在试样表面沉积了不同厚度的氧化膜，在显微镜照明条件下，可观察到许多不同的着色相。利用光的薄膜干涉效应，使金属及合金的显微组织呈现出不同的颜色，从而通过色彩去识别显微组织的方法称为彩色金相。彩色金相能使黑白金相中一些不易显示的相和组织细节充分显示出来，彩色金相不仅鲜艳、衬度和清晰度高，而且弥补了黑白金相的不足。