為了應(yīng)對(duì)世界范圍的能源危機(jī),中國(guó)正在緊鑼密鼓建立石油戰(zhàn)略儲(chǔ)備體系,以應(yīng)對(duì)油料供應(yīng)中斷、規(guī)避價(jià)格風(fēng)險(xiǎn),也是國(guó)家能源安全戰(zhàn)略的重要舉措。根據(jù)中國(guó)“十二五”規(guī)劃,未來五年將優(yōu)化石化能源的發(fā)展,加快油氣資源的開發(fā),這將給低溫服役條件下能源生產(chǎn)及存儲(chǔ)設(shè)備制造行業(yè)提供廣闊的市場(chǎng)及發(fā)展機(jī)遇,也會(huì)促進(jìn)耐低溫材料的發(fā)展。
3.5Ni鋼又稱3.5%Ni鋼,是一種含Ni量為3.25~3.73%的超低溫條件下服役的鐵素體型鋼,具有良好的低溫韌性和較高的強(qiáng)度,被廣泛應(yīng)用于石油和空分制氧設(shè)備以及合成氨設(shè)備等,隨著中國(guó)石油化工等能源行業(yè)的發(fā)展,3.5Ni低溫鋼的需求將與日俱增。
由于3.5Ni鋼要求在-101℃的低溫下仍具有良好的韌性,因此需要熱軋后進(jìn)行離線熱處理,目前常用熱處理工藝有正火(N)、正火+回火(N+T)、和淬火+回火(Q+T),其中采用QT熱處理的3.5Ni鋼具有更高的強(qiáng)度和更好地韌性,可替代NT熱處理的5Ni鋼,用于LEG儲(chǔ)罐項(xiàng)目。
中國(guó)海洋石油總公司的科技人員研究了N和N+T工藝以及工藝參數(shù)對(duì)3.5Ni鋼組織和力學(xué)性能的影響規(guī)律,探索最佳的熱處理工藝參數(shù)及其韌化機(jī)制。
表1 實(shí)驗(yàn)所用3.5Ni鋼化學(xué)成分如下 ω/%
C |
Mn |
Si |
Ni |
P |
S |
0.055 |
0.62 |
0.21 |
3.46 |
0.0046 |
0.0014 |
煉鋼及軋制工藝路線為:鐵水預(yù)處理→150t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐→LF精煉→RH真空脫氣處理→板坯連鑄→步進(jìn)梁式加熱爐加熱→高壓水除鱗→3500mm爐卷軋機(jī)→矯直→精整。終軋厚度為20mm,在熱軋板上取樣進(jìn)行熱處理實(shí)驗(yàn)。通過拉伸和沖擊試驗(yàn)以及OM和SEM的組織觀察,研究了不同熱處理工藝對(duì)3.5Ni低溫鋼顯微組織和力學(xué)性能的影響,結(jié)果表明:
?。?)3.5Ni鋼正火后組織為鐵素體基體加珠光體,帶狀組織較熱軋態(tài)的顯著弱化,鐵素體晶粒尺寸細(xì)化。回火后,片層珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)轭w粒狀珠光體,帶狀組織較正火態(tài)進(jìn)一步弱化,隨著回火溫度升高甚至能消除帶狀組織。
?。?)正火溫度在800~890℃范圍內(nèi)時(shí),N和N+T工藝的低溫韌性均隨回火溫度的增加先升高后降低,在860℃達(dá)到峰值。回火后,沖擊韌性較單純正火熱處理的明顯提高。
?。?)3.5Ni鋼采用N+T熱處理時(shí),隨著回火溫度的升高,沖擊功先增加后減少,在590~630℃范圍內(nèi)均保持較高值,最佳工藝為860℃正火+590~630℃回火。