導(dǎo)語：9Ni鋼焊接材料選用及焊接工藝性研究一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：LNG產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，目前制造LNG儲(chǔ)罐普遍采用9ni鋼材料。文章介紹了9Ni鋼儲(chǔ)罐的焊接材料研究狀況，以及9Ni鋼的化學(xué)組成成分和力學(xué)性能，重點(diǎn)介紹了9Ni鋼焊接材料的選用方法和焊接過程中出現(xiàn)的質(zhì)量缺陷，如熱裂紋、冷裂紋、電弧磁偏吹、焊接件變形，并給出了相應(yīng)的焊接質(zhì)量控制措施，為9Ni鋼儲(chǔ)罐的制造企業(yè)提供一定的參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：9Ni鋼；焊接材料；焊接工藝性

19Ni鋼焊接材料的應(yīng)用

我國的LNG產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，到2017年，中國已是世界第二大LNG進(jìn)口國，據(jù)標(biāo)準(zhǔn)普爾公司分析，到2023年我國的LNG需求量將會(huì)大幅增加，達(dá)到6800萬噸/年，比2017年的需求量翻一番。9Ni鋼能廣泛應(yīng)用于制造LNG儲(chǔ)罐，得益于其優(yōu)良的特性，9Ni鋼具有強(qiáng)度高、焊接性能好和低溫韌性好等特性。相較于鎳基合金鋼和奧氏體不銹鋼，其價(jià)格便宜，成本較低。雖然9Ni鋼焊接材料在國內(nèi)有一定的應(yīng)用，但仍舊主要依賴國外進(jìn)口。筆者對(duì)9Ni鋼及焊接材料的選用和焊接性進(jìn)行分析，對(duì)9Ni鋼儲(chǔ)罐的制造企業(yè)或單位在使用上提供一定的參考依據(jù)[1-2]。9Ni合金鋼的材料化學(xué)元素組成和含量決定其力學(xué)性能，尤其C元素和鎳Ni元素起到了關(guān)鍵性的作用。9Ni鋼碳元素含量過高會(huì)使鋼材的碳當(dāng)量提高，導(dǎo)致9Ni鋼焊接性變差，碳元素含量應(yīng)控制在低碳范圍區(qū)間內(nèi)。若在鋼中增加鎳元素的含量，可使Ac3點(diǎn)降低，脆性轉(zhuǎn)變溫度將向低溫方向變化，可提高其低溫韌性。若在鋼中添加9Ni，溫度變化時(shí)，沖擊韌性值將減小[3-4]。同時(shí)，9Ni鋼力學(xué)性能還與鋼的純凈度和微觀組織結(jié)構(gòu)有關(guān)。鋼中的有害的S、P會(huì)與Fe、Ni形成的低熔點(diǎn)共晶化合物，從而增加9Ni鋼的熱裂傾向，導(dǎo)致低溫沖擊韌性惡化。S、P元素的含量必須控制在較低的范圍內(nèi)。9Ni鋼的化學(xué)成分和力學(xué)性能如表1、表2所示。9Ni鋼主要熱處理方法：兩相區(qū)淬火+回火（QLT）、淬火+回火（QT）和雙正火+回火（NNT）。經(jīng)過QLT低溫韌性最好，QT次之，NNT最差。造成低溫韌性差異的原因在于：1）在相同回火溫度下，9Ni鋼經(jīng)過QLT處理比經(jīng)過QT處理獲得的逆轉(zhuǎn)奧氏體數(shù)量要多些。例如回火溫度在560℃，QLT處理的逆轉(zhuǎn)奧氏體體積為5.60%，而QT處理的逆轉(zhuǎn)奧氏體體積為2.30%，表現(xiàn)為QLT處理的9Ni鋼沖擊功比QT處理的沖擊功大的多。2）逆轉(zhuǎn)奧氏體在9Ni鋼中的分布不同。QT熱處理的逆轉(zhuǎn)奧氏體析出部位主要集中分布在原奧氏體晶界與馬氏體束界上；QLT熱處理的逆轉(zhuǎn)奧氏體分布較均勻，不僅在原奧氏體晶界與馬氏體束界上分布，而且還在馬氏體板條間析出，這種彌散均勻分布有利于低溫韌性的提高[5-6]。

29Ni鋼焊接材料

在9Ni儲(chǔ)罐制造過程中，主要采取的焊接工藝有焊條電弧焊（SMAW）和埋弧自動(dòng)焊（SAW）。SAW是焊接效率比較高的一種焊接方法，尤其是在環(huán)焊縫焊接時(shí)，使用了環(huán)縫焊接機(jī)械系統(tǒng)，它的優(yōu)點(diǎn)較為突出，幾乎適用于焊接所有水平位置焊縫和橫焊縫。SMAW雖然沒有SAW焊接效率高，但其焊接靈活，適合于結(jié)構(gòu)件全位置焊接，也很受使用者歡迎。焊條電弧焊（SMAW）焊接9Ni鋼，采用的焊接材料主要有以下四種。1）w（Ni）=11的鐵素體型：材料在室內(nèi)能較好實(shí)施熱處理工序，易處理焊后焊縫的質(zhì)量缺陷問題，對(duì)于大型的開放式儲(chǔ)罐施工現(xiàn)場(chǎng)卻不易或不能實(shí)施熱處理工序，現(xiàn)在通常不采用這類焊接材料[7-8]。2）w（Ni）=13和w（Cr）=16的奧氏體不銹鋼型：材料性能特點(diǎn)是強(qiáng)度高，線膨脹系數(shù)沒有9Ni鋼理想，易出現(xiàn)脆性組織，低溫韌性較差。脆性組織為高硬度馬氏體帶，在擴(kuò)散氫作用下，材料就會(huì)出現(xiàn)裂紋缺陷。3）w（Ni）≈40的Fe-Ni基型（Fe-Ni-Cr系合金）：這類焊材膨脹系數(shù)接近于9Ni鋼，低溫韌性也較好，但強(qiáng)度較低，在一定程度上制約著其的廣泛應(yīng)用。4）w（Ni）=60的鎳基型（Ni-Cr-Mo系合金）：這類焊材線膨脹系數(shù)也接近于9Ni鋼，無需焊接前預(yù)熱和焊后進(jìn)行熱處理，低溫韌性高，抗冷裂性能好，適合大型結(jié)構(gòu)的野外施工，雖然價(jià)格高，但應(yīng)用最為廣泛。

39Ni鋼焊接性分析

9Ni鋼焊接質(zhì)量是影響LNG儲(chǔ)罐生產(chǎn)制造的主要因素之一。9Ni鋼其實(shí)本身具有較好的焊接性，在實(shí)際焊接過程中，通常會(huì)遇到冷或熱裂紋、低溫韌性降低和電弧磁偏吹等缺陷，需要嚴(yán)加控制。3.1焊前不預(yù)熱且嚴(yán)格控制道間溫度。9Ni鋼焊接后冷卻速度一般受到預(yù)熱溫度和道間溫度的影響，冷卻速度變慢會(huì)容易促使焊縫晶粒的長(zhǎng)大，導(dǎo)致焊接接頭的力學(xué)性能降低，尤其是低溫韌性的下降。9Ni鋼焊接通常不預(yù)熱，道間溫度控制在100℃之下。3.2熱裂紋。焊接過程中，焊縫金屬結(jié)晶，低熔點(diǎn)的雜質(zhì)會(huì)析出，而其析出的數(shù)量和分布情況將直接引起熱裂紋的發(fā)生。9Ni鋼焊接通常選用高鎳材料，此類材料與S和P的親和力較強(qiáng)，容易在晶界上形成低熔點(diǎn)共晶化合物體Ni3S2-Ni和Ni3P-Ni，導(dǎo)致結(jié)晶熱裂紋的產(chǎn)生。熱裂紋類型有折疊中的顯微裂紋、高溫失塑開裂、液化裂紋和弧坑裂紋。9Ni鋼的抗冷裂能力良好，若采用不恰當(dāng)?shù)暮附庸に?，將?huì)有一定的冷裂紋敏感性。要是焊接材料有未去除水份，材料的熔合區(qū)可能會(huì)出現(xiàn)氫致的冷裂紋。選用焊接材料時(shí)，需要考慮低氫、低碳含量，以及選擇合適的焊接工藝參數(shù)，材料需進(jìn)行必要的烘干處理，也要合理的控制道間溫度和焊接熱，這樣都可以降低冷裂紋敏感性。3.3電弧磁偏吹。9Ni鋼材料特性是磁化傾向較大的，需要控制9Ni鋼母材磁的含量與影響，材料剩磁應(yīng)控制在50Gauss以下。焊接焊縫質(zhì)量會(huì)受到磁偏吹的影響，這是一種電弧離子流造成的，造成焊縫常見缺陷有縫未焊透、未熔合、焊瘤、夾渣和氣孔等缺陷。預(yù)防電弧磁偏吹通常有四種途徑：1）母材進(jìn)行消磁處理；2）抵消母材的磁場(chǎng)，可將永久磁鐵放在坡口兩側(cè)；3）選用交流焊接；4）試板坡口打磨采用碳弧氣刨容易產(chǎn)生剩磁，坡口應(yīng)盡量采用砂輪打磨。3.4低溫韌性下降。采用的不同焊接材料焊縫金屬的低溫韌性不相同。采用鐵素體型焊接材料時(shí)，此材料的成分與9Ni鋼相同，焊縫中氧的含量高，焊縫的低溫韌性較差。而采用鎳基型焊接材料，其線膨脹系數(shù)與9Ni鋼相近，低溫韌性良好，應(yīng)用較廣泛。3.5焊接件變形。9Ni鋼導(dǎo)熱系數(shù)小，熱量不容易散失，線膨脹系數(shù)大，在20～-196℃線膨脹系數(shù)為8.05×10-6/℃，具有較大的線膨脹變形力。應(yīng)盡量選用9Ni鋼線膨脹系數(shù)相近的鎳基焊接材料，同時(shí)采用較小的焊接熱輸入和較低的道間溫度，減小焊接件的變形。

4結(jié)束語

通過對(duì)9Ni鋼化學(xué)成分、力學(xué)性能和熱處理工藝的介紹，有利于9Ni鋼在國內(nèi)的迅速發(fā)展，為9Ni鋼生產(chǎn)和制造單位提供一定的參考依據(jù)。通過對(duì)9Ni鋼焊接材料及焊接缺陷熱裂紋、冷裂紋、電弧磁偏吹、焊接件變形的分析，給出了相應(yīng)的預(yù)防措施，使焊接工作者盡可能在焊接過程中避免出現(xiàn)這種失誤，確保9Ni鋼儲(chǔ)罐的正常施焊。

作者:楊越 郭容 黃藤藤 單位:宜賓職業(yè)技術(shù)學(xué)院