800MPa级钢板在老挝高水头电站的应用

2021-07-22刘明川

中国金属通报 2021年23期

刘明川，龚毅，李俭，谭超

（中国水利水电夹江水工机械有限公司，四川成都 610000）

本文以老挝仙坪项目为例对800MPa级高强钢板在水电中的应用进行系统的阐述，通过对比分析，对800MPa级高强钢板在综合指标方面做出一定的研究，为其应用积累更多经验，有效推动800MPa级高强钢板在水电行业的应用[1-4]。

1 工程概况

2015年4月，某公司中标老挝仙坪水电站项目，承担该项目压力钢管、叉管等的设计、供货与安装。该工程项目坐落于老挝南部阿速坡省山区，总装机量41万千瓦，最高水头近七百米。本工程预计使用800MPa级高强钢的钢管长度约800多米，重量3300多吨，故钢板的选择对于工程的安全运行起着至关重要的作用，以下是工程中选用的钢板的对比指标，该项目的顺利实施，也为新型钢板的使用提供了一定的数据参考。

2 钢材的选择指标

对于一般环境条件下使用的压力钢管，其主要功能是在输送水流的同时，承受水压力和岩石、地下水压力等荷载，为一承载结构物。强度（屈服强度和抗拉强度）、塑性、韧性、焊接性、疲劳特性和加工性是压力钢管用钢需要考虑的主要特性。其中，强度指标是压力钢管选材的主要指标[5]，所选钢材的屈服强度和抗拉强度应满足钢管设计时拟定的强度指标要求。对于800MPa级钢材，其屈服强度应不低于685MPa，抗拉强度在770MPa～940MPa之间。延性是材料在外力的作用下可以被拉伸的性能，以伸长率表示，它是材料冷作加工延伸的容易程度和结构过载时所能允许的变形裕量的重要性能。钢材的伸长率随强度的增高而降低，即强度越高，屈强比越大，最大应力时的延伸率和破坏时的伸长率越小。此外，伸长率有随温度升降而变化的趋势，但在压力钢管温度范围内拉伸性能变化不大。一般来讲，抗拉强度和屈服强度高的钢材，疲劳极限也高。而从另一方面看，强度极限越高，材料对应力集中就越敏感，而应力集中是影响疲劳强度的重要因素。为此，在使用高强钢时应防止产生表面伤痕（冲眼、电弧擦伤等），并要特别注意最后焊道形状，必要时应进行饰面，以提高疲劳强度[6-8]。

3 老挝仙坪水电站用800MPa级钢板主要技术指标

3.1 800MPa级钢板主要技术指标初拟

3.1.1 欧洲标准N 10025-6

欧洲标准EN10025-6屈服强度和抗拉强度满足老挝工程要求的钢板为S690QL，其化学成分、力学性能、冲击韧性值分别见表1、表2、表3。

表1 S690QL的化学成分

表2 S690QL的力学性能

3.1.2 日本JISG3128标准

JISG3128标准的规定分别见表4、表5、表6。

表4 化学成分及碳当量

表5 力学性能

表6 却贝吸收能量

3.1.3 美国ASTM标准

美国关于800MPa级钢板的国家标准是美国ASTM标准。ASTM标准的规定分别见表7、表8。

表7 ASTM A517F钢的化学成分（%）

表8 ASTM A517F钢的力学性能

3.2 国产800MPa级钢板

宝泉抽水蓄能电站钢管采用的是舞阳钢铁集团生产的800MPa级高强度调质钢，钢号为WH80Q，采用板厚为40mm～48mm，材料的各项指标见表9、表10。

表9 WH80Q 48mm钢化学成分

表10 WH80Q 钢力学性能

对照上述各标准可以发现如下几点：

（1）从强度指标来看，在钢板厚度小于50mm时，4个标准中的屈服强度除国产的WH80Q稍低外，其余均在685Mpa以上。抗拉强度在770MPa～940MPa，最小的仍是WH80Q。但是强度指标均满足结构的使用规定。

（2）从伸长率来看，由于EN标准和ASTM标准采用的是比例试样，延伸率标准值δ5不低于14%，而JISG3128规定伸长率为No.4试样，为非比例试样，规定标准值不小于20%。通过与比例试样的比照试验，初步得出的结论是按JIS4号试样经拉伸试验得到的伸长率值为20%时相当于按比例试样得出的伸长率为16%。日本800MPa级钢板的伸长率高于EN标准和ASTM标准。

（3）关于冲击韧性指标：上述标准均采用夏比V形缺口冲击试验的冲击功作为冲击韧性指标，从数值上讲，在相同的试验温度下，JIS标准数值最大，冲击韧性好于EN和ASTM标准相应的钢材。

（4）从化学成分看，JIS标准中SHY685NS规定的碳含量最低，为0.14%；有害杂质P、S的含量，P含量JIS标准中SHY685NS规定为0.015%以下，EN标准中S690QL规定为0.020%，ASTM标准中A517F规定值0.035%，JIS标准要求最高；S含量JIS标准中SHY685NS规定为0.015%以下，EN标准中S690QL规定为0.010%，ASTM标准中A517F规定0.035%，EN标准要求最高。

（5）碳当量Ceq值由于计算公式的不同，在板厚小于50mm时，EN标准规定值为0.57%，JIS为0.53%；焊接裂纹敏感性系数PCM具有相同的计算公式，但数值没有在标准中明确规定，查相关的厂家资料，符合JIS规定的SHY685NS的PCM在板厚小于50mm时为0.30%，S690QL为0.31%，日本钢板优于欧洲钢板。

综上所述，老挝仙坪项目电站压力钢管800MPa级钢材的选择考虑到材料的综合指标、国内工程的实际应用经验、国内压力钢管制作安装的技术水平和经验。

表11 800MPa级高强度钢板化学成份（%）

表12 800MPa级高强度钢板力学性能和工艺性能

3.3 钢板的实物指标

XPXN电站压力钢管用800MPa级钢板，表面平整度、镰刀弯、尺寸偏差和厚度偏差均满足合同要求。到货钢材的实物指标均满足合同要求，32mm、34mm、36mm、38mm、40mm、44mm的实物指标见表13。

表13 到货钢板的化学成分

根据到货钢板实物指标可知，钢板屈服强度在800MPa以上，材料的延伸率为21%～23%，均大于合同规定值；冷弯试验表明，材料的加工性能是不错的。钢板-40℃的冲击韧性大多在110J～140J，个别在50J，稳定性稍差，但满足合同要求；对于板厚大于40mm的钢板，5%应变，经250℃×2h时效后，夏比V形冲击功（纵向）也是满足要求的[9-13]。