Ni系低温钢,就是这么任韧性

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我国能源消费过度依赖煤炭,造成大量温室气体和粉尘排放。清洁的天然气利用对我国能源结构调整、节能减排有重大战略意义。-年十年间,我国清洁能源天然气每年以近16%的速度增长。年天然气占一次能源比例由年的2.2%上升到5.6%,但还没有达到国际平均水平的四分之一!差距啊!为此,国家形成了“西气东输、北气南下、海气登陆”的天然气发展战略。“海气登陆”重点是液化天然气(LNG)的进口。需在沿海20余个城市、地区建设LNG接收站,其中特大型储罐余个。LNG储罐的内胆结构材料国际上普遍选用9%Ni钢,余个特大型储罐约需9%Ni钢50万吨。9%Ni钢是业界公认为技术含量最高、生产难度最大的钢种之一,其超低温服役环境(-℃)要求其性能必须具有高的强度、良好的超低温韧性、焊接性能、抗裂纹扩展能力等。由于钢中镍含量高达9%,因此不仅成本高,而且资源消耗量大。为什么呢?因为我国是一个“贫镍”国家,镍储量仅占全球镍储量的4%。为了减少镍的消耗,人们考虑采用更低的镍含量。例如,如果将钢中镍含量降至5%,那么吨钢节省Ni的用量达到35~40kg,材料成本降低元左右!但是5%Ni在-℃的韧性非常差,冲击功仅为30J左右。如何提高5%Ni的韧性呢?研究发现回火后形成的逆转奥氏体(γ′)是决定Ni系钢低温韧性的关键因素。然而,γ′的体积分数随钢中Ni含量的降低而降低。因此,创新生产工艺就成了唯一的出路了。▲QT工艺组织中逆转奥氏体分布采用“淬火+亚温淬火+回火(QLT)”热处理可以使5%Ni钢组织中γ′含量增加到5.7%,-℃冲击功达到了J。然而,这种工艺热循环次数多、能耗高,算下来也省不了几个钱!▲5%Ni钢QLT工艺组织中逆转奥氏体形貌如何进一步简化工艺流程呢?“工欲善其事,必先利其器”。东北大学开发了新一代控制轧制和控制冷却技术(UFC-TMCP)。在此基础上,开发了新的热处理工艺,即利用UFC将镍系低温钢板在线淬火,从而代替离线淬火工艺。流程缩短了,韧性还能满足用户要求吗?从两种热轧工艺组织可以看出,采用UFC-TMCP技术后,5%Ni钢热轧组织为细小均匀的板条马氏体;而常规工艺会形成很多的粗大铁素体和粒状贝氏体。看到了吗?出身就比常规工艺高贵了很多!▼5%Ni钢热轧组织▲(a)常规热轧▲(b)UFC-TMCP出身好了,再采用优化的热处理工艺,性能还能不好吗?看!QT工艺组织为回火马氏体,仅在原奥氏体晶界处析出少量γ′(2.3%),UFC-L-T与QLT工艺组织类似,在板条界析出了大量的针状γ′(6.1%)。冲击实验结果表明经UFC-L-T热处理后5%Ni钢板低温韧性优异,-℃时的冲击功达到了J、韧脆转变温度低于-℃!低成本高韧性的5%Ni钢板就这样应运而生!与9%Ni钢相比,韧性提高了、吨钢原料成本却降低约元!与QLT工艺相比,生产效率提高了一倍还多。长按下方


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