一种针对用于制造液化天然气远洋运输船贮藏舱或陆地液化天然气贮藏罐的一种铝合金厚板及其制备方法。其使用环境温度：室温～-196℃。本发明专利技术针对常规金属材料具有低温脆性等缺点，通过优选铝合金牌号并控制化学成份、加强铝液熔体处理、增加晶粒细化剂添加量，板锭退火、控制热轧总变形量，成品退火、低温深冷处理等专门的制备工艺来改善获得厚度为25～300mm、具有优良的室温和低温综合力学性能的铝合金厚板。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及有色金属新材料加工领域和船舶领域，是针对用于制造液化天然气(Liquid nature gas 一简称“LNG”)远洋运输船忙藏舱或陆地液化天然气忙藏罐的一种招合金厚板(下面统一简称“LNG铝厚板”)及其制备方法。
技术介绍
石油、天然气一类不可再生资源将越来越珍贵。随着我国国民经济发展和科学技术不断进步，我国石油和天然气对外依存度来越高。2011年中国对外依存度超过56%，能源专家预测，2030年我国石油的对外依存度将高达80%，天然气的运输方式主要取决于运输 距离的长短。在通常情况下，不到1000 km的短途液化天然气运输采用加压管道输送，在超过3000 km运程条件下采用远洋船舶运输，以便达到规模经济效果。我国天然气的主要进口地区有澳大利亚、中东地区、卡塔尔、马来西亚、印尼、非洲和南美洲等，这些地区与我国距离遥远、大洋相隔，符合船舶运输的特点。天然气传统运输船主要有压缩天然气(Compressed natural gas 一 CNG)运输船和气水混合(Natural Gas Hydrate Pellet 一 NGH)运输船。这两种运输方式运力有限。最近发展起来的LNG运输船，可将运力在传统运输船基础上提高4 10倍以上。LNG运输船就需要首先将天然气在低于_162°C的温度下液化得到的液态形式的天然气再装入贮藏舱进行运输，LNG运输船是国际公认的高技术、高难度、高附加值的“三高”船舶，被业内人士称为“一条浮动的海上管道”，是维持LNG安全、可靠和稳定运输中最重要的因素。目前全世界LNG船制造被韩国、日本、欧洲等发达国家垄断。为保障国家能源安全，我国也开始制造LNG运输船。制造LNG运输船最关键是用作液化天然气贮藏舱或运输船用材料，需具备一些基本要求I、在工作温度范围内，舱用材料的膨胀系数要小，而且随温度变化，膨胀系数变化小。也就是贮藏舱或运输船在使用温度范围内，尺寸变化要小，从而得到小的温差应力。合金具有小的导热系数，以改善舱体的绝热性能。2、一定的低温冲击韧性值(Cv)，或低温塑脆转折点温度。在实际使用时，对Cv值的要求越来越高。3、对冲击载荷和周变载荷，要有较好的适应能力，能经受冲击和疲劳等。4、在低温时，应有较高的强度，和良好的延伸塑性。除了材料的以上要求外，还相应对材料的造船加工工艺成型性、焊接性能等均有特殊要求。目前液化天然气贮藏舱或运输船用材料可以应用的有Ni36因瓦合金、Ni9%钢和5083、5183、5383等铝合金。其中，Ni36因瓦合金和Ni9%钢性能优良，但因价格过于昂贵和密度大影响运输量而不宜大量采用。铝合金由于有良好的低温性能是制造液化天然气远洋运输船贮藏舱的最佳材料，关键在于优选合适的合金牌号，优化其制备工艺，就能满足其要求。此外，LNG到达港口后，在港口的LNG接收贮藏罐、LNG使用地贮藏罐、LNG汽车或火车运输贮藏罐也需要低温力学性能优良的铝合金厚板来制造。
技术实现思路
本专利技术针对在室温 -196 °C环境中使用的铝厚板，提出一种能满足该环境的Al-Mg基铝合金材料的产品供应规格范围及其制备方法，通过采取一些特别措施、增加低温处理工序来确保铝厚板力学性能的稳定性，以满足LNG贮藏舱或贮藏罐对铝厚板的特殊要求。本专利技术所述铝合金为不可热处理强化铝合金，公开合金牌号有四个，即5083、5183和5383或者传统合金牌号LF4，其质量分数满足中华人民共和国标准GB/T3190或GB3190，铝板厚度范围25 300mm，产品状态为热轧态(即自由加工状态-用“F”表示)或由F状态经过高温退火后成为完全退火状态一用“O”表示。其合金状态的表示方法合金牌号在前、状态代号在后，中间用连接，如5083-F，表示5083合金的热轧状态。上述铝板的制备步骤如下I、熔炼及熔体在线处理熔炼过程按一般Al-Mg系列铝合金进行，即先配料-熔化炉中熔化-合金化-打渣-倒入静置炉中精炼-炉内除气-静置处理-出炉经过流槽时进行在线除气、在线过滤-在线晶粒细化-进入结晶器进行半连续铸造等工艺过程。注意控制熔体的杂质元素、夹渣、氢和氧等有害气体含量。熔体处理要求特别严格，除渣除气要求特别高，除了在静置炉内用氮气除气外，铝液流槽中的在线除气采用氩气旋转系统除气，铝液熔体在线过滤采用双级过滤，第一级采用过滤精度30 40ppi的陶瓷过滤板过滤,第二级采用过滤精度50 70ppi的管式过滤系统过滤。经过熔体过滤和除气处理后铝液要求夹杂物< 8μm，氢含量< O. 12ml/100go2、板锭铸造及晶粒细化板锭，也有人称“铸锭”、“扁锭”或“铸块”，这里统称板锭。可采用半连续铸造法制备铝板锭，铸造工艺采用一般5083热轧板锭工艺，即半连续方法铸造。I)铸锭规格宽度由产品来确定；长度> 2000mm ;长度和宽度的上限视具体热轧机工艺参数(主要是有效辊面宽度)而定。厚度在热轧机许可的情况下，尽量采用厚度较大的板锭，其重要原则是保证热轧总压下量E > 65%。板锭厚度要求具体说明制备成品厚度彡25mm 80mm的招合金厚板,板锭厚度彡400mm ；制备成品厚度彡80mm 170mm的超厚招合金板,板锭厚度彡500mm ；制备成品厚度彡170mm的特厚铝合金板，板锭厚度彡600mm。说明铝合金道次压下量计算方法在热轧过程中轧制一次为一道次，假如某一道次轧前厚度为A，轧后厚度为B，其道次变形量E为E=100% X (A-B)/A总压下量的计算与其相似，如A为板锭轧制前的厚度，经过N道次轧制后的厚度为B，其总变形量同样可以上述公式计算。2)、晶粒细化用于厚板轧制的板锭半连续铸造时横截面积比较大，其晶粒很容易粗大，晶粒细化难以实施。采取的特别措施提高铝液流槽中晶粒细化剂Al-Ti-B线材添加量20 50%。即对于厚度^ 25mm 50mm厚板用板锭铸造时，在线Al_5Ti_lB线材的添加量为每吨铝液添加量O.85 I. Okg ;厚度> 50mm 120mm厚板用板锭铸造时，在线Al_5Ti_lB线材的添加量为每吨铝液添加量I. O I. 2kg ;厚度> 120mm 300mm厚板用板锭铸造时，在线Al_5Ti_lB线材的添加量为每吨铝液添加量I. 2 I. 5kg。3、板锭的均匀处理均匀化处理在箱式炉、或箱式地窖炉或井式炉进行，板锭金属温度为460 480°C，均匀化处理保温时间主要取决于长度方向的横截住面积，即厚度X宽度。详见下表权利要求1.一种极低温环境使用的铝合金厚板，其特征在于所述铝合金厚板厚度为25 300mm,使用环境温度为室温至_196°C，产品状态为热轧态F，或将F状态经过高温退火后成为完全退火状态O ;所述铝合金厚板按如下制备步骤获得 (1)熔炼及熔体处理 熔炼过程按Al-Mg系列铝合金的熔炼方式进行，其中，铝液熔体在线过滤采用双级过滤，第一级过滤精度30 40ppi,采用陶瓷过滤板过滤,第二级过滤精度50 70ppi,采用管式过滤系统过滤，经过熔体过滤和除气处理后铝液要求夹杂物< 8 μ m，氢含量(O. 12ml/100g ； (2)板锭铸造及晶粒细化 板锭铸造规格宽度由产品宽度来确定，长度> 2000mm ;长度和宽本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种极低温环境使用的铝合金厚板，其特征在于：所述铝合金厚板厚度为25～300mm，使用环境温度为：室温至？196℃，产品状态为热轧态F，或将F状态经过高温退火后成为完全退火状态O；所述铝合金厚板按如下制备步骤获得：（1）熔炼及熔体处理熔炼过程按Al？Mg系列铝合金的熔炼方式进行，其中，铝液熔体在线过滤采用双级过滤，第一级过滤精度30～40ppi，采用陶瓷过滤板过滤，第二级过滤精度50～70ppi，采用管式过滤系统过滤，经过熔体过滤和除气处理后铝液要求：夹杂物≤8μm，氢含量≤0.12ml/100g；（2）板锭铸造及晶粒细化板锭铸造规格：宽度由产品宽度来确定，长度≥2000mm；长度和宽度的上限视具体热轧机设备工艺参数而定，板锭厚度在热轧机许可的情况下尽可能增大，并确保热轧总压下量E≥65%，板锭厚度要求具体说明：制备成品厚度≥25mm～80mm的铝合金厚板，板锭厚度≥400mm；制备成品厚度＞80mm～170mm的超厚铝合金板，板锭厚度≥500mm；制备成品厚度＞170mm的特厚铝合金板，板锭厚度≥600mm；晶粒细化：对于厚度≥25mm～50mm厚板用板锭铸造时，在线Al？5Ti？1B线材的添加量为每吨铝液添加量0.85～1.0kg；厚度＞50mm～120mm厚板用板锭铸造时，在线Al？5Ti？1B线材的添加量为每吨铝液添加量1.0～1.2kg；厚度＞120mm～300mm厚板用板锭铸造时，在线Al？5Ti？1B线材的添加量为每吨铝液添加量1.2～1.5kg；（3）板锭均匀化处理均匀化处理在箱式炉或箱式地窖炉或井式炉中进行，均匀化处理板锭金属温度为460～480℃，保温时间依据板锭长度方向的横截住面积（即厚度×宽度）进行选取，选取原则见下表：横截住面积/平方米≤0.4＞0.4～0.7＞0.7～1.0＞1.0保温时间/小时10～1813～2517～3522～50说明：在相同截面积下，板锭宽厚比越小，保温时间取值越靠上限，反之，板锭宽厚比越大，保温时间取值越靠下限；（4）板锭加热板锭加热前对板锭两个大面进行铣面，铣面厚度5～15mm；刨去两个侧面的表面氧化皮，并锯掉两端的浇铸收缩部分，对整个板锭进行清洗后再装入加热炉中加热，其加热工艺制度：板锭金属温度为450～470℃，保温时间0.5～15小时，如果板锭保温时间超过18小时还未热轧，必须出炉报废；（5）板锭热轧热轧开轧时板锭金属温度450～470℃，道次分配根据热轧机能力来决定，控制表面质量和板形；铝合金厚板热终轧目标厚度为25～300mm，热轧总压下量≥65%；（6）矫直、锯切及精整热轧板冷却后，对于厚度25～80mm的热轧铝合金厚板在锯切前通过拉伸矫直机矫直；对于厚度＞80mm的铝合金厚板直接锯切，锯切后清理边部毛刺和飞边；锯切公差控制：宽度精度＜±10mm，长度精度＜±20mm，对角线误差＜±30mm；对于客户要求热轧状态F供货的产品，经本工序后直接进行低温处理；（7)低温处理将步骤（6）获得的铝板放置在低温处理炉中用液氮浸泡，液氮温度为？196℃，保温时间以被处理铝厚板被液氮完全覆盖的时间起算，浸泡期间确保铝厚板温度≤？170℃；所述保温时间取决于铝厚板长度方向的横截面积，即厚度×宽度，和装炉量，详见下表：其中，在相同截面积下，板宽厚比越小，保温时间取值越靠上限，反之，板锭宽厚比越大，保温时间取值越靠下限。...
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：蒋显全，蒋诗琪，张秀锦，
申请(专利权)人：西南大学，
类型：发明
国别省市：
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