劉建杰，儲擁軍，陳俊海，連曉明

(合肥通用機械研究院有限公司，安徽 合肥 230031)

乙烯裂解爐輻射段盤管由爐管和連接爐管及其他部件的管件組成，管件通常包括Y形管、熱電偶基管、扭曲片管、彎頭等。爐管一般選擇離心鑄造高合金25Cr35NiNb+MA、35Cr45NiNb+MA、20Cr32NiNb材料；管件一般選擇與爐管相同的材質(zhì)。由于管件結(jié)構(gòu)的復雜性，無法通過離心鑄造完成，因此普遍采用靜態(tài)鑄造的方式制造。國內(nèi)一般訂貨技術(shù)條件對靜態(tài)鑄造管件的RT檢測要求是：1)對于靜態(tài)鑄造管件母材，檢測對象為每一砂型澆鑄的第一個管件，按照GB/T 5677—2007《鑄鋼件射線照相檢測》的規(guī)定進行，合格等級為Ⅱ級；2)對于焊接坡口和焊接接頭，檢測對象為所有管件的焊接坡口及所有預留現(xiàn)場焊接的坡口外加長13 mm的區(qū)域以及所有對接接頭焊縫，按照NB/T 47013.2—2015《承壓設(shè)備無損檢測 第2部分：射線檢測》的規(guī)定進行，技術(shù)等級不得低于AB級，質(zhì)量等級Ⅱ級為合格，且一次性Ⅰ級片率應大于98%。

某石化企業(yè)按照上述要求對裂解爐爐管出口與廢熱鍋爐對接的焊縫進行RT檢測時發(fā)現(xiàn)，焊縫質(zhì)量合格，但靜態(tài)鑄造管件母材距離焊縫100 mm內(nèi)有黑色影像顯示，RT底片如圖1所示。此靜態(tài)鑄造管件材料為HP Low C，屬于低碳的高合金25Cr35NiNb+MA材料。

為判斷上述黑色影像顯示是否屬于制造缺陷，首先對現(xiàn)場提供的RT檢測出現(xiàn)黑色影像顯示的靜態(tài)鑄造管件進行復驗，如確有黑色影像顯示，則對其解剖并通過PT檢測觀察是否有缺陷。同時為驗證黑色影像區(qū)域是否存在超出PT檢測極限的較小尺寸的缺陷，對試件進行光學金相和電子金相觀察。

圖1 靜態(tài)鑄造管件母材RT檢測黑色影像顯示

1 試驗材料及方法

1.1 試驗材料

試驗材料為某石化企業(yè)提供的現(xiàn)場RT檢測出現(xiàn)黑色影像顯示的靜態(tài)鑄造熱電偶基管，其材質(zhì)、規(guī)格等信息見表1。HP Low C材質(zhì)熱電偶基管主要元素的化學成分見表2。

表1 熱電偶基管基本信息

表2 HP Low C材質(zhì)熱電偶基管主要元素化學成分 w,%

1.2 試驗方法

1.2.1RT檢測

射線源為X射線，透照方式分別采用雙壁雙影、雙壁單影2種方式，像質(zhì)計為FeII，焦點尺寸2.5 mm×2.5 mm，增感方式選擇鉛屏(前后0.03 mm)背面加鉛板屏蔽散射，透照次數(shù)為6次，焦距300 mm，片長80 mm×180 mm，底片黑度要求為2.0～4.0，選擇手工沖洗的方式進行暗室處理。

1.2.2PT檢測

對RT檢測有黑色影像部位進行解剖，根據(jù)黑色影像的形態(tài)，選擇以橫截面或縱截面為觀察面進行PT檢測，具體的選擇原則為：當黑色影像長軸方向主要平行于管件軸向時，選擇橫截面為觀察面，橫截面橫穿黑色影像區(qū)域，間距5 mm；當黑色影像長軸方向主要垂直于管件軸向時，選擇縱截面為觀察面，縱截面橫穿黑色影像區(qū)域，間距5 mm。

1.2.3金相觀察

對RT檢測有黑色影像顯示的部位進行解剖，分別以橫截面和縱截面為觀察面，進行光學金相和電子金相觀察試驗，觀察黑色影像顯示部位和其他未出現(xiàn)黑色影像的部分微觀組織、碳化物等的差異。

1.2.4晶粒度評定

對RT檢測有黑色影像顯示的部位和未出現(xiàn)黑色影像顯示的部位進行奧氏體晶粒度評定，比較不同部位晶粒尺寸。

2 實驗結(jié)果與討論

2.1 試驗結(jié)果

2.1.1RT檢測

檢測部位為熱電偶基管坡口端，見圖2。先采用雙壁單影法透照一組(6張)，見圖3；再采用單壁單影法進行透照一組(6張)，見圖4。

RT檢測6張底片結(jié)果見表3。由表3可見，6張底片均有黑色影像顯示，長度10～60 mm不等。

圖2 RT檢測部位示意

圖3 雙壁單影像法示意

圖4 單壁單影像法示意

試樣編號底片編號檢測結(jié)果/mm1號0-1黑色影像顯示,長151-2黑色影像顯示,長202-3黑色影像顯示,長303-4黑色影像顯示,長10～304-5黑色影像顯示,長605-0黑色影像顯示,長20～30

2.1.2PT檢測

對RT檢測有黑色影像部位進行解剖，以橫截面為觀察面進行PT檢測。在此區(qū)域內(nèi)沿軸向每間隔10 mm截取環(huán)狀試樣，共取8件，檢測結(jié)果如圖5所示。由圖5可見，8件試樣PT檢測均未發(fā)現(xiàn)超標缺陷。

圖5 PT檢測結(jié)果

2.1.3金相觀察/晶粒度評定

為驗證RT檢測黑色影像區(qū)域是否存在超出PT檢測極限的較小尺寸的缺陷，在此區(qū)域內(nèi)切割4件塊狀試樣，對試樣橫截面進行光學金相和電子金相觀察試驗和晶粒度評定，4件試樣金相照片結(jié)果如圖6～圖9所示。由圖6～圖9可見，試樣組織為奧氏體+晶界碳化物，奧氏體晶粒度約為2.5級，取樣部位均未觀察到裂紋等缺陷。

圖6 1號試樣光學和電子金相照片

2.2 討論

解剖后的PT檢測和金相觀察等試驗結(jié)果表明：RT檢測黑色影像區(qū)域未觀察到宏觀缺陷，即RT檢測黑色影像顯示為非缺陷類顯示。下面就非缺陷類顯示形成原因和消除方法進行討論。

圖7 2號試樣光學和電子金相照片

圖8 3號試樣光學和電子金相照片

圖9 4號試樣光學和電子金相照片

1) 形成原因。

根據(jù)晶體學布拉格方程：

2dsinθ=nλ

式中：d——晶體晶格間距；

θ——入射X射線與晶面的夾角，即布拉格角；

n——正整數(shù)；

λ——入射X射線波長。

當X射線以布拉格角θ入射到某晶體晶格間距為d的晶面上時，在符合布拉格方程的條件下，反射方向上會得到因疊加而加強的衍射線，形成衍射斑紋【1-7】。HP Low C材質(zhì)的靜態(tài)鑄造管件晶粒度約2.5級， 晶粒粗大， 且奧氏體晶粒結(jié)構(gòu)復雜，不同部位往往存在不同結(jié)晶方向。在RT檢測過程中， 當入射X射線穿過奧氏體晶粒時， X射線入射角與靜態(tài)鑄造管件奧氏體結(jié)晶方向、晶粒大小、晶格間距等滿足布拉格方程時，就會產(chǎn)生衍射，在底片上形成衍射斑紋。后續(xù)RT檢測過程中，該石化企業(yè)反饋，在改變?nèi)肷浣嵌群蜕渚€能量后，底片上的黑色影像顯示有較大幅度的減輕，間接說明了底片上的黑色影像顯示可能為衍射斑紋。

2) 消除非缺陷類顯示方法。

根據(jù)布拉格方程，在RT檢測對象確定的情況下，改變?nèi)肷鋁射線布拉格角和波長均會顯著影響衍射的發(fā)生。因此，改變?nèi)肷鋁射線角度和射線能量，并反復核對，可減少甚至消除衍射引起的非缺陷類顯示【8】。此外，有實驗表明，在底片上方增加鉛箔增感屏，可以過濾較低能量的散射線，使底片上影像對比度提高，更加清晰，也可在一定程度上減少非缺陷類顯示。

3 結(jié)語

對乙烯裂解爐高合金靜態(tài)鑄造管件RT檢測黑色影像區(qū)域進行解剖，開展PT檢測、光學金相/電子金相觀察和晶粒度評定試驗，結(jié)果表明，該區(qū)域并未發(fā)現(xiàn)缺陷顯示。經(jīng)分析，高合金靜態(tài)鑄造HP Low C材質(zhì)管件RT檢測黑色影像可能屬于奧氏體晶間衍射產(chǎn)生的非缺陷類影像顯示。改變?nèi)肷鋁射線角度和射線能量，可減少甚至消除衍射引起的非缺陷類顯示。此外，在底片上方增加鉛箔增感屏，可以過濾較低能量的散射線，提高影像對比度，也可在一定程度上減少非缺陷類顯示。