一种LNG储罐用Al-Mg铝合金板材及其制备方法，以及LNG储罐与流程

一种lng储罐用al-mg铝合金板材及其制备方法，以及lng储罐
技术领域
1.本发明涉及金属材料领域，特别涉及一种lng储罐用al-mg铝合金板材及其制备方法，以及lng储罐。


背景技术：

2.液化天然气(lng)是指在压力为0.1mpa、温度为-161.5℃的条件下液化的天然气。它被公认是地球上最干净的化石能源，是目前世界上发展得最快的燃料之一。由于全世界范围内主要的天然气供应地区和需求地区距离遥远，又往往有大洋相隔，所以目前液化天然气的输送多以远洋船运为主。液化后的天然气，体积缩小为原来气态时的1/625，质量也仅为同体积水的45％左右。
3.lng船的使用寿命一般为35～40年。鉴于lng特殊的理化性质，lng船的各方面性能要求极高。由于循环热应力的存在，为了更安全有效地运输lng，lng运输船需要有低温可靠性和绝热性，因此，一般来说lng运输船需要专用的船舶。lng运输船是一种“海上超级冷冻车”，被喻为世界造船“皇冠上的明珠”。
4.在lng运输船的储罐的设计中，既要求有高强度，又要求有高的韧性。考虑的主要因素是寻找能适应低温介质的材料，并做好对易挥发、易燃物的处理。除了对材料的以上要求外，还相应对材料的造船加工工艺成型性和焊接性能等有特殊要求。低温设备要具备可靠的耐低温深冷性能，特别是储存设备应至少满足耐低温的要求-162℃以下，设计应达到-196℃。因此，用作lng贮藏舱的材料需具备一些基本要求：对冲击载荷和周变载荷要有较好的适应能力；在低温时应有较高的强度和良好的延伸塑性；在工作温度范围内(常温至液态气体温度)，舱用材料的膨胀系数变化小，从而得到小的温差应力。
5.目前，常用的液化天然气储罐顶部结构采用5xxx铝合金。5xxx系铝合金具有优良耐蚀性和低温性能，且其密度小、比强度大、成形性能高、易于表面处理与无燃烧性等优点，在许多领域中获得了广泛的应用。5xxx系铝合金具有良好的加工性能，可以加工成各种板、棒、线材，并广泛应用于船舶、车辆、航空航天等领域。超低温用al-mg铝合金因具有较高的强度，良好的塑性、耐蚀性及加工性，成为制造低温储罐广泛使用的一种材料。在lng船舶和lng储罐的制造中也大量选用了al-mg铝合金，甚至部分主体壁结构完全是铝合金的lng储罐，但大多数铝合金还是因为其特有的自重轻和耐腐蚀性成为储罐顶部结构的重要材料。欧美各国更是把铝网壳大量用于对钢材有强腐蚀环境的储罐、废水处理池和料仓等的顶盖上。
6.为了满足产品耐低温、高强度、耐腐蚀、良好加工和焊接性能等需求，需要对合金杂质含量合理控制，同时对主元素控制精度和配比，熔体纯净度，铸造及热处理工艺均提出非常高的要求。然而对于al-mg系5xxx铝合金来说，随着杂质含量变低、成分范围收窄，对工业化生产要求极为苛刻，因mg含量高，熔体易氧化和吸氢，常规熔体净化很难满足其纯净度要求。现有铝合金熔铸技术难以保证化学成分、氢含量和焊接性能的质量要求。由于合金的成分与工艺之间相互作用和相互制约，使其开发面临很大的技术挑战。


技术实现要素：

7.有鉴于此，本发明提供了一种lng储罐用al-mg铝合金板材及其制备方法，以及lng储罐。本发明提供的lng储罐用al-mg铝合金铸锭具备良好铸造性能、耐蚀性、加工和焊接性能，探伤符合aa级，能够满足最终产品的质量要求。
8.本发明提供了一种lng储罐用al-mg铝合金板材的制备方法，包括以下步骤：
9.a)配料、熔炼和熔体净化：
10.将原料经配料后，进行炉内精炼、在线除气精炼和熔体过滤，得到合金熔体；
11.b)晶粒细化：
12.将所述合金熔体与晶粒细化剂混合进行晶粒细化，得到细化合金熔体；
13.c)铸造：
14.对所述细化合金熔体进行铸造，得到铸锭；
15.d)铸锭均热：
16.对所述铸锭进行退火处理，得到退火铸锭；
17.e)轧制：
18.对所述退火铸锭进行热轧，得到板材坯料；
19.f)退火和拉伸：
20.对所述板材坯料进行退火处理和拉伸处理，得到lng储罐用al-mg铝合金板材；
21.按质量百分比计，所述lng储罐用al-mg铝合金板材的化学成分包括：
22.si：≤0.10％；
23.fe：≤0.25％；
24.cu：≤0.05％；
25.mn：0.45％～0.90％；
26.mg：4.5％～5.0％；
27.cr：0.05％～0.20％；
28.zn：≤0.08％；
29.ti：≤0.05％；
30.b：0.0005％～0.0025％；
31.be：0.0005％～0.0030％；
32.na：≤0.0005％；
33.单一杂质量：≤0.03％；
34.杂质总量：≤0.10％；
35.al：余量。
36.优选的，步骤b)中，所述晶粒细化剂为al-5ti-b丝、al-5ti-0.2b丝和al-3ti-0.15c丝中的至少一种。
37.优选的，所述al-5ti-b丝的用量为0.5～1.5kg/t；
38.所述al-5ti-0.2b丝的用量为0.8～2.0kg/t；
39.所述al-3ti-0.15c丝的用量为1.2～2.5kg/t。
40.优选的，步骤c)中，所述铸造的条件为：
41.铸造速度为42～56mm/min，铸造稳态水流量为55～120m3/h/根，起始水流量为所
述稳态水流量的70％～80％，流盘末端铝液温度为690～715℃，水温为20～30℃。
42.优选的，步骤d)中，所述退火处理的条件为：
43.升温速度40～100℃/h，退火温度460～530℃，保温时间为5～20h。
44.优选的，步骤e)中，所述热轧的过程包括：先将铸锭加热至目标温度并保温，然后采用热轧机组对铸锭进行热轧；
45.其中，所述目标温度为450～480℃，保温的时间为3～24h。
46.优选的，步骤f)中，所述退火处理的条件为：温度330～380℃，保温时间0.5～1.5h。
47.优选的，步骤f)中，所述拉伸处理的拉伸率为0.5％～1.0％。
48.本发明还提供了一种上述技术方案中所述的制备方法制得的lng储罐用al-mg铝合金板材。
49.本发明还提供了一种lng储罐，其制备原料包括上述技术方案中所述的lng储罐用al-mg铝合金板材。
50.本发明提供的lng储罐用al-mg铝合金板材的制备方法，依次进行配料、熔炼和熔体净化、晶粒细化、铸造、铸锭均热、轧制、退火和拉伸，在上述制备过程中控制工艺条件，尤其是晶粒细化中细化剂的选择、铸造的条件、铸锭均热条件、成品退火条件等，结合本发明对化学成分组成的控制，从化学组成和制备工艺两方面改进，使成分与工艺较好的适配，并相互促进，从而提高产品的强度、耐蚀性、加工焊接性能和长期服役性。
51.试验结果表明，本发明所得al-mg铝合金板材的探伤级别达到aa级，抗拉强度达到310mpa以上，屈服强度达到170mpa以上，延伸率达到16％以上，表现出优异的综合性能。
具体实施方式
52.本发明提供了一种lng储罐用al-mg铝合金板材的制备方法，包括以下步骤：
53.a)配料、熔炼和熔体净化：
54.将原料经配料后，进行炉内精炼、在线除气精炼和熔体过滤，得到合金熔体；
55.b)晶粒细化：
56.将所述合金熔体与晶粒细化剂混合进行晶粒细化，得到细化合金熔体；
57.c)铸造：
58.对所述细化合金熔体进行铸造，得到铸锭；
59.d)铸锭均热：
60.对所述铸锭进行退火处理，得到退火铸锭；
61.e)轧制：
62.对所述退火铸锭进行热轧，得到板材坯料；
63.f)退火和拉伸：
64.对所述板材坯料进行退火处理和拉伸处理，得到lng储罐用al-mg铝合金板材；
65.按质量百分比计，所述lng储罐用al-mg铝合金板材的化学成分包括：
66.si：≤0.10％；
67.fe：≤0.25％；
68.cu：≤0.05％；
69.mn：0.45％～0.90％；
70.mg：4.5％～5.0％；
71.cr：0.05％～0.20％；
72.zn：≤0.08％；
73.ti：≤0.05％；
74.b：0.0005％～0.0025％；
75.be：0.0005％～0.0030％；
76.na：≤0.0005％；
77.单一杂质量：≤0.03％；
78.杂质总量：≤0.10％；
79.al：余量。
80.关于步骤a)：配料、熔炼和熔体净化
81.将原料经配料后，进行炉内精炼、在线除气精炼和熔体过滤，得到合金熔体。
82.本发明中，所述原料包括：铝锭、中间料。所述原料还可以包括一级合金废料，即可以采用一级合金废料，也可以不采用一级合金废料。上述原料中，采用纯度较高的铝锭及均匀性较好的其它原料，确保si、fe、cu、zn、na等杂质元素控制在较低水平。其中，所述铝锭优选为品位在al99.70以上的铝锭。所述中间料为中间合金和纯金属。所述中间合金优选为铝锰中间合金、铝铬中间合金、铝铍中间合金和铝钛中间合金中的至少一种。在本发明的一些实施例中，所述中间合金为almn15、alcr4、albe3及alti4；在本发明的另一些实施例中，所述中间合金为almn15、alcr4及albe3。所述纯金属优选为镁锭。所述一级合金废料优选为纯铝、3003合金、5052合金、5083合金和5a06合金中的至少一种。其中，一级合金废料在所有原料中的质量占比优选为≤50％，更优选为≤30％。其余原料的用量配比按照目标产物中各成分比例进行相应配料即可。
83.本发明中，在配料后，先进行炉内精炼。本发明中，所述炉内精炼的方式优选为喷粉精炼。本发明中，所述炉内精炼的温度优选为730～750℃，具体可为730℃、735℃、740℃、745℃、750℃。所述炉内精炼的时间优选为30～40min，具体可为30min、35min、40min。所述炉内精炼优选在混合气体环境下进行，所述混合气体为保护性气体和氯气；其中，所述保护性气体的流量优选为3～8m3/h，所述氯气的流量优选为0.1～0.8m3/h。本发明对所述保护性气体的种类没有特殊限制，为本领域技术人员熟知的保护性气体即可，如氮气或氩气等，优选为氩气。
84.经上述炉内精炼后，进行在线除气精炼。本发明中，所述在线除气精炼的气体优选为惰性气体。所述惰性气体的流量优选为3～6m3m3/h。本发明中，所述在线除气精炼的温度优选为720～750℃，具体可为720℃、725℃、730℃、735℃、740℃、745℃、750℃。。优选的，本发明在线除气精炼至熔体氢含量≤0.15cm3/100gal，熔体na含量≤0.0005％。
85.经上述在线除气精炼后，进行熔体过滤，具体为在线熔体过滤。本发明中，所述熔体过滤的方式优选为板式过滤或深床过滤。其中，所述过滤的目数优选为30～50ppi，具体可为30ppi、40ppi、50ppi。经上述过滤处理后，得到纯净的合金熔体。
86.关于步骤b)：晶粒细化
87.将所述合金熔体与晶粒细化剂混合进行晶粒细化，得到细化合金熔体
88.本发明中，所述晶粒细化剂优选为al-5ti-b丝、al-5ti-0.2b丝和al-3ti-0.15c丝中的至少一种。本发明中向合金中引入ti和b来细化铸态晶粒，但其用量过高则会影响产品后续的焊接性能和形成聚集化合物。本发明对晶粒细化剂优选控制在以下用量：其中，所述al-5ti-b丝的用量优选为0.5～1.5kg/t(其中的t是熔体量单位，即0.5～1.5kg晶粒细化剂/t合金熔体)，具体可为0.5kg/t、0.6kg/t、0.7kg/t、0.8kg/t、0.9kg/t、1.0kg/t、1.1kg/t、1.2kg/t、1.3kg/t、1.4kg/t、1.5kg/t。所述al-5ti-0.2b丝的用量优选为0.8～2.0kg/t，具体可为0.8kg/t、0.9kg/t、1.0kg/t、1.1kg/t、1.2kg/t、1.3kg/t、1.4kg/t、1.5kg/t、1.6kg/t、1.7kg/t、1.8kg/t、1.9kg/t、2.0kg/t。所述al-3ti-0.15c丝的用量优选为1.2～2.5kg/t，具体可为1.2kg/t、1.3kg/t、1.4kg/t、1.5kg/t、1.6kg/t、1.7kg/t、1.8kg/t、1.9kg/t、2.0kg/t、2.1kg/t、2.2kg/t、2.3kg/t、2.4kg/t、2.5kg/t。经上述晶粒细化，得到细化合金熔体。
89.关于步骤c)：铸造
90.对所述细化合金熔体进行铸造，得到铸锭。
91.本发明中，所述铸造的速度优选为42～56mm/min，具体可为42mm/min、43mm/min、44mm/min、45mm/min、46mm/min、47mm/min、48mm/min、49mm/min、50mm/min、51mm/min、52mm/min、53mm/min、54mm/min、55mm/min、56mm/min。所述铸造的稳态水流量优选为55～120m3/h/根，具体可为55m3/h/根、60m3/h/根、70m3/h/根、80m3/h/根、90m3/h/根、100m3/h/根、110m3/h/根、120m3/h/根；所述铸造的起始水流量优选为稳态水流量的70％～80％，具体可为70％、75％、80％。所述铸造的流盘末端铝液温度优选为690～715℃，具体可为690℃、695℃、700℃、705℃、710℃、715℃。所述铸造的水温优选为20～30℃，具体可为20℃、25℃、30℃。本发明通过控制上述铸造条件包括铸造速度及冷却强度等，可使铸锭晶粒细小、铸锭致密度提高，细化一次晶化物的尺寸，减小区域偏析，有利于提高铸锭质量和产品综合性能。
92.关于步骤d)：铸锭均热
93.对所述铸锭进行退火处理，得到退火铸锭。
94.本发明中，所述退火处理的升温速度优选为40～100℃/h，具体可为40℃/h、50℃/h、60℃/h、70℃/h、80℃/h、90℃/h、100℃/h。所述退火处理的升温时间优选为8～12h，具体可为8h、9h、10h、11h、12h。所述退火处理的温度(即升温达到的目标温度)优选为460～530℃，具体可为460℃、470℃、480℃、490℃、500℃、510℃、520℃、530℃。所述退火处理的保温时间优选为5～20h，具体可为5h、10h、15h、20h。本发明通过对铸锭均匀化退火能够改善铸锭的化学成分和组织的不均匀性，从而获得更均匀、更稳定的组织，增加合金加工塑性和改善产品最终性能；5xxx合金主要相之一为β(mg2al3)相，其过烧温度为451℃，经申请人研究发现，如果升温速度过快或局部温度过高，铸锭中心部位如果存在未充分溶解的mg2al3相，在铸锭加热或轧制过程温度较高时，则易发生轧制开裂、孔洞、过烧或探伤报废现象，本发明控制上述一定的升温程序和退火条件，有利于改善铸锭质量和提高产品性能。
95.本发明中，经上述铸锭均热处理后，优选还进行铸锭铣面，然后再进行后续轧制工序。本发明中，所述铣面工序中，优选控制小面铣3～10mm，大面铣8～12mm。本发明中，经铣面后，所得铸锭的规格优选为：厚度450～550mm，宽度1200～2500mm。
96.关于步骤e)：轧制
97.对所述退火铸锭进行热轧，得到板材坯料。
98.本发明中，所述热轧的过程包括：先将铸锭加热至目标温度并保温，然后采用热轧机组对铸锭进行热轧。本发明中，上述目标温度优选为450～480℃，具体可为450℃、460℃、470℃、480℃。所述保温的时间优选为3～24h，具体可为3h、5h、10h、15h、20h、24h。本发明中，所述热轧的规格优选为热轧成15～50mm厚的热轧坯料。
99.关于步骤f)：退火和拉伸
100.对所述板材坯料进行退火处理和拉伸处理，得到lng储罐用al-mg铝合金板材。
101.本发明中，所述退火处理的温度优选为330～380℃，具体可为330℃、340℃、350℃、360℃、370℃、380℃。所述退火处理的保温时间优选为0.5～1.5h，具体可为0.5h、1.0h、1.5h。经步骤e)后所得材料状态为o态，本发明对其进行退火处理且控制在上述退火温度和保温时间下，能够使材料完全再结晶和保证良好的塑形，提高板材的屈服强度。经以上处理后，能够使板材的抗拉强度≥310mpa，屈服强度≥170mpa，延伸率≥16％。
102.本发明中，经上述退火处理后，进行拉伸处理。本发明中，所述拉伸处理的拉伸率优选控制在0.5％～1.0％，具体可为0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1.0％。控制在上述拉伸条件下，能够确保板材符合要求。
103.本发明中，经以上处理后，得到lng储罐用al-mg铝合金板材，对其进行探伤，具体可为水浸式探伤，确定其探伤级别是否合格，若合格，则可按照要求进行后续的剪切定尺和包装。
104.本发明中，所得lng储罐用al-mg铝合金板材属于5xxx铝合金，其化学成分包括：
105.si：≤0.10％；
106.fe：≤0.25％；
107.cu：≤0.05％；
108.mn：0.45％～0.90％；
109.mg：4.5％～5.0％；
110.cr：0.05％～0.20％；
111.zn：≤0.08％；
112.ti：≤0.05％；
113.b：0.0005％～0.0025％；
114.be：0.0005％～0.0030％；
115.na：≤0.0005％；
116.单一杂质量：≤0.03％；
117.杂质总量：≤0.10％；
118.al：余量。
119.其中，mn含量具体可为0.45％、0.50％、0.55％、0.60％、0.65％、0.70％、0.75％、0.80％、0.85％、0.90％。mg含量4.5％～5.0％，不包括端点5.0％，具体可为4.5％、4.6％、4.7％、4.8％、4.9％。cr含量具体可为0.05％、0.10％、0.15％、0.20％。b含量具体可为0.0005％、0.0010％、0.0015％、0.0020％、0.0025％。be含量具体可为0.0005％、0.0010％、0.0015％、0.0020％、0.0025％、0.0030％。
120.本发明控制mg含量在上述范围内，能够提高材料的抗拉强度和屈服强度，经申请人研究发现，若mg含量超过5％，易出现抗应力腐蚀能力降低；经过淬火或低温(70～200℃)
回火的高mg合金(含5％mg或更高mg)沿晶界有连续的网状β(al3mg2)相析出物，当存在电解质时，这种β相将优先受腐蚀；因此只有mg含量低于5％的5xxx合金，基体和焊接部位才有高的耐蚀性。合金中mg的含量对焊接时形成结晶裂纹的倾向性、焊接部位的塑性、疏松度及耐蚀性也有影响，mg含量由2.5％增加至4.5％时，裂纹形成的倾向性增加，当mg含量更高或更低时，裂纹倾向性显著降低，为了提高材料焊接时抗裂纹的能力，在合金添加mn、cr、ti以及4％左右mg的5xxx合金是高合金化中耐蚀性最好的合金，且对中间退火，最终退火以及制造过程中低温加热都不太敏感，能够使成分与制备工艺之间较好的适配，提高材料性能。因此，本发明控制mg含量4.5％～5.0％，且不包括端点5.0％。
121.本发明还合理控制mn、cr、ti、be、b的元素含量。本发明中，在5xxx铝合金中添加一定量的mn和cr可提高基体材料和焊接部位的强度，同时还能提高材料在焊接时抗热裂纹的能力(0.8％mn时裂纹倾向性最小)和抗应力腐蚀破坏能力，且加入mn还可以使晶粒细化。同时，本发明还引入一定量的含ti和b元素的细化剂，能细化合金的铸造组织，有利于形成比较致密的焊缝组织，同时还能从一定程度上提高材料在结晶时抗热裂纹的能力，为了防止含ti一次晶化合物的生成，ti的加入量在不超过0.05％，b元素含量过高则易产生聚集而影响组织均匀性和焊接性能，最好控制在0.0025％以内。另外，本发明还控制一定量的be元素，能够防止合金在熔铸、加工和焊接等工艺加热过程中的氧化，同时还可以防止在铸造过程中产生拉裂。因此，本发明控制mn 0.45％～0.90％，cr 0.05％～0.20％，ti≤0.05％，be 0.0005％～0.0030％，b0.0005％～0.0025％。
122.本发明还降低si、fe、cu、zn、na元素含量。经申请人研究发现，si含量超过0.2％就会使合金机械性能特别是延伸率降低，fe不仅使机械性能变坏，还使合金的耐蚀性变差，特别是当存在mn时表现的更加明显；si和fe含量过高，不仅使铸造性能变差，还会造成板材的加工性能变差，比如板材裂边加剧。杂质cu能降低5xxx合金的耐蚀性能。杂质zn影响合金的焊接性能。在不含mg的铝合金中，na不以游离态存在，而是以高熔点naalsi化合物形式存在，不会产生钠脆性；在低mg合金中，因为mg元素对si的亲和力大于na，mg与si优先形成mg2si相，但合金中的mg含量有限，一部分固溶于铝中(室温时mg在al中的最小溶解度约为2.3％)，又要以1.73：1的比例与si形成化合物，过剩的si与na生成naalsi化合物，因而很少出现na脆性；但是在高mg合金，杂质si全部被mg夺走，使na只能以游离态存在，即使微量杂质na也能强烈损害合金的铸造和热变形性能，出现“钠脆性”。因此，本发明控制si≤0.10％，fe≤0.25％，cu≤0.05％，zn≤0.08％，na≤0.0005％。
123.在本发明的一些实施例中，所述al-mg铝合金板材的化学成分包括：
124.si：0.06％；
125.fe：0.16％；
126.cu：0.03％；
127.mn：0.60％；
128.mg：4.65％；
129.cr：0.09％；
130.zn：0.03％；
131.ti：0.03％；
132.b：0.002％；
133.be：0.001％；
134.na：0.0003％；
135.杂质总量：0.05％；
136.al：余量。
137.在本发明的另一些实施例中，所述al-mg铝合金板材的化学成分包括：
138.si：0.05％；
139.fe：0.20％；
140.cu：0.02％；
141.mn：0.70％；
142.mg：4.85％；
143.cr：0.07％；
144.zn：0.03％；
145.ti：0.03％；
146.b：0.0018％；
147.be：0.0015％；
148.na：0.0002％；
149.杂质总量：0.06％；
150.al：余量。
151.在本发明的另一些实施例中，所述al-mg铝合金板材的化学成分包括：
152.si：0.04％；
153.fe：0.19％；
154.cu：0.02％；
155.mn：0.80％；
156.mg：4.90％；
157.cr：0.09％；
158.zn：0.03％；
159.ti：0.02％；
160.b：0.002％；
161.be：0.0013％；
162.na：0.0002％；
163.杂质总量：0.05％；
164.al：余量。
165.本发明上述化学成分组成与制备工艺的结合，在研发探索过程中面临了很多困难，例如为了提高产品焊接性能，需要将zn、b等元素控制在较低水平，但是随着zn含量过低则造成成本大幅增加，且b元素是晶粒细化剂中元素，b元素含量过低则无法满足晶粒细化需求，造成组织均匀性差，而过高则会影响焊接性能；为了提高板材强度，需要合理控制mg、mn等元素；为了确保板材具有良好稳定性和寿命，需要将熔体纯净度控制在极高水平，同时随着成分范围收窄，要求变高，其铸造工艺窗口也随着变窄，铸锭成型难度也大幅增加
……
等，其它元素之前的制约以及化学成分与工艺之间的制约不再一一列举。本发明要满足产
品综合性能需求，需要对化学成分、晶粒细化、熔体净化、铸造和热处理工艺等多方面进行控制和平衡。
166.本发明还提供了一种上述技术方案中所述的制备方法制得的lng储罐用al-mg铝合金板材。
167.本发明还提供了一种lng储罐，其制备原料包括上述技术方案中所述的lng储罐用al-mg铝合金板材。
168.本发明提供的lng储罐用al-mg铝合金板材的制备方法，依次进行配料、熔炼和熔体净化、晶粒细化、铸造、铸锭均热、轧制、退火和拉伸，在上述制备过程中控制工艺条件，尤其是晶粒细化中细化剂的选择、铸造的条件、铸锭均热条件、成品退火条件等，结合本发明对化学成分组成的控制，从化学组成和制备工艺两方面改进，使成分与工艺较好的适配，并相互促进，从而提高产品的强度、耐蚀性、加工焊接性能和长期服役性。
169.试验结果表明，本发明所得al-mg铝合金板材的探伤级别达到aa级，抗拉强度达到310mpa以上，屈服强度达到170mpa以上，延伸率达到16％以上，表现出优异的综合性能。
170.为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
171.实施例1
172.a)配料、熔炼和熔体净化：
173.配料：al99.70铝锭89.5％，中间合金(almn15、alcr4、albe3及alti4)6％，纯金属镁锭4.5％。
174.熔炼：将原料送入电炉中进行炉内精炼，炉内精炼温度为740℃，精炼时长为30min；精炼气体为ar+cl2，ar流量为5m3/h，cl2流量为0.4m3/h。然后在线除气精炼，在线除气精炼温度为730℃，气体为氩气，氩气流量为4m3/h。至熔体氢含量≤0.15cm3/100gal，熔体na含量≤0.0005％。
175.熔体过滤：在线采用50ppi过滤板过滤熔体。
176.b)晶粒细化：
177.向合金熔体中加入晶粒细化剂al-5ti-b，用量为1.5kg/t，进行晶粒细化，得到细化合金熔体。
178.c)铸造：
179.对细化合金熔体进行铸造，得到铸锭。
180.铸造条件为：铸造速度45mm/min，稳态水流量90m3/h/根，起始水流量为稳态水流量的70％，流盘末端铝液温度为701℃，水温26℃。
181.d)铸锭均热：
182.对铸锭进行退火处理，得到退火铸锭。
183.退火条件为：升温速度60℃/h，目标温度470℃，保温时间10h。
184.铣面处理：小面铣5mm，大面铣12mm。所得铸锭规格为：厚度480mm，宽度1720mm。
185.e)轧制：
186.将退火铸锭加热至470℃并保温5h，采用然后采用热轧机组对铸锭进行热轧，热轧成厚度40mm的热轧坯料。
187.f)退火和拉伸：
188.退火：温度360℃，保温时间1h。
189.拉伸：对退火后铸锭进行拉伸处理，拉伸率为0.5-1.0％，得到板材。
190.最终所得al-mg铝合金板材的化学成分参见表1。
191.表1：实施例1所得al-mg铝合金板材的化学成分
[0192][0193]
实施例2
[0194]
a)配料、熔炼和熔体净化：
[0195]
配料：al99.70铝锭76.6％，中间合金(almn15、alcr4、albe3及alti4)4.8％，纯金属镁锭3.6％，一级合金废料5083合金15％。
[0196]
熔炼：将原料送入电炉中进行炉内精炼，炉内精炼温度为750℃，精炼时长为40min；精炼气体为ar+cl2，ar流量为5.5m3/h，cl2流量为0.4m3/h。然后在线除气精炼，在线除气精炼温度为735℃，气体为氩气，氩气流量为4m3/h。至熔体氢含量≤0.15cm3/100gal，熔体na含量≤0.0005％。
[0197]
熔体过滤：在线采用50ppi过滤板过滤熔体。
[0198]
b)晶粒细化：
[0199]
向合金熔体中加入晶粒细化剂al-5ti-b，用量为1.2kg/t，进行晶粒细化，得到细化合金熔体。
[0200]
c)铸造：
[0201]
对细化合金熔体进行铸造，得到铸锭。
[0202]
铸造条件为：铸造速度48mm/min，稳态水流量100m3/h/根，起始水流量为稳态水流量的75％，流盘末端铝液温度为698℃，水温24℃。
[0203]
d)铸锭均热：
[0204]
对铸锭进行退火处理，得到退火铸锭。
[0205]
退火条件为：升温速度50℃/h，目标温度480℃，保温时间8h。
[0206]
铣面处理：小面铣4mm，大面铣10mm。所得铸锭规格为：厚度480mm，宽度1510mm。
[0207]
e)轧制：
[0208]
将退火铸锭加热至460℃并保温5h，采用然后采用热轧机组对铸锭进行热轧，热轧成厚度20mm的热轧坯料。
[0209]
f)退火和拉伸：
[0210]
退火：温度350℃，保温时间1.5h。
[0211]
拉伸：对退火后铸锭进行拉伸处理，拉伸率为0.5-1.0％，得到板材。
[0212]
最终所得al-mg铝合金板材的化学成分参见表2。
[0213]
表2：实施例2所得al-mg铝合金板材的化学成分
[0214][0215]
实施例3
[0216]
a)配料、熔炼和熔体净化：
[0217]
配料：al99.70铝锭62.7％，中间合金(almn15、alcr4及albe3)4.0％，纯金属镁锭3.1％，一级合金废料5083合金30％。
[0218]
熔炼：将原料送入电炉中进行炉内精炼，炉内精炼温度为745℃，精炼时长为35min；精炼气体为ar+cl2，ar流量为6m3/h，cl2流量为0.5m3/h。然后在线除气精炼，在线除气精炼温度为740℃，气体为氩气，氩气流量为4m3/h。至熔体氢含量≤0.15cm3/100gal，熔体na含量≤0.0005％。
[0219]
熔体过滤：在线采用50ppi过滤板过滤熔体。
[0220]
b)晶粒细化：
[0221]
向合金熔体中加入晶粒细化剂al-5ti-b，用量为0.8kg/t，进行晶粒细化，得到细化合金熔体。
[0222]
c)铸造：
[0223]
对细化合金熔体进行铸造，得到铸锭。
[0224]
铸造条件为：铸造速度50mm/min，稳态水流量70m3/h/根，起始水流量为稳态水流量的80％，流盘末端铝液温度为705℃，水温23℃。
[0225]
d)铸锭均热：
[0226]
对铸锭进行退火处理，得到退火铸锭。
[0227]
退火条件为：升温速度50℃/h，目标温度470℃，保温时间14h。
[0228]
铣面处理：小面铣5mm，大面铣10mm。所得铸锭规格为：厚度500mm，宽度1960mm。
[0229]
e)轧制：
[0230]
将退火铸锭加热至460℃并保温6h，采用然后采用热轧机组对铸锭进行热轧，热轧成厚度30mm的热轧坯料。
[0231]
f)退火和拉伸：
[0232]
退火：温度340℃，保温时间1.5h。
[0233]
拉伸：对退火后铸锭进行拉伸处理，拉伸率为0.5-1.0％，得到板材。
[0234]
最终所得al-mg铝合金板材的化学成分参见表3。
[0235]
表3：实施例3所得al-mg铝合金板材的化学成分
[0236][0237]
对比例1
[0238]
按照实施例1实施，不同的是，配料时调整原料组成，使所得al-mg铝合金板材的化学成分如表4所示：
[0239]
表4：实施例4所得al-mg铝合金板材的化学成分
[0240][0241]
对比例2
[0242]
按照实施例1实施，不同的是，改变步骤c)铸造的工艺条件、步骤d)铸锭均热的工艺条件以及步骤f)中退火的工艺条件，具体改变成如下工艺条件：
[0243]
c)铸造：
[0244]
对细化合金熔体进行铸造，得到铸锭。
[0245]
铸造条件为：铸造速度35mm/min，稳态水流量40m3/h/根，起始水流量为稳态水流量的50％，流盘末端铝液温度为680℃，水温15℃。
[0246]
d)铸锭均热：
[0247]
对铸锭进行退火处理，得到退火铸锭。
[0248]
退火条件为：升温速度120℃/h，目标温度480℃，保温时间6h。
[0249]
铣面处理：同实施例1。
[0250]
f)退火和拉伸：
[0251]
退火：温度300℃，保温时间2h。
[0252]
拉伸：同实施例1。
[0253]
对比例3
[0254]
按照实施例1实施，不同的是，改变步骤c)铸造的工艺条件、步骤d)铸锭均热的工艺条件以及步骤f)中退火的工艺条件，具体改变成如下工艺条件：
[0255]
c)铸造：
[0256]
对细化合金熔体进行铸造，得到铸锭。
[0257]
铸造条件为：铸造速度70mm/min，稳态水流量150m3/h/根，起始水流量为稳态水流量的90％，流盘末端铝液温度为730℃，水温35℃。
[0258]
d)铸锭均热：
[0259]
对铸锭进行退火处理，得到退火铸锭。
[0260]
退火条件为：升温速度30℃/h，目标温度450℃，保温时间10h。
[0261]
铣面处理：同实施例1。
[0262]
f)退火和拉伸：
[0263]
退火：温度400℃，保温时间2h。
[0264]
拉伸：同实施例1。
[0265]
测试例：产品性能测试
[0266]
对各实施例和对比例产品进行探伤测试、抗拉强度测试、屈服强度测试、延伸率测试。测试结果参见表4。
[0267]
其中：
[0268]
探伤测试：水浸式探伤。
[0269]
抗拉强度、屈服强度和延伸率的测试参照astmb557m(锻造和铸造的铝及镁合金制品抗拉试验的标准试验方法)。
[0270]
表4：产品测试结果
[0271] 探伤级别抗拉强度，mpa屈服强度，mpa延伸率，％实施例1aa31518021实施例2aa32118819.5实施例3aa33119218对比例1不合格28515023对比例2不合格28016015对比例3不合格26013025
[0272]
由表4测试结果可以看出，本发明实施例1-3所得al-mg铝合金板材的探伤级别达到aa级，抗拉强度达到315mpa以上，屈服强度达到180mpa以上，延伸率达到18％以上，表现出优异的综合性能。与实施例相比，对比例1的抗拉和屈服强度变差，无法满足aa级探伤要求，证明本发明控制在一定的化学组成下，有利于提高材料的综合性能。与实施例相比，对比例2-3的抗拉和屈服强度变差，且对比例2的延伸率变差，二者均无法满足aa级探伤要求，证明，本发明控制一定的铸造条件和退火条件，有利于提高材料的综合性能。
[0273]
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，包括最佳方式，并且也使得本领域的任何技术人员都能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统，和实施任何结合的方法。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。本发明专利保护的范围通过权利要求来限定，并可包括本领域技术人员能够想到的其他实施例。如果这些其他实施例具有近似于权利要求文字表述的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的文字表述无实质差异的等同结构要素，那么这些其他实施例也应包含在权利要求的范围内。

技术特征：
1.一种lng储罐用al-mg铝合金板材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：a)配料、熔炼和熔体净化：将原料经配料后，进行炉内精炼、在线除气精炼和熔体过滤，得到合金熔体；b)晶粒细化：将所述合金熔体与晶粒细化剂混合进行晶粒细化，得到细化合金熔体；c)铸造：对所述细化合金熔体进行铸造，得到铸锭；d)铸锭均热：对所述铸锭进行退火处理，得到退火铸锭；e)轧制：对所述退火铸锭进行热轧，得到板材坯料；f)退火和拉伸：对所述板材坯料进行退火处理和拉伸处理，得到lng储罐用al-mg铝合金板材；按质量百分比计，所述lng储罐用al-mg铝合金板材的化学成分包括：si：≤0.10％；fe：≤0.25％；cu：≤0.05％；mn：0.45％～0.90％；mg：4.5％～5.0％；cr：0.05％～0.20％；zn：≤0.08％；ti：≤0.05％；b：0.0005％～0.0025％；be：0.0005％～0.0030％；na：≤0.0005％；单一杂质量：≤0.03％；杂质总量：≤0.10％；al：余量。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤b)中，所述晶粒细化剂为al-5ti-b丝、al-5ti-0.2b丝和al-3ti-0.15c丝中的至少一种。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述al-5ti-b丝的用量为0.5～1.5kg/t；所述al-5ti-0.2b丝的用量为0.8～2.0kg/t；所述al-3ti-0.15c丝的用量为1.2～2.5kg/t。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤c)中，所述铸造的条件为：铸造速度为42～56mm/min，铸造稳态水流量为55～120m3/h/根，起始水流量为所述稳态水流量的70％～80％，流盘末端铝液温度为690～715℃，水温为20～30℃。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤d)中，所述退火处理的条件为：升温速度40～100℃/h，退火温度460～530℃，保温时间为5～20h。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤e)中，所述热轧的过程包括：先将铸锭加热至目标温度并保温，然后采用热轧机组对铸锭进行热轧；其中，所述目标温度为450～480℃，保温的时间为3～24h。7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤f)中，所述退火处理的条件为：温度330～380℃，保温时间0.5～1.5h。8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤f)中，所述拉伸处理的拉伸率为0.5％～1.0％。9.一种权利要求1～8中任一项所述的制备方法制得的lng储罐用al-mg铝合金板材。10.一种lng储罐，其特征在于，其制备原料包括权利要求9所述的lng储罐用al-mg铝合金板材。

技术总结
本发明提供了一种LNG储罐用Al-Mg铝合金板材及其制备方法，以及LNG储罐。本发明提供的LNG储罐用Al-Mg铝合金板材的制备方法，依次进行配料、熔炼和熔体净化、晶粒细化、铸造、铸锭均热、轧制、退火和拉伸，在上述制备过程中控制工艺条件，尤其是晶粒细化中细化剂的选择、铸造的条件、铸锭均热条件、成品退火条件等，结合本发明对化学成分组成的控制，从化学组成和制备工艺两方面改进，使成分与工艺较好的适配，并相互促进，从而提高产品的强度、耐蚀性、加工焊接性能和长期服役性。焊接性能和长期服役性。


技术研发人员：史贵山 孙自鹏 陈可 王剑 彭时勇
受保护的技术使用者：西南铝业（集团）有限责任公司
技术研发日：2023.04.24
技术公布日：2023/7/25