基于数据统计的火电机组用P92管道原始状态力学性能分析

2020-03-06姚彦龙刘永鹏王庭文

中国金属通报 2020年19期

姚彦龙，王鲁，刘永鹏，刘磊，王庭文

（1.华电宁夏灵武发电有限公司，宁夏灵武 750400；2.华电电力科学研究院有限公司，浙江杭州 310030）

P92钢是在P91钢合金成分基础上研发的强度等级更高的新型耐热钢，其高温热稳定性和热强性较P91钢提高了约30%，极限使用温度达到了625℃，被广泛应用于超(超)临界机组的主蒸汽管道和再热蒸汽管道及其连通管等高温部件[1，2]。由于不同制造厂制造工艺水平良莠不齐，导致市场上超超临界火电机组用P92管道的部分力学性能差异显著[3，4]，如何评判其综合性能较好是目前急需解决的一大问题。本文收集了大量超超临界火电机组四大管道用P92材料的原始常规力学性能进行了汇总分析，以期找到P92原始综合力学性能的最佳匹配，为电厂的P92钢管采购与评价工作提供参考。

1 常规力学性能与壁厚关系

P92的常规力学性能主要包括硬度、抗拉强度、屈服强度、冲击吸收功等。按照不同壁厚对收集到的P92常规力学性能数据进行了描点绘图，如图1所示。可见，原始状态下的不同壁厚的P92管道的硬度、抗拉强度、屈服强度、冲击吸收功数据点均较为离散且各项力学性能区间跨度较大，将上述数据点进行整体线性拟合，线性拟合关系式和线性拟合均值区间见表1。可见，对于50mm～140mm厚的P92管，其各项力学性能随壁厚不同变化趋势不大。

图1 力学性能与壁厚关系的线性拟合

表1 力学性能与壁厚关系线性拟合均值区间

2 强度和硬度的关系

A335/A335M-18a标准要求：P92管道的热处理温度为1040℃～1080℃正火+730℃～800℃回火；室温拉伸性能为Rm≥620MPa，Rp0.2≥440MPa，A≥22%；硬度为≤250HBW。而对于P92管道的各项力学性能之间存在一定的关系，若提高硬度可能会P92管道的强度和塑韧性产生影响。因此有必要分析硬度与其他力学性能之间的关系。

首先不考虑壁厚的影响，将P92管道原始状态的硬度和强度之间的关系进行了描点和线性拟合，线性拟合结果如图2所示。

图2 强度和硬度关系线性拟合

可见，P92管道的硬度和抗拉强度、屈服强度以及屈强比均呈正相关关系。P92管道原始状态的强度和硬度拟合关系式和线性拟合均值区间见表2。

表2 强度和硬度拟合关系式

3 最佳力学性能匹配分析

图3所示为P92管道不同端检测硬度值差别，其中管道直管虚线为理想状态，为两端硬度均匀直管。可见，P92管道的硬度控制在201HB左右，直管的硬度均匀性普遍会较好，硬度较高或较低时管道成品的硬度均匀性会有所降低。

图3 管道直管两端硬度

由图4和图5所示主蒸汽管道和再热蒸汽管道母材和焊缝硬度关系可见，应特别注意母材硬度小于205HB时的管道的焊接及焊后热处理的工艺参数控制，避免焊缝硬度与母材硬度差别过大，否则会造成应力集中，从而影响部件的服役性能。当最低母材硬度为205HB以上时，焊缝和母材最低硬度差值逐渐减小（主蒸汽管道可达到25HBW以下，再热蒸汽管道可达到45HBW以下），母材与焊缝硬度趋于均匀，可降低应力集中倾向。