MUHDPE合金管每日（rì）知識--A335 P91合金管（guǎn）

MUHDPE合金（jīn）管每日知識--A335 P91合金管

A335 P91合金管簡介

MUHDPE合金管告訴您P91合金管鋼相當於國標10Cr9Mo1VNb。T91／P91（10Cr9Mo1VNb） P91合金管特點：不僅具有高的抗氧化性能和抗高溫蒸汽腐蝕性能，而且還（hái）具有良好的衝擊韌性和高而穩定的持久塑（sù）性及熱強（qiáng）性能。在使用溫度低於（yú）620℃時，其許用（yòng）應力高於奧氏體不鏽鋼。在（zài）550℃以上，推薦的設計許用應力約為T9和2.25Cr-1Mo鋼的兩倍。

A335 P91 合金管應用

可作為亞臨界、超臨界鍋爐壁溫≤625℃的高溫過熱器、再熱器用鋼管，以及壁溫≤600℃高溫（wēn）集箱和蒸汽管道，也可作為核電熱交換器（qì）以及石油裂（liè）化裝置爐管。 

標準：ASTM　A213　ASTM　A335 

抗（kàng）拉強度：≥585（MPa）　

屈服強（qiáng）度：≥415（MPa）　

伸 長 率：≥20（％）　

P91鋼是美國國立像樹（shù）嶺實驗室和美國燃燒工程公司冶（yě）金材料實驗室合（hé）作研製的新型馬氏體耐熱鋼。它是在9Cr1MoV鋼的基礎上降低含碳量，嚴（yán）格限製硫（liú）、磷的（de）含量，添加少量的（de）釩、铌元素進行合金化。根據ASTM213/A213M-85C,P91鋼的化（huà）學成份見表1。

與P91鋼對（duì）應的德國鋼號為X10CrMoVNNb91，日本鋼號為HCM95，法國（guó）則為TUZ10CDVNb0901。

A335 P91中各合金元素的作用

分別起（qǐ）到固溶（róng）強化、彌散強化和提高鋼（gāng）的抗氧化性（xìng）、抗腐蝕性能，MUHDPE合金管告訴您具體分析如下。

①碳是（shì）鋼中固溶強化作用明顯的元素，隨含碳量的增加，鋼的短時強度上升，塑性、韌性下降，對P91這類馬氏體鋼而言，含碳量的上升會加快碳化物球（qiú）化（huà）和聚集速度，加速合金元素的再分配，降低鋼的焊接性、耐蝕性和抗氧化性，故耐熱鋼一般都希望降低含碳量，但含碳太低，鋼的強度將（jiāng）降低（dī）。P91鋼與12Cr1MoV鋼相比，含碳量降低20%，這是綜合考慮上述因素的影響而決定的。

②P91鋼中含（hán）微量氮，氮的作（zuò）用體現在兩個方麵。一方麵起（qǐ）固溶強化作用，常溫下氮在鋼（gāng）中的溶解（jiě）度很小，P91鋼焊（hàn）後熱影（yǐng）響（xiǎng）區在焊接加熱和焊後熱處理過程中，將先後出現VN的固溶和析出過（guò）程：焊接加熱時熱（rè）影響區內已（yǐ）形成的奧氏體組織（zhī）由於VN的溶入，氮含量增（zēng）加，此後常溫組織中的過飽和程度提高，在隨後的焊後熱處理中（zhōng）有細小的VN析出，這增加了組織穩定性，提高了熱影響區的持久強度值。另一方麵，P91鋼中（zhōng）還含有少量A1，氮能與其形成A1N，A1N在1 100℃以上才大量溶入基（jī）體，在較低（dī）溫度下（xià）又重新析出，能起到（dào）較好的彌散強化效果。

③加入鉻主要（yào）是提高耐（nài）熱鋼的抗氧化性、抗腐（fǔ）蝕（shí）能力，含鉻量（liàng）小於5%時，600℃開始劇（jù）烈氧化（huà），而含鉻量達5%時就具有良好的抗氧化性。12Cr1MoV鋼在580℃以下具有良好的抗氧化性，腐蝕深度為0.05 mm/a，600℃時性能開始變差，腐蝕深（shēn）度為0.13 mm/a。P91含鉻量提高到9%左右，使用（yòng）溫度能達到650℃，主要措施就是使基體中溶有更多的鉻。

④釩與铌都是強碳化物形成元素，加入（rù）後能與碳形成細小而穩定的合金碳化（huà）物，有（yǒu）很強的彌散強化效果。

⑤加入鉬主要是為了提高鋼的熱強性，起到固溶強化的（de）作用（yòng）。

A335 P91 合金管（guǎn）熱處理工藝

P91的z終熱（rè）處理為正火（huǒ）+高溫回（huí）火，正（zhèng）火溫度為1040℃，保溫時間不少於10 min，回火溫度為730～780℃，保溫時（shí）間不少於1h，z終熱處理後的組（zǔ）織為回火馬氏體。

A335 P91 合金管機械性能

P91鋼的常溫抗拉強度≥585 MPa，常溫屈（qū）服強度≥415 MPa，硬（yìng）度（dù）≤250 HB，伸長率(50 mm標距的標準圓形試樣)≥20%，許用應力值［σ]650℃=30 MPa。

按照國際焊接學會推薦（jiàn）的碳當量（liàng）公式算得P91的碳當量為1.631, P91的焊接性較差。　

A335 P91焊接時存在的問題（tí）

1　熱影響區淬硬組織（zhī）的產生（shēng）

P91的臨界（jiè）冷卻速度低，奧氏體穩定性很大，冷卻時不易發生正常的珠光體轉變（biàn），從而冷卻到較低溫度時發生（shēng）了馬（mǎ）氏體轉變。正由於此（cǐ），P91的淬硬和冷裂傾向很大。

由於熱影響區的各種組織具有不同的密度、膨脹係數和不同的晶格形式，在加熱和冷卻過程（chéng）中必然會伴有不同（tóng）的體積膨脹和收（shōu）縮；另一方麵，由於焊接加熱具有不均勻和溫度高的特點，故而P91焊接接頭內部應力很大（dà）。

對於（yú）P91，奧氏體十分穩定，要（yào）冷卻到（dào）較低（dī）溫度(約400℃)才能（néng）變為馬氏體。粗大的馬氏體組織脆而硬，接頭又處在複雜應力狀態下。同時，焊縫冷卻過程中氫由焊縫向近縫區擴散，氫的存在促使了（le）馬氏體脆（cuì）化，其綜合作用的結果，很容易在淬硬區產生冷裂紋。

2　熱影響區晶粒長大

焊接熱循環對焊接頭熱影響區的晶粒長大有重大的影響，特別是（shì）緊鄰（lín）加熱溫度達到高的熔合區。當冷卻速度較小時，在焊接熱影響區會出現粗大的（de）塊狀（zhuàng）鐵素體和（hé）碳化物組織，使（shǐ）鋼材的塑性明顯下降；冷卻速度大時，由於產（chǎn）生了粗大的馬氏體（tǐ）組織，也會使焊接接頭塑性下降。

3　軟化層的產生

P91鋼（gāng）在（zài）調（diào）質（zhì）狀態下焊接（jiē），熱影響（xiǎng）區產生軟化層（céng）不可避免，而且比珠光體耐熱（rè）鋼的軟化更為嚴重。當用加（jiā）熱和冷卻（què）速度均較緩慢（màn）的規範（fàn）時，軟化程度較大。另外，軟化層的寬度和它離熔合線的距離，不僅與焊接的加熱條件及特點有關，還（hái）與（yǔ）預熱、焊後熱（rè）處理（lǐ）等有（yǒu）關。

4　應力腐蝕裂紋

P91鋼在焊（hàn）後熱處理之前（qián），冷卻（què）溫度一般不低於（yú）100℃，如果在室溫下（xià）冷卻，而環境又比較潮濕時，容（róng）易出現應力腐蝕裂紋。德（dé）國規定：在焊後熱處（chù）理之前必（bì）須冷卻至150℃以下。在工件較（jiào）厚、有角焊縫存在及幾何尺寸不好的情況下，冷卻（què）溫度不低於100℃。如果在室溫下冷卻，嚴禁潮濕，否（fǒu）則（zé）容易（yì）產生應力腐蝕裂紋（wén）。

A335 P91合（hé）金管結論

①P91鋼高合金化，尤其是添加了（le）少量铌（ní）、釩等（děng）微量元素（sù），高溫強度、抗氧化性較12Cr1MoV鋼有較大的提（tí）高，但（dàn）其焊接性能較差。

②插銷試驗表明，P91鋼有（yǒu）較大冷裂（liè）傾向，選（xuǎn）取預熱200～250 ℃，層間溫度200～300 ℃，可防止（zhǐ）冷（lěng）裂紋（wén）產（chǎn）生。

③P91焊後熱處理前，必須冷卻至100～150 ℃，保（bǎo）溫1 h；回火溫（wēn）度（dù）730～780 ℃，保溫時間（jiān）不少於1 h。

④以上焊接工藝已應用於200 MW、300MW 鍋爐製（zhì）造生產實踐中，取得滿意效果，並獲得較大的經濟效益。

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