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Q345B无缝钢管

电力化工用进口P91大直径无缝管

作者:wadmin 时间:2019-11-26 09:00
  1 大直径无缝钢管 P91/P92 
 
  提高火电机组的参数,是实现电能生产的高效、洁净、经济、可靠、安全要求的最重要途径之一。超超临界火电机组是世界上成熟先进的发电技术,目前主蒸汽/再热汽温度为 600℃的超超临界机组供电效率可达 44%-45%,在经济发达国家广泛应用并得到了显著的节能和减少污染的效果,并且正进一步向更高参数方向发展。建设高参数超超临界火电机组可降低煤耗、大幅度地减少排放、极大地节约资源、减少电煤运输对交通的压力。事实证明,开展建设超超临界火电机组是我国实现节能减排战略目标和保证中国能源和经济安全的最重要措施之一。
P91大口径无缝钢管
  我国超超临界机组 20 多年来取得了举世瞩目的发展,但国内制造企业自主创新的技术瓶颈仍然明显,主要表现技术对外依存度高,超超临界机组设计制造的核心技术基本掌握,但关键零部件,以及高温合金钢管高强度钢材国产化研制和应用工作薄弱,主要依靠进口。随着蒸汽温度和压力的提高,材料问题已经成为影响机组可靠性的主要因素。近 30 年来,美、日、欧等国家进行了大量的试验研究工作,开发了一批性能优异的可用于高温合金钢管高压锅炉管工况的新型耐热钢大直径钢管,促进了超临界火力发电技术和现代化化工无缝管技术的发展。目前我国超临界火电机组,还有一部分材料依赖进口。进口材料价格昂贵、资源短缺,致使锅炉制造成本偏高、电厂建设周期延长,严重制约了国家的经济建设。因此,对高温合金钢管高压锅炉管工况无缝管用金属材料的性能研究,成为我国推广应用超超临界技术的关键。目前国内许多科研机构、大专院所、钢铁企业等,为新型耐热钢的国产化做了大量的卓有成效的工作,为我国超临界火电机组用新型耐热钢打破国外垄断、降低建造成本等做出了巨大贡献。目前,建立我国自己的超临界、超超临界火电机组锅炉用钢技术体系的时机已经成熟。
 
  用于高温合金钢管高压锅炉管工况的大直径无缝管用钢管,即过热器和再热器出口集箱和主蒸汽无缝管,以及化工无缝管,为降低壁厚,减少热疲劳的影响,需要选用更高强度的材料。在 590-625℃这个范围内,经常选择性能稳定可靠,具有长期使用经验的 P91/P92 这两个钢种,这两个钢种是我国现阶段国产化的重点。
 
  高温合金钢管高压锅炉管工况大直径钢管 P91/P92 在合金化方面有以下特点:1)利用多元复合强化原理提高材料的持久强度、蠕变强度和组织稳定性,如 W、Mo 复合添加,形成固溶强化,以 W 为主,因
 
  为W 在固溶体中比 Mo 稳定;Nb、V(Ti)复合添加,形成弥散的碳化物析出强化。2)添加(控制)N,形成复杂的 Nb、V(Ti)的 CN 化物,增加析出强化效果。3)降低 C 含量,改善材料的加工性能和焊接性能。
 
  大直径钢管 P91/P92 的国产化不是权宜之计,而是长远之计。国产化工作应当遵循“引进→消化→吸收→仿制→创新”的道路,合理选择适用材料进行国产化开发研究,并循序渐进科学有效可持续发展,确保高温合金钢管高压锅炉管工况用管国产化的质量安全。
 
  大直径无缝钢管产品大部分为要求很高的合金钢品种,要求生产企业不仅必须具备完整的炼钢、精炼、轧制、精整和热处理装备,还要有较高的产品开发能力和技术管理水平,才能满足电站建设、石油化工、机械制造及军工等行业对产品的高质量要求。
 
  2 大直径无缝钢管 P91/P92 的生产
 
  大直径无缝钢管一般是指规格Ф406mm 以上的无缝钢管,主要用于流体输送管、石油天然气管线管、压力容器管、高压锅炉管锅炉管及军工用管等,钢种主要为优质碳素结构钢、合金结构钢、不锈钢及特种合金等。我国国产 P91/P92 材料,均采用电弧炉加炉外精炼和真空脱气方法炼钢,浇注成模铸钢坯或连铸钢坯,再由钢坯加工成管坯制管或直接用钢坯制管。冶金质量与国外先进国家相差不大。我国大直径无缝钢管生产主要采用自动轧管机组、连轧管机组、周期轧管机组、大顶管机组、挤压管机组和扩管机组,另外还有二次穿孔方式和锻坯机加工钻孔方式。大直径无缝钢管生产装备按原料分为一次材轧机和二次材轧机。一次材轧机的类型有自动轧管机组、限动芯
 
  棒连轧管机组(以下二辊机型简称 MPM,三辊机型简称 PQF)、周期轧管机组、大顶管机组和挤压管机组等 5 种。二次材轧机的类型为热扩机组。各轧管机组装备特点如下:
 
  1)自动轧管机组是 20 世纪 60 年代以前的大中直径无缝钢管生产的主力机型,采用轧坯或连铸坯纵轧工艺,轧管机最大延伸系数为 2,产品精度不高,延伸率低,规格仅到大直径管的下限。随着连轧管机的兴起,自动轧管机大部分产品被连轧管机替代。
 
  2)连轧管机组是 20 世纪 90 年代出现的现代化大中直径无缝钢管的主力机型,采用连铸坯,连续纵轧工艺,产品质量好,轧管机最大延伸系数为 5,尺寸精度高,自动化程度高,生产效率高。限动芯棒连轧管机组是现代化水平最高的机型,但是因其生产规模大、投资较高,主要适合品种相对单一、大批量的产品(如油井管、管线管等),规格仅到大直径管的下限。
 
  3)周期轧管机已经有 100 年左右的历史,在连轧管机组大量使用以前.一直作为生产大直径无缝钢管的主力机型。原料可采用多边形钢锭、离心浇铸空心坯(主要为不锈钢)、锻坯或连铸坯,工艺特点属锻轧工艺,这种变形工艺方式可以确保钢管内在质量,壁厚范围大,原料种类多,轧
 
  管机最大延伸系数为 8。因变形为间断式,钢管表面质量和尺寸精度不高,成材率较低。
 
  4)顶管机组采用钢锭,通过立式压力穿孔加卧式压力顶管,再经机加工制成钢管。类似挤压成型,变形应力状态较好,钢锭中心经充分锻造,内部组织密实性好;产品规格范围宽,基本可以覆盖全部大直径管的规格,特别是壁厚>80mm 的厚壁管,主要依靠大顶管机组;生产工序少,比其他机型生产技术简单,生产组织灵活;与其他机型相比,投资较低。但是生产效率不高,成
 
  材率低 (只有 65%左右),且需多火加热,能耗高。
 
  5)钢管挤压机组的生产历史已经有 50 多年,采用锻坯或钢锭挤压成型,三向压应力,变形应力状态好,钢管内部组织密实性好,可以生产各种难变形金属;产品精度较高,内在质量好。不足的是生产装备复杂、厂房较高(立式挤压机)、投资大;成材率不高(约 70%左右,略高于大顶管机组)。
 
  6)锻坯机加工钻孔方式,主要采用锻坯或钢锭经锻造成钢棒,再经钻孔内镗外车机加工制成钢管。锻造过程中控制锻造比在 3 以上,钢棒经充分锻造,变形应力状态好,钢管内部组织密实性好。产品规格范围宽,可以覆盖全部大直径管的规格,特别是壁厚>80mm 的厚壁管优势明显;生产工序少,生产技术简单。但是生产效率不高,成材率很低。锻坯机加工钻孔方式是在我国超超临界发电机组发展初期,关键性的大直径厚壁钢管完全受制于进口,我国在尚不具备大型制管机组的情况下,采取打破进口垄断、支撑超超临界发电机组持续发展的一种解决方式。现今已具备多种方法多套大直径厚壁钢管制管机组,今后不宜再使用锻坯机加工钻孔方式制造大直径厚壁无缝钢管。锻坯机加工钻孔方式今后可在大型锻件、大型管件、大型阀体等方面发挥作用。
 
  g)扩管机组是生产大直径无缝钢管二次材的设备,扩管机组的生产历史约有几十年,主要有拉拔式、推制式和辊式等机型。
 
  整体加热拉拔式扩管机组和局部加热推制式扩管机组,由于扩管时管壁金属变形不是沿限定状态流动,而是为自由状态,因此会将原有管体缺陷扩大和使原有轧制紧密的结构变得疏松,这两种扩管方式仅适用于各种低等级的薄壁流体管和结构管等产品。
 
  辊式扩管机组最早在 20 世纪 20 年代就已出现,扩管过程采用二辊辗轧工艺,可以 1 道次完成扩径,道次扩径率高(最高达 75%);成材率较高(约 90%);产品精度和质量好,生产效率高。可生产各种锅炉压力容器管、大直径油井管、管线管、流体管和结构管等。缺点是原料受到限制,投资大,生产规模大,部分产品与大直径焊管竞争市场。
 
  3大直径无缝钢管新品种
 
  随着我国电厂特高压工业的发展,在新产品研制开发的进程中,基本对策是:1)尽可能提高蒸汽
 
  温度,其次压力;2)采用二次再热技术;3)最大限度地减少热力学损失,优化设计,智能系统化。从而在现有材料许可的条件下,使 600-620℃等级的二次再热超超临界机组,可以达到>48.0%的供电效率。如果新型材料得到使用,机组参数进一步提高,到 35MPa/615/630/630℃:机组效率有望>50%。
 
  据了解,自 2007 年起,钢铁研究总院依托科技部国际合作项目“650℃蒸汽参数超超临界火电机组锅炉钢品种研发和性能研究”,开展了 9-12-15%Cr 含量 650℃耐热钢的成分优化和品种筛选的探索研究,确定了发展 9%Cr 含量 650℃马氏体耐热钢的方向和基本化学成分体系。2009 年依托科技部 973 计划“耐高温合金钢管马氏体钢的组织稳定性基础研究”课题,开展了 9%Cr 含量 650℃ 马氏体耐热钢的高温合金钢管组织稳定性的基础研究,提出了 650℃马氏体耐热钢的“选择性强化设计”观点,成功开发出 G115 原型钢,原型钢的 650℃持久强度优于日本 MARBN 钢,并申报国家发明专利。2014 年 11 月,G115 钢获得国家发明专利授权“蒸汽温度超超临界火电机组用钢及制备方法”,专利号 CN103045962B。2018 年 1 月,宝钢特钢牵头制订的《电站用新型马氏体耐热钢 G115 无缝钢管》钢协团体标准通过审定。
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