分析比较p91 钢的特性及其应用

《分析比较p91 钢的特性及其应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、分析比较P91钢的特性及其应用陈娟（广东省电力设计研究院，广东广州510600） 摘要：目前新建的亚临界机组中，主蒸汽管道及再热蒸汽管道热段的材料已用P91钢代替P22钢。为此，从化学元素、室温力学性能、许用应力及蠕变强度、线膨胀系数和导热率、焊接性能方面分析比较P91钢和P22钢，说明P91钢更具优越性。最后通过在工程上的实际应用，进一步说明采用P91钢能节省管材，方便设计、安装，经济效益非常显著。关键词：P91钢；P22钢；特性；应用；经济效益高温、高压管道材料是火力发电厂最重要的用材之一，它不仅对电厂的安全运行起着重要的作用，而且也影响电厂的建设投资。过去国内的600MW

2、机组工程，主蒸汽管道及再热蒸汽管道热段的管材均选用A335P22管材。A335P22钢的特点是工艺性能良好，对热处理的加热温度不太敏感，焊接性能也好，具有良好的塑性，最大的缺点是强度较低，尤其是高温持久强度比12Cr1MoV钢低，在相同温度、应力下使用时，其管壁厚度要比12Cr1MoV钢厚约30%。汽水管道壁厚过大，不仅增加制造上的困难，而且也给设计、安装和运行带来不便。20世纪80年代，美国推出了A335P91管材，由于该管材比P22钢材具有更好的高温性能，它的推出马上得到世界各国的关注。在压力、温度、内径相同的情况下，主蒸汽管道及再热热段管道采用P91钢代替P22钢，壁厚可

3、减少一半左右，管道管件如直角三通的用量可降低约65%。1P91钢的特性在以往的工程中，超高压125MW及200MW机组的主蒸汽管道选用10CrMo910钢；20世纪70年代末到80年代，引进了亚临界300MW及600MW机组，其主蒸汽管道选用A335P22钢，这两种钢材性能相当，它们都属于珠光体耐热钢，最高工作温度为580～590℃，温度再高时只能选用奥氏体耐热钢，奥氏体钢最高工作温度达700℃，但这种钢的热膨胀性较高，对应力腐蚀敏感，异种钢接头寿命短，不适合用于高温、高压汽水管道。P91钢是为了填补珠光体耐热钢和奥氏体耐热钢之间600～650℃温度区域使用的新汽水管道用钢，属

4、于马氏体耐热钢,其最高使用温度为650℃，实际上在原9Cr-1Mo钢基础上加进V，Nb，N等强化元素，形成一种变质新钢种。1.1P91和P22钢元素的质量分数P91，P22钢主要元素的质量分数见表1。钢中元素S是硫化物夹杂的主要来源，易产生赤热脆性；元素P则主要影响回火脆性、热脆性，因此，钢中S和P的质量分数要低；V，Nb及N属于强化元素，可提高钢材的强度；Cr，Si等元素可使金属在高温运行时生成的氧化膜致密而牢固，提高钢材的抗氧化性。从表1可以看出，P91钢的有害元素的质量分数较低，抗氧化性较高，又增加了强化元素，是一种优于P22钢的高温、高压管材。  1.2室温力学性能P9

5、1,P92钢的室温力学性能见表2所示。 从表2可以看出，P91钢的室温屈服极限是P22钢的2倍，抗拉强度比P22钢高41%。1.3许用应力及蠕变强度P91,P92钢的许用应力及蠕变强度见表3所示。 从表3可以看出，P91钢在650℃以下时，所有温度的许用应力均比P22钢高。在管道设计中，许用应力的大小直接影响到管壁厚度的选择，正是因为以P91钢代替P22钢作主蒸汽管道的管材，其壁厚几乎可减少一半，从而使采用P91钢的主蒸汽管道系统具有以下优点：管道系统柔度增加，减少了膨胀力；支吊架的载荷减少；端点推力和力矩降低；允许机组负荷变化较快，起动时间缩短；投资成本降低。在火力发电厂中，

6、为了保证主蒸汽管道的安全运行，对介质温度为500℃及以上的每条主汽管道都要进行蠕变监控。影响蠕变的主要因素包括温度、应力和钢材本身，温度越高，应力越大，蠕变速度也越快。根据厂家的试验数据，在105h及550℃下时，P91钢的蠕变强度几乎为P22钢的两倍。1.4线膨胀系数和导热率P91,P22钢的线膨胀系数和导热率见表4所示。 从表4可知，P91钢的线膨胀系数和导热率与P22钢较接近，这一特性可避免P91钢与珠光体钢相接时在运行中产生蠕变疲劳裂纹，这种裂纹正是影响奥氏体耐热钢与珠光体耐热钢相接时异种钢接头寿命短的主要原因。由于P91钢的线膨胀系数比P22钢略低，又可降低管道的端点

7、推力和力矩。1.5焊接性能P91钢可按现有方法进行电弧焊接，包括可用氩弧焊接（TIG）方法进行焊接。焊条和焊剂的选择，应当尽量使焊缝和母材的化学成分一致或接近，使焊接金属具有与母材相同或更好的蠕变和持久强度。由于该钢对热裂纹不敏感，施焊前预热到150～200℃时也不会出现裂纹，并可与各种钢，如P22钢（珠光体耐热钢）、X20CrMoV121（马氏体耐热钢）和TP304H（奥氏体耐热钢）等钢焊接，以下介绍P91钢的焊接情况：a)P91钢和P91钢焊接时，可选用9Cr-1Mo(T9)或改进的9C