T91（P91）耐热钢 的优点有哪些?
铁素体耐热钢 T91（P91）耐热钢 的优点
一、钢种介绍
T91/P91是一种铁素体耐热钢，由美国橡树岭国家实验室在上世纪七十年代开始研究开发，并于1983 年列入ASME。我国在1995年将该钢种纳入GB 5310标准中，牌号定为10Cr9Mo1VNb。
T91/P91钢是在9Cr1Mo(T9)钢的基础上，采用纯净化、细晶化冶金技术，以及微合金化和控轧、控冷等工艺，开发出的新一代中合金耐热钢。该钢具有较好的综合力学性能，高温时效后组织稳定，且焊接性能和工艺性能良好，适合于高温受压部件的材料。
二、常用标准
ASME A213 铁素体和奥氏体锅炉过热器 和热交换器无缝钢管 | T91 |
ASME A335 高温管道用铁素体无缝钢管 | P91 |
JIS G3462 热交换器用合金钢钢管 | STBA 26 |
GB/T 5310 高压锅炉用无缝钢管 | 10Cr9Mo1VNbN (原10Cr9Mo1VNb) |
三、成分规范(wt %)
牌号 | 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 |
四、历史沿革
火力发电厂为了提高热效率，较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温度和压力，即超高温高循环。更高的蒸汽参数要求在高温下有更高强度和持久性的材料。
在T91/P91钢研发成功以前，上世纪50年代，电站锅炉钢管大多采用最高使用温度580℃的铁素体合金钢(如12Cr1MoV)和使用温度可达700℃的奥氏体不锈钢(TP304、TP347等）。这些材料存在的问题是价格昂贵、导热系数低、热膨胀系数大以及应力腐蚀裂纹倾向。
到了60年代，法国开始应用可耐620℃高温的EM12牌号，以替代过去使用的不锈钢管。EM12作为过热器管性能良好，可以长时间工作，但因二元结构，冲击韧性差。
60年代末，德国开发了12%铬钢X20CrMoV12.1(X20钢)，1979年正式纳入DIN17175标准中。X20钢具有更高的蠕变强度，但在温度高于520℃时蠕变断裂强度不及EM12，而且由于碳含量高，焊接性能差。
1974年，美国开始研究改进的9Cr-1Mo钢种。这种钢在593℃/10万h条件下的持久强度达到100MPa，而且韧性也比较好。采用这种钢，在相同的工作参数下，可以选用更小的管壁厚度。不管从技术或经济角度看，都比EM12和X20优越。进入80年代，各国普遍应用了这种T91钢。
五、钢种优势
T91/P91钢被高参数火力发电机组广泛应用，是因为该钢种的使用性能具有以下优点：
❶与不锈钢相比，该钢具有低的热膨胀系数和良好的导热性。
❷该钢具有较高的室温抗拉强度，δb最高达770MPa，而且塑性也较好。
❸该钢的冲击韧度和材料脆性转变温度明显优于同类X20和EM12钢。
❹该钢具有更高的高温持久强度和许用应力，在550℃高温经过105h运行后的高温持久强度是T22钢的2倍，在540～610℃内的许用应力明显高于T22、TP304H和X20钢。
❺该钢具有良好的整管弯曲加工性能。
❻该钢的高温疲劳性能优于T22和TP304H钢，高温抗氧化性能也远高于T22钢。
六、钢种应用
经试验，T/P91可用于壁温600℃以下的过热器、再热器管，以及壁温600℃以下的联箱和蒸汽管道。
T/P91研发成功后，填补了T/P22和TP304H之间的空白，已广泛应用在超（超）临界锅炉中低于600℃的部位用来代替TP321H。
虽然T/P91的使用温度上限只有600℃，但它的研发成功奠定了更好性能超超临界锅炉用钢的研发基础，为后来的一系列钢种，如T/P92，E911，T/P122等的研发提供了基本思路。可以说，T/P91的研发成功，使火电机组技术由超临界成熟地进入超（超）临界。
七、国内应用
我国200MW和300MW的老机组锅炉大部分使用的是T22、12Cr1MoV和102(12CrMoWVTiB)钢等材料，由于超高温而造成的爆管现象较普遍，一些电厂在锅炉改造中换成TP347H和TP304H不锈钢管，不仅成本高(TP347H的价格是T91钢管的2倍)，而且这类未稳定化的奥氏体钢仍会因容易产生应力腐蚀而发生爆管。
国内的600MW机组工程，主蒸汽管道及再热蒸汽管道热段的管材均选用A335 P22管材。与该材料相比，在压力、温度、内径相同的情况下，主蒸汽管道及再热热段管道采用P91合金钢管，壁厚可减少一半左右，管道管件如直角三通的用量可降低约65%。
从性能和经济性方面考虑，T/P91钢是较理想的锅炉替代材料，在我国有广阔的应用空间。
八、市场参考
锅炉钢管因为使用环境的严苛，对安全性要求非常高，用户在采购的时候通常优先考虑进口品牌。
国外生产锅炉管的企业集中化程度较高，比较知名有德国V&M、日本住友金属、意大利达尔明，以及威曼高登——世界上第一根P91高合金优质无缝钢管就诞生于威曼高登公司位于美国休斯敦的工厂。
但近年来国内钢管企业的生产能力也不断提高，在P91这个钢种上，北方重工、武汉重工铸锻、浙江格洛斯、四川三洲、河北宏润等厂的品质已经接近于口品牌。在此基础上，国产T/P91的价格优势非常明显。
以上可做参考。
