T9I／P91鋼是一種改進(jìn)型馬氏體耐熱鋼，該材料具有良好的高溫?zé)釓?qiáng)性和抗氧化性能，與其他合金耐熱鋼(如12CrlMoV、鋼102等)相比，在同樣的溫度、壓力條件下，鋼管壁厚可大大降低，材料可大大節(jié)省。T91小口徑鋼管主要應(yīng)用于各種大型電站鍋爐及燃?xì)廨啓C(jī)鍋爐的再熱器、過熱器等承受高溫高壓(蒸汽溫度5800C一650 oC，蒸汽壓力10MPa以上)的電力機(jī)組部件。

T91鋼是美國國立像樹嶺實(shí)驗(yàn)室和美國燃燒工程公司冶金材料實(shí)驗(yàn)室合作研制的新型馬氏體耐熱鋼。它是在 9Cr1MoV鋼的基礎(chǔ)上降低含碳量，嚴(yán)格限制硫、磷的含量，添加少量的釩、鈮元素進(jìn)行合金化。

根ASTM213/A213M-85C,T91鋼的化學(xué)成份見下表。 　　

與T91鋼對(duì)應(yīng)的德國鋼號(hào)為X10CrMoVNNb91，日本鋼號(hào)為HCM95，法國則為TUZ10CDVNb0901。 　　

T91鋼的化學(xué)成份% 　　

C 0.08-0.12 　　

Mn 0.30-0.60 　　

P ≤0.02 　　

S ≤0.01 　　

Si 0.20-0.50 　　

Cr 8.00-9.50 　　

Mo 0.85-1.05 　　

V 0.18-0.25 　　

Nb 0.06-0.10 　　

N 0.03-0.07 　　

Ni ≤0.40 　　

T91鋼中各合金元素分別起到固溶強(qiáng)化、彌散強(qiáng)化和提高鋼的抗氧化性、抗腐蝕性能，具體分析如下。 　?、偬际卿撝泄倘軓?qiáng)化作用最明顯的元素，隨含碳量的增加，鋼的短時(shí)強(qiáng)度上升，塑性、韌性下降，對(duì)T91這類馬氏體鋼而言，含碳量的上升會(huì)加快碳化物球化和聚集速度，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(qiáng)度將降低。T91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。 　　

②T91鋼中含微量氮，氮的作用體現(xiàn)在兩個(gè)方面。一方面起固溶強(qiáng)化作用，常溫下氮在鋼中的溶解度很小，T91鋼焊后熱影響區(qū)在焊接加熱和焊后熱處理過程中，將先后出現(xiàn)VN的固溶和析出過程：焊接加熱時(shí)熱影響區(qū)內(nèi)已形成的奧氏體組織由于VN的溶入，氮含量增加，此后常溫組織中的過飽和程度提高，在隨后的焊后熱處理中有細(xì)小的VN析出，這增加了組織穩(wěn)定性，提高了熱影響區(qū)的持久強(qiáng)度值。另一方面，T91鋼中還含有少量A1，氮能與其形成A1N，A1N在1 100℃以上才大量溶入基體，在較低溫度下又重新析出，能起到較好的彌散強(qiáng)化效果。 　　

③加入鉻主要是提高耐熱鋼的抗氧化性、抗腐蝕能力，含鉻量小于5%時(shí)，600℃開始劇烈氧化，而含鉻量達(dá)5%時(shí)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(shí)性能開始變差，腐蝕深度為0.13 mm/a。T91含鉻量提高到9%左右，使用溫度能達(dá)到650℃，主要措施就是使基體中溶有更多的鉻。 　　

④釩與鈮都是強(qiáng)碳化物形成元素，加入后能與碳形成細(xì)小而穩(wěn)定的合金碳化物，有很強(qiáng)的彌散強(qiáng)化效果。 　　

⑤加入鉬主要是為了提高鋼的熱強(qiáng)性，起到固溶強(qiáng)化的作用。 　　

T91鋼熱處理工藝 　　

T91的最終熱處理為正火+高溫回火，正火溫度為1040℃，保溫時(shí)間不少于10 min，回火溫度為730～780℃，保溫時(shí)間不少于1h，最終熱處理后的組織為回火馬氏體。 　　

T91鋼機(jī)械性能 　　

T91鋼的常溫抗拉強(qiáng)度≥585 MPa，常溫屈服強(qiáng)度≥415 MPa，硬度≤250 HB，伸長(zhǎng)率(50 mm標(biāo)距的標(biāo)準(zhǔn)圓形試樣)≥20%，許用應(yīng)力值〔σ]650℃=30 MPa。 　　

T91鋼焊接性能 　　

按照國際焊接學(xué)會(huì)推薦的碳當(dāng)量公式算得T91的碳當(dāng)量為，可見T91的焊接性較差。 　　

T91焊接時(shí)存在的問題 　　

熱影響區(qū)淬硬組織的產(chǎn)生 　　

T91的臨界冷卻速度低，奧氏體穩(wěn)定性很大，冷卻時(shí)不易發(fā)生正常的珠光體轉(zhuǎn)變，從而冷卻到較低溫度時(shí)發(fā)生了馬氏體轉(zhuǎn)變。正由于此，T91的淬硬和冷裂傾向很大。 　　

由于熱影響區(qū)的各種組織具有不同的密度、膨脹系數(shù)和不同的晶格形式，在加熱和冷卻過程中必然會(huì)伴有不同的體積膨脹和收縮；另一方面，由于焊接加熱具有不均勻和溫度高的特點(diǎn)，故而T91焊接接頭內(nèi)部應(yīng)力很大。 　　

對(duì)于T91，奧氏體十分穩(wěn)定，要冷卻到較低溫度(約400℃)才能變?yōu)轳R氏體。粗大的馬氏體組織脆而硬，接頭又處在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下。同時(shí)，焊縫冷卻過程中氫由焊縫向近縫區(qū)擴(kuò)散，氫的存在促使了馬氏體脆化，其綜合作用的結(jié)果，很容易在淬硬區(qū)產(chǎn)生冷裂紋。 　　

熱影響區(qū)晶粒長(zhǎng)大 　　

焊接熱循環(huán)對(duì)焊接頭熱影響區(qū)的晶粒長(zhǎng)大有重大的影響，特別是緊鄰加熱溫度達(dá)到最高的熔合區(qū)。當(dāng)冷卻速度較小時(shí)，在焊接熱影響區(qū)會(huì)出現(xiàn)粗大的塊狀鐵素體和碳化物組織，使鋼材的塑性明顯下降；冷卻速度大時(shí)，由于產(chǎn)生了粗大的馬氏體組織，也會(huì)使焊接接頭塑性下降。 　　

軟化層的產(chǎn)生 　　

T91鋼在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下焊接，熱影響區(qū)產(chǎn)生軟化層不可避免，而且比珠光體耐熱鋼的軟化更為嚴(yán)重。當(dāng)用加熱和冷卻速度均較緩慢的規(guī)范時(shí)，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(diǎn)有關(guān)，還與預(yù)熱、焊后熱處理等有關(guān)。哈爾濱鍋爐廠曾做過試驗(yàn)得出T91焊接熱影響區(qū)硬度曲線，見圖2。 　　

應(yīng)力腐蝕裂紋 　　

T91鋼在焊后熱處理之前，冷卻溫度一般不低于100℃，如果在室溫下冷卻，而環(huán)境又比較潮濕時(shí)，容易出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕裂紋。德國規(guī)定：在焊后熱處理之前必須冷卻至150℃以下。在工件較厚、有角焊縫存在及幾何尺寸不好的情況下，冷卻溫度不低于100℃。如果在室溫下冷卻，嚴(yán)禁潮濕，否則容易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋。 　　?