超低溫液化天然氣儲罐用06Ni9鋼組織性能及生產(chǎn)工藝研究

【摘要】：本研究論文是對目前我國大量進(jìn)口的清潔能源介質(zhì)-液化天燃?xì)猓↙NG）（Liquefied Natural Gas）而建設(shè)的大型接受站中主體設(shè)備-超低溫儲罐用06Ni9鋼（和國外9％Ni等同）冶金制備、熱加工、熱處理、組織性能、鋼板預(yù)制成型加工、焊接應(yīng)用技術(shù)的開發(fā)研究。 以山西太鋼不銹鋼股份有限公司和太原理工大學(xué)組成研究開發(fā)團(tuán)隊(duì)，以國家(“863”科技計(jì)劃“液化天然氣儲罐用超低溫9%Ni鋼開發(fā)及應(yīng)用技術(shù)”項(xiàng)目編號：2007AA03Z555)為合作平臺，聯(lián)合開展了低溫材料06Ni9鋼實(shí)驗(yàn)室研究、工業(yè)化研發(fā)生產(chǎn)。通過鐵水預(yù)處理-轉(zhuǎn)爐冶煉-LF精煉-RH真空處理-寬板連鑄-中板控制軋制-調(diào)質(zhì)熱處理-預(yù)制加工成型技術(shù)路線，成功解決了06Ni9鋼超純凈冶金、勻質(zhì)化高品質(zhì)連鑄、良好表面質(zhì)量控制、鋼的優(yōu)良綜合性能匹配調(diào)控、材料剩磁控制與焊接工藝技術(shù)、鋼板預(yù)制加工成型、表面防護(hù)處理等幾十項(xiàng)技術(shù)難題，形成了一整套06Ni9鋼生產(chǎn)工藝與應(yīng)用技術(shù)。研發(fā)材料的綜合力學(xué)性能，尤其是關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)-196℃AKv、材料焊接性等優(yōu)于國外同類材料，完全滿足我國大型LNG低溫儲罐建造嚴(yán)格技術(shù)要求。本材料通過實(shí)際工程應(yīng)用，目前已頂替進(jìn)口材料而建設(shè)大型LNG儲罐11座（包括在建），大部分已投產(chǎn)安全運(yùn)營。本論文主要研究工作取得研究成果如下： 1）國內(nèi)首次開發(fā)高鎳合金含量的低溫鋼超純凈冶金制備技術(shù)，實(shí)現(xiàn)工業(yè)化穩(wěn)定批量生產(chǎn)鋼中[P]＋[S]＋[H]＋[N]＋[O]≤100ppm、鋼中低熔點(diǎn)元素Pb、Bi、Zn等含量極低的06Ni9鋼鐵材料；為取得優(yōu)良的綜合力學(xué)性能和超低溫韌性奠定了科學(xué)合理的材料基礎(chǔ)。 2）集成創(chuàng)新了鐵水預(yù)處理+頂?shù)蛷?fù)吹轉(zhuǎn)爐+LF+RH+連鑄板坯工藝技術(shù)，成功地解決了裂紋敏感性非常高的06Ni9鋼的連鑄工藝問題。國內(nèi)首次開發(fā)出06Ni9鋼HLH（高拉速、低過熱度、高溫矯直）專用連鑄工藝技術(shù)，解決了超低磷控制（技術(shù)要求鋼中P≤0.005%）問題，國內(nèi)首家工業(yè)化、大批量生產(chǎn)出高潔凈度、高均勻性、高致密度、內(nèi)部少缺陷、表面光潔、質(zhì)量良好的06Ni9鋼連鑄坯。生產(chǎn)出和國外先進(jìn)廠家（如歐洲安塞樂、日本JFE）相媲美的同類鋼板產(chǎn)品。 3）采用鋼坯表面防護(hù)（針對06Ni9鋼研發(fā)了適宜的專用涂層）和控制軋制技術(shù)，自主研發(fā)了06Ni9鑄坯高溫加熱防氧化專有技術(shù)，解決了高鎳鋼熱軋鐵鱗去除技術(shù)難題。 4）通過控制軋制和熱處理板型控制技術(shù)，制備了表面良好、厚度公差小、板型平直的06Ni9鋼板。同時(shí)，以鋼板預(yù)制成型加工方式提供工程建設(shè)方，延伸了產(chǎn)業(yè)鏈（相當(dāng)于產(chǎn)品深加工），提高了產(chǎn)品的附加值。 5）國內(nèi)首次自主研發(fā)06Ni9鋼板的“低溫控軋+調(diào)質(zhì)熱處理（QT）”全流程先進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)。生產(chǎn)出的鋼板具有穩(wěn)定的產(chǎn)品質(zhì)量、優(yōu)良的綜合性能、尤其是良好的低溫?cái)嗔研阅芎偷蜏仨g性、冷彎等優(yōu)于國外同類產(chǎn)品。對于保證低溫工程設(shè)備的安全可靠運(yùn)行具有至關(guān)重要的作用。 6）形成06Ni9鋼板全流程先進(jìn)工業(yè)制造技術(shù)集成。國內(nèi)首家研發(fā)并工業(yè)化大批量制備06Ni9鋼板并第一個應(yīng)用于國家重點(diǎn)工程項(xiàng)目-大型LNG接收站多個特大型LNG儲罐建設(shè)，使上述LNG工程的低溫內(nèi)罐材料全部實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，一舉結(jié)束了國家能源領(lǐng)域急需的低溫關(guān)鍵材料完全依賴進(jìn)口的不利局面。 7）全面掌握了06Ni9鋼的強(qiáng)韌化機(jī)制。對不同的熱處理?xiàng)l件下06Ni9鋼的組織、精細(xì)結(jié)構(gòu)、特別是鋼中回轉(zhuǎn)奧氏體的形成和存在形態(tài)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析和討論，針對回轉(zhuǎn)奧氏體回火過程中的轉(zhuǎn)變機(jī)制，證實(shí)了其對低溫韌性的重要貢獻(xiàn)。 8）采用國外進(jìn)口的專用手工焊條，對國產(chǎn)06Ni9鋼板材料在不同焊接工藝條件下和焊后熱處理?xiàng)l件下的焊接接頭基本性能進(jìn)行了試驗(yàn)測試。并通過焊接熱影響區(qū)最高硬度法、鋼的坡口焊接裂紋敏感性試驗(yàn)對材料的焊接性進(jìn)行了評定，發(fā)現(xiàn)所研發(fā)的06Ni9鋼不需要焊接前預(yù)熱、且冷裂紋敏感性不大。確定的06Ni9鋼的焊接要點(diǎn)是；多道次、小熱輸入、控制層間溫度，以便降低對焊接接頭熱影響區(qū)性能的影響。 9）對建造的數(shù)座1萬、3萬、8萬、16萬m3的大型LNG儲罐使用本課題研發(fā)的06Ni9鋼板進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。結(jié)果表明：鋼的純凈度，尤其是低熔點(diǎn)元素的含量低于進(jìn)口材料，使實(shí)物鋼板低溫韌性、焊接性、時(shí)效敏感性相比國外材料有更大優(yōu)勢，完全滿足了工程建設(shè)施工提出的要求。 本研究項(xiàng)目形成LNG儲罐耐低溫關(guān)鍵材料生產(chǎn)技術(shù)專利和一整套專有工藝技術(shù)。為工業(yè)化生產(chǎn)06Ni9鋼板取得良好而穩(wěn)定的低溫韌性和儲罐運(yùn)行安全性提供了研究基礎(chǔ)和技術(shù)保障。首次成功開發(fā)的國家重大工程用關(guān)鍵材料06Ni9鋼，經(jīng)權(quán)威機(jī)構(gòu)-國家壓力容器與標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會和工程應(yīng)用單位評價(jià)以及2010年由山西省科技廳組織的專家鑒定認(rèn)為：實(shí)物質(zhì)量達(dá)到國際先進(jìn)水平。采用本項(xiàng)目研發(fā)的產(chǎn)品成功建造了多個特大型的LNG儲罐，解決了國家急需關(guān)鍵材料的進(jìn)口制約，填補(bǔ)了國內(nèi)生產(chǎn)空白，經(jīng)濟(jì)效益和社會效益十分顯著。 本材料研究，已獲授權(quán)國家發(fā)明專利4項(xiàng)，發(fā)表學(xué)術(shù)論文14篇，研究項(xiàng)目獲2011年中國冶金科學(xué)技術(shù)進(jìn)步一等獎。 【關(guān)鍵詞】：LNG儲罐 06Ni9鋼板 工業(yè)化制備 熱處理 顯微組織 機(jī)械性能
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TG142
【目錄】：

• 摘要3-7
• ABSTRACT7-16
• 第1章 緒論16-28
• 1.1 論文的研究背景16-21
• 1.2 LNG 儲罐用耐低溫材料及性能要求21-22
• 1.2.1 LNG 儲罐外觀及內(nèi)部結(jié)構(gòu)21
• 1.2.2 我國 16 萬 m~3特大型 LNG 儲罐內(nèi)罐設(shè)計(jì)用 06Ni9 鋼板規(guī)格和數(shù)量21-22
• 1.2.3 不同國家規(guī)范對 06Ni9 鋼的主要技術(shù)要求22
• 1.3 國內(nèi)外 06Ni9 鋼種研發(fā)情況22-24
• 1.3.1 國外研發(fā)情況22-23
• 1.3.2 國內(nèi)研發(fā)情況23-24
• 1.4 我國 LNG 儲罐用鋼開發(fā)需解決的問題24-27
• 1.4.1 成分設(shè)計(jì)及低溫性能24-25
• 1.4.2 生產(chǎn)工藝及技術(shù)25-27
• 1.5 本文研究的意義、目標(biāo)及內(nèi)容27-28
• 1.5.1 研究的目標(biāo)和意義27
• 1.5.2 研究的內(nèi)容27-28
• 第2章 LNG 儲罐用 06Ni9 鋼的成分控制及生產(chǎn)工藝路線28-32
• 2.1 成分控制思路28-29
• 2.2 06Ni9 鋼國產(chǎn)化技術(shù)條件29
• 2.3 鋼的制造工藝路線29-30
• 2.3.1 鋼板的生產(chǎn)工藝流程29-30
• 2.3.2 鋼板預(yù)制工藝流程30
• 2.4 本章小結(jié)30-32
• 第3章 06Ni9 鋼材料基礎(chǔ)性試驗(yàn)研究32-46
• 3.1 06Ni9 鋼的熱變形特征32-33
• 3.1.1 實(shí)驗(yàn)材料32
• 3.1.2 實(shí)驗(yàn)方法及結(jié)果分析32-33
• 3.2 鋼的相變點(diǎn)測定及顯微組織分析33-36
• 3.2.1 試驗(yàn)材料33
• 3.2.2 試驗(yàn)方法33
• 3.2.3 試驗(yàn)結(jié)果及分析33-36
• 3.3 熱變形組織模擬實(shí)驗(yàn)36-38
• 3.3.1 試驗(yàn)材料36
• 3.3.2 試驗(yàn)方法及結(jié)果分析36-38
• 3.4 試驗(yàn)材料不同熱處理工藝制度下的力學(xué)性能38-44
• 3.4.1 試驗(yàn)材料38
• 3.4.2 不同淬火溫度試驗(yàn)及結(jié)果38-40
• 3.4.3 相同淬火溫度采用不同回火工藝試驗(yàn)及結(jié)果40-41
• 3.4.4 相同淬火和回火溫度在不同回火時(shí)間下的試驗(yàn)及結(jié)果41-42
• 3.4.5 兩相區(qū)溫度熱處理試驗(yàn)結(jié)果42-44
• 3.5 工業(yè)化低溫控制軋制對鋼性能影響驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)研究44-45
• 3.5.1 實(shí)驗(yàn)方法44
• 3.5.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果44
• 3.5.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析44-45
• 3.6 本章小結(jié)45-46
• 第4章 LNG 儲罐用 06Ni9 鋼制造關(guān)鍵工藝技術(shù)46-60
• 4.1 超純凈化冶金工藝研究46-50
• 4.1.1 實(shí)驗(yàn)工藝與設(shè)備46
• 4.1.2 工業(yè)化生產(chǎn) 06Ni9 鋼效果統(tǒng)計(jì)分析46-48
• 4.1.3 夾雜物變性控制技術(shù)應(yīng)用48-50
• 4.2 LNG 儲罐用 06Ni9 鋼連鑄工藝研究50-54
• 4.2.1 生產(chǎn)工藝設(shè)備50-51
• 4.2.2 連鑄工藝研究51-54
• 4.3 優(yōu)良的鋼板表面質(zhì)量控制技術(shù)54-55
• 4.3.1 生產(chǎn)中存在的問題54
• 4.3.2 解決措施及效果54-55
• 4.4 板型控制技術(shù)55-56
• 4.4.1 存在的問題55
• 4.4.2 解決措施及效果55-56
• 4.5 預(yù)制成型技術(shù)56-58
• 4.6 本章小結(jié)58-60
• 第5章 06Ni9 鋼熱處理組織及性能研究60-74
• 5.1 實(shí)驗(yàn)用鋼化學(xué)成分60
• 5.2 不同熱處理工藝對鋼組織和性能的影響研究60-73
• 5.2.1 生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證61-63
• 5.2.2 生產(chǎn)驗(yàn)證分析63-64
• 5.2.3 06Ni9 鋼熱處理組織觀測64-69
• 5.2.4 金相組織分析69
• 5.2.5 06Ni9 鋼中奧氏體的形成及表現(xiàn)行為研究與分析69-73
• 5.3 本章小結(jié)73-74
• 第6章 06Ni9 鋼帶狀組織形成及其對性能的影響研究74-82
• 6.1 實(shí)驗(yàn)材料及方法74
• 6.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果74-78
• 6.2.1 不同熱處理工藝條件下 06Ni9 鋼的力學(xué)性能74-75
• 6.2.2 不同熱處理工藝條件下試樣的顯微組織75-78
• 6.3 分析討論78-80
• 6.3.1 06Ni9 鋼中帶狀組織的形成及影響78-79
• 6.3.2 鎳在奧氏體和鐵素體中的擴(kuò)散79-80
• 6.4 具有成分偏析的 06Ni9 鋼熱處理工藝改進(jìn)80-81
• 6.5 本章小結(jié)81-82
• 第7章 應(yīng)力－應(yīng)變曲線和鋼強(qiáng)韌性配合研究82-90
• 7.1 實(shí)驗(yàn)材料與方法82
• 7.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論82-88
• 7.2.1 拉伸曲線和低溫韌性特征分析82-86
• 7.2.2 06Ni9 鋼屈服現(xiàn)象及其強(qiáng)韌性86-87
• 7.2.3 06Ni9 鋼的屈強(qiáng)比87-88
• 7.3 本章小結(jié)88-90
• 第8章 應(yīng)變時(shí)效對 06Ni9 鋼力學(xué)性能的影響研究90-96
• 8.1 實(shí)驗(yàn)材料和方法90-91
• 8.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果91-93
• 8.2.1 不同應(yīng)變量經(jīng)低溫時(shí)效處理試驗(yàn)結(jié)果91-92
• 8.2.2 不同應(yīng)變量鋼經(jīng) 560℃熱處理的試驗(yàn)結(jié)果92-93
• 8.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論分析93-94
• 8.4 本章小結(jié)94-96
• 第9章 06Ni9 鋼特殊試驗(yàn)項(xiàng)目分析研究96-102
• 9.1 鋼的疲勞性能初步試驗(yàn)分析96-98
• 9.1.1 試驗(yàn)方法96-97
• 9.1.2 實(shí)驗(yàn)初步結(jié)論97-98
• 9.2 鋼板無塑性轉(zhuǎn)變溫度落錘試驗(yàn)(Nil-Ductility Transition Temperature)測定98-99
• 9.2.1 試驗(yàn)方法98
• 9.2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果98-99
• 9.3 裂紋尖端張開位移(CTOD)試驗(yàn)99-101
• 9.3.1 試驗(yàn)方法及試驗(yàn)結(jié)果100-101
• 9.3.2 試驗(yàn)結(jié)果分析101
• 9.4 本章小結(jié)101-102
• 第10章 06Ni9 鋼的焊接性試驗(yàn)102-128
• 10.1 焊條熔敷金屬力學(xué)性能試驗(yàn)102-103
• 10.1.1 熔敷金屬化學(xué)成分102-103
• 10.1.2 熔敷金屬拉伸試驗(yàn)103
• 10.2 焊接冷裂紋敏感性評定試驗(yàn)103-107
• 10.2.1 焊接熱影響區(qū)最高硬度法試驗(yàn)104-106
• 10.2.2 斜 Y 型坡口焊接裂紋試驗(yàn)106-107
• 10.3 鋼板對接焊接工藝試驗(yàn)107-112
• 10.3.1 焊接線能量試驗(yàn)107-111
• 10.3.2 焊后應(yīng)力消除熱處理試驗(yàn)111-112
• 10.4 焊接接頭力學(xué)性能試驗(yàn)112-113
• 10.4.1 手工電弧焊接接頭力學(xué)性能試驗(yàn)方法112
• 10.4.2 手工電弧焊接接頭拉伸、彎曲試驗(yàn)結(jié)果112-113
• 10.4.3 手工電弧焊接接頭沖擊試驗(yàn)結(jié)果113
• 10.5 落錘試驗(yàn)測定焊接接頭無塑性轉(zhuǎn)變溫度 NDTT 結(jié)果113-114
• 10.6 裂紋尖端張開位移(CTOD)試驗(yàn)結(jié)果114-116
• 10.7 焊接接頭不同部位金相組織檢驗(yàn)結(jié)果116-125
• 10.8 實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論125-126
• 10.9 本章小結(jié)126-128
• 第11章 工業(yè)批生產(chǎn) LNG 儲罐用 06Ni9 鋼性能統(tǒng)計(jì)分析128-136
• 11.1 化學(xué)成分128
• 11.2 鋼中氣體128-129
• 11.3 鋼中非金屬夾雜物129
• 11.4 鋼中電解夾雜和低熔點(diǎn)元素含量129-130
• 11.5 力學(xué)性能130
• 11.6 鋼的低溫沖擊韌性130-132
• 11.7 國產(chǎn) 06Ni9 鋼系列沖擊試驗(yàn)132
• 11.8 國產(chǎn)和進(jìn)口鋼焊接接頭性能比較132-134
• 11.9 國產(chǎn) 06Ni9 鋼技術(shù)評定134
• 11.10 本章小結(jié)134-136
• 第12章 結(jié)論136-138
• 參考文獻(xiàn)138-148
• 致謝148-150
• 攻讀博士學(xué)位期間完成的論文和成果及專利150-152
• 博士學(xué)位論文創(chuàng)新性說明152

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汽車鋼板的氧化熱力學(xué)及動力學(xué)分析    紀(jì)顯彬

精煉渣對簾線鋼中非金屬夾雜物形態(tài)的影響    趙爍

馬氏體時(shí)效不銹鋼高溫脆性及固溶溫度優(yōu)化研究    林建軍

20CrMoH齒輪鋼的淬透性及帶狀組織研究    王彥彬

00Cr13Ni5Co9Mo5馬氏體時(shí)效不銹鋼韌化技術(shù)的研究    羅靜

普通熱軋帶鋼氧化鐵皮及其酸洗研究    于政祿,魏明遠(yuǎn),白寶珍

2200MPa級超高強(qiáng)度低合金鋼的組織和力學(xué)性能    范長剛;董瀚;時(shí)捷;劉燕林;雍岐龍;惠衛(wèi)軍;王毛球;翁宇慶;

Research and development of 780 MPa cold rolling TRIP-aided steel    

不銹鋼的高溫抗氧化涂層    朱建新,劉素蘭,張麗清

在深冷條件下殘余奧氏體轉(zhuǎn)變的研究    李士燕,劉天佐,李鋼

二次硬化超高強(qiáng)度鋼組織與性能    鐘平，凌斌，古寶珠，金建軍，王洪濤

23Co14Ni12Cr3鋼等溫奧氏體形成動力學(xué)    王六定

晶粒尺寸對18Ni馬氏體時(shí)效鋼力學(xué)性能的影響    羅鴻,尹鐘大,朱景川,李明偉,李海晨,郭和平,方海濤,來忠紅,劉勇

奧氏體動態(tài)再結(jié)晶組織對馬氏體相變的影響    徐洲,姚忠凱

Anomalous Phase Transformation from Martensite to Austenite in Fe-13%Cr-4%Ni-Mo Martensitic Stainless Steel    

    廖建國

高強(qiáng)度船體結(jié)構(gòu)用鋼強(qiáng)韌化熱處理工藝制度研究    侯家平

06Ni9鋼回轉(zhuǎn)奧氏體的形成及穩(wěn)定性研究    周瑰云;劉東風(fēng);衛(wèi)英慧;楊秀麗;侯利鋒;

稀土對Ni9鑄鋼晶界裂紋傾向的影響    張偉;李隆盛;程驥;

熱處理對Ni9鑄鋼77K沖擊韌性的影響    張偉,李隆盛,程驥,劉德經(jīng),孫宏君

    

超低溫液化天然氣儲罐用06Ni9鋼組織性能及生產(chǎn)工藝研究    劉東風(fēng)