CN113265586B - 一种lng储罐用耐低温钢筋机械连接用套筒及制造方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种LNG储罐用耐低温钢筋机械连接用套筒及制造方法，涉及低温用钢领域。该套筒的化学成分按质量百分数计包括：C：0.09％～0.15％，Si：0.15％～0.35％，Mn：0.60％～0.80％，Cr：14.0％～16.0％，Ni：1.45％～1.65％，V：0.03％～0.05％，Cu：0.12％～0.16％，Co：0.015％～0.03％，Als：0.01％～0.02％，P≤0.015％，S≤0.01％，N：0.008％～0.015％，其余为Fe及不可避免的杂质；所述套筒的显微组织为均匀的索氏体。本申请所制套筒在低温下具有良好的抗拉强度、伸长率、耐腐蚀性等性能，满足LNG储罐设计建造要求，而且成本较低。

Description

一种LNG储罐用耐低温钢筋机械连接用套筒及制造方法
技术领域
本申请涉及低温用钢领域，具体而言，涉及一种LNG储罐用耐低温钢筋机械连接用套筒及制造方法。
背景技术
天然气(LNG)作为清洁、高效的优质能源，在优化能源消费结构、控制温室气体排放、改善大气环境等方面发挥着越来越重要的作用。需求量越来越大，中国液化天然气(LNG)产量、进口量呈稳步增长态势，2020年LNG进口量6959万吨，是全球最大LNG进口国。LNG需要专用储罐进行接收储存，为适应需求增长，国家正在沿海地区大力建设液化天然气接收站，LNG储罐作为接收站的核心，其最大特点是低温深冷，为了保证罐内低温稳定性和安全性，建造储罐使用的钢筋需承受超低温服役环境，在-165℃深冷条件下仍具备高强度、高韧性以及切口敏感性小等性能特点。
由于焊接会影响到钢筋低温力学性能，因此建造LNG储罐使用超低温钢筋不允许使用焊接连接方式，钢筋之间必须使用机械连接方式，与低温钢筋配套使用的钢筋连接套筒也应具备良好的耐低温能力，以确保钢筋连接之后在-165℃深冷低温条件下不发生脆断，而且整体低温性能需不低于钢筋本身性能。
适用的低温钢筋机械连接套筒，在两端连接钢筋后，不仅要满足常温条件下的拉伸性能、高应力反复拉压、大变形反复拉压性能满足JGJ107《钢筋机械连接技术规程》标准要求，更要满足在服役低温环境试验条件下的低温连接性能要求。国内对于HRB400E或HRB500E普通常温下使用的钢筋的机械连接研究报道较多，大多采用中低碳钢加工制作的直螺纹套筒接头，这种套筒取材简单，加工制造难度小，能保证常温下的力学性能，适合在普通建筑工程上运用。但由于这种套筒所用材料不具备良好的耐低温性能，在低温环境下，材料的强度有所提高，但塑性指标和会急剧降低，缺口敏感性急剧增加，极易发生套筒或连接处脆断，无法保证在－165℃深冷服役环境下的高强韧性要求；另外，采用的高锰直螺纹结构，还存在连接不牢固，连接不密封，在施工过程中易产生沿螺纹渗水至接头套筒内部，导致锈蚀，严重影响钢筋低温力学性能和使用寿命，严重影响低温储罐的运行安全等弊端。
专利CN111041361A公开了一种LNG储罐用耐-165℃低温钢筋机械连接套筒的制备工艺，其套筒成分采用了：C 0.06-0.12％，Si 0.30-0.50％，Mn 1.30-1.80％，Ni 1.00-2.50％，V 0.060-1.000％，P≤0.010％、S≤0.010％，H≤0.00015％，O≤0.0015％，其余为Fe和杂质元素；调质处理中采用了低温淬火和回火。其所制套筒虽然在性能上满足JGJ107《钢筋机械连接技术规程》标准要求，但其存在以下不足：低温下抗拉强度、伸长率、耐腐蚀性等性能不高，而且成分中采用了高锰、高钒，成本较高。
此外，现有技术中还公开了大量的低温钢筋、海洋平台等用钢，其在应用环境、性能指标等要求上，并不适用于LNG储罐用耐低温钢筋机械连接用套筒。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺点，本申请的目的在于提供一种LNG储罐用耐低温钢筋机械连接用套筒及制造方法，所制套筒在低温下具有良好的抗拉强度、伸长率、耐腐蚀性等性能，套筒与低温钢筋连接之后，在-165℃深冷低温试验条件进行的单向拉伸试验中，其性能满足LNG储罐设计建造要求，即本发明套筒可应用于不低于-165℃深冷低温条件下使用的低温钢筋的机械连接性能要求，而且成本较低。
第一方面，本申请提供了一种LNG储罐用耐低温钢筋机械连接用套筒，其特征在于，其化学成分按质量百分数计包括：C：0.09％～0.15％，Si：0.15％～0.35％，Mn：0.6％～0.8％，Cr：14.0％～16.0％，Ni：1.45％～1.65％，V：0.03％～0.05％，Cu：0.12％～0.16％，Co：0.015％～0.03％，Als：0.01％～0.02％，P≤0.015％，S≤0.01％，N：0.008％～0.015％，其余为Fe及不可避免的杂质；
所述套筒的显微组织为均匀的索氏体。
本申请通过设计化学成分提高套筒的耐低温性能，各主要化学元素及含量的作用机理阐述如下：
C元素，C在钢中起固溶强化作用，与钢中的铬、钒等合金元素形成合金碳化物，有效提高产品的强度性能。C元素在提高钢的强度的同时，提高钢的韧脆转变温度，恶化钢的低温性能，碳含量越低，钢的韧脆转变温度越低，材料的韧性越好。此外，碳含量高也影响套筒的防锈性能。碳含量越低防锈性能越好，结合套筒的强度、低温韧性、防锈性能要求，本发明C：0.09％～0.15％；具体地，C含量为0.09％、0.1％、0.11％、0.12％、0.13％、0.14％或0.15％等。
Mn元素，钢中有效的强化元素，锰含量越高，越有利于提高钢的抗拉强度，现有技术大都采用高Mn含量的钢制备套筒，但本发明人发现，过高的锰易导致组织粗大，带状明显，降低钢的低温韧性。综上所述，本发明Mn：0.60～0.80％，具体地，Mn含量为0.60％、0.63％、0.65％、0.67％、0.70％、0.73％、0.75％、0.77％或0.80％等，优选为0.64％-0.76％。
Cr元素，钢中有效的强化元素，可与碳结合，形成合金碳化物，提高钢抗拉强度；与镍元素配合添加，可协同提高钢的强度性能。另外，当钢中铬含量提高到≥12％，钢的防锈性能大大提高；但Cr含量不能过高，否则会导致钢中形成过量的大颗粒尺寸碳化铬型共晶碳化物，在后续热处理的加热过程中不能完全溶解至高温奥氏体中，在淬火和回火后残留下来，不能形成单一的回火索氏体组织，不仅降低钢的强度和低温韧性，而且极大降低材料的防锈性能。综上所述，本发明Cr：14.0％～16.0％；具体地，Cr含量为14.3％、14.5％、14.7％、15.0％、15.3％、15.5％、15.7％或16.0％等。这种含量设计能提高套筒强度和耐腐蚀性能，提高使用寿命。
Ni元素，具有提高钢的强度、降低钢的低温韧脆转变温度以及保持钢的良好塑性和韧性的作用，与铬配合添加，可显著提高钢的强度和耐蚀性能，提高其使用寿命。镍元素对钢的低温性能影响最显著，本发明要求套筒满足-165℃低温韧性，但镍是一种贵重合金，综合考虑Ni含量为：1.45％～1.65％；具体地，Ni含量为1.45％、1.47％、1.50％、1.53％、1.55％、1.57％、1.60％、1.63％或1.65％等。
在一种可能的实现方式中，套筒化学成分中，Cr：14.5-15.5％，Ni：1.5-1.65％，其中Cr+Ni的范围为16.0-17.0％。根据镍与铬的协同作用，通过将其含量限定在上述范围内，能显著兼顾钢的耐低温性和耐腐蚀性，提高套筒使用寿命；如果Cr+Ni含量之和高于17.0％，会导致钢的回火脆性增加，影响钢的低温韧性；如果低于16.0％，会导致钢的强度性能不足，也影响钢的低温韧性和防锈性能；优选含量之和为16.5-17.0％。
V元素，能显著细化钢的晶粒组织，提高钢的强度，韧性和耐磨性；其含量为0.03％～0.05％；具体地，V含量为0.03％、0.032％、0.035％、0.037％、0.04％、0.043％、0.045％、0.048％或0.05％等；在本发明中V是一种微强化合金元素，钒是一种强烈的碳结合元素，与碳(氮)形成化合物，低温析出细小弥散分布的钒碳(氮)化合物，提高材料的强度，另外，钒能显著提高钢的回火稳定性，且有很强的二次硬化作用，添加钒能适当提高回火温度，提高套筒强度和韧性。本发明钢中添加一定含量的氮元素，与钒相结合，析出大量的纳米级尺寸的钒氮化合物，细化晶粒，产生沉淀硬化作用，进一步提高钢的强韧性和低温韧性，降低钢的缺口敏感性。V是贵重金属元素，高钒会显著增加成本；优选地，V含量为0.035％～0.045％。
N元素，在本发明中属于有益元素，含量为0.008％～0.015％；具体地，N含量为0.008％、0.009％、0.01％、0.011％、0.012％、0.013％、0.014％或0.015％等；在本发明中，氮与钒相结合，在低温相变过程中，钢中存在一定含量的氮能促进析出大量纳米级尺寸的细小均匀的钒氮化合物，细化晶粒，产生沉淀硬化作用，最大程度提高钒的析出强化和细晶强化作用，这两种作用具有在提高强度的同时，不牺牲材料的塑性性能，进一步提高钢的强韧性和低温韧性，降低钢的低温缺口敏感性；但N含量过高会导致钢中存在游离状态的氮，恶化钢的低温韧性；结合钢中添加的V含量，优选地，N含量为0.009％～0.013％。
在一种可能的实现方式中，套筒化学成分中，V/N二者的比例范围3-4.5。根据V与N的协同作用，通过将比例限定在上述范围内，能显著提高钢的强韧性和低温韧性；如果V/N二者的比例低于3，会导致钢中存在一定含量的游离状态的氮，恶化钢的低温韧性；如果高于4.5，会导致钢中的钒氮结合不完全，在随后的回火过程中，不能有效析出大量钒氮化合物，影响钢的强度性能和低温韧性；具体地，V/N为3.2、3.4、3.5、3.8、4、4.2、4.4等；优选V/N二者的比例为3.8-4.2％。
Cu元素，在本发明是一种有益的合金元素，含量为0.12％～0.16％；具体地，0.12％、0.13％、0.14％、0.15％或0.16％等。钢中添加适当含量的铜与镍共同作用，能提高奥氏体稳定性，提高钢的强度、韧性，降低钢的缺口敏感性，此外钢中添加一定含量铜，能显著提高钢件耐大气腐蚀的作用，可以提高套筒耐蚀性能，提高使用寿命；但Cu含量过高会导致铜脆现象，降低钢的低温韧性；优选地，Cu含量为0.13％～0.015％。
Co元素，在本发明中属于有益元素，含量为0.015％～0.03％；具体地，0.015％、0.017％、0.019％、0.02％、0.022％、0.025％、0.028％或0.03％等；在本发明中添加少量钴元素，其作用体现在以下两方面：一方面，钴能细化晶粒，可有效降低钢的过热倾向性。本发明的淬火温度较高(目的是使碳铬化合物能全部溶入高温奥氏体中)，添加一定量的钴元素，可避免因高温淬火带来的晶粒长大，降低过热倾向性。另一方面，钴元素能促进回火碳化物形成，本发明运用高温回火工艺，少量钴元素能有效促进高温回火碳化物(MxCy)的均匀形成，提高材料的强韧性；但Co含量过高会导致析出硬脆性质的金属化合物，且钴是贵重合金元素，过高的钴会显著增加合金成本；优选地，Co含量为0.019％～0.026％，更优选地，Co含量为0.02％～0.025％。
本申请套筒经调质处理后，其显微组织为：单一的均匀的索氏体，通过上述显微组织的控制，本申请的套筒在超低温环境下具有高强度、高韧性、低缺口敏感性能，在保证上述强度性能条件下，单一的均匀的回火索氏体具有最良好的防锈性能。
在一种可能的实现方式中，本申请套筒结构为：套筒的内部中空，两端内螺纹对称，内螺纹为圆锥螺纹结构。
在上述技术方案中，本申请套筒的内螺纹采用了圆锥螺纹，与直螺纹相比较，具有良好的密封性能。在套筒与钢筋通过圆锥螺纹机械连接的过程中，具有越拧越紧的特性，旋紧后，具有良好的密封性能；而且，圆锥螺纹可以保证在施工过程中，水汽不会渗入螺纹套筒内部，保护钢筋和套筒的耐蚀性能，延长钢筋和套筒的使用寿命，保证LNG低温储罐的安全性能。
在一种可能的实现方式中，套筒的外径、内径、长度、螺纹深度与所配套的低温钢筋的规格相匹配；示例地，套筒的外径30mm～40mm，内径：12mm～25mm；长度80mm-90mm。圆锥螺纹尺寸，锥角度：12.5～13.5°；螺距2mm；牙形角59°～61°。
在上述技术方案中，本申请的结构设计，可以保证筒套适用500MPa强度级不低于-165℃深冷条件下使用的低温钢筋的机械连接性能。
在一种可能的实现方式中，本申请套筒的硬度为230～250HBW，优选地，235-245HBW。
在上述技术方案中，本申请的硬度控制，可以保证筒套具有一定的耐磨性，保证施工过程中保护套筒的表面质量，保证低温性能。
在一种可能的实现方式中，套筒两端与钢筋接机械连接后，在常温下的单向拉伸的力学性能如下：
Figure BDA0003066175610000071
断于钢筋母材处；
Figure BDA0003066175610000072
其中：
Figure BDA0003066175610000073
为套筒与钢筋连接后，常温试验条件下的抗拉强度，
Figure BDA0003066175610000074
为套筒与钢筋连接后，在常温试验条件下的最大力下总伸长率。
在一种可能的实现方式中，套筒两端与钢筋接机械连接后，在-165℃低温下的单向拉伸的力学性能如下：
Figure BDA0003066175610000075
断于钢筋母材处；
Figure BDA0003066175610000076
其中：
Figure BDA0003066175610000077
为套筒与钢筋连接后，-165℃低温条件下的抗拉强度，
Figure BDA0003066175610000078
为套筒与钢筋连接后，-165℃低温条件下的最大力下总伸长率。
第二方面，本申请提供了一种上述套筒的制造方法，包括以下步骤：
(1)选取成分符合上述要求的、经球化退火的钢棒，所述钢棒的硬度≤185HBW；
(2)根据不同规格套筒的外形尺寸要求，选择不同直径的钢棒，进行粗加工，制得套筒毛坯；
(3)对套筒毛坯进行调质热处理，所述调质特处理包括淬火、回火，其中，淬火温度：1050℃～1070℃，保温时间：根据套筒毛坯厚度和加热时的装炉量而定，依据公式t＝d*δ(min)计算而得，公式中的t为淬火保温时间(单位min)，d为套筒毛坯筒壁厚度(单位mm)；δ为系数，根据装炉量而定，取值为4-6；淬火介质：油冷；回火温度：650℃～690℃，回火时间：120min～150min，空冷；
(4)根据套筒最终尺寸要求，对经调质热处理后的套筒毛坯进行精加工。
在上述技术方案中，步骤(1)选择硬度≤185HBW球化退火状态的钢棒，一方面是为了便于套筒步骤(2)的粗加工，如：车削加工处理，车加工端面和套筒的外径和内孔加工；另一方面，球化组织为后续的淬火处理提供良好均匀组织准备，淬回火处理后，获得均匀的索氏体组织。
在上述技术方案中，步骤(2)的粗加工，示例性的，包括以下步骤：加工下料相应长度的钢棒，对钢棒进行粗车加工内孔和两端平面，预留后续精加工尺寸余量，加工成相应尺寸的套筒毛坯。
在上述技术方案中，步骤(3)的淬火温度为1050℃～1070℃，通过选择淬火加热温度≥1050℃，钢中的复杂的含铬碳化物全部溶入高温奥氏体中，如果温度低于1050℃，含铬碳化物不易全部溶入高温奥氏体中，在后续淬火过程中残留在马氏体基体中，回火后无法获得单一且均匀的索氏体，一方面会降低材料的强度性能和低温韧性，另一方面，会强烈降低钢的耐蚀性能。但，如果淬火加热温度过高，大于1070℃，会导致两大弊端：一方面，高温加热条件下，奥氏体晶粒长大，获得粗大马氏体，降低钢的低温韧性；另一方面高温淬火条件下，钢中存在较多的δ铁素体，强烈降低钢的低温韧性和耐蚀性能。因此本申请选择1050℃～1070℃的淬火加热温度；具体地，淬火温度为1050℃、1055℃、1060℃、1065℃或1070℃等。
在一种可能的实现方式中，淬火加热温度范围为1058-1068℃。
在上述技术方案中，步骤(3)的回火温度为650℃～690℃，通过采用上述高温回火条件，一方面，淬火形成的马氏体充分转变成均匀的回火索氏体组织，此时钢的强度和韧性有最佳配合，含铬碳化物充分转变为CrxCy等碳化物，高温度回火条件下，有利于铬等合金元素的扩散，使成分和组织更均匀，消除回火脆性，获得良好的强度韧性相互匹配的综合性能，有利于提高钢的低温韧性和耐蚀性能；另一方面，通过上述回火处理，可将套筒的硬度控制在所需的230HBW～250HBW；如果回火温度低于650℃，不利于铬合金元素的扩散，合金碳化物转化不完全，相应地低温脆性增加，有可能导致低温拉伸时发生螺纹脆断；如果回火温度高于690℃，会导致套筒硬度值较低，一方面影响套筒螺纹的强度性能小于设计要求，在拉伸测试过程中可能在螺纹处发生脱牙现象，导致常温和低温拉伸性能达不到设计要求；因此本申请选择650℃～690℃的回火温度；具体地，回火温度为650℃、660℃、670℃、680℃或690℃等。
在一种可能的实现方式中，回火加热温度范围为650-680℃。
在上述技术方案中，步骤(4)的精加工，示例性的，精加工热处理后套筒毛坯的外径、圆锥螺纹和端部，使其外径和端部的光洁度≤0.8μm；优选地，光洁度≤0.3μm。
本申请具有以下有益的技术效果：
在成分上，本申请通过控制套筒的化学成分及相应含量，尤其是控制Mn：0.6～0.8％、Cr：14.0％～16.0％、Ni：1.45～1.65％、Ni+Cr：16.0-17.0％以及Cu、Co、N等相应组分之间的含量及比例；在结构上，套筒内螺纹采用圆锥螺纹；在工艺上，采用高温淬火、高温回火的调制热处理工艺，获得了均匀索氏体的显微组织结构；通过上述成分、结构、工艺的控制，本申请的套筒防锈防腐蚀性能良好，成品套筒置于自然环境中，可以保持长时间无锈蚀；在低温下其具有良好的抗拉强度、伸长率、耐腐蚀性等性能，套筒与低温钢筋连接之后，在-165℃深冷低温试验条件进行的单向拉伸试验中，其性能满足LNG储罐设计建造要求，保证LNG储罐运行安全，即本申请套筒可应用于不低于-165℃深冷低温条件下使用的低温钢筋的机械连接性能要求，而且成本较低。另外本发明技术也可借鉴运用于生产其它在温度不低于-165℃条件下使用的低温连接件。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为实施例1套筒显微组织的金相图；
图2为套筒的结构示意图；
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本申请实施例的具有耐低温性能的套筒及制造方法进行具体说明。
本申请提供了一种LNG储罐用耐低温钢筋机械连接用套筒，其特征在于，其化学成分按质量百分数计包括：C：0.09％～0.15％，Si：0.15％～0.35％，Mn：0.6％～0.8％，Cr：14.0％～16.0％，Ni：1.45％～1.65％，V：0.03％～0.05％，Cu：0.12％～0.16％，Co：0.015％～0.03％，Als：0.01％～0.02％，P≤0.015％，S≤0.01％，N：0.008％～0.015％，其余为Fe及不可避免的杂质；所述套筒的显微组织为均匀的索氏体。
图1示出了下述实施例1套筒显微组织的金相图，其组织结构即为单一的均匀索氏体。
本申请还提供了一种LNG储罐用耐低温钢筋机械连接用套筒的制造方法，其包括以下步骤：
(1)选取成分符合上述要求的、经球化退火的钢棒，所述钢棒的硬度≤185HBW；
(2)根据不同规格套筒的外形尺寸要求，选择不同直径的钢棒，进行粗加工，制得套筒毛坯；
(3)对套筒毛坯进行调质热处理，所述调质特处理包括淬火、回火，其中，淬火加热温度：1050℃～1070℃，保温时间：根据套筒毛坯厚度和加热时的装炉量而定，依据公式t＝d*δ(min)计算而得，公式中的t为淬火保温时间(单位min)，d为套筒毛坯筒壁厚度(单位mm)；δ为系数，根据装炉量而定，取值为4-6；淬火介质：油冷；回火温度：650℃～690℃，回火时间：120min～150min，空冷；
(4)根据套筒最终尺寸要求，对经调质热处理后的套筒毛坯进行精加工。
如图2所示，精加工后套筒结构为：套筒的内部中空，两端内螺纹对称，内螺纹为圆锥螺纹结构。
按照上述制造方法生产的套筒具有以下性能特征：
显微组织：均匀索氏体。
硬度：230～250HBW。
常温下力学性能：套筒两端与钢筋接机械连接后，在常温下的单向拉伸的力学性能如下：
Figure BDA0003066175610000111
断于钢筋母材处；
Figure BDA0003066175610000112
其中：
Figure BDA0003066175610000113
为套筒与钢筋连接后，常温试验条件下的抗拉强度，
Figure BDA0003066175610000114
为套筒与钢筋连接后，在常温试验条件下的最大力下总伸长率。
低温下力学性能：套筒两端与钢筋接机械连接后，在-165℃低温下的单向拉伸的力学性能如下：
Figure BDA0003066175610000121
断于钢筋母材处；
Figure BDA0003066175610000122
其中：
Figure BDA0003066175610000123
为套筒与钢筋连接后，-165℃低温条件下的抗拉强度，
Figure BDA0003066175610000124
为套筒与钢筋连接后，-165℃低温条件下的最大力下总伸长率。
耐腐蚀性：成品套筒置于自然环境中，可以保持长时间无锈蚀。
以下结合实施例对本申请的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1-9
每个实施例分别提供一种套筒，其为适用于低温钢筋的规格分别为12mm、16mm和25mm的套筒共三种规格中的一种，每个实施例采用本申请实施例上述的套筒的制造方法制得，但各个实施例之间在套铜的化学成分组成和/或调质热处理的工艺参数上有所不同。
对比例1-7
每个对比例分别提供一种套筒，其为规格12mm的套筒、规格16mm的套筒和规格25mm的套筒共三种规格中的一种，每个实施例采用本申请实施例上述的套筒的制造方法制得，但各个实施例之间的套筒化学成分组成、结构或调质热处理的工艺参数有所不同。
上述不同实施例与对比例的不同规格的套筒化学成分组成、工艺参数如下表1-表5所示。
表1不同实施例与对比例的套筒的化学成分组成(wt％)
Figure BDA0003066175610000125
Figure BDA0003066175610000131
Figure BDA0003066175610000141
本申请实施例及对比例的套筒相关调质热处理工艺参数及所得制品的显微组织、硬度情况见表2。
表2实施例与对比例调质热处理工艺参数及组织和硬度对比
Figure BDA0003066175610000142
由上述结果可知，对比例4-7采用了与实施例2相同成分、规格制备的套筒，其中，对比例4中淬火温度低于1050℃，其组织结构为回火索氏体+少量碳化物，影响套筒的防锈性能；对比例5中淬火温度过高，其组织结构呈回火索氏体+少量铁素体，一方面影响套筒的防锈性能，另一方面降低套筒的低温韧性；对比例6中回火温度过低，组织结构为回火索氏体，套筒硬度偏高，影响套筒低温韧性；对比例7中回火温度过高，其组织结构回火索氏体，硬度和强度性能偏低。
本申请实施例及对比例的套筒具体结构相关参数见表3。
表3实施例与对比例的结构参数
Figure BDA0003066175610000151
本申请实施例、对比例的套筒与500MPa强度级别的LNG低温钢筋通过螺纹机械连接后，进行常温力学性能测试。
取力学性能符合LNG储罐施工设计要求的500MPa强度级别的钢筋，一端加工成与套筒螺纹相匹配的螺纹，每个套筒每端各连接一根钢筋后，整体进行常温拉伸试验，实施例与对比例的相关力学性能测试结果如下表4所示。
表4实施例与对比例的常温力学性能
Figure BDA0003066175610000161
从上表可看出，本申请套筒与普遍常规套筒与低温钢筋连接后，在常温下的力学性能测试都远远高于常温下的力学性能要求。
本申请实施例、对比例的套筒与500MPa强度级别的LNG低温钢筋通过螺纹机械连接后，进行-165℃低温力学性能测试。
取力学性能符合LNG储罐施工设计要求的500MPa强度级别的钢筋，一端加工成与套筒螺纹相匹配的螺纹，每个套筒每端各连接一根钢筋后，整体进行-165℃低温拉伸试验，实施例与对比例的相关力学性能测试结果如下表5所示。
表5实施例与对比例的-165℃低温力学性能
Figure BDA0003066175610000162
Figure BDA0003066175610000171
从上表可看出，本申请套筒与低温钢筋连接后，在-165℃低温环境下的力学性能符合LNG储罐设计要求；对比例1-3普通套筒低温钢筋连接后，在-165℃低温环境下的力学性能不符合LNG储罐设计要求，说明普遍套筒的低温性能不能满足LNG储罐建造施工要求；对比例5-7虽然套筒成分、结构与实施例2相同，但其调质热处理参数未落入本申请限定的范围内，低温性能存在低温拉伸检验时断裂在连接处，导致最大力下总伸长率较低问题。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种LNG储罐用耐低温钢筋机械连接用套筒，其特征在于，其化学成分按质量百分数计包括：C：0.09%～0.15％，Si：0.15%～0.35％，Mn：0.6%～0.8％，Cr：14.0%～16.0％，Ni：1.45%～1.65％，V：0.035%～0.045％，Cu：0.12%～0.16％，Co：0.015%~0.030%，Als：0.01%～0.02％，P≤0.015％，S≤0.01％，N：0.009%~0.013%，其中V/N二者的比例范围3~4.5，其余为Fe及不可避免的杂质；
所述套筒的显微组织为均匀的索氏体；
所述套筒在制备时需经调质热处理，所述调质热处理包括淬火、回火，其中，1050℃＜淬火加热温度≤1070℃，保温时间：根据套筒毛坯厚度和加热时的装炉量而定，依据公式
Figure 457495DEST_PATH_IMAGE001
计算而得，公式中的t为淬火保温时间，单位为min，d为套筒毛坯筒壁厚度，单位为mm；δ为系数，根据装炉量而定，取值为4-6；淬火介质：油冷；回火温度：650℃～690℃，回火时间：120min~150min，空冷。
2.根据权利要求1所述的套筒，其特征在于，所述化学成分中，Co：0.019~0.026%。
3.根据权利要求1所述的套筒，其特征在于，所述化学成分中，Cr：14.5~15.5%，Ni：1.5~1.65%，其中Cr+Ni的范围为16.0~17.0%。
4.根据权利要求1所述的套筒，其特征在于，所述套筒的内部中空，两端内螺纹对称，内螺纹为圆锥螺纹结构。
5.根据权利要求1-4任一所述的套筒，其特征在于，所述套筒的硬度为230～250HBW。
6.根据权利要求1-4任一所述的套筒，其特征在于，套筒两端与钢筋机械连接后，在常温下的单向拉伸的力学性能如下：
Figure 662211DEST_PATH_IMAGE002
，断于钢筋母材处；
Figure 861111DEST_PATH_IMAGE003
；
其中：
Figure 467673DEST_PATH_IMAGE004
为套筒与钢筋连接后，常温试验条件下的抗拉强度，
Figure 461037DEST_PATH_IMAGE005
为套筒与钢筋连接后，在常温试验条件下的最大力下总伸长率。
7.根据权利要求1-4任一所述的套筒，其特征在于：套筒两端与钢筋接机械连接后，在-165℃低温下的单向拉伸的力学性能如下：
Figure 150120DEST_PATH_IMAGE006
，断于钢筋母材处；
Figure 887131DEST_PATH_IMAGE007
；
其中：
Figure 410517DEST_PATH_IMAGE008
为套筒与钢筋连接后，-165℃低温条件下的抗拉强度，
Figure 778044DEST_PATH_IMAGE009
为套筒与钢筋连接后，-165℃低温条件下的最大力下总伸长率。
8.一种权利要求1-7任一所述套筒的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）选取成分符合要求的、经球化退火的钢棒，所述钢棒的硬度≤185HBW；
（2）根据不同规格套筒的外形尺寸要求，选择不同直径的钢棒，进行粗加工，制得套筒毛坯；
（3）对套筒毛坯进行调质热处理，所述调质热处理包括淬火、回火，其中，1050℃＜淬火加热温度≤1070℃，保温时间：根据套筒毛坯厚度和加热时的装炉量而定，依据公式
Figure 19670DEST_PATH_IMAGE010
计算而得，公式中的t为淬火保温时间，单位为min，d为套筒毛坯筒壁厚度，单位为mm；δ为系数，根据装炉量而定，取值为4-6；淬火介质：油冷；回火温度：650℃～690℃，回火时间：120min~150min，空冷；
（4）根据套筒最终尺寸要求，对经调质热处理后的套筒毛坯进行精加工。
9.根据权利要求8所述的制造方法，其特征在于，所述淬火温度：1058-1068℃，所述回火温度：650-680℃。
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