06Ni9DR低溫容器用鋼板06Ni9DR，一般叫其9Ni或9鎳鋼，國(guó)內(nèi)舞陽(yáng)鋼廠與太鋼、萊鋼等生產(chǎn)。9Ni鋼在LNG儲(chǔ)罐中的應(yīng)用分析:隨著全球能源資源的多樣化，未來(lái)國(guó)內(nèi)對(duì)LNG終端結(jié)構(gòu)材料的需求量將會(huì)非常大，開(kāi)發(fā)相應(yīng)結(jié)構(gòu)的材料將成為能源戰(zhàn)略調(diào)整的重要環(huán)節(jié)之一。LNG的溫度為-162℃，要求其結(jié)構(gòu)材料在極低溫度下具有一定強(qiáng)度和韌性。目前超低溫度用材料主要有以下幾種：奧氏體不銹鋼、鎳基合金、鋁合金和9Ni鋼。相對(duì)與奧氏體不銹鋼和奧氏體鐵-鎳合金，9Ni鋼成本更低，相對(duì)于鋁合金，9Ni鋼具有更好的力學(xué)性能，因此LNG儲(chǔ)存和運(yùn)輸設(shè)備的結(jié)構(gòu)材料國(guó)際上普遍使用9Ni鋼。其中, 9Ni鋼是惟一可以在- 196℃使用的鐵素體低溫用鋼,其-196℃的夏比沖擊功達(dá)到200～230J ,是深冷環(huán)境下使用的韌度最好的材料。楊方方13693758697

1 9Ni鋼材料

 LNG儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)溫度為-165℃,由于設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮到用氮?dú)饫淠龝r(shí)可能出現(xiàn)的溫度,故設(shè)計(jì)溫度范圍在-165～-196℃。9Ni鋼自20世紀(jì)40年代開(kāi)發(fā)以來(lái),由于其強(qiáng)度高、低溫韌性好,且成本比Ni2Cr不銹鋼低而逐漸被廣泛采用。1956年9Ni鋼被列入ASTM標(biāo)準(zhǔn)。1982年以后, 9Ni鋼成為低溫儲(chǔ)罐的主材,逐漸取代了Ni-Cr不銹鋼,被世界各國(guó)普遍作為常壓液態(tài)LNG和常壓液氮的設(shè)備用鋼。9Ni鋼屬于鐵素體型低溫用鋼,具有較高的強(qiáng)度和較好的韌性。依據(jù)合金成分, 9Ni鋼屬于中合金鋼,但由于用其制造設(shè)備的設(shè)計(jì)溫度定位在- 165～-196℃范圍,故其原材料本身和制造中涉及到影響脆性轉(zhuǎn)變溫度的因素顯得十分關(guān)鍵。影響9Ni鋼脆性轉(zhuǎn)變溫度的主要因素為晶粒度、組織結(jié)構(gòu)、合金元素和雜質(zhì)。

2 、9Ni化學(xué)成分在影響9Ni鋼脆性轉(zhuǎn)變溫度的主要因素中,合金元素和雜質(zhì)含量都與化學(xué)成分密切相關(guān)。

9Ni鋼化學(xué)成分設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1：表1 9Ni鋼的化學(xué)成分元素     

            C        Si      Mn      P    S    Ni

ASTM A553 ≤0.13 0.15～0.30 ≤0.90 ≤0.035 ≤0.04 8.50～9.50

ASTM A353 ≤0.13 0.15～0.45 ≤0.98 ≤0.040 ≤0.035 8.40～9.60

BS1501-509 ≤0.10 0.10～0.30 0.30～0.80 ≤0.030 ≤0.025 8.75～9.75

VDEh680 ≤0.10 0.10～0.35 0.30～0.80 ≤0.035 ≤0.035 8.50～9.50

JIS G 3127 ≤0.12 ≤0.30 ≤0.0.90 ≤0.025 ≤0.025 8.50～9.50

各合金元素的影響：C——碳化物析出會(huì)造成孔蝕，一般控制在＜0.08%；Mn——奧氏體相穩(wěn)定化元素，提高耐磨性及氮的固容量；Si——有助于高溫耐高溫氧化及耐酸蝕性能；Ni——穩(wěn)定化元素，減輕脆性并改善機(jī)械性能，增強(qiáng)耐酸能力。楊方方13693758697

9Ni鋼的鋼板使用時(shí)，應(yīng)注意以下幾方面：

(1)9Ni鋼化學(xué)成分標(biāo)準(zhǔn)的范圍要求應(yīng)嚴(yán)格,如Si質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.15%～0.30%,Ni質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8.50%～9.50%；

(2)一般來(lái)說(shuō),標(biāo)準(zhǔn)允許P和S的最大值約10倍于9Ni鋼板的實(shí)物值,也就是說(shuō)：①當(dāng)9Ni鋼用于-196℃的設(shè)計(jì)條件時(shí),必須大幅降低P和S含量；②9Ni鋼的設(shè)備制造要求盡可能地降低P和S含量,以保證9%Ni鋼的設(shè)備能夠滿足設(shè)計(jì)溫度為-196℃時(shí)的使用要求。楊方方13693758697

(3)9Ni鋼化學(xué)成分設(shè)計(jì)時(shí)人為加入和控制的關(guān)鍵合金成分為Ni和Mn,在控制方法許可的條件下,趨于得到較大值。

(4)對(duì)其他殘余合金成分應(yīng)嚴(yán)格控制

3、9Ni鋼板標(biāo)準(zhǔn)

GB 24510-2009 EN 10028-4-2003 JIS G3127-2005 CCS-2007 ASME

9Ni490 X8Ni9+NT640 SL9N520 9Ni SA-353

9Ni590A X8Ni9+QT680 SL9N590  SA-553-1

雙正火+回火(NNT)：899℃（第一次正火）+788℃（第二次正火）+566~607℃（回火）淬火+回火(QT)：866℃(淬火)+566~607℃(回火)兩相區(qū)淬火(IHT)：800℃(空冷)+670℃(水淬)+550~580(回火)直接淬火(DQ-T)：Ar3+580℃(回火)合格的鋼板金相中含有5~15%的穩(wěn)定殘余奧氏體組織（逆轉(zhuǎn)奧氏體）。含0.38%左右的鉬，可以消除從奧氏體溫度緩慢冷卻時(shí)的脆化。楊方方13693758697

4、 9Ni鋼的熱處理 9Ni鋼是在深冷條件下使用的鐵素體型低溫鋼,經(jīng)適當(dāng)?shù)臒崽幚砗?在77K下沖擊韌度有大幅度的提高?，F(xiàn)有9Ni鋼的熱處理有三種基本規(guī)范,即正火+正火+回火(NNT)、淬火+回火(QT)、淬火+亞溫淬火+回火(IHT)。

4.1正火+正火+回火(NNT) 9Ni鋼的第一次正火為900℃空冷,保溫時(shí)間根據(jù)板厚決定,大約是2.4min/mm,但必須保證保溫時(shí)間大于15min,第二次正火在790℃左右空冷,保溫時(shí)間和第一次要求一樣,回火是在550～580℃空冷或水冷,保溫時(shí)間和正火處理要求的一樣。正火處理的目的是細(xì)化奧氏體晶粒,奧氏體晶粒越細(xì)小, 9Ni鋼熱處理后的強(qiáng)度越高,塑性越好,沖擊韌度也越高。但如果正火溫度過(guò)高,或在高溫下保持時(shí)間過(guò)長(zhǎng),會(huì)使鋼的奧氏體晶粒長(zhǎng)大,將顯著降低鋼的沖擊韌度與裂紋擴(kuò)展功和提高脆性轉(zhuǎn)變溫度。因而,第一次正火溫度要高于Ac3或ACM其目的是細(xì)化晶粒。第二次正火溫度稍低,是為了使其發(fā)生相轉(zhuǎn)變,獲得板條狀馬氏體組織,回火是為了是獲得α相和少量的富碳、鎳奧氏體。

4.2調(diào)質(zhì)處理(QT)與雙相區(qū)處理(IHT)調(diào)質(zhì)處理時(shí), 9Ni鋼的淬火溫度一般為800～900℃,同時(shí)保溫足夠的時(shí)間以使其完全奧氏體化后,在565～635℃回火,回火時(shí)間按1.2min/mm計(jì)算，但至少大于15min。9Ni鋼的雙相區(qū)處理是在調(diào)質(zhì)的基礎(chǔ)上,在回火前進(jìn)行(α+γ)雙相區(qū)處理,目的是使組織分布更加彌散、均勻。9Ni鋼淬火后的組織為低碳板條狀馬氏體,回火后得到的基體組織是回火馬氏體以及部分回轉(zhuǎn)奧氏體。9Ni鋼經(jīng)過(guò)(α+γ)雙相區(qū)處理后,其-196℃沖擊韌度比調(diào)質(zhì)熱處理的提高0.5～1倍,甚至優(yōu)于1Cr18Ni8Ti不銹鋼,強(qiáng)度也是1Cr18Ni8Ti不銹鋼的2倍,抗回火脆化能力也大大提高。在現(xiàn)有三種熱處理工藝中,經(jīng)雙正火(NNT)熱處理的9Ni鋼其低溫韌度較差,調(diào)質(zhì)熱處理的次之, (α+γ)雙相區(qū)處理的低溫韌度最好。

5、 9Ni鋼力學(xué)性能 9Ni鋼的強(qiáng)度極限高,而且在低溫時(shí),會(huì)進(jìn)一步大幅度提高(韌性降低)。對(duì)于經(jīng)QT熱處理的9Ni鋼,常溫下的屈強(qiáng)比約為0. 85,且存在較高的冷作硬化傾向。因此,用9Ni鋼進(jìn)行設(shè)備制造時(shí),應(yīng)嚴(yán)格控制成型和組對(duì)工藝,防止裂紋,特別是表面裂紋的產(chǎn)生。9Ni鋼的力學(xué)性能見(jiàn)表2。表29Ni鋼的力學(xué)性能力學(xué)性能 06Ni9DR（9%Ni）屈服強(qiáng)度Rel（MPa）或σb 680-820屈服強(qiáng)度Rel（MPa）或σs 厚度5～30mm Rel≥585；厚度>30mm Rel≥575延伸率A（%）或σ5 ≥18冷彎試驗(yàn) b=2a 180°d=3a夏比沖擊力 三個(gè)平均（J） ≥100單值（J） ≥70實(shí)驗(yàn)溫度（℃） -196試驗(yàn)形狀 2