Grade 91 在锻件标准中写作 ASTM A182 F91，是一种含 9% 铬、钼，并少量且严格控制加入钒、铌和氮的钢。这使它成为改良型 9Cr-1Mo-V 钢，UNS K90901，在铬钼钢家族中具有最高的许用应力。Longrui Forging 在中国浙江云和县将 F91 模锻成阀体、阀盖、法兰、环形件和管件坯，单件 5 kg 至 520 kg。
Grade 91 正是现代超超临界电厂能把蒸汽温度提得更高的原因：钒、铌和氮形成细小的碳氮化物，在高温下钉扎显微组织，使该钢在 2.25Cr-1Mo(F22)开始失效的地方仍能保持强度。这种性能的代价是工艺纪律，因为性能取决于热处理后的组织，而不只是化学成分。
F91 是什么
F91 是马氏体铬钼钢，不是不锈钢。9% 的铬赋予它高温抗氧化性，微量合金元素赋予它蠕变强度。使用前需进行正火加回火，该处理是标准要求的一部分，而不是一道精整工序。
| 元素 | 范围(%) | 元素 | 范围(%) |
|---|---|---|---|
| 碳 | 0.08 – 0.12 | 铬 | 8.0 – 9.5 |
| 锰 | 0.30 – 0.60 | 钼 | 0.85 – 1.05 |
| 硅 | 0.20 – 0.50 | 钒 | 0.18 – 0.25 |
| 磷 | 最大 0.020 | 铌(Cb) | 0.06 – 0.10 |
| 硫 | 最大 0.010 | 氮 | 0.030 – 0.070 |
| 镍 | 最大 0.40 | 铝 | 最大 0.02 |
以下牌号和名称都指向同一种材料：UNS K90901、EN 1.4903(X10CrMoVNb9-1)、Grade 91，以及作为锻件时的 F91。供应商数据表中的密度标注在 7.6 至 7.8 g/cm³ 之间，用于重量估算足够接近，但不是一个适合写在图纸上的数值。
F91、P91、WP91 与 C12A:该用哪个名称
几乎每一次 Grade 91 询价都会遇到这个问题，而答案决定检验员采用哪一张性能表：
| 名称 | 标准 | 产品形式 |
|---|---|---|
| F91 | ASTM A182 | 锻件：阀体、法兰、锻制管件、环形件 |
| P91 | ASTM A335 | 无缝管和管材 |
| WP91 | ASTM A234 | 锻制对接焊管件 |
| C12A | ASTM A217 | 铸件 |
这四种名称贯穿同一种化学成分，因此从集箱到汽轮机主汽阀的整条管线都是同一种材料。变化的是产品标准，以及随之而来的验收表：A182 F91 要求锻件最小屈服强度 415 MPa、最小抗拉强度 620 MPa，而管道牌号 A335 P91 在最小抗拉强度 585 MPa 下具有相同的屈服强度。如果询价中对法兰引用 585 这个数值，那是把管道性能表用在了锻件上，值得在订单之前而不是在收货时解决。
力学性能与硬度窗口
| 性能 | ASTM A182 F91 最小值 |
|---|---|
| 屈服强度 (0.2 %) | 415 MPa (60 ksi) |
| 抗拉强度 | 620 MPa (90 ksi) |
| 50 mm 标距伸长率 | 20 % |
| 断面收缩率 | 40 % |
| 布氏硬度 | 190 – 248 HBW |
对于该牌号，硬度要从两侧把关，两侧都有意义。过硬说明零件内残留未回火的马氏体，服役中有开裂风险；过软说明回火过度，已经消耗掉当初采购该牌号所看重的部分蠕变强度。因此，F91 订货时通常要求逐件或逐批做硬度检测，热处理记录也随证书一同提供。
F91 不适用的场合
- 低于约 550 °C。 Grade 91 是为蠕变强度而采购的。在一条从不变热的管线上，F22 或 F11 同样能胜任，费用更低，焊接工艺窗口也宽得多。
- 湿态或含氯化物的工况。 单靠铬并不能造就不锈钢。当工况要求的是耐腐蚀而不是耐高温时，答案是不锈钢或双相钢牌号，而不是 9Cr 钢。
- 无人管控热处理的场合。 用错误工艺焊接、或在错误温度回火的 F91，会丧失当初选用它所依据的性能。指定 F91 的项目，要求供应链上每一家供应商都做到热处理有记录、硬度有检测、焊后热处理(PWHT)规范执行。
- 用不上它的薄壁件。 强度优势体现在壁厚和重量上。对于小型、轻载的零件，它没有值得为之付费的优势。
我们用 F91 锻造的产品
- 用于高温蒸汽和电站工况的阀体与阀盖
- 符合 ASME B16.5 及项目尺寸的法兰与环形件
- 管件坯料及按图机加工的零部件
- 单件 5 kg 至 520 kg，由 2,000 T 至 6,000 T 多向锻压机生产
- 可按锻态、粗机加工或按图精机加工状态交货，机加工件附尺寸报告
- UT、MT、PT 和 VT 检测，检测范围在订单中约定
锻造与热处理管控
Grade 91 的锻造窗口很窄。它在高温下变形抗力高，因此需要足够的压机吨位，以及一支能在一次加热内完成成形、而不是反复回炉加热的班组。锻造后，零件经正火加回火，以获得该牌号所要求的组织，炉温和冷却过程按批次监控并记录。
我们在 F91 订单上管控的内容：
- 锻造温度范围受控并记录，不在低于下限的温度下成形
- 按 ASTM A182 表 1 中 F91 的正火加回火制度执行：正火 1900–1975 °F [1040–1080 °C]，空冷，回火 1350–1470 °F [730–800 °C]，全程有记录；若采购订单中指定了回火温度，则按该温度执行
- 硬度在热处理后检测，而不是以硬度检测替代热处理
- 每个炉号都用自有光谱仪核对化学成分，包括使 Grade 91 区别于普通 9Cr-1Mo 的钒、铌和氮添加
- 发货前进行 UT 和表面检测，检测范围事先约定
标准、文件与检测
F91 锻件按 ASTM A182 制造，该标准适用于高温用锻造或轧制的合金钢及不锈钢管道法兰、管件、阀门和零件。管道按 A335 订购，管件按 A234，铸件按 A217；同一种材料可以以各标准下的形式到货，证书会注明其依据的制造标准。
我们按标准随 F91 订单签发 EN 10204 3.1 检验证书；若项目要求见证试验，可按要求提供由独立于我方的外部检验员会签的 3.2 证书，并作为单独项目报价。化学成分和力学性能试验报告、热处理曲线及硬度检测记录随货同行，炉号可从钢坯到发运全程追溯。试验设备与全套证书见 能力 和 认证。
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常见问题
什么是 F91 材料？
F91，UNS K90901，是 ASTM A182 中 Grade 91 的锻件牌号：一种用钒、铌和氮改性的 9 % 铬、1 % 钼钢。它是用于高温工况的马氏体铬钼钢，主要用于超临界和超超临界蒸汽管道部件。欧洲牌号为 1.4903、X10CrMoVNb9-1。
F91 和 P91 有什么区别？
区别在于产品形式及其适用标准。F91 是 ASTM A182 下的锻件牌号，用于阀体、法兰和锻制管件。P91 是 ASTM A335 下的无缝管和管材牌号。化学成分属于同一体系，因此两种牌号的部件会用于同一条管线，但力学性能表不同：A182 F91 要求最低抗拉强度 620 MPa，A335 P91 要求 585 MPa。
F91 还是 F22，我该指定哪一种？
这取决于使用温度和壁厚。F22（2.25Cr-1Mo）是一种常规铬钼钢，用于高温范围的下限，焊接和热处理窗口更宽松。F91 在相同温度下具有高得多的许用应力，因此可以采用更薄的壁厚和更轻的部件，代价是热处理和硬度控制严格得多。低于约 550 °C 时，通常没有理由为 F91 支付额外成本。
ASTM A182 F91 有哪些力学性能？
最低屈服强度 415 MPa（60 ksi），最低抗拉强度 620 MPa（90 ksi），50 mm 标距内伸长率 20 %，断面收缩率 40 %，布氏硬度范围 190 至 248 HBW。硬度有意规定为一个范围：范围的两端都携带热处理信息。
你们能锻造 F91 阀体和法兰吗？
可以。F91 是我们经常锻造的高温牌号之一，与 F22 和 F92 并列。我们锻造 5 kg 至 520 kg 的阀体、阀盖、法兰、环形件和管件毛坯，按有记录的热处理曲线进行热处理，热处理后检查硬度，发运前进行检测。请将图纸连同牌号、标准和试验范围发给我们，我们将据此报价。
F91 需要什么热处理？
正火与回火按 ASTM A182 表1 中的循环执行：在 1900–1975 °F [1040–1080 °C] 正火，空冷，然后在 1350–1470 °F [730–800 °C] 回火。目的是获得该牌号强度所依赖的回火马氏体组织，并且不残留未回火马氏体。该标准还允许对截面超过 3 英寸（约 76 mm） 的 F91 管件进行调质，由制造厂选择，采购订单可在该规范的补充要求下指定自己的循环。热处理后的硬度检查可确认结果，记录随证书一起交付。
证书是否显示钒、铌和氮？
是的。这三种元素正是 Grade 91 与普通 9Cr-1Mo 的区别所在，因此它们是证书上报告的化学成分分析的一部分，按炉号，来自我们自己的光谱仪，而不是供应商的纸质分析。