T91(P91)耐热钢

2022-04-04 21:02:12 天津国威钢铁贸易有限公司 已读

T91P91)耐热钢

一、钢种介绍

T91/P91是一种铁素体耐热钢,由美国橡树岭国家实验室在上世纪七十年代开始研究开发,并于1983 年列入ASME。我国在1995年将该钢种纳入GB 5310标准中,牌号定为10Cr9Mo1VNb。

T91/P91钢是在9Cr1Mo(T9)钢的基础上,采用纯净化、细晶化冶金技术,以及微合金化和控轧、控冷等工艺,开发出的新一代中合金耐热钢。该钢具有较好的综合力学性能,高温时效后组织稳定,且焊接性能和工艺性能良好,适合于高温受压部件的材料。

二、常用标准

ASME   A213

铁素体和奥氏体锅炉过热器

和热交换器无缝钢管

T91

ASME  A335

高温管道用铁素体无缝钢管

P91

JIS G3462

热交换器用合金钢钢管

STBA 26

GB  5310-2008

高压锅炉用无缝钢管

10Cr9Mo1VNbN

(原10Cr9Mo1VNb)

三、成分规范(wt %)

牌号

T91/P91

STBA 26

10Cr9Mo1VNbN

C

0.08~0.12

≤0.15

0.08~0.12

Si

0.20~0.50

0.25~1.00

0.20~0.50

Mn

0.30~0.60

0.30~0.60

0.30~0.60

P

≤0.020

≤0.030

≤0.020

S

≤0.010

≤0.030

≤0.010

Cr

8.00~9.50

8.00~10.00

8.00~9.50

Mo

0.85~1.05

0.90~1.10

0.85~1.05

V

0.18~0.25

0.18~0.25

Ni

≤0.40

≤0.40

Al

≤0.04

≤0.02

Nb

0.06~0.10

0.06~0.10

N

0.030~0.070

0.030~0.070

四、历史沿革

火力发电厂为了提高热效率,较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温度和压力,即超高温高循环。更高的蒸汽参数要求在高温下有更高强度和持久性的材料。

在T91/P91钢研发成功以前,上世纪50年代,电站锅炉钢管大多采用最高使用温度580℃的铁素体合金钢(如12Cr1MoV)和使用温度可达700℃的奥氏体不锈钢(TP304、TP347等)。这些材料存在的问题是价格昂贵、导热系数低、热膨胀系数大以及应力腐蚀裂纹倾向。

到了60年代,法国开始应用可耐620℃高温的EM12牌号,以替代过去使用的不锈钢管。EM12作为过热器管性能良好,可以长时间工作,但因二元结构,冲击韧性差。

60年代末,德国开发了12%铬钢X20CrMoV12.1(X20钢),1979年正式纳入DIN17175标准中。X20钢具有更高的蠕变强度,但在温度高于520℃时蠕变断裂强度不及EM12,而且由于碳含量高,焊接性能差。

1974年,美国开始研究改进的9Cr-1Mo钢种。这种钢在593℃/10万h条件下的持久强度达到100MPa,而且韧性也比较好。采用这种钢,在相同的工作参数下,可以选用更小的管壁厚度。不管从技术或经济角度看,都比EM12和X20优越。进入80年代,各国普遍应用了这种T91钢。

五、钢种优势

T91/P91钢被高参数火力发电机组广泛应用,是因为该钢种的使用性能具有以下优点:

与不锈钢相比,该钢具有低的热膨胀系数和良好的导热性。

该钢具有较高的室温抗拉强度,δb最高达770MPa,而且塑性也较好。

该钢的冲击韧度和材料脆性转变温度明显优于同类X20和EM12钢。

该钢具有更高的高温持久强度和许用应力,在550℃高温经过105h运行后的高温持久强度是T22钢的2倍,在540~610℃内的许用应力明显高于T22、TP304H和X20钢。

该钢具有良好的整管弯曲加工性能。

该钢的高温疲劳性能优于T22和TP304H钢,高温抗氧化性能也远高于T22钢。

       六、钢种应用

经试验,T/P91可用于壁温600℃以下的过热器、再热器管,以及壁温600℃以下的联箱和蒸汽管道。

T/P91研发成功后,填补了T/P22和TP304H之间的空白,已广泛应用在超(超)临界锅炉中低于600℃的部位用来代替TP321H。

虽然T/P91的使用温度上限只有600℃,但它的研发成功奠定了更好性能超超临界锅炉用钢的研发基础,为后来的一系列钢种,如T/P92,E911,T/P122等的研发提供了基本思路。可以说,T/P91的研发成功,使火电机组技术由超临界成熟地进入超(超)临界。

七、国内应用

我国200MW和300MW的老机组锅炉大部分使用的是T22、12Cr1MoV和102(12CrMoWVTiB)钢等材料,由于超高温而造成的爆管现象较普遍,一些电厂在锅炉改造中换成TP347H和TP304H不锈钢管,不仅成本高(TP347H的价格是T91钢管的2倍),而且这类未稳定化的奥氏体钢仍会因容易产生应力腐蚀而发生爆管。

       国内的600MW机组工程,主蒸汽管道及再热蒸汽管道热段的管材均选用A335 P22管材。与该材料相比,在压力、温度、内径相同的情况下,主蒸汽管道及再热热段管道采用P91合金钢管,壁厚可减少一半左右,管道管件如直角三通的用量可降低约65%。

       从性能和经济性方面考虑,T/P91钢是较理想的锅炉替代材料,在我国有广阔的应用空间。

       八、市场参考

锅炉钢管因为使用环境的严苛,对安全性要求非常高,用户在采购的时候通常优先考虑进口品牌。

国外生产锅炉管的企业集中化程度较高,比较知名有德国V&M、日本住友金属、意大利达尔明,以及威曼高登——世界上第一根P91高合金优质无缝钢管就诞生于威曼高登公司位于美国休斯敦的工厂。

但近年来国内钢管企业的生产能力也不断提高,在P91这个钢种上,北方重工、武汉重工铸锻、浙江格洛斯、四川三洲、河北宏润等厂的品质已经接近于口品牌。在此基础上,国产T/P91的价格优势非常明显。

以上可做参考。

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