采用连铸坯制造的P92钢管性能试验研究学习体会

文献概况与技术背景

本文发表于2024年《钢管》第53卷第1期，由东方电气集团东方锅炉股份有限公司及机械工业高温、高压材料与焊接工程实验室的敬仕煜、普晓明、何小明、曾辉和杨建五位作者完成。P92钢（对应ASTM A335 P92或EN 10216-2中的X12CrMoWVNbN10-1-1）是一种先进的高强度低合金钢，具有优异的耐高温、抗蠕变和抗氧化性能，广泛应用于超超临界火电锅炉的过热器、再热器和主蒸汽管道等关键部件。P92钢管的制造工艺主要包括两种：一种是传统的锻打坯（锻造坯）制造，另一种是连铸坯制造。传统锻打坯制造工艺成熟但成本高、周期长，而连铸坯制造工艺具有成本低、效率高、质量稳定等优势，但长期以来因组织均匀性和性能一致性方面的担忧而未被广泛采用。本文通过对采用连铸坯轧制的P92大直径厚壁钢管进行系统的理化检测和高温持久强度试验，验证了连铸坯P92钢管的工程应用可行性。

试验方案与关键性能指标

试验选取了3支由不同钢厂提供的采用连铸坯轧制的P92大直径厚壁钢管，进行了全面的理化检测和625℃高温持久强度试验。理化检测包括化学成分分析、力学性能试验（室温拉伸、冲击韧性）、金相组织分析、硬度测试和无损检测等，旨在全面评估钢管的材料质量和制造工艺水平。高温持久强度试验是在625℃恒温条件下进行，外推至10万小时（约11.4年）的持久强度为93.1MPa，高于规范推荐值。

从试验结果来看，采用连铸坯轧制的P92钢管的各项理化性能均满足相关标准要求，625℃、10万小时外推高温持久强度为93.1MPa，明显高于规范推荐值。这一结果表明，连铸坯P92钢管不仅满足工程应用的基本要求，而且在高温持久性能方面具有更好的安全储备，这为连铸坯P92钢管的推广应用提供了有力的试验数据支撑。

连铸坯与锻打坯性能对比分析

连铸坯与锻打坯在P92钢管制造中的性能差异主要体现在以下几个方面：第一，组织均匀性。连铸坯的凝固组织相对均匀，但可能存在偏析和缩孔缺陷；锻打坯经过多次锻造，组织致密均匀，但成本高。第二，力学性能一致性。连铸坯的力学性能一致性较好，批次间波动小；锻打坯的力学性能受锻造工艺影响较大。第三，高温持久性能。本文试验表明，连铸坯P92钢管的高温持久强度优于规范推荐值，说明连铸坯制造工艺对P92钢管的高温性能具有积极影响。

从焊接性能角度来看，P92钢管的焊接是工程应用中的关键环节。P92钢的焊接性较差，需要严格控制热输入和焊接工艺参数，以防止热影响区（HAZ）出现脆化组织和裂纹。连铸坯P92钢管的焊接性能与锻打坯P92钢管基本相当，均需要采用预热、控制层间温度和焊后热处理等措施。在实际焊接工艺中，建议采用GTAW（钨极氩弧焊）打底、SMAW（手工电弧焊）或FCAW（埋弧焊）填充盖面的焊接工艺，预热温度控制在250-300℃，焊后热处理温度控制在730-760℃。

工程应用前景与成本效益分析

本文的研究结果表明，连铸坯P92钢管已具备工程应用条件，可以降低产业链成本。从成本效益角度来看，连铸坯P92钢管相比锻打坯P92钢管具有以下优势：第一，原材料成本低，连铸坯的制造成本低于锻打坯；第二，生产周期短，连铸坯的轧制周期短于锻打坯的锻造周期；第三，材料利用率高，连铸坯的轧制利用率高，废料少；第四，质量稳定性好，连铸坯的批次质量一致性高，有利于保证钢管性能的一致性。

从工程应用角度来看，连铸坯P92钢管主要适用于超超临界火电锅炉的过热器、再热器和主蒸汽管道等关键部件。这些部件的工作温度高、压力大、服役环境恶劣，对材料的耐高温、抗蠕变和抗氧化性能要求极高。连铸坯P92钢管的高温持久强度优于规范推荐值，说明其在这些关键部位具有更好的安全储备，能够满足工程应用的要求。

在实际工程中，采用连铸坯P92钢管还需要注意以下问题：第一，钢管的焊接质量是工程安全的关键，必须严格执行焊接工艺规程，确保焊缝质量；第二，钢管的无损检测是质量保证的重要手段，应采用超声波检测（UT）和射线检测（RT）等多种检测手段，确保钢管内部无缺陷；第三，钢管的焊后热处理是保证焊接接头性能的关键工序，必须严格控制热处理温度和时间，确保焊接接头的力学性能和组织状态满足要求。

学习心得与启示

本文的研究成果具有重要的工程应用价值和产业推广意义。从技术层面来看，连铸坯P92钢管的高温持久强度优于规范推荐值，这一发现具有重要的科学意义，说明连铸坯的凝固组织对P92钢的高温性能具有积极影响，可能与其更均匀的组织分布和更少的偏析有关。从产业层面来看，连铸坯P92钢管的推广应用可以降低产业链成本，提高生产效率，对于推动我国超超临界火电锅炉技术的发展具有重要意义。

在实际工程实践中，我深刻体会到，新材料、新工艺的推广应用需要充分的试验数据支撑和工程验证。本文通过对3支不同钢厂提供的连铸坯P92钢管进行系统的理化检测和高温持久强度试验，验证了连铸坯P92钢管的工程应用可行性，这种研究方法值得学习和借鉴。从质量控制的角度来看，连铸坯P92钢管的推广应用还需要建立完善的工艺规范和过程控制体系，确保钢管的质量一致性和可靠性。

从标准发展的角度来看，随着连铸坯P92钢管的推广应用，相关标准也需要进行相应的修订和完善。现行的P92钢管标准主要基于锻打坯制造工艺制定，对连铸坯制造工艺的特殊要求考虑不足。未来，建议在相关标准中增加连铸坯P92钢管的专项要求，包括连铸坯的质量要求、轧制工艺要求、性能指标要求等，为连铸坯P92钢管的推广应用提供标准支撑。