Come materiale componente portante la pressione centrale nelle caldaie delle centrali elettriche, le prestazioni diTubi in acciaio per caldaie ad alta pressione P92Influisce direttamente sulla sicurezza operativa e sull'efficienza energetica delle unità ultra-supercritiche. Questo nuovo tipo di acciaio martensitico resistente al calore ha raggiunto risultati rivoluzionari in termini di resistenza alle alte temperature, resistenza al creep e saldabilità grazie all'ottimizzazione della composizione e all'innovazione di processo, ed è ora diventato un materiale chiave per le unità con parametri del vapore superiori a 600 °C in tutto il mondo.
In primo luogo, le caratteristiche dei materiali e le innovazioni tecnologiche dei tubi in acciaio per caldaie ad alta pressione P92.
L'acciaio P92 è un acciaio migliorato basato sul P91 con l'aggiunta dell'1,7% di tungsteno e una riduzione del contenuto di molibdeno. La sua composizione chimica (Cr: 8,5-9,5%, W: 1,5-2,0%, Mo: 0,3-0,6%) consente di ottenere un aumento della resistenza al creep di oltre il 30% rispetto agli acciai tradizionali grazie all'effetto sinergico del rinforzo per soluzione solida e del rinforzo per precipitazione. In termini di microstruttura, questo materiale, attraverso processi di laminazione e raffreddamento controllati, forma una matrice martensitica a maglie. In combinazione con la distribuzione dispersa di carbonitruri di tipo MX e fasi Laves, mantiene una resistenza al creep ≥100 MPa per 100.000 ore anche a 650 °C. Particolarmente degno di nota è l'eccellente corrispondenza tra il coefficiente di dilatazione termica (12,5 × 10⁻⁶/℃) e la conduttività termica (26 W/m·K), che attenua efficacemente i problemi di stress termico durante l'avvio e l'arresto dell'unità.
In secondo luogo, innovazioni chiave nel processo di produzione dei tubi in acciaio per caldaie ad alta pressione P92.
1. Utilizzo della tecnologia di tripla fusione EF+LF+VD per controllare il contenuto di gas a [H]≤1,5 ppm e [O]≤20 ppm.
2. Ottenere una formatura di precisione con una tolleranza dello spessore della parete di ±5% utilizzando un laminatoio radiale in combinazione con un laminatoio continuo a tre rulli.
3. Utilizzando un doppio processo di trattamento termico di normalizzazione (1080℃±10℃) + rinvenimento (760℃±15℃).
4. Rilevamento automatico dei difetti tramite ultrasuoni e test a correnti parassite per garantire un tasso di rilevamento dei difetti ≥99,5%.
Secondo i dati del Jiangxi Testing Center, la durata della frattura dei tubi P92 prodotti a livello nazionale in condizioni di 620℃/29,4 MPa raggiunge le 187.000 ore, superando del 40% i requisiti dello standard ASME. Sei anni di monitoraggio del funzionamento presso una centrale elettrica dimostrativa hanno mostrato che il suo tasso di scorrimento annuo era solo dello 0,12%/kh, ben al di sotto del valore ammissibile di progettazione.
Terzo, un tipico caso applicativo ingegneristico dei tubi in acciaio per caldaie ad alta pressione P92.
Nella costruzione di un'unità ultra-supercritica da 1000 MW nel Guangdong, i tubi in acciaio P92 hanno mostrato notevoli vantaggi se utilizzati nella conduttura principale del vapore (parametri di progettazione 31 MPa/605℃):
- Spessore della parete ridotto a 52 mm (riduzione del peso del 18% rispetto alla soluzione P91)
- La finestra del trattamento termico post-saldatura è stata ampliata a 740-780℃
- Installazione in loco, resa della prima passata di saldatura aumentata al 98,6%
I dati di monitoraggio operativo mostrano che l'efficienza termica dell'unità ha raggiunto il 45,8%, con un aumento di 7,3 punti percentuali rispetto alle unità subcritiche, riducendo le emissioni di CO₂ di circa 120.000 tonnellate all'anno.
In quarto luogo, una svolta nella tecnologia di saldatura per tubi in acciaio ad alta pressione P92 per caldaie.
Per risolvere le difficoltà di saldatura dell'acciaio P92, materiali di saldatura speciali sviluppati internamente (come gli elettrodi per saldatura CHH727) sono stati abbinati a un processo di saldatura multistrato e multipassata, aumentando la tenacità del giunto a 72 J (-20 °C). Un progetto chiave ha adottato i seguenti metodi:
1. Temperatura di preriscaldamento 150-200℃
2. Controllo della temperatura interpass ≤300℃
3. Trattamento di rimozione dell'idrogeno post-saldatura a 250℃ per 2 ore
4. Trattamento termico post-saldatura a 760 °C per 4 ore. Ciò ha portato a un coefficiente di resistenza del giunto saldato di 0,92 e a una durezza della zona termicamente alterata inferiore a 250 HV10. Inoltre, la tecnologia di saldatura ibrida laser-arco sviluppata dalla Nanjing University of Technology ha ulteriormente migliorato l'efficienza di saldatura del 40% e ridotto la deformazione del 60%.
Quinto, la costruzione di un sistema di controllo qualità per tubi in acciaio per caldaie ad alta pressione P92.
Il settore ha istituito una rete di monitoraggio della qualità a ciclo completo, dalle materie prime al servizio:
- Materie prime: implementazione di un controllo preciso della microlega Nb/Ti (±0,01%)
- Produzione: utilizzo di termocamere a infrarossi per monitorare in tempo reale il campo di temperatura del trattamento termico
- Ispezione: introduzione del test ultrasonico phased array per identificare difetti equivalenti a 0,5 mm
- Piattaforma Big Data: integrazione di 32.000 set di dati operativi provenienti da 56 centrali elettriche in tutto il paese.
Sesto, analisi costi-benefici dei tubi in acciaio per caldaie ad alta pressione P92.
Sebbene il costo iniziale del materiale P92 sia superiore del 20-30% rispetto ai gradi di acciaio tradizionali, il vantaggio in termini di costi del ciclo di vita è significativo:
1. L'aumento della pressione di progetto consente di ridurre lo spessore della parete, riducendo l'utilizzo di materiale del 15-20%.
2. Ciclo di manutenzione esteso a 8 anni (rispetto ai 5 anni dei materiali convenzionali).
3. La ridotta frequenza di sostituzione riduce le perdite dovute ai tempi di fermo di circa 12 milioni di yuan per ogni intervento. I calcoli economici di una centrale elettrica mostrano che le unità che utilizzano tubi P92 hanno registrato un aumento del fatturato complessivo di 230 milioni di yuan in un periodo di esercizio di 10 anni.
VII. Tendenze di sviluppo futuro dei tubi in acciaio per caldaie ad alta pressione P92
Con l'avanzamento della ricerca e dello sviluppo della tecnologia ultra-supercritica a 700°C, le direzioni di miglioramento dell'acciaio P92 si concentrano su:
1. Aggiunta dello 0,003% di B per migliorare la resistenza del bordo del grano
2. Sviluppo della tecnologia di rafforzamento della dispersione di Y₂O₃ su scala nanometrica
3. Esplorazione dell'applicazione della produzione additiva nei raccordi per tubi di forma irregolare
I dati preliminari della ricerca dello Shanghai Materials Research Institute mostrano che il tempo di frattura da stress del P92 modificato a 650°C può raggiungere 2,3 volte quello dei materiali tradizionali.
Attualmente, la capacità produttiva annuale di tubi in acciaio per caldaie ad alta pressione P92 del mio Paese ha superato le 80.000 tonnellate e i prodotti vengono esportati in oltre 20 Paesi nel Sud-est asiatico, in Medio Oriente e in altre regioni. Grazie all'obiettivo del "doppio carbonio", questo materiale ad alte prestazioni continuerà a fornire un supporto fondamentale per l'ammodernamento della tecnologia dell'energia pulita a carbone e il suo percorso di evoluzione tecnologica ha anche accumulato una preziosa esperienza per l'applicazione di leghe a base di nichel di nuova generazione. Gli esperti del settore prevedono che entro il 2030 la domanda globale di materiali P92 manterrà un tasso di crescita medio annuo del 6,5% e che la produzione cinese, con i suoi vantaggi in termini di filiera industriale completa, occuperà oltre il 40% della quota di mercato.
Data di pubblicazione: 11-11-2025