基于數據統計的火電機組用P92管道原始狀態力學性能分析

姚彥龍，王 魯，劉永鵬，劉 磊，王庭文

（1.華電寧夏靈武發電有限公司，寧夏 靈武 750400；2.華電電力科學研究院有限公司，浙江 杭州 310030）

P92鋼是在P91鋼合金成分基礎上研發的強度等級更高的新型耐熱鋼，其高溫熱穩定性和熱強性較P91鋼提高了約30%，極限使用溫度達到了625℃，被廣泛應用于超(超)臨界機組的主蒸汽管道和再熱蒸汽管道及其連通管等高溫部件[1，2]。由于不同制造廠制造工藝水平良莠不齊，導致市場上超超臨界火電機組用P92管道的部分力學性能差異顯著[3，4]，如何評判其綜合性能較好是目前急需解決的一大問題。本文收集了大量超超臨界火電機組四大管道用P92材料的原始常規力學性能進行了匯總分析，以期找到P92原始綜合力學性能的最佳匹配，為電廠的P92鋼管采購與評價工作提供參考。

1 常規力學性能與壁厚關系

P92的常規力學性能主要包括硬度、抗拉強度、屈服強度、沖擊吸收功等。按照不同壁厚對收集到的P92常規力學性能數據進行了描點繪圖，如圖1所示。可見，原始狀態下的不同壁厚的P92管道的硬度、抗拉強度、屈服強度、沖擊吸收功數據點均較為離散且各項力學性能區間跨度較大，將上述數據點進行整體線性擬合，線性擬合關系式和線性擬合均值區間見表1。可見，對于50mm～140mm厚的P92管，其各項力學性能隨壁厚不同變化趨勢不大。

圖1 力學性能與壁厚關系的線性擬合

表1 力學性能與壁厚關系線性擬合均值區間

2 強度和硬度的關系

A335/A335M-18a標準要求：P92管道的熱處理溫度為1040℃～1080℃正 火+730℃～800℃回 火；室 溫 拉 伸 性 能 為Rm≥620MPa，Rp0.2≥440MPa，A≥22%；硬度為≤250HBW。而對于P92管道的各項力學性能之間存在一定的關系，若提高硬度可能會P92管道的強度和塑韌性產生影響。因此有必要分析硬度與其他力學性能之間的關系。

首先不考慮壁厚的影響，將P92管道原始狀態的硬度和強度之間的關系進行了描點和線性擬合，線性擬合結果如圖2所示。

圖2 強度和硬度關系線性擬合

可見，P92管道的硬度和抗拉強度、屈服強度以及屈強比均呈正相關關系。P92管道原始狀態的強度和硬度擬合關系式和線性擬合均值區間見表2。

表2 強度和硬度擬合關系式

3 最佳力學性能匹配分析

圖3所示為P92管道不同端檢測硬度值差別，其中管道直管虛線為理想狀態，為兩端硬度均勻直管。可見，P92管道的硬度控制在201HB左右，直管的硬度均勻性普遍會較好，硬度較高或較低時管道成品的硬度均勻性會有所降低。

圖3 管道直管兩端硬度

由圖4和圖5所示主蒸汽管道和再熱蒸汽管道母材和焊縫硬度關系可見，應特別注意母材硬度小于205HB時的管道的焊接及焊后熱處理的工藝參數控制，避免焊縫硬度與母材硬度差別過大，否則會造成應力集中，從而影響部件的服役性能。當最低母材硬度為205HB以上時，焊縫和母材最低硬度差值逐漸減小（主蒸汽管道可達到25HBW以下，再熱蒸汽管道可達到45HBW以下），母材與焊縫硬度趨于均勻，可降低應力集中傾向。

圖4 主蒸汽管道（直管）焊縫硬度

圖5 再熱蒸汽管道（直管）焊縫硬度

綜合考慮直管管道硬度的均勻性以及焊縫與母材硬度的均勻性，P92管道最佳硬度參考區間應為205±2HBW，由表2中表達式計算得到最佳抗拉強度、屈服強度和屈強比參考區間，見表3。

表3 P92管道原始狀態的強度和硬度最佳匹配

4 小結

通過收集大量超超臨界火電機組四大管道用P92材料的原始常規力學性能，并進行了數據擬合分析，得到P92管道原始狀態的最佳強度和硬度匹配，可為電廠的P92鋼管采購與評價工作提供參考。