En tant que matériau de base résistant à la pression dans les chaudières des centrales électriques, les performances deTubes en acier pour chaudière haute pression P92Ce nouveau type d'acier martensitique réfractaire a un impact direct sur la sécurité de fonctionnement et l'efficacité énergétique des unités ultra-supercritiques. Grâce à l'optimisation de sa composition et à l'innovation de son procédé de fabrication, il a permis des avancées majeures en matière de résistance à haute température, de résistance au fluage et de soudabilité, et est devenu un matériau de choix pour les unités fonctionnant à des températures supérieures à 600 °C dans le monde entier.
Tout d’abord, les caractéristiques matérielles et les innovations technologiques des tubes en acier pour chaudières haute pression P92.
L'acier P92 est une nuance d'acier améliorée, dérivée du P91, à laquelle on a ajouté 1,7 % de tungstène et réduit la teneur en molybdène. Sa composition chimique (Cr : 8,5-9,5 %, W : 1,5-2,0 %, Mo : 0,3-0,6 %) lui confère une résistance au fluage supérieure de plus de 30 % à celle des aciers traditionnels, grâce à l'effet synergique du renforcement par solution solide et du renforcement par précipitation. Du point de vue de sa microstructure, ce matériau, obtenu par des procédés de laminage et de refroidissement contrôlés, présente une matrice martensitique en lattes. Associée à une distribution dispersée de carbonitrures de type MX et de phases de Laves, elle lui permet de conserver une résistance au fluage supérieure ou égale à 100 MPa pendant 100 000 heures, même à 650 °C. Il convient de souligner l'excellente correspondance entre son coefficient de dilatation thermique (12,5 × 10⁻⁶/℃) et sa conductivité thermique (26 W/m·K), atténuant efficacement les problèmes de contrainte thermique lors du démarrage et de l'arrêt de l'unité.
Deuxièmement, des avancées majeures dans le processus de production des tubes en acier pour chaudières haute pression P92.
1. Utilisation de la technologie de triple fusion EF+LF+VD pour contrôler la teneur en gaz à [H]≤1,5 ppm et [O]≤20 ppm.
2. Obtention d'un formage de précision avec une tolérance d'épaisseur de paroi de ±5 % en utilisant un laminoir à forge radial en conjonction avec un laminoir continu à trois rouleaux.
3. Utilisation d'un double procédé de traitement thermique de normalisation (1080℃±10℃) + revenu (760℃±15℃).
4. Détection automatique des défauts par ultrasons et contrôle par courants de Foucault pour garantir un taux de détection des défauts ≥99,5%.
D'après les données du Centre d'essais du Jiangxi, la durée de vie à la rupture des tubes P92 de fabrication locale, sous une pression de 620 °C et une pression de 29,4 MPa, atteint 187 000 heures, soit 40 % de plus que les exigences de la norme ASME. Un suivi de six années d'exploitation dans une centrale électrique de démonstration a montré que son taux de fluage annuel n'était que de 0,12 %/kh, largement inférieur à la valeur admissible.
Troisièmement, un cas d'application technique typique des tubes en acier P92 pour chaudières haute pression.
Lors de la construction d'une unité ultra-supercritique de 1000 MW dans le Guangdong, les tuyaux en acier P92 ont montré des avantages significatifs lorsqu'ils ont été utilisés dans la conduite de vapeur principale (paramètres de conception 31 MPa/605 ℃) :
- Épaisseur de paroi réduite à 52 mm (réduction de poids de 18 % par rapport à la solution P91)
- La plage de températures pour le traitement thermique après soudage a été élargie à 740-780 °C.
- Lors de l'installation sur site, le rendement de la première passe de soudage a augmenté à 98,6 %.
Les données de surveillance opérationnelle montrent que l'efficacité thermique de l'unité a atteint 45,8 %, soit une augmentation de 7,3 points de pourcentage par rapport aux unités sous-critiques, réduisant les émissions de CO₂ d'environ 120 000 tonnes par an.
Quatrièmement, une avancée majeure dans la technologie de soudage des tubes en acier P92 pour chaudières haute pression.
Pour pallier les difficultés de soudage de l'acier P92, des matériaux de soudage spéciaux développés localement (tels que les électrodes de soudage CHH727) ont été associés à un procédé de soudage multicouche et multipasse, permettant d'accroître la ténacité du joint à 72 J (-20 °C). Un projet clé a mis en œuvre les méthodes suivantes :
1. Température de préchauffage : 150-200 °C
2. Contrôle de la température interpasse ≤ 300 °C
3. Traitement d'élimination de l'hydrogène après soudage à 250 °C pendant 2 heures
4. Traitement thermique après soudage à 760 °C pendant 4 heures. Ce traitement a permis d'obtenir un coefficient de résistance du joint soudé de 0,92 et une dureté de la zone affectée thermiquement inférieure à 250 HV10. De plus, la technologie de soudage hybride laser-arc développée par l'Université de technologie de Nanjing a permis d'améliorer l'efficacité du soudage de 40 % et de réduire la déformation de 60 %.
Cinquièmement, la mise en place d'un système de contrôle de la qualité pour les tubes en acier haute pression pour chaudières P92.
L'industrie a mis en place un réseau de contrôle qualité complet, depuis les matières premières jusqu'au service après-vente :
- Matières premières : Mise en œuvre d'un contrôle précis du microalliage Nb/Ti (±0,01 %)
- Fabrication : Utilisation de caméras thermiques infrarouges pour surveiller en temps réel le champ de température du traitement thermique
- Inspection : Introduction du contrôle par ultrasons multiéléments pour identifier les défauts équivalents à 0,5 mm
- Plateforme de mégadonnées : Intégration de 32 000 ensembles de données d'exploitation provenant de 56 centrales électriques à l'échelle nationale.
Sixièmement, analyse coûts-avantages des tuyaux en acier pour chaudières haute pression P92.
Bien que le coût initial du matériau P92 soit de 20 à 30 % plus élevé que celui des aciers traditionnels, son avantage en termes de coût sur l'ensemble du cycle de vie est significatif :
1. Une pression de conception accrue permet de réduire l'épaisseur de la paroi, ce qui diminue la consommation de matériaux de 15 à 20 %.
2. Cycle de maintenance étendu à 8 ans (contre 5 ans pour les matériaux conventionnels).
3. La réduction de la fréquence de remplacement diminue les pertes dues aux temps d'arrêt d'environ 12 millions de yuans par intervention. Des calculs économiques effectués sur une centrale électrique montrent que les unités utilisant des tubes P92 ont enregistré une augmentation de leur chiffre d'affaires global de 230 millions de yuans sur une période d'exploitation de 10 ans.
VII. Tendances futures de développement des tubes en acier pour chaudières haute pression P92
Avec les progrès de la recherche et du développement des technologies ultra-supercritiques à 700 °C, les axes d'amélioration de l'acier P92 se concentrent sur :
1. Ajout de 0,003 % de bore pour améliorer la résistance des joints de grains
2. Développement d'une technologie de renforcement par dispersion de Y₂O₃ à l'échelle nanométrique
3. Exploration de l'application de la fabrication additive aux raccords de tuyauterie de formes irrégulières
Les données préliminaires de recherche de l'Institut de recherche sur les matériaux de Shanghai montrent que le temps de rupture sous contrainte du P92 modifié à 650 °C peut atteindre 2,3 fois celui des matériaux traditionnels.
Actuellement, la capacité de production annuelle de mon pays pour les tubes en acier P92 destinés aux chaudières haute pression dépasse 80 000 tonnes, et ces produits sont exportés vers plus de 20 pays d’Asie du Sud-Est, du Moyen-Orient et d’autres régions. Porté par l’objectif du « double carbone », ce matériau haute performance continuera de jouer un rôle essentiel dans la modernisation des centrales à charbon propres, et son évolution technologique a également permis d’acquérir une précieuse expérience pour l’application des alliages à base de nickel de nouvelle génération. Les experts du secteur prévoient que d’ici 2030, la demande mondiale de matériaux P92 maintiendra un taux de croissance annuel moyen de 6,5 %, et que la production chinoise, grâce à sa chaîne de valeur intégrée, devrait représenter plus de 40 % des parts de marché.
Date de publication : 11 novembre 2025