P92高压无缝钢管端部缺陷分析

摘 要：目前P92材质高压无缝钢管广泛应用于国内超超临界火电机组的主蒸汽管道及再热蒸汽管道，该类管道均为大口径厚壁无缝钢管经钢锭穿孔挤压成型，经磨削或机加工精整内外表面并进行超声波探伤合格后方可使其安全稳定运行。但由于在锻造过程中P92钢管通常存在大量端部缺陷，如果不能及时发现并去除，将会给现场安装带来麻烦，甚至会给电厂安全稳定运行带来隐患。

关键词：超超临界；P92高压无缝钢管；端部缺陷

1 引言

P92钢是在P91钢基础上开发出来的，因此其成分是以9Cr-1Mo为基础进行调整的，其化学成分（%）为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钢管端部缺陷分析

2.1 P92钢管端部缺陷产生原因

2.1.1 P92材质高压无缝钢管经钢锭穿孔后热挤压成型，用制管的钢锭芯部可能存在疏松，经垂直穿孔挤压成型时，此芯部疏松物粘附在管子的端部（后挤压成型的一端）在钢管内壁经过磨削或机加工达到尺寸要求后仍不能彻底清除上述缺陷。

2.1.2 钢锭内部存在气孔、夹渣类缺陷，穿孔后未能完全去除，在热挤压过程中将钢锭内部该类缺陷纵向拉长在端部形成的片状缺陷。

2.2 P92钢管端部缺陷的类型

端部缺陷分为开口于表面和不开口于表面两大类。开口缺陷通常定义为端部重皮缺陷，不开口类缺陷通常定义为端部夹层缺陷。

2.3 P92钢管端部缺陷的特点

该类缺陷均位于管子端头部位（绝大多数集中在后挤压成型一端），轴向长度约为30mm，夹层缺陷从端面目视不可见，不开口于内壁表面，部分不开口缺陷会在钢管进行端面机加工或受外力情况下，转变为开口缺陷。多数存在于靠近内表面0-3mm深度范围内。如果钢管端部存缺陷，在坡口焊接时，会出现一侧易烧穿，出现翻边，根部无法融合等现象

2.4 P92钢管端部缺陷检测方法

P92大口径厚壁无缝钢管在经钢锭穿孔热挤压成型后，形成毛坯管。经过端部切割、内外壁加工等工序后，通过目视外观检查、端面渗透探伤以及超声波检测以确保钢管满足要求。

由于端部重皮缺陷开口于表面，通常通过目视检查及超声波探伤基本可以全部发现并去除。但端部夹层缺陷存在一定的隐蔽性，由于存在的位置及不开口于表面，通过外观目视检查无法发现该类缺陷，且通过渗透探伤及超声波探伤也很难发现。在这里重点讨论端部夹层缺陷难于检测的原因及解决办法。

2.4.1 超声波检测无法发现端部夹层缺陷的原因

由于P92钢管端部夹层缺陷基本与钢管表面平行，因此在实际探伤时以纵波探伤为主，还增加使用横波定位旋转扫查作为一种补充。

（1）超声波的传播具有良好的指向性，这是利用超声波对工件进行检测的基本理论。衡量指向性的指标为半扩散角的大小，超声波的能量主要集中在半扩散角？覫以内，半扩散角限制了超声波的传播范围，只有当缺陷位于半扩散角以内的主声束时，才容易被发现。因此对于钢管探伤来说，图中阴影部分区域内的缺陷是纵波探伤无法发现的。

对于圆形晶片探头：半扩散角=arc Sin1.22·λ/OS对于方形晶片探头：半扩散角=arc Sinλ/OS

其中OS-晶片直径；λ-波长。

如使用直径为16mm，频率为2.5MHz圆形晶片探头，对壁厚为100mm的管子做纵波探伤时，其半扩散角约为10.3°，图中X=tg10.3°≈18.2mm。

尽管该区域在钢管制作坡口是基本去除，但仍然有一部分没有去除的部分，依然不能保证该区域内的缺陷被检测出。

（2）侧壁干扰的影响

纵波探伤时，探头若靠近侧壁，经侧壁反射的纵波或变形横波与主声束的纵波相遇产生干涉现象，对探伤产生不利影响。

因此对于靠近侧壁的缺陷，探头靠近缺陷正对探伤时，缺陷回波低，探头远离侧壁探伤时缺陷回波高，这个最佳探头位置总是远离缺陷。这说明由于侧壁干扰的影响，改变了探头的指向性，缺陷的最高回波不在生束轴线上，这不仅影响了缺陷的定量而且影响了缺陷的定位。

（3）端角反射的影响

超声波在两个平面构成的直角内会产生端角反射，在端角反射中，超声波经历了两次反射，如果不考虑变形横波，二次反射波与入社波互相平行，且α+β=90°。

回波声压与入射波声压之比，称为端角反射率。纵波探伤时，端角反射率很低，但在实际探伤中由于入射波与反射波在边界相互干涉而抵消，因此这时探伤灵敏度很低，可能造成缺陷的漏检。

（4）缺陷的影响

缺陷的影响因素有：缺陷形状的影响，缺陷大小的影响，缺陷方向的影响，缺陷位置的影响，缺陷性质的影响等。

其中最典型的是缺陷较小而且距离钢管内表面较近时，很难通过超声波检测检查出。

3 结束语

P92材质大口径厚壁无缝钢管端部夹层缺陷较多，而且极易造成漏检。通过加工统计发现，端部夹层缺陷漏检率约在1‰～2‰左右。为进一步降低漏检率，建议采用如下方法：

3.1 保证P92毛坯管端部切割长度，尤其是后挤压成型一端切割长度应不小于600mm。

3.2 在P92钢管坡口加工后，对整个坡口面进行渗透探伤。

参考文献

[1]杨富，章应霖，任永宁，李为民.新型耐热钢焊接[M].中国电力出版社：2006.

[2]李克明，刘德容，张永志，孟传亨.超声波探伤[M].中国电力出版社：1980.

作者简介：滕尧（1981-），男，吉林长春人，助理工程师，本科，从事电站用大口径厚壁无缝钢管的设计、加工、检测工作。