T91-P91钢手册

266
超（超）临界锅炉用钢及焊接技术论文集
详见第 5 节业绩表。 2.6 V&M 钢管公司产品供货范围
无缝锅炉管： — 公差很小的热成型管 — 外径尺寸达到 150mm（59〞）的管道和集
箱 — 内径控制管
3 技术背景
高温服役用钢在电站建设中发挥重要作用。50 多年来，含 2¼%Cr，1%Mo 的合金钢已经在各国实 现了标准化（如 ASTM：T/P22；NF A：TU 10CD 9.10;DIN:10CrMo9-10；BS:622 和 EN 11CrMo9-10）， 由于其良好的运行性能，在全球的大容量电厂得到 应用。
VdTÜV 认可的规范 511/2（最新版本 06/2001） 为 X10CrMoVNb9-1。
英国： 被列入 BS 3059/3604 中作为 91 等级材料。 2.5 业绩 迄今为止，已经有超过 100000t 的 T/P91 材料 和相当于欧洲等级的材料从 V&M 运往世界各地并 且被广泛用于大型锅炉机组，管道系统和石化领域，
℃ 371 399 427 454 482 510 538 566 593 621 649 ℉ 700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100 1150 1200 MPa 158 153 147 140 132 123 112 96 71 48 30 ksi 22.9 22..2 21.3 20.3 19.1 17.8 16.3 14.0 10.3 7.0 4.3
在蒸馏和裂化装置及炼油厂中，由于 T/P91 材 料较好的高温力学和耐高压氢气性能，正在用来代 替 T/P22 和 T/P5 材料的管子和钢板。
而且，T/P91 材料比 T/P22 和 T/P5 材料更适合 于富硫磺环境的锅炉中。 5.4 应用业绩
V&M 提供给全球用户的 T/P91 钢和相当于欧 洲标准等级钢已超过 100000t（见表 5.1 及 5.2）。
268
超（超）临界锅炉用钢及焊接技术论文集
表 5.1 90 年代建成的使用 V&M 钢管公司 T/P91/X10 材料的部分电厂情况（包括主蒸汽参数）
国家 比利时 法国 德国 德国 德国 墨西哥 中国 科威特 丹麦
项目/机械 Bbaudour Cordemais Ⅱ Schwarze Pumpe Lippendorf Boxberg Lopez Mateos Tuxpan Wo Hag
紧接着是美国开发的改良 9%Cr 钢，后来发展 到欧洲和日本。这种等级的钢材叫 T/P91，这种材 料从上世纪 80 年代后期开始在世界范围内得到成 功的应用。如今，EM12 和 X20CrMoV12-1 在很多
领域被 T/P91 所取代。 上世纪 80 年代后期以来，更多的材料在欧洲和
日本开发出来，见表 3.2。
英Grade 91
英国 耐高温碳合金钢和奥氏体不锈钢，用 于锅炉和过热器不同温度下的性能
EN 10 216-2
欧洲 耐压用无缝钢管-供货技术条件
X10CrMoVNb9-1
267
超（超）临界锅炉用钢及焊接技术论文集
4.2 最大许用应力 等同于改进型 9Cr-1Mo 钢的（见表 4.1）的设
美国： — 1983 年列入 ASTM A 213 — 1984 年列入 ASTM A 335 — 1984 年列入 ASME A 213 — 1985 年列入 ASME A 335 对于其它产品形式，参见第 4.1 节。 欧洲： 被列入 EN 10 216-2，命名为 X10CrMoVNb9-1。 法国： 1989 年列入 NF A 49-213，命名为 TU Z 10CDVNb 09-01。 德国：
Grade TU Z 10CDVNb 09-01
用于锅炉过热器和热交换器
NF A 49219
法国 热轧和冷拔无缝管，主要用于炼油
Grade TU Z 10CDVNb 09-01
领域
DIN17175VdTÜV511/2 德国 耐热无缝钢管供货技术条件
X10CrMoVNb9-1 BS 3604-2 Grade 91
超（超）临界锅炉用钢及焊接技术论文集
T91/P91 钢手册
（瓦卢瑞克·曼内斯曼钢管公司）
前言
2 T/P91 主要特点
本手册中的有关资料是基于瓦卢瑞克·曼内斯 曼钢管公司对 T/P91 材料的试验数据及本公司认为 可行的出版的数据。
本手册概括了这些材料的应用场合、冶金学、 高温性能特点和推荐的加工工艺方面的内容。
欧洲
美国
日本
60年代前 10CrMo9-10(2¼%Cr,1%Mo) T/P22 STBA24-STPA24
14MoV6-3
60年代初期
T/P22 STBA24-STPA24
(0.5%Cr, 0.5%Mo, 0.25%V)
X20CrMoV12-1 60年代中期 (12%Cr，1%Mo, 0.25%V) T/P22 STBA24-STPA24
兰、锻制管件、阀门和零部件
A 234 WP91 A 200 T91 A 336 F91 A 369 FP91
美国 中高温碳钢及合金钢锻制管件 美国 炼油行业用无缝铁素体合金钢 美国 高温高压锻钢，合金钢高压高温件 美国 高温用碳钢和铁素体合金钢，锻制和
镗孔管
NF A 49213
法国 热轧和冷拔无缝铁素体合金管，主要
— 尺寸范围：外径从 17mm（0.669″）到 1500mm(59″)
— 壁厚从 2mm（0.08″）到 270mm（10⅝″）
— 公司拥有机加工设备，可以严格控制内径 管的内径及公差 在法国、德国、巴西、美国、中国和新加 坡拥有销售代表处，销售网络遍布世界各 地。
2.1 机械性能 91 等级的钢是用钒、铌元素微合金化并控制氮
元素含量的铁素体钢（9%Cr，1%Mo）。 2.2 主要应用
用于电厂锅炉中的过热器和再热器的管道。操 作用于高温蒸汽条件下的集箱和蒸汽管道（主蒸汽 和再热热蒸汽管道）。
用于石化行业加热炉管道。 2.3 优点
具有很好的耐高温强度和蠕变性能。它的抗腐 蚀性和抗氧化性能高于 22 等级的钢，减轻了锅炉和 管道部件的重量。提高了抗热疲劳的性能。与其它 奥氏体钢相比有较好的热传导性和较低的膨胀率。 2.4 标准
尽管编制过程中特别仔细和注意，但这本手册 上的内容仅仅是概括性的。
瓦卢瑞克·曼内斯曼钢管公司对使用涉及本手 册内容所产生的后果不承担任何责任。
因此顾客在使用 T91/P91 钢管时，应对其步骤、 介绍和设备给予特别关注。
1 简介
瓦卢瑞克·曼内斯曼钢管公司（以下简称 V&M 钢管公司）成立于 1997 年 10 月 1 日，由瓦卢瑞克 工业集团与曼内斯曼钢管公司合资成立，并于近期 合并了巴西曼内斯曼钢管公司。
对于将来采用传统运行参数的电厂机组中，用 T/P91 代替 T/P22 既可以增加灵活性也可以节约成 本。这是通过减小管材壁厚、提高其蠕变性能和抗 氧化性来实现的。 5.2 检修
传统电厂的管道系统通常采用 T/P11、T/P22 或 相当的材料。
与 P22 相比，P91 材料较好的蠕变断裂强度， 使设计者可以大大减小集箱和管道的壁厚（依温度 不同，最高可减少 50%）。壁厚减少后可以降低机 组启停机的热变化率，因此可以避免使用 P22 材料 厚壁部件时疲劳断裂的现象：全球范围内大量出现 疲劳断裂的 P22 集箱已经被 P91 材料代替。另外， 如果设计参数适当，在过热器和再热器中也可用 T91 材料代替奥氏体不锈钢。 5.3 石化领域的应用
V&M 钢管公司在锅炉用无缝管制造领域处于 全球领先地位，在德国、法国、巴西、美国共设 12 个钢管制造厂。原材料全部来自于其全资公司、附 属公司或其认可的钢厂。
V&M 钢管公司的有关情况如下： 年销售额：1900000000 美元（1900000000 欧元） 年生产量：3000000 吨 职员：12600 人
Sabiya Nefo/Skaerbaeck
用户名称 阿尔斯通 巴布科克 阿尔斯通 巴布科克 巴布科克 阿尔斯通 巴布科克 三菱重工 巴布科克
发运年份 1993~1997
1994 1994 1996 1996 1991~1993 1994~1995 1990 1994
蒸汽温度[℃/℉] 550℃/1020℉ 550℃/1020℉ 570℃/1060℉ 588℃/1090℉ 583℃/1080℉ 560℃/1040℉ 550℃/1020℉ 560℃/1050℉ 580℃/1080℉
EM12 (9%Cr, 2%Mo, V, Nb)
80年代中期
X10CrMoVNb9-1
T/P91 STBA28-STPA28
(9%Cr, 1%Mo, 0.25%V,Nb)
含 9%Cr、2%Mo，且加入少量 V 和 Cb（Nb） 的 EM12 专 门 用 于 小 管 的 制 造 。 加 入 V 的 12%Cr-1%Mo 钢，X20CrMoV12-1 被同时用于欧洲 和全世界许多其他国家的大管和小管的制造。
表 4.1 在国际标准中改良的 9Cr-1Mo
规范和钢级 A 213 T91
国家
描述
美国 无缝铁素体钢和奥氏体合金钢锅炉，
过热器和热交换器钢管
A 335 P91 A 387 GR91 A 182 F91
美国 高温和无缝铁素体合金钢管 美国 压力容器用铬钼合金钢钢板 美国 高温用锻制或者轧制的合金钢、法
图 4.4 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。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。
图 4.4 根据 ASME Ⅱ卷 D 部分，T/P91 等级材料与 T/P22、 X20 材料的最大许用应力值的比较
5 应用
表 3.2 上世纪 80 年代后期在欧洲和日本发展起来的材料 材料设计牌号
7CrMoVTiB10-10(T24) E 911(T/P911) T23 T/P92 T/P122
4 标准和规范
4.1 标准 自从 1983 年 ASTM/ASME 批准使用以来，用
于小管和大管及其它产品形式的 T/P91 材料被纳入 多个国家标准。后面的表 4.1 汇总了实际状况。
蒸汽压力[bars/ksi] 190bars/2.9ksi 190bars/2.9ksi 286bars/4.4ksi 285bars/4.4ksi 280bars/4.1ksi 180bars/2.7ksi 180bars/2.7ksi 190bars/2.9ksi 310bars/4.5ksi
表 4.3 根据 ASME Ⅱ卷 D 部分，列出了 91 等级材料 （壁厚>3″）的最大许用应力
℃ 371 399 427 454 482 510 538 566 593 621 649 ℉ 700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100 1150 1200 MPa 158 153 147 140 132 123 112 89 66 48 30 ksi 22.9 22..2 21.3 20.3 19.1 17.8 16.3 12.9 9.6 7.0 4.3
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 4.2 和 4.3）， 给出了 SA 213 T91 小管和 SA 335 P91 大管的最大 许用应力。″
表 4.2 根据 ASME Ⅱ卷 D 部分，列出了 91 等级材料 （壁厚≤3″）的最大许用应力
5.1 新型动力锅炉和管道系统 各国和国际标准对锅炉和管道系统用材料的蠕
变断裂强度或最大许用应力都有规定。另外，在每 个单独应用情况下应当遵守设计规范（如 ASME、 TRD）。
在现代燃煤锅炉中，由于 T/P91 等级材料允许 锅炉可以在较高运行参数（温度、压力）下运行， 从而提高了热效率。欧洲实践经验表明，T91 最适 用于蒸汽温度在 560℃/1050℉以内（金属最高温度 在 600℃/1110℉）的锅炉本体（过热器、再热器）。 P91 材料适用于锅炉外部的零部件（如管道和集 箱），蒸汽温度高达 610℃/1130℉左右。
机组运行参数（温度、压力）和单机容量的增 加，促进了更高强度钢的开发。欧洲在上世纪 60 年代的初期，开发了两种蠕变断裂强度较高的钢材， 它 们 分 别 是 法 国 和 比 利 时 的 EM12 、 德 国 的 X20CrMoV12-1（见表 3.1）。
表 3.1 高温钢管在欧洲、美国和日本的应用
年份