En 2010, la société sud-coréenne POSCO, Daewoo Shipbuilding et les cinq principales sociétés de classification mondiales ont lancé le projet de « développement conjoint d'acier à haute teneur en manganèse et de matériaux de soudage pour ultra-basse température » et ont réalisé une production en série d'acier à haute teneur en manganèse pour les réservoirs de stockage de GNL en 2010. 2015. D'ici juin 2022, pour surmonter le goulot d'étranglement technique, la société sud-coréenne Daewoo Shipbuilding & Marine Engineering (DSME) et POSCO organiseront la première au monde à installer réservoirs de stockage de carburant GNL en acier à haute teneur en manganèse sur les très grands transporteurs de pétrole brut (VLCC) propulsés au GNL, et a déclaré avoir développé une technologie de fabrication de réservoirs de carburant allant du prétraitement de l'acier au soudage et au formage.
1. Qu'est-ce que l'acier à haute teneur en manganèse ?
L'acier à haute teneur en manganèse pour les réservoirs de stockage de GNL est un acier allié avec une teneur en manganèse comprise entre 22 et 25 %, qui présente une bonne résistance aux basses températures et une résistance élevée à l'usure, ce qui est plus évident que les matériaux traditionnels des réservoirs de stockage de GNL. C'est le nouveau chouchou des réservoirs de stockage de GNL. matériaux que la Corée du Sud consacre à la recherche et au développement depuis plus de dix ans.
2. Brève analyse des types d'acier et de leurs avantages et inconvénients pour les réservoirs de stockage de GNL. Nos consommables de soudage correspondants peuvent répondre à ces exigences strictes : étant donné que les grands réservoirs de stockage de carburant GNL sont l'équipement de base des navires propulsés par carburant respectueux de l'environnement et de l'ensemble de la chaîne industrielle du GNL, les normes techniques sont extrêmement strictes et le coût est élevé. Le GNL est généralement stocké et transporté dans un environnement à très basse température de -163°C. Le « Code international pour la construction et l’équipement des navires transportant des gaz liquéfiés en vrac » est appelé « Code IGC ». Les quatre matériaux à basse température qui peuvent être utilisés pour la construction de GNL comprennent : l'acier allié à l'aluminium, l'acier inoxydable tensitique d'Autriche, l'acier allié austénitique Fe-Ni (également connu sous le nom d'acier Invar) et l'acier à 9 % de Ni (voir le tableau 1 pour plus de détails), tandis que l'acier à 9 % Ni est le plus couramment utilisé et le plus largement utilisé pour les réservoirs de stockage de carburant GNL. Mais les inconvénients sont que le prix reste élevé, les procédures de traitement sont lourdes, la résistance est relativement faible et la teneur en nickel du produit est élevée. Ces dernières années, le prix du nickel a continué d'augmenter et le coût des produits a considérablement augmenté.
4 matériaux cryogéniques pouvant être utilisés dans la construction de GNL selon le « Code IGC »
| Température minimale de conception | Principaux types d'acier et traitement thermique | Température d'essai d'impact |
| -165 ℃ | Acier 9%Ni NNT ou QT | -196 ℃ |
| acier inoxydable austénitique – 304, 304L, 316/316L, 321 et 347 traités en solution | -196 ℃ | |
| Alliage d'aluminium – 5083 recuit | NO | |
| alliage austénitique fer-nickel (36%Ni) |
Comparaison de la résistance entre les matériaux GNL couramment utilisés et le nouvel acier à haute teneur en manganèse
| Article | Généralement alliage | acier à haute teneur en manganèse | ||||
| Acier 9% Ni | 304 acier inoxydable | Aluminium 5083-O | Acier Invar | MC | ||
| Matériaux de base | Composition chimique | Fe-9Ni | Fe-18,5Cr-9,25Ni | Al-4,5Mg | Fe-36Ni | M CH mn |
| Microstructure | α1（+Y） | γ（FCC） | FCC | FCC | FCC | |
| Limite d'élasticitéMpa | ≥585 | ≥205 | 124-200 | 230-350 | ≥400 | |
| Résistance à la traction Mpa | 690-825 | ≥515 | 276-352 | 400-500 | 800-970 | |
| -196 ℃ImpactJ. | ≥41 | ≥41 | NO | NO | ≥41 | |
| Soudures | consommables de soudage | Inconal | Type308 | ER5356 | - | FCA, SA, GTA |
| Limite d'élasticitéMpa | - | - | - | - | ≥400 | |
| Résistance à la tractionMpa | ≥690 | ≥550 | - | - | ≥660 | |
| -196 ℃ImpactJ. | ≥27 | ≥27 | - | - | 27 | |
L'acier à haute teneur en manganèse à très basse température, qui combine haute résistance, haute ténacité et faible coût, a de très larges perspectives d'application sur les futurs marchés des réservoirs de stockage de carburant GNL et des réservoirs de stockage de carburant alternatifs pour la protection de l'environnement tels que l'ammoniac liquide, l'hydrogène liquide, et du méthanol.
Exigences de composition et de performances de l'acier à haute teneur en manganèse
Composition chimique (projet ASTM)
|
| C | Mn | p | s | Cr | Cu |
| % | 0,35-0,55 | 22,5-25,5 | ＜0,03 | ＜0,01 | 3.0-4.0 | 0,3-0,7 |
Comportement mécanique
● Structure cristalline : réseau cubique à faces centrées (γ-Fe)
● Température admissible ＞-196℃
● Limite d'élasticité > 400 MPa (58 ksi)
● Résistance à la traction : 800~970MPa (116-141ksi)
● Test d'impact Charpy V-notch >41J à -196℃(-320℉)
Introduction des consommables de soudage correspondants en acier à haute teneur en manganèse de notre société
Ces dernières années, nous nous sommes consacrés à la recherche et au développement de consommables de soudage adaptés aux aciers à haute teneur en manganèse pour les réservoirs de stockage de GNL, et avons développé avec succès des consommables de soudage qui peuvent correspondre aux propriétés des matériaux de base en acier à haute teneur en manganèse pour les réservoirs de stockage de GNL. Les propriétés spécifiques sont présentées dans le tableau 2.
Propriétés mécaniques de l'acier à haute teneur en manganèse correspondant aux consommables de soudage déposés en métal
| Nom | Position | propriétés mécaniques | ||||
| YP | TS | EL | -196℃impact | tests radiographiques | ||
| Objectifs de conception | ≥400 | ≥660 | ≥25 | ≥41 | I | |
| GER-HMA Φ3,2 mm | Électrode manuelle | 488 | 686 | 46,0 | 73.3 | I |
| GCR-HMA-S Φ3,2 mm | Fil fourré en métal | 486 | 700 | 44,5 | 62,0 | I |
Le fil de soudage à l'arc submergé à noyau de poudre Ps.Metal pour l'acier à haute teneur en manganèse adopte le flux correspondant GXR-200 pour l'acier à haute teneur en manganèse
Soudabilité et présentation d'échantillons de consommables de soudage en acier à haute teneur en manganèse pour réservoirs de stockage de GNL
La soudabilité des consommables de soudage pour l'acier à haute teneur en manganèse est illustrée comme suit
Soudage d'angle plat à l'électrode (GER-HMA) après élimination des scories
Soudage à angle d'élévation à l'électrode (GER-HMA) après élimination des scories
Baguette de soudage (GER-HMA) avant et après l'élimination des scories de soudage d'angle
Affichage de soudure à l'arc submergé à noyau de poudre métallique (GCR-HMA-S)
Les échantillons de joints de soudage de baguettes de soudage en acier à haute teneur en manganèse sont présentés comme suit
Affichage d'échantillons de traction pour soudage à plat (1G)
Affichage d'échantillons de traction pour soudage vertical (3G)
Affichage d'échantillons de pliage pour soudage à plat (1G)
Affichage d'échantillons de pliage pour soudage à plat (1G)
PS.L'acier à haute teneur en manganèse est soudé avec des baguettes de soudage 1G et 3G, aucune fissure dans les échantillons de flexion frontale et de flexion arrière, et la résistance aux fissures est bonne
Heure de publication : 22 novembre 2022