P91是一種高性能的馬氏體耐熱鋼，在現代電力工業，尤其是超臨界和超超臨界火電機組中占據著核心地位。其優異的高溫強度、抗氧化性和抗蠕變性能，源于精心設計的化學成分和嚴格控制的熱處理工藝。

從化學成分來看，P91以鐵（Fe）為基體，主要合金元素包括鉻（Cr，含量約 8.0% - 10.5%）、鉬（Mo，含量約 0.85% - 1.05%）、釩（V，含量約 0.18% - 0.25%）、鈮（Nb，含量約 0.06% - 0.10%）以及氮（N，含量約 0.03% - 0.07%）等 。鉻元素是保證合金抗氧化性的關鍵，能夠在鋼材表面形成一層致密的 Cr?O?氧化膜，有效抵御高溫下氧氣的侵蝕，提高合金在高溫環境中的穩定性 。鉬元素可細化晶粒，提高合金的回火穩定性，抑制高溫回火脆性，在高溫長期服役過程中，保證合金仍能保持較好的強度和韌性 。釩和鈮元素與碳結合形成穩定的碳化物（如 VC、NbC），這些碳化物在高溫下具有極高的穩定性，能夠有效阻礙位錯的運動，通過彌散強化機制顯著提高合金的高溫強度和抗蠕變性能 。氮元素與釩、鈮形成氮化物，進一步增強彌散強化效果，同時改善合金的焊接性能 。此外，合金中還含有少量的錳（Mn）、硅（Si）等元素，用于輔助強化合金性能，嚴格控制碳（C，含量約 0.08% - 0.12%）、磷（P≤0.020%）和硫（S≤0.010%）等雜質元素的含量，以保證合金質量的可靠性 。

P91的組織結構主要為回火馬氏體 。在淬火過程中，奧氏體轉變為馬氏體，賦予合金較高的強度；回火處理后，馬氏體組織中的碳化物析出并彌散分布，形成回火馬氏體組織 。這種組織結構使得P91在保持高強度的同時，具有良好的韌性和抗疲勞性能，能夠適應高溫、高壓、高應力的復雜工作環境 。

P91的性能特點使其成為超臨界火電機組的關鍵材料。在高溫力學性能方面，它具有卓越的高溫強度和抗蠕變性能，在 580℃ - 620℃的溫度范圍內，抗拉強度可達 650 - 800MPa，在 10 萬小時的蠕變斷裂強度仍能保持在 100 - 150MPa 以上 ，能夠承受高溫高壓蒸汽的長期作用，有效避免管道和部件的變形與斷裂 。其抗氧化性能優異，在 600℃的高溫環境下，經過 1000 小時的氧化試驗，氧化增重僅為10 mg/cm2，表面氧化膜穩定，可有效保護基體材料 。此外，P91還具有較好的焊接性能，通過選擇合適的焊接材料（如 T91 焊絲）和嚴格控制焊接工藝參數（如預熱溫度、層間溫度、焊后熱處理等），能夠實現可靠的焊接連接 。

P91的熱處理工藝主要包括淬火和回火。淬火溫度一般在 1040℃ - 1060℃，采用快速冷卻（如油冷或風冷）方式，使奧氏體迅速轉變為馬氏體，提高合金的強度和硬度 。淬火后，合金內部存在較大的殘余應力，且組織不穩定，需要通過回火處理來消除應力、調整組織和性能 。回火溫度一般在 730℃ - 780℃，保溫一定時間（通常為 2 - 4 小時）后空冷 。回火處理能夠使馬氏體中的碳化物充分析出并彌散分布，提高合金的韌性和抗蠕變性能。

在應用領域，P91主要應用于超臨界和超超臨界火電機組中。在這些先進的發電設備中，P91用于制造主蒸汽管道、高溫再熱蒸汽管道、過熱器管、再熱器管等高溫部件 。這些部件在高溫（580℃ - 620℃）、高壓（25 - 35MPa）的蒸汽環境下長期工作，對材料的高溫強度、抗氧化性和抗蠕變性能要求極高，P91的性能能夠完全滿足這些要求，確保火電機組的高效、安全運行 。此外，在一些工業鍋爐的高溫管道和部件制造中，P91也有廣泛應用 。