【摘 要】
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随着“绿色发展”理念逐渐成为主流趋势,作为清洁能源之一的液化天然气（Liquefied Natural Gas,简称LNG）的贸易量日益增长。9Ni钢作为存储、运输LNG的关键结构材料,其需求量也相应增加。然而,目前9Ni钢中镍含量较高（一般在9.0～9.5 wt.%）且镍价昂贵,导致企业的生产成本过高。有研究表明每降低钢中1%Ni可降低5%的成本。因此,9Ni钢的节镍化和低成本化是一个重要发展方
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随着“绿色发展”理念逐渐成为主流趋势,作为清洁能源之一的液化天然气（Liquefied Natural Gas,简称LNG）的贸易量日益增长。9Ni钢作为存储、运输LNG的关键结构材料,其需求量也相应增加。然而,目前9Ni钢中镍含量较高（一般在9.0～9.5 wt.%）且镍价昂贵,导致企业的生产成本过高。有研究表明每降低钢中1%Ni可降低5%的成本。因此,9Ni钢的节镍化和低成本化是一个重要发展方向。不同于传统的“试错法”,基于现代计算工具进行科学的实验设计和性能研究是一种新的研究方法。基于此,本文以9Ni钢为研究对象,以力学性能作为评价指标,借助JMat Pro软件进行成分优化,研究了9Ni钢节镍化前后的组织和性能变化,探讨了9Ni钢减镍化及低成本化的可行性,并得出以下结论:（1）系统分析了各合金元素对9Ni钢屈服强度、抗拉强度等力学性能的影响,通过正交实验对Ni、Si、Cr、Mo和Nb进行设计,采用直观分析、极差分析和方差分析对实验结果进行成分优化并追加实验进行验证,最后设计出节镍型9Ni钢（1#）和标准型9Ni钢（2#）的化学成分。（2）借助JMatPro软件,研究了两种成分的平衡相图,1#除A1线温度稍低于2#外,固液相线温度、A3线温度、Ms、Mf等相变温度均略高于2#;2#除Mo、Al元素外,其余元素随温度的变化趋势同1#几乎一致。两个试样的应力-应变曲线和RTT曲线表明二者之间无明显区别,同时计算了各自的再结晶激活能,1#为621.6k J/mol、2#为622.8 k J/mol。冷却转变和CCT曲线的研究结果表明:两个试样在冷却时均不发生珠光体转变;9Ni钢的临界淬火速度介于8.0～9.0℃/s之间;当冷却速度介于10.0～30.0℃/s时,马氏体含量的增加速率最快,但总含量不够高;为得到更多的马氏体组织,建议最佳冷速控制在40.0～70.0℃/s。（3）采用扫描电镜和夹杂物分析仪,研究了两个试样各自的典型夹杂物形貌、夹杂物的数量以及尺寸分布情况,结果表明:两个试样中均有氧化物和碳化物夹杂;虽然1#的夹杂物总数更多,但全都分布在20μm及以下,而2#只有83.67%的夹杂物尺寸小于20μm,但2#的总夹杂物个数更少,其单位面积夹杂物个数也更少。对9Ni钢的硬度和XRD进行对比研究,其结果表明:1#的硬度测试值普遍低于2#,其原因是1#中Mn、C等提高硬度的元素含量较少,冷却过程生成的铁素体更多;1#和2#的逆转奥氏体含量接近,分别为1.9%和2.2%。微拉伸试验结果表明:1#在不同拉伸速率下的屈服强度为550～590 MPa,抗拉强度为690～740MPa,屈强比在0.8左右。通过观察拉伸试样的断口形貌知:断面上分布有少许较深的大韧窝和大量的小韧窝,并镶嵌有非金属夹杂物颗粒。
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