P91(9Cr-1Mo-VNbN)是美国橡树林国家实验室(ORNL)和美国燃烧工程公司(CE)在9Cr-1Mo耐热钢基础上开发的铁素体型耐热钢，1984年美国ASTM和ASME分别将其列入A335和SA335标准中。因为该钢种具有较高的综合性能和性价比，被广泛应用于世界各国大容量火力发电机组的锅炉和高压蒸汽管道。目前，国内用于电站锅炉的T91/P91已经实现了国产化，而用于电站高压蒸汽管道的大直径厚壁P91钢管由于要求管道在590℃左右的工作温度和较大工作应力下长期安全可靠地运行，对制造管道的钢管化学成分和几何尺寸偏差有更高的要求，因此仍然以德国瓦卢瑞克.曼内斯曼、美国威曼高登公司等国外产品为主。
天津钢管集团股份有限公司(以下简称TPCO)主要产品为石油套管，此外还先后开发了高压锅炉管、高压气瓶管等产品。针对高压蒸汽管道用P91无缝钢管的特殊要求，TPCO结合自己先进的生产检测设备和经验，对其进行了开发生产。
本文介绍TPCO的高压蒸汽管道用P91无缝钢管的生产工艺与产品性能。
1技术要求
用户对高压蒸汽管道用P91无缝钢管的化学成分和几何尺寸偏差要求。其他要求按ASTMA335Gr.P91规定执行。可以看出，与ASTMA335Gr.P91标准相比，高压蒸汽管道用P91无缝钢管对化学成分和几何尺寸偏差的要求更严格。
2生产工艺及过程
2.1冶炼和锻造
为满足化学成分要求，精选废钢等原料，同时加入40%以上的铁水，以稀释废钢中有害元素;强化工艺操作，钢水经电炉冶炼，再经过LF精炼和VD真空处理后，最大限度地控制了S、P等有害元素，提高了钢水纯净度;采用Ca处理，使夹杂物变性，减少了对钢塑性和韧性的损害;采用模铸法浇铸钢坯，浇注过程中采用Ar气保护，浇注温度1550-1580℃;采用热锻法将钢坯热锻成直径为Φ350mm圆管坯，热锻温度1280-800℃。
2.2轧管
P91钢合金含量较高，高温变形抗力大，加工温度范围较窄，轧制过程中易出现内外折等缺陷，严格控制钢坯加热温度和加热时间，保证钢坯烧透、烧均匀。此外，严格控制轧制工艺，保证成品钢管几何尺寸偏差控制在要求范围内。管坯在环形加热炉内加热，加热温度为1150-1250℃，轧管设备为460PQF机组。热轧后的钢管(外径×壁厚)尺寸为Φ335mm×32.5mm，长度9-12m，外径偏差±1%，壁厚偏差±8%。
2.3热处理
高压蒸汽管道用P91无缝钢管长期在595-610℃的温度和较大压力下工作，这就要求不仅要有良好的热强性，而且还要具有良好的组织稳定性。对其进行正火+高温回火热处理是保证组织与性能的必要条件。
热处理设备为步进式加热炉。参照ASTMA335Gr.P91等标准，通过实验室多次试验和生产实践，正火温度为1040-1060℃，出炉空冷，回火温度为760-780℃，出炉空冷。
3产品性能检验及结果
对生产的P91成品钢管的化学成分、组织与性能等按照用户技术协议要求进行检验和试验，结果如下：
3.1化学成分
S、P含量、脆性指数(X-bar)低，表明钢质纯净度高，其他要求，如氮铝比(N/Al)、铬当量(Creq)等完全满足技术要求。
3.2几何尺寸偏差
对轧制的一炉钢管随机抽取六支，人工测量了各支管子的外径、壁厚及管头管尾内径。
各支钢管壁厚尺寸沿管子长度方向呈现出典型的螺旋变化和头厚尾薄现象，但变化幅度较小，壁厚和内、外径几何尺寸偏差符合技术要求。
3.3金相组织 3.3.1显微组织
P91钢管经正火+高温回火后的金相显微组织为回火马氏体，在马氏体板条及板条束之间、晶界与亚晶界处分布着M23C6碳化物。此外，在板条内及板条之间在还分布着MC碳氮化合物(很细小，在金相显微镜下看不清楚)。碳、氮化合物的析出强化和钼原子的固溶强化保证了P91钢管较高的高温持久蠕变强度。
3.4力学性能
3.4.1常规力学性能
热处理后的六支管子的常规力学性能。P91钢管的力学性能全部达到技术标准要求。
3.4.2冲击韧性
不同试验温度横向V型缺口试样的冲击吸收功(炉号416107)及纤维断面率。
P91钢的冲击吸收功AKV随着试验温度的下降而逐步减小，过度较平缓,很难找出明显的拐点。在一个较宽的温度范围内，韧性逐渐缓慢下降。
按冲击能量上下平台区间50%所对应的温度确定的韧脆转变温度ETT50为-53℃，这与按断口脆性断面率50%所对应的温度确定的韧脆转变温度FATT50为-50℃是很接近的，同时也表明生产的P91钢管韧性良好。
3.4.3高温短时拉伸性能
不同温度下TPCO的P91钢管屈服强度与ASME标准中P91屈服强度标准值的对比。在试验的温度范围(200-600℃)内，TPCO生产的P91钢管的屈服强度值比标准值高约100MPa，且稳定性好。
4结论
TPCO开发生产的高压蒸汽管道用P91无缝钢管的化学成分波动小，炼钢工艺控制严格，钢质纯净度高;轧管工艺合理，管子几何尺寸偏差小;热处理过程稳定，组织与力学性能优良，各项指标达到了高压蒸汽管道用P91无缝钢管的要求。
(来源：钢管)