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?鋼種介紹
T91/P91是一種鐵素體耐熱鋼，由美國(guó)橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室在上世紀(jì)七十年代開(kāi)始研究開(kāi)發(fā)，并于1983 年列入ASME。我國(guó)在1995年將該鋼種納入GB 5310標(biāo)準(zhǔn)中，牌號(hào)定為10Cr9Mo1VNb。
T91/P91鋼是在9Cr1Mo(T9)鋼的基礎(chǔ)上，采用純凈化、細(xì)晶化冶金技術(shù)，以及微合金化和控軋、控冷等工藝，開(kāi)發(fā)出的新一代中合金耐熱鋼。該鋼具有較好的綜合力學(xué)性能，高溫時(shí)效后組織穩(wěn)定，且焊接性能和工藝性能良好，適合于高溫受壓部件的材料。
?常用標(biāo)準(zhǔn)
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ASME A213
鐵素體和奧氏體鍋爐過(guò)熱器
和熱交換器無(wú)縫鋼管
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T91
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ASME A335
高溫管道用鐵素體無(wú)縫鋼管
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P91
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JIS G3462
熱交換器用合金鋼鋼管
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STBA 26
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GB 5310-2008
高壓鍋爐用無(wú)縫鋼管
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10Cr9Mo1VNbN
(原10Cr9Mo1VNb)
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?成分規(guī)范(wt%)
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牌號(hào)
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T91/P91
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STBA 26
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10Cr9Mo1VNbN
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C
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0.08~0.12
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≤0.15
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0.08~0.12
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Si
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0.20~0.50
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0.25~1.00
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0.20~0.50
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Mn
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0.30~0.60
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0.30~0.60
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0.30~0.60
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P
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≤0.020
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≤0.030
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≤0.020
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S
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≤0.010
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≤0.030
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≤0.010
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Cr
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8.00~9.50
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8.00~10.00
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8.00~9.50
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Mo
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0.85~1.05
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0.90~1.10
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0.85~1.05
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V
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0.18~0.25
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—
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0.18~0.25
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Ni
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≤0.40
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—
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≤0.40
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Al
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≤0.04
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—
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≤0.02
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Nb
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0.06~0.10
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—
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0.06~0.10
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N
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0.030~0.070
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—
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0.030~0.070
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?歷史沿革
火力發(fā)電廠為了提高熱效率，較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溫度和壓力，即超高溫高循環(huán)。更高的蒸汽參數(shù)要求在高溫下有更高強(qiáng)度和持久性的材料。
在T91/P91鋼研發(fā)成功以前，上世紀(jì)50年代，電站鍋爐鋼管大多采用最高使用溫度580℃的鐵素體合金鋼(如12Cr1MoV)和使用溫度可達(dá)700℃的奧氏體不銹鋼(TP304、TP347等）。這些材料存在的問(wèn)題是價(jià)格昂貴、導(dǎo)熱系數(shù)低、熱膨脹系數(shù)大以及應(yīng)力腐蝕裂紋傾向。
到了60年代，法國(guó)開(kāi)始應(yīng)用可耐620℃高溫的EM12牌號(hào)，以替代過(guò)去使用的不銹鋼管。EM12作為過(guò)熱器管性能良好，可以長(zhǎng)時(shí)間工作，但因二元結(jié)構(gòu)，沖擊韌性差。
60年代末，德國(guó)開(kāi)發(fā)了12%鉻鋼X20CrMoV12.1(X20鋼)，1979年正式納入DIN17175標(biāo)準(zhǔn)中。X20鋼具有更高的蠕變強(qiáng)度，但在溫度高于520℃時(shí)蠕變斷裂強(qiáng)度不及EM12，而且由于碳含量高，焊接性能差。
1974年，美國(guó)開(kāi)始研究改進(jìn)的9Cr-1Mo鋼種。這種鋼在593℃/10萬(wàn)h條件下的持久強(qiáng)度達(dá)到100MPa，而且韌性也比較好。采用這種鋼，在相同的工作參數(shù)下，可以選用更小的管壁厚度。不管從技術(shù)或經(jīng)濟(jì)角度看，都比EM12和X20優(yōu)越。進(jìn)入80年代，各國(guó)普遍應(yīng)用了這種T91鋼。
?鋼種優(yōu)勢(shì)
T91/P91鋼被高參數(shù)火力發(fā)電機(jī)組廣泛應(yīng)用，是因?yàn)樵撲摲N的使用性能具有以下優(yōu)點(diǎn)：
?與不銹鋼相比，該鋼具有低的熱膨脹系數(shù)和良好的導(dǎo)熱性。
?該鋼具有較高的室溫抗拉強(qiáng)度，δb最高達(dá)770MPa，而且塑性也較好。
?該鋼的沖擊韌度和材料脆性轉(zhuǎn)變溫度明顯優(yōu)于同類X20和EM12鋼。
?該鋼具有更高的高溫持久強(qiáng)度和許用應(yīng)力，在550℃高溫經(jīng)過(guò)105h運(yùn)行后的高溫持久強(qiáng)度是T22鋼的2倍，在540～610℃內(nèi)的許用應(yīng)力明顯高于T22、TP304H和X20鋼。
?該鋼具有良好的整管彎曲加工性能。
?該鋼的高溫疲勞性能優(yōu)于T22和TP304H鋼，高溫抗氧化性能也遠(yuǎn)高于T22鋼。
?鋼種應(yīng)用
經(jīng)試驗(yàn)，T/P91可用于壁溫600℃以下的過(guò)熱器、再熱器管，以及壁溫600℃以下的聯(lián)箱和蒸汽管道。
T/P91研發(fā)成功后，填補(bǔ)了T/P22和TP304H之間的空白，已廣泛應(yīng)用在超（超）臨界鍋爐中低于600℃的部位用來(lái)代替TP321H。
雖然T/P91的使用溫度上限只有600℃，但它的研發(fā)成功奠定了更好性能超超臨界鍋爐用鋼的研發(fā)基礎(chǔ)，為后來(lái)的一系列鋼種，如T/P92，E911，T/P122等的研發(fā)提供了基本思路?？梢哉f(shuō)，T/P91的研發(fā)成功，使火電機(jī)組技術(shù)由超臨界成熟地進(jìn)入超（超）臨界。
?國(guó)內(nèi)應(yīng)用
我國(guó)200MW和300MW的老機(jī)組鍋爐大部分使用的是T22、12Cr1MoV和102(12CrMoWVTiB)鋼等材料，由于超高溫而造成的爆管現(xiàn)象較普遍，一些電廠在鍋爐改造中換成TP347H和TP304H不銹鋼管，不僅成本高(TP347H的價(jià)格是T91鋼管的2倍)，而且這類未穩(wěn)定化的奧氏體鋼仍會(huì)因容易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕而發(fā)生爆管。
國(guó)內(nèi)的600MW機(jī)組工程，主蒸汽管道及再熱蒸汽管道熱段的管材均選用A335 P22管材。與該材料相比，在壓力、溫度、內(nèi)徑相同的情況下，主蒸汽管道及再熱熱段管道采用P91合金鋼管，壁厚可減少一半左右，管道管件如直角三通的用量可降低約65%。
從性能和經(jīng)濟(jì)性方面考慮，T/P91鋼是較理想的鍋爐替代材料，在我國(guó)有廣闊的應(yīng)用空間。
?市場(chǎng)參考
鍋爐鋼管因?yàn)槭褂铆h(huán)境的嚴(yán)苛，對(duì)安全性要求非常高，用戶在采購(gòu)的時(shí)候通常優(yōu)先考慮進(jìn)口品牌。
國(guó)外生產(chǎn)鍋爐管的企業(yè)集中化程度較高，比較知名有德國(guó)V&M、日本住友金屬、意大利達(dá)爾明，以及威曼高登——世界上第一根P91高合金優(yōu)質(zhì)無(wú)縫鋼管就誕生于威曼高登公司位于美國(guó)休斯敦的工廠。
但近年來(lái)國(guó)內(nèi)鋼管企業(yè)的生產(chǎn)能力也不斷提高，在P91這個(gè)鋼種上，北方重工、武漢重工鑄鍛、浙江格洛斯、四川三洲、河北宏潤(rùn)等廠的品質(zhì)已經(jīng)接近于口品牌。在此基礎(chǔ)上，國(guó)產(chǎn)T/P91的價(jià)格優(yōu)勢(shì)非常明顯。
以上可做參考。
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