產品詳情
目前新建的亞臨界機組中，主蒸汽管道及再熱蒸汽管道熱段的材料已用P91鋼代替P22鋼。為此，從化學元素、室溫力學性能、許用應力及蠕變強度、線膨脹系數和導熱率、焊接性能方面分析比較P91鋼和P22鋼，說明P91鋼更具優(yōu)越性。最后通過在工程上的實際應用，進一步說明采用P91鋼能節(jié)省管材，方便設計、安裝，經濟效益非常顯著。
高溫、高壓管道材料是火力發(fā)電廠最重要的用材之一，它不僅對電廠的安全運行起著重要的作用，而且也影響電廠的建設投資。過去國內的600 MW機組工程，主蒸汽管道及再熱蒸汽管道熱段的管材均選用A335P22 管材。A335P22 鋼的特點是工藝性能良好，對熱處理的加熱溫度不太敏感，焊接性能也好，具有良好的塑性，最大的缺點是強度較低，尤其是高溫持久強度比 12Cr1MoV 鋼低，在相同溫度、應力下使用時，其管壁厚度要比 12Cr1MoV 鋼厚約30%。汽水管道壁厚過大，不僅增加制造上的困難，而且也給設計、安裝和運行帶來不便。20世紀80年代，美國推出了 A335P91 管材，由于該管材比P22鋼材具有更好的高溫性能，它的推出馬上得到世界各國的關注。在壓力、溫度、內徑相同的情況下，主蒸汽管道及再熱熱段管道采用P91鋼代替P22鋼，壁厚可減少一半左右，管道管件如直角三通的用量可降低約65%。
在以往的工程中，超高壓125 MW及200 MW機組的主蒸汽管道選用 10 CrMo910 鋼；20世紀70年代末到80年代，引進了亞臨界300 MW及600 MW機組，其主蒸汽管道選用 A335P22 鋼，這兩種鋼材性能相當，它們都屬于珠光體耐熱鋼，最高工作溫度為580～590 ℃，溫度再高時只能選用奧氏體耐熱鋼，奧氏體鋼最高工作溫度達700 ℃，但這種鋼的熱膨脹性較高，對應力腐蝕敏感，異種鋼接頭壽命短，不適合用于高溫、高壓汽水管道。
P91鋼是為了填補珠光體耐熱鋼和奧氏體耐熱鋼之間600～650 ℃溫度區(qū)域使用的新汽水管道用鋼，屬于馬氏體耐熱鋼, 其最高使用溫度為650 ℃，實際上在原9Cr-1Mo鋼基礎上加進V，Nb，N等強化元素，形成一種變質新鋼種。
P91和P22鋼元素的質量分數
P91，P22 鋼主要元素的質量分數見表1。鋼中元素S是硫化物夾雜的主要來源，易產生赤熱脆性；元素P則主要影響回火脆性、熱脆性，因此，鋼中S和P的質量分數要低；V，Nb 及N屬于強化元素，可提高鋼材的強度；Cr，Si 等元素可使金屬在高溫運行時生成的氧化膜致密而牢固，提高鋼材的抗氧化性。從表1可以看出，P91 鋼的有害元素的質量分數較低，抗氧化性較高，又增加了強化元素，是一種優(yōu)于P22鋼的高溫、高壓管材。（見表1）
室溫力學性能
P91, P92鋼的室溫力學性能見表2所示。（見表2）
表2許用應力及蠕變強度
P91, P92鋼的許用應力及蠕變強度見表3所示。（見表3）
表3在火力發(fā)電廠中，為了保證主蒸汽管道的安全運行，對介質溫度為500 ℃及以上的每條主汽管道都要進行蠕變監(jiān)控。影響蠕變的主要因素包括溫度、應力和鋼材本身，溫度越高，應力越大，蠕變速度也越快。根據廠家的試驗數據，在105 h及550 ℃下時，P91 鋼的蠕變強度幾乎為 P22 鋼的兩倍。
線膨脹系數和導熱率
P91, P22鋼的線膨脹系數和導熱率見表4所示。（見表4）
焊接性能
P91 鋼可按現有方法進行電弧焊接，包括可用氬弧焊接（TIG）方法進行焊接。焊條和焊劑的選擇，應當盡量使焊縫和母材的化學成分一致或接近，使焊接金屬具有與母材相同或更好的蠕變和持久強度。由于該鋼對熱裂紋不敏感，施焊前預熱到150～200 ℃時也不會出現裂紋，并可與各種鋼，如P22鋼（珠光體耐熱鋼）、X20CrMoV121（馬氏體耐熱鋼）和TP304H（奧氏體耐熱鋼）等鋼焊接，以下介紹P91鋼的焊接情況：
a) P91 鋼和 P91 鋼焊接時，可選用9Cr-1Mo(T9)或改進的9Cr-1Mo(T91)焊條，壁厚大于25 mm 的管道采用后者，預熱溫度為200 ℃，焊接后緩慢冷卻到室溫，然后在730 ℃以上溫度回火；
b) P91 鋼與 10CrMo910 焊接時，焊接材料要與 10CrMo910 相匹配， 730 ℃時應力釋放后應在空氣中冷卻2 h，由于這兩種材料焊接部位有一個脫碳區(qū)，若采用 10CrMo910 焊條焊接，要保證焊接金屬的含碳量夠高，以滿足持久強度的要求；
c) P91 鋼與 P22 鋼焊接時，焊條可選用 2.25Cr-1Mo 焊條，預熱溫度為200 ℃，焊接后緩慢冷卻到室溫，然后在700～725 ℃下回火，也可先在P91鋼側堆焊 5Cr1-1Mo 焊條,然后再與 P22 鋼焊接；
d) P91 鋼與 X20CrMoV121 焊接時，要用兩者相匹配的焊接材料，如 P91 鋼焊條，預熱溫度為250 ℃，焊后緩慢冷卻到80～100 ℃，在750 ℃以上溫度回火；
e) P91 鋼與 TP304H 焊接時，用 Inconel 182Ni 基合金焊條，預熱溫度為200 ℃，焊后冷卻到室溫，在700～730 ℃回火。
以上焊后的熱處理溫度取決管子壁厚，小直徑管道處理0.5 h，大直徑管道以壁厚每25 mm處理1 h。由于 P91 蠕變強度高，在同樣條件下，管道壁厚比采用 P22 鋼要薄，焊縫填充金屬量相對要少，但 P91 鋼對焊縫 IV 型裂紋敏感，因此，要盡量減少 P91 鋼材中的系統(tǒng)應力，對壁厚大于12.5 mm的管道，要求在焊后冷到100 ℃以上即回火。
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