热处理工艺对3.5%Ni和9%Ni钢低温韧性影响的研究

发布时间：2020-06-30 22:20

【摘要】：随着我国石油和化工行业的高速发展,对液化天然气(LNG)和液化乙烯气(LEG)的需求量急剧增加,因而镍系低温用钢的需求量也显著增加。由于近年LEG储罐和LEG船开始向大型化方向发展,这不仅对镍系低温用钢的强度提出更高的要求,同时还要具有优异的低温韧性。因此低成本、高性能的镍系低温用钢的研发,受到了国内外众多专家、企业的广泛关注。本文选取镍系低温用钢常见的3.5%Ni钢和9%Ni钢作为研究对象,系统地研究终轧温度、QT和QLT热处理工艺对实验钢的显微组织和力学性能关系的影响规律;同时利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、和X射线衍射(XRD)法等试验设备,重点研究了3.5%Ni和9%Ni钢的精细显微组织结构对低温韧性的影响。本文研究结果如下:(1)分别对3.5%Ni钢进行8种热处理工艺,研究了各种热处理工艺条件下3.5%Ni钢的显微组织和力学性能的关系:3.5%Ni钢经NT热处理后得到的显微组织为铁素体和珠光体,珠光体中渗碳体呈现球化状态。与热轧态和正火态相比,晶粒明显细化,这种显微组织状态是3.5%Ni钢具有良好的低温韧性原因之一;3.5%Ni钢经QT、QLT、QQT热处理工艺在回火过程中产生了碳化物,合金元素在此过程中发生重新排布,形成元素富集区。细小的渗碳体作为第二相粒子分布于铁素体基体,其与孪晶马氏体消失和晶粒细化三者共同作用是提高强度和低温韧性的主要原因。(2)对9%Ni钢采用不同的终轧温度轧制,轧后分别进行QT和QLT热处理。9%Ni钢经QLT工艺和QT工艺处理得到的显微组织分别以回火索氏体和回火屈氏体为主。终轧温度为860℃-1000℃时,为再结晶区轧制,晶粒尺寸均匀;815℃和780℃时属于部分再结晶区轧制;晶粒尺寸780℃时以未再结晶区轧制为主,大部分晶粒呈现扁平状。QLT工艺下的晶粒比QT工艺下明显细化,是提高9%Ni钢强度和韧性的原因之一。在QT工艺条件下,随着终轧温度的升高,9%Ni钢的屈服强度和低温冲击功不断升高,抗拉强度逐渐降低,QLT工艺下则呈现非单调变化。对于相同的终轧温度,QLT处理的9%Ni钢屈服强度和低温冲击功均比QT处理的高。逆转变奥氏体在两相区等温过程中发生了Ni、Mn等合金元素的配分,产生了元素富集区,是提高9%Ni钢低温韧性的关键因素之一。逆转变奥氏体的数量对低温韧性具有一定的影响。
【学位授予单位】：辽宁科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG142.1;TG161
【图文】：

进口量

1.绪论世界范围的 LNG 出口和进口量（百分比）如图 1.2 所示。可以看出，卡塔尔依然是全球 LNG 最大出口贸易国，但是在全球 LNG 贸易占比从以往的 44%下降到 35%。由于新项目的投产，澳大利亚贸易占比从 2011 年 12%增加到 2016年 23%。进口方面，增长强劲的主要是中国和印度。随着中国经济迅猛发展，人们越来越重视环境污染带给生活的一些问题，因此为了保护环境的需要，使得天然气在中国市场具有良好的市场前景。由于 LNG 使用需求量的不断增加，LNG持续增加的进口量使得 LNG 产业取得了火箭式攀升，目前国内也在不断地建造LNG 接收站和 LNG 船。介于 LNG 贸易有着其特殊的特点，作为 LNG 运输链上的承载者，LNG 船被看作是漂浮在海平面上的移动管道，LNG 船是连接生产和目的地的一条纽带，其作用如图 1.3 所示。当前国内的 LNG 船的发展正处于成长期，各地也投入大量的资金和人力区建造，主要有中海、中远等集团[4]。我国预计在 2020 年前将会扩大 LNG 接收站的容量达到 500 万吨以上，同时 LNG 船的数量也有大幅度提高[5,6]。

低温韧性,元素,韧性

图 1.3 镍对低温韧性的影响Fig. 1.3 The effect of Ni on cryogenic toughness(3) Si 元素硅是重要的脱氧剂，却容易形成夹杂物而危害韧性，因此 9%Ni 钢要控制在0.15%~0.30%，且在控制氧含量的条件下，硅含量越低越好。(4) Mn 元素Mn 是置换式元素，可以置换 -Fe 中的 Fe 原子，又可以固溶在基体 -Fe 中起到固溶强化作用，产生晶格畸变。Mn 又是开启奥氏体相区元素，可与 γ-Fe 无限固溶，属于非碳化物形成元素，不与碳形成碳化物，可以细化晶粒，又可以提高 Mn/C 比，提高韧性，降低韧脆转变温度。一定量的 Mn 在某种程度上可以取代一部分 Ni，提高经济效益。(5) P、S 元素S 在钢中易和 Mn 形成 MnS 夹杂物，损害钢的韧性。P 与 S 的作用相似，不

【参考文献】