Nb及析出相對(duì)LNG儲(chǔ)罐用9Ni鋼焊材強(qiáng)韌化的影響研究.pdf

1、我國(guó)是能源大國(guó)，過(guò)度依賴煤炭，隨著能源結(jié)構(gòu)調(diào)整和環(huán)保壓力增加，清潔能源的供給迫在眉睫。液化天然氣(Liquefied Natural Gas，簡(jiǎn)稱LNG)因體積小，燃燒放熱大且無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，其需求逐年增漲。LNG存儲(chǔ)設(shè)備要求鋼材在超低溫服役環(huán)境具備足夠的強(qiáng)度及韌性儲(chǔ)備，目前我國(guó)LNG儲(chǔ)罐用9Ni鋼，已完全實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，但配套鎳基焊接材料仍然依賴進(jìn)口，且焊接技術(shù)不成熟，因此開展焊材國(guó)產(chǎn)化研制，對(duì)天然氣產(chǎn)業(yè)裝備建設(shè)自主化、保障國(guó)家能源安全意義

2、重大。
　　本文在闡述了全球LNG儲(chǔ)罐用9Ni鋼及其焊接問(wèn)題研究基礎(chǔ)上，獨(dú)立研制了9Ni鋼焊條，總結(jié)了Nb對(duì)熔敷金屬的顯微組織影響規(guī)律，采用拉伸試驗(yàn)、彎曲、硬度和沖擊試驗(yàn)檢測(cè)力學(xué)性能，結(jié)合掃描電鏡以及熱力學(xué)計(jì)算等方法，研究了熔敷金屬的強(qiáng)韌化機(jī)理，結(jié)果表明：采用鎳基焊條，焊縫形成奧氏體組織，Nb具有減小枝晶寬度、細(xì)化晶粒的作用，在晶間處以碳化物的形式析出強(qiáng)化晶界，阻礙裂紋的萌生和擴(kuò)展，隨著Nb含量升高，析出相尺寸變大數(shù)量增多，塑韌性

3、有所損傷。經(jīng)檢測(cè)，自主研制的2號(hào)焊條(Nb含量1.30％)，熔敷金屬性能優(yōu)良，抗拉強(qiáng)度為705MPa，屈服強(qiáng)度為478MPa，低溫沖擊功Akv116J，符合LNG儲(chǔ)罐設(shè)備的要求。
　　為研究9Ni鋼焊材的工藝適應(yīng)性，分別使用焊條電弧焊和埋弧焊進(jìn)行焊接試驗(yàn)。利用金相顯微鏡和掃描電鏡對(duì)焊條電弧焊接頭顯微組織進(jìn)行分析，力學(xué)性能檢測(cè)使用拉伸、彎曲、硬度和沖擊試驗(yàn)進(jìn)行，同時(shí)對(duì)接頭熔合區(qū)奧氏體-馬氏體結(jié)晶界面凝固理論進(jìn)行研究。結(jié)果表明：自行研

4、制的焊條與國(guó)產(chǎn)9Ni鋼焊接工藝適應(yīng)性良好，焊縫組織為奧氏體，熱影響區(qū)為馬氏體，熔合區(qū)為狹窄的平面晶組織。焊縫強(qiáng)度高于母材，側(cè)彎完好無(wú)裂紋，焊縫與母材界面處結(jié)合良好，熱影響區(qū)出現(xiàn)硬度最高值為360HV5，焊縫至熱影響區(qū)沖擊韌性逐漸升高，焊縫平均沖擊韌性達(dá)到115J，符合低溫韌性要求。埋弧焊焊縫組織為奧氏體，存在析出相提高了焊縫強(qiáng)度，彎曲性能良好，熱影響區(qū)硬度值最高為339HV5，焊縫平均沖擊韌性達(dá)到94J，斷口分析顯示接頭各位置均屬韌性斷