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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**上拥有超超临界机组**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**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**上**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**为 ID 914 mm × 38 mm 。

攀成钢是国内**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 ℃ ，**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。