CN105690910B - 一种LNG储罐和移动容器用9Ni钢/不锈钢复合钢板及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种LNG储罐和移动容器用9Ni钢/不锈钢复合钢板及其制造方法，该复合钢板包括基层和覆盖在基层至少一个表面上的复层，所述基层为9Ni钢，所述复层为奥氏体不锈钢。本发明经过坯料表面处理、焊合、加热、冷却、轧制、热处理工艺得到所述复合钢板，其复合界面剪切强度≥210MPa，‑196℃低温夏比冲击功≥100J，抗拉强度为680～820MPa，屈服强度≥50MPa，延伸率≥18％，剩磁强度≤30高斯。
Description
技术领域
本发明涉及热轧钢板生产技术，具体涉及一种LNG储罐和移动容器用9Ni钢/不锈钢复合钢板及其制造方法。
背景技术
天然气，包括常规天然气、页岩气和未来的海底可燃冰等，因其储量巨大，相对清洁环保而倍受世界耗能大国的青睐。与此相对应，我国的天然气需求量也在急剧上升，至2013年，我国天然气表观消费量已达1650亿立方米，进口天然气达到530亿立方米左右。预计到2015年年底，我国天然气供应量将达到2680亿立方米，包括国内资源1940亿立方米和进口740亿立方米；2020年天然气供应量将达到4310亿立方米，包括国内资源2700亿立方米和进口1610亿立方米。到2015年，我国天然气消费量占全国一次能源消费总量的比重将增至9％，到2020年将继续提升至12％。
通常，天然气经液化后体积可缩小600倍，以-162℃液化天然气(liquided NatureGas，以下简称LNG)的形式存放在各种移动容器和固定储罐之中，以实现LNG的运输和存储。天然气供应量的急剧攀升将给各种容积的LNG移动容器和LNG储罐带来了巨大的市场需求，也将给制造这些容器和储罐所用的材料带来巨大的市场需求。
制造LNG容器和储罐所用的材料必须要在≤-162℃的低温环境下具有良好的韧性和必要的强度。其中，LNG移动容器和LNG储罐所用的材料通常是单纯的奥氏体不锈钢或含Ni在9％左右的9Ni钢。这两种材料的共同特点是具有极佳的低温性能，即便是在-196℃下仍能保持着良好的低温韧性。
然而，用来制造LNG容器和LNG储罐，单纯的奥氏体不锈钢和单纯的9Ni钢各有优缺点。奥氏体不锈钢的最大优点是防锈，不需要涂油漆，不产生磁化，它的缺点是强度偏低，其屈服强度仅为9Ni钢的40％左右，这就相当于在同等承载条件下，采用奥氏体不锈钢板制造LNG容器、储罐所需要的钢板厚度理论上要比9Ni钢板厚一倍以上。因此，即使考虑了不锈钢的单价仅为9Ni钢的60％左右，但其综合性价比仍较9Ni钢低。此外，当奥氏体不锈钢钢板达到一定厚度后，其生产制造和焊接施工也将变得十分困难。
正是因为上述特点，目前容积较小的LNG移动容器和小型LNG储罐一般采用单纯的奥氏体不锈钢制作，而对于大型LNG储罐(如容积大于等于5万立方米以上)则主要采用单纯的9Ni钢板制作。此外，对自重有严格限制的车载或船载LNG移动容器也倾向于采用单纯的9Ni钢板制作。随着LNG储罐的大型化，9Ni钢板在此行业内所占比例已经超过了奥氏体不锈钢钢板。
然而，在现有冶金工艺技术下，9Ni钢板的生产制造工艺却比奥氏体不锈钢钢板的生产制造更加复杂，更加困难。9Ni钢板现有生产工艺的不足如下：
1)9Ni钢在加热轧制过程中，板坯上生成的高温氧化铁皮致密，无法通过高压水除鳞等方式完全去除，导致成品钢板表面发生翘皮、麻坑等缺陷，严重时甚至报废。
为此，现有生产工艺是9Ni钢坯在加热轧制之前必须进行扒皮处理，并在扒皮后的钢坯上下表面上涂抹特殊的防高温氧化涂料，以防止和减少钢坯在加热过程中产生过多的高温氧化铁皮。而高温氧化铁皮一旦生成，就很难在轧制过程中加以清除。
2)9Ni钢板容易磁化。如果9Ni钢板剩磁强度超标，如大于等于50高斯，则容易导致在钢板焊接过程中发生“偏弧”现象，严重影响焊接质量。
为此，现有生产工艺是9Ni钢板在高温淬火之后，只能用真空吸盘吊或板钩吊来吊运，严禁用电磁吸盘吊吊运、严禁在高磁场环境下(如高压线、变电所附近)堆放，尽可能避免与普通碳钢特别是带有高剩磁强度的普通碳钢接触等等。一旦这些防磁化手段失效，会导致9Ni钢板剩磁超过50高斯。对于剩磁超标钢板，只能通过重新淬火或使用专用的消磁装置进行消磁处理。
3)9Ni钢板容易生锈，特别是被钢板表面水淋过之后，如超声波探伤等。表面生锈的9Ni钢板，通常需要通过抛丸除锈后再涂漆防锈。
综上所述，在现有生产条件下，小型LNG容器及大型LNG储罐用材的设计选材均采用单纯9Ni钢板或单纯奥氏体不锈钢板。这些材料已有相应的产品规范和标准，如9Ni钢板有国家强制标准GB3531-2014中的06Ni9DR、欧标EN10028-4中的X7Ni9、美标ASTM中的A553Type1等，奥氏体不锈钢钢板有GB 24511-2009中的S30408、S30403等。迄今尚未有利用9Ni钢和奥氏体不锈钢各自优点制成9Ni钢/奥氏体不锈钢复合钢板用来设计和制造LNG容器、储罐的先例。
发明内容
本发明的目的在于提供一种LNG储罐和移动容器用9Ni钢/不锈钢复合钢板及其制造方法，该复合钢板具有与9Ni钢板相当的机械性能，还具有高表面质量、防锈、防磁、免涂漆等优点，且制造成本与单纯9Ni钢板相当或略低，可以替代传统9Ni钢板，用来制作大型LNG储罐和车载LNG移动容器。
为达到上述目的，本发明的技术方案是：
一种LNG储罐和移动容器用9Ni钢/不锈钢复合钢板，该复合钢板包括基层和覆盖在基层至少一个表面上的复层，所述基层为9Ni钢，所述复层为奥氏体不锈钢。
进一步，所述复层的厚度≥0.3mm，优选厚度≥0.5mm。
所述基层与所述复层的厚度之比≥3。
所述9Ni钢/不锈钢复合钢板以9Ni钢为基层、在基层的一个表面上覆盖一奥氏体不锈钢复层，形成2层复合钢板。
再，所述9Ni钢/不锈钢复合钢板以9Ni钢为基层、在基层的上下表面上各覆盖一奥氏体不锈钢复层，形成3层复合钢板。
所述2层复合钢板或3层复合钢板的厚度≤50mm，优选≤40mm。
又，所述9Ni钢/不锈钢复合钢板的复合界面剪切强度≥210MPa，-196℃低温夏比冲击功≥100J，全板厚拉伸试验抗拉强度为680～820MPa，屈服强度≥50MPa，延伸率≥18％，剩磁强度≤30高斯。
本发明所述的LNG储罐和移动容器用9Ni钢/不锈钢复合钢板的制造方法，其包括如下步骤：
1)表面处理
将9Ni钢坯料的上表面和/或下表面进行扒皮、平整，并沿四周进行坡口加工；将奥氏体不锈钢坯料的任一表面进行清理、平整和/或酸洗处理，并沿四周进行坡口加工；
2)焊合
将两块奥氏体不锈钢坯料各自以表面处理过的一表面与9Ni钢坯料表面处理过的上、下表面以面接触方式叠放在一起，再使坡口对齐，用普通焊条或焊丝将坡口焊合，焊合，形成不锈钢/9Ni钢/不锈钢3层复合坯料；其中9Ni钢与奥氏体不锈钢结合面的间缝内保持真空状态；或，
将一块奥氏体不锈钢坯料以表面处理过的一表面与9Ni钢坯料表面处理过的一表面以面接触方式叠放在一起，再将坡口两两对齐，用普通焊条或焊丝将坡口焊合，形成9Ni钢/不锈钢2层复合中间坯；将两块所述9Ni钢/不锈钢2层复合中间坯的9Ni钢坯的另一表面以面接触的形式叠放在一起，并使坡口两两对齐、焊合，形成不锈钢/9Ni钢/9Ni钢/不锈钢4层复合坯料；其中，所述2层复合中间坯中9Ni钢坯料与奥氏体不锈钢坯料结合面的间缝内保持真空状态，所述4层复合坯料中两块9Ni钢坯料结合面的间缝填充分离剂；
3)复合坯料加热
将步骤2)得到的3层复合坯料或4层复合坯料进行加热，其中出炉温度为1050～1200℃；
4)轧制
终轧温度≥990℃，轧制后得到3层毛边轧态复合钢板或4层毛边轧态复合钢板；
5)冷却
开冷温度≥980℃，冷却速度≥2℃/秒，终冷温度≤500℃；
6)切割+分离
将冷却后的3层毛边轧态复合钢板进行双边切割和头尾切割，得到不锈钢/9Ni钢/不锈钢3层轧态复合钢板；或，
将冷却后的4层毛边轧态复合钢板进行双边切割和头尾切割，在分离剂的作用下两基层分开，得到两张9Ni钢/不锈钢2层轧态复合钢板；
7)热处理
对不锈钢/9Ni钢/不锈钢3层轧态复合钢板进行热处理后得到不锈钢/9Ni钢/不锈钢3层复合钢板；或，
对9Ni钢/不锈钢2层轧态复合钢板进行热处理后得到9Ni钢/不锈钢2层复合钢板；具体热处理条件如下：
淬火处理：目的是使轧态复合钢板成为淬火态复合钢板，淬火温度为770～920℃，在炉时间为(1.5～4.0)×T分钟，T为轧态复合钢板的板厚，单位为mm；保温时间为(1.0～3.0)×T分钟，T为轧态复合钢板的板厚，单位为mm；
回火处理：使淬火态复合钢板成为调质态复合钢板，回火处理时，回火温度为540～635℃；在炉时间为(1.5～5.0)×T分钟，T为轧态复合钢板的板厚，单位为mm；保温时间为(1.2～4.0)×T分钟，T为轧态复合钢板的板厚，单位为mm。
进一步，所述不锈钢/9Ni钢/不锈钢3层复合坯料的厚度与不锈钢/9Ni钢/不锈钢3层复合钢板厚度之比≥3，优选≥5，所述9Ni钢/不锈钢2层复合中间坯的厚度与9Ni钢/不锈钢2层复合钢板厚度之比≥3，优选≥5。
本发明所述奥氏体不锈钢坯料的某一表面应经表面清理、平整，必要时还可以经过酸洗处理，然后在已清理或酸洗、平整后的这一板面上，沿四周进行坡口加工。
所述9Ni钢坯料的至少一个表面应采用砂轮打磨或机械车铣等方式进行扒皮处理，以便清理掉9Ni钢坯料所常见的皮下微细裂纹，然后进行平整。所述9Ni钢坯料的板面在扒皮、清除皮下微细裂纹之后，不需要涂抹防氧化涂料、不需要包薄铁皮，直接在9Ni钢坯料的上下两个表面上，沿四周进行焊缝坡口加工即可。
生产不锈钢/9Ni钢/不锈钢3层复合钢板时，两块奥氏体不锈钢坯料各自以清理过的一面9Ni钢坯料表面处理过的上、下表面以面接触方式叠放在一起，再将9Ni钢坯的坡口与不锈钢坯的坡口两两对齐，用普通焊条或焊丝将坡口焊合，并将9Ni钢/不锈钢结合面的间缝内保持真空状态，形成一块不锈钢/9Ni钢/不锈钢3层复合坯料。
生产9Ni钢/不锈钢2层复合钢板时，需要分二步将两块9Ni钢和两块不锈钢坯料叠焊在一起，组成材质对称的4层复合坯料。
第一步，一块奥氏体不锈钢坯料以清理过的一表面与9Ni钢坯表面处理过的一表面以面接触方式叠放在一起，再将9Ni钢坯的坡口与不锈钢坯的坡口两两对齐，用普通焊条或焊丝将坡口焊合，并将9Ni钢/不锈钢结合面的间缝内保持真空状态，形成9Ni钢/不锈钢2层复合中间坯。
第二步，将上述两块9Ni钢/不锈钢2层复合中间坯的9Ni钢坯的另一表面以面接触方式叠放在一起，并使两块9Ni钢坯的坡口两两对齐，再用普通焊条或焊丝将坡口焊合，形成一块不锈钢/9Ni钢/9Ni钢/不锈钢4层复合坯料。为避免使两块9Ni钢坯料被高温加热轧制轧合一起，9Ni钢/不锈钢结合面的间缝应填充分离剂。
本发明的制造方法中：
对所述3层复合坯料、4层复合坯料采用传统9Ni钢坯的加热工艺进行加热。为防止加热温度过高而导致晶粒粗化、进而影响9Ni钢的低温韧性，加热温度不宜过高。另一方面，为保证后续的不锈钢复层在线固溶处理效果以及终轧温度与开冷温度的控制，加热温度也不宜过低。因此，须将出炉温度控制在1050～1200℃之间，优选为1100～1150℃。
出炉后的复合坯料通过热连轧机组或可逆式轧机将复合坯料轧制成所需厚度的毛边轧态复合钢板。对于所述3层复合坯料，毛边轧态复合钢板的厚度即为成品复合钢板的厚度；对于4层复合坯料，毛边轧态复合钢板的厚度应为成品复合钢板厚度的2倍。
复合坯料的轧制工艺中终轧温度须控制在990℃以上，优选在1050～1100℃之间，以保证后续的不锈钢复层在线固溶效果以及开冷温度的控制。
上述高温控轧工艺轧成的毛边轧态复合钢板应采用在线固溶工艺进行固溶处理以改善不锈钢复层的耐腐蚀特性，具体方法是：在完成最后一道次轧制的高温毛边轧态复合钢板应以最快的速度进入在线淬火装置(DQ)或加速冷却装置(ACC)，以使毛边轧态复合钢板从必要的开冷温度快速冷却至终冷温度以下。其中，开冷温度在980℃以上，优选在1040℃以上；冷却速度在2℃/秒以上，优选在5℃/秒以上，终冷温度在500℃以下，优选在400℃以下。
冷却之后的毛边轧态复合钢板以及最终的成品复合钢板，因受不锈钢复层的电磁隔离作用，都只能采用真空吸盘吊或板钩吊运。同样，也是由于受到不锈钢复层电磁隔离作用的保护，复合钢板对其堆放、与普通碳钢接触没有特殊的限制。
前述不锈钢/9Ni钢/不锈钢3层复合坯料经加热、轧制、冷却后得到的毛边轧态复合钢板须进行双边切割和头尾切割，从而得到不锈钢/9Ni钢/不锈钢3层轧态复合钢板。双边切割和头尾切割时，应注意将由于复合坯料焊缝轧制延伸所导致的缺陷切除干净，并最终将轧制复合钢板切成所需尺寸的成品复合钢板。
前述不锈钢/9Ni钢/9Ni钢/不锈钢4层复合坯料经加热、轧制、冷却后得到的毛边轧态复合钢板须双边切割和头尾切割。双边切割和头尾切割时，应注意将由于复合坯料焊缝轧制延伸所导致的缺陷切除干净。双边切割和头尾切割后，再利用分离剂的分离作用将上下两张钢板分开，得到两张9Ni钢/不锈钢2层轧态复合钢板。
本发明设计了一种针对其9Ni钢基层的高温热处理方法，具体是对经过在线固溶处理的轧态复合钢板采取离线淬火工艺进行淬火处理，得到淬火态复合钢板。淬火处理时，淬火温度应控制在770～920℃，优选800～830℃，在炉时间(单位为分钟)应为前述轧态复合钢板的板厚(单位为mm)的1.5～4.0倍，保温时间(单位为分钟)应为前述轧态复合钢板的板厚(单位为mm)的1.0～3.0倍：
本发明设计了一种针对其9Ni钢基层的中低温热处理方法，具体是经过淬火处理的淬火态复合钢板，还须针对9Ni钢基层进行回火处理，得到调质态复合钢板。回火处理时，回火温度应控制在540～635℃范围内，优选565～600℃，在炉时间(单位为分钟)应为轧态复合钢板的板厚(单位为mm)的1.5～5.0倍，保温时间(单位为分钟)应为前述轧态复合钢板的板厚(单位为mm)的1.2～4.0倍：
前述调质态复合钢板应逐张进行下列特性的检测和试验，并保证其合格：
剪切强度试验：剪切强度≥210MPa；
弯曲试验：弯曲半径为3a时，外弯试验、侧弯试验合格；
-196℃低温夏比冲击试验：冲击功≥100J，满足相应产品标准中9Ni钢的低温冲击性能要求；
常规拉伸试验，其全板厚拉伸试验所得抗拉强度、屈服强度以及断后延伸率都满足相应产品标准中9Ni钢的常规拉伸性能要求；
复合钢板剩磁强度检测：剩磁强度≤30高斯。
本发明的有益效果：
1.本发明将奥氏体不锈钢复合到9Ni钢的任一表面，充分利用奥氏体不锈钢防锈、不需要涂油漆、不产生磁化等优点，并结合9Ni钢优良的机械性能，确保本发明所述9Ni钢/不锈钢复合钢板具有良好的防锈蚀和防磁化能力，以及与纯9Ni钢板相当的-196℃低温冲击性能、冷弯性能及常规拉伸性能，且还具有异质复合钢板应有的复合界面剪切强度，具体是复合剪切强度≥210MPa。
2.本发明提供的制造工艺中省去了现有9Ni钢坯必须进行的一道低效能、高成本的工序：扒皮后钢坯双表面涂抹特殊的防氧化涂料、再在防氧化涂料外面包一层薄铁皮以保护涂料剥落；轧制过程中，也不需要采取高压水除鳞等去除钢板表面高温氧化铁皮。
3.由于奥氏体不锈钢复层的电磁隔离作用，本发明所述9Ni钢/不锈钢复合钢板不需要对钢板的堆放、与普通碳钢间的隔离等作特殊限制。
4.本发明所述9Ni钢/不锈钢复合钢板至少有一表面为奥氏体不锈钢复层，使复合钢板本身就带有防锈特性，不需要进行涂漆等表面处理。
附图说明
图1为本发明实施例1和实施例2的不锈钢/9Ni钢/不锈钢3层复合钢板的示意图，其中，1为9Ni钢基层，2为奥氏体不锈钢复层，t1为9Ni钢基层厚度，t2为奥氏体不锈钢复层厚度，T为复合钢板厚度。
图2为本发明实施例1和实施例2的不锈钢/9Ni钢/不锈钢3层复合坯料的示意图，其中，3为9Ni钢坯料，4为奥氏体不锈钢坯料，5为焊缝坡口，6为奥氏体不锈钢坯料/9Ni钢坯料结合面的间缝。
图3为本发明实施例3的不锈钢/9Ni钢2层复合钢板的示意图，其中，1为9Ni钢基层，2为奥氏体不锈钢复层，t1为9Ni钢基层厚度，t2为奥氏体不锈钢复层厚度，T为复合钢板厚度。
图4为本发明实施例3的不锈钢/9Ni钢2层复合中间坯的示意图，其中，3为9Ni钢坯料，4为奥氏体不锈钢坯料，5为焊缝坡口，6为奥氏体不锈钢坯料/9Ni钢坯料结合面的间缝。
图5为本发明实施例3的4层复合坯料的示意图，其中，3为9Ni钢坯料，4为奥氏体不锈钢坯料，5为焊缝坡口，6为奥氏体不锈钢坯料/9Ni钢坯料结合面的间缝，7为9Ni钢/9Ni钢坯料结合面的间缝。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明做进一步说明。
实施例1
在现有技术中，16万立方米的LNG储罐内罐第一圈壁板采用27mm厚的单纯9Ni钢板，所选用的牌号为GB3531-2014中的06Ni9DR。该牌号钢板要求-196℃低温夏比冲击功平均≥100J，单个试样冲击功应≥80J，冷弯试验(3a)合格，钢板抗拉强度应在680～820MPa之间，屈服强度≥560MPa，断后延伸率≥18％。
本实施例设计了一种16万立方米的LNG储罐内罐第一圈壁板所用的不锈钢/9Ni钢/不锈钢的3层复合钢板。
在本实施例中，16万立方米的LNG储罐内罐第一圈壁板将被设计为27mm厚度的不锈钢/9Ni钢/不锈钢的3层复合钢板，如图1所示，其中，9Ni钢基层1的厚度t1为25mm，材质为GB3531中的06Ni9DR；奥氏体不锈钢复层2的厚度t2为1mm，材质均为GB24511中的奥氏体不锈钢S30403。
(1)复合坯料制备
本实施例中，所采用的9Ni钢坯料是1块260mm厚度的06Ni9DR坯料，及2块厚度均为11mm左右的奥氏体不锈钢S30403坯料，这3块坯料在扣除表面清理、扒皮后，其厚度总和预计应超过270mm，与成品复合钢板厚度之比达到了10:1。
奥氏体不锈钢S30403坯料的一面在经表面清理、平整后，再沿四周进行坡口加工。06Ni9DR坯料的两个表面可采用铣床车铣的方式进行扒皮处理，清理掉06Ni9DR坯料所常见的皮下微细裂纹。在本实施例中，06Ni9DR坯料不需要涂抹防氧化涂料、不需要包薄铁皮，直接就在两个表面上沿四周进行坡口加工即可。
1块06Ni9DR坯料与2块S30403坯料的坡口加工完毕，再将3块坯料的坡口对齐，然后用普通焊条或焊丝将坡口焊合。为使不锈钢坯料和9Ni钢坯料能够通过加热轧制完全轧合在一起，须将9Ni钢/不锈钢结合面的间缝抽成真空并保持此真空状态，形成一块不锈钢/9Ni钢/不锈钢的3层复合坯料，如图2所示。图2中，3为9Ni钢坯料，4为奥氏体不锈钢坯料，5为焊缝坡口，6为9Ni钢/不锈钢坯料结合面的间缝。
(2)加热、冷却
本实施例中，上述约270mm的不锈钢/9Ni钢/不锈钢3层复合坯料可采用与270mm厚度纯9Ni钢坯相同的加热工艺进行加热，并将出钢温度控制在1150℃；出炉后的4层复合坯料通过可逆式宽厚板轧机轧成略大于27mm的不锈钢/9Ni钢/不锈钢3层毛边轧态复合钢板，其中，9Ni钢基层的厚度略大于25mm，不锈钢复层的厚度为略大于1mm。轧制时采用普通轧制工艺，但终轧温度控制在1060℃；轧后的高温毛边轧态复合钢板应直接进入在线淬火装置(DQ)，针对复合钢板中的不锈钢复层进行在线固溶处理，使毛边轧态复合钢板从开冷温度1050℃快冷至终冷温度380℃以下，冷却速率可达到8℃/秒以上。
由于奥氏体不锈钢复层的电磁隔离作用，在此之后的毛边轧态复合钢板以及最终的成品复合钢板都不能用电磁吸盘吊吊运，只能采用真空吸盘吊或板钩吊吊运。除此项限制之外，不需要对复合钢板的堆放、复合钢板与普通碳钢间的隔离等作出特殊的限制。
(3)切割
采用等离子切割方式将前述27mm毛边轧态复合钢板进行双边和头尾的切割，成为轧态复合钢板。其中，双边的切边量设定为70mm，头尾切舍量设定为800mm，可确保将复合坯焊缝轧制延伸所导致的缺陷切除干净。
(4)淬火
本实施例中，前述轧态复合钢板须进离线淬火炉进行针对9Ni钢基层的淬火处理，使之成为淬火态复合钢板。淬火时，淬火温度设定为820℃，其在炉时间设定为轧态复合钢板板厚1.8倍(分钟/mm)，即48.6分钟；其保温时间设定为轧态复合钢板板厚1.2倍(分钟/mm)，即32.4分钟。
除“淬火温度”、“在炉时间”、“保温时间”这三项工艺参数外，其他淬火工艺参数与27mm的纯9Ni钢板相同。
(5)回火
本实施例中，前述淬火态复合钢板在经过在淬火处理后，还须进回火炉进行针对9Ni钢基层的回火处理，使之成为调质态复合钢板。回火时，回火温度设定为580℃，其在炉时间设定为轧态复合钢板板厚2倍(分钟/mm)，即54分钟；其保温时间设定为轧态复合钢板板厚1.5倍(分钟/mm)，即40.5分钟。
除“回火温度”、“在炉时间”、“保温时间”这三项工艺参数外，其他回火工艺参数与27mm的纯9Ni钢板相同。
(6)性能检测
本实施例中，在经过淬火和回火热处理的调质态复合钢板应逐张进行下列特性的检测和试验，并保证其合格：
剪切强度试验：剪切强度≥210MPa；
弯曲试验：弯曲半径为3a时，外弯试验、侧弯试验合格；
9Ni基层-196℃低温夏比冲击试验：-196℃低温夏比横向冲击试验冲击功平均≥100J，单个冲击试样最小冲击功≥80J；
常规拉伸试验：全板厚拉伸试验所得抗拉强度为680～820MPa、屈服强度≥560MPa、断后延伸率≥18％；
钢板剩磁强度检测：其剩磁强度≤30高斯。
(7)成品钢板
前述调质态复合钢板通过前述相关特性的检测和试验后，还应根据产品标准和用户的要求进行钢板无损检测和表面质量的检查。在各项检查均合格之后，最终将前述调质态复合钢板切割成所需宽度和长度的、厚度为27mm的成品不锈钢/9Ni钢/不锈钢2层复合钢板。其中，基层9Ni钢06Ni9DR的厚度为25mm，复层不锈钢S30403的厚度为1mm。
实施例2
在现有技术中，某型车载移动LNG容器原设计采用8mm厚的纯9Ni钢板，所选用的牌号为EN10028-4中的X8Ni9。该牌号钢板要求-196℃低温横向夏比冲击功(转换成10×10mm冲击试样)平均应≥100J，单个试样冲击功应≥80J，要求冷弯试验(3a)合格，要求钢板抗拉强度应在680～820MPa之间，屈服强度应≤585MPa，断后延伸率应≤18％。
在本实施例中，该型车载移动LNG容器将设计采用厚度为8mm的不锈钢/9Ni钢/不锈钢的3层复合钢板，如图1所示，其中，9Ni钢基层1的厚度t1为7mm，材质为EN10028-4中的X8Ni9；不锈钢复层2的厚度t2为0.5mm，材质均为GB24511中的奥氏体不锈钢S30408。
(1)本实施例中，所采用的坯料是1块约115mm厚度的X8Ni9坯料和2块厚度均为约8.5mm厚度的S30403坯料，这3块坯料在扣除表面清理、扒皮后，其厚度总和预计应超过120mm，与成品复合钢板厚度之比达到了15倍。
奥氏体不锈钢S30408坯料的一面在经表面清理、平整后，再沿四周进行坡口加工。9Ni钢X8Ni9坯料的两个表面都用铣床车铣的方式进行扒皮处理，清理掉X8Ni9坯料所常见的皮下微细裂纹。在此之后，X8Ni9坯料不需要涂抹防氧化涂料、不需要包薄铁皮，直接就在这两个面上沿四周进行坡口加工。
1块X8Ni9坯料与2块S30408坯料坡口加工完毕，再将3者的坡口对齐，然后用普通焊条或焊丝将坡口焊合。为使不锈钢坯料和9Ni钢坯料能够通过加热轧制完全轧合在一起，须将9Ni钢/不锈钢结合面的间缝抽成真空并保持次真空状态，形成一块不锈钢/9Ni钢/不锈钢3层复合坯料，如图2所示。
(2)加热、冷却
上述约120mm的复合坯料可采用与120mm厚的纯9Ni钢坯相同的加热工艺进行加热，并将出钢温度控制在1180℃；出炉后的3层复合坯料通过可逆式宽厚板轧机，轧成厚度略大于8mm的不锈钢/9Ni钢/不锈钢3层毛边轧态复合钢板，其中，9Ni钢基层的厚度略大于7mm，不锈钢复层的厚度为略大于0.5mm。轧制时采用普通轧制工艺，但终轧温度控制在1060℃；轧后的高温毛边轧态复合钢板应直接进入在线淬火装置(DQ)，针对复合钢板中的不锈钢复层进行在线固溶处理，使毛边轧态复合钢板从开冷温度1040℃快冷至终冷温度380℃以下，冷却速率可达到15℃/秒。
(4)切割
采用激光切割方式将前述8mm毛边轧态复合钢板进行双边和头尾的切割，成为轧态复合钢板。其中，双边的切边量设定为80mm，头尾切舍量设定为1000mm，可确保将复合坯焊缝轧制延伸所导致的缺陷切除干净。
(3)淬火
本实施例中，前述轧态复合钢板须进离线淬火炉进行针对9Ni钢基层的淬火处理，使之成为淬火态复合钢板。淬火时，淬火温度设定为820℃，其在炉时间设定为轧态复合钢板板厚3倍(分钟/mm)，即24分钟；其保温时间设定为轧态复合钢板板厚2倍(分钟/mm)，即16分钟。
除“淬火温度”、“在炉时间”、“保温时间”这三项工艺参数外，其他淬火工艺参数与8mm的纯9Ni钢板相同。
(5)回火
本实施例中，前述淬火态复合钢板在经过在淬火处理后，还须进回火炉进行针对9Ni钢基层的回火处理，使之成为调质态复合钢板。回火时，回火温度设定为580℃，其在炉时间设定为轧态复合钢板板厚3.5倍(分钟/mm)，即28分钟；其保温时间设定为轧态复合钢板板厚2.5倍(分钟/mm)，即20分钟。
除“回火温度”、“在炉时间”、“保温时间”这三项工艺参数外，其他回火工艺参数与8mm的纯9Ni钢板相同。
(6)性能检测
本实施例中，在经过淬火和回火热处理的调质态复合钢板应逐张进行下列特性的检测和试验，并保证其合格：
剪切强度试验：剪切强度≥210MPa；
弯曲试验：弯曲半径为3a时的外弯试验、侧弯试验合格；
9Ni基层-196℃低温夏比冲击试验：-196℃低温夏比横向冲击试验冲击功(转换成10×10mm冲击试样)平均≥100J，单个冲击试样最小冲击功≥80J；
常规拉伸试验：其全板厚拉伸试验所得抗拉强度680～820MPa、屈服强度≥585MPa、断后延伸率≤18％；
钢板剩磁强度检测：剩磁强度不大于30高斯。
(7)成品钢板
前述调质态复合钢板通过前述相关特性的检测和试验后，还应根据相关标准和用户的要求进行钢板无损检测和表面质量的检查。在各项检查均合格之后，最终将前述调质态复合钢板切割成所需宽度和长度的、厚度为8mm的成品不锈钢/9Ni钢/不锈钢3层复合钢板。其中，基层9Ni钢X8Ni9的厚度为7mm，复层不锈钢S30408的厚度为0.5mm。
实施例3
在现有技术中，某型车载移动LNG容器原设计采用5mm厚的纯9Ni钢板，所选用的牌号为EN10028-4中的X8Ni9。该牌号钢板要求-196℃低温横向夏比冲击功(转换成10×10mm冲击试样)平均应≥100J，单个试样冲击功应≥80J，要求冷弯试验(3a)合格，要求钢板抗拉强度应在680～820MPa之间，屈服强度应≥585MPa，断后延伸率应≥18％。
在本实施例中，该型车载移动LNG容器将设计采用厚度为5mm的9Ni钢/不锈钢的2层复合钢板，如图3所示，其中，9Ni钢基层1的厚度t1为4.5mm，材质为EN10028-4中的X8Ni9；不锈钢复层2的厚度t2为0.5mm，材质均为GB24511中的奥氏体不锈钢S30408。
本实施例中，所采用的9Ni坯料为113mm厚度的X8Ni9坯料，奥氏体不锈钢坯料为13mm厚度的S30403坯料，经扒皮、修磨后两者厚度总和预计约120mm，与成品复合钢板厚度之比达到了24倍。
奥氏体不锈钢S30408坯料的一面在经表面清理、平整后，再沿四周进行坡口加工。9Ni钢X8Ni9坯料的两个表面都用铣床车铣的方式进行扒皮处理，清理掉X8Ni9坯料所常见的皮下微细裂纹。在此之后，X8Ni9坯料不需要涂抹防氧化涂料、不需要包薄铁皮，直接就在这两个面上沿四周进行坡口加工。
1块X8Ni9坯料与1块S30408坯料坡口加工完毕，再将两者的坡口对齐，然后用普通焊条或焊丝将坡口焊合。为使不锈钢坯料和9Ni钢坯料能够通过加热轧制完全轧合在一起，须将9Ni钢/不锈钢结合面的间缝抽成真空并保持此真空状态，形成一块9Ni钢/不锈钢2层复合中间坯，如图4所示。图4中，3为9Ni钢坯料，4为奥氏体不锈钢坯料，5为焊缝坡口，6为9Ni钢/不锈钢坯料结合面的间缝。
由于本实施例的复合板为非对称的9Ni钢/不锈钢的2层复合钢板，为避免应9Ni钢/不锈钢2层复合中间坯在轧制过程中因高温变形抗力的不同而导致钢板翘曲，须考虑将二块9Ni钢/不锈钢2层复合中间坯叠焊在一起，组成材质对称的厚度达240mm的不锈钢/9Ni钢/9Ni钢/不锈钢4层复合坯料一起轧制。具体工艺如下：
(1)将上述二块9Ni钢/不锈钢的2层复合中间坯以9Ni钢坯一面对9Ni钢坯一面叠放在一起，并使二块9Ni钢坯的坡口两两对齐，再用普通焊条或焊丝将坡口焊合，形成一块厚度为240mm的不锈钢/9Ni钢/9Ni钢/不锈钢4层复合坯料，如图5所示。图5中，3为9Ni钢坯料，4为奥氏体不锈钢坯料，5为焊缝坡口，6为9Ni钢/不锈钢坯料结合面间的间缝，7为二块9Ni钢坯料结合面间的间缝。
为避免使二块9Ni钢坯料被高温加热轧制轧合一起，二块复合中间坯结合面(即9Ni钢坯料结合面)的间缝7应填充合适的分离剂。
(2)加热、冷却
上述约240mm厚的不锈钢/9Ni钢/9Ni钢/不锈钢4层复合坯料可采用与240mm厚的纯9Ni钢坯相同的加热工艺进行加热，并将出钢温度控制在1170℃；出炉后的4层复合坯料通过可逆式宽厚板轧机，轧成厚度略大于10mm的不锈钢/9Ni钢/9Ni钢/不锈钢4层毛边轧态复合钢板，其中，9Ni钢基层的厚度略大于4.5mm，不锈钢复层的厚度为略大于0.5mm。轧制时采用普通轧制工艺，但将终轧温度控制1050℃；轧后的高温毛边轧态复合钢板应直接进入在线淬火装置(DQ)，针对复合钢板中的不锈钢复层进行在线固溶处理，使毛边轧态复合钢板从开冷温度1040℃快冷至终冷420℃以下，冷却速率可达到15℃/秒。
由于奥氏体不锈钢复层的电磁隔离作用，在此之后的毛边轧态复合钢板以及最终的成品复合钢板本身就难以用电磁吸盘吊吊运，只能采用真空吸盘吊或板钩吊吊运。除此项限制之外，不需要对复合钢板的堆放、复合钢板与普通碳钢间的隔离等作出特殊的限制。
(5)切割与分离
采用等离子切割方式将前述10mm不锈钢/9Ni钢/9Ni钢/不锈钢4层毛边轧态复合钢板进行双边和头尾的切割，成为轧态复合钢板。其中，双边的切边量设定为75mm，头尾切舍量设定为900mm，可确保将复合坯焊缝轧制延伸所导致的缺陷切除干净。
切割后，由于分离剂的分离作用，10mm不锈钢/9Ni钢/9Ni钢/不锈钢4层毛边轧态复合钢板自然地分为上下两张，得到两张厚度为5mm的9Ni钢/不锈钢2层轧态复合钢板。
(4)淬火
本实施例中，前述两张厚度为5mm的9Ni钢/不锈钢2层轧态复合钢板须分别进离线淬火炉进行针对9Ni钢基层的淬火处理，使之成为两张淬火态复合钢板。淬火时，淬火温度设定为820℃，其在炉时间设定为轧态复合钢板板厚4倍(分钟/mm)，即20分钟；其保温时间设定为轧态复合钢板板厚3倍(分钟/mm)，即15分钟。
除“淬火温度”、“在炉时间”、“保温时间”这三项工艺参数外，其他淬火工艺参数与5mm的纯9Ni钢板相同。
(5)回火
本实施例中，前述淬火态复合钢板在经过在淬火处理后，还须进回火炉进行针对9Ni钢基层的回火处理，使之成为调质态复合钢板。回火时，回火温度设定为580℃，其在炉时间设定为轧态复合钢板板厚5倍(分钟/mm)，即25分钟；其保温时间设定为轧态复合钢板板厚3.5倍(分钟/mm)，即17.5分钟。
除“回火温度”、“在炉时间”、“保温时间”这三项工艺参数外，其他回火工艺参数与5mm的纯9Ni钢板相同。
(6)性能检测
经过淬火和回火热处理的5mm调质态复合钢板应逐张进行下列特性的检测和试验，并保证其合格：
剪切强度试验：剪切强度大于等于210MPa；
弯曲试验：弯曲半径为3a时的外弯试验、侧弯试验合格；
9Ni基层-196℃低温夏比冲击试验：-196℃低温夏比横向冲击试验冲击功(转换成10×10mm冲击试样)平均≥100J，单个冲击试样最小冲击功≥80J；
常规拉伸试验：全板厚拉伸试验所得抗拉强度≥680MPa、且不大于820MPa、屈服强度≥585MPa、断后延伸率应≥18％；
钢板剩磁强度检测，且其剩磁强度≤30高斯。
(8)成品钢板
前述调质态复合钢板通过前述相关特性的检测和试验后，还应根据相关标准和用户的要求进行钢板表面质量的检查。在各项检查均合格之后，最终将前述调质态复合钢板切割成所需宽度和长度的、厚度为5mm的成品9Ni钢/不锈钢2层复合钢板。其中，基层9Ni钢X8Ni9的厚度为4.5mm，复层不锈钢S30408的厚度为0.5mm。
Claims (20)
1.一种LNG储罐和移动容器用9Ni钢/不锈钢复合钢板，该复合钢板包括基层和覆盖在基层至少一个表面上的复层，所述基层为9Ni钢，所述复层为奥氏体不锈钢；所述9Ni钢/不锈钢复合钢板的复合界面剪切强度≥210MPa，-196℃低温夏比冲击功≥100J，抗拉强度为680～820MPa，屈服强度≥50MPa，延伸率≥18％，剩磁强度≤30高斯；其通过以下制造方法获得，包括如下步骤：
1)表面处理
将9Ni钢坯料的上表面和/或下表面进行扒皮、平整，并沿四周进行坡口加工；
将奥氏体不锈钢坯料的任一表面进行清理、平整和/或酸洗处理，并沿四周进行坡口加工；
2)焊合
将两块奥氏体不锈钢坯料各自以表面处理过的一表面与9Ni钢坯料表面处理过的上、下表面以面接触方式叠放在一起，使坡口对齐、焊合，形成不锈钢/9Ni钢/不锈钢3层复合坯料；其中9Ni钢坯料与奥氏体不锈钢坯料结合面的间缝内保持真空状态；或，
将一块奥氏体不锈钢坯料以表面处理过的一表面与9Ni钢坯表面处理过的一表面以面接触方式叠放在一起，再将坡口对齐、焊合，形成9Ni钢/不锈钢2层复合中间坯；将两块所述9Ni钢/不锈钢2层复合中间坯的9Ni钢坯的表面以面接触方式叠放在一起，并使坡口对齐、焊合，形成不锈钢/9Ni钢/9Ni钢/不锈钢4层复合坯料；其中，所述2层复合中间坯中9Ni钢坯料与奥氏体不锈钢坯料结合面的间缝内保持真空状态，所述4层复合坯料中两块9Ni钢坯料结合面的间缝填充分离剂；
3)复合坯料加热
将步骤2)得到的复合坯料进行加热，出炉温度为1050～1200℃；
4)轧制
终轧温度≥990℃，轧制后得到毛边轧态复合钢板；
5)冷却
开冷温度≥980℃，冷却速度≥2℃/秒，终冷温度≤500℃；
6)切割+分离
将冷却后的3层毛边轧态复合钢板进行双边切割和头尾切割，得到不锈钢/9Ni钢/不锈钢3层轧态复合钢板；或，
将冷却后的4层毛边轧态复合钢板进行双边切割和头尾切割，在分离剂的作用下两基层分开，得到两张9Ni钢/不锈钢2层轧态复合钢板；
7)热处理
对不锈钢/9Ni钢/不锈钢3层轧态复合钢板进行热处理后得到不锈钢/9Ni钢/不锈钢3层复合钢板；或，
对9Ni钢/不锈钢2层轧态复合钢板进行热处理后得到9Ni钢/不锈钢2层复合钢板；具体热处理条件如下：
淬火处理：淬火温度为770～920℃，在炉时间为(1.5～4.0)×T分钟，T为轧态复合钢板的板厚，单位为mm；保温时间为(1.0～3.0)×T分钟，T为轧态复合钢板的板厚，单位为mm；
回火处理：回火温度为540～635℃；在炉时间为(1.5～5.0)×T分钟，T为轧态复合钢板的板厚，单位为mm；保温时间为(1.2～4.0)×T分钟，T为轧态复合钢板的板厚，单位为mm。
2.根据权利要求1所述的LNG储罐和移动容器用9Ni钢/不锈钢复合钢板，其特征在于，所述9Ni钢/不锈钢复合钢板以9Ni钢为基层、在基层的一个表面上覆盖一奥氏体不锈钢复层，形成9Ni钢/不锈钢2层复合钢板。
3.根据权利要求1所述的LNG储罐和移动容器用9Ni钢/不锈钢复合钢板，其特征在于，所述9Ni钢/不锈钢复合钢板以9Ni钢为基层、在基层的上下表面上各覆盖一奥氏体不锈钢复层，形成不锈钢/9Ni钢/不锈钢3层复合钢板。
4.根据权利要求1-3任一项所述的LNG储罐和移动容器用9Ni钢/不锈钢复合钢板，其特征在于，所述复层的厚度≥0.3mm。
5.根据权利要求1-3任一项所述的LNG储罐和移动容器用9Ni钢/不锈钢复合钢板，其特征在于，复层的厚度≥0.5mm。
6.根据权利要求1-3任一项所述的LNG储罐和移动容器用9Ni钢/不锈钢复合钢板，其特征在于，所述基层与所述复层的厚度之比≥3。
7.根据权利要求1-3任一项所述的LNG储罐和移动容器用9Ni钢/不锈钢复合钢板，其特征在于，所述9Ni钢/不锈钢复合钢板的厚度≤50mm。
8.根据权利要求1-3任一项所述的LNG储罐和移动容器用9Ni钢/不锈钢复合钢板，其特征在于，所述9Ni钢/不锈钢复合钢板的厚度≤40mm。
9.一种LNG储罐和移动容器用9Ni钢/不锈钢复合钢板的制造方法，其特征在于，其包括如下步骤：
1)表面处理
将9Ni钢坯料的上表面和/或下表面进行扒皮、平整，并沿四周进行坡口加工；
将奥氏体不锈钢坯料的任一表面进行清理、平整和/或酸洗处理，并沿四周进行坡口加工；
2)焊合
将两块奥氏体不锈钢坯料各自以表面处理过的一表面与9Ni钢坯料表面处理过的上、下表面以面接触方式叠放在一起，使坡口对齐、焊合，形成不锈钢/9Ni钢/不锈钢3层复合坯料；其中9Ni钢坯料与奥氏体不锈钢坯料结合面的间缝内保持真空状态；或，
将一块奥氏体不锈钢坯料以表面处理过的一表面与9Ni钢坯表面处理过的一表面以面接触方式叠放在一起，再将坡口对齐、焊合，形成9Ni钢/不锈钢2层复合中间坯；将两块所述9Ni钢/不锈钢2层复合中间坯的9Ni钢坯的表面以面接触方式叠放在一起，并使坡口对齐、焊合，形成不锈钢/9Ni钢/9Ni钢/不锈钢4层复合坯料；其中，所述2层复合中间坯中9Ni钢坯料与奥氏体不锈钢坯料结合面的间缝内保持真空状态，所述4层复合坯料中两块9Ni钢坯料结合面的间缝填充分离剂；
3)复合坯料加热
将步骤2)得到的复合坯料进行加热，出炉温度为1050～1200℃；
4)轧制
终轧温度≥990℃，轧制后得到毛边轧态复合钢板；
5)冷却
开冷温度≥980℃，冷却速度≥2℃/秒，终冷温度≤500℃；
6)切割+分离
将冷却后的3层毛边轧态复合钢板进行双边切割和头尾切割，得到不锈钢/9Ni钢/不锈钢3层轧态复合钢板；或，
将冷却后的4层毛边轧态复合钢板进行双边切割和头尾切割，在分离剂的作用下两基层分开，得到两张9Ni钢/不锈钢2层轧态复合钢板；
7)热处理
对不锈钢/9Ni钢/不锈钢3层轧态复合钢板进行热处理后得到不锈钢/9Ni钢/不锈钢3层复合钢板；或，
对9Ni钢/不锈钢2层轧态复合钢板进行热处理后得到9Ni钢/不锈钢2层复合钢板；具体热处理条件如下：
淬火处理：淬火温度为770～920℃，在炉时间为(1.5～4.0)×T分钟，T为轧态复合钢板的板厚，单位为mm；保温时间为(1.0～3.0)×T分钟，T为轧态复合钢板的板厚，单位为mm；
回火处理：回火温度为540～635℃；在炉时间为(1.5～5.0)×T分钟，T为轧态复合钢板的板厚，单位为mm；保温时间为(1.2～4.0)×T分钟，T为轧态复合钢板的板厚，单位为mm；
获得的9Ni钢/不锈钢复合钢板，该复合钢板包括基层和覆盖在基层至少一个表面上的复层，所述基层为9Ni钢，所述复层为奥氏体不锈钢；该复合钢板的复合界面剪切强度≥210MPa，-196℃低温夏比冲击功≥100J，全板厚拉伸试验抗拉强度为680～820MPa，屈服强度≥50MPa，延伸率≥18％，剩磁强度≤30高斯。
10.根据权利要求9所述的LNG储罐和移动容器用9Ni钢/不锈钢复合钢板的制造方法，其特征在于，步骤3)中出炉温度为1100～1150℃。
11.根据权利要求9所述的LNG储罐和移动容器用9Ni钢/不锈钢复合钢板的制造方法，其特征在于，步骤4)中终轧温度为1050～1100℃。
12.根据权利要求9所述的LNG储罐和移动容器用9Ni钢/不锈钢复合钢板的制造方法，其特征在于，步骤5)中开冷温度≥1040℃。
13.根据权利要求9所述的LNG储罐和移动容器用9Ni钢/不锈钢复合钢板的制造方法，其特征在于，步骤5)中冷却速度≥5℃/秒。
14.根据权利要求9所述的LNG储罐和移动容器用9Ni钢/不锈钢复合钢板的制造方法，其特征在于，步骤5)中终冷温度≤400℃。
15.根据权利要求9所述的LNG储罐和移动容器用9Ni钢/不锈钢复合钢板的制造方法，其特征在于，步骤7)中淬火温度为800～830℃。
16.根据权利要求9所述的LNG储罐和移动容器用9Ni钢/不锈钢复合钢板的制造方法，其特征在于，步骤7)中回火温度为565～600℃。
17.根据权利要求9所述的LNG储罐和移动容器用9Ni钢/不锈钢复合钢板的制造方法，其特征在于，所述不锈钢/9Ni钢/不锈钢3层复合坯料的厚度与不锈钢/9Ni钢/不锈钢3层复合钢板厚度之比≥3。
18.根据权利要求9所述的LNG储罐和移动容器用9Ni钢/不锈钢复合钢板的制造方法，其特征在于，所述不锈钢/9Ni钢/不锈钢3层复合坯料的厚度与不锈钢/9Ni钢/不锈钢3层复合钢板厚度之比≥5。
19.根据权利要求9所述的LNG储罐和移动容器用9Ni钢/不锈钢复合钢板的制造方法，其特征在于，所述9Ni钢/不锈钢2层复合中间坯的厚度与9Ni钢/不锈钢2层复合钢板厚度之比≥3。
20.根据权利要求9所述的LNG储罐和移动容器用9Ni钢/不锈钢复合钢板的制造方法，其特征在于，所述9Ni钢/不锈钢2层复合中间坯的厚度与9Ni钢/不锈钢2层复合钢板厚度之比≥5。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |