安防之家讯：摘 要:对超( 超) 临界机组用四大管道的国产化现状和质量情况进行了简要概述，并对四大管道国产化的经济效益进行了分 析。国内已有多家企业具备了四大管道的生产能力，国产四大管道已能满足相关标准要求，并已在国内多家电厂投入使用。
0 引 言
随着经济的快速发展，国内对能源的需求不断增 加，同时，环保要求也不断提高。国内现有的能源结 构决定了以燃煤发电为主的火力发电格局在很长一 段时间内不会改变，因此发展大容量、高参数机组，特 别是超超临界机组将是一个必然趋势，可提高发电效 率、节约一次能源、改善环境、降低发电成本。 截至2009 年底，我国运行中的 1 000 MW 超超临界机组已 有 21 台，在建的 1 000 MW 超超临界机组 12 台，我国 已成为世界上拥有超超临界机组最多的国家。
火电机组四大管道指主蒸汽管道、高温再热蒸 汽管道( 热段) 、低温再热蒸汽管道( 冷段) 和高压给水管 道。 四大管道造价占项目总 投 资 的 5 % ～8 % 。四大管道长期依赖进口，价格、工期进度等因 素往往受到制约。2005 年开始，国内多家企业开始了四大管道的国产化工作，国产 P91 钢最初是供给 锅炉厂做锅炉管道用，之后逐渐开始用于主蒸汽管道和高温联箱。
1 四大管道国内生产情况
1. 1 P91 钢管
P91 钢是用 V、Nb 元素进行微合金化并控制 N 元素 含量的铁素体钢，具有较高的高温强度、优良的抗氧化 性能和良好的工艺性能，在大型超临界火电机组上得到 广泛应用，并有 20 多年的运行经验，是比较成熟的耐热 钢种。为满足国内建设超超临界机组的需要，国家在 “八五”期间就开始推进 P91 钢的国产化工作，攀钢集团 成都无缝钢管厂( 以下简称攀成钢) 、上海宝钢钢管公司 均生产过 P91 钢管。目前，国内能够生产 P91 钢管的企 业主要有 6 家，分别是北方重工集团有限公司、武汉重 工铸锻有限责任公司、攀成钢、扬州诚德钢管有限公司、 衡阳华菱钢管有限公司和四川三洲特种钢管有限公司。 各家采购钢坯来源和生产工艺如表 1 所示。
北方重工采用的是电炉冶炼 + LF 炉外精炼 + VD 真空除气生产流程。生产厚壁 P91 无缝钢管，早 期采用的是锻造镗孔的工艺，材料利用率较低; 后期 投产的 36 000 t 垂直挤压机，是目前世界上最大的垂直挤压机，超越了美国威曼 - 高登的 35 000 t 垂直挤 压机，现在北方重工已可以用垂直挤压工艺生产厚壁 无缝钢管。采用挤压工艺生产的无缝钢管在挤压过 程中处于三向压应力状态，工件组织致密; 适合加工 难变形金属材料，可生产双金属材料和异性截面钢 管; 尺寸和形状精度高，材料利用率高，工艺流程短。 北方重工 P91 钢管已向华能平凉、营口、济宁、白杨河 等电厂供货。
武汉重工的钢管生产线于 1995 年底建成，并正 式开始规模生产，设计生产能力为 20 000 t / a，制管工 艺采用穿孔拉伸法，与日本住友、德国 VM 公司工艺相近。武汉重工可以生产口径较大、壁厚较薄的 P91无缝钢管，管径最大为 ID 914 mm × 38 mm 。
攀成钢是国内最早开展 P91 国产化工作的企业，采用皮尔格周期式轧制工艺生产钢管，其产品已向华 能营口、白杨河电厂供货。
1. 2 P92 钢管
北方重工已完成了 P92 钢管的试制工作，拟向华 能南通电厂 1 000 M W 超超临界机组四大管道国产 化示范工程供货。扬州诚德也完成了 P92 钢管的试制工作，性能评定试验正在进行中。
1. 3 WB36 钢管
WB36 钢是在碳锰钢的基础上添加 Ni、Cu、M o 等 合金元素形成的，使用温度为 350 ～ 400 ℃ ，是超临界机组 主给水管道的首 选 材 料。 石洞口二期工程600 M W超临界机组首次引进了 WB36 管道，用作水冷 壁集箱、对流管等部件，使用温度为 465 ℃ ，最高压力为 31. 2 M Pa[2]。上述国内钢管生产企业都可生产 WB36 钢管，其中攀成钢于 1993 年开始研制 WB36 无 缝钢管，采用工艺为电弧炉冶炼 + ERS 精炼 + 周期轧制 + 正火回火，其产品已应用于华能平凉、营口、济宁、白杨河电厂; 武汉重工的产品已应用于华能平凉电厂。
2 国产管件质量概况
四大管道国产化初期出现了较多的质量问题，主 要表现为化学成分不满足标准要求，金相组织不合格，屈服强度和抗拉强度偏低等。经过不断地探索和工艺调整，目前国产四大管道已基本上满足相关标准和规 范的要求，在某些指标上甚至优于国外同类产品。
表 2 为国内企业生产的国产 P91 管道的化学成 分比较。P91 钢 C 含量低而 N 含量高，同时 Al 含量 也有限制，因此冶炼时的脱氧受到限制，导致气体含 量增加，冶炼问题较多。过高的 N 含量会形成氮化 物夹杂，Al、T i 在钢中会和 N 形成 AlN 、T iN 硬质相， 对材料塑性不利; S 元素会弱化晶界并导致蠕变脆 化，严重削弱 P91 钢的高温持久强度和蠕变性能，因 此冶炼过程中应注意 N 元素的合金化和杂质元素 S 、 P 的去除，同时应严格控制脱氧 Al 量，严格控制弱化 晶界的五害元素含量。由表 2 可知，各厂家在化学成 分控制上，基本都能满足 ASM E 规范要求。在 C 、S 、 P 元素的控制上，北方重工和武汉重工做得较好[3-6]。
表 2 国产 P91 钢管化学成分比较
WB36 钢中添加 Nb 元素使晶粒细化，并通过 Cu 析 出物进行沉淀强化，为避免在热加工过程中出现脆性， 需将 Cu / Ni 比大致控制在1 /2[7]。表3 给出了几家国产 WB36 钢管的化学成分比较，各家企业生产的 WB36 钢 管化学成分基本满足 EN10216 - 2 技术条件要求。攀成 钢将 Cr 含量控制得较低( ﹤ 0. 1% ) ，其余几家企业包括 德国的 VM 公司，Cr 含量一般在 0. 2% ～ 0. 3% ，而 EN 标准只对 Cr 含量上限进行了规定，并未规定下限。
对国产钢管进行室温拉伸性能和冲击功比较，数据 汇总如表 4 所示。由表 4 可知，国产 P91 钢管基本都能 满足 ASME 规范要求; 国产 WB36 钢管的室温拉伸性能 和冲击功均能满足相关标准要求，但普遍出现抗拉强度 靠近下限的情况，因此热处理工艺仍需改进。
P91 钢管金相组织为回火马氏体，采取正常热处 理工艺生产的国产管道的金相组织均合格，但应注意 以下问题: ( 1 ) 回火过度( 回火温度过高或回火时间 过长) 导致形成回火索氏体，板条特征不明显( 图 1 ) ， 这种组织对于材料的高温持久性能是有害的; ( 2 ) 金 相组织中 δ 铁素体含量超标，DL / T 438 —2009《火力 发电三金属技术监督规程》[8]规定，P91 材料中 δ 铁 素体含量不超过 5 % ，δ 铁素体会对材料的韧性产生 不利影响; ( 3 ) 不当的热处理工艺形成反常组织，无 马氏体组织形态。
Fig. 1 Over tempered metallographic structure of P91 steel
WB36 钢管金相组织为贝氏体 + 铁素体，其中贝 氏体含量不低于 40 % 。热处理工艺对于铁素体和贝 氏体的相对含量有重要影响，控制不当易出现铁素体 含量超标的情况，从而导致 WB36 钢强度偏 低[9]。 EN10216 - 2004 给出的 WB36 钢的热处理工艺为:880 ～ 980 ℃ 正火 + 580 ～ 680 ℃ 回火，温度范围较宽。 对于厚壁管道，热处理过程中要格外注意冷却速度， 冷却速度过慢会形成大量的铁素体，导致强度和硬度 偏低。在实际生产过程中，对壁厚不同的管道应采取 不同的冷却方式( 空冷、风冷或雾冷) 。 图 2 是国内 外 WB36 管道的典型金相照片。 可见，与国外管相 比，国产管金相组织中铁素体含量偏多，组织均匀性 也稍差。
Fig. 2 Comparison of metallographic structure of WB36 steel pipe between Domestic and foreign manufacturers
总的来说，国产管的化学成分、室温力学性能、金相组织等基本符合相关标准要求，但部分国产管的高 温蠕变持久性能还存在一些问题，比如某厂生产的 P91 钢 管 600 ℃ 下 10 万 h 的 持 久 强 度 外 推 值 为89. 4 MPa，低于规范的推荐值( 93 MPa ) 。 国产管还 存在金相组织异常、晶粒不均匀、室温力学性能不稳 定、管材表面缺陷等问题。
国产管在批量生产阶段经常出现质量不稳定的 问题，这与生产过程中的工艺执行和质量控制有一定 的关系。为保证国产管道的质量，一方面，需要生产 厂家加强质量管理; 另一方面，可委托独立机构进行 管道生产阶段的监造。
3.四大管道国产化带来的经济效益分析
四大管道国产化带来的经济效益是明显的，经过 与同期威曼高登、曼内斯曼、日本住友等国外产品报 价综合比较，首批应用国产管材的 8 台机组( 分别应 用于华能营口、平凉、济宁、白杨河电厂) ，可降低成 本 8 000 ～ 10 000 万元。
以华能平凉电厂 2 × 600 MW 机组( 国产管道) 和 中国水电集团崇信电厂 2 × 600 MW 机组( 进口管道) 为例，同参数( 25. 4 MPa /576 ℃ ) 同规格的主蒸汽主 管 ID431. 8 mm × 77 mm，美国威曼高登比北方重工 价格高出 29. 16 % ; 同参数主蒸汽支管 ID304. 8 mm ×56 mm，美国威曼高登比北方重工价格高出 57. 73 % 。 华 能平凉电厂主蒸汽管道总长 ( 主 管 235 m， 支管 165 m) 比中水崇信电厂 ( 主 管 228 m，支 管166 m) 长 6 m( 主管长 7 m，支管短 1 m) ，平凉电厂主 蒸汽管道造价仍比崇信电厂低约 1 千万元。
随着国产管材的成功应用，国外产品价格一路走 低。日本住友 A335 P91 规格 ID747 mm × 45 mm 钢 管，2009 年 4 月价格为 109 500 元 / t，至 2009 年 11 月 降为 47 000 元 / t，降幅超过 57 % 。 德国 V&M WB36 钢管，2008 年 9 月规格 OD660 mm × 70 mm 价格为85 000 元 / t，2009 年 7 月规格 OD762 mm × 80 mm 价 格为39 000 元 / t，可以看出在 10 个月中 德 国 V&M WB36 钢管降幅达到 54 % 。
4 结 语
国内目前已有多家企业具备了四大管道的生产能力，产品质量已能满足相关标准要求，国产四大管道已在国内多家电厂投入使用，取得了良好的社会效 益和经济效益。推动四大管道和电站金属材料的国 产化，对于有效降低机组造价成本、振兴民族制造业 都具有重要意义。
5 参考文献
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[R]. 西安: 西安热工研究院有限公司，2010 .
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[9] 超超临界机组常用新型耐热钢硬度与其它力学性能关系的试验 研究[R]. 西安: 西安热工研究院有限公司，2010 .
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