9Ni 钢:用于制造大型 LNG 储罐的主要材料,具有高镍含量、高纯净度等特点

   日期:2024-06-25     来源:网络整理    作者:二手钢材网    浏览:376    评论:0    
核心提示:这种钢材在极低温度下具有良好的韧性和高强度,而且与奥氏体不锈钢和铝合金相比具有热胀系数小,经济性好,使用温度最低可达一196℃,自1960年通过研究证明不进行焊后消除应力热处理亦可安全使用以来,9%Ni钢就成为用于制造大型LNG储罐的主要材料之一。

9Ni钢是1944年开发的一种含W(Ni)量为9%的中合金钢,由德国产品研究室研制成功,是一种低碳调质钢,组织为马氏体加贝氏体。

这种钢在极低温度下具有良好的韧性和高强度,而且与奥氏体不锈钢和铝合金相比,它的热膨胀系数小,经济性好,最低可使用温度可达-196℃。自1960年研究证明不需焊后消除应力热处理即可安全使用以来,9%Ni钢已成为制造大型LNG储罐的主要材料之一。

该钢主要特点是镍含量高、纯度高、强度高、低温冲击韧性高、焊接性能好,通过研发可以达到以下性能指标:9Ni钢:ReH≥、Rm=680~、A≥18%、-196℃、AKv(T)≥150J、AKv(T)≥80J(欧盟标准)。

9Ni钢主要用于制造液化天然气(LNG)储罐和运输船,最低使用温度可达-196℃,强度高,低温韧性好,焊接性能好,是深冷环境下使用韧性最高的材料。

天然气的液化温度为-162℃,液化天然气(简称LNG)体积为气态体积的1/600,这对LNG储罐的材料要求较高。目前LNG储罐常用的材料有9Ni钢、5Ni钢、奥氏体不锈钢、铝镁合金钢等。9Ni钢因具有强度高、易加工、焊接性能优良等优点,在LNG储罐设备中得到广泛应用。

1952年,世界上第一座9Ni钢储罐在美国投入使用,1960年研究证明不需焊后消除应力热处理即可安全使用。从此,9Ni钢成为制造大型低温储罐的主要材料之一。1969年,日本建成第一座LNG储罐,最大容量为20×104m3。2004年,我国首座大型LNG低温储罐项目在广东大鹏开工建设,后续福建、大连、宁波等地规划建设的LNG项目均采用9Ni钢材料。

9Ni钢是典型的低碳马氏体钢,耐低温(-196℃,LNG储罐设计温度-162℃),其低温力学性能主要取决于其化学成分,特别是Ni和C的含量。此外,9Ni钢的韧性还取决于钢的纯净度和组织。从化学成分来看,其Ni含量较大,因此具有一定的淬透性。降低碳含量可以大大减少回火马氏体中碳化物的析出,从而提高低温韧性,而碳含量过高则会导致焊接性能严重恶化和冷脆性增加。因此,在合金化过程中,必须严格控制C含量,使其保持在较低的碳范围内。同时,P、S、Mn、Mo、Cr等合金元素的含量也必须控制在较低的范围内。

到目前为止,9Ni钢在LNG设备上的应用已有近60年的历史。随着世界经济贸易的快速发展,液化天然气已成为世界石油天然气工业的新热点,为促进能源供应多元化,改善能源消费结构,人们越来越重视LNG工业的发展,投入了大量的人力、物力,迅速在该领域占有一席之地。但LNG储罐的建造还必须解决一系列的技术问题。通过对LNG低温储罐用9Ni低温钢材料的特点及焊接过程中易出现的冷裂纹、热裂纹、低温韧性降低、电弧磁偏吹等问题的研究分析,9Ni钢焊接施工可采取以下主要控制措施,以达到理想的施工效果:

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(1)选用低氢、低碳的焊接材料,使焊接材料与母材在室温和高温下的线膨胀系数基本相近,避免因热胀冷缩不均匀而产生热应力。

(2)焊前应用有机溶液清理或打磨焊接坡口表面;环境温度低于5℃时,焊前必须对母材进行预热;焊接材料必须严格按照要求存放,按需使用,严禁长时间暴露在空气中。

(3)正确选择焊接材料。选用高Ni焊接材料。虽然焊接时焊缝金属受高温损耗和母材稀释钢材加工 系数,但仍有足够高的奥氏体组织,避免在熔合线处出现脆而硬的马氏体带。

(4)严格控制线能量,一般控制在0.7~3.0kJ/mm,并尽量采用较小的热输入焊接。

(5)母材在加工和运输过程中应避免与磁性材料接触,若仍有剩磁钢材加工 系数,9Ni钢焊接前应进行退磁处理,保证母材剩磁在要求值以内。

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