控制P91钢管表面硬度的研究

秦利波

（天津钢管集团股份有限公司，天津300301）

0 引言

随着我国电站锅炉的不断升级，大容量、高参数的超超临界机组对钢材的耐热性能和抗蒸汽腐蚀性能提出了更高要求。具有优良综合机械能与耐热性能的钢管P91成为超超临界电站锅炉建造的必选钢种。同时，我国标准DL/T438-2009规定P91钢管硬度应控制在180 HBW～250 HBW范围内[1-4]。

1 研究背景

P91钢是由美国橡胶岭国家试验室研制开发的，属于改良的9Cr-1Mo钢，主要用于超超临界锅炉高温受压部件。P91钢在9Cr-1Mo钢基础上，通过限制碳元素含量范围、加严控制P和S等有害元素含量，并添加 300×10-6～700×10-6的 N 元素和微量的强碳氮化物形成元素V和Nb，以达到析出MX化合物，从而细化晶粒、提高持久强度的目标，形成了新型铁素体型耐热合金钢。

表1 ASME SA-335 P91钢硬度检测结果 /HBW

为了提高钢管表面硬度，使P91满足标准DL/T438-2009，本文详细分析了P91硬度偏低的工艺原理与钢管表面脱碳原理，通过模拟现场热处理工艺，研究了控制P91钢管表面硬度的最佳热处理制度。

2 产生机理

文献[5] 研究了工艺失控状态下P91硬度变化机理，其中，硬度最低值可降低至146 HBW，低于标准值180～250 HBW范围。同时，文献[6-7] 亦指出P91硬度偏低的影响因素包括：回火温度过高（AC1～AC3度范围内回火）以及热处理过程中P91钢管表面脱碳[5-7]。

2.1 回火温度过高

当设定回火温度在AC1～AC3范围内，P91基体组织产生部分相变，部分M组织转变为A组织，并且在冷却过程中A组织转变成为F+C组织，由于F组织硬度比M组织硬度低，导致组织硬度降低。

当回火温度在AC1～AC3范围内时，属于回火温度过高，F组织在横截面均匀产生，表面硬度和基体硬度同时下降，若表面硬度低于标准下限190 HBW，则基体部位硬度值亦不满足标准要求。……