液化天然氣低溫儲罐用9Ni鋼焊接工藝研究

【摘要】： 隨著中國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,對能源的需求更加迫切。液化天然氣(LNG)作為綠色清潔能源,將成為能源發(fā)展的重點(diǎn)。然而,作為制造LNG儲罐的關(guān)鍵材料低溫用9Ni鋼及焊接技術(shù),國內(nèi)仍屬空白。對其進(jìn)行有關(guān)試驗(yàn)研究具有重要的工程意義。 針對國產(chǎn)新研制的9Ni鋼,在對國內(nèi)外相關(guān)資料進(jìn)行了大量的收集和研究的基礎(chǔ)上,綜合分析了9Ni鋼的焊接性能、焊接材料、焊接方法及焊接工藝。采用焊接熱模擬和試板焊接兩種方法對國產(chǎn)9Ni鋼焊接工藝進(jìn)行了試驗(yàn)研究,用JBD-300低溫Charpy沖擊試驗(yàn)機(jī)、硬度測試儀和MTS 809 Axial測試系統(tǒng)對熱模擬試樣和焊接接頭低溫力學(xué)性能進(jìn)行了測試。為探明焊接工藝對接頭組織與低溫?cái)嗔秧g性的影響規(guī)律,對試樣進(jìn)行了光學(xué)顯微觀察、電子掃描電鏡分析和X-衍射等試驗(yàn)。 試驗(yàn)結(jié)果表明:單道熱模擬試驗(yàn)中,當(dāng)峰值溫度為560℃時,低溫韌性最好,-165℃低溫Charpy-V形沖擊功為257J。9Ni鋼1350℃粗晶區(qū)沖擊功在50J～90J之間,與母材(268J)相比,下降了許多。低溫沖擊功隨線能量的增大,整體呈降低的趨勢。對粗晶區(qū)的二次熱模擬試驗(yàn)表明在沿熔合線的粗晶區(qū)有脆化區(qū)的存在。在二次熱循環(huán)作用下,形成緊靠熔合線的若干小塊的低溫韌性較低的區(qū)域,包括原粗晶區(qū)、未改變粗晶區(qū)和臨界粗晶區(qū),這是熱影響區(qū)中裂紋最易形成與擴(kuò)展的區(qū)域。國產(chǎn)9Ni鋼在含C量很低,以及潔凈度極高的情況下,能改善其粗晶區(qū)的組織因焊接冷卻時的冷速過快而產(chǎn)生的組織遺傳現(xiàn)象。這樣,在二次熱循環(huán)時,可顯著的起到細(xì)化晶粒,改善性能的作用。 在對國產(chǎn)9Ni鋼的焊接試驗(yàn)研究表明,采用小線能量,低層間溫度,多層多道焊接可有效提高9Ni鋼接頭的低溫韌性。在線能量達(dá)到37kJ/cm時,熱影響區(qū)的粗晶區(qū)低溫韌性仍具有較高的水平,-165℃下為62J。在保證進(jìn)行多層多道焊、低層間溫度的基礎(chǔ)上,可把線能量適當(dāng)提高,以提高焊接效率。 【關(guān)鍵詞】：國產(chǎn)9Ni鋼 LNG儲罐 焊接工藝 焊接熱模擬
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號】：TG457.11
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-7
• 致謝7-13
• 第一章 緒論13-22
• 1.1 概述13-14
• 1.2 低溫儲罐用材料14-16
• 1.3 9Ni 鋼國內(nèi)外研究現(xiàn)狀16-17
• 1.3.1 國外研究與應(yīng)用狀況16-17
• 1.3.2 國內(nèi)研究與應(yīng)用現(xiàn)狀17
• 1.4 低溫儲罐用9Ni 鋼的焊接17-20
• 1.4.1 9Ni 鋼用焊接材料18-19
• 1.4.2 9Ni 鋼的常用焊接方法19
• 1.4.3 9Ni 鋼的焊接工藝影響因素19-20
• 1.4.4 9Ni 鋼焊接中存在的問題20
• 1.5 本文主要研究目的及內(nèi)容20-22
• 第二章 試驗(yàn)材料與試驗(yàn)方法22-35
• 2.1 試驗(yàn)材料22-23
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)用鋼的化學(xué)成分及力學(xué)性能22-23
• 2.1.2 試驗(yàn)材料的金相組織23
• 2.2 國產(chǎn) 9Ni 鋼焊接性試驗(yàn)23-25
• 2.2.1 熱影響區(qū)最高硬度試驗(yàn)24
• 2.2.2 斜Y 坡口焊接裂紋試驗(yàn)24-25
• 2.3 力學(xué)性能試驗(yàn)25-32
• 2.3.1 試樣的取樣25-27
• 2.3.2 低溫沖擊試驗(yàn)27-28
• 2.3.3 9Ni 鋼接頭CTOD 試驗(yàn)28-30
• 2.3.4 焊接接頭破壞性試驗(yàn)30-32
• 2.4 金相及硬度試驗(yàn)32
• 2.5 X－衍射試驗(yàn)32-35
• 第三章 9Ni 鋼焊接熱模擬試驗(yàn)35-52
• 3.1 焊接熱模擬試驗(yàn)概述35-36
• 3.1.1 焊接熱模擬試驗(yàn)簡介35
• 3.1.2 焊接熱模擬試驗(yàn)的應(yīng)用35-36
• 3.1.3 熱模擬試驗(yàn)設(shè)備36
• 3.2 焊接熱模擬試驗(yàn)的傳熱學(xué)理論36-38
• 3.3 9Ni 鋼的焊接熱模擬試驗(yàn)38-41
• 3.3.1 單道熱模擬試驗(yàn)38-40
• 3.3.2 兩道及多次熱模擬試驗(yàn)40-41
• 3.4 低溫沖擊試驗(yàn)結(jié)果及分析41-47
• 3.4.1 不同峰值溫度模擬試樣的沖擊試驗(yàn)41-42
• 3.4.2 不同線能量模擬試樣的沖擊試驗(yàn)42-44
• 3.4.3 多道焊熱循環(huán)模擬試樣的沖擊試驗(yàn)44-47
• 3.5 熱模擬試樣硬度測試47
• 3.6 熱模擬試樣的顯微組織分析47-49
• 3.7 9Ni 鋼接頭脆化問題49-52
• 3.7.1 熔合線的脆化50
• 3.7.2 多道焊熱影響區(qū)的局部脆化50-52
• 第四章 9Ni 鋼焊接試驗(yàn)結(jié)果及分析52-68
• 4.1 9Ni 焊接工藝規(guī)程52-54
• 4.2 9Ni 鋼的焊接性試驗(yàn)54-56
• 4.2.1 斜Y 坡口焊接裂紋試驗(yàn)54-55
• 4.2.2 熱影響區(qū)最高硬度試驗(yàn)55-56
• 4.3 接頭低溫沖擊功及側(cè)向膨脹量試驗(yàn)結(jié)果56-58
• 4.3.1 焊接接頭低溫沖擊試驗(yàn)56-57
• 4.3.2 側(cè)向膨脹量的測量與分析57-58
• 4.3.3 試驗(yàn)結(jié)果分析58
• 4.4 接頭CTOD 試驗(yàn)58-59
• 4.4.1 CTOD 試驗(yàn)結(jié)果58-59
• 4.4.2 CTOD 評定59
• 4.5 9Ni 鋼焊接接頭金相及硬度分析59-63
• 4.5.1 熱影響區(qū)組織分析59-61
• 4.5.2 焊縫組織分析61-62
• 4.5.3 硬度測試62-63
• 4.6 破壞性試驗(yàn)63
• 4.7 9Ni 鋼焊接接頭斷口分析63-66
• 4.8 X－衍射試驗(yàn)結(jié)果及分析66-68
• 第五章 結(jié)論及展望68-69
• 5.1 結(jié)論68
• 5.2 展望68-69
• 參考文獻(xiàn)69-72
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文72-73

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