摘 要

9Ni钢的焊接技巧一向仅为世界上少量发达国家所掌握，其配套镍基焊接材料的制造技术及市场也被少量国外跨国公司所垄断。这将使得我国LNG储罐的设计和制造完全依附于国外，不但周期长，并且成本高，也不利于国产9Ni低温钢的推行及应用。于是展开国产9Ni低温钢配套焊接材料研制及相关焊接技术研究意义重大。本文主要对两种自主设计的国产9Ni钢焊条及国外ESAB焊条进行工艺性能测试，分析三种焊条焊接综合性能的区别。

关键词：9Ni钢；9Ni钢焊条；焊接工艺性能测试

Abstract

9Ni steel welding technique has always been only in the world a few developed countries master, its supporting nickel based welding material manufacturing technology and the market has also been monopolized by a few foreign multinational companies. This will make the design and manufacture of LNG storage tanks in China entirely dependent on foreign, not only the long cycle, and high in cost, is not conducive to the popularization and application of 9Ni cryogenic steel. So he started to 9Ni cryogenic steel supporting welding material development and related welding technology research is of great significance. This paper mainly on two independent design 9Ni steel electrode and foreign ESAB welding rod for performance testing process. Analysis of the three electrodes welding performance difference.

Key Words：9Ni steel; 9Ni steel welding rod; welding process performance test

目 录

第1章 绪论 1

1.1 9Ni 钢的发展历史 1

1.2 9Ni 钢的成分 1

1.3 9Ni钢热处理工艺 2

1.4 9Ni 钢焊接的发展现状 3

第2章 自制9Ni 钢用焊条与国外焊条焊接对9Ni 钢工艺性能的影响 4

2.1 焊条配方及制造 4

2.1.1焊条药皮 4

2.1.2焊条药皮配方 4

2.1.3焊条焊芯 6

2.1.4焊条的制造工艺 6

2.2 电弧稳定性测试 7

2.2.1测试方案 7

2.2.2测试数据 8

2.3汉诺威弧焊分析仪测试 9

2.3.1汉诺威弧焊分析仪 9

2.3.2汉诺威弧焊分析仪测试条件 9

2.3.3汉诺威弧焊分析仪测试结果及分析 9

2.4 脱渣率测试 21

2.4.1测试方案 21

2.4.2测试数据 21

2.5 渣成分测试 21

2.5.1实验方案 21

2.5.2实验数据分析 21

2.6 熔渣的微观组织 22

2.6.1测试方案 22

2.6.2熔渣的微观组织图像 23

2.7焊条的飞溅率测试 29

2.7.1测试方案 29

2.7.2测试数据 29

第3章 结论 31

参考文献 32

致 谢 34

第1章 绪论

20世纪末时，全球的能源资源主要为石油及煤炭。但这种情况在21世纪发生了巨大的变化，短短十几年的时间，新型能源不断持续被提出、被发现，形成了全球能源资源多样化的现象。同时，全球的环保意识也在崛起，对环境保护日益重视。天然气作为一种清洁能源，又有较高的能量比，在十几年间得到了飞速发展，将来也将发挥更大的作用。 但天燃气自身也由于其常温下为气态，使其运输和存储的成本都较为昂贵。如果可以将其由常温常压下的气态转换为液态便可以大大缩小它的体积，这样就降低了其运输和储存的成本。于是，LNG液态天然气运输船应运而生。所以液态天然气的储存材料就被要求在超低温下具有足够的强度、韧性及抗裂能力。由于9Ni钢这些性能都较为优异，所以是世界上建造的该类储运设备（LNG）所使用的主要材料。

而其中，9Ni 钢的焊接是技术难点之一。9Ni钢的焊接技巧一向仅为世界上少量发达国家所掌握，其配套镍基焊接材料的制造技术及市场也被少量国外跨国公司所垄断。这将使得我国LNG储罐的设计和制造完全依附于国外，不但周期长，并且成本高，也不利于国产9Ni低温钢的推行及应用。于是展开国产9Ni低温钢配套焊接材料研制及相关焊接技术研究意义重大。

1.1 9Ni 钢的发展历史

1940以前世界上采用铝合金制造LNG储罐的低温材料，在1944年美国率先开发出9Ni钢，1948年在市场推广，因为其优异的性能从此取代铝合金。^[1]在21世纪的今天，国外9Ni钢的生产企业在冶炼过程中都利用了极其现代化的炼制技术，从而达到对化学成分的准确控制，特别是对硫和磷含量的控制(分别达到0.003%和0.010%以下的水平)。在国外对9Ni钢的应用体系已经较为成熟，美国、欧盟、日本都有一系列的镍系低温钢标准，日本目前被认为是9Ni 生产量最多、质量最好、应用最广的国家。^【2】

1.2 9Ni 钢的成分

国内外对9Ni钢的成分要求有部分细微不同，表1.1是美国、欧盟、日本中9Ni钢相关成分的对比。通过对比可以发现，国内标准有一些数据浮动，这也变相说明了国内9Ni钢生产与国外仍存在差距。

碳和氮的含量对9Ni钢的低温力学性能起主要决定左右。^【5】同时，钢的纯净度和微观组织也决定了9Ni钢的韧性。碳含量对9Ni钢的力学性能影响明显，当其过高时，会对焊接性能及冷脆性能产生严重的影响；当其较低时，可有效提高9Ni钢的低温韧性。同时Ni对9Ni钢性能也产生一定影响，适当添加Ni元素，可以降低9Ni钢的脆性转变温度，细化晶粒，明显改善材料的低温韧性。

1.3 9Ni钢热处理工艺

现在9Ni钢主要有三种常用的热处理工艺：^【6.7.8】

①NNT处理：首先正火加热至900℃空冷，再次正火加热至790℃空冷，最后550~580℃回火后急冷。