姚彥龍，王 魯，劉永鵬，劉 磊，王庭文

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

P92鋼是在P91鋼合金成分基礎(chǔ)上研發(fā)的強(qiáng)度等級(jí)更高的新型耐熱鋼，其高溫?zé)岱€(wěn)定性和熱強(qiáng)性較P91鋼提高了約30%，極限使用溫度達(dá)到了625℃，被廣泛應(yīng)用于超(超)臨界機(jī)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(dǎo)致市場(chǎng)上超超臨界火電機(jī)組用P92管道的部分力學(xué)性能差異顯著[3，4]，如何評(píng)判其綜合性能較好是目前急需解決的一大問(wèn)題。本文收集了大量超超臨界火電機(jī)組四大管道用P92材料的原始常規(guī)力學(xué)性能進(jìn)行了匯總分析，以期找到P92原始綜合力學(xué)性能的最佳匹配，為電廠的P92鋼管采購(gòu)與評(píng)價(jià)工作提供參考。

1 常規(guī)力學(xué)性能與壁厚關(guān)系

P92的常規(guī)力學(xué)性能主要包括硬度、抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、沖擊吸收功等。按照不同壁厚對(duì)收集到的P92常規(guī)力學(xué)性能數(shù)據(jù)進(jìn)行了描點(diǎn)繪圖，如圖1所示?？梢?jiàn)，原始狀態(tài)下的不同壁厚的P92管道的硬度、抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、沖擊吸收功數(shù)據(jù)點(diǎn)均較為離散且各項(xiàng)力學(xué)性能區(qū)間跨度較大，將上述數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行整體線性擬合，線性擬合關(guān)系式和線性擬合均值區(qū)間見(jiàn)表1?？梢?jiàn)，對(duì)于50mm～140mm厚的P92管，其各項(xiàng)力學(xué)性能隨壁厚不同變化趨勢(shì)不大。

圖1 力學(xué)性能與壁厚關(guān)系的線性擬合

表1 力學(xué)性能與壁厚關(guān)系線性擬合均值區(qū)間

2 強(qiáng)度和硬度的關(guān)系

A335/A335M-18a標(biāo)準(zhǔn)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(duì)于P92管道的各項(xiàng)力學(xué)性能之間存在一定的關(guān)系，若提高硬度可能會(huì)P92管道的強(qiáng)度和塑韌性產(chǎn)生影響。因此有必要分析硬度與其他力學(xué)性能之間的關(guān)系。

首先不考慮壁厚的影響，將P92管道原始狀態(tài)的硬度和強(qiáng)度之間的關(guān)系進(jìn)行了描點(diǎn)和線性擬合，線性擬合結(jié)果如圖2所示。

圖2 強(qiáng)度和硬度關(guān)系線性擬合

可見(jiàn)，P92管道的硬度和抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度以及屈強(qiáng)比均呈正相關(guān)關(guān)系。P92管道原始狀態(tài)的強(qiáng)度和硬度擬合關(guān)系式和線性擬合均值區(qū)間見(jiàn)表2。

表2 強(qiáng)度和硬度擬合關(guān)系式

3 最佳力學(xué)性能匹配分析

圖3所示為P92管道不同端檢測(cè)硬度值差別，其中管道直管虛線為理想狀態(tài)，為兩端硬度均勻直管。可見(jiàn)，P92管道的硬度控制在201HB左右，直管的硬度均勻性普遍會(huì)較好，硬度較高或較低時(shí)管道成品的硬度均勻性會(huì)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(guān)系可見(jiàn)，應(yīng)特別注意母材硬度小于205HB時(shí)的管道的焊接及焊后熱處理的工藝參數(shù)控制，避免焊縫硬度與母材硬度差別過(guò)大，否則會(huì)造成應(yīng)力集中，從而影響部件的服役性能。當(dāng)最低母材硬度為205HB以上時(shí)，焊縫和母材最低硬度差值逐漸減?。ㄖ髡羝艿揽蛇_(dá)到25HBW以下，再熱蒸汽管道可達(dá)到45HBW以下），母材與焊縫硬度趨于均勻，可降低應(yīng)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(qū)間應(yīng)為205±2HBW，由表2中表達(dá)式計(jì)算得到最佳抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和屈強(qiáng)比參考區(qū)間，見(jiàn)表3。

表3 P92管道原始狀態(tài)的強(qiáng)度和硬度最佳匹配

4 小結(jié)

通過(guò)收集大量超超臨界火電機(jī)組四大管道用P92材料的原始常規(guī)力學(xué)性能，并進(jìn)行了數(shù)據(jù)擬合分析，得到P92管道原始狀態(tài)的最佳強(qiáng)度和硬度匹配，可為電廠的P92鋼管采購(gòu)與評(píng)價(jià)工作提供參考。