摘 要

9Ni钢是一种低碳中合金钢，是液态天然气（LNG）储存罐的非常重要的使用材料。随着我国对液态天然气的消费量的加大，对液态天然气储罐的建设也就逐渐变多。因为液态天然气储罐的工作环境处于超低温，所以对9Ni钢材料安全性的要求也在加大。9Ni钢材料的安全性与其焊接熔敷金属中合金含量的控制十分重要，特别是Ni、Cr含量的变化对9Ni钢焊条熔敷金属组织与性能有很大的影响。我们将通过焊条药皮成分的改变来制备六组Ni、Cr含量不相同的9Ni钢焊条，然后通过堆焊的方法得出这六组焊条的熔敷金属，进而分析这六组合金元素含量不同的熔敷金属的力学性能和组织的变化。

实验结果得出结论是当Ni元素含量不变的情况下，Cr元素含量的递增使熔敷金属的屈服强度和拉伸强度变大，但是它们的低温韧性就会相应的慢慢减弱；当Cr元素含量不变的情况下，Ni含量的递增使熔敷金属的屈服强度、拉伸强度和冲击韧性都有提高。

通过这样的对照实验能够体现不同的Ni、Cr含量对9Ni钢熔敷金属的影响，能够为今后9Ni钢焊条的制备提供相应的实验基础，从而有利于今后9Ni钢的焊接材料的改善和LNG储罐的可持续发展。

关键词: 9Ni钢焊条；熔敷金属；Ni、Cr含量；性能与组织

Abstract

9Ni steel，a low carbon alloy steel, which is a very important material of liquefied natural gas (LNG) storage tank . With increasing demand for clean gas in China, the demand on liquid natural gas storage tank is increased eventually. Because LNG storage tank works in ultra-low temperature environment, so the requirement of 9Ni steel security increases. The security of 9Ni steel is very relevant to control the alloy content of weld deposit, especially the change of Ni, Cr content has a great impact on 9NI steel weld metal microstructure and properties .We will change the composition of electrode coating to make six groups of 9Ni steel Which have differtent content of Ni and Cr and make six groups of 9 Ni steel welding rod deposited Metal, then analyze the changes of mechanical properties of six deposited metals which have different content of Ni and Cr.

The results concluded that when the Ni content is unchanged, the increasing of Cr content would make the deposited metal yield strength and tensile strength to increase, but their low temperature toughness would fade away; when the Cr content is unchanged, the increasing of Ni content would make the deposited metal yield strength、tensile strength and low temperature to increase.

It can reflect the influence of different Ni, Cr content of 9Ni steel deposited metal by such t experiment. It also can provide experimental basis for the experiment of 9Ni steel electrode in the future. thereby it is good for the improvement of 9Ni steel welding materials and LNG sustainable development of the tank.

Key Words: 9Ni steel welding rod；deposited metal；Ni、Cr content ; properties and microstructure

目 录

第一章 绪论 1

1.1 9Ni钢的特点及应用 1

1.2 9Ni钢的焊接性分析 1

1.3 9Ni钢焊条特点及分类 2

1.4国内外研究发展现状 3

1.4.1国内研究发展现状 3

1.4.2国外研究发展现状 4

1.5本文研究的背景与意义 4

1.6本文研究的内容及方法 5

第二章 焊条制备及其熔敷金属试验 6

2.1 实验材料 6

2.1.1合金元素及其作用 6

2.1.2焊条的焊芯与药皮 7

2.2 实验过程及方法 9

2.2.1 焊条的制造过程 9

2.2.2 力学性能测试试验 9

2.2.3 化学成分测试实验 10

2.2.4 金相组织观察实验 10

第三章 熔敷金属实验结果与分析 11

3.1 熔敷金属化学成分分析 12

3.2 熔敷金属力学性能分析 12

3.3 熔敷金属金相组织观察 13

第四章 结论 15

4.1 结论 17

4.2 展望 17

参考文献 18

致 谢 19

第一章 绪论

1.1 9Ni钢的特点及应用

9Ni钢是美国在20世纪40年代发明的一种性能优良的超低温用钢，它的镍含量在8.5%到9.5%之间，它的工作温度可以到达—196℃，是一种低碳调质钢，组织主要是马氏体和少量贝氏体。和一般的性能良好的不锈钢相比较，它的合金含量较小，最重要的是它相对便宜。同时和低温用途的铝合金相比，9Ni钢具有许用应力较大和热膨胀系数小的优良特点。

正是由于9%Ni钢具有在超低温情况下还能保持优良的低温韧性、焊接性和高强度，而且相比其他钢种，它的热膨胀系数比较低而且相对便宜，使得9Ni钢被广泛应用于低温压力容器的制造材料上，进入21世纪，随着全球环境保护意识增强，伴随着全球范围内对液化天然气需求量的持续上升，建造大型 LNG储运设备的需求不断增加。如今9Ni钢已经大体上替代了一般的不锈钢，成为当今世界各国上建造液态天然气（LNG ）储罐的主要结构材料。目前我国已经具有自主生产9Ni钢钢板的技术了，但是9Ni钢的焊接材料依然要依靠大量的进口。

1.2 9Ni钢的焊接性分析

9Ni钢的的工作的温度可以低至-196度，在20世纪60年代，关于9Ni钢的焊接基本上都是用铁素体焊条，铁素体焊条焊接产生的问题是焊接过后需要进行消除残余应力的热处理，而液态天然气储罐的体积都是很大的，这样大的体积不便于进行热处理。所以在1960s后，就开发出了一种高Cr镍基焊条，这种焊条成功的焊接了9Ni钢，后来随着热处理工艺的进步，出现了双正火加上回火的热处理方式，使得9Ni钢的焊接可以不再需要进行焊接过后的消除残余应力的处理。