06Ni9DR一般叫其9Ni或9鎳鋼，對應(yīng)國外牌號是SA553、SA353、9Ni，國內(nèi)舞陽鋼廠與太鋼生產(chǎn)。
9Ni鋼在LNG儲罐中的應(yīng)用分析:隨著全球能源資源的多樣化，未來國內(nèi)對LNG終端結(jié)構(gòu)材料的需求量將會非常大，開發(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。相對與奧氏體不銹鋼和奧氏體鐵-鎳合金，9Ni鋼成本更低，相對于鋁合金
9Ni鋼具有更好的力學(xué)性能，因此LNG儲存和運(yùn)輸設(shè)備的結(jié)構(gòu)材料國際上普遍使用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)境下使用的韌度的材料。
1. 9Ni鋼材料
LNG儲罐的設(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,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鋼成為低溫儲罐的主材,逐漸取代了Ni-Cr不銹鋼,被世界各國普遍作為常壓液態(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。
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) 一般來說,標(biāo)準(zhǔn)允許P和S的值約10倍于9Ni鋼板的實(shí)物值,也就是說：
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；
9Ni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。
(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)對其他殘余合金成分應(yīng)嚴(yán)格控制。
3. 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) 。
3.1 正火+正火+回火(NNT)
9Ni鋼的次正火為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。但如果正火溫度過高, 或在高溫下保持時(shí)間過長,會使鋼的奧氏體晶粒長大,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,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。
3.2 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(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。
4 9Ni鋼力學(xué)性能
9Ni鋼的強(qiáng)度極限高,而且在低溫時(shí),會進(jìn)一步大幅度提高(韌性降低)。對于經(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)性能見表2。
表2 9Ni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 Rel585；厚度>30mm Rel575
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 2mmV型
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