Como componente essencial para suportar pressão em caldeiras de usinas termelétricas, o desempenho deTubos de aço para caldeiras de alta pressão P92Afeta diretamente a operação segura e a eficiência energética de unidades ultra-supercríticas. Este novo tipo de aço martensítico resistente ao calor alcançou avanços significativos em resistência a altas temperaturas, resistência à fluência e soldabilidade por meio da otimização da composição e inovação do processo, tornando-se agora uma escolha fundamental de material para unidades com parâmetros de vapor acima de 600 °C em todo o mundo.
Em primeiro lugar, as características dos materiais e as inovações tecnológicas dos tubos de aço para caldeiras de alta pressão P92.
O aço P92 é um aço aprimorado baseado no P91, com a adição de 1,7% de tungstênio e redução no teor de molibdênio. Sua composição química (Cr: 8,5-9,5%, W: 1,5-2,0%, Mo: 0,3-0,6%) proporciona um aumento de mais de 30% na resistência à fluência em comparação com os aços tradicionais, graças ao efeito sinérgico do fortalecimento por solução sólida e por precipitação. Em termos de microestrutura, este material, por meio de processos controlados de laminação e resfriamento, forma uma matriz martensítica lamelar. Combinado com a distribuição dispersa de carbonitretos do tipo MX e fases de Laves, mantém uma resistência à fluência ≥100 MPa por 100.000 horas, mesmo a 650 °C. Merece destaque especial a excelente correspondência entre seu coeficiente de expansão térmica (12,5 × 10⁻⁶/℃) e sua condutividade térmica (26 W/m·K), mitigando eficazmente os problemas de estresse térmico durante a inicialização e o desligamento da unidade.
Em segundo lugar, avanços importantes no processo de produção de tubos de aço para caldeiras de alta pressão P92.
1. Utilizando a tecnologia de tripla fusão EF+LF+VD para controlar o teor de gás para [H]≤1,5ppm e [O]≤20ppm.
2. Obtenção de conformação de precisão com uma tolerância de espessura de parede de ±5% utilizando um laminador de forjamento radial em conjunto com um laminador contínuo de três rolos.
3. Utilizando um processo de tratamento térmico duplo de normalização (1080℃±10℃) + revenimento (760℃±15℃).
4. Detecção automática de falhas por ultrassom e teste de correntes parasitas para garantir uma taxa de detecção de defeitos ≥99,5%.
De acordo com dados do Centro de Testes de Jiangxi, a vida útil à fratura de tubos P92 produzidos internamente, sob condições de 620 °C/29,4 MPa, atinge 187.000 horas, excedendo em 40% o requisito da norma ASME. Seis anos de monitoramento operacional em uma usina de demonstração mostraram que sua taxa de fluência anual foi de apenas 0,12%/kh, muito abaixo do valor permitido pelo projeto.
Terceiro, um caso típico de aplicação de engenharia de tubos de aço para caldeiras de alta pressão P92.
Na construção de uma unidade ultra-supercrítica de 1000 MW em Guangdong, os tubos de aço P92 demonstraram vantagens significativas quando utilizados na tubulação principal de vapor (parâmetros de projeto 31 MPa/605 °C):
- Espessura da parede reduzida para 52 mm (redução de peso de 18% em comparação com a solução P91)
- A faixa de tratamento térmico pós-soldagem foi ampliada para 740-780℃
- Na instalação no local, o rendimento da soldagem na primeira passagem aumentou para 98,6%.
Os dados de monitoramento operacional mostram que a eficiência térmica da unidade atingiu 45,8%, um aumento de 7,3 pontos percentuais em comparação com as unidades subcríticas, reduzindo as emissões de CO₂ em aproximadamente 120.000 toneladas anualmente.
Em quarto lugar, um avanço na tecnologia de soldagem para tubos de aço de caldeiras de alta pressão P92.
Para solucionar as dificuldades de soldagem do aço P92, materiais de soldagem especiais desenvolvidos internamente (como eletrodos de soldagem CHH727) foram combinados com um processo de soldagem multicamadas e multipasse, aumentando a tenacidade da junta para 72J (-20℃). Um projeto fundamental adotou os seguintes métodos:
1. Temperatura de pré-aquecimento: 150-200°C
2. Controle de temperatura entre passes ≤300℃
3. Tratamento de remoção de hidrogênio pós-soldagem a 250 °C por 2 horas
4. Tratamento térmico pós-soldagem a 760 °C por 4 horas. Isso resultou em um coeficiente de resistência da junta soldada de 0,92 e dureza da zona afetada pelo calor controlada abaixo de 250 HV10. Além disso, a tecnologia de soldagem híbrida laser-arco desenvolvida pela Universidade de Tecnologia de Nanjing melhorou ainda mais a eficiência da soldagem em 40% e reduziu a deformação em 60%.
Quinto, a construção de um sistema de controle de qualidade para tubos de aço de caldeira de alta pressão P92.
O setor estabeleceu uma rede de monitoramento de qualidade de ciclo completo, desde as matérias-primas até o serviço pós-venda:
- Matérias-primas: Implementação de controle preciso da micro-ligação de Nb/Ti (±0,01%)
- Fabricação: Utilização de câmeras termográficas infravermelhas para monitorar o campo de temperatura do tratamento térmico em tempo real.
- Inspeção: Introdução do teste ultrassônico phased array para identificar defeitos equivalentes a 0,5 mm
- Plataforma de Big Data: Integração de 32.000 conjuntos de dados operacionais de 56 usinas de energia em todo o país.
Sexto, análise de custo-benefício dos tubos de aço para caldeiras de alta pressão P92.
Embora o custo inicial do material P92 seja 20 a 30% superior ao dos aços tradicionais, sua vantagem em termos de custo ao longo do ciclo de vida é significativa:
1. O aumento da pressão de projeto permite uma redução na espessura da parede, diminuindo o consumo de material em 15 a 20%.
2. Ciclo de manutenção estendido para 8 anos (em comparação com 5 anos para materiais convencionais).
3. A redução na frequência de substituição diminui as perdas por tempo de inatividade em aproximadamente 12 milhões de yuans por ocorrência. Cálculos econômicos de uma usina de energia mostram que as unidades que utilizam tubos P92 apresentaram um aumento na receita total de 230 milhões de yuans ao longo de um período operacional de 10 anos.
VII. Tendências Futuras de Desenvolvimento de Tubos de Aço para Caldeiras de Alta Pressão P92
Com o avanço da pesquisa e desenvolvimento da tecnologia ultra-supercrítica a 700 °C, as principais direções de melhoria do aço P92 estão concentradas em:
1. Adição de 0,003% de B para melhorar a resistência do contorno de grão
2. Desenvolvimento de tecnologia de reforço por dispersão de Y₂O₃ em nanoescala
3. Explorando a aplicação da manufatura aditiva em conexões de tubos com formatos irregulares
Dados preliminares de pesquisa do Instituto de Pesquisa de Materiais de Xangai mostram que o tempo de fratura por tensão do P92 modificado a 650°C pode atingir 2,3 vezes o dos materiais tradicionais.
Atualmente, a capacidade de produção anual de tubos de aço para caldeiras de alta pressão P92 no meu país ultrapassa 80.000 toneladas, e os produtos são exportados para mais de 20 países no Sudeste Asiático, Oriente Médio e outras regiões. Impulsionado pela meta de “carbono duplo”, esse material de alto desempenho continuará a fornecer suporte fundamental para a modernização da tecnologia de geração de energia a carvão limpo, e sua trajetória de evolução tecnológica também acumulou experiência valiosa para a aplicação de ligas de níquel de próxima geração. Especialistas do setor preveem que, até 2030, a demanda global por materiais P92 manterá uma taxa média de crescimento anual de 6,5%, e a indústria manufatureira chinesa, com suas vantagens em toda a cadeia produtiva, deverá deter mais de 40% da participação de mercado.
Data da publicação: 11/11/2025