液化天然气低温储罐用9Ni钢焊接工艺研究

【摘要】： 随着中国经济的高速发展,对能源的需求更加迫切。液化天然气(LNG)作为绿色清洁能源,将成为能源发展的重点。然而,作为制造LNG储罐的关键材料低温用9Ni钢及焊接技术,国内仍属空白。对其进行有关试验研究具有重要的工程意义。 针对国产新研制的9Ni钢,在对国内外相关资料进行了大量的收集和研究的基础上,综合分析了9Ni钢的焊接性能、焊接材料、焊接方法及焊接工艺。采用焊接热模拟和试板焊接两种方法对国产9Ni钢焊接工艺进行了试验研究,用JBD-300低温Charpy冲击试验机、硬度测试仪和MTS 809 Axial测试系统对热模拟试样和焊接接头低温力学性能进行了测试。为探明焊接工艺对接头组织与低温断裂韧性的影响规律,对试样进行了光学显微观察、电子扫描电镜分析和X-衍射等试验。 试验结果表明:单道热模拟试验中,当峰值温度为560℃时,低温韧性最好,-165℃低温Charpy-V形冲击功为257J。9Ni钢1350℃粗晶区冲击功在50J～90J之间,与母材(268J)相比,下降了许多。低温冲击功随线能量的增大,整体呈降低的趋势。对粗晶区的二次热模拟试验表明在沿熔合线的粗晶区有脆化区的存在。在二次热循环作用下,形成紧靠熔合线的若干小块的低温韧性较低的区域,包括原粗晶区、未改变粗晶区和临界粗晶区,这是热影响区中裂纹最易形成与扩展的区域。国产9Ni钢在含C量很低,以及洁净度极高的情况下,能改善其粗晶区的组织因焊接冷却时的冷速过快而产生的组织遗传现象。这样,在二次热循环时,可显著的起到细化晶粒,改善性能的作用。 在对国产9Ni钢的焊接试验研究表明,采用小线能量,低层间温度,多层多道焊接可有效提高9Ni钢接头的低温韧性。在线能量达到37kJ/cm时,热影响区的粗晶区低温韧性仍具有较高的水平,-165℃下为62J。在保证进行多层多道焊、低层间温度的基础上,可把线能量适当提高,以提高焊接效率。 【关键词】：国产9Ni钢 LNG储罐 焊接工艺 焊接热模拟
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TG457.11
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-7
• 致谢7-13
• 第一章 绪论13-22
• 1.1 概述13-14
• 1.2 低温储罐用材料14-16
• 1.3 9Ni 钢国内外研究现状16-17
• 1.3.1 国外研究与应用状况16-17
• 1.3.2 国内研究与应用现状17
• 1.4 低温储罐用9Ni 钢的焊接17-20
• 1.4.1 9Ni 钢用焊接材料18-19
• 1.4.2 9Ni 钢的常用焊接方法19
• 1.4.3 9Ni 钢的焊接工艺影响因素19-20
• 1.4.4 9Ni 钢焊接中存在的问题20
• 1.5 本文主要研究目的及内容20-22
• 第二章 试验材料与试验方法22-35
• 2.1 试验材料22-23
• 2.1.1 实验用钢的化学成分及力学性能22-23
• 2.1.2 试验材料的金相组织23
• 2.2 国产 9Ni 钢焊接性试验23-25
• 2.2.1 热影响区最高硬度试验24
• 2.2.2 斜Y 坡口焊接裂纹试验24-25
• 2.3 力学性能试验25-32
• 2.3.1 试样的取样25-27
• 2.3.2 低温冲击试验27-28
• 2.3.3 9Ni 钢接头CTOD 试验28-30
• 2.3.4 焊接接头破坏性试验30-32
• 2.4 金相及硬度试验32
• 2.5 X－衍射试验32-35
• 第三章 9Ni 钢焊接热模拟试验35-52
• 3.1 焊接热模拟试验概述35-36
• 3.1.1 焊接热模拟试验简介35
• 3.1.2 焊接热模拟试验的应用35-36
• 3.1.3 热模拟试验设备36
• 3.2 焊接热模拟试验的传热学理论36-38
• 3.3 9Ni 钢的焊接热模拟试验38-41
• 3.3.1 单道热模拟试验38-40
• 3.3.2 两道及多次热模拟试验40-41
• 3.4 低温冲击试验结果及分析41-47
• 3.4.1 不同峰值温度模拟试样的冲击试验41-42
• 3.4.2 不同线能量模拟试样的冲击试验42-44
• 3.4.3 多道焊热循环模拟试样的冲击试验44-47
• 3.5 热模拟试样硬度测试47
• 3.6 热模拟试样的显微组织分析47-49
• 3.7 9Ni 钢接头脆化问题49-52
• 3.7.1 熔合线的脆化50
• 3.7.2 多道焊热影响区的局部脆化50-52
• 第四章 9Ni 钢焊接试验结果及分析52-68
• 4.1 9Ni 焊接工艺规程52-54
• 4.2 9Ni 钢的焊接性试验54-56
• 4.2.1 斜Y 坡口焊接裂纹试验54-55
• 4.2.2 热影响区最高硬度试验55-56
• 4.3 接头低温冲击功及侧向膨胀量试验结果56-58
• 4.3.1 焊接接头低温冲击试验56-57
• 4.3.2 侧向膨胀量的测量与分析57-58
• 4.3.3 试验结果分析58
• 4.4 接头CTOD 试验58-59
• 4.4.1 CTOD 试验结果58-59
• 4.4.2 CTOD 评定59
• 4.5 9Ni 钢焊接接头金相及硬度分析59-63
• 4.5.1 热影响区组织分析59-61
• 4.5.2 焊缝组织分析61-62
• 4.5.3 硬度测试62-63
• 4.6 破坏性试验63
• 4.7 9Ni 钢焊接接头断口分析63-66
• 4.8 X－衍射试验结果及分析66-68
• 第五章 结论及展望68-69
• 5.1 结论68
• 5.2 展望68-69
• 参考文献69-72
• 攻读硕士学位期间发表的论文72-73

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