專利名稱：一種用于液化天然氣運(yùn)輸船貯藏艙用鋁合金厚板及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及有色金屬新材料加工領(lǐng)域和船舶領(lǐng)域，是針對(duì)用于制造液化天然氣(Liquid nature gas 一簡(jiǎn)稱“LNG”)遠(yuǎn)洋運(yùn)輸船忙藏艙或陸地液化天然氣忙藏罐的一種招合金厚板(下面統(tǒng)一簡(jiǎn)稱“LNG鋁厚板”)及其制備方法。
背景技術(shù)：
石油、天然氣一類不可再生資源將越來越珍貴。隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步，我國(guó)石油和天然氣對(duì)外依存度來越高。2011年中國(guó)對(duì)外依存度超過56%，能源專家預(yù)測(cè)，2030年我國(guó)石油的對(duì)外依存度將高達(dá)80%，天然氣的運(yùn)輸方式主要取決于運(yùn)輸 距離的長(zhǎng)短。在通常情況下，不到1000 km的短途液化天然氣運(yùn)輸采用加壓管道輸送，在超過3000 km運(yùn)程條件下采用遠(yuǎn)洋船舶運(yùn)輸，以便達(dá)到規(guī)模經(jīng)濟(jì)效果。我國(guó)天然氣的主要進(jìn)口地區(qū)有澳大利亞、中東地區(qū)、卡塔爾、馬來西亞、印尼、非洲和南美洲等，這些地區(qū)與我國(guó)距離遙遠(yuǎn)、大洋相隔，符合船舶運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)。天然氣傳統(tǒng)運(yùn)輸船主要有壓縮天然氣(Compressed natural gas 一 CNG)運(yùn)輸船和氣水混合(Natural Gas Hydrate Pellet 一 NGH)運(yùn)輸船。這兩種運(yùn)輸方式運(yùn)力有限。最近發(fā)展起來的LNG運(yùn)輸船，可將運(yùn)力在傳統(tǒng)運(yùn)輸船基礎(chǔ)上提高4 10倍以上。LNG運(yùn)輸船就需要首先將天然氣在低于_162°C的溫度下液化得到的液態(tài)形式的天然氣再裝入貯藏艙進(jìn)行運(yùn)輸，LNG運(yùn)輸船是國(guó)際公認(rèn)的高技術(shù)、高難度、高附加值的“三高”船舶，被業(yè)內(nèi)人士稱為“一條浮動(dòng)的海上管道”，是維持LNG安全、可靠和穩(wěn)定運(yùn)輸中最重要的因素。目前全世界LNG船制造被韓國(guó)、日本、歐洲等發(fā)達(dá)國(guó)家壟斷。為保障國(guó)家能源安全，我國(guó)也開始制造LNG運(yùn)輸船。制造LNG運(yùn)輸船最關(guān)鍵是用作液化天然氣貯藏艙或運(yùn)輸船用材料，需具備一些基本要求I、在工作溫度范圍內(nèi)，艙用材料的膨脹系數(shù)要小，而且隨溫度變化，膨脹系數(shù)變化小。也就是貯藏艙或運(yùn)輸船在使用溫度范圍內(nèi)，尺寸變化要小，從而得到小的溫差應(yīng)力。合金具有小的導(dǎo)熱系數(shù)，以改善艙體的絕熱性能。2、一定的低溫沖擊韌性值(Cv)，或低溫塑脆轉(zhuǎn)折點(diǎn)溫度。在實(shí)際使用時(shí)，對(duì)Cv值的要求越來越高。3、對(duì)沖擊載荷和周變載荷，要有較好的適應(yīng)能力，能經(jīng)受沖擊和疲勞等。4、在低溫時(shí)，應(yīng)有較高的強(qiáng)度，和良好的延伸塑性。除了材料的以上要求外，還相應(yīng)對(duì)材料的造船加工工藝成型性、焊接性能等均有特殊要求。目前液化天然氣貯藏艙或運(yùn)輸船用材料可以應(yīng)用的有Ni36因瓦合金、Ni9%鋼和5083、5183、5383等鋁合金。其中，Ni36因瓦合金和Ni9%鋼性能優(yōu)良，但因價(jià)格過于昂貴和密度大影響運(yùn)輸量而不宜大量采用。鋁合金由于有良好的低溫性能是制造液化天然氣遠(yuǎn)洋運(yùn)輸船貯藏艙的最佳材料，關(guān)鍵在于優(yōu)選合適的合金牌號(hào)，優(yōu)化其制備工藝，就能滿足其要求。
此外，LNG到達(dá)港口后，在港口的LNG接收貯藏罐、LNG使用地貯藏罐、LNG汽車或火車運(yùn)輸貯藏罐也需要低溫力學(xué)性能優(yōu)良的鋁合金厚板來制造。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)在室溫 -196 °C環(huán)境中使用的鋁厚板，提出一種能滿足該環(huán)境的Al-Mg基鋁合金材料的產(chǎn)品供應(yīng)規(guī)格范圍及其制備方法，通過采取一些特別措施、增加低溫處理工序來確保鋁厚板力學(xué)性能的穩(wěn)定性，以滿足LNG貯藏艙或貯藏罐對(duì)鋁厚板的特殊要求。本發(fā)明所述鋁合金為不可熱處理強(qiáng)化鋁合金，公開合金牌號(hào)有四個(gè)，即5083、5183和5383或者傳統(tǒng)合金牌號(hào)LF4，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)滿足中華人民共和國(guó)標(biāo)準(zhǔn)GB/T3190或GB3190，鋁板厚度范圍25 300mm，產(chǎn)品狀態(tài)為熱軋態(tài)(即自由加工狀態(tài)-用“F”表示)或由F狀態(tài)經(jīng)過高溫退火后成為完全退火狀態(tài)一用“O”表示。其合金狀態(tài)的表示方法合金牌號(hào)在前、狀態(tài)代號(hào)在后，中間用連接，如5083-F，表示5083合金的熱軋狀態(tài)。
上述鋁板的制備步驟如下I、熔煉及熔體在線處理熔煉過程按一般Al-Mg系列鋁合金進(jìn)行，即先配料-熔化爐中熔化-合金化-打渣-倒入靜置爐中精煉-爐內(nèi)除氣-靜置處理-出爐經(jīng)過流槽時(shí)進(jìn)行在線除氣、在線過濾-在線晶粒細(xì)化-進(jìn)入結(jié)晶器進(jìn)行半連續(xù)鑄造等工藝過程。注意控制熔體的雜質(zhì)元素、夾渣、氫和氧等有害氣體含量。熔體處理要求特別嚴(yán)格，除渣除氣要求特別高，除了在靜置爐內(nèi)用氮?dú)獬龤馔?，鋁液流槽中的在線除氣采用氬氣旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)除氣，鋁液熔體在線過濾采用雙級(jí)過濾，第一級(jí)采用過濾精度30 40ppi的陶瓷過濾板過濾,第二級(jí)采用過濾精度50 70ppi的管式過濾系統(tǒng)過濾。經(jīng)過熔體過濾和除氣處理后鋁液要求夾雜物< 8μm，氫含量< O. 12ml/100go2、板錠鑄造及晶粒細(xì)化板錠，也有人稱“鑄錠”、“扁錠”或“鑄塊”，這里統(tǒng)稱板錠?？刹捎冒脒B續(xù)鑄造法制備鋁板錠，鑄造工藝采用一般5083熱軋板錠工藝，即半連續(xù)方法鑄造。I)鑄錠規(guī)格寬度由產(chǎn)品來確定；長(zhǎng)度> 2000mm ;長(zhǎng)度和寬度的上限視具體熱軋機(jī)工藝參數(shù)(主要是有效輥面寬度)而定。厚度在熱軋機(jī)許可的情況下，盡量采用厚度較大的板錠，其重要原則是保證熱軋總壓下量E > 65%。板錠厚度要求具體說明制備成品厚度彡25mm 80mm的招合金厚板,板錠厚度彡400mm ；制備成品厚度彡80mm 170mm的超厚招合金板,板錠厚度彡500mm ；制備成品厚度彡170mm的特厚鋁合金板，板錠厚度彡600mm。說明鋁合金道次壓下量計(jì)算方法在熱軋過程中軋制一次為一道次，假如某一道次軋前厚度為A，軋后厚度為B，其道次變形量E為E=100% X (A-B)/A總壓下量的計(jì)算與其相似，如A為板錠軋制前的厚度，經(jīng)過N道次軋制后的厚度為B，其總變形量同樣可以上述公式計(jì)算。2)、晶粒細(xì)化用于厚板軋制的板錠半連續(xù)鑄造時(shí)橫截面積比較大，其晶粒很容易粗大，晶粒細(xì)化難以實(shí)施。采取的特別措施提高鋁液流槽中晶粒細(xì)化劑Al-Ti-B線材添加量20 50%。即對(duì)于厚度^ 25mm 50mm厚板用板錠鑄造時(shí)，在線Al_5Ti_lB線材的添加量為每噸鋁液添加量
O.85 I. Okg ;厚度> 50mm 120mm厚板用板錠鑄造時(shí)，在線Al_5Ti_lB線材的添加量為每噸鋁液添加量I. O I. 2kg ;厚度> 120mm 300mm厚板用板錠鑄造時(shí)，在線Al_5Ti_lB線材的添加量為每噸鋁液添加量I. 2 I. 5kg。3、板錠的均勻處理均勻化處理在箱式爐、或箱式地窖爐或井式爐進(jìn)行，板錠金屬溫度為460 480°C，均勻化處理保溫時(shí)間主要取決于長(zhǎng)度方向的橫截住面積，即厚度X寬度。詳見下表
權(quán)利要求
1.一種極低溫環(huán)境使用的鋁合金厚板，其特征在于所述鋁合金厚板厚度為25 300mm,使用環(huán)境溫度為室溫至_196°C，產(chǎn)品狀態(tài)為熱軋態(tài)F，或?qū)狀態(tài)經(jīng)過高溫退火后成為完全退火狀態(tài)O ;所述鋁合金厚板按如下制備步驟獲得 (1)熔煉及熔體處理 熔煉過程按Al-Mg系列鋁合金的熔煉方式進(jìn)行，其中，鋁液熔體在線過濾采用雙級(jí)過濾，第一級(jí)過濾精度30 40ppi,采用陶瓷過濾板過濾,第二級(jí)過濾精度50 70ppi,采用管式過濾系統(tǒng)過濾，經(jīng)過熔體過濾和除氣處理后鋁液要求夾雜物< 8 μ m，氫含量(O. 12ml/100g ； (2)板錠鑄造及晶粒細(xì)化 板錠鑄造規(guī)格寬度由產(chǎn)品寬度來確定，長(zhǎng)度> 2000mm ;長(zhǎng)度和寬度的上限視具體熱軋機(jī)設(shè)備工藝參數(shù)而定，板錠厚度在熱軋機(jī)許可的情況下盡可能增大，并確保熱軋總壓下量E > 65%，板錠厚度要求具體說明 制備成品厚度彡25mm 80mm的招合金厚板,板錠厚度彡400mm ； 制備成品厚度> 80_ 170_的超厚招合金板,板錠厚度> 500mm ； 制備成品厚度> 170_的特厚鋁合金板，板錠厚度> 600mm ； 晶粒細(xì)化對(duì)于厚度> 25mm 50mm厚板用板錠鑄造時(shí)，在線Al-5Ti-lB線材的添加量為每噸鋁液添加量O. 85 I. Okg ;厚度> 50mm 120mm厚板用板錠鑄造時(shí)，在線Al_5Ti_lB線材的添加量為每噸鋁液添加量I. O I. 2kg ;厚度> 120mm 300mm厚板用板錠鑄造時(shí)，在線Al-5Ti-lB線材的添加量為每噸鋁液添加量I. 2 I. 5kg ； (3)板錠均勻化處理 均勻化處理在箱式爐或箱式地窖爐或井式爐中進(jìn)行，均勻化處理板錠金屬溫度為460 480°C，保溫時(shí)間依據(jù)板錠長(zhǎng)度方向的橫截住面積(即厚度X寬度)進(jìn)行選取，選取原則見下表
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的低溫環(huán)境使用的鋁合金厚板，其特征在于在進(jìn)行步驟(7)之前進(jìn)行成品退火，即將熱軋成F狀態(tài)鋁合金厚板再進(jìn)行完全退火后使其成為O狀態(tài)，退火工藝退火溫度為345 360°C (為鋁合金厚板的金屬溫度)，退火保溫時(shí)間取決于成品厚度和裝爐量，在不考慮裝爐量的情況下，退火保溫時(shí)間按下表所示原則選取
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的低溫環(huán)境使用的鋁合金厚板，其特征在于所述鋁合金鋁厚板的合金牌號(hào)為5083、5183、5383或LF4，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)滿足中華人民共和國(guó)標(biāo)準(zhǔn)GB/T3190 或 GB3190。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的低溫環(huán)境使用的鋁合金厚板，其特征在于所述鋁合金厚板使用環(huán)境溫度為低于_162°C高于_170°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的低溫環(huán)境使用的鋁合金厚板，其特征在于其是作為液化天然氣遠(yuǎn)洋運(yùn)輸船上LNG球形貯藏艙、遠(yuǎn)洋薄膜運(yùn)輸船形LNG貯藏艙、陸地港口、工廠LNG貯藏罐、火車汽車運(yùn)輸LNG貯藏罐的制備材料使用。
全文摘要
一種針對(duì)用于制造液化天然氣遠(yuǎn)洋運(yùn)輸船貯藏艙或陸地液化天然氣貯藏罐的一種鋁合金厚板及其制備方法。其使用環(huán)境溫度室溫～-196℃。本發(fā)明針對(duì)常規(guī)金屬材料具有低溫脆性等缺點(diǎn)，通過優(yōu)選鋁合金牌號(hào)并控制化學(xué)成份、加強(qiáng)鋁液熔體處理、增加晶粒細(xì)化劑添加量，板錠退火、控制熱軋總變形量，成品退火、低溫深冷處理等專門的制備工藝來改善獲得厚度為25～300mm、具有優(yōu)良的室溫和低溫綜合力學(xué)性能的鋁合金厚板。
文檔編號(hào)C22F1/047GK102936710SQ201210523660
公開日2013年2月20日 申請(qǐng)日期2012年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月29日
發(fā)明者蔣顯全, 蔣詩(shī)琪, 張秀錦 申請(qǐng)人:西南大學(xué)