通常将各种液化石油气、液氨、液氧、液氮等生产、储存容器和低温环境服役的输送管道及管件,称为低温容器,制造低温容器所用的钢以及在低温环境服役的其他装备用钢统称为低温钢。目前,国内外对低温用钢的温度界限还没有一个统一的规定。根据GB150《固定式压力容器》,我国低温压力容器定义为-20℃以下温度服役的容器。
目前,低温钢大致可分为四类:低碳铝镇静钢、低温高强度钢、镍系低温钢和奥氏体不锈钢,常用低温钢的类型和使用温度范围见表4。
表4 常见低温钢的类型和使用温度范围
1932年,美国发明了可在-46℃低温下使用的2.5%Ni钢,随后相继开发了3.5%Ni、5%Ni、9%Ni等镍系低温钢。根据不同的使用温度加入不同的镍含量,形成了2.5%Ni、3.5%Ni、5%Ni、9%Ni等镍系低温钢。随着钢中镍含量的增加,钢的低温韧性提高,韧脆转变温度降低,它主要用于制造-40℃~196℃下使用的低温设备。镍系低温钢的化学成分和主要力学性能要求见表5和表6。(www.xing528.com)
海洋石油装备中低温钢主要用于海底低温环境、极地或冬季严寒海域的设备和LNG船储罐系统等。在水深超过1000m的海底,温度常年维持在0℃附近,要求装备材料具有良好的低温韧性。在北极和冬季寒冷海区服役温度极低,尤其是北极海区最冷月平均气温达-40℃,此环境下使用的平台构件、管系、阀门等装备需采用E级(满足-40℃冲击要求)甚至是F级(满足-60℃冲击要求)的钢材。LNG(液化天然气)的温度低达-163℃左右,LNG船储罐材料一般采用9%Ni钢。9%Ni钢低温下具有良好的强韧性,且合金含量少、价格便宜,已逐步取代Ni-Cr奥氏体不锈钢,成为-196℃级低温设备和容器的最重要的结构材料,广泛用于LNG储罐。
表5 镍系低温钢的化学成分要求 (%,质量分数)
表6 镍系低温钢的力学性能要求
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