节镍型液化天然气工程用7Ni钢的研发及强韧化机理研究
发布时间：2022-09-28 17:51
作为一种比煤和石油更高效、更清洁的能源,液化天然气（LNG）在全球的需求量日益增长,包括我国在内的许多国家都在建设或计划建设大批LNG项目。9Ni钢是LNG储罐建造中最为常用的低温钢。随着镍价格的不断提高,镍合金化占9Ni钢制造成本的比重越来越大,节量化和低成本化成为了镍系低温钢发展的一个重要方向。如何通过合理的成分和工艺优化,在降低9Ni钢中Ni含量的前提下,使钢依然具有良好的低温性能,是节镍型低温钢研发所面临的关键问题。本文旨在开发一种与传统9Ni钢性能相当的新型节镍型7Ni钢,并探索其强韧化工艺和机理,为节镍型低温钢工业化生产提供参考。本文首先在文献调研和前期实验的基础上,大致确定了 7Ni钢成分范围和热处理工艺思路;然后对QLT工艺参数及重要合金元素对钢组织和性能的影响规律以及韧化机理进行了系统研究,并初步探讨了 7Ni钢的TMCP工艺;最终研发出了具有出色低温性能的7Ni钢。取得的主要结果如下:1.初步设计了不同Mn、Si、Nb、Cu含量的7Ni钢,对比了不同成分和不同工艺情况下的7Ni钢低温韧性,发现含低Mn、高Si及少量Nb的低温钢表现出良好的韧性。在此基础上确定了节镍型...
【文章页数】：138 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 低温钢概述
1.2.1 低温钢概念
1.2.2 低温钢的分类
1.2.3 低温钢的应用
1.2.4 低温钢的研究现状
1.3 镍系低温钢的组织特征及韧化机理
1.3.1 镍系低温钢中合金元素作用
1.3.2 镍系低温钢中的相变
1.3.3 镍系低温钢中的组织特点
1.3.4 镍系低温钢的韧化
1.4 镍系低温钢的生产工艺
1.4.1 QLT工艺
1.4.2 TMCP工艺
1.5 本论文的研究目的与内容
第2章 实验内容和方法
2.1 实验内容
2.1.1 成分设计
2.1.2 热处理实验
2.1.3 热模拟实验
2.2 实验方法
2.2.1 金相显微镜观察(OM)
2.2.2 扫描电镜观察(SEM)
2.2.3 透射电镜观察(TEM)
2.2.4 X射线衍射分析(XRD)
2.2.5 拉伸试验
2.2.6 冲击试验
第3章 7Ni钢的探索性实验及相变行为研究
3.1 引言
3.2 探索性实验
3.2.1 实验材料及方案
3.2.2 实验结果
3.3 7Ni钢相变行为研究
3.3.1 Fe-Ni二元合金平衡相图
3.3.2 7Ni钢加热过程中的相变行为
3.3.3 7Ni钢冷却过程中的相变行为
3.4 本章小结
第4章 7Ni钢QLT工艺参数的开发及对组织和性能的影响
4.1 引言
4.2 高温淬火工艺对钢组织和性能的影响
4.2.1 实验材料和方案
4.2.2 高温淬火温度对钢微观组织的影响
4.2.3 高温淬火温度对钢中逆变奥氏体的影响
4.2.4 高温淬火温度对钢低温力学性能的影响
4.3 亚温淬火工艺对组织和性能的影响
4.3.1 实验材料和方案
4.3.2 亚温淬火温度对钢微观组织的影响
4.3.3 亚温淬火温度对钢中逆变奥氏体的影响
4.3.4 亚温淬火温度对钢低温力学性能的影响
4.4 回火工艺对组织和性能的影响
4.4.1 实验材料和方案
4.4.2 回火温度对钢微观组织的影响
4.4.3 回火温度对钢中逆变奥氏体的影响
4.4.4 回火温度对钢低温力学性能的影响
4.5 本章小结
第5章 7Ni钢中重要合金元素对组织和性能的影响
5.1 引言
5.2 钢中Mn含量的影响
5.2.1 实验材料和方案
5.2.2 Mn含量对钢微观组织的影响
5.2.3 Mn含量对钢中逆变奥氏体的影响
5.2.4 Mn含量对钢低温力学性能的影响
5.3 钢中Nb含量的影响
5.3.1 实验材料和方案
5.3.2 Nb含量对钢微观组织的影响
5.3.3 Nb含量对钢中逆变奥氏体的影响
5.3.4 Nb含量对钢低温力学性能的影响
5.4 钢中Si含量的影响
5.4.1 实验材料和方案
5.4.2 Si含量对钢微观组织的影响
5.4.3 Si含量对钢低温力学性能的影响
5.5 本章小结
第6章 7Ni钢轧制工艺的热模拟
6.1 引言
6.2 7Ni钢的高温变形研究
6.2.1 高温压缩实验
6.2.2 应力—应变曲线
6.2.3 动态再结晶
6.2.4 变形阻力数学模型
6.3 7Ni钢TMCP热模拟实验
6.3.1 轧制压下量的研究
6.3.2 冷却速度的研究
6.4 本章小结
第7章 7Ni钢的韧化机理及应用可能性探讨
7.1 引言
7.2 逆变奥氏体的演变
7.2.1 实验材料和方案
7.2.2 逆变奥氏体的演变
7.2.3 影响逆变奥氏体形成的因素
7.3 7Ni钢韧化机理探讨
7.3.1 显微组织结构对低温韧性的影响
7.3.2 逆变奥氏体对低温韧性的影响
7.4 7Ni钢应用可能性探讨
7.4.1 实验材料和方案
7.4.2 7Ni钢与传统9Ni钢组织和性能对比
7.5 本章小结
第8章 总结
参考文献
个人简历
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]轧后超快冷及亚温淬火对5%Ni钢微观组织与低温韧性的影响机理[J]. 王猛,刘振宇,李成刚. 金属学报. 2017(08)
[2]Correlations of Ni Contents,Formation of Reversed Austenite and Toughness for Ni-Containing Cryogenic Steels[J]. Meng Wang,Zhen-Yu Liu,Cheng-Gang Li. Acta Metallurgica Sinica（English Letters）. 2017(03)
[3]原奥氏体晶粒尺寸对珠光体钢组织及韧性的影响[J]. 梁宇,向嵩,梁益龙,杨明,魏泽民,熊虎,李静. 材料导报. 2017(02)
[4]浦项制铁海洋工程用钢的研制方向[J]. 罗晔,王超. 四川冶金. 2016(06)
[5]Unexpected Effect of Nb Addition as a Microalloying Element on Mechanical Properties of δ-TRIP Steels[J]. Sajad Gholami SHIRI,Seyed Ahmad Jenabali JAHROMI,Yahya PALIZDAR,Majid BELBASI. Journal of Iron and Steel Research（International）. 2016(09)
[6]中国LNG接收站的发展形势[J]. 杨莉娜,韩景宽,王念榕,何军. 油气储运. 2016(11)
[7]Twin structure of the lath martensite in low carbon steel[J]. Pan Zhang,Yulin Chen,Wenlong Xiao,Dehai Ping,Xinqing Zhao. Progress in Natural Science:Materials International. 2016(02)
[8]Microstructure and Mechanical Properties of 06Cr13Ni4Mo Steel Treated by Quenching–Tempering–Partitioning Process[J]. Yuanyuan Song,Jingping Cui,Lijian Rong. Journal of Materials Science ＆ Technology. 2016(02)
[9]回火温度对5.5Ni低温钢组织和力学性能的影响[J]. 李员妹,孙新军,雍岐龙,李昭东,张可,王小江. 材料研究学报. 2015(11)
[10]Ni segregation and thermal stability of reversed austenite in a Fe–Ni alloy processed by QLT heat treatment[J]. Tao Pan,Jing Zhu,Hang Su,Cai-Fu Yang. Rare Metals. 2015(11)
本文编号：3682114
【文章页数】：138 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 低温钢概述
1.2.1 低温钢概念
1.2.2 低温钢的分类
1.2.3 低温钢的应用
1.2.4 低温钢的研究现状
1.3 镍系低温钢的组织特征及韧化机理
1.3.1 镍系低温钢中合金元素作用
1.3.2 镍系低温钢中的相变
1.3.3 镍系低温钢中的组织特点
1.3.4 镍系低温钢的韧化
1.4 镍系低温钢的生产工艺
1.4.1 QLT工艺
1.4.2 TMCP工艺
1.5 本论文的研究目的与内容
第2章 实验内容和方法
2.1 实验内容
2.1.1 成分设计
2.1.2 热处理实验
2.1.3 热模拟实验
2.2 实验方法
2.2.1 金相显微镜观察(OM)
2.2.2 扫描电镜观察(SEM)
2.2.3 透射电镜观察(TEM)
2.2.4 X射线衍射分析(XRD)
2.2.5 拉伸试验
2.2.6 冲击试验
第3章 7Ni钢的探索性实验及相变行为研究
3.1 引言
3.2 探索性实验
3.2.1 实验材料及方案
3.2.2 实验结果
3.3 7Ni钢相变行为研究
3.3.1 Fe-Ni二元合金平衡相图
3.3.2 7Ni钢加热过程中的相变行为
3.3.3 7Ni钢冷却过程中的相变行为
3.4 本章小结
第4章 7Ni钢QLT工艺参数的开发及对组织和性能的影响
4.1 引言
4.2 高温淬火工艺对钢组织和性能的影响
4.2.1 实验材料和方案
4.2.2 高温淬火温度对钢微观组织的影响
4.2.3 高温淬火温度对钢中逆变奥氏体的影响
4.2.4 高温淬火温度对钢低温力学性能的影响
4.3 亚温淬火工艺对组织和性能的影响
4.3.1 实验材料和方案
4.3.2 亚温淬火温度对钢微观组织的影响
4.3.3 亚温淬火温度对钢中逆变奥氏体的影响
4.3.4 亚温淬火温度对钢低温力学性能的影响
4.4 回火工艺对组织和性能的影响
4.4.1 实验材料和方案
4.4.2 回火温度对钢微观组织的影响
4.4.3 回火温度对钢中逆变奥氏体的影响
4.4.4 回火温度对钢低温力学性能的影响
4.5 本章小结
第5章 7Ni钢中重要合金元素对组织和性能的影响
5.1 引言
5.2 钢中Mn含量的影响
5.2.1 实验材料和方案
5.2.2 Mn含量对钢微观组织的影响
5.2.3 Mn含量对钢中逆变奥氏体的影响
5.2.4 Mn含量对钢低温力学性能的影响
5.3 钢中Nb含量的影响
5.3.1 实验材料和方案
5.3.2 Nb含量对钢微观组织的影响
5.3.3 Nb含量对钢中逆变奥氏体的影响
5.3.4 Nb含量对钢低温力学性能的影响
5.4 钢中Si含量的影响
5.4.1 实验材料和方案
5.4.2 Si含量对钢微观组织的影响
5.4.3 Si含量对钢低温力学性能的影响
5.5 本章小结
第6章 7Ni钢轧制工艺的热模拟
6.1 引言
6.2 7Ni钢的高温变形研究
6.2.1 高温压缩实验
6.2.2 应力—应变曲线
6.2.3 动态再结晶
6.2.4 变形阻力数学模型
6.3 7Ni钢TMCP热模拟实验
6.3.1 轧制压下量的研究
6.3.2 冷却速度的研究
6.4 本章小结
第7章 7Ni钢的韧化机理及应用可能性探讨
7.1 引言
7.2 逆变奥氏体的演变
7.2.1 实验材料和方案
7.2.2 逆变奥氏体的演变
7.2.3 影响逆变奥氏体形成的因素
7.3 7Ni钢韧化机理探讨
7.3.1 显微组织结构对低温韧性的影响
7.3.2 逆变奥氏体对低温韧性的影响
7.4 7Ni钢应用可能性探讨
7.4.1 实验材料和方案
7.4.2 7Ni钢与传统9Ni钢组织和性能对比
7.5 本章小结
第8章 总结
参考文献
个人简历
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]轧后超快冷及亚温淬火对5%Ni钢微观组织与低温韧性的影响机理[J]. 王猛,刘振宇,李成刚. 金属学报. 2017(08)
[2]Correlations of Ni Contents,Formation of Reversed Austenite and Toughness for Ni-Containing Cryogenic Steels[J]. Meng Wang,Zhen-Yu Liu,Cheng-Gang Li. Acta Metallurgica Sinica（English Letters）. 2017(03)
[3]原奥氏体晶粒尺寸对珠光体钢组织及韧性的影响[J]. 梁宇,向嵩,梁益龙,杨明,魏泽民,熊虎,李静. 材料导报. 2017(02)
[4]浦项制铁海洋工程用钢的研制方向[J]. 罗晔,王超. 四川冶金. 2016(06)
[5]Unexpected Effect of Nb Addition as a Microalloying Element on Mechanical Properties of δ-TRIP Steels[J]. Sajad Gholami SHIRI,Seyed Ahmad Jenabali JAHROMI,Yahya PALIZDAR,Majid BELBASI. Journal of Iron and Steel Research（International）. 2016(09)
[6]中国LNG接收站的发展形势[J]. 杨莉娜,韩景宽,王念榕,何军. 油气储运. 2016(11)
[7]Twin structure of the lath martensite in low carbon steel[J]. Pan Zhang,Yulin Chen,Wenlong Xiao,Dehai Ping,Xinqing Zhao. Progress in Natural Science:Materials International. 2016(02)
[8]Microstructure and Mechanical Properties of 06Cr13Ni4Mo Steel Treated by Quenching–Tempering–Partitioning Process[J]. Yuanyuan Song,Jingping Cui,Lijian Rong. Journal of Materials Science ＆ Technology. 2016(02)
[9]回火温度对5.5Ni低温钢组织和力学性能的影响[J]. 李员妹,孙新军,雍岐龙,李昭东,张可,王小江. 材料研究学报. 2015(11)
[10]Ni segregation and thermal stability of reversed austenite in a Fe–Ni alloy processed by QLT heat treatment[J]. Tao Pan,Jing Zhu,Hang Su,Cai-Fu Yang. Rare Metals. 2015(11)
本文编号：3682114
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