節(jié)鎳型液化天然氣工程用7Ni鋼的研發(fā)及強(qiáng)韌化機(jī)理研究.pdf

1、作為一種比煤和石油更高效、更清潔的能源，液化天然氣(LNG)在全球的需求量日益增長，包括我國在內(nèi)的許多國家都在建設(shè)或計(jì)劃建設(shè)大批LNG項(xiàng)目。9Ni鋼是LNG儲罐建造中最為常用的低溫鋼。隨著鎳價(jià)格的不斷提高，鎳合金化占9Ni鋼制造成本的比重越來越大，節(jié)量化和低成本化成為了鎳系低溫鋼發(fā)展的一個(gè)重要方向。如何通過合理的成分和工藝優(yōu)化，在降低9Ni鋼中Ni含量的前提下，使鋼依然具有良好的低溫性能，是節(jié)鎳型低溫鋼研發(fā)所面臨的關(guān)鍵問題。
　　

2、本文旨在開發(fā)一種與傳統(tǒng)9Ni鋼性能相當(dāng)?shù)男滦凸?jié)鎳型7Ni鋼，并探索其強(qiáng)韌化工藝和機(jī)理，為節(jié)鎳型低溫鋼工業(yè)化生產(chǎn)提供參考。本文首先在文獻(xiàn)調(diào)研和前期實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，大致確定了7Ni鋼成分范圍和熱處理工藝思路;然后對QLT工藝參數(shù)及重要合金元素對鋼組織和性能的影響規(guī)律以及韌化機(jī)理進(jìn)行了系統(tǒng)研究，并初步探討了7Ni鋼的TMCP工藝;最終研發(fā)出了具有出色低溫性能的7Ni鋼。取得的主要結(jié)果如下:
　　1.初步設(shè)計(jì)了不同Mn、Si、Nb、Cu含量

3、的7Ni鋼，對比了不同成分和不同工藝情況下的7Ni鋼低溫韌性，發(fā)現(xiàn)含低Mn、高Si及少量Nb的低溫鋼表現(xiàn)出良好的韌性。在此基礎(chǔ)上確定了節(jié)鎳型7Ni低溫鋼成分設(shè)計(jì)思路，測定了7Ni鋼的Ac1和Ac3溫度，研究了7Ni鋼進(jìn)行連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變過程，繪制出了鋼的靜態(tài)和動態(tài)CCT曲線。
　　2.綜合利用OM、SEM、TEM、XRD等分析手段研究了QLT工藝中不同工藝參數(shù)下7Ni鋼中顯微組織演變和逆變奧氏體的形成、數(shù)量、形態(tài)和穩(wěn)定性對鋼力學(xué)性能的

4、影響規(guī)律。隨高溫淬火溫度的升高，鋼的強(qiáng)韌性下降，高溫淬火溫度為830℃時(shí)，晶粒與馬氏體板條束最為細(xì)化，逆變奧氏體數(shù)量最多。隨亞溫淬火溫度的升高，鋼的低溫韌性先升高后降低，在690℃時(shí)，其綜合低溫力學(xué)性能最佳。亞溫淬火溫度提高，組織結(jié)構(gòu)的尺寸不會發(fā)生顯著變化，鋼的韌性主要受逆變奧氏體數(shù)量和穩(wěn)定性的綜合影響。數(shù)量適中而穩(wěn)定性較高的逆變奧氏體更有利于鋼韌性的改善。提高回火溫度到580℃，可改善鋼的低溫力學(xué)性能，優(yōu)化組織結(jié)構(gòu)，并獲得較多數(shù)量的逆

5、變奧氏體。
　　3.研究了Mn、Nb和Si元素含量對7Ni鋼組織和性能的影響。當(dāng)鋼中Mn含量在較低范圍變化時(shí)，不會對原奧氏體晶粒尺寸產(chǎn)生顯著影響;鋼中逆變奧氏體的數(shù)量會隨鋼中Mn含量的增加而持續(xù)增加，但當(dāng)Mn含量超過一定值時(shí)，鋼中逆變奧氏體的穩(wěn)定性會發(fā)生下降;逆變奧氏體的分布會隨Mn含量的增加而發(fā)生改變;相比于鋼的低溫強(qiáng)度，改變鋼中Mn含量對低溫韌性的影響更為顯著。添加微量Nb元素，對7Ni鋼原奧氏體晶粒和顯微組織結(jié)構(gòu)細(xì)化效果十分

6、顯著;當(dāng)Nb含量在0.025wt.％～0.05wt.％之間時(shí)，鋼中有納米級別的球形含Nb相析出，彌散分布在晶界及晶界附近;隨著Nb含量增加，可觀察到的逆變奧氏體數(shù)量也明顯增多，主要分布在晶界處，但是Nb不直接影響逆變奧氏體的形成;增加鋼中的Nb含量，鋼的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度都先升高后降低，低溫韌性則呈現(xiàn)持續(xù)升高趨勢。適量增加鋼中的Si含量，可以使鋼的微觀組織結(jié)構(gòu)得到細(xì)化，并能同時(shí)改善鋼的低溫強(qiáng)度和低溫韌性。
　　4.通過熱模擬實(shí)驗(yàn)對

7、7Ni鋼的軋制工藝做了初步的探索。研究了7Ni鋼在高溫變形過程中的動態(tài)再結(jié)晶行為，計(jì)算出了7Ni鋼的再結(jié)晶激活能為322KJ/mol，繪制了動態(tài)再結(jié)晶的RTT曲線，同時(shí)，建立了7Ni鋼高溫變形阻力數(shù)學(xué)模型。利用熱模擬試驗(yàn)機(jī)研究了TMCP工藝參數(shù)對7Ni鋼組織和性能的影響，結(jié)果表明，軋制壓下量增大或是軋后降溫速度的提高，都可以使樣品的顯微組織發(fā)生一定細(xì)化，但對樣品的拉伸性能有著不同的影響。
　　5.通過分析鋼中組織演變對低溫韌性影響

8、規(guī)律，發(fā)現(xiàn)7Ni鋼的韌化機(jī)理在于:晶粒尺寸和馬氏體板條束的細(xì)化，可以阻礙裂紋擴(kuò)展，使裂紋鈍化;逆變奧氏體數(shù)量和穩(wěn)定性會綜合影響鋼的韌性，在不嚴(yán)重降低穩(wěn)定性的前提下，增加逆變奧氏體數(shù)量可改善鋼的韌性;薄膜長條狀逆變奧氏體的存在能夠更好的抑制裂紋擴(kuò)展，提高鋼的韌性;分布在晶界處的逆變奧氏體可凈化晶界，提高晶界韌性。
　　6.將優(yōu)化后的7Ni鋼與傳統(tǒng)9Ni鋼組織和力學(xué)性能做了對比，二者顯微組織無明顯差別，且優(yōu)化后的7Ni鋼力學(xué)性能已達(dá)到