P91大口徑無(wú)縫鋼管是美國(guó)橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和燃燒工程公司共同研究開發(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(yīng)用于主蒸汽管道、再熱蒸汽管道熱端及其他高溫承壓設(shè)備。它是在9Cr1Mo的基礎(chǔ)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(nèi)生成了大量形狀復(fù)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(cuò)的運(yùn)動(dòng)，另外，翼狀析出物增大了捕獲位錯(cuò)的幾率，因而大大提高了持久強(qiáng)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(shù)和較高的導(dǎo)熱系數(shù)。國(guó)內(nèi)鍋爐制造企業(yè)所需P91主要由國(guó)外供貨，但是供貨期長(zhǎng)，且價(jià)格昂貴，嚴(yán)重制約了我國(guó)電力行業(yè)的發(fā)展，從而影響了我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度。因此迫切需要P91的國(guó)產(chǎn)化。目前國(guó)內(nèi)只有內(nèi)蒙古北方重工等少數(shù)廠家通過(guò)鍛造鏜孔的方法制造出了符合標(biāo)準(zhǔn)的P91，但該方法生產(chǎn)效率不高，成材率低，資源浪費(fèi)較嚴(yán)重，而還沒(méi)有廠家通過(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(píng)定的各項(xiàng)性能均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。
P91大口徑無(wú)縫鋼管的試制結(jié)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(yàn)→測(cè)長(zhǎng)、稱重、噴標(biāo)→打捆→入庫(kù)。
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(yán)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?dú)夂拖嘟Y(jié)合的方法使鋼中的N含量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)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(duì)鋼錠進(jìn)行鍛造，嚴(yán)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(qiáng)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(yán)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(xì)小的碳化物，起到了沉淀強(qiáng)化的作用，但是過(guò)多的V會(huì)引起持久強(qiáng)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(yán)格控制，生產(chǎn)的P91將S含量控制在0.004%以下，個(gè)別能達(dá)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(qiáng)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(duì)強(qiáng)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(duì)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(zhǎng)城鋼廠生產(chǎn)的T91獲得了極好的高溫持久塑性。嚴(yán)格控制Ti含量，成品Ti<0.010%。五害元素及O、H氣體含量也嚴(yán)重影響著鋼的高溫性能，通過(guò)煉鋼過(guò)程的嚴(yán)格控制，將P91的五害元素總量控制在250ppm以內(nèi)，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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