T91（P91）耐熱不銹鋼鋼

▶鋼種介紹

T91/P91是一種鐵素體耐熱鋼，由美國橡樹嶺國家實驗室在上世紀七十年代開始研究開發(fā)，并于1983 年列入ASME。我國在1995年將該鋼種納入GB 5310標準中，牌號定為10Cr9Mo1VNb。

T91/P91鋼是在9Cr1Mo(T9)鋼的基礎上，采用純凈化、細晶化冶金技術，以及微合金化和控軋、控冷等工藝，開發(fā)出的新一代中合金耐熱鋼。該鋼具有較好的綜合力學性能，高溫時效后組織穩(wěn)定，且焊接性能和工藝性能良好，適合于高溫受壓部件的材料。

 

▶常用標準

ASME   A213 鐵素體和奧氏體鍋爐過熱器 和熱交換器無縫鋼管	T91
ASME  A335 高溫管道用鐵素體無縫鋼管	P91
JIS G3462 熱交換器用合金鋼鋼管	STBA 26
GB  5310-2008 高壓鍋爐用無縫鋼管	10Cr9Mo1VNbN (原10Cr9Mo1VNb)

 

▶成分規(guī)范(wt%)

牌號	T91/P91	STBA 26	10Cr9Mo1VNbN
C	0.08~0.12	≤0.15	0.08~0.12
Si	0.20~0.50	0.25~1.00	0.20~0.50
Mn	0.30~0.60	0.30~0.60	0.30~0.60
P	≤0.020	≤0.030	≤0.020
S	≤0.010	≤0.030	≤0.010
Cr	8.00~9.50	8.00~10.00	8.00~9.50
Mo	0.85~1.05	0.90~1.10	0.85~1.05
V	0.18~0.25	—	0.18~0.25
Ni	≤0.40	—	≤0.40
Al	≤0.04	—	≤0.02
Nb	0.06~0.10	—	0.06~0.10
N	0.030~0.070	—	0.030~0.070

 

▶歷史沿革

火力發(fā)電廠為了提高熱效率，較少燃料消耗和二氧化碳的排放，最有效的手段是提高蒸汽的溫度和壓力，即超高溫高循環(huán)。更高的蒸汽參數(shù)要求在高溫下有更高強度和持久性的材料。

在T91/P91鋼研發(fā)成功以前，上世紀50年代，電站鍋爐鋼管大多采用最高使用溫度580℃的鐵素體合金鋼(如12Cr1MoV)和使用溫度可達700℃的奧氏體不銹鋼(TP304、TP347等）。這些材料存在的問題是價格昂貴、導熱系數(shù)低、熱膨脹系數(shù)大以及應力腐蝕裂紋傾向。

到了60年代，法國開始應用可耐620℃高溫的EM12牌號，以替代過去使用的不銹鋼管。EM12作為過熱器管性能良好，可以長時間工作，但因二元結構，沖擊韌性差。

60年代末，德國開發(fā)了12%鉻鋼X20CrMoV12.1(X20鋼)，1979年正式納入DIN17175標準中。X20鋼具有更高的蠕變強度，但在溫度高于520℃時蠕變斷裂強度不及EM12，而且由于碳含量高，焊接性能差。

1974年，美國開始研究改進的9Cr-1Mo鋼種。這種鋼在593℃/10萬h條件下的持久強度達到100MPa，而且韌性也比較好。采用這種鋼，在相同的工作參數(shù)下，可以選用更小的管壁厚度。不管從技術或經(jīng)濟角度看，都比EM12和X20優(yōu)越。進入80年代，各國普遍應用了這種T91鋼。

▶鋼種優(yōu)勢

T91/P91鋼被高參數(shù)火力發(fā)電機組廣泛應用，是因為該鋼種的使用性能具有以下優(yōu)點：

❶與不銹鋼相比，該鋼具有低的熱膨脹系數(shù)和良好的導熱性。

❷該鋼具有較高的室溫抗拉強度，δb最高達770MPa，而且塑性也較好。

❸該鋼的沖擊韌度和材料脆性轉變溫度明顯優(yōu)于同類X20和EM12鋼。

❹該鋼具有更高的高溫持久強度和許用應力，在550℃高溫經(jīng)過105h運行后的高溫持久強度是T22鋼的2倍，在540～610℃內的許用應力明顯高于T22、TP304H和X20鋼。

❺該鋼具有良好的整管彎曲加工性能。

❻該鋼的高溫疲勞性能優(yōu)于T22和TP304H鋼，高溫抗氧化性能也遠高于T22鋼。

▶鋼種應用

經(jīng)試驗，T/P91可用于壁溫600℃以下的過熱器、再熱器管，以及壁溫600℃以下的聯(lián)箱和蒸汽管道。

T/P91研發(fā)成功后，填補了T/P22和TP304H之間的空白，已廣泛應用在超（超）臨界鍋爐中低于600℃的部位用來代替TP321H。

雖然T/P91的使用溫度上限只有600℃，但它的研發(fā)成功奠定了更好性能超超臨界鍋爐用鋼的研發(fā)基礎，為后來的一系列鋼種，如T/P92，E911，T/P122等的研發(fā)提供了基本思路。可以說，T/P91的研發(fā)成功，使火電機組技術由超臨界成熟地進入超（超）臨界。

▶國內應用

我國200MW和300MW的老機組鍋爐大部分使用的是T22、12Cr1MoV和102(12CrMoWVTiB)鋼等材料，由于超高溫而造成的爆管現(xiàn)象較普遍，一些電廠在鍋爐改造中換成TP347H和TP304H不銹鋼管，不僅成本高(TP347H的價格是T91鋼管的2倍)，而且這類未穩(wěn)定化的奧氏體鋼仍會因容易產生應力腐蝕而發(fā)生爆管。

國內的600MW機組工程，主蒸汽管道及再熱蒸汽管道熱段的管材均選用A335 P22管材。與該材料相比，在壓力、溫度、內徑相同的情況下，主蒸汽管道及再熱熱段管道采用P91合金鋼管，壁厚可減少一半左右，管道管件如直角三通的用量可降低約65%。

從性能和經(jīng)濟性方面考慮，T/P91鋼是較理想的鍋爐替代材料，在我國有廣闊的應用空間。

▶市場參考

鍋爐鋼管因為使用環(huán)境的嚴苛，對安全性要求非常高，用戶在采購的時候通常優(yōu)先考慮進口品牌。

國外生產鍋爐管的企業(yè)集中化程度較高，比較知名有德國V&M、日本住友金屬、意大利達爾明，以及威曼高登——世界上第一根P91高合金優(yōu)質無縫鋼管就誕生于威曼高登公司位于美國休斯敦的工廠。

 

但近年來國內鋼管企業(yè)的生產能力也不斷提高，在P91這個鋼種上，品質已經(jīng)接近于口品牌。在此基礎上，國產T/P91的價格優(yōu)勢非常明顯。

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