专利名称：一种用于液化天然气运输船贮藏舱用铝合金厚板及其制备方法
技术领域：
本发明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。
背景技术：
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。
发明内容
本发明针对在室温 -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。本发明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 制备成品厚度彡25mm 80mm的招合金厚板,板锭厚度彡400mm ； 制备成品厚度> 80_ 170_的超厚招合金板,板锭厚度> 500mm ； 制备成品厚度> 170_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-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°C，保温时间依据板锭长度方向的横截住面积(即厚度X宽度)进行选取，选取原则见下表
2.根据权利要求I所述的低温环境使用的铝合金厚板，其特征在于在进行步骤(7)之前进行成品退火，即将热轧成F状态铝合金厚板再进行完全退火后使其成为O状态，退火工艺退火温度为345 360°C (为铝合金厚板的金属温度)，退火保温时间取决于成品厚度和装炉量，在不考虑装炉量的情况下，退火保温时间按下表所示原则选取
3.根据权利要求I或2所述的低温环境使用的铝合金厚板，其特征在于所述铝合金铝厚板的合金牌号为5083、5183、5383或LF4，其质量分数满足中华人民共和国标准GB/T3190 或 GB3190。
4.根据权利要求3所述的低温环境使用的铝合金厚板，其特征在于所述铝合金厚板使用环境温度为低于_162°C高于_170°C。
5.根据权利要求4所述的低温环境使用的铝合金厚板，其特征在于其是作为液化天然气远洋运输船上LNG球形贮藏舱、远洋薄膜运输船形LNG贮藏舱、陆地港口、工厂LNG贮藏罐、火车汽车运输LNG贮藏罐的制备材料使用。
全文摘要
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。
文档编号C22F1/047GK102936710SQ201210523660
公开日2013年2月20日 申请日期2012年12月7日 优先权日2012年9月29日
发明者蒋显全, 蒋诗琪, 张秀锦 申请人:西南大学