从p91材料特性确定管件制造工艺

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1、从P91材料特性确定管件制造工艺　　摘要：通过详细了解P91材料各项性能指标和P91材料的相变温度AC1、AC3，确定了P91管件和中频弯管的成型温度及热处理工艺规范关键词：P91、管件、中频弯管、热处理中图分类号：F406.5文献标识码：A91等级的钢属于中合金耐热钢，是在9Cr-1Mo钢基础上添加钒、铌元素并控制氮元素含量的改进型钢种。由于它具有良好的使用性能，目前是电站用高温、高压耐热钢最理想的材料，填补了低台金珠光体耐热钢和高合金奥氏体不锈钢之间的空缺。自1984年美国将P9l钢分别列入ASTMA3

2、35和ASMESA335标准后，已作为600～650温度范围使用的理想的高压锅炉钢管材料，并日益广泛地用于亚临界及超临界火力发电机组的主蒸汽管道和高温再热蒸汽管道，显示出了优异的综合性能。一、标准规范91等级的钢自从1983年ASTM、1984年ASME批准使用以来，用于小管和大管及其他形式的T/P91材料被纳入多个国家标准，表一汇总了多个国家的标准情况。二、91等级钢的主要特点2.1、化学成分12ASTM在不同产品标准中规定了T/P91等级材料的化学成分。表2.1【1】列出了T/P91和其它标准高温用等级

3、钢的比较。这个表清楚地表明对这种级别钢化学成分范围的要求更加严格。T/P91材料是在91等级材料基础上经过以下的改良而发展起来的：加入了钒和铌元素，同时控制氮元素含量。蠕变强度大幅度提高。之表一：后，考虑加工工艺性能而有意识地降低碳元素含量。2.2、物理性能表2.2【1】给出了考虑到设计要求所需要的最重要的物理性能。图2.3【1】和图2.4比较了T/P91、T/P22与奥氏体不锈钢TP304H的热传导性和线膨胀系数，再次证明了T/P91明显优于TP304H、T/P22。图2.3和图2.4表明T/P91优于不

4、锈钢之处在于它具有较好的热传导性和较低的线性平均膨胀系数。图2.5表示T/P91材料的弹性模量与温度曲线。12从图2.2可以看出，P91钢的线膨胀系数和导热率与P22钢较接近，这一特性可避免P91钢与珠光体钢相接时在运行中产生蠕变疲劳裂纹，这种裂纹正是影响奥氏体耐热钢与珠光体耐热钢相接时异种钢接头寿命短的主要原因。由于P91钢的线膨胀系数比P22钢略低，叉可降低管道的端点推力和力矩。2.3、力学性能表2.3是T/P91材料在室温状态下与其它几种等级钢材机械性能的对比（X10是欧洲设计标准相当于T/P91，见

5、表1）。2.4、蠕变性能世界上一些实验室对T/P91材料已进行了多年的研究并获得了大约1800次的单项试验结果。表2.4列出了ASME、VdTüV和EN材料的蠕变断裂强度值。2.5、最大许用应力等同于改进型9Cr-1Mo钢的（见表1）的设计应力是根据美国ASME、德国DIN/TRD、法国CODAP规范推荐值计算得出的。根据标准ASMEⅡ和Ⅷ卷（见表2.5和2.6），给出了SA213T91小管和SA335P91大管的最大许用应力。″12图2.4是T/P91等级材料与其它铁素体和马氏体钢的最大许用应力值的比较。

6、尽管X20钢不包括在ASTM/ASME中，其最大许用应力值参考ASME标准计算。从图2.4可以看到，P91钢在650℃以下时，所有温度的许用应力均比P22钢高。在管道设计中．许用应力的大小直接影响到管壁厚度的选择，正是因为以T/P91钢代替P22钢作主蒸汽管道的管材．其壁厚几乎可减少一半，从而使采用P91钢的主蒸汽管道系统具有以下优点：管道系统柔度增加．减少了膨胀力；支吊架的载荷减少；端点推力和力矩降低；允许机组负荷变化较快，起动时闻缩短；投资成本降低。在火力发电厂中，为了保证主蒸汽管道的安全运行，对介质温

7、度为500℃及以上的每条主汽管道都要进行蠕变监控。影响蠕变的主要因素包括温度、应力和钢材本身，温度越高，应力越大，蠕变速度也越快。根据厂家的试验数据，在105h及550℃下时，P91l钢的蠕变强度几乎为P22钢的两倍。三、P91管件成型管道加工不同于机械零件制造，对加工精度和光洁度要求不高。实践证明，P91钢的机械加工性能足以满足管道加工精度要求，如坡口加工、钻镗孔等在管道上常用的机加工方法对P91钢均适用。P91钢具有较好的热压加工性能，我国目前生产的高温高压P91弯头、三通、变径管等，基本是采用热挤压成

8、型工艺。3.1、P91材料的临界转变温度12根据材料成分的不同，AC1温度在800℃和830℃之间，AC3温度在890℃和940℃之间.3.2、弯头、三通、异径管成型工艺要点对于高压厚壁管件来说，三通、异径管通常是热挤压成型，弯头时热冲压成型，由于P91材料有良好的热强性，有利于热压成型。根据ASME有关的标准规定，热成型温度不得在两相区之间（即AC1~AC3之间）进行，因此热挤压温度不得低于950度，考虑到高温