P91钢是在9Cr-1Mo钢的基础上,通过控制基体中的C含量,并加入微量的V、Nb以及N而开发出的一种新型铁素体耐热钢,其供货状态组织为马氏体,国内牌号为10Cr9Mo1VNb。由于P91耐热钢的高温性能优异,而主要应用于亚临界、超临界发电系统中的再热器和过热器管上。在实际安装过程中,依据焊接工艺要求,焊接接头经热处理后需进行无损检测和硬度检测,若检测不合格,则需对焊接接头进行补充热处理或挖补及对应的回火热处理,再以硬度为表征,判断接头质量是否合格,因而,接头部位存在需要多次回火热处理的客观现实,而目前关于多次回火热处理对P91管接头组织和机械性能影响的研究相对欠缺。课题基于P91钢的研究现状及工程应用中的问题,参照现场对焊接后供货态的P91管道接头进行多次高温回火热处理,并制取试样,通过硬度检测、常温和高温拉伸试验,分析显微硬度与常温、高温力学性能之间的对应关系,为现场焊接区域的质量检测提供参考;同时,通过对试验试样的金相组织、XRD衍射物相分析、透射试验分析,结合力学性能的相关试验数据,基于P91管接头内部组织结构的变化,研究热处理次数对其性能的影响,为P91无缝管的实际安装过程提供参考。(1)在焊接及焊后热处理工艺确定的前提下,P91管热影响区硬度与抗拉强度间关系分别为Rm(25℃)≈3.626·HV0.2,且参比样的系数最大,其值为3.69;在650℃下Rm(650℃)≈1.406·HV0.2,在回火一次时系数最大,其值为1.48。(2)在试验条件下,P91管焊缝组织随着回火次数的增多由粗大的板条状马氏体组织逐渐转变为保留了板条马氏体位向的回火索氏体,而热影响区呈现先均匀化后粗化的趋势,主要相均为体心立方的α-Fe相与Fe-Cr相;P91管热影响区组织在回火1次时较均匀,析出了颗粒细小的MX(M=V/Nb,X=C/N)型碳氮化物,具有钉扎作用,并存在割阶、位错缠结及位错网等现象,随回火次数的进一步增多,马氏体结构逐渐被胞壁结构取代,析出物发生Ostwald熟化并呈链状分布在晶界,析出物主要是面心立方的Cr23C6型碳化物。(3)在试验条件下,试样热影响区在多次回火后的显微硬度HV0.2均大于参比样的,但趋势呈先增后减,在回火3次时达最大值161.02,与参比样相比,其值增大了3.35%。(4)试验P91管热影响区组织在回火1次后,在析出强化、位错强化及界面强化等作用下,室温抗拉强度Rm(25℃)达到了最大值580 MPa,较参比样提高了0.87%,同时,其高温抗拉强度Rm(650℃)也达到了最大值232.66 MPa,较参比样提高了11.02%。试验研究表明,P91管焊后热处理次数对其组织与性能具有显著影响。在试验条件下,P91管接头热影响区在回火1~2次时,组织比较均匀,由于固溶强化、析出强化、位错强化以及界面强化等综合作用,具有良好的常温与高温力学性能。