P91是一种高性能的马氏体耐热钢，在现代电力工业，尤其是超临界和超超临界火电机组中占据着核心地位。其优异的高温强度、抗氧化性和抗蠕变性能，源于精心设计的化学成分和严格控制的热处理工艺。

从化学成分来看，P91以铁（Fe）为基体，主要合金元素包括铬（Cr，含量约 8.0% - 10.5%）、钼（Mo，含量约 0.85% - 1.05%）、钒（V，含量约 0.18% - 0.25%）、铌（Nb，含量约 0.06% - 0.10%）以及氮（N，含量约 0.03% - 0.07%）等 。铬元素是保证合金抗氧化性的关键，能够在钢材表面形成一层致密的 Cr?O?氧化膜，有效抵御高温下氧气的侵蚀，提高合金在高温环境中的稳定性 。钼元素可细化晶粒，提高合金的回火稳定性，抑制高温回火脆性，在高温长期服役过程中，保证合金仍能保持较好的强度和韧性 。钒和铌元素与碳结合形成稳定的碳化物（如 VC、NbC），这些碳化物在高温下具有极高的稳定性，能够有效阻碍位错的运动，通过弥散强化机制显著提高合金的高温强度和抗蠕变性能 。氮元素与钒、铌形成氮化物，进一步增强弥散强化效果，同时改善合金的焊接性能 。此外，合金中还含有少量的锰（Mn）、硅（Si）等元素，用于辅助强化合金性能，严格控制碳（C，含量约 0.08% - 0.12%）、磷（P≤0.020%）和硫（S≤0.010%）等杂质元素的含量，以保证合金质量的可靠性 。

P91的组织结构主要为回火马氏体 。在淬火过程中，奥氏体转变为马氏体，赋予合金较高的强度；回火处理后，马氏体组织中的碳化物析出并弥散分布，形成回火马氏体组织 。这种组织结构使得P91在保持高强度的同时，具有良好的韧性和抗疲劳性能，能够适应高温、高压、高应力的复杂工作环境 。

P91的性能特点使其成为超临界火电机组的关键材料。在高温力学性能方面，它具有卓越的高温强度和抗蠕变性能，在 580℃ - 620℃的温度范围内，抗拉强度可达 650 - 800MPa，在 10 万小时的蠕变断裂强度仍能保持在 100 - 150MPa 以上 ，能够承受高温高压蒸汽的长期作用，有效避免管道和部件的变形与断裂 。其抗氧化性能优异，在 600℃的高温环境下，经过 1000 小时的氧化试验，氧化增重仅为10 mg/cm2，表面氧化膜稳定，可有效保护基体材料 。此外，P91还具有较好的焊接性能，通过选择合适的焊接材料（如 T91 焊丝）和严格控制焊接工艺参数（如预热温度、层间温度、焊后热处理等），能够实现可靠的焊接连接 。

P91的热处理工艺主要包括淬火和回火。淬火温度一般在 1040℃ - 1060℃，采用快速冷却（如油冷或风冷）方式，使奥氏体迅速转变为马氏体，提高合金的强度和硬度 。淬火后，合金内部存在较大的残余应力，且组织不稳定，需要通过回火处理来消除应力、调整组织和性能 。回火温度一般在 730℃ - 780℃，保温一定时间（通常为 2 - 4 小时）后空冷 。回火处理能够使马氏体中的碳化物充分析出并弥散分布，提高合金的韧性和抗蠕变性能。

在应用领域，P91主要应用于超临界和超超临界火电机组中。在这些先进的发电设备中，P91用于制造主蒸汽管道、高温再热蒸汽管道、过热器管、再热器管等高温部件 。这些部件在高温（580℃ - 620℃）、高压（25 - 35MPa）的蒸汽环境下长期工作，对材料的高温强度、抗氧化性和抗蠕变性能要求极高，P91的性能能够完全满足这些要求，确保火电机组的高效、安全运行 。此外，在一些工业锅炉的高温管道和部件制造中，P91也有广泛应用 。