発電所ボイラーのコア圧力支持部材として、P92高圧ボイラー鋼管超々臨界圧ユニットの安全な運転とエネルギー効率に直接影響を及ぼします。この新型マルテンサイト系耐熱鋼は、組成の最適化とプロセス革新により、高温強度、耐クリープ性、溶接性において飛躍的な進歩を遂げ、現在では世界中で600℃を超える蒸気パラメータを持つユニットの重要な材料選択肢となっています。
まず、P92高圧ボイラー鋼管の材料特性と技術革新について説明します。
P92鋼は、P91鋼をベースにタングステンを1.7%添加し、モリブデン含有量を削減した改良鋼種です。その化学成分体系（Cr：8.5～9.5%、W：1.5～2.0%、Mo：0.3～0.6%）は、固溶強化と析出強化の相乗効果により、従来の鋼種と比較して30%以上のクリープ強度向上を実現しています。ミクロ組織においては、本材料は、制御された圧延および冷却プロセスにより、ラスマルテンサイトマトリックスを形成します。MX型炭窒化物とラーベス相の分散分布と相まって、650℃においても10万時間以上100MPa以上のクリープ強度を維持します。特に注目すべきは、熱膨張係数 (12.5 × 10⁻⁶/℃) と熱伝導率 (26 W/m·K) の優れた適合性で、ユニットの起動およびシャットダウン時の熱応力の問題を効果的に緩和します。
二、P92高圧ボイラー鋼管の生産プロセスにおける重要な進歩。
1. EF+LF+VD三重製錬技術を採用し、ガス含有量を[H]≤1.5ppm、[O]≤20ppmに制御します。
2. ラジアル鍛造機と3ロール連続圧延機を併用し、肉厚公差±5％の精密成形を実現。
3. 焼準（1080℃±10℃）+焼戻し（760℃±15℃）の二重熱処理プロセスを採用。
4. 自動超音波探傷検査と渦電流検査により、欠陥検出率 ≥ 99.5% を保証します。
江西試験センターのデータによると、国産P92鋼管の620℃/29.4MPa条件下での破断寿命は18万7000時間に達し、ASME規格の要求値を40%上回っています。実証発電所における6年間の運転追跡調査の結果、年間クリープ率はわずか0.12%/khであり、設計許容値を大幅に下回っていることが分かりました。
3番目は、P92高圧ボイラー鋼管の典型的なエンジニアリング応用事例です。
広東省の1000MW超々臨界ユニットの建設では、主蒸気パイプラインにP92鋼管を使用したところ、大きな利点が示されました（設計パラメータ31MPa/605℃）。
- 壁厚を52mmに削減（P91ソリューションと比較して18%の軽量化）
- 溶接後の熱処理温度範囲を740～780℃に拡大
- 現場設置、溶接の初回通過率が98.6%に向上
運転監視データによれば、ユニットの熱効率は45.8%に達し、亜臨界ユニットに比べて7.3パーセントポイント増加し、年間約12万トンのCO₂排出量を削減します。
4つ目は、P92高圧ボイラー鋼管の溶接技術の飛躍的進歩です。
P92鋼の溶接難度に対処するため、国産の特殊溶接材料（CHH727溶接電極など）と多層・多パス溶接プロセスを組み合わせることで、接合部の靭性を72J（-20℃）まで向上させました。主要プロジェクトでは、以下の手法を採用しました。
1. 予熱温度150～200℃
2. パス間温度制御≤300℃
3. 溶接後水素除去処理（250℃、2時間）
4. 溶接後、760℃で4時間熱処理を実施。これにより、溶接継手強度係数は0.92、熱影響部硬度は250HV10以下に制御されました。さらに、南京理工大学が開発したレーザーアークハイブリッド溶接技術により、溶接効率は40%向上し、変形は60%低減しました。
第五に、P92高圧ボイラー鋼管の品質管理システムの構築。
業界では、原材料からサービスまでの全サイクルにわたる品質監視ネットワークを確立しています。
- 原材料：Nb/Tiマイクロアロイングの精密制御（±0.01％）を実施
- 製造：赤外線サーモグラフィーを使用して熱処理温度場をリアルタイムで監視
- 検査：0.5mm相当の欠陥を特定するためのフェーズドアレイ超音波検査を導入
・ビッグデータプラットフォーム：全国56カ所の発電所の運転データ3万2000件を統合。
第六に、P92高圧ボイラー鋼管の費用便益分析。
P92 材料の初期コストは従来の鋼種よりも 20 ～ 30% 高くなりますが、ライフサイクル コストの利点は大きくなっています。
1. 設計圧力の上昇により壁の厚さを薄くすることができ、材料使用量を 15 ～ 20% 削減できます。
2.メンテナンスサイクルが8年に延長されました（従来材は5年）。
3. 交換頻度の削減により、ダウンタイム損失は1件あたり約1,200万元削減されます。ある発電所の経済計算によると、P92パイプを使用したユニットは、10年間の運転期間で総収益が2億3,000万元増加しました。
VII. P92高圧ボイラ用鋼管の今後の開発動向
700℃超々臨界技術の研究開発の進歩に伴い、P92鋼の改良方向は以下の点に集中しています。
1. 粒界強度を向上させるために0.003%のBを添加する
2. ナノスケールY₂O₃分散強化技術の開発
3. 不規則形状の配管継手における積層造形の応用の検討
上海材料研究所の予備研究データによると、改質P92の650℃での応力破壊時間は従来の材料の2.3倍に達する可能性がある。
現在、わが国のP92高圧ボイラー鋼管の年間生産能力は8万トンを超え、製品は東南アジア、中東などの20カ国以上に輸出されています。「デュアルカーボン」目標を背景に、この高性能材料はクリーンコール発電技術の高度化に引き続き重要なサポートを提供し、その技術進化の過程では次世代ニッケル基合金の応用においても貴重な経験を積み重ねてきました。業界専門家は、2030年までにP92材料の世界市場需要は年平均6.5%の成長を維持し、充実した産業チェーンの優位性を持つ中国製造業が市場シェアの40%以上を占めると予測しています。
投稿日時: 2025年11月11日