9ni钢在lng储罐中的应用定版

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1、9Ni钢在LNG储罐中的应用分析与探讨Analysisanddiscussionabout9NisteelAppliedinLNGtank李臻1陈社鹏1（西安石油大学机械工程学院）摘　要:结合LNG储罐建设相关论文及文献,论述了9Ni钢材料在国内液化天然气(LNG)储罐的使用情况。介绍了9Ni钢的理化特性和选材要领；从焊接材料的选择、焊接接头的低温韧性、焊接热裂纹、焊接冷裂纹、电弧的磁偏吹等方面阐述了焊接9Ni钢材料时易出现的问题和改进措施，及9Ni钢国内的应用现状。关键词LNG低温韧性冲击韧度裂纹扩展功0引言随着全球能源资源的多样化，未来国内对LNG终端结构材料的需求量将会非常大，开发相应结

2、构的材料将成为能源战略调整的重要环节之一。LNG的温度为-162℃，要求其结构材料在极低温度下具有一定强度和韧性。目前超低温度用材料主要有以下几种：奥氏体不锈钢、镍基合金、铝合金和9Ni钢。相对与奥氏体不锈钢和奥氏体铁-镍合金，9Ni钢成本更低，相对于铝合金，9Ni钢具有更好的力学性能，因此LNG储存和运输设备的结构材料国际上普遍使用9Ni钢[1]。其中,9Ni钢是惟一可以在-196℃使用的铁素体低温用钢,其-196℃的夏比冲击功达到200～230J,是深冷环境下使用的韧度最好的材料。然而,9Ni钢因其自身的特点,在使用和安装方面有许多需要注意的地方。1、9Ni钢材料LNG储罐的设计温度为-1

3、65℃,由于设计时必须考虑到用氮气冷凝时可能出现的温度,故设计温度范围在-165～-196℃。9Ni钢自20世纪40年代开发以来,由于其强度高、低温韧性好,且成本比Ni2Cr不锈钢低而逐渐被广泛采用。1956年9Ni钢被列入ASTM标准。1982年以后,9Ni钢成为低温储罐的主材,逐渐取代了Ni-Cr不锈钢,被世界各国普遍作为常压液态LNG和常压液氮的设备用钢。9Ni钢属于铁素体型低温用钢,具有较高的强度和较好的韧性。依据合金成分,9Ni钢属于中合金钢,但由于用其制造设备的设计温度定位在-165～-196℃范围,故其原材料本身和制造中涉及到影响脆性转变温度的因素显得十分关键。影响9Ni钢脆性转

4、变温度的主要因素为晶粒度、组织结构、合金元素和杂质。29Ni化学成分在影响9Ni钢脆性转变温度的主要因素中,合金元素和杂质含量都与化学成分密切相关。9Ni钢化学成分设计标准见表1：表1　9Ni钢的化学成分元素CSiMnPSNiASTMA553≤0.130.15～0.30≤0.90≤0.035≤0.048.50～9.50ASTMA353≤0.130.15～0.45≤0.98≤0.040≤0.0358.40～9.60BS1501-509≤0.100.10～0.300.30～0.80≤0.030≤0.0258.75～9.75VDEh680≤0.100.10～0.350.30～0.80≤0.035≤0

5、.0358.50～9.50JISG3127≤0.12≤0.30≤0.0.90≤0.025≤0.0258.50～9.50各合金元素的影响：C——碳化物析出会造成孔蚀，一般控制在＜0.08%；Mn——奥氏体相稳定化元素，提高耐磨性及氮的固容量；Si——有助于高温耐高温氧化及耐酸蚀性能；Ni——稳定化元素，减轻脆性并改善机械性能，增强耐酸能力。9Ni钢的钢板使用时，应注意以下几方面：(1)9Ni钢化学成分标准的范围要求应严格,如Si质量分数为0.15%～0.30%,Ni质量分数为8.50%～9.50%；(2)一般来说,标准允许P和S的最大值约10倍于9Ni钢板的实物值,也就是说：①当9Ni钢用于-1

6、96℃的设计条件时,必须大幅降低P和S含量；②9Ni钢的设备制造要求尽可能地降低P和S含量,以保证9%Ni钢的设备能够满足设计温度为-196℃时的使用要求。(3)9Ni钢化学成分设计时人为加入和控制的关键合金成分为Ni和Mn,在控制方法许可的条件下,趋于得到较大值。(4)对其他残余合金成分应严格控制。39Ni钢的热处理[6、9-11]9Ni钢是在深冷条件下使用的铁素体型低温钢,经适当的热处理后,在77K下冲击韧度有大幅度的提高。现有9Ni钢的热处理有三种基本规范,即正火+正火+回火(NNT)、淬火+回火(QT)、淬火+亚温淬火+回火(IHT)。3.1正火+正火+回火(NNT)9Ni钢的第一次正

7、火为900℃空冷,保温时间根据板厚决定,大约是2.4min/mm,但必须保证保温时间大于15min,第二次正火在790℃左右空冷,保温时间和第一次要求一样,回火是在550～580℃空冷或水冷,保温时间和正火处理要求的一样。正火处理的目的是细化奥氏体晶粒,奥氏体晶粒越细小,9Ni钢热处理后的强度越高,塑性越好,冲击韧度也越高。但如果正火温度过高,或在高温下保持时间过长,会使钢的奥氏体晶粒长大,将显著