Como material componente principal sometido a presión en las calderas de las centrales eléctricas, el rendimiento deTubos de acero para calderas de alta presión P92Influye directamente en la seguridad operativa y la eficiencia energética de las unidades ultra-supercríticas. Este nuevo tipo de acero martensítico resistente al calor ha logrado avances significativos en resistencia a altas temperaturas, resistencia a la fluencia y soldabilidad gracias a la optimización de su composición y la innovación de sus procesos, convirtiéndose en una opción clave para las unidades con parámetros de vapor superiores a 600 °C en todo el mundo.
En primer lugar, las características materiales y las innovaciones tecnológicas de los tubos de acero para calderas de alta presión P92.
El acero P92 es una versión mejorada del P91, con la adición de un 1,7 % de tungsteno y una reducción en el 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 aceros tradicionales, gracias al efecto sinérgico del fortalecimiento por solución sólida y el fortalecimiento por precipitación. En cuanto a su microestructura, este material, mediante procesos controlados de laminación y enfriamiento, forma una matriz martensítica acicular. Combinado con la distribución dispersa de carbonitruros de tipo MX y fases de Laves, mantiene una resistencia a la fluencia ≥100 MPa durante 100 000 horas, incluso a 650 °C. Es particularmente destacable la excelente correspondencia entre su coeficiente de expansión térmica (12,5 × 10⁻⁶/℃) y su conductividad térmica (26 W/m·K), lo que mitiga eficazmente los problemas de estrés térmico durante el arranque y la parada de la unidad.
En segundo lugar, avances clave en el proceso de producción de tubos de acero para calderas de alta presión P92.
1. Emplear 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 doble de normalización (1080℃±10℃) + revenido (760℃±15℃).
4. Detección automática de defectos por ultrasonidos y pruebas de corrientes de Foucault para garantizar una tasa de detección de defectos ≥99,5%.
Según datos del Centro de Pruebas de Jiangxi, la vida útil a fractura de los tubos P92 de fabricación nacional, bajo condiciones de 620 °C/29,4 MPa, alcanza las 187 000 horas, superando en un 40 % el requisito de la norma ASME. Seis años de seguimiento operativo 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 admisible en el diseño.
En tercer lugar, un caso típico de aplicación de ingeniería de tuberías de acero para calderas de alta presión P92.
En la construcción de una unidad ultra-supercrítica de 1000 MW en Guangdong, las tuberías de acero P92 mostraron ventajas significativas cuando se utilizaron en la tubería principal de vapor (parámetros de diseño 31 MPa/605 ℃):
- Espesor de pared reducido a 52 mm (18 % de reducción de peso en comparación con la solución P91)
- El rango de temperatura para el tratamiento térmico posterior a la soldadura se amplió a 740-780 ℃
- Instalación in situ, el rendimiento de la primera pasada de soldadura aumentó al 98,6%.
Los datos de monitoreo operativo 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.
Cuarto, un avance en la tecnología de soldadura para tuberías de acero de 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 °C durante 2 horas
4. Tratamiento térmico posterior a la soldadura a 760 °C durante 4 horas. Esto dio como resultado un coeficiente de resistencia de la unión soldada de 0,92 y una dureza en la zona afectada por el calor inferior a 250 HV10. Además, la tecnología de soldadura híbrida láser-arco desarrollada por la Universidad Tecnológica de Nanjing mejoró aún más la eficiencia de la soldadura en un 40 % y redujo la deformación en un 60 %.
Quinto, 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 control de calidad de ciclo completo, desde las materias primas hasta el servicio:
- Materias primas: Implementación de un control preciso de la microaleación Nb/Ti (±0,01%)
- Fabricación: Uso de cámaras termográficas infrarrojas para monitorizar en tiempo real el campo de temperatura del tratamiento térmico.
- Inspección: Introducción de pruebas ultrasónicas de matriz en fase para identificar defectos equivalentes a 0,5 mm
- Plataforma de macrodatos: Integración de 32.000 conjuntos de datos operativos de 56 centrales eléctricas a nivel nacional.
Sexto, análisis de costo-beneficio de las tuberías de acero para calderas de alta presión P92.
Si bien el costo inicial del material P92 es entre un 20 y un 30 % superior al de los aceros 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, disminuyendo el uso de material en un 15-20%.
2. El ciclo de mantenimiento se extendió a 8 años (en comparación con los 5 años de los materiales convencionales).
3. La menor frecuencia de reemplazo reduce las pérdidas por tiempo de inactividad en aproximadamente 12 millones de yuanes por incidente. Los cálculos económicos de una central eléctrica muestran que las unidades que utilizan tuberías P92 experimentaron un aumento en los ingresos totales de 230 millones de yuanes durante un período operativo de 10 años.
VII. Tendencias de desarrollo futuro de los tubos de acero para calderas de alta presión P92
Con el avance de la investigación y el desarrollo de la tecnología ultra-supercrítica de 700 ℃, las líneas de mejora del acero P92 se centran en:
1. Agregar un 0,003 % de B para mejorar la resistencia de los límites de grano
2. Desarrollo de la tecnología de fortalecimiento por dispersión de Y₂O₃ a nanoescala
3. Exploración de la aplicación de la fabricación aditiva en accesorios de tubería de forma irregular.
Los datos preliminares de investigación 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 para calderas de alta presión P92 de 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 la «doble huella de carbono», este material de alto rendimiento seguirá siendo fundamental para la modernización de la tecnología de generación de energía con carbón limpio, y su evolución tecnológica ha aportado 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 industria manufacturera china, gracias a las ventajas de su completa cadena de valor, ocupe más del 40 % de la cuota de mercado.
Fecha de publicación: 11 de noviembre de 2025