P91是一種高性能的馬氏體耐熱鋼，在現(xiàn)代電力工業(yè)，尤其是超臨界和超超臨界火電機(jī)組中占據(jù)著核心地位。其優(yōu)異的高溫強(qiáng)度、抗氧化性和抗蠕變性能，源于精心設(shè)計的化學(xué)成分和嚴(yán)格控制的熱處理工藝。

從化學(xué)成分來看，P91以鐵（Fe）為基體，主要合金元素包括鉻（Cr，含量約 8.0% - 10.5%）、鉬（Mo，含量約 0.85% - 1.05%）、釩（V，含量約 0.18% - 0.25%）、鈮（Nb，含量約 0.06% - 0.10%）以及氮（N，含量約 0.03% - 0.07%）等 。鉻元素是保證合金抗氧化性的關(guān)鍵，能夠在鋼材表面形成一層致密的 Cr?O?氧化膜，有效抵御高溫下氧氣的侵蝕，提高合金在高溫環(huán)境中的穩(wěn)定性 。鉬元素可細(xì)化晶粒，提高合金的回火穩(wěn)定性，抑制高溫回火脆性，在高溫長期服役過程中，保證合金仍能保持較好的強(qiáng)度和韌性 。釩和鈮元素與碳結(jié)合形成穩(wěn)定的碳化物（如 VC、NbC），這些碳化物在高溫下具有極高的穩(wěn)定性，能夠有效阻礙位錯的運(yùn)動，通過彌散強(qiáng)化機(jī)制顯著提高合金的高溫強(qiáng)度和抗蠕變性能 。氮元素與釩、鈮形成氮化物，進(jìn)一步增強(qiáng)彌散強(qiáng)化效果，同時改善合金的焊接性能 。此外，合金中還含有少量的錳（Mn）、硅（Si）等元素，用于輔助強(qiáng)化合金性能，嚴(yán)格控制碳（C，含量約 0.08% - 0.12%）、磷（P≤0.020%）和硫（S≤0.010%）等雜質(zhì)元素的含量，以保證合金質(zhì)量的可靠性 。

P91的組織結(jié)構(gòu)主要為回火馬氏體 。在淬火過程中，奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，賦予合金較高的強(qiáng)度；回火處理后，馬氏體組織中的碳化物析出并彌散分布，形成回火馬氏體組織 。這種組織結(jié)構(gòu)使得P91在保持高強(qiáng)度的同時，具有良好的韌性和抗疲勞性能，能夠適應(yīng)高溫、高壓、高應(yīng)力的復(fù)雜工作環(huán)境 。

P91的性能特點(diǎn)使其成為超臨界火電機(jī)組的關(guān)鍵材料。在高溫力學(xué)性能方面，它具有卓越的高溫強(qiáng)度和抗蠕變性能，在 580℃ - 620℃的溫度范圍內(nèi)，抗拉強(qiáng)度可達(dá) 650 - 800MPa，在 10 萬小時的蠕變斷裂強(qiáng)度仍能保持在 100 - 150MPa 以上 ，能夠承受高溫高壓蒸汽的長期作用，有效避免管道和部件的變形與斷裂 。其抗氧化性能優(yōu)異，在 600℃的高溫環(huán)境下，經(jīng)過 1000 小時的氧化試驗，氧化增重僅為10 mg/cm2，表面氧化膜穩(wěn)定，可有效保護(hù)基體材料 。此外，P91還具有較好的焊接性能，通過選擇合適的焊接材料（如 T91 焊絲）和嚴(yán)格控制焊接工藝參數(shù)（如預(yù)熱溫度、層間溫度、焊后熱處理等），能夠?qū)崿F(xiàn)可靠的焊接連接 。

P91的熱處理工藝主要包括淬火和回火。淬火溫度一般在 1040℃ - 1060℃，采用快速冷卻（如油冷或風(fēng)冷）方式，使奧氏體迅速轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，提高合金的強(qiáng)度和硬度 。淬火后，合金內(nèi)部存在較大的殘余應(yīng)力，且組織不穩(wěn)定，需要通過回火處理來消除應(yīng)力、調(diào)整組織和性能 。回火溫度一般在 730℃ - 780℃，保溫一定時間（通常為 2 - 4 小時）后空冷 。回火處理能夠使馬氏體中的碳化物充分析出并彌散分布，提高合金的韌性和抗蠕變性能。

在應(yīng)用領(lǐng)域，P91主要應(yīng)用于超臨界和超超臨界火電機(jī)組中。在這些先進(jìn)的發(fā)電設(shè)備中，P91用于制造主蒸汽管道、高溫再熱蒸汽管道、過熱器管、再熱器管等高溫部件 。這些部件在高溫（580℃ - 620℃）、高壓（25 - 35MPa）的蒸汽環(huán)境下長期工作，對材料的高溫強(qiáng)度、抗氧化性和抗蠕變性能要求極高，P91的性能能夠完全滿足這些要求，確保火電機(jī)組的高效、安全運(yùn)行 。此外，在一些工業(yè)鍋爐的高溫管道和部件制造中，P91也有廣泛應(yīng)用 。