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第1章　锅炉用铁素体类热强钢的发展1

1.1　煤-电转化的关键设备——锅炉1

1.2　对电站锅炉用钢的要求3

1.3　铁素体类热强钢的发展3

1.3.1 0～1％Cr系热强钢3

1.3.2 2％Cr系热强钢4

1.3.3　9％Cr系热强钢的研发与应用5

1.3.4 12％Cr系热强钢的研发6

1.3.5　超超临界锅炉管道钢管钢的研发趋势7

1.4　我国火电厂用热强钢的引进9

第2章　超临界、超超临界锅炉用钢的特点12

2.1　力学性能的特点12

2.1.1 厚截面锅炉部件和蒸汽管用钢12

2.1.2　过热器管用钢12

2.1.3　水冷壁管用钢14

2.1.4　汽轮机用钢14

2.2　物理性能的特点15

2.3　化学稳定（抗氧化腐蚀）性的特点17

2.4　T/P91钢是超临界锅炉用钢“5E”要素的最佳选择18

第3章　马氏体型热强钢的合金化原理20

3.1 热强钢中常用的合金元素20

3.2　热强钢的合金化原理21

3.2.1　热强钢的金属学观点22

3.2.2　热强钢的合金化22

3.3　抗氧化腐蚀的考虑23

3.4 固溶强化的原则25

3.5　马氏体强化的获得27

3.6　沉淀强化和弥散强化27

3.7　关于热稳定性28

3.8　复合合金化的协同效应30

第4章　热强钢的组织结构稳定性32

4.1　显微组织结构变化的驱动力32

4.2　显微组织结构变化的机理33

4.3　化学自由能引起的组织结构不稳定性33

4.3.1 非均匀溶质分布引起的溶质迁移33

4.3.2 固溶体的脱溶37

4.3.3 固溶体的调幅分解41

4.3.4　板条马氏体中碳（氮）化物的沉淀、析出与转变45

4.4　应变自由能引起的组织结构不稳定性47

4.4.1　应变弹性储存能及释放谱47

4.4.2　伴随储存能释放时板条马氏体的回复48

4.5　界面自由能引起的组织结构不稳定性53

4.5.1 晶界迁移和晶粒长大53

4.5.2 组织结构不稳定性中的弥散相熟化60

4.5.3　共晶型组织的稳定性70

4.6　梯度场引起的原子输运71

4.6.1　一般输运方程71

4.6.2 电输运72

4.6.3 热输运72

4.7　位错组态与结构不稳定性72

第5章　T/P91钢的组织结构74

5.1 回火板条马氏体组织结构74

5.2 正（淬）火马氏体板条高温回火时的回复75

5.3 马氏体板条内精细亚晶的形成78

5.4　亚稳态位错网的形成81

5.5　碳化物与碳氮化物的形成84

第6章　T/P91钢的强韧化机理87

6.1　α-Fe基体的固溶强化87

6.2　板条马氏体的强韧化效应89

6.3　亚晶块的界面强韧化效应90

6.4　亚稳态位错网的钉扎作用91

6.5　碳（氮）化物的沉淀强化和弥散强化91

6.6　净化韧化92

6.7　复合强韧化的协同效应92

第7章　P91钢的形变与断裂94

7.1　均匀塑性变形时的形变强化94

7.2　局集塑性变形时的形变强化96

7.3　塑性变形时的组织结构98

7.4　断口101

7.5 冲击破断过程——裂纹的萌芽、生长与扩展103

7.6　裂纹生长与扩展速率107

7.7　裂纹萌芽、生长与扩展机理108

7.7.1 裂纹的萌芽108

7.7.2　裂纹的生长109

7.7.3　裂纹的扩展111

7.8　对示波冲击参量采集的建议113

第8章　T/P91钢的热强性115

8.1　室温的强度和塑性115

8.2　高温强塑性116

8.3　室温的动力强韧性119

8.4　566℃时的动力强韧性119

8.5　P91钢的断裂韧度121

8.6　持久强度与蠕变123

第9章　T/P91钢国产化中的冶金问题128

9.1　钢的化学成分与有害杂质128

9.2　氮的控制与钛的慎用130

9.3　可采用的熔炼操作131

9.4　组织遗传性与轧制时的温度控制131

第10章　T/P91钢国产化中的热处理问题133

10.1　组织结构不当133

10.2　力学性能与断口的差距136

10.2.1　静力强塑性的差距136

10.2.2　拉伸断口的差距143

10.2.3　动力强韧性的差距144

10.2.4 冲击断口的差距152

10.3　热处理不当153

第11章　P91钢热处理工艺的优化155

11.1　实验室的热处理工艺优化研究155

11.1.1 工艺优化的试验设计155

11.1.2　冷却速率的控制156

11.1.3　静力强塑性与动力强韧性158

11.1.4 力学性能的综合评价158

11.1.5　综合评价之校核161

11.1.6　组织结构164

11.2　优化的热处理工艺参数168

11.2.1 温度与速率168

11.2.2 时间169

11.3　实验室的优化工艺验证170

11.3.1 力学性能170

11.3.2　组织结构171

11.4 回火的控制173

11.5　优化热处理工艺的工程实践174

第12章 对优化工艺生产的P91钢组织性能的评价175

12.1　静力强塑性评价175

12.1.1　取样位置对强塑性的影响177

12.1.2　取样方向对强塑性的影响179

12.1.3　各钢管强塑性的比较181

12.2　动力强韧性评价183

12.2.1 取样位置对强韧性的影响185

12.2.2　取样方向对强韧性的影响185

12.2.3　各钢管强韧性的比较190

12.3　力学性能的综合评价191

12.3.1 多指标力学性能、标准偏差比值的量化综合评价法191

12.3.2 力学性能与标准偏差一体化的综合评价194

12.3.3 力学性能与标准偏差分立化的综合评价194

12.3.4　对综合评价结果的讨论195

12.4　566 ℃高温对强塑性和强韧性的影响评价195

12.4.1 566℃高温对静力强塑性的影响195

12.4.2 566℃高温对动力强韧性的影响196

12.4.3 高温对钢力学性能影响的综合评价197

12.5　塑性变形时形变强化能力评价198

12.5.1 均匀塑性变形的形变强化参量及其变化规律198

12.5.2　形变强化水平的综合评价199

12.6　静力断裂韧度评价200

12.6.1　J积分方程参量200

12.6.2 断裂韧度的综合评价202

12.7　韧-脆转折特性评价203

12.8　组织结构和断口评价206

12.9　钢管生产中标准偏差的控制211

第13章　T/P91钢的焊接问题212

13.1　T/P91钢的焊接性212

13.1.1　焊接裂纹敏感性212

13.1.2 焊缝韧性213

13.1.3　焊缝的时效脆性213

13.1.4 焊缝热影响区软化带及其蠕变与持久强度的弱化213

13.2 同种钢接头的焊接原则214

13.2.1 防止焊接冷裂纹214

13.2.2　提高焊缝韧性214

13.2.3 降低焊缝热影响区的软化程度216

13.2.4 防止Ⅳ型裂纹216

13.3　异种钢接头的焊接原则216

13.4　T91钢管焊接接头的性能及组织结构217

13.4.1　T91-T91焊接接头217

13.4.2　T91-T22（910）焊接接头220

第14章　T91钢氧化腐蚀层的组织结构230

14.1　T91钢管内表面氧化腐蚀层的组织结构和物相组成230

14.1.1 氧化层的金相组织230

14.1.2　氧化层结构231

14.1.3　氧化层组成的物相分析236

14.1.4　氧化层成分的X-Ray能谱分析237

14.2　高温高压水蒸气氧化腐蚀层的组织结构和物相组成240

14.3　高温常压水蒸气氧化腐蚀层的组织结构245

14.4　空气氧化腐蚀层的组织结构和物相组成249

14.4.1　氧化层结构250

14.4.2　氧化层组成的物相分析252

14.5　氧化腐蚀层的形成机理252

14.5.1 α-Fe表面氧化物形成的热力学252

14.5.2 570～910℃时α-Fe表面氧化层的形成过程和产物254

14.5.3 570℃以下α-Fe表面氧化层的形成过程和产物255

14.5.4　合金元素Cr对T91钢抗氧化腐蚀性的影响256

14.5.5　T91钢管在高温高压水蒸气环境中氧化层的形成机理256

第15章　T91钢的氧化腐蚀动力学259

15.1　水蒸气氧化曲线259

15.2　水蒸气氧化动力学方程261

15.3　温度对水蒸气氧化的影响262

15.3.1 温度对初始快速氧化阶段的影响262

15.3.2　温度对慢速第1氧化阶段的影响263

15.3.3 温度对慢速第2氧化阶段的影响264

15.4　水蒸气流量对水蒸气氧化的影响265

15.4.1 水蒸气流量对初始快速氧化阶段的影响265

15.4.2 水蒸气流量对慢速第1氧化阶段的影响265

15.4.3　水蒸气流量对慢速第2氧化阶段的影响266

15.5　水蒸气氧化速率267

15.5.1　初始快速氧化阶段的水蒸气氧化速率267

15.5.2　慢速第1氧化阶段的水蒸气氧化速率267

15.5.3　慢速第2氧化阶段的水蒸气氧化速率267

15.6　水蒸气氧化激活能268

15.6.1　初始快速氧化阶段的水蒸气氧化激活能269

15.6.2　慢速第1氧化阶段的水蒸气氧化激活能269

15.6.3　慢速第2氧化阶段的水蒸气氧化激活能270

15.7　空气氧化动力学271

15.7.1 温度对空气氧化曲线的影响271

15.7.2 空气氧化速率272

15.7.3 空气氧化慢速第1氧化阶段的氧化激活能272

15.8　氧化动力学的阶段性与氧化层结构272

第16章　T/P91钢的工程服役退化及运行寿命监控274

16.1　T/P91钢的大规模工程应用274

16.2　力学性能的服役退化274

16.2.1 运行前T91钢管的力学性能275

16.2.2 运行一年后T91钢管的力学性能退化（脆化）276

16.3　组织结构的服役退化277

16.3.1 运行前T91钢管的组织结构277

16.3.2 运行一年后T91钢管的组织结构退化279

16.4　服役退化的溶质迁移机理282

16.5 氧化腐蚀层的剥落对工程服役的危害282

16.6　氧化腐蚀层的剥落机理284

16.6.1 “纵向裂纹不穿透破裂剥落”机理284

16.6.2　“界面裂纹穿透破裂剥落”机理285

16.7　氧化腐蚀层剥落的控制285

16.8　T/P91钢的运行寿命监控286

16.9　T/P91钢的工程应用前景287

参考文献289