超高強度的低溫焊接件制造技術

提供用于連接超高強度低合金鋼的焊接方法，以便獲得抗拉強度大于約９００ＭＰａ（１３０ｋｓｉ）的焊接件，所述焊接件上的焊縫金屬具有根據已知的斷裂力學原理適合于低溫應用場合的斷裂韌性。（*該技術在2018年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及生產具有低溫斷裂韌性優異的焊縫金屬的超高強度焊接件的方法。更具體而言，本專利技術涉及生產在超高強度的低合金鋼上形成具有低溫斷裂韌性優異的焊縫金屬的超高強度焊接件的方法。
技術介紹
在下面的說明中定義了許多術語。為了方便起見，恰在權利要求書的前面給出了一個術語表。經常地，需要在低溫，即溫度低于約-40℃(-40°F)的條件下，貯存和運輸加壓的揮發性液體。例如，需要在約1035kPa(150psia)-7590kPa(1100psia)的壓力范圍和高于約-123℃(-190°F)的溫度下，貯存和運輸加壓的液化天然氣(PLNG)的容器。也需要在低溫下，安全且經濟地貯存和運輸其它加壓流體，例如甲烷、乙烷和丙烷的容器。為用焊接鋼建造這種容器，所述鋼及其焊接件(見術語表)在服役條件下必須具有足以承受流體壓力的強度和足以防止斷裂發生，即一種失效事件發生的韌性。對于熟練的技術人員而言，很熟悉的是，在設計用于運輸加壓的低溫流體，例如PLNG的存貯容器時，可采用夏氏V形缺口(CVN)試驗，尤其是通過使用韌-脆轉變溫度(DBTT)來進行斷裂韌性的評價和斷裂控制。DBTT描述了結構鋼的兩個斷裂區域。溫度低于DBTT時，夏氏V形缺口試驗的破壞一般以低能量的解理(脆性)斷裂形式出現，當溫度高于DBTT時，破壞一般以高能量的韌性斷裂形式出現。用于上述低溫場合和其它承載的低溫服役條件的由焊接鋼建造的存貯和運輸容器的DBTT，其值由夏氏V形缺口試驗測定，必須明顯低于所述構件的使用溫度，以避免脆性失效。根據設計、使用條件和/或適用的船級社的要求，所要求的DBTT溫度變化(即DBTT必須低于期望使用溫度的溫度值)可以在低于使用溫度的5-30℃(9-54°F)之間。傳統上用于低溫結構場合的含鎳鋼，例如，鎳含量大于約3wt.％的鋼具有低的DBTT，但其抗拉強度也相對較低。典型地，市售的含Ni量分別為3.5wt.％，5.5wt.％，和9wt.％的鋼的DBTT分別為約-100℃(-150°F)，-155℃(-250°F)和-175℃(-280°F)，抗拉強度最高分別為約485MPa(70ksi)，620MPa(90ksi)和830MPa(120ksi)。為了獲得這些強度和韌性的組合，這些鋼一般進行昂貴的處理，如雙退火處理。在低溫應用的情況下，工業上目前使用這些工業含鎳鋼是因為它們在低溫下具有良好韌性，但必須針對它們的相對低的抗拉強度進行設計。所述設計一般要求應用于承載、低溫場合的鋼的厚度過大。結果，由于所述鋼成本高，再加之所要求的鋼厚度過大，使得這些含鎳鋼在承載、低溫場合的使用趨于昂貴。目前用于輸送-162℃(-260°F)和大氣壓下的液化天然氣(LNG)的商業貯存容器典型地采用上述工業含鎳鋼、奧氏體不銹鋼或鋁來建造。在LNG應用場合，對這些材料，以及對連接這些材料的焊接件的強度和韌性要求與對PLNG時明顯不同。例如，在討論用于低溫用途的2.25-9wt％的Ni鋼的焊接時，G.E.Linnert在1967年的美國焊接學會、第三版的“welding Metallurgy(焊接冶金學)”中的第2卷，第550-570頁，列出了對這種焊接件的夏氏V形缺口韌性(見術語表)的要求為約20-61J，該值在使用溫度下測得。另外，1995出版的Det Norske Veritas(DNV)船舶分類準則指出，用于新建的、液化氣運輸船舶的材料必須滿足一定的最小夏氏V形缺口韌性要求。具體而言，所述DNV準則要求用于設計溫度為-60至-165℃的壓力容器的板材和焊接件在低于設計溫度5至30℃(9至54°F)的試驗溫度下的夏氏韌性最小值應為27J。由Linnert和DNV準則所列出的要求不能直接用于輸送PLNG(或者其它加壓的低溫流體)的容器的建造，因為PLNG的容器壓力典型地約2760kPa(400psia)，該值比運輸LNG的傳統方法明顯高，運輸LNG時一般等于或接近大氣壓。對于PLNG貯存和運輸容器而言，需要更嚴格的韌性要求，因而，需要具有比目前建造LNG貯存容器使用的焊接件的韌性性能更優的焊接件。基板材料優選采用超高強度的低合金鋼的分立板材建造用于加壓的低溫流體如PLNG的貯存容器。三個共同未決的美國臨時專利申請確定了各種具有優異低溫韌性的可焊接超高強度低合金鋼用于建造運輸PLNG和其它加壓的低溫流體的貯存容器。所述的鋼在題為“ultra-high strength steelswith excellent cryogenic temperature toughness”，優選權日為1997年12月19日的共同未決的美國臨時專利申請中進行了介紹，該申請為美國專利商標局(“USPTO”)確定的申請號是60/068194；在題為“ultra-high strength ausaged steels with excellent cryogenictemperature toughness”，優選權日為1997年12月19日的共同未決的美國臨時專利申請中也對所述鋼進行了介紹，該申請為USPTO確定的申請號是60/068252；而且，在題為“Ultra-high strength dual phasesteels with excellent cryogenic temperature toughness”，優選權日為1997年12月19日的共同未決的美國臨時專利申請中又對所述鋼進行了介紹，該申請為USPTO確定的申請號是60/068816。所述這些鋼尤其適于許多低溫場合，包括PLNG的運輸，原因在于對于厚度優選約2.5cm(1英寸)或更大的鋼板而言，所述鋼具有如下特性(i)在基體鋼和焊接HAZ，DBTT低于約-73℃(-100°F)，優選低于約-107℃(-160°F)，(ii)抗拉強度大于830MPa(120ksi)，優選大于約860MPa(125ksi)，并且更優選大于約900MPa(130ksi)，(iii)焊接性優異，(iv)沿厚度方向的顯微組織和性能基本均勻，以及(V)韌性改善，其值超過標準的、市售超高強度低合金鋼的韌性指標。上述共同未決的美國臨時專利申請中介紹的所述鋼的抗拉強度可以大于約930MPa(135ksi)，或者大于965MPa(140ksi)，或者大于約1000MPa(145ksi)。在1997年2月5日公開的，國際申請號為PCT/JP96/00157和國際公開號為WO 96/23909(08.08.1996 Gazette 1996/36)(這種鋼優選具有0.1-1.2wt％的銅含量)的歐洲專利申請中，以及在題為“ultra-high strength，weldable steels with excellent ultra-lowtemperature toughness”，優先權日為1997年7月28日，被USPTO確定的申請號為60/053915的共同未決的美國臨時專利申請中均對其它合適的鋼進行了介紹。焊接采用某種焊接方法可將這種鋼連接一起以建造用于加壓的低溫流體如PLNG的貯存容器，所述焊接方法應適于獲得具有對于特定場合而言，足夠的強度和斷裂韌性的焊接件。這樣的焊接方法優選包括一種合適的焊接工藝，例如，但不限于，氣本文檔來自技高網...

【技術保護點】
對基體金屬進行焊接以獲得抗拉強度大于約９００ＭＰａ（１３０ｋｓｉ）的焊接件的方法，所述方法包括的步驟為：（ｉ）使用氣體保護焊接工藝、氬基的保護氣體、以及自耗焊絲進行焊接，所述自耗焊絲產生含有鐵和下述合金元素的焊縫金屬：約０．０６－０ ．１０ｗｔ％的碳；約１．６０－２．０５ｗｔ％的錳；約０．２０－０．３２ｗｔ％的硅；約１．８７－６．００ｗｔ％的鎳；約０．３０－０．８７ｗｔ％的鉻；以及約０．４０－０．５６ｗｔ％的鉬。

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：DP法爾其爾德，
申請(專利權)人：埃克森美孚上游研究公司，
類型：發明
國別省市：US[美國]