热处理对9Ni钢焊接接头低温性能的影响

针对天然气罐用9Ni钢及其焊接接头在低温条件下塑韧性恶化问题,研究9Ni钢经手工电弧焊后,调质热处理(QT)和两相区热处理(QLT)工艺对焊接接头低温性能的影响规律。结果表明:QT热处理优化方案为淬火温度800℃、回火温度570℃,其热处理过程淬火温度对9Ni钢低温性能的作用主要是由裂纹扩展功完成,回火温度对9 Ni钢接头低温性能的作用是由裂纹形成功来完成;QLT优化方案为淬火温度800℃、中间淬火温度670℃、回火温度570℃,其淬火温度对9Ni钢低温性能影响很少,中间淬火温度对9Ni钢材焊接接头低温性能影响主要由裂纹扩展功完成,回火温度对9Ni钢接头低温性能的作用主要是由裂纹扩展功完成。

9Ni钢手工电弧焊焊接接头组织与性能研究

针对运输船用9Ni钢,研究手工电弧焊焊接工艺下9Ni钢焊接接头的组织与理化性能。组织分析表明,手工电弧焊下9Ni钢的焊缝组织由奥氏体和析出相组成,结晶形态为规则树枝状晶,且方向性较明显;焊接热影响区组织由板条马氏体组成,焊接粗晶区板条马氏体组织分布较均匀,偏析较分散,强韧性和机械性能不错。化学成分分析表明,9Ni钢板焊缝的化学成分与母材匹配性良好。焊接理化性能试验表明,手工电弧焊下焊接接头的低温韧性等性能满足标准要求,结合理论性能及断口分析,手工电弧焊焊接接头的低温韧性表现良好。

低温管线用9Ni钢焊接接头腐蚀条件及性能研究

9Ni钢是一种具有在极低温度下韧性好、抗压性能强、强度高等特点的低碳调质钢。文中试验材料为ENiCrMo-4型镍基焊丝,采用手工钨极氩弧焊焊接9Ni钢,对获得的无损检验和力学性能测试均满足标准和项目要求的焊接接头进行酸性环境的腐蚀研究。文中基于工程项目管线服役环境的介质条件,采用2种腐蚀条件对焊接接头进行氢致开裂试验和硫化物应力腐蚀开裂试验研究。研究结果表明:9Ni钢焊接接头在NACE MR0175标准溶液(φ(H_(2)S)99.5%)腐蚀条件下,氢致开裂试验试样和硫化物应力腐蚀开裂试验试样均出现开裂现象;9Ni钢焊接接头在拟合腐蚀介质(φ(H_(2)S)0.8%)条件下,硫化物应力腐蚀开裂(SSC)试验试样和氢致开裂(HIC)试验试样均无开裂现象。

海洋平台9Ni钢手工氩弧焊和全自动氩弧焊工艺研究及对比

9Ni钢在LNG储存和运输设备上有大量的使用经验,但在海洋平台低温高压并兼有耐蚀要求的工艺管线焊接中却鲜有应用。文中针对9Ni钢在海洋平台高压、低温、耐蚀工艺管线中的使用开发了手工氩弧焊和全自动氩弧焊2种焊接工艺,对2种焊接工艺获得的焊接接头开展相关力学性能及腐蚀性能测试,均满足技术要求。全自动氩弧焊焊接效率高,线能量较低,焊工劳动强度低,适用于预制口的焊接;手工氩弧焊操作灵活,适用于海洋平台现场口的焊接。

超低温压力容器用9Ni钢的冶炼生产实践

介绍了某钢厂采用120 t转炉→LF炉→扒渣/捞渣→LF炉→VD炉→板坯连铸工艺生产超低温压力容器用9Ni钢的冶炼实践情况,采用转炉+LF炉脱碳脱磷工艺,控制转炉出钢w[P]≤0.009%、w[C]≤0.05%,炉后平均脱P率74.3%,平均脱碳率51.2%,生产过程中,P的控制难度相比C的控制难度大。采用扒渣工艺下钢水的平均返磷率为16.89%,而捞渣工艺下钢水的平均返磷率为22.61%,扒渣工艺下钢水的返磷率低,但生产节奏长15~20 min,钢水量损失平均增加3.1 t/炉。镍板由转炉废钢槽加入调整为全部由LF炉加入后,Ni平均收得率提高了3.74%。通过对生产工艺的优化,中间包钢水P、S、N、T. O、C满足内控要求,钢水纯净度高,铸坯低倍中心偏析达到C类1.0~1.5级,表面质量良好,轧制钢板在-196℃下性能优良。

9Ni钢焊接接头弯曲试验开裂分析

针对弯曲试验中9Ni钢焊接经常发生焊接接头试样开裂,焊接接头的质量不满足LNG液货罐产品的建造标准要求的问题,对9Ni钢焊接工艺进行改进,通过系列焊接试验,找出弯曲试样开裂的原因并制定相应的改进对策,将改进后的焊接工艺用于试板焊接,试板焊接接头的各项力学性能满足规范要求,且附加的侧向弯曲试样弯曲后也没有出现开裂缺陷。将新焊接工艺应用于9 500 m^(3)LNG运输船C型液货罐的焊接,所有焊接试板均选用10 mm厚的侧弯试样弯曲检测合格,9Ni钢的焊接质量获得了船级社认可,侧弯试样的使用使焊接试板的长度尺寸缩减了一半,既提高了检测效率又节省了试验材料。

热处理工艺及Nb微合金化对9Ni钢组织性能的影响

为了适应LNG燃料罐、储罐使用需要,对9Ni钢进行冶炼、轧制关键工艺控制,研究两相区热处理工艺及Nb微合金化对组织性能的影响。结果表明,随着亚温淬火温度的升高,屈服强度、抗拉强度、屈强比先降低后升高。随着回火温度的升高,屈服强度与抗拉强度逐渐降低,伸长率升高;当回火温度为600℃时,屈服强度与抗拉强度达到最低值,伸长率达到最高值。亚温淬火态组织呈现大、小晶粒并存状态,有助于降低钢板屈强比。Nb微合金化9Ni钢板成品组织主要为回火索氏体组织及3%~8%残余奥氏体。0.015%Nb的加入使9Ni钢平均屈服强度提高约50 MPa,抗拉强度提高约40 MPa,-196℃横向夏比V型冲击吸收能提高约40 J。

LNG储罐9Ni钢焊接接头射线检测试验研究与工程应用

9Ni钢具有良好的机械性能、可焊性以及低温韧性,已广泛应用于LNG低温储罐。但由于LNG储罐焊缝余高的存在,9Ni钢材料的焊缝和母材对射线的吸收性不同,常规胶片技术的底片质量往往难以满足标准要求,给射线检测带来很大的困难。文章通过对数字射线技术和常规胶片技术进行成像效果比对与分析,得出了数字射线技术的成像质量优于胶片技术的结论,再通过合理的工艺设置,成功解决了9Ni钢焊接接头检测难题。此外,文章还以某容积为20万m 3的LNG低温储罐为例,对数字射线技术在LNG安装工程项目中的应用情况进行了介绍,应用结果显示,数字射线技术在成像质量和检测工时两个方面具有显著优势,有望得到进一步的推广应用。

离心压缩机叶轮用9Ni钢的热处理

9Ni钢常用于制作压缩机叶轮,能在-196℃的超低温下使用。对9Ni钢进行了从900℃氮气冷却的正火、从820℃氮气冷却的一次淬火、从两相区温度680℃油冷的二次淬火、590℃回火、-196℃深冷处理和520℃稳定化处理。热处理后检测了钢的力学性能和显微组织。结果表明:9Ni钢的力学性能满足要求,显微组织为回火马氏体和约11%的残留奥氏体。

9%Ni钢中沉淀奥氏体的形成过程及其在深冷下的表现

研究了9%Ni钢在两相区温度保温时沉淀奥氏体的析出过程及其对低温冲击韧性的影响。结果表明:在两相区保温由于C,N及Ni的重新分布,形成富Ni,Mn及C,N的奥氏体富集区及相对纯化的铁素体富集区,两者呈深浅相间的条带状组织。中温转变的奥氏体冷却到室温时部分转变成马氏体。这种第二代马氏体与奥氏体高度细化,并交织在一起形成复杂的组织。而奥氏体中高度富集C,N及Ni,它在极低温度下仍很稳定。低温冲击断口的撕裂岭都是沉淀奥氏体密集的,它们沿撕裂方向拉长。说明细碎的马氏体与奥氏体交织的组织既保持一定的强度也提高了低温韧性,这同回转奥氏体吸收杂质纯化基体密切相关。

低温LNG储罐用9Ni钢全自动氩弧焊在施工中的应用探讨

目前国内LNG储罐9Ni钢普遍采用手把焊条电弧焊,本文通过寻求另一种焊接工艺,突破传统的焊条电弧焊焊接技术的局限性,利用研发的数字化全自动焊接系统对9Ni钢进行全自动焊接,该技术于2021年3月在某LNG储罐内罐焊接施工过程中成功应用。

7Ni钢和9Ni钢的显微组织

采用常规生产工艺制作了7Ni钢,在力学性能、CCT曲线、微观组织等方面与9Ni钢进行了对比。结果表明,7Ni钢与9Ni钢的CCT曲线、显微组织和力学性能均相近,但7Ni钢的屈强比较低。7Ni钢中Cr、Mo合金元素的加入,弥补了因Ni的质量分数降低2%造成的强度下降。7Ni钢经两次淬火+高温回火热处理后,获得的奥氏体量与9Ni钢相比虽略有差异,但形成了晶粒更加细小的薄膜状奥氏体,同样有利于韧性的提高。

两相区热处理过程中回转奥氏体的形成规律及其对9Ni钢低温韧性的影响

通过XRD测定了9Ni钢中的回转奥氏体含量,并采用EBSD技术观察其在基体上的分布,研究了两相区热处理后回转奥氏体含量、分布及其稳定性的变化以及这些因素对9Ni钢低温韧性的影响.结果表明:经过两相区处理后,9Ni钢的低温韧性有不同程度的改善,其中两相区处理温度为650℃时,-196℃的冲击功最高,达到177J,此时测得的回转奥氏体含量也最多,达到10.15%,表明回转奥氏体含量对9Ni钢的低温韧性有重要的影响.EBSD结果则表明:经两相区处理,回转奥氏体不仅在晶界和板条束界形成,也在晶内的板条界上形成,因此即便在其含量低于淬火+回火处理的条件下,9Ni钢的低温韧性也有明显提高,证明同转奥氏体的分布也是影响9Ni钢低温韧性的一个主要因素.对稳定性的分析显示,在本文的工艺条件下,回转奥氏体的稳定性均未达到最佳.

9Ni钢的热处理及低温韧度

介绍了不同的热处理规范对9Ni钢的低温韧度的影响,对9Ni钢低温韧度的机理进行了总结与探讨。9Ni钢具有良好低温韧度的机理,一种解释是回转奥氏体阻止裂纹的扩展即裂纹尖端钝化效应。另一种解释是回转奥氏体发生形变诱发马氏体转变,阻止了裂纹的萌生和扩展,还有一种解释是回转奥氏体吸收使铁素体变脆的C、N等元素,使基体得到净化,从而提高低温韧度,即回转奥氏体的净化作用。

9Ni钢中回转奥氏体的形成规律及其稳定性

采用XRD法测定了不同温度回火后9Ni钢中的回转奥氏体含量,并结合显微组织的变化,研究了回转奥氏体的形成规律及其对性能的影响。同时,采用多种方法研究了所形成的回转奥氏体的稳定性。结果显示:540℃回火时,回转奥氏体的生成比较困难;570℃回火后其含量达到4.47%,且稳定性较高;570～600℃之间回火,测得的回转奥氏体缓慢增加,稳定性则逐步降低;600℃以上回火,回转奥氏体快速增加,并在630℃左右达到峰值,但稳定性显著降低;回火温度超过630℃,保温期间生成的奥氏体更多,但稳定性更低,其中很大一部分在水冷过程中又发生相变,使最终测得的回转奥氏体含量又快速降低。结果也表明,通过分析回转奥氏体和基体点阵常数的变化趋势能够更加准确地确定回转奥氏体的稳定性。

热输入对9Ni钢焊接接头组织及低温冲击性的影响

采用不同焊接工艺对9Ni低温钢进行埋弧焊接,通过金相显微镜和扫描电镜对其焊缝和热影响区微观组织及断口形貌进行了观察,研究了热输入对焊缝组织及低温韧性的影响.结果表明,随着热输入的增大,9Ni钢的焊缝中枝晶偏析减弱,析出相含量减少,断口韧窝尺寸变大变深,使焊接接头低温冲击性升高.不同热输入下焊接接头各个部位-196℃的冲击吸收功也高于标准值,硬度均小于标准规定的400HV,均满足使用要求.研究结果对9Ni钢的实际焊接提供了理论依据,对正确制订焊接工艺具有一定的指导意义.

微合金化3.5Ni钢的强化机理

从固溶强化、析出强化和细晶强化三个方面对微合金化3.5Ni钢的强化机理进行了分析研究,同时计算了三种强化方式对强度的贡献。结果表明:3.5Ni钢进行Nb,Ti微合金化后,通过适当的工艺控制,钢中可以析出较多均匀细小的Nb(C,N),NbTi(C,N)球形颗粒和Ti N方形颗粒。这些细小粒子一方面产生析出强化的效果;另一方面钉扎奥氏体晶界,阻止晶粒长大,从而产生强烈的细晶强化效果。强度的理论计算值和实测值非常接近,同时,与国家标准CCS1996《钢质海船入级与建造规范》中的要求相比,有超过20%的余量。

两相区热处理工艺对9Ni钢性能的影响

利用X射线衍射和扫描电子显微镜研究了不同热处理后9Ni钢中回转奥氏体的含量及其分布,并测定了两相区热处理(QLT)各阶段钢中的回转奥氏体含量,讨论了此过程中9Ni钢组织的演变,进而分析了该工艺对9Ni钢力学性能的影响规律及其机理。结果表明:经两相区热处理后,回转奥氏体的分布状态及稳定性对9Ni钢力学性能的影响更加显著。

双相区保温温度对9Ni钢组织性能的影响及增韧机理

研究了双相区保温温度对9Ni钢组织和力学性能演变的影响规律,分析了双相区热处理的增韧机理。结果表明:在双相区670℃左右保温淬火回火后,成品板的屈服强度可达到600 MPa以上,-196℃横向冲击功高达249 J且塑性最佳。显微组织分析结果发现,670℃条件下部分区域内的马氏体板条间形成了γ相,有利于淬火后提高材料平均晶界取向差并增加逆转奥氏体(γ')的形核点。讨论了9Ni钢双相区热处理的增韧机理:材料平均取向差增加,晶粒得到有效细化,使得基体钝化裂纹和增加裂纹扩展路径作用强化;γ'量(体积分数)增加、碳过饱和度降低使得材料塑性增加,这有利于扩大裂纹前端塑性形变区以实现增韧。碳过饱和度降低时仍能保持高强度的原因在于双相区保温过程中细化了组织,通过细晶强化予以补偿。

9Ni钢中马氏体间规则界面结构的电镜研究

利用HREM研究了9Ni钢中相邻马氏体（α）之间的取向关系和晶界结构。观察表明，同—马氏体束内两相邻马氏体片基本满足三种界面关系，即［0011］α1／／［1111］α2，（110）α1／／（110）α2关系和（110）α1与（110）α2夹角分别为5．3°与10．6°的小角晶界关系．马氏体间的界面为半共格的规则界面，由台阶和位错组成。