Ni9钢的热处理和焊接

在简述超低温用Ni9钢的发展应用状况基础上,结合项目研究结果和国内外有关资料着重对Ni9钢应用中涉及到的热处理方法及焊接工艺要点进行了述评。     

9％Ni钢的焊接技术

由于天然气的需求呈日益增长的趋势,国际上油气长输管线及液化天然气的输送与储存设施工程迫切需要低温钢材料及其焊接技术.目前,我国与世界其他国家都把发展天然气储存与运输设施的建设作为能源储备战略的重要任务.研究9%Ni钢的焊接技术就是当务之急,在分析该钢焊接性的基础上,合理连用焊接方法、焊材及焊接参数才可获得低温冲击韧性优良的焊接结构.     

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。     

LNG低温储罐用9Ni钢的焊接性能研究

本文主要介绍了9Ni钢的焊接性能.从9Ni钢的成分、组织、热处理工艺、焊接材料的选择、焊接接头的低温韧性、焊接热裂纹、焊接冷裂纹、电弧的磁偏吹等方面阐述了9Ni钢材料的焊接性能.从本质上了解9Ni钢的焊接性能,为我国LNG储罐发展提供技术支持.     

两相区热处理对9Ni低温钢组织和性能的影响

对9Ni低温钢进行了不同工艺的两相区热处理试验,分析了在Ac1和Ac3之间不同温度淬火对9Ni低温钢组织和性能的影响.结果表明:两相区淬火温度的选择对9Ni低温钢最终的性能起到了决定性作用.随着淬火温度的提高,组织中出现的板条马氏体增多,经600℃回火后屈服强度逐渐提高,但低温韧性呈降低趋势.     

焊接方法对9Ni钢焊接接头组织及低温韧性的影响

通过低温冲击试验、断口扫描和金相组织观察,研究了钨极氩弧焊和手工电弧焊两种焊接方法对9Ni钢焊接接头低温韧性的影响.结果表明,钨极氩弧焊焊缝和热影响区组织细小,断口韧窝尺寸大而深,使接头低温韧性高于手工焊接头.实验结果对9Ni钢的实际焊接提供了理论依据,对正确制定焊接工艺具有一定的指导意义.     

调质热处理对Ni9钢低温韧性的影响

研究了不同的调质工艺参数对Ni9钢显微组织和-196℃下的冲击韧度的影响，并利用光镜、透射电镜（TEM）、扫描电镜（SEM）对Ni9钢在不同热处理条件下的组织形态、分布及低温冲击断口形貌进行了观察分析。结果表明：淬火介质对其低温冲击韧度影响不大；而淬火温度对Ni9钢的低温冲击韧度在一定范围内影响显著：此外，回火温度对其低温冲击韧度的影响很大，说明Ni9钢的低温韧度对回火温度敏感。     

调质热处理对Ni9钢低温韧性的影响

研究了不同的调质工艺参数对Ni9钢显微组织和-196℃下的冲击韧度的影响,并利用光镜、透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)对Ni9钢在不同热处理条件下的组织形态、分布及低温冲击断口形貌进行了观察分析。结果表明:淬火介质对其低温冲击韧度影响不大;而淬火温度对Ni9钢的低温冲击韧度在一定范围内影响显著;此外,回火温度对其低温冲击韧度的影响很大,说明Ni9钢的低温韧度对回火温度敏感。     

9Ni钢TIP-TIG焊接接头低温韧性研究

为研究TIP-TIG(TT)焊接技术在液化天然气（LNG）储罐用9Ni钢焊接中的应用价值,根据国标对9Ni钢埋弧焊（SAW）和TT焊接接头进行了低温夏比冲击韧性试验和裂纹尖端张开位移（CTOD）试验,并对接头进行了微观组织及CTOD试样断口分析。结果表明,TT焊缝和热影响区平均低温冲击吸收能量远高于SAW,低温冲击韧性更好。TT焊缝和热影响区CTOD特征值分别为0.455 mm和0.744 mm,SAW焊缝区和热影响区为0.621 mm和0.391 mm,CTOD特征值远高于常用工程标准要求,CTOD试样断口均为韧窝,断裂形式为韧性断裂。TT焊接时,送丝机的推拉振动送丝功能实现了对熔池的搅拌,使得焊缝金属成分更加均匀,细化了晶粒,也减少了焊接过程中气孔的产生;另一方面,TT焊接时采用钟摆型摆动方式,焊枪摆动也有助于晶粒的细化,从而提高焊接接头的低温韧性。将TT焊接技术运用到9Ni钢的焊接中,相比传统的弧焊方法,不仅能够获得高品质的焊接接头,还可以解决清根、大量打磨的问题,节省材料和人工成本,从而实现高效高质量焊接。     

9％Ni钢焊接工艺的研究

本文通过对9％Ni钢选用日本神钢焊材采用埋弧焊（交流）及焊条电弧焊（交流）,在焊态及560℃×6h退火态下各项性能试验的对比分析,结果证明不论是埋弧焊还是焊条电弧焊在560℃×6h退火态下其热影响区-1960CAKV冲击韧性比焊态下的韧性要好,且均有一定的富裕量;560℃×6h退火态下热影响区硬度值比焊态下有明显下降,但能满足强度要求;两种状态下焊缝组织均为奥氏体,母材及热影响区组织均为贝氏体＋马氏体;综合分析采用两种焊接方法不论是焊态下还是在退火态下其各项力学性能指标均能满足大型LNG储罐的设计要求。同时,试验结果证明9％Ni钢焊接采用小的热输入量、多层多道焊工艺,其焊接接头一定能获得良好的低温韧性。     

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 介绍了3.5Ni低温钢的热处理工艺对力学性能和微观组织结构影响的试验内容,结果表明,热轧状态的35Ni低温钢进行热处理,可以进一步细化晶粒和调整组织,提高综合力学性能。850 ℃正火及850 ℃正火+600 ℃回火处理均可以得到比较理想的低温韧性。     

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些这因素对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177 J,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,证明回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.     

热处理对9Ni钢组织和深冷韧性的影响

采用SEM,TEM,XRD等方法研究了9Ni钢经两相区热处理(QLT)和调质处理(QT)后的精细组织,奥氏体含量,深冷冲击韧性和断口。结果表明,QLT处理有利于生成奥氏体。两相区加热温度TL为660℃时,试验钢中奥氏体的体积分数为12.2%,-196℃下的夏比冲击吸收能量为148 J。经QT处理的试样含有较高的位错密度,且伴有碳化物析出,冲击韧性降低。断口分析表明,QLT处理试样为等轴韧窝断裂特征,而QT处理试样为河流状解理断裂特征。示波冲击试验表明,QLT试样失稳断裂时,产生大量塑性变形,断裂吸收能远大于QT处理试样。     

热处理工艺对9Ni钢组织和低温韧性的影响

对9Ni钢进行三种热处理工艺试验,分别为两次淬火+双相区淬火+回火（RLT）、淬火+双相区淬火+回火（QLT）、淬火+回火（QT）。采用X射线衍射仪、扫描电镜及多功能内耗仪等对不同工艺下9Ni钢的组织和低温韧性进行分析研究。结果表明,9Ni钢经QT处理后组织为马氏体+逆转奥氏体;经RLT和QLT处理后,组织中的马氏体变得细小,逆转奥氏体含量增加,并有23%左右的铁素体生成。RLT工艺下试验钢在－196 ℃下的低温冲击吸收能量最高,达到188 J,此时测得的逆转奥氏体含量也最多,为8.90%。RLT工艺下增韧归因于：晶粒细化;增加了逆转奥氏体形核点,逆转奥氏体含量增加,马氏体基体得到净化;铁素体组织粗化。     

Ni9钢焊接热影响区低温韧性的研究

采用焊接热模拟技术、-196℃示波冲击试验、金相显微分析、透射电镜分析技术考察了Ni9钢焊接热影响区粗晶区(CGHAZ)的低温韧性及其与焊接热循环的关系。结果表明,焊接热循环次数以及二次焊接热循环的峰值温度是影响其CGHAZ低温韧性的主要工艺因素;二次热循环在适当的峰值温度作用下促使钢原焊接粗晶区组织分解,并在晶界位置获得部分富Ni回转奥氏体,是原焊接粗晶区低温韧性得以改善和提高的组织成因。     

Ni9钢焊接热影响区低温韧性的研究

采用焊接热模拟技术、-196℃示波冲击试验、金相显微分析、透射电镜分析技术考察了Ni9钢焊接热影响区粗晶区（CGHAZ）的低温韧性及其与焊接热循环的关系。结果表明，焊接热循环次数以及二次焊接热循环的峰值温度是影响其CGHAZ低温韧性的主要工艺因素；二次热循环在适当的峰值温度作用下促使钢原焊接粗晶区组织分解，并在晶界位置获得部分富Ni回转奥氏体，是原焊接粗晶区低温韧性得以改善和提高的组织成因。