P92高壓無縫鋼管端部缺陷分析

摘 要：目前P92材質高壓無縫鋼管廣泛應用于國內超超臨界火電機組的主蒸汽管道及再熱蒸汽管道，該類管道均為大口徑厚壁無縫鋼管經鋼錠穿孔擠壓成型，經磨削或機加工精整內外表面并進行超聲波探傷合格后方可使其安全穩定運行。但由于在鍛造過程中P92鋼管通常存在大量端部缺陷，如果不能及時發現并去除，將會給現場安裝帶來麻煩，甚至會給電廠安全穩定運行帶來隱患。

關鍵詞：超超臨界；P92高壓無縫鋼管；端部缺陷

1 引言

P92鋼是在P91鋼基礎上開發出來的，因此其成分是以9Cr-1Mo為基礎進行調整的，其化學成分（%）為C0.07～0.13，Mn0.3～0.6，P0.020，S0.010，Si0.50，Cr8.5～9.5，W1.50～2.00，Mo0.30～0.60，V0.15～0.25，Nb0.04～0.09，N0.03～0.07，B0.001～0.006，Al0.040，Ni0.40。

2 P92鋼管端部缺陷分析

2.1 P92鋼管端部缺陷產生原因

2.1.1 P92材質高壓無縫鋼管經鋼錠穿孔后熱擠壓成型，用制管的鋼錠芯部可能存在疏松，經垂直穿孔擠壓成型時，此芯部疏松物粘附在管子的端部（后擠壓成型的一端）在鋼管內壁經過磨削或機加工達到尺寸要求后仍不能徹底清除上述缺陷。

2.1.2 鋼錠內部存在氣孔、夾渣類缺陷，穿孔后未能完全去除，在熱擠壓過程中將鋼錠內部該類缺陷縱向拉長在端部形成的片狀缺陷。

2.2 P92鋼管端部缺陷的類型

端部缺陷分為開口于表面和不開口于表面兩大類。開口缺陷通常定義為端部重皮缺陷，不開口類缺陷通常定義為端部夾層缺陷。

2.3 P92鋼管端部缺陷的特點

該類缺陷均位于管子端頭部位（絕大多數集中在后擠壓成型一端），軸向長度約為30mm，夾層缺陷從端面目視不可見，不開口于內壁表面，部分不開口缺陷會在鋼管進行端面機加工或受外力情況下，轉變為開口缺陷。多數存在于靠近內表面0-3mm深度范圍內。如果鋼管端部存缺陷，在坡口焊接時，會出現一側易燒穿，出現翻邊，根部無法融合等現象

2.4 P92鋼管端部缺陷檢測方法

P92大口徑厚壁無縫鋼管在經鋼錠穿孔熱擠壓成型后，形成毛坯管。經過端部切割、內外壁加工等工序后，通過目視外觀檢查、端面滲透探傷以及超聲波檢測以確保鋼管滿足要求。

由于端部重皮缺陷開口于表面，通常通過目視檢查及超聲波探傷基本可以全部發現并去除。但端部夾層缺陷存在一定的隱蔽性，由于存在的位置及不開口于表面，通過外觀目視檢查無法發現該類缺陷，且通過滲透探傷及超聲波探傷也很難發現。在這里重點討論端部夾層缺陷難于檢測的原因及解決辦法。

2.4.1 超聲波檢測無法發現端部夾層缺陷的原因

由于P92鋼管端部夾層缺陷基本與鋼管表面平行，因此在實際探傷時以縱波探傷為主，還增加使用橫波定位旋轉掃查作為一種補充。

（1）超聲波的傳播具有良好的指向性，這是利用超聲波對工件進行檢測的基本理論。衡量指向性的指標為半擴散角的大小，超聲波的能量主要集中在半擴散角？覫以內，半擴散角限制了超聲波的傳播范圍，只有當缺陷位于半擴散角以內的主聲束時，才容易被發現。因此對于鋼管探傷來說，圖中陰影部分區域內的缺陷是縱波探傷無法發現的。

對于圓形晶片探頭：半擴散角=arc Sin1.22·λ/OS對于方形晶片探頭：半擴散角=arc Sinλ/OS

其中OS-晶片直徑；λ-波長。

如使用直徑為16mm，頻率為2.5MHz圓形晶片探頭，對壁厚為100mm的管子做縱波探傷時，其半擴散角約為10.3°，圖中X=tg10.3°≈18.2mm。

盡管該區域在鋼管制作坡口是基本去除，但仍然有一部分沒有去除的部分，依然不能保證該區域內的缺陷被檢測出。

（2）側壁干擾的影響

縱波探傷時，探頭若靠近側壁，經側壁反射的縱波或變形橫波與主聲束的縱波相遇產生干涉現象，對探傷產生不利影響。

因此對于靠近側壁的缺陷，探頭靠近缺陷正對探傷時，缺陷回波低，探頭遠離側壁探傷時缺陷回波高，這個最佳探頭位置總是遠離缺陷。這說明由于側壁干擾的影響，改變了探頭的指向性，缺陷的最高回波不在生束軸線上，這不僅影響了缺陷的定量而且影響了缺陷的定位。

（3）端角反射的影響

超聲波在兩個平面構成的直角內會產生端角反射，在端角反射中，超聲波經歷了兩次反射，如果不考慮變形橫波，二次反射波與入社波互相平行，且α+β=90°。

回波聲壓與入射波聲壓之比，稱為端角反射率?？v波探傷時，端角反射率很低，但在實際探傷中由于入射波與反射波在邊界相互干涉而抵消，因此這時探傷靈敏度很低，可能造成缺陷的漏檢。

（4）缺陷的影響

缺陷的影響因素有：缺陷形狀的影響，缺陷大小的影響，缺陷方向的影響，缺陷位置的影響，缺陷性質的影響等。

其中最典型的是缺陷較小而且距離鋼管內表面較近時，很難通過超聲波檢測檢查出。

3 結束語

P92材質大口徑厚壁無縫鋼管端部夾層缺陷較多，而且極易造成漏檢。通過加工統計發現，端部夾層缺陷漏檢率約在1‰～2‰左右。為進一步降低漏檢率，建議采用如下方法：

3.1 保證P92毛坯管端部切割長度，尤其是后擠壓成型一端切割長度應不小于600mm。

3.2 在P92鋼管坡口加工后，對整個坡口面進行滲透探傷。

參考文獻

[1]楊富，章應霖，任永寧，李為民.新型耐熱鋼焊接[M].中國電力出版社：2006.

[2]李克明，劉德容，張永志，孟傳亨.超聲波探傷[M].中國電力出版社：1980.

作者簡介：滕堯（1981-），男，吉林長春人，助理工程師，本科，從事電站用大口徑厚壁無縫鋼管的設計、加工、檢測工作。