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P91钢是美国上世纪七十年代研制开发的火力发电厂锅炉蒸汽管道、集热箱、再热器、蒸汽导管等用热强钢,该钢具有高的许用应力,高的持久强度,高的蠕变抗力,高的疲劳强度,高的热导率,良好的焊接性,较好的抗蚀性,以及适中的价格.当今美、欧、日等先进国家的火力发电厂已普遍使用了P91钢,取得了良好的经济效益.我国于"八五"期间引进了该钢种,并进行了国产化研究与生产,10Cr9Mo1VNb钢就是P91的国产化新钢种,但10Cr9Mo1VNb钢的研究和生产尚存在诸多问题,钢管质量比先进国家的P91钢有较大差距,难以应用到火力发电厂,为解决我国10Cr9Mo1 VNb钢性能比先进国家有较大差距这一问题,本文调研了P91钢国产化中存在的理论认识、生产工艺、钢管质量、工程应用等的现实状况,开展了该钢的组织结构、强化机理、形变断裂等冶金和材料的一些理论问题的应用理论研究.热强性与形变断裂的理论研究表明,P91钢的室温强塑性优良,屈服强度σ<,0.2>的平均值为590.74MPa,标准偏差s为49.68 MPa;抗拉强度σ<,b>的平均值为742.12MPa,标准偏差s为38.00MPa;强韧性优良,V形缺口夏氏试样吸收的冲击总破断功达180J,无脆断分量,断口呈现微孔聚合纤维状韧性断口特征,启裂岭区宽达2mm,前放射扩展区与后纤维扩展区合并为纤维扩展区.P91钢的高温热强性优良,包括优良的静力强塑性和动力强韧性,566℃时的0.2％最小保证强度达290Mpa以上,10<'5>h持久强度达90MPa,冲击总破断功达160J,无脆断分量.高温使P/T91钢的静力强度的屈强比由室温时的0.76增大至566℃时的0.92,动力抗弯强度的屈强比由室温时的0.85增大至566℃时的0.91,这有利于钢强度潜力和蠕变抗力的发挥.566℃高温使P/T91钢的静力均匀塑性显著减小,而局集塑性增大,因此导致伸长率减小和面缩率增大,颈缩提前.高温使P/T91钢的动力裂纹形成功A<,i>明显降低,而裂纹扩展功A<,p>基本保持不变,总破断功仅稍有降低;断口的塑性变形特别显著.本文研究了室温和566℃高温时屈服至颈缩的均匀塑性变形过程中的形变强化规律,室温时分为屈服形变强化、前均匀形变强化、后均匀形变强化三个阶段;566℃时分为屈服形变强化和均匀形变强化两个阶段.它们都遵守Hollomon方程,566℃时的屈服形变强化指数较室温者高出60％,这对于钢在高温的安全服役是有利的,这是由于566℃的屈服形变是多系滑移,而室温的屈服形变是单系滑移造成的.566℃的均匀形变强化指数显著小于室温者,则是高温时发生的动态回复软化的结果.这就使得钢在566℃时的均匀塑性变形能力减弱和局集塑性变形能力增大.室温局集塑性变形在ψ=9％~70％的整个颈缩过程中,随着颈缩量的增大,回火板条马氏体顺拉伸方向伸长变形,直至组织被拉成纤维状,但马氏体板条仍清淅可辨,无裂纹和孔洞出现.组织纤维伸长增量△L随颈缩面缩率ψ的增大而加速,并且遵从△L=0.06451ψ<'1.5408>规律.P91钢裂纹生长的机理是裂纹前沿和孔洞之间以颈缩聚合相连;裂纹扩展的机理是裂纹前沿和孔洞之间以剪切裂纹相连.两种机理共同的必备前提是,裂纹前沿发生强烈的塑性变形和形变强化,裂纹内部因塑性变形和形变强化而出现颈缩,裂纹尖端因塑性变形和形变强化而发生钝化,裂纹前沿的塑性变形区在发生强烈的形变强化后出现微孔洞,数个微孔洞因内部颈缩和聚集合并而出现孔洞长大.P91钢的表观启裂韧度J<,i>值高达纵向420.9kJ/m<'2>,横向386 k.J/m<'2>.0.2延性断裂韧度J<,IC>只有用更大尺寸的试样才能获得,这表明P91的断裂韧度优良.