Nel 2010, POSCO della Corea del Sud, Daewoo Shipbuilding e le cinque principali società di classificazione del mondo hanno avviato il progetto di "sviluppo congiunto di acciaio ad alto contenuto di manganese e materiali di saldatura per temperature ultrabasse" e hanno raggiunto la produzione di massa di acciaio ad alto contenuto di manganese per serbatoi di stoccaggio di GNL in 2015. Entro giugno 2022, per superare il collo di bottiglia tecnico, Daewoo Shipbuilding & Marine Engineering (DSME) e POSCO della Corea del Sud saranno i primi al mondo a installare serbatoi di stoccaggio di carburante GNL in acciaio ad alto contenuto di manganese su navi porta greggio molto grandi alimentate a GNL (VLCC) e ha affermato di aver sviluppato la tecnologia di produzione dei serbatoi di carburante, dal pretrattamento dell'acciaio alla saldatura e alla formatura.
1. Cos'è l'acciaio ad alto contenuto di manganese?
L'acciaio ad alto contenuto di manganese per i serbatoi di stoccaggio del GNL è un acciaio legato con un contenuto di manganese compreso tra il 22 e il 25%, che ha una buona resistenza alle basse temperature e un'elevata resistenza all'usura, che è più evidente rispetto ai tradizionali materiali dei serbatoi di stoccaggio del GNL. È il nuovo tesoro del serbatoio di stoccaggio del GNL materiali che la Corea del Sud dedica alla ricerca e allo sviluppo da più di dieci anni.
2. Breve analisi dei tipi di acciaio e dei relativi vantaggi e svantaggi per i serbatoi di stoccaggio del GNL I nostri materiali di consumo per saldatura abbinati possono soddisfare questi severi requisiti: poiché i grandi serbatoi di stoccaggio del carburante GNL sono l'attrezzatura principale delle navi alimentate a carburante rispettose dell'ambiente e dell'intera catena industriale del GNL, gli standard tecnici sono estremamente severi ed il costo è elevato. Il GNL viene solitamente immagazzinato e trasportato in un ambiente a temperatura ultrabassa di -163°C. Il “Codice internazionale per la costruzione e l’equipaggiamento delle navi che trasportano gas liquefatti alla rinfusa” è denominato “Codice IGC”. I quattro materiali a bassa temperatura che possono essere utilizzati per la costruzione del GNL includono: acciaio legato all'alluminio, acciaio inossidabile tensitico austriaco, acciaio legato austenitico Fe-Ni (noto anche come acciaio Invar) e acciaio al 9% Ni (vedere Tabella 1 per i dettagli), mentre l'acciaio al 9% Ni è il più comunemente usato e ampiamente utilizzato per i serbatoi di stoccaggio del carburante GNL. Ma gli svantaggi sono che il prezzo è ancora elevato, le procedure di lavorazione sono complesse, la resistenza è relativamente bassa e il contenuto di nichel nel prodotto è elevato. Negli ultimi anni, il prezzo del nichel ha continuato a salire e il costo del prodotto è aumentato in modo significativo.
4 materiali criogenici che possono essere utilizzati nella costruzione di GNL ai sensi del “Codice IGC”
| Temperatura minima di progetto | Principali tipologie di acciai e trattamenti termici | Temperatura della prova d'impatto |
| -165℃ | Acciaio al 9%Ni NNT o QT | -196℃ |
| acciaio inossidabile austenitico – 304, 304L, 316/316L, 321 e 347 trattati con soluzione | -196℃ | |
| Lega di alluminio – 5083 ricotto | NO | |
| lega austenitica ferro-nichel (36%Ni) |
Confronto della resistenza tra i materiali GNL comunemente utilizzati e il nuovo acciaio ad alto contenuto di manganese
| Articolo | Comunemente lega | acciaio ad alto contenuto di manganese | ||||
| 9% acciaio Ni | 304 SS | Alluminio 5083-O | Acciaio Invar | MC | ||
| Materiali di base | Composizione chimica | Fe-9Ni | Fe-18,5Cr-9,25Ni | Al-4,5 mg | Fe-36Ni | M CH min |
| Microstruttura | α1（+Y） | γ（FCC） | FCC | FCC | FCC | |
| Forza di snervamentoMPa | ≥585 | ≥205 | 124-200 | 230-350 | ≥400 | |
| Resistenza alla trazione MPa | 690-825 | ≥515 | 276-352 | 400-500 | 800-970 | |
| -196℃ImpattoJ | ≥41 | ≥41 | NO | NO | ≥41 | |
| Saldature | materiali di consumo per saldatura | Inconale | Digitare308 | ER5356 | - | FCA,SA,GTA |
| Forza di snervamentoMPa | - | - | - | - | ≥400 | |
| Resistenza alla trazioneMPa | ≥690 | ≥550 | - | - | ≥660 | |
| -196℃ImpattoJ | ≥27 | ≥27 | - | - | 27 | |
L'acciaio ad alto contenuto di manganese a temperatura ultrabassa, che combina elevata resistenza, elevata tenacità e basso costo, ha una prospettiva di applicazione molto ampia nei futuri mercati dei serbatoi di stoccaggio del carburante GNL e della protezione ambientale, come l'ammoniaca liquida, l'idrogeno liquido, e metanolo.
Composizione e requisiti prestazionali dell'acciaio ad alto contenuto di manganese
Composizione chimica (bozza 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 |
Comportamento meccanico
● Struttura cristallina: reticolo cubico a facce centrate (γ-Fe)
● Temperatura consentita＞-196℃
● Resistenza allo snervamento＞400MPa (58ksi)
● Resistenza alla trazione: 800~970MPa (116-141ksi)
● Test di impatto Charpy con intaglio a V >41J a -196℃(-320℉)
Introduzione dei materiali di consumo per saldatura abbinati all'acciaio ad alto contenuto di manganese della nostra azienda
Negli ultimi anni ci siamo dedicati alla ricerca e allo sviluppo di materiali di consumo per saldatura adatti all'acciaio ad alto contenuto di manganese per serbatoi di stoccaggio di GNL e abbiamo sviluppato con successo materiali di consumo per saldatura che possono eguagliare le proprietà dei materiali di base di acciaio ad alto contenuto di manganese per serbatoi di stoccaggio di GNL. Le proprietà specifiche sono mostrate nella Tabella 2.
Proprietà meccaniche del metallo depositato con materiali di consumo per saldatura ad alto contenuto di manganese
| Nome | Posizione | proprietà meccaniche | ||||
| YP | TS | EL | -196℃impatto | esami radiografici | ||
| Obiettivi di progettazione | ≥400 | ≥660 | ≥25 | ≥41 | I | |
| GER-HMA Φ3,2 mm | Elettrodo manuale | 488 | 686 | 46.0 | 73.3 | I |
| GCR-HMA-S Φ3,2 mm | Filo animato metallico | 486 | 700 | 44.5 | 62.0 | I |
Ps.Il filo per saldatura ad arco sommerso con nucleo in polvere metallica per acciaio ad alto contenuto di manganese adotta il flusso corrispondente GXR-200 per acciaio ad alto contenuto di manganese
Saldabilità ed esposizione di campioni di consumabili per saldatura di acciai ad alto contenuto di manganese per serbatoi di stoccaggio di GNL
La saldabilità dei materiali di consumo per saldatura per acciaio ad alto contenuto di manganese è mostrata come segue
Saldatura d'angolo piatto ad elettrodo (GER-HMA) dopo asportazione della scoria
Saldatura ad angolo di elevazione con elettrodo (GER-HMA) dopo asportazione della scoria
Bacchetta di saldatura (GER-HMA) prima e dopo la rimozione delle scorie di saldatura d'angolo
Visualizzazione della saldatura ad arco sommerso con nucleo in polvere metallica (GCR-HMA-S).
I campioni di giunti di saldatura con asta di saldatura in acciaio ad alto contenuto di manganese sono mostrati come segue
Visualizzazione del campione di trazione della saldatura piatta (1G).
Visualizzazione del campione di trazione della saldatura verticale (3G).
Visualizzazione del campione di piegatura della saldatura piana (1G).
Visualizzazione del campione di piegatura della saldatura piana (1G).
PS. L'acciaio ad alto contenuto di manganese è saldato con bacchette di saldatura 1G e 3G, senza crepe nei campioni di piegatura frontale e posteriore e la resistenza alle crepe è buona
Orario di pubblicazione: 22 novembre 2022