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摘要：本文从焊接工艺、焊缝冶金质量和焊缝组织分析了LNG储罐用9Ni钢焊缝良好低温韧性形成的原因。
关键词：9Ni钢；低温韧性；焊缝组织分析
LNG储罐用9Ni钢应用于-196度的低温环境，该环境对焊缝韧性提出了较高的要求。通过控制焊接工艺和焊缝化学成分来影响组织形态，从而达到较高的韧性储备。
（1）焊接工艺
盡量使用小线能量进行施焊。小线能量焊接过程，温度波动幅度减小，高温停留时间变短，形成的焊缝晶粒较小，韧性增高。
采用多层多道焊接韧性会提高。焊接线能量的降低，晶粒不会粗大，加之，各焊道间的热影响造成再结晶细化晶粒的效果。
（2）焊缝杂质元素
杂质及形态和合金元素对焊缝韧性都会造成影响。9Ni钢的杂质元素主要包括事H，O，S和P。H造成氢脆，O与其他元素形成非金属夹杂物，S和P在结晶过程中于晶界偏析形成低熔点共晶物质。以上的情形都会造成焊缝韧性的下降。
通过加入CaF2和K3AlF6与H（H2，OH和H2O）反应生成HF气体。工业碳酸钙高温生成的CO2能够降低氢分压，从而降低氢在金属的溶解。同时CO2能够与H2反应生成CO和水蒸汽也可降低氢的溶解。
天然硅灰石与工业碳酸钙分解生成的CaO与FeS生成不溶于金属的CaS。锰粉与FeS生成的MnS同样不溶于金属。这两种方式都可以起到脱硫的效果。
焊接过程中，P向熔渣排放的条件为：一，让P氧化形成P2O5；二，与熔渣成分形成牢固的化合物。最易与P结合的碱性氧化物为CaO。
焊接时，存在着MgO，MnO，FeO等多种氧化物，将P氧化为P2O5，与天然硅灰石与工业碳酸钙分解生成的CaO反应，生成稳定的复合物（3CaO· P2O5或4CaO· P2O5）达到脱磷等效果。
焊接时氧等来源比较丰富，如母材或焊丝的铁锈、焊剂成分中的氧化物、焊接材料的水分和空气中的氧气等。因此，焊接过程容易引起焊缝的增氧。氧化物以非金属夹杂物SiO2，FeO，Al2O3和MnO等形式残留于焊缝，使焊缝脆化，不但会降低金属的塑性还会造成韧性下降。
当焊缝金属中Mn/Si比值为3～6[1]，形成的脱氧产物半径最大，容易被焊渣吸收，减少了焊缝金属含氧量。焊缝金属Si主要来自于焊丝，当焊丝选定后，只能通过调整焊剂Mn含量的方式调整Mn/Si比值。
（3）主要合金元素对焊缝的作用
镍是无限扩大奥氏体元素，使Ac3降低，细化晶粒，当Ni含量较高无韧脆转变，甚至在室温都是单相奥氏体组织。此时，焊缝组织具有良好的低温韧性。铬与氧结合为致密的氧化膜，可以大幅度提升合金的抗氧化性。钼的加入不但可增强抗腐蚀性，提高合金塑性，还显著降低热裂纹敏感性。过量的硅元素能与其他物质反应生成低熔点共晶产物，使合金脆化，降低韧性。锰与硅通过脱硫脱氧，降低低熔点产物的数量，还可以向焊缝过渡锰元素，实现固溶强化的效果。
（4）焊缝组织分析
合金元素的种类和数量决定了焊缝的组织。合金元素可分为：奥氏体元素和铁素体元素。本课题主要涉及到的铁素体元素有Cr，Mo，Si和Nb。涉及到的奥氏体元素有Ni，C和Mn。
舍夫勒组织图为手弧焊经验归纳得出化学元素与组织关系。图中纵坐标为镍当量Nieq，横坐标为铬当量Creq，计算式如下：
Nieq=Ni+30C+0.5Mn
Creq=Cr+Mo+1.5Si+0.5Nb
将表1中第一组的熔敷金属化学成分代入：
Nieq=Ni+30C+0.5Mn=63.3+30×0.021+0.5×1.12=64.49
Creq=Cr+Mo+1.5Si+0.5Nb=21.97+9.15+1.5×0.22+0.5×3.23=33.065
根据计算所得结果结合舍夫勒组织图图分析，可知熔敷金属组织应为奥氏体。然而实验结果为大量奥氏体和极少量δ铁素体。两者存在一定的差异。原因在于舍夫勒组织图仅考虑了化学成分对组织的影响，却未考虑到实际焊接条件及合金元素存在形态的影响。正因为如此，舍夫勒组织图在使用时允许4%左右的误差。因此，实验结果与理论分析基本一致。
参考文献：
[1]苏仲鸣.焊剂的性能与使用[M].北京：机械工业出版社出版，1989.
[2]陈伯蠡.焊接冶金原理[M].北京：清华大学出版社，1991：301-308.
关键词：9Ni钢；低温韧性；焊缝组织分析
LNG储罐用9Ni钢应用于-196度的低温环境，该环境对焊缝韧性提出了较高的要求。通过控制焊接工艺和焊缝化学成分来影响组织形态，从而达到较高的韧性储备。
（1）焊接工艺
盡量使用小线能量进行施焊。小线能量焊接过程，温度波动幅度减小，高温停留时间变短，形成的焊缝晶粒较小，韧性增高。
采用多层多道焊接韧性会提高。焊接线能量的降低，晶粒不会粗大，加之，各焊道间的热影响造成再结晶细化晶粒的效果。
（2）焊缝杂质元素
杂质及形态和合金元素对焊缝韧性都会造成影响。9Ni钢的杂质元素主要包括事H，O，S和P。H造成氢脆，O与其他元素形成非金属夹杂物，S和P在结晶过程中于晶界偏析形成低熔点共晶物质。以上的情形都会造成焊缝韧性的下降。
通过加入CaF2和K3AlF6与H（H2，OH和H2O）反应生成HF气体。工业碳酸钙高温生成的CO2能够降低氢分压，从而降低氢在金属的溶解。同时CO2能够与H2反应生成CO和水蒸汽也可降低氢的溶解。
天然硅灰石与工业碳酸钙分解生成的CaO与FeS生成不溶于金属的CaS。锰粉与FeS生成的MnS同样不溶于金属。这两种方式都可以起到脱硫的效果。
焊接过程中，P向熔渣排放的条件为：一，让P氧化形成P2O5；二，与熔渣成分形成牢固的化合物。最易与P结合的碱性氧化物为CaO。
焊接时，存在着MgO，MnO，FeO等多种氧化物，将P氧化为P2O5，与天然硅灰石与工业碳酸钙分解生成的CaO反应，生成稳定的复合物（3CaO· P2O5或4CaO· P2O5）达到脱磷等效果。
焊接时氧等来源比较丰富，如母材或焊丝的铁锈、焊剂成分中的氧化物、焊接材料的水分和空气中的氧气等。因此，焊接过程容易引起焊缝的增氧。氧化物以非金属夹杂物SiO2，FeO，Al2O3和MnO等形式残留于焊缝，使焊缝脆化，不但会降低金属的塑性还会造成韧性下降。
当焊缝金属中Mn/Si比值为3～6[1]，形成的脱氧产物半径最大，容易被焊渣吸收，减少了焊缝金属含氧量。焊缝金属Si主要来自于焊丝，当焊丝选定后，只能通过调整焊剂Mn含量的方式调整Mn/Si比值。
（3）主要合金元素对焊缝的作用
镍是无限扩大奥氏体元素，使Ac3降低，细化晶粒，当Ni含量较高无韧脆转变，甚至在室温都是单相奥氏体组织。此时，焊缝组织具有良好的低温韧性。铬与氧结合为致密的氧化膜，可以大幅度提升合金的抗氧化性。钼的加入不但可增强抗腐蚀性，提高合金塑性，还显著降低热裂纹敏感性。过量的硅元素能与其他物质反应生成低熔点共晶产物，使合金脆化，降低韧性。锰与硅通过脱硫脱氧，降低低熔点产物的数量，还可以向焊缝过渡锰元素，实现固溶强化的效果。
（4）焊缝组织分析
合金元素的种类和数量决定了焊缝的组织。合金元素可分为：奥氏体元素和铁素体元素。本课题主要涉及到的铁素体元素有Cr，Mo，Si和Nb。涉及到的奥氏体元素有Ni，C和Mn。
舍夫勒组织图为手弧焊经验归纳得出化学元素与组织关系。图中纵坐标为镍当量Nieq，横坐标为铬当量Creq，计算式如下：
Nieq=Ni+30C+0.5Mn
Creq=Cr+Mo+1.5Si+0.5Nb
将表1中第一组的熔敷金属化学成分代入：
Nieq=Ni+30C+0.5Mn=63.3+30×0.021+0.5×1.12=64.49
Creq=Cr+Mo+1.5Si+0.5Nb=21.97+9.15+1.5×0.22+0.5×3.23=33.065
根据计算所得结果结合舍夫勒组织图图分析，可知熔敷金属组织应为奥氏体。然而实验结果为大量奥氏体和极少量δ铁素体。两者存在一定的差异。原因在于舍夫勒组织图仅考虑了化学成分对组织的影响，却未考虑到实际焊接条件及合金元素存在形态的影响。正因为如此，舍夫勒组织图在使用时允许4%左右的误差。因此，实验结果与理论分析基本一致。
参考文献：
[1]苏仲鸣.焊剂的性能与使用[M].北京：机械工业出版社出版，1989.
[2]陈伯蠡.焊接冶金原理[M].北京：清华大学出版社，1991：301-308.