新型9%Cr热强钢是广泛应用于超(超)临界火电机组主蒸汽管道、集箱、过热器等关键高温部件的一类新型马氏体耐热钢,其焊接性受到了广泛的关注。由于焊接热过程导致的材料性能劣化以及有害的焊接残余应力,焊接接头往往被认为是锅炉管道系统中的薄弱环节。焊后热处理是改善9%Cr钢接头韧性和消除残余应力的重要措施。研究P91、P92等新型9%Cr热强钢厚壁管道焊接-热处理温度场/应力场特性,对于改善接头的性能和提高机组的安全运行水平,具有重要的理论意义和工程应用价值。9%Cr钢具有很高的淬透性和较低的马氏体相变温度(约100-400℃),因此,马氏体相变对于9%Cr钢接头残余应力的形成和演化有着重要的影响。本文基于Abaqus子程序功能,开发了可以考虑马氏体相变影响的“温度场-组织状态场-应力/应变场”耦合的有限元计算方法。使用该方法研究了马氏体相变在9%Cr钢多道焊接头中对残余应力演化的影响。结果表明,在9%Cr钢管道多道焊接头中,马氏体相变虽使每道焊缝焊完后形成很高的压应力,但先焊焊缝中的压应力会被后焊焊缝的焊接热循环所“消除”,最终结果表现为马氏体相变只显著降低末道焊缝及其热影响区内的残余拉应力,并形成压应力,而管道中部和内壁附近的焊缝仍然存在较大的残余拉应力。本文还比较了马氏体相变在9%Cr钢平板对接接头和管道对接接头中对残余应力影响的差异。结果表明,马氏体相变在2种接头中,对残余应力的影响明显不同。马氏体相变可明显降低这2种接头焊缝中的纵向残余拉应力,并形成有益的压应力。但马氏体相变会在管道对接接头中的热影响区及附近母材形成较大的拉应力。在此基础上,进一步研究了利用马氏体相变控制9%Cr钢管道接头残余应力的方法。结果表明,降低焊材的马氏体相变温度对9%Cr钢管道接头残余应力影响不大,当焊接层间温度在300℃以上时,可以使大部分焊缝中的残余拉应力转变为有益的压应力。在新型9%Cr热强钢厚壁管道的现场安装中,一般只能使用局部焊后热处理。为了保证焊后热处理质量,合理的选择焊后热处理参数至关重要。本文选取了4种典型规格的P91、P92钢厚壁管道进行了 9组模拟现场焊后热处理试验,分别研究了管道规格(管径、壁厚)、热处理参数(加热宽度、保温宽度)、管内空气流动等因素对热处理温度场的影响。使用有限元方法模拟了新型9%Cr热强钢管道局部焊后热处理温度场分布,并进行了试验验证。使用建立的有限元模型定量化研究了管道规格和热处理参数对热处理温度场的影响。结果表明,增加加热宽度可有效的降低热处理内外壁温差,但同时会显著增加管道轴向温度梯度。增加保温宽度可有效的降低热处理管道轴向温度梯度,并在一定程度降低内外壁温差。管径和壁厚的增加,都会明显加剧热处理内外壁温差,但对管道轴向温度梯度的影响很小。管内空气流动会极大的增加热处理内外壁温差和轴向温度梯度,并使管道出现较大的环向温差。本文还研究了局部热处理对9%Cr钢接头焊接残余应力的应力松弛作用以及局部热处理不均匀加热引起的诱导应力。结果表明,局部焊后热处理可以显著的降低9%Cr钢管道焊接残余应力,并且不会引起过大的诱导应力。对于新型9%Cr热强钢管道,局部焊后热处理的主要矛盾在于热处理内外壁温差过大导致的内壁焊缝热处理温度不足的问题。根据有限元计算结果,使用Java平台开发了基于径向基神经网络的新型9%Cr热强钢管道焊后热处理专家系统。该系统可以实现对给定规格9%Cr钢管道现有国内外标准推荐热处理参数的查询、相近规格管道试验结果查询、以及该规格管道热处理参数的优化设计等三大功能,指导9%Cr钢管道的现场安装,提高热处理质量。