Als zentrales drucktragendes Bauteilmaterial in Kraftwerkskesseln ist die Leistungsfähigkeit vonP92 HochdruckkesselstahlrohreDies wirkt sich unmittelbar auf den sicheren Betrieb und die Energieeffizienz von Ultra-Superkritisch-Anlagen aus. Dieser neue martensitische, hitzebeständige Stahl hat durch Optimierung der Zusammensetzung und Prozessinnovation Durchbrüche in Bezug auf Hochtemperaturfestigkeit, Kriechfestigkeit und Schweißbarkeit erzielt und ist mittlerweile weltweit zu einem wichtigen Werkstoff für Anlagen mit Dampfparametern über 600 °C geworden.
Zunächst zu den Materialeigenschaften und technologischen Innovationen der P92-Hochdruckkesselstahlrohre.
P92-Stahl ist eine verbesserte Stahlsorte auf Basis von P91 mit einem Zusatz von 1,7 % Wolfram und einem reduzierten Molybdängehalt. Seine chemische Zusammensetzung (Cr: 8,5–9,5 %, W: 1,5–2,0 %, Mo: 0,3–0,6 %) führt durch den Synergieeffekt von Mischkristall- und Ausscheidungshärtung zu einer um über 30 % höheren Kriechfestigkeit im Vergleich zu herkömmlichen Stahlsorten. Mikrostrukturell bildet dieser Werkstoff durch kontrollierte Walz- und Abkühlprozesse eine lamellenförmige Martensitmatrix. In Kombination mit der dispersen Verteilung von Carbonitriden des MX-Typs und Laves-Phasen behält er selbst bei 650 °C über 100.000 Stunden eine Kriechfestigkeit von ≥ 100 MPa bei. Besonders hervorzuheben ist die hervorragende Übereinstimmung zwischen dem Wärmeausdehnungskoeffizienten (12,5 × 10⁻⁶/℃) und der Wärmeleitfähigkeit (26 W/m·K), wodurch thermische Spannungsprobleme beim Anfahren und Abfahren der Anlage wirksam gemildert werden.
Zweitens, wichtige Durchbrüche im Produktionsprozess von P92-Hochdruckkesselstahlrohren.
1. Einsatz der EF+LF+VD-Dreifachschmelztechnologie zur Kontrolle des Gasgehalts auf [H]≤1,5ppm und [O]≤20ppm.
2. Erreichen einer präzisen Umformung mit einer Wanddickentoleranz von ±5% durch Verwendung eines Radialschmiedewerks in Verbindung mit einem Dreiwalzen-Kontinuierwalzwerk.
3. Anwendung eines zweistufigen Wärmebehandlungsverfahrens aus Normalisieren (1080℃±10℃) + Anlassen (760℃±15℃).
4. Automatische Ultraschall-Fehlererkennung und Wirbelstromprüfung zur Sicherstellung einer Fehlererkennungsrate von ≥99,5%.
Laut Angaben des Jiangxi-Prüfzentrums erreicht die Bruchlebensdauer von inländisch hergestellten P92-Rohren unter 620 °C/29,4 MPa-Bedingungen 187.000 Stunden und übertrifft damit die ASME-Norm um 40 %. Sechs Jahre Betriebsbeobachtung in einem Demonstrationskraftwerk zeigten eine jährliche Kriechrate von lediglich 0,12 %/kh, weit unter dem zulässigen Auslegungswert.
Drittens ein typisches Anwendungsbeispiel für P92-Hochdruckkesselstahlrohre im Maschinenbau.
Beim Bau einer 1000-MW-Ultra-Supercritical-Anlage in Guangdong zeigten P92-Stahlrohre deutliche Vorteile bei der Verwendung in der Hauptdampfleitung (Auslegungsparameter 31 MPa/605 °C):
- Reduzierung der Wandstärke auf 52 mm (18 % Gewichtsersparnis im Vergleich zur P91-Lösung)
- Das Wärmebehandlungsfenster nach dem Schweißen wurde auf 740-780℃ erweitert.
- Installation vor Ort, Schweißausbeute im ersten Durchgang auf 98,6 % erhöht
Die Daten der Betriebsüberwachung zeigen, dass der thermische Wirkungsgrad der Anlage 45,8 % erreichte, was einer Steigerung von 7,3 Prozentpunkten gegenüber unterkritischen Anlagen entspricht und die CO₂-Emissionen um etwa 120.000 Tonnen pro Jahr reduziert.
Viertens ein Durchbruch in der Schweißtechnologie für P92-Hochdruckkesselstahlrohre.
Um die Schweißschwierigkeiten von P92-Stahl zu beheben, wurden im Inland entwickelte Spezialschweißmaterialien (wie z. B. CHH727-Schweißelektroden) mit einem mehrlagigen Mehrlagenschweißverfahren kombiniert, wodurch die Zähigkeit der Verbindung auf 72 J (-20 °C) erhöht wurde. In einem Schlüsselprojekt wurden folgende Methoden angewendet:
1. Vorheiztemperatur 150-200 °C
2. Zwischendurchgangstemperaturregelung ≤300℃
3. Wasserstoffentfernungsbehandlung nach dem Schweißen bei 250 °C für 2 Stunden
4. Wärmebehandlung nach dem Schweißen bei 760 °C für 4 Stunden. Dies führte zu einem Festigkeitskoeffizienten der Schweißverbindung von 0,92 und einer Härte der Wärmeeinflusszone unter 250 HV10. Darüber hinaus verbesserte die von der Technischen Universität Nanjing entwickelte Laser-Lichtbogen-Hybridschweißtechnologie die Schweißeffizienz um 40 % und reduzierte die Verformung um 60 %.
Fünftens der Aufbau eines Qualitätskontrollsystems für P92-Hochdruckkesselstahlrohre.
Die Branche hat ein durchgängiges Qualitätsüberwachungsnetzwerk aufgebaut, das den gesamten Lebenszyklus von den Rohstoffen bis zum Service abdeckt:
- Rohstoffe: Präzise Steuerung der Nb/Ti-Mikrolegierung (±0,01 %)
- Fertigung: Einsatz von Infrarot-Wärmebildkameras zur Echtzeitüberwachung des Temperaturfelds bei der Wärmebehandlung
- Inspektion: Einführung der Phased-Array-Ultraschallprüfung zur Identifizierung von Defekten mit einer Größe von 0,5 mm.
- Big-Data-Plattform: Integration von 32.000 Datensätzen aus dem Betrieb von 56 Kraftwerken im ganzen Land.
Sechstens, Kosten-Nutzen-Analyse von P92-Hochdruckkesselstahlrohren.
Obwohl die Anschaffungskosten für P92-Material 20-30 % höher sind als für herkömmliche Stahlsorten, ist sein Kostenvorteil über den gesamten Lebenszyklus hinweg erheblich:
1. Durch den erhöhten Auslegungsdruck kann die Wandstärke reduziert werden, wodurch der Materialverbrauch um 15-20 % gesenkt wird.
2. Der Wartungszyklus wurde auf 8 Jahre verlängert (im Vergleich zu 5 Jahren bei herkömmlichen Materialien).
3. Durch die geringere Austauschhäufigkeit werden die Ausfallverluste um ca. 12 Millionen Yuan pro Fall reduziert. Wirtschaftlichkeitsberechnungen eines Kraftwerks zeigen, dass Anlagen mit P92-Rohren im Laufe eines zehnjährigen Betriebszeitraums einen Anstieg des Gesamtertrags um 230 Millionen Yuan verzeichneten.
VII. Zukünftige Entwicklungstrends von P92-Hochdruckkesselstahlrohren
Mit dem Fortschritt der Forschung und Entwicklung im Bereich der 700℃-Ultra-Supercritical-Technologie konzentrieren sich die Verbesserungsrichtungen des Stahls P92 auf folgende Bereiche:
1. Zugabe von 0,003 % B zur Verbesserung der Korngrenzenfestigkeit
2. Entwicklung einer Technologie zur Verstärkung von Y₂O₃-Nanodispersionen
3. Untersuchung der Anwendung additiver Fertigungsverfahren bei unregelmäßig geformten Rohrverbindungsstücken
Vorläufige Forschungsergebnisse des Shanghai Materials Research Institute zeigen, dass die Spannungsbruchzeit von modifiziertem P92 bei 650℃ das 2,3-Fache derjenigen von herkömmlichen Materialien erreichen kann.
Aktuell übersteigt die jährliche Produktionskapazität meines Landes für P92-Hochdruckkesselstahlrohre 80.000 Tonnen. Die Produkte werden in mehr als 20 Länder in Südostasien, dem Nahen Osten und anderen Regionen exportiert. Angetrieben vom Ziel der Klimaneutralität wird dieser Hochleistungswerkstoff auch weiterhin einen wichtigen Beitrag zur Modernisierung der Kohlekraftwerkstechnologie leisten. Seine technologische Entwicklung hat zudem wertvolle Erfahrungen für die Anwendung von Nickelbasislegierungen der nächsten Generation geliefert. Branchenexperten prognostizieren, dass die weltweite Marktnachfrage nach P92-Werkstoffen bis 2030 ein durchschnittliches jährliches Wachstum von 6,5 % verzeichnen wird. Die chinesische Fertigungsindustrie mit ihren Vorteilen entlang der gesamten Wertschöpfungskette dürfte dabei einen Marktanteil von über 40 % erreichen.
Veröffentlichungsdatum: 11. November 2025