В качестве основного материала, несущего давление в котлах электростанций, характеристикиТрубы из высокопрочной стали для котлов высокого давления P92Это напрямую влияет на безопасную эксплуатацию и энергоэффективность сверхкритических установок. Этот новый тип мартенситной жаростойкой стали достиг прорыва в высокотемпературной прочности, сопротивлении ползучести и свариваемости благодаря оптимизации состава и технологическим инновациям, и в настоящее время стал ключевым материалом для установок с параметрами пара выше 600℃ по всему миру.
Во-первых, материальные характеристики и технологические инновации стальных труб для котлов высокого давления марки П92.
Сталь P92 — это улучшенная марка стали на основе P91 с добавлением 1,7% вольфрама и уменьшенным содержанием молибдена. Ее химический состав (Cr: 8,5-9,5%, W: 1,5-2,0%, Mo: 0,3-0,6%) обеспечивает увеличение ползучести более чем на 30% по сравнению с традиционными марками стали за счет синергетического эффекта твердорастворного упрочнения и дисперсионного упрочнения. В микроструктуре этот материал, благодаря контролируемым процессам прокатки и охлаждения, образует пластинчатую мартенситную матрицу. В сочетании с дисперсным распределением карбонитридов типа MX и фаз Лавеса он сохраняет ползучесть ≥100 МПа в течение 100 000 часов даже при 650℃. Особо следует отметить превосходное соответствие между коэффициентом теплового расширения (12,5 × 10⁻⁶/℃) и теплопроводностью (26 Вт/м·К), что эффективно снижает проблемы, связанные с тепловыми напряжениями во время запуска и остановки установки.
Во-вторых, ключевые прорывы в процессе производства стальных труб для котлов высокого давления марки П92.
1. Применение технологии тройной плавки EF+LF+VD для контроля содержания газов до [H]≤1,5 ppm и [O]≤20 ppm.
2. Достижение точности формования с допуском по толщине стенки ±5% с использованием радиального ковочного стана в сочетании с трехвалковым прокатным станом непрерывного действия.
3. Использование двухэтапного процесса термообработки: нормализация (1080℃±10℃) + отпуск (760℃±15℃).
4. Автоматическая ультразвуковая дефектоскопия и вихретоковый контроль для обеспечения точности обнаружения дефектов ≥99,5%.
Согласно данным Цзянсийского испытательного центра, ресурс разрушения труб из стали P92 отечественного производства в условиях 620℃/29,4 МПа достигает 187 000 часов, что на 40% превышает требования стандарта ASME. Шестилетнее наблюдение за эксплуатацией на демонстрационной электростанции показало, что годовая скорость ползучести составляла всего 0,12%/кч, что значительно ниже проектного допустимого значения.
В-третьих, типичный пример инженерного применения стальных труб высокого давления для котлов класса P92.
При строительстве сверхкритического энергоблока мощностью 1000 МВт в провинции Гуандун стальные трубы P92 продемонстрировали значительные преимущества при использовании в магистральном паропроводе (расчетные параметры 31 МПа/605℃):
- Толщина стенки уменьшена до 52 мм (снижение веса на 18% по сравнению с решением P91).
- Диапазон термообработки после сварки расширен до 740-780℃
- При монтаже на месте, выход годной продукции с первого раза при сварке увеличился до 98,6%.
Данные оперативного мониторинга показывают, что тепловая эффективность установки достигла 45,8%, что на 7,3 процентных пункта выше, чем у докритических установок, и позволяет сократить выбросы CO₂ примерно на 120 000 тонн в год.
В-четвертых, прорыв в технологии сварки стальных труб высокого давления для котлов класса P92.
Для решения проблем сварки стали P92 были использованы разработанные в стране специальные сварочные материалы (например, сварочные электроды CHH727) в сочетании с многослойной, многопроходной сваркой, что позволило повысить вязкость соединения до 72 Дж (-20℃). В рамках ключевого проекта были применены 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 760℃ в течение 4 часов. В результате коэффициент прочности сварного соединения составил 0,92, а твердость зоны термического воздействия была ниже 250 HV10. Кроме того, технология гибридной лазерно-дуговой сварки, разработанная Нанкинским технологическим университетом, дополнительно повысила эффективность сварки на 40% и снизила деформацию на 60%.
В-пятых, создание системы контроля качества для стальных труб высокого давления для котлов П92.
В отрасли создана сеть контроля качества полного цикла, от сырья до готовой продукции:
- Сырье: Обеспечение точного контроля микролегирования Nb/Ti (±0,01%).
- Производство: Использование инфракрасных тепловизоров для мониторинга температурного поля термообработки в режиме реального времени.
- Контроль качества: 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.
Шестой раздел: анализ соотношения затрат и выгод стальных труб высокого давления для котлов типа P92.
Хотя первоначальная стоимость материала P92 на 20-30% выше, чем у традиционных марок стали, его преимущество в стоимости жизненного цикла является значительным:
1. Повышенное расчетное давление позволяет уменьшить толщину стенок, что снижает расход материала на 15-20%.
2. Срок технического обслуживания увеличен до 8 лет (по сравнению с 5 годами для традиционных материалов).
3. Сокращение частоты замены снижает потери от простоев примерно на 12 миллионов юаней за каждый случай. Экономические расчеты на примере электростанции показывают, что энергоблоки, использующие трубы P92, за 10 лет эксплуатации увеличили общую выручку на 230 миллионов юаней.
VII. Будущие тенденции развития стальных труб высокого давления P92 для котлов.
В связи с развитием сверхкритических технологий обработки при температуре 700℃, основные направления улучшения стали P92 сосредоточены на:
1. Добавление 0,003% бора для улучшения прочности границ зерен.
2. Разработка технологии дисперсионного упрочнения Y₂O₃ в наноразмерном масштабе.
3. Изучение применения аддитивных технологий в производстве фитингов для труб неправильной формы.
Предварительные данные исследований Шанхайского института материаловедения показывают, что время разрушения под напряжением модифицированного сплава P92 при температуре 650℃ может достигать 2,3 раза большего, чем у традиционных материалов.
В настоящее время годовая производственная мощность нашей страны по выпуску труб из высокопрочной стали P92 для котлов высокого давления превышает 80 000 тонн, и продукция экспортируется более чем в 20 стран Юго-Восточной Азии, Ближнего Востока и других регионов. В соответствии с целью «двойного углерода», этот высокоэффективный материал продолжит играть ключевую роль в модернизации технологий экологически чистой угольной энергетики, а его технологическая эволюция также накопила ценный опыт для применения никелевых сплавов следующего поколения. Эксперты отрасли прогнозируют, что к 2030 году мировой спрос на материалы P92 будет поддерживать среднегодовой темп роста в 6,5%, а китайское производство, обладающее преимуществами полной производственной цепочки, займет более 40% рынка.
Дата публикации: 11 ноября 2025 г.