P91大口徑無(wú)縫鋼管是美國橡樹(shù)嶺國家實(shí)驗室和燃燒工程公司共同研究開(kāi)發(fā)的綜合性能優(yōu)良的動(dòng)力工程鍋爐用鐵素體耐熱鋼，主要應用于主蒸汽管道、再熱蒸汽管道熱端及其他高溫承壓設備。它是在9Cr1Mo的基礎上通過(guò)添加V、Nb、N等元素進(jìn)行微合金化，從而在晶界及晶內生成了大量形狀復雜的Nb、V（C，N），它在高溫塑性變形過(guò)程中比簡(jiǎn)單的球形析出物更能有效地阻礙位錯的運動(dòng)，另外，翼狀析出物增大了捕獲位錯的幾率，因而大大提高了持久強度和抗蠕變性能，同時(shí)保持了原9Cr1Mo鋼的優(yōu)良的抗高溫腐蝕性能；與奧氏體鋼相比，它具有比奧氏體不銹鋼更低的熱膨脹系數和較高的導熱系數。國內鍋爐制造企業(yè)所需P91主要由國外供貨，但是供貨期長(cháng)，且價(jià)格昂貴，嚴重制約了我國電力行業(yè)的發(fā)展，從而影響了我國的經(jīng)濟發(fā)展速度。因此迫切需要P91的國產(chǎn)化。目前國內只有內蒙古北方重工等少數廠(chǎng)家通過(guò)鍛造鏜孔的方法制造出了符合標準的P91，但該方法生產(chǎn)效率不高，成材率低，資源浪費較嚴重，而還沒(méi)有廠(chǎng)家通過(guò)穿孔熱軋方法生產(chǎn)中口徑P91。從煉鋼到軋管再到熱處理，一次成功，已評定的各項性能均滿(mǎn)足標準要求。
P91大口徑無(wú)縫鋼管的試制結合該鋼種的特點(diǎn)，將P91大口徑無(wú)縫鋼管的試制工藝流程定為：模鑄→鍛造→退火→扒皮→管坯加熱→穿孔→斜軋→定徑→冷床→鋸切→矯直→探傷→正火→回火→矯直→修磨（或鏜孔）→超聲波探傷→水壓試驗→測長(cháng)、稱(chēng)重、噴標→打捆→入庫。
采用電爐冶煉+鋼包精煉+真空脫氣的冶煉工藝，原料采用鐵水+廢鋼，嚴格控制S、P以及其他有害元素的含量，保證鋼水的純凈度；保證足夠真空度和脫氣時(shí)間，同時(shí)氬氣攪拌，降低O、H氣體含量，同時(shí)促進(jìn)成分的均勻化；通過(guò)爐底吹氮氣和相結合的方法使鋼中的N含量達到標準要求；通過(guò)合理、適量的喂絲，使鋼中的夾雜物含量降到低。模鑄成錠后，對鋼錠進(jìn)行鍛造，嚴格控制始鍛和終鍛溫度，要求始鍛溫度≤1300℃，終鍛溫度≥760℃；保證鍛造比大于3，優(yōu)化鍛后退火熱處理工藝，保證鍛坯質(zhì)量。
過(guò)低的C含量使得高溫強度降低，但C含量過(guò)高，則可焊性降低，同時(shí)降低高溫塑性。采用電爐冶煉，電極增碳和鋼包增碳嚴重，VOD能夠很有效地降低C含量，但是又會(huì )引起O含量的增加，因此C含量難控制。通過(guò)控制廢鋼的C含量以及增加鐵水的配比，從電爐冶煉開(kāi)始降碳，從而有效地控制了碳含量，C含量在0.10%左右。V、Nb的加入形成了細小的碳化物，起到了沉淀強化的作用，但是過(guò)多的V會(huì )引起持久強度的降低。因此鑫輝創(chuàng )將V控制在0.20%左右，Nb為0.07%。S和S化物在晶界偏析，削弱晶界，形成孔洞，從而引起晶界脆化和蠕變脆化，因此要嚴格控制，生產(chǎn)的P91將S含量控制在0.004%以下，個(gè)別能達到0.001%。而過(guò)高的Al含量，將會(huì )削弱其他元素所起的作用，同時(shí)也強烈降低鋼的持久性能，因此將Al含量控制在0.010%以下。N與鋼中的Nb和V形成MX型金屬間化合物，對強度有明顯影響，而日本進(jìn)口管材中的N含量普遍較低。我們將N含量暫時(shí)控制在400ppm左右，N的含量對T91的影響需進(jìn)一步研究。雖然ASMESA335M中沒(méi)有要求Ti在P91中的含量限制，但通過(guò)將Ti含量降到極低，長(cháng)城鋼廠(chǎng)生產(chǎn)的T91獲得了極好的高溫持久塑性。嚴格控制Ti含量，成品Ti<0.010%。五害元素及O、H氣體含量也嚴重影響著(zhù)鋼的高溫性能，通過(guò)煉鋼過(guò)程的嚴格控制，將P91的五害元素總量控制在250ppm以?xún)?，O、H分別在40ppm和2ppm以下。其他元素含量分別為：Si 0.33%；Mn 0.41%；Ni 0.10%；Cr 8.20%；Mo 0.90%；P 0.013%。
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