Nb及析出相对LNG储罐用9Ni钢焊材强韧化的影响研究

摘要

我国是能源大国，过度依赖煤炭，随着能源结构调整和环保压力增加，清洁能源的供给迫在眉睫。液化天然气(Liquefied Natural Gas，简称LNG)因体积小，燃烧放热大且无污染等优点，其需求逐年增涨。LNG存储设备要求钢材在超低温服役环境具备足够的强度及韧性储备，目前我国LNG储罐用9Ni钢，已完全实现国产化，但配套镍基焊接材料仍然依赖进口，且焊接技术不成熟，因此开展焊材国产化研制，对天然气产业装备建设自主化、保障国家能源安全意义重大。
　　本文在阐述了全球LNG储罐用9Ni钢及其焊接问题研究基础上，独立研制了9Ni钢焊条，总结了Nb对熔敷金属的显微组织影响规律，采用拉伸试验、弯曲、硬度和冲击试验检测力学性能，结合扫描电镜以及热力学计算等方法，研究了熔敷金属的强韧化机理，结果表明：采用镍基焊条，焊缝形成奥氏体组织，Nb具有减小枝晶宽度、细化晶粒的作用，在晶间处以碳化物的形式析出强化晶界，阻碍裂纹的萌生和扩展，随着Nb含量升高，析出相尺寸变大数量增多，塑韧性有所损伤。经检测，自主研制的2号焊条(Nb含量1.30％)，熔敷金属性能优良，抗拉强度为705MPa，屈服强度为478MPa，低温冲击功Akv116J，符合LNG储罐设备的要求。
　　为研究9Ni钢焊材的工艺适应性，分别使用焊条电弧焊和埋弧焊进行焊接试验。利用金相显微镜和扫描电镜对焊条电弧焊接头显微组织进行分析，力学性能检测使用拉伸、弯曲、硬度和冲击试验进行，同时对接头熔合区奥氏体-马氏体结晶界面凝固理论进行研究。结果表明：自行研制的焊条与国产9Ni钢焊接工艺适应性良好，焊缝组织为奥氏体，热影响区为马氏体，熔合区为狭窄的平面晶组织。焊缝强度高于母材，侧弯完好无裂纹，焊缝与母材界面处结合良好，热影响区出现硬度最高值为360HV5，焊缝至热影响区冲击韧性逐渐升高，焊缝平均冲击韧性达到115J，符合低温韧性要求。埋弧焊焊缝组织为奥氏体，存在析出相提高了焊缝强度，弯曲性能良好，热影响区硬度值最高为339HV5，焊缝平均冲击韧性达到94J，断口分析显示接头各位置均属韧性断裂。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 课题的研究背景和意义

1.2 LNG储罐用9Ni钢发展现状

1.3 LNG储罐用9Ni钢焊条研究现状

1.4 LNG储罐用9Ni钢的焊接

1.5 论文的研究目标和内容

第2章 试验材料与试验方法

2.1 试验材料

2.2 试验方法

第3章 焊条熔敷金属强韧化机理

3.1 熔敷金属焊接试验

3.2 渗透试验结果及分析

3.3 熔敷金属显微组织与成分分析

3.4 熔敷金属析出相

3.5 熔敷金属的力学性能

3.6 本章小结

第4章 9Ni钢接头组织与力学性能

4.1焊条电弧焊

4.2 埋弧焊

4.3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士期间发表的论文

致谢