T91鋼是由美國(guó)橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(ORNL)和美國(guó)燃燒工程公司(CE)合作，在9Cr1Mo鋼基礎(chǔ)上通過降低C含量，添加微量的Nb、V，并控制N含量得到的新型耐熱鋼。該鋼熱強(qiáng)性好，強(qiáng)韌性高，淬透性好，熱導(dǎo)率高，線膨脹系數(shù)小，抗蝕性和價(jià)格介于T22和T304H之間，填補(bǔ)了T22和T304H之間的空白，目前T91鋼已在世界各國(guó)的超臨界和超超臨界發(fā)電機(jī)組的高溫承壓部件上得到廣泛應(yīng)用。我國(guó)自1996年由原電力規(guī)劃設(shè)計(jì)總院管道小組提出“關(guān)于我國(guó)火電廠主蒸汽管道采用T/P91鋼的建議”后，國(guó)產(chǎn)300、600MW級(jí)亞、超臨界機(jī)組均采用T91鋼管作為主蒸汽管道和再熱段管道。

過熱器、再熱器管在高溫(600℃)、高壓和腐蝕介質(zhì)中長(zhǎng)期工作，鋼材的組織結(jié)構(gòu)必將發(fā)生老化，導(dǎo)致力學(xué)性能劣化，甚至造成爆管，影響機(jī)組運(yùn)行安全。因此，關(guān)于T91鋼的組織老化及性能劣化的研究一直深受重視。

通過采用高溫、短時(shí)加熱的方式，研究T91鋼在熱處理過程中組織結(jié)構(gòu)及性能的變化，特別是碳化物的長(zhǎng)大對(duì)T91鋼結(jié)構(gòu)與性能的影響，預(yù)測(cè)T91在長(zhǎng)期服役條件后的結(jié)構(gòu)狀態(tài)及性能特點(diǎn)，為T91鋼管在電站中的安全運(yùn)行管理提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

T91鋼管的供貨狀態(tài)為：1040～1090℃空冷(正火)+730～760℃回火。采用德國(guó)SPECTOR定量光譜儀測(cè)定供貨態(tài)T91的成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)為：0.126C，0.225Si，0.43Mn，8.28Cr，0.79Mo，P≤0.014，S≤0.002；T91鋼整體化學(xué)成分在ASME標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)，符合使用要求。分別設(shè)定700℃保溫34h及800℃保溫2.2和58h的熱處理工藝，試樣的熱處理在SX2電阻爐中進(jìn)行。

結(jié)果發(fā)現(xiàn)，(1)供貨態(tài)T91鋼是由鐵素體F和M23C6型碳化物構(gòu)成的回火索氏體組織；其中，F(xiàn)部分保留馬氏體板條狀特征，M23C6極其細(xì)小，高度彌散地分布在F基體晶界及晶內(nèi)。

(2)在700～800℃，隨熱處理溫度的升高和時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng)，T91鋼的強(qiáng)度、硬度逐漸降低，而塑性、韌性不斷提高。即使經(jīng)過800℃×2.2h處理，T91鋼的強(qiáng)度、硬度等力學(xué)性能指標(biāo)仍符合使用要求，熱強(qiáng)性及高溫抗老化性能優(yōu)良。

(3)在高溫處理過程中，T91鋼發(fā)生板條狀F的回復(fù)、再結(jié)晶及晶粒長(zhǎng)大與M23C6聚集長(zhǎng)大的組織結(jié)構(gòu)變化。經(jīng)700℃×34h熱處理后結(jié)構(gòu)變化不明顯，而經(jīng)800℃×2.2h熱處理后F呈等軸晶狀，碳化物發(fā)生長(zhǎng)大，且聚集在F晶界，呈不連續(xù)鏈狀分布，F(xiàn)晶內(nèi)碳化物的彌散度低。經(jīng)800℃×58h高溫處理后，碳化物長(zhǎng)大成1～3μm的大顆粒，均勻分布在F基體中，彌散度進(jìn)一步降低。T91鋼組織結(jié)構(gòu)的明顯變化是導(dǎo)致其強(qiáng)度、硬度下降，塑性、韌性升高的根本原因。

(4)熱處理前后T91鋼的沖擊斷口均呈現(xiàn)主體的韌窩聚集型斷口特征。但供貨態(tài)T91鋼沖擊斷口的韌窩細(xì)小、深度淺，而800℃×58h熱處理的T91鋼韌窩大而深，且密度高，塑性斷裂特征更明顯。（榕霖）