《低温储罐用钢焊接工艺研究论文》由会员分享，可在线阅读，更多相关《低温储罐用钢焊接工艺研究论文（57页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、摘 要液化石油气(LPG)具有燃烧值高，对大气无污染等特点，被誉为洁净的绿色能源,它还是优质的化工原料，因此，LPG越来越得到广泛地应用。但是LPG的缺点是易燃、易爆、相态易变等，一般采用低温液化储存。随着液化石油气行业的发展，LPG低温储罐的建设，逐渐引起人们的广泛关注。本文主要研究了低温储罐用钢的焊接性能，分析了低温储罐用钢的服役环境。通过多方比较，选择09MnNiDR钢作为低温储罐用钢的焊接材料。通过对焊接接头的组织和性能进行实验研究，确定焊接工艺要点，包括选择焊接方法，选择焊接材料，进行焊接工艺评定分析，对低温用钢焊接接头进行试验，对其金相组织进行分析，对其硬度进行测定，研究低温用钢的
2、金属焊接性，正确选择预热温度和焊后热处理等，制定出合理的09MnNiDR钢的焊接工艺。关键词：低温储罐；09MnNiDR；焊接性；工艺评定AbstractLiquefied petroleum gas (LPG) with a high combustion value, no pollution to the atmosphere, known as a clean and green energy, it is also a high quality chemical raw materials, therefore, LPG has been more widely used. But
3、the disadvantage of LPG is flammable, explosive, volatile phase etc, normally utilize liquid storage. With the development of liquefied petroleum gas industry, LPG storage tanks at low temperature construction, has gradually attract peoples attention. This paper studies the low-temperature storage t
4、ank of steels welding performance and service environment. Through various comparison, select 09MnNiDR steel as low-temperature storage tanks welding material. On microstructure and properties of welded joints to conduct experimental research to determine the welding process elements, including the
5、choice of welding method, welding material selection, welding procedure qualification analysis, study on welded joints of low-temperature steel, analysis the microstructure, test the hardness, measure the metal welding of low temperature steel, and choice the correct preheating temperature and post
6、weld heat treatment etc, to draw up a reasonable welding process of 09MnNiDR steel.Key word：low-temperature storage tank；09MnNiDR；welding property； process analysis目 录第1章 绪论11.1 低温储罐在工业生产中的应用11.2 低温储罐用钢概况21.3 本课题研究的意义及内容2第2章 低温储罐的焊接理论基础42.1 低温储罐所用金属材料42.2 低温储罐用焊接材料72.3 低温储罐用钢的焊接性92.4 低温储罐焊接工艺方法122.5
7、 低温储罐用钢焊接条件的选择142.6 焊接缺陷对接头性能的影响16第3章 低温储罐用钢焊接试验183.1 试验用钢及其化学成分和力学性能183.2 试验用钢09MnNiDR的焊接性试验183.3 09MnNiDR焊接接头力学性能试验223.4 09MnNiDR焊接接头的断裂性能试验223.5 09MnNiDR焊接接头金相及硬度试验26第4章 09MnNiDR焊接接头试验结果及分析274.1 09MnNiDR的焊接性试验274.2 09MnNiDR焊接接头断裂性能试验294.3 09MnNiDR焊接接头破坏性试验324.5 09MnNiDR焊接的综合工艺评定36结 论38参考文献39致 谢40
8、第1章 绪论1.1 低温储罐在工业生产中的应用所谓“低温用钢”指的是在-10温度以下使用的钢材。低温用钢是第二次世界大战以后发展起来的新型结构钢，它是在20世纪60年代之后伴随低温工业和能源工业发展起来的，并随着液化气体的贮藏和输送的需求的增大而激增，还用于磁浮、发电、输电，而且液氮及液氦等低温材料已达到工业化的规模。从最低使用温度来看，达-30的寒冷地区的建筑物、达-45的液化丙烷气(LPG)、达-100的液化乙烯、-170的液化天然气(LNG)、-196的液化氮气、-269的液化氦气等，它们的低温使用条件越来越严酷，这也推动了相应的低温材料发展。-180温度以下的超低温用的金属材料有wNi
9、为9%的镍钢、铝合金、奥氏体不锈钢、高镍合金钢(36Ni-Fe)及复合材料等。20世纪60年代液化气的需求量大增，于是对能够与退火wNi为3.5%镍钢相匹敌的铝镇静钢或热处理的低镍钢进行了大量的研发开发。终于在1973年开发了用于液化乙烯(沸点-103.5)的调质型wNi为3.5%的镍钢及Cr-Cu-Ni-Al系钢，在1970年以后开发了能够取代wNi为9%镍钢焊接材料Inconel合金的低镍37Ni-5Mn-10Cr及其同质材料。1975年前后，随着天然气的开发，经过特别双重淬火+回火进行调质处理的wNi为5%的镍钢及一般调质处理的wNi为8%的镍钢开发成功。到20世纪80年代末已开发出约1
10、00种低温用钢。液化丙烷(LPG)及液化天然气(LNG)的沸点非常低，它们的贮藏及输送装备必须用低温韧性优良的材料来制造。由于铁素体系钢的破坏形态随着工作温度的降低会发生有延性破坏到脆性破坏的转变，所以其工作温度不能在这个转变温度以下。钢中的镍含量对这个转变温度有明显影响，转变温度随着钢中镍含量的增加而下降。液化丙烯用正火或正火加回火非调质的wNi为2.5%的镍钢，液化乙烷选用wNi为3.5%的镍钢，而欧美等国则选用5%Ni钢等镍含量较高的材料。从-162的液化天然气(LNG的主要成分是甲烷)到-196的液化氮气则广泛使用铝合金及wNi为9%的镍钢等。液化天然气可使用ASTM认可的经三段热处理
11、的wNi为5%、6%的镍钢或调质的wNi为8%的镍钢。此外，日本焊接协会标准WES-3003低温用钢板判定标准规定：在液氮-196以下温度要使用无脆性转变的面心立方材料，如铝合金及奥氏体不锈钢(Cr-Ni系或非Cr-Ni系)等1。液化丙烷(LPG)、液化天然气(LNG)以及液氮它们基本都是以储罐或是管道的形式进行贮藏和输送。管道输送不仅只适用于大批量的输送，而且建造时间长以及成本比较高都成为管道发展的一个瓶颈。而对于储罐，我们不仅可以用它来进行贮藏，而且在输送的过程中可以到达很多管道无法道达的地方，并且能快速的将所需的液化气体小批量多批次地及时送达，因此低温用储罐的发展及研究得到了人们的广泛关
12、注。而绝大多数的低温用储罐都是通过将低温用钢材经过一定的成型，最后通过焊接成型的工艺制造的，因此低温用储罐的焊接也成为人们广泛研究的方向。1.2 低温储罐用钢概况我国低温钢现行标准GB 3531低温压力容器用低合金钢钢板中规定16MnDR、15MnNiDR、09MnNiDR三种低温钢，其中16MnDR为无镍低温钢，15MnNiDR、09MnNiDR是两种有镍钢，使用温度从-30-70，除GB 3531规定的三种低温钢外，07MnNiCrMoVDR由于其良好的低温冲击韧性，在-40的低温冲击功值大于等于47J，在GB 1501998中被推荐为低温用钢2。16MnDR钢是制造-40低温设备用的经济
13、而又成熟的钢种，可制造液氨等设备。15MnNiDR和09MnNiDR属镍系低温钢，具有良好的低温韧性和焊接性。-70级的09MnNiDR低温钢在乙烯、化肥、城市煤气、二氧化碳等低温装置中得到了广泛的应用。这样，在我国只有标准规定的设计温度大于等于-70的低温用材料，当设计温度低于-70时就必须选用价格较贵的国外材料或不锈钢材料了。到目前为止，我国的低温钢材料没有形成一个完整的体系，而且在品种、规格尺寸、某些技术条件以及供货时间和经济性要求等方面还不能满足使用要求，以致需要大量从国外进口低温钢材料。国外研制、使用低温钢已有七、八十年历史，己建立了完善的低温钢体系，低温钢品种繁多，质量优良，而国产
14、低温钢尚未形成体系，而且品种也较少，国内大部分低温钢市场被国外所垄断。ASME规范推荐使用的低温钢主要是无镍、有镍(5%Ni、8%Ni、9%Ni)、不锈钢及铝合金。无镍低温钢的使用温度在-60以上，有镍低温钢、不锈钢及铝合金的使用温度可达到-196以下。ASME规范要求低温时使用的镍系低温钢SA353、SA553、SA645要进行低温冲击试验，并规定了其试验方法和合格标准，冲击试验的温度应是受压时的最低温度或储存低温液体的温度二者之中较低的温度。ASME规范所推荐的低温钢因其优越的使用性能，得到世界各国的广泛使用，我国正在建造的大型低温储罐大都使用美国ASME规范的低温钢材料3。1.3 本课题
15、研究的意义及内容本试验用钢是由武汉钢铁集团研制生产的09MnNiDR钢板，厚度为24mm，交货状态为正火；09MnNiDR 钢是目前国产钢中使用温度最低，作为-70级 0.5%Ni低温钢代替进口低温钢材得到了较广泛的应用。09MnNiDR 钢板的技术条件已处于国际领先水平。该钢作为-60-70低温压力容器用钢及配套焊接材料的研制工作，是“七五”国家重大技术设备科研攻关的共性技术项目，近十年来已有近20家工厂采用焊条电弧焊、埋弧焊等工艺制造出不同设计温度(-28-65)的产品。到2000年已达到“焊条电弧焊+埋弧焊”-65冲击韧度合格。最近还有用进口 2.5%Ni、3.5%Ni 焊丝、焊剂以满足-70冲击韧度的报道。本次研究在调研国内外低温储罐所使用的钢材、焊材的基础上，国产 09MnNiDR性能进行对比试验、研究。对其进行了焊接性试验、焊接接头断裂性能试验、金相及硬度试验、破坏性试验等。以评定09MnNiDR低温钢材的综合性能,论证其在液化石油气(LPG)低温储罐建设中的重要性，完善低温低压液化石油气钢制焊接储罐施工与验收规范。第2章 低温储罐的焊接理论基础2.1 低温储罐所用金属材料低温容器所用金属材料主要包括镍铬合金钢、碳锰硅钢和铝合金等。铝合金的使用范围一般作为低温液体的生产、储存和运输容器，以及宇宙飞船和火箭结构中液体燃料和氧
