Como material de componente central que soporta presión en calderas de centrales eléctricas, el rendimiento deTubos de acero para calderas de alta presión P92Afecta directamente la seguridad operativa y la eficiencia energética de las unidades ultrasupercríticas. Este nuevo tipo de acero martensítico resistente al calor ha logrado avances en resistencia a altas temperaturas, resistencia a la fluencia y soldabilidad gracias a la optimización de la composición y la innovación de procesos, y se ha convertido en un material clave para unidades con parámetros de vapor superiores a 600 °C en todo el mundo.
En primer lugar, las características del material y las innovaciones tecnológicas de los tubos de acero para calderas de alta presión P92.
El acero P92 es un grado de acero mejorado basado en el P91 con la adición de un 1,7 % de tungsteno y una reducción del contenido de molibdeno. Su composición química (Cr: 8,5-9,5 %, W: 1,5-2,0 %, Mo: 0,3-0,6 %) logra un aumento de la resistencia a la fluencia superior al 30 % en comparación con los grados de acero tradicionales, gracias al efecto sinérgico del reforzamiento por solución sólida y el reforzamiento por precipitación. En cuanto a su microestructura, este material, mediante procesos controlados de laminación y enfriamiento, forma una matriz martensítica en láminas. Combinado con la distribución dispersa de carbonitruros tipo MX y fases Laves, mantiene una resistencia a la fluencia ≥100 MPa durante 100 000 horas, incluso a 650 °C. Cabe destacar especialmente la excelente correspondencia entre su coeficiente de expansión térmica (12,5 × 10⁻⁶/℃) y su conductividad térmica (26 W/m·K), mitigando eficazmente los problemas de estrés térmico durante el arranque y apagado de la unidad.
En segundo lugar, avances clave en el proceso de producción de tubos de acero para calderas de alta presión P92.
1. Utilizando la tecnología de triple fundición EF+LF+VD para controlar el contenido de gas a [H]≤1,5 ppm y [O]≤20 ppm.
2. Lograr un conformado de precisión con una tolerancia de espesor de pared de ±5% utilizando un laminador de forja radial junto con un laminador continuo de tres rodillos.
3. Utilizando un proceso de tratamiento térmico dual de normalización (1080℃±10℃) + templado (760℃±15℃).
4. Detección automática de fallas por ultrasonidos y pruebas de corrientes parásitas para garantizar una tasa de detección de defectos ≥99,5%.
Según datos del Centro de Pruebas de Jiangxi, la vida útil a la fractura de los tubos P92 de fabricación nacional a 620 °C/29,4 MPa alcanza las 187 000 horas, superando en un 40 % el requisito de la norma ASME. Seis años de seguimiento de la operación en una central eléctrica de demostración mostraron que su tasa de fluencia anual fue de tan solo el 0,12 %/kh, muy por debajo del valor de diseño admisible.
En tercer lugar, un caso típico de aplicación de ingeniería de tubos de acero para calderas de alta presión P92.
En la construcción de una unidad ultrasupercrítica de 1000 MW en Guangdong, las tuberías de acero P92 mostraron ventajas significativas cuando se utilizaron en la tubería de vapor principal (parámetros de diseño 31 MPa/605 ℃):
- Espesor de pared reducido a 52 mm (reducción de peso del 18 % en comparación con la solución P91)
- La ventana de tratamiento térmico posterior a la soldadura se amplió a 740-780 ℃
- Instalación en sitio, el rendimiento de la primera pasada de soldadura aumentó al 98,6 %
Los datos de monitoreo operacional muestran que la eficiencia térmica de la unidad alcanzó el 45,8%, un aumento de 7,3 puntos porcentuales en comparación con las unidades subcríticas, reduciendo las emisiones de CO₂ en aproximadamente 120.000 toneladas anuales.
En cuarto lugar, un gran avance en la tecnología de soldadura para tubos de acero para calderas de alta presión P92.
Para abordar las dificultades de soldadura del acero P92, se combinaron materiales de soldadura especiales de desarrollo nacional (como los electrodos de soldadura CHH727) con un proceso de soldadura multicapa y multipaso, lo que aumentó la tenacidad de la unión a 72 J (-20 °C). Un proyecto clave adoptó los siguientes métodos:
1. Temperatura de precalentamiento 150-200℃
2. Control de temperatura entre pasadas ≤300 ℃
3. Tratamiento de eliminación de hidrógeno posterior a la soldadura a 250 ℃ durante 2 horas.
4. Tratamiento térmico posterior a la soldadura a 760 °C durante 4 horas. Esto resultó en un coeficiente de resistencia de la unión soldada de 0,92 y una dureza de la zona afectada por el calor controlada por debajo de 250 HV10. Además, la tecnología de soldadura híbrida láser-arco, desarrollada por la Universidad Tecnológica de Nanjing, mejoró la eficiencia de la soldadura en un 40 % y redujo la deformación en un 60 %.
En quinto lugar, la construcción de un sistema de control de calidad para tuberías de acero para calderas de alta presión P92.
La industria ha establecido una red de monitoreo de calidad de ciclo completo desde las materias primas hasta el servicio:
- Materias primas: Implementación de un control preciso de la microaleación de Nb/Ti (±0,01%)
- Fabricación: Uso de cámaras termográficas infrarrojas para monitorear el campo de temperatura del tratamiento térmico en tiempo real
- Inspección: Introducción de pruebas ultrasónicas de matriz en fase para identificar defectos equivalentes a 0,5 mm
- Plataforma de big data: Integración de 32.000 conjuntos de datos operativos de 56 centrales eléctricas en todo el país.
Sexto, análisis costo-beneficio de las tuberías de acero para calderas de alta presión P92.
Aunque el costo inicial del material P92 es entre un 20 y un 30 % más alto que el de los grados de acero tradicionales, su ventaja en el costo del ciclo de vida es significativa:
1. El aumento de la presión de diseño permite reducir el espesor de la pared, lo que reduce el uso de material entre un 15 y un 20 %.
2. Ciclo de mantenimiento ampliado a 8 años (frente a los 5 años de los materiales convencionales).
3. La reducción de la frecuencia de reemplazo reduce las pérdidas por inactividad en aproximadamente 12 millones de yuanes por unidad. Los cálculos económicos de una central eléctrica muestran que las unidades que utilizan tuberías P92 experimentaron un aumento de 230 millones de yuanes en sus ingresos totales durante un período de operación de 10 años.
VII. Tendencias futuras de desarrollo de tubos de acero para calderas de alta presión P92
Con el avance de la investigación y el desarrollo de la tecnología ultrasupercrítica de 700 ℃, las direcciones de mejora del acero P92 se concentran en:
1. Adición de 0,003 % B para mejorar la resistencia del límite de grano.
2. Desarrollo de tecnología de fortalecimiento de la dispersión de Y₂O₃ a escala nanométrica
3. Exploración de la aplicación de la fabricación aditiva en accesorios de tubería de formas irregulares
Los datos de investigación preliminares del Instituto de Investigación de Materiales de Shanghai muestran que el tiempo de fractura por tensión del P92 modificado a 650 ℃ puede alcanzar 2,3 veces el de los materiales tradicionales.
Actualmente, la capacidad de producción anual de tubos de acero P92 para calderas de alta presión en mi país supera las 80.000 toneladas, y los productos se exportan a más de 20 países del Sudeste Asiático, Oriente Medio y otras regiones. Impulsado por el objetivo de "carbono dual", este material de alto rendimiento seguirá siendo clave para la modernización de la tecnología de energía limpia a carbón, y su trayectoria de evolución tecnológica también ha acumulado una valiosa experiencia para la aplicación de aleaciones de níquel de última generación. Los expertos del sector prevén que, para 2030, la demanda mundial de materiales P92 mantendrá una tasa de crecimiento anual promedio del 6,5 %, y se espera que la fabricación china, con sus ventajas en toda la cadena industrial, ocupe más del 40 % de la cuota de mercado.
Hora de publicación: 11 de noviembre de 2025