劉明川，龔 毅，李 儉，譚 超

（中國(guó)水利水電夾江水工機(jī)械有限公司，四川 成都 610000）

本文以老撾仙坪項(xiàng)目為例對(duì)800MPa級(jí)高強(qiáng)鋼板在水電中的應(yīng)用進(jìn)行系統(tǒng)的闡述，通過對(duì)比分析，對(duì)800MPa級(jí)高強(qiáng)鋼板在綜合指標(biāo)方面做出一定的研究，為其應(yīng)用積累更多經(jīng)驗(yàn)，有效推動(dòng)800MPa級(jí)高強(qiáng)鋼板在水電行業(yè)的應(yīng)用[1-4]。

1 工程概況

2015年4月，某公司中標(biāo)老撾仙坪水電站項(xiàng)目，承擔(dān)該項(xiàng)目壓力鋼管、叉管等的設(shè)計(jì)、供貨與安裝。該工程項(xiàng)目坐落于老撾南部阿速坡省山區(qū)，總裝機(jī)量41萬千瓦，最高水頭近七百米。本工程預(yù)計(jì)使用800MPa級(jí)高強(qiáng)鋼的鋼管長(zhǎng)度約800多米，重量3300多噸，故鋼板的選擇對(duì)于工程的安全運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用，以下是工程中選用的鋼板的對(duì)比指標(biāo)，該項(xiàng)目的順利實(shí)施，也為新型鋼板的使用提供了一定的數(shù)據(jù)參考。

2 鋼材的選擇指標(biāo)

對(duì)于一般環(huán)境條件下使用的壓力鋼管，其主要功能是在輸送水流的同時(shí)，承受水壓力和巖石、地下水壓力等荷載，為一承載結(jié)構(gòu)物。強(qiáng)度（屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度）、塑性、韌性、焊接性、疲勞特性和加工性是壓力鋼管用鋼需要考慮的主要特性。其中，強(qiáng)度指標(biāo)是壓力鋼管選材的主要指標(biāo)[5]，所選鋼材的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度應(yīng)滿足鋼管設(shè)計(jì)時(shí)擬定的強(qiáng)度指標(biāo)要求。對(duì)于800MPa級(jí)鋼材，其屈服強(qiáng)度應(yīng)不低于685MPa，抗拉強(qiáng)度在770MPa～940MPa之間。延性是材料在外力的作用下可以被拉伸的性能，以伸長(zhǎng)率表示，它是材料冷作加工延伸的容易程度和結(jié)構(gòu)過載時(shí)所能允許的變形裕量的重要性能。鋼材的伸長(zhǎng)率隨強(qiáng)度的增高而降低，即強(qiáng)度越高，屈強(qiáng)比越大，最大應(yīng)力時(shí)的延伸率和破壞時(shí)的伸長(zhǎng)率越小。此外，伸長(zhǎng)率有隨溫度升降而變化的趨勢(shì)，但在壓力鋼管溫度范圍內(nèi)拉伸性能變化不大。一般來講，抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度高的鋼材，疲勞極限也高。而從另一方面看，強(qiáng)度極限越高，材料對(duì)應(yīng)力集中就越敏感，而應(yīng)力集中是影響疲勞強(qiáng)度的重要因素。為此，在使用高強(qiáng)鋼時(shí)應(yīng)防止產(chǎn)生表面?zhèn)郏_眼、電弧擦傷等），并要特別注意最后焊道形狀，必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行飾面，以提高疲勞強(qiáng)度[6-8]。

3 老撾仙坪水電站用800MPa級(jí)鋼板主要技術(shù)指標(biāo)

3.1 800MPa級(jí)鋼板主要技術(shù)指標(biāo)初擬

3.1.1 歐洲標(biāo)準(zhǔn)N 10025-6

歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN10025-6屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度滿足老撾工程要求的鋼板為S690QL，其化學(xué)成分、力學(xué)性能、沖擊韌性值分別見表1、表2、表3。

表1 S690QL的化學(xué)成分

表2 S690QL的力學(xué)性能

3.1.2 日本JISG3128標(biāo)準(zhǔn)

JISG3128標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定分別見表4、表5、表6。

表4 化學(xué)成分及碳當(dāng)量

表5 力學(xué)性能

表6 卻貝吸收能量

3.1.3 美國(guó)ASTM標(biāo)準(zhǔn)

美國(guó)關(guān)于800MPa級(jí)鋼板的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)是美國(guó)ASTM標(biāo)準(zhǔn)。ASTM標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定分別見表7、表8。

表7 ASTM A517F鋼的化學(xué)成分（%）

表8 ASTM A517F鋼的力學(xué)性能

3.2 國(guó)產(chǎn)800MPa級(jí)鋼板

寶泉抽水蓄能電站鋼管采用的是舞陽鋼鐵集團(tuán)生產(chǎn)的800MPa級(jí)高強(qiáng)度調(diào)質(zhì)鋼，鋼號(hào)為WH80Q，采用板厚為40mm～48mm，材料的各項(xiàng)指標(biāo)見表9、表10。

表9 WH80Q 48mm鋼化學(xué)成分

表10 WH80Q 鋼力學(xué)性能

對(duì)照上述各標(biāo)準(zhǔn)可以發(fā)現(xiàn)如下幾點(diǎn)：

（1）從強(qiáng)度指標(biāo)來看，在鋼板厚度小于50mm時(shí)，4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中的屈服強(qiáng)度除國(guó)產(chǎn)的WH80Q稍低外，其余均在685Mpa以上?？估瓘?qiáng)度在770MPa～940MPa，最小的仍是WH80Q。但是強(qiáng)度指標(biāo)均滿足結(jié)構(gòu)的使用規(guī)定。

（2）從伸長(zhǎng)率來看，由于EN標(biāo)準(zhǔn)和ASTM標(biāo)準(zhǔn)采用的是比例試樣，延伸率標(biāo)準(zhǔn)值δ5不低于14%，而JISG3128規(guī)定伸長(zhǎng)率為No.4試樣，為非比例試樣，規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)值不小于20%。通過與比例試樣的比照試驗(yàn)，初步得出的結(jié)論是按JIS4號(hào)試樣經(jīng)拉伸試驗(yàn)得到的伸長(zhǎng)率值為20%時(shí)相當(dāng)于按比例試樣得出的伸長(zhǎng)率為16%。日本800MPa級(jí)鋼板的伸長(zhǎng)率高于EN標(biāo)準(zhǔn)和ASTM標(biāo)準(zhǔn)。

（3）關(guān)于沖擊韌性指標(biāo)：上述標(biāo)準(zhǔn)均采用夏比V形缺口沖擊試驗(yàn)的沖擊功作為沖擊韌性指標(biāo)，從數(shù)值上講，在相同的試驗(yàn)溫度下，JIS標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值最大，沖擊韌性好于EN和ASTM標(biāo)準(zhǔn)相應(yīng)的鋼材。

（4）從化學(xué)成分看，JIS標(biāo)準(zhǔn)中SHY685NS規(guī)定的碳含量最低，為0.14%；有害雜質(zhì)P、S的含量，P含量JIS標(biāo)準(zhǔn)中SHY685NS規(guī)定為0.015%以下，EN標(biāo)準(zhǔn)中S690QL規(guī)定為0.020%，ASTM標(biāo)準(zhǔn)中A517F規(guī)定值0.035%，JIS標(biāo)準(zhǔn)要求最高；S含量JIS標(biāo)準(zhǔn)中SHY685NS規(guī)定為0.015%以下，EN標(biāo)準(zhǔn)中S690QL規(guī)定為0.010%，ASTM標(biāo)準(zhǔn)中A517F規(guī)定0.035%，EN標(biāo)準(zhǔn)要求最高。

（5）碳當(dāng)量Ceq值由于計(jì)算公式的不同，在板厚小于50mm時(shí)，EN標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值為0.57%，JIS為0.53%；焊接裂紋敏感性系數(shù)PCM具有相同的計(jì)算公式，但數(shù)值沒有在標(biāo)準(zhǔn)中明確規(guī)定，查相關(guān)的廠家資料，符合JIS規(guī)定的SHY685NS的PCM在板厚小于50mm時(shí)為0.30%，S690QL為0.31%，日本鋼板優(yōu)于歐洲鋼板。

綜上所述，老撾仙坪項(xiàng)目電站壓力鋼管800MPa級(jí)鋼材的選擇考慮到材料的綜合指標(biāo)、國(guó)內(nèi)工程的實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)、國(guó)內(nèi)壓力鋼管制作安裝的技術(shù)水平和經(jīng)驗(yàn)。

表11 800MPa級(jí)高強(qiáng)度鋼板化學(xué)成份（%）

表12 800MPa級(jí)高強(qiáng)度鋼板力學(xué)性能和工藝性能

3.3 鋼板的實(shí)物指標(biāo)

XPXN電站壓力鋼管用800MPa級(jí)鋼板，表面平整度、鐮刀彎、尺寸偏差和厚度偏差均滿足合同要求。到貨鋼材的實(shí)物指標(biāo)均滿足合同要求，32mm、34mm、36mm、38mm、40mm、44mm的實(shí)物指標(biāo)見表13。

表13 到貨鋼板的化學(xué)成分

根據(jù)到貨鋼板實(shí)物指標(biāo)可知，鋼板屈服強(qiáng)度在800MPa以上，材料的延伸率為21%～23%，均大于合同規(guī)定值；冷彎試驗(yàn)表明，材料的加工性能是不錯(cuò)的。鋼板-40℃的沖擊韌性大多在110J～140J，個(gè)別在50J，穩(wěn)定性稍差，但滿足合同要求；對(duì)于板厚大于40mm的鋼板，5%應(yīng)變，經(jīng)250℃×2h時(shí)效后，夏比V形沖擊功（縱向）也是滿足要求的[9-13]。

4 結(jié)語

老撾仙坪項(xiàng)目從2019年并網(wǎng)發(fā)電投入運(yùn)行以來，一直運(yùn)行良好，經(jīng)受住了蓄水、甩負(fù)荷、運(yùn)行等考驗(yàn)，其制造、安裝質(zhì)量完全滿足合同和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求，在該項(xiàng)目得到了成功應(yīng)用。

隨著我國(guó)工業(yè)化步伐的加快和新鋼種的不斷開發(fā)應(yīng)用，在我國(guó)電站建設(shè)中，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)鋼管800MPa級(jí)鋼板的是值得一試的鋼材。在不斷提高施工工藝品質(zhì)的同時(shí)，應(yīng)該開發(fā)新型材料的使用，以滿足現(xiàn)代化建設(shè)的需求。