В качестве основного материала для компонентов, работающих под давлением, в котлах электростанций, производительностьТрубы котельные стальные высокого давления марки Р92Этот новый тип мартенситной жаропрочной стали напрямую влияет на безопасную эксплуатацию и энергоэффективность установок сверхсверхкритического давления. Этот новый тип мартенситной жаропрочной стали добился прорывных результатов в области жаропрочности, сопротивления ползучести и свариваемости благодаря оптимизации состава и инновационным технологиям и стал ключевым материалом для установок с параметрами пара выше 600 ℃ по всему миру.
Во-первых, характеристики материала и технологические инновации труб из котельной стали высокого давления марки P92.
Сталь P92 – это улучшенная марка стали на основе P91 с добавлением 1,7% вольфрама и снижением содержания молибдена. Её химический состав (Cr: 8,5–9,5%, W: 1,5–2,0%, Mo: 0,3–0,6%) обеспечивает повышение предела ползучести более чем на 30% по сравнению с традиционными марками стали благодаря синергетическому эффекту упрочнения твёрдого раствора и дисперсионного упрочнения. С точки зрения микроструктуры, этот материал, благодаря контролируемым процессам прокатки и охлаждения, образует реечную мартенситную матрицу. В сочетании с дисперсным распределением карбонитридов типа MX и фаз Лавеса, она сохраняет предел ползучести ≥100 МПа в течение 100 000 часов даже при 650 ℃. Особого внимания заслуживает отличное соответствие коэффициента теплового расширения (12,5 × 10⁻⁶/℃) и теплопроводности (26 Вт/м·К), что эффективно снижает проблемы, связанные с тепловым напряжением во время запуска и остановки агрегата.
Во-вторых, важные достижения в процессе производства труб из котельной стали высокого давления марки P92.
1. Применение технологии тройной плавки EF+LF+VD для контроля содержания газа до [H]≤1,5 ppm и [O]≤20 ppm.
2. Достижение точности формовки с допуском толщины стенки ±5% с использованием радиально-ковочного стана в сочетании с трехвалковым непрерывным прокатным станом.
3. Использование двойного процесса термообработки: нормализация (1080℃±10℃) + отпуск (760℃±15℃).
4. Автоматическая ультразвуковая дефектоскопия и вихретоковый контроль обеспечивают процент обнаружения дефектов ≥99,5%.
Согласно данным испытательного центра провинции Цзянси, предел прочности труб P92 отечественного производства при температуре 620°C/29,4 МПа достигает 187 000 часов, что на 40% превышает требования стандарта ASME. Шестилетний опыт эксплуатации на демонстрационной электростанции показал, что годовая скорость ползучести составляет всего 0,12%/кВт, что значительно ниже проектного допустимого значения.
В-третьих, типичный пример инженерного применения труб из стали высокого давления марки P92 для котлов.
При строительстве блока сверхсверхкритических параметров мощностью 1000 МВт в провинции Гуандун стальные трубы марки P92 показали значительные преимущества при использовании в главном паропроводе (проектные параметры 31 МПа/605 ℃):
- Толщина стенки уменьшена до 52 мм (снижение веса на 18% по сравнению с решением P91)
- Диапазон температур термообработки после сварки расширен до 740-780 ℃
- Монтаж на месте, выход сварных соединений с первого прохода увеличен до 98,6%
Данные эксплуатационного мониторинга показывают, что тепловой КПД блока достиг 45,8%, что на 7,3 процентных пункта больше по сравнению с докритическими блоками, что позволяет сократить выбросы CO₂ примерно на 120 000 тонн в год.
В-четвертых, прорыв в технологии сварки труб из стали высокого давления Р92 для котлов.
Для решения проблем сварки стали марки P92 были разработаны специальные сварочные материалы отечественного производства (например, сварочные электроды CHH727) в сочетании с многослойной многопроходной сваркой, что позволило повысить прочность соединения до 72 Дж (-20 °C). В рамках ключевого проекта были использованы следующие методы:
1. Температура предварительного нагрева 150-200℃
2. Контроль температуры между проходами ≤300℃
3. Послесварочная обработка для удаления водорода при температуре 250 ℃ в течение 2 часов.
4. Послесварочная термообработка при температуре 760 °C в течение 4 часов. В результате коэффициент прочности сварного соединения достиг 0,92, а твёрдость в зоне термического влияния – менее 250 HV10. Кроме того, разработанная Нанкинским технологическим университетом гибридная лазерно-дуговая сварка позволила повысить эффективность сварки на 40% и снизить деформацию на 60%.
В-пятых, создание системы контроля качества труб из стали высокого давления Р92.
В отрасли создана сеть контроля качества полного цикла — от сырья до обслуживания:
- Сырье: Внедрение точного контроля микролегирования Nb/Ti (±0,01%)
- Производство: использование инфракрасных тепловизоров для мониторинга поля температур термообработки в реальном времени
- Инспекция: внедрение фазированной ультразвуковой дефектоскопии для выявления дефектов размером 0,5 мм
- Платформа больших данных: интеграция 32 000 наборов эксплуатационных данных с 56 электростанций по всей стране.
В-шестых, анализ затрат и выгод для труб из стали высокого давления P92 для котлов.
Хотя первоначальная стоимость материала P92 на 20–30 % выше, чем у традиционных марок стали, его преимущество в стоимости жизненного цикла существенно:
1. Повышенное расчетное давление позволяет уменьшить толщину стенок, что снижает расход материала на 15–20%.
2. Цикл технического обслуживания увеличен до 8 лет (по сравнению с 5 годами для обычных материалов).
3. Сокращение частоты замены труб сокращает потери от простоя примерно на 12 миллионов юаней за каждый случай. Экономические расчёты электростанции показывают, что энергоблоки, использующие трубы P92, продемонстрировали увеличение совокупной выручки на 230 миллионов юаней за 10-летний период эксплуатации.
VII. Перспективы развития труб из стали P92 для котлов высокого давления
С развитием исследований и разработок в области сверхкритической технологии 700℃ направления усовершенствования стали P92 сосредоточены на:
1. Добавление 0,003% B для повышения прочности границ зерен
2. Разработка технологии нанодисперсного упрочнения Y₂O₃
3. Изучение применения аддитивного производства для фитингов труб сложной формы.
Предварительные данные исследований Шанхайского института исследований материалов показывают, что время разрушения модифицированного P92 при 650 ℃ может в 2,3 раза превышать время разрушения традиционных материалов.
В настоящее время годовой объем производства в моей стране труб из стали P92 для котлов высокого давления превысил 80 000 тонн, а продукция экспортируется более чем в 20 стран Юго-Восточной Азии, Ближнего Востока и других регионов. Этот высокопроизводительный материал, движимый целью «двойного углерода», продолжит оказывать ключевую поддержку модернизации технологий чистой угольной энергетики, а его технологическое развитие также позволило накопить ценный опыт применения сплавов на основе никеля нового поколения. Отраслевые эксперты прогнозируют, что к 2030 году мировой спрос на материалы P92 сохранит среднегодовой темп роста на уровне 6,5%, а китайское производство, обладающее преимуществами полной производственной цепочки, как ожидается, займет более 40% рынка.
Время публикации: 11 ноября 2025 г.