P91大口徑無縫鋼管是美國橡樹嶺國家實驗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程中比簡單的球形析出物更能有效地阻礙位錯的運動，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(qiáng)度和抗蠕變性能，同時保持了原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)。國內(nèi)鍋爐制造企業(yè)所需P91主要由國外供貨，但是供貨期長，且價格昂貴，嚴(yán)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(jì)發(fā)展速度。因此迫切需要P91的國產(chǎn)化。目前國內(nèi)只有內(nèi)蒙古北方重工等少數(shù)廠家通過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，資源浪費較嚴(yán)重，而還沒有廠家通過穿孔熱軋方法生產(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足標(biāo)準(zhǔn)要求。
P91大口徑無縫鋼管的試制結(jié)合該鋼種的特點，將P91大口徑無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、稱重、噴標(biāo)→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(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間，同時氬氣攪拌，降低O、H氣體含量，同時促進(jìn)成分的均勻化；通過爐底吹氮氣和相結(jié)合的方法使鋼中的N含量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求；通過合理、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(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。
過低的C含量使得高溫強(qiáng)度降低，但C含量過高，則可焊性降低，同時降低高溫塑性。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，但是又會引起O含量的增加，因此C含量難控制。通過控制廢鋼的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，但是過多的V會引起持久強(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，個別能達(dá)到0.001%。而過高的Al含量，將會削弱其他元素所起的作用，同時也強(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中沒有要求Ti在P91中的含量限制，但通過將Ti含量降到極低，長城鋼廠生產(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，通過煉鋼過程的嚴(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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