SE526685C2 - Trycksatt naturgas överförd till vätskeform - Google Patents

Description

.noe u 9 0 once I n 0 l coon O no nu oo '. Q u n 0 0 0 0 0 0 I 526 685 dvs. LNG-leverantören, LNG-transportören samt den store LNG- förbrukaren, och för dessa gäller ekonomiskt processande, lagring och transport av naturgas i form av LNG. I de fall där LNG kunder har en alternativ gaskälla, exempelvis gas i pipeline, är den konventionella LNG- leveranskedjan ofta ej ekonomiskt konkurrenskraftig.

Figur 1 visar schematiskt en konventionell LNG-anläggning som producerar LNG vid temperaturer av omkring -162°C (-260°F) och atmosfärstryck. En typisk naturgasström inkommer i en konventionell LNG anläggning vid tryck frán omkring 4830 kPa (700 psia) till omkring 7600 kPa (1100 psia) och temperaturer fràn omkring 21°C (70°F) till omkring 38°C (100°F). Det erfordras upp till 350000 kylande hästkrafter för att reducera naturgasens temperatur till den mycket låga utgàngstemperaturen av omkring -162°C (»260°F) i en konventionell tvàstegs LNG-anläggning. Vatten, koldioxid, svavelinnehållande föreningar, sàsom vätesulfid, andra sura gaser, n-pentan och tyngre kolväten, inkluderande bensen, mäste väsentligen avlägsnas fràn naturgasen under konventionellt LNG-processande, ner till nivåer av delar-per-miljon (ppm), eller kommer i annat fall dessa föreningar att frysa och ge igenpluggningsproblem i processutrustningen. l en konventionell LNG-anläggning erfordras gasbehandlingsutrustning för att avlägsna koldioxid och sura gaser. Gasbehandlingsutrusning nyttjar typiskt en kemisk och/eller fysikalisk regenerativ lösningsmedelsprocess och kräver avsevärd kapitalinvestering. Kostnaderna för drift är även höga jämfört med de för annan utrustning i anläggningen. Torrbäddhydratorer, exempelvis molekylära siktar, erfordras för avlägsning av vattenàngan.

Skrubberkolonnen och fraktioneringsutrusningen används för avlägsning av kolväten som tenderar att orsaka igenpluggningsproblemen. Kvicksilver avlägsnas även i en konventionell LNG-anläggning eftersom det kan orsaka fel i utrustning tillverkad av aluminium. Dessutom avlägsnas stor andel av det kväve som kan föreligga i naturgas efter processande, eftersom kväve ej förblir i vätskefas under transport av konventionell LNG, och att ha kväveàngor i LNG-behållare pà leveransstället är ej önskvärt.

' . Q IÛII . n o 0 I on soon coon nu ecco I II II OI II ln a! Oo 00 I O O 0 c c 01 YO gfi C\ CS 0% 3 Behållare, rördragning och annan utrustning som utnyttjas i en konventionell LNG-anläggning tillverkas typiskt, åtminstone delvis, av aluminium eller nickelinnehàllande stål (t.ex. 9 vikt % nickel), för att ge den erforderliga brottsegheten vid de extremt kalla processtemperaturerna. Dyra material med bra brottseghet vid låga temperaturer, inkluderar aluminium och kommersiellt nickelinnehållande stål (t.ex. 9 vikt % nickel) och används typiskt för att inhysa LNG i LNG-fartyg och i importhamnarna, samt dessutom i den konventionelia anläggningen.

Nickelinnehállande stål som konventionellt nyttjas för applikationer för konstruktioner vid kryogena temperaturer, t.ex. stål med nickelinnehåll högre än omkring 3 viktprocent, har låga DBTT (mått pà seghet, enligt definition häri), men har även relativt låg draghållfasthet.

Kommersiellt tillgängliga 3,5 vikt % Ni, 5,5 vikt % Ni och 9 vikt % Ni- stål har typiskt DBTT av omkring -100°C (-'l50°F), -155° (-250°F) respektive -l75°C (-280°F), och draghållfasthet upp till omkring 485 MPa (70 ksi), 620 lVlPa (90 ksi) respektive 830 MPa (120 ksi). För att få dessakombinationer av styrka och seghet, utsätts dessa stål vanligtvis för dyrbart processandet, t.ex. dubbel hårdningsbehandling. Vad gäller applikationer vid kryogen temperatur, nyttjar för närvarande industrin dessa kommersiella nickelinnehállande stål beroende pà deras goda seghet vid låga temperaturer, men man måste konstruera runt deras relativt låga draghållfasthet. Konstruktionerna kräver vanligtvis extra ståltjocklek för att uppta last i applikationer vid kryogen temperatur. Nyttjandet av dessa nickelinnehållande stål i lastbärande applikationer vid kryogen temperatur tenderar sålunda att bli dyrbart beroende på stålets höga kostnad i kombination med den erforderliga ståltjockleken.

Ett typiskt konventionellt LNG-fartyg nyttjar stora sfäriska behållare, benämnda Moss-sfärer, för att lagra LNG under transport. Dessa fartyg kostar för närvarande mer än omkring 230 miljoner dollar per styck. Ett typiskt konventionellt projekt för produktion av LNG i mellanöstern och I OOOOII I .o u 0 "u u :.\:"c.o o. :a-"pg g :'". .g 'ln g. -.°:..°°--' 22 v: 2% 2' = i =' z :°.° -- -- '°° O loc- 0 1 0 I nu oc os 00 I O Û I I O C c o o c cvoo g a o o o con oss. oc coon 526 685 Q o :co 00 4 transport till Ostasien kan kräva 7 till 8 av dessa fartyg för en total kostnad av omkring 1,6 miljarder dollar till 2,0 miljarder dollar.

Såsom framgår av diskussionen ovan, föreligger behov av ett mera ekonomiskt system för att processa, lagra och transportera LNG till kommersiella marknader för att avlägset belägna naturgaskällor skall kunna konkurrera mer effektivt med alternativa energikällor. Dessutom erfordras ett system för att kommersialisera mindre avlägset belägna naturgaskällor som annars skulle vara oekonomiska att exploatera. Dessutom erfordras ett mera ekonomiskt gasöverförings och leveranssystem så att LNG kan göras mera ekonomiskt attraktivt för mindre konsumenter.

Huvudsyftena med uppfinningen är sålunda att tillhandahålla ett mera ekonomiskt system för att processa, lagra och transportera LNG från avlägsna källor till kommersiella marknader och att i väsentlig grad reducera tröskelstorleken för både den källa och den marknad som erfordras för att ett LNG-projekt skall bli ekonomiskt användbart. Ett sätt att åstadkomma dessa syften vore att processa LNG vid högre tryckoch temperaturer än vad som görs i en konventionell LNG-anläggning, d.v.s. vid tryck högre än atmosfårstryck och temperaturer högre än -162°C (-260°F). Även om det allmänna konceptet att processa, lagra och transportera LNG vid förhöjda tryck och temperaturer diskuterats i ett antal industriella publikationer, behandlar sådana publikationer vanligtvis transport i behållare av nickelinnehàllande stål (t.ex. 9 vikt % nickel) eller aluminium, där båda dessa material kan uppfylla konstruktionskraven men är mycket dyrbara material. l publikationen NATURAL GAS BY SEA The Development of a New Technology, publicerad av Witherby & Co. Ltd., första upplagan 1979, andra upplagan 1993, på sidorna pp. 162-164 diskuterar exempelvis Roger Ffooks konverteringen av Liberty fartyget Siga/pha för transport av antingen MLG (medium condition liquefied gas) vid 1380 kPa (200 psig) och -115°C (-175°F), eller CNG (compressed natural gas) processad vid 7935 kPa (1150 psig) och -60°C (-75°F). Mr Ffooks anger att ingetdera av dessa två koncept hittade "köpare" även om de var tekniskt korrekta - till stor del beroende på oolo u o o o oo oo oo o o o o o o g o n o oooo o o o n o o o o OC II ÛIUI IÜ-O IC CCI. 0 o g. ggoç oo lo 0 o 0 o o 0 o o o o o o oo 526 685 :to Il hög lagringskostnad. Enligt ett aktstycke pà temat vartill Mr Ffooks hänvisar, och gällande CNG hantering, d.v.s. -60°C (-75°F), var konstruktionsmàlet ett làglegerat, svetsbart, snabbkylt och härdat stál med god hàllfasthet (760 MPa (110 ksi)) samt god brottseghet under driftsförhàllanden. (Se "A new process for the transportation of natural gas" av R. J. Broeker, International LNG Conference, Chicago, 1968). Detta aktstycke indikerar även att aluminium- legering innebar den lägsta kostnaden för MLG hantering d_v.s., vid den mycket lägre temperaturen av -115°C (-175°F). Pà sid. 164 i Ocean Phoenix Transport design, diskuterar även Mr Ffooks hantering vid mycket lägre tryck av omkring 414 kPa (60 psig), där tankar skulle kunna tillverkas av 9 procentig nickelstål eller aluminiumlegering; och han indikerar återigen, att konceptet ej föreföll ge tillräckligt av tekniska och finansiella fördelar för att bli kommersialiserat. Det hänvisas även till; (i) U.S. patent 3,298,805 som behandlar användning av 9 % nickelinnehállande stål eller aluminiumlegering med hög hàllfasthet för tillverkning av behållare för transport av komprimerad naturgas; och (ii) U.S. patent 4,182,254 som behandlar tankar av 9 % nickel eller liknande stål för transport av LNG vid temperaturer från -100°C (-148°F) till -140°C (-220°F) och tryck av från 4 till 10 atmosfär (dvs. 407 kPa (59 psia) till 1014 kPa (147 psia)); (iii) U.S. patent 3,232,725 som behandlar transport av naturgas i förtätad singelfluidfas vid en temperatur så làg som - 62°C (~80°F), -68°C (-90°F), och vid tryck av åtminstone 345 kPa (50 psi) över kokpunkttrycket för gasen vid driftstemperaturer, med användning av eller i vissa fall behållare tillverkade av material såsom 1 till 2 procent nickelstàl som har snabbkylts och härdats för säkring av den slutliga sträckgränsen i närheten av 120000 psi; och (iv) "Marine Transportation och LNG at Intermediate Temperature", CME March 1979, C. P. Bennett, som behandlar en "case study" gällande transport av LNG vid ett tryck av 3,1 MPa (450 psi) och en temperatur av -100°C (-140°F) med användning av en lagringstank tillverkad av 9 % Ni stål eller 3% Ni snabbkylt och härdat stål med 9% tum tjocka väggan 0000 g u oooo .o c 0 :oo .oc once I 0 O ICO I O n oo ao to ut oo II .", ' , . Q 9 p 0 0 o u 0 n n o 0 o u _ a 0 .Û Û. .- . 526 685 6 Även om dessa koncept behandlas i industriella publikationer, är förhållandena sådana att vad vi vet, sker idag inget kommersiellt processande, lagring och transport av LNG vid tryck väsentligen högre än atmosfärstryck och temperaturer väsentligen högre än -162°C (-260°F).

Detta beror sannolikt på att ett ekonomiskt system för att processa, lagra och transportera LNG vid sådana tryck och temperaturer hittills ej kunnat åstadkommas.

Ett speciellt syfte med uppfinningen är därför att tillhandahålla ett förbättrat ekonomiskt system för att processa, hantera och transportera LNG vid väsentligen förhöjda tryck och temperaturer jämfört med de konventionella LNG-system.

SAMMANFATTNING AV UPPFlNN|NGEN l överensstämmande med ovan nämnda syften med uppfinningen, tillhandahållas en behållare för lagring av trycksatt till vätskeform överförd naturgas (PLNG) vid tryck i det breda intervallet omkring 1035 kPa (160 psia) till 7590 kPa (1100 psia) och vid temperaturer i det breda intervallet av omkring -123°C (-190°F) till omkring -62°C (-80°F), där behållaren är tillverkad av material omfattande ultrastarkt, läglegerat stål innehållande mindre än 9 vikt % nickel och med adekvat hållfasthet och brottseghet för att inrymma nämnda trycksatta till vätskeform överförda naturgas. Stàlet är ultrastarkt, d.v.s. har sträck- eller draghàllfasthet (enligt definition häri) större än 830 MPa (120 ksi) och DBTT (enligt definition häri) mindre än omkring -73°C (-100°F)_ För att minimera kostnaden, innehåller stålet företrädesvis mindre än omkring 7 vikt % nickel, och företrädesvis mindre än omkring 5 vikt % nickel. Dessutom tillhandahålls ett system för att processa och transportera PLNG. Systemet enligt uppfinningen producerar PLNG vid tryck i det breda intervallet av omkring 1035 kPa (150 psia) till omkring 7590 kPa (1100 psia) och vid temperaturer i det breda intervallet av 526 685 omkring -123°C (-190°F) till omkring -62°C (-80°F), och nyttjar behállarna enligt uppfinningen för lagring och transport av nämnda PLNG.

Uppfinningen tillhandahàller ett system för att processa naturgas för produktion av PLNG, för lagring av PLNG och för transport av PLNG till leveransstället. Systemet enligt uppfinningen inkluderar: (i) en processanläggning för omvandling av naturgasen till PLNG vid en tryck av omkring 1035 kPa (150 psia) till omkring 7590 kPa (1100 psia) och en temperatur av omkring -123°C (-190°F) till omkring -62°C (-80°F), där processanläggningen i huvudsak består av - (a) mottagningsfaciliteter för mottagning av en naturgasströrn och avlägsning av flytande kolväten fràn naturgasen; (b) dehydreringsfaciliteter för avlägsning av tillräckligt med vattenånga fràn naturgasen för att förhindra frysning av naturgasen vid PLNG temperaturer och tryck; (c) faciliteter för överföring till vàtskeform för omvandling av naturgasen till PLNG; - (ii) lagringsbehàllare tillverkad av material omfattande ultrastarkt làglegerat stål innehållande mindre än 9 vikt % nickel och med en draghàllfasthet större än 830 MPa (120 ksi) och DBTT lägre än omkring -73°C (-100°F); (iii) exportterminal (a) inkluderande lagringsbehàllare för lagring av PLNG och faciliteter för överföring av PLNG till transportlagringsbehàllare ombord pà ett transportfartyg. eller valfritt, (b) överföring av PLNG till transportlagringsbehàllare ombord på ett transportfartyg; (iv) transportfartyg, bestående väsentligen av faciliteter för inkluderande transportlagringsbehàllare för transport av PLNG till en importterminal, och valfritt, inkluderande ombord befintlig utrustning för överföring till àngform för omvandling av PLNG till en gas; och (v) importterminal (a) inkluderande importlagringsbehàllare (där importlagrings- behállarna är landbaserade, eller flytande fartygsbaserade, eller baserade pà fixerade offshore-konstruktioner), faciliteter för överföring av PLNG frán transportlagringsbehállarna till importlagringsbehàllarna, och faciliteter för överföring av PLNG till àngform för matning till pipelines eller nyttjarens faciliteter, eller valfritt, (b) bestående väsentligen av importfaciliteter (där importfaciliteterna är Iandbaserade, eller flytande pà fartyg, eller baserade pà I O oo oo oc on on Oo :g 'nu z o. n. I oc o: on Oona coon nu Q) O q :ICO 00 I 0 526 685 o :UIOOQ 1 8 fixerade offshore-konstruktioner), inkluderande utrustning för överföring till ànga, för mottagning av PLNG fràn transportlagringsbehàllarna och för omvandling av PLNG till en gas och leverans av gasen till pipelines eller faciliteter hos nyttjaren, eller valfritt, (c) bestående huvudsakligen av faciliteter för överföring av den gas som omvandlats fràn PLNG med en ombord befintlig utrustning för överföring till àngform för leverans till pipelines eller nyttjarens faciliteter i hamnen eller via offshore dockningsanslutningar, exempelvis av typen single anchor leg mooring (SALM).

BESKRIVNING AV RITNINGARNA Fördelarna med uppfinningen kommer att förstås bättre med hänvisning till den följande detaljerade beskrivningen och de bifogade ritningarna, där: Figur 1 (känd teknik) schematiskt visar ett exempel pà en anläggning för att processa konventionell LNG; Figur 2 schematiskt visar ett exempel pà en anläggning för att processa PLNG enligt uppfinningen; Figur 3A visar en ändvy av ett exempel på fartyg för transport av PLNG enligt uppfinningen; Figur 3B visar en sidovy av ett exempel på ett fartyg för transport av PLNG enligt uppfinningen; Figur 3C visar en vy ovanifràn av ett exempel på ett fartyg för transport av PLNG enligt uppfinningen; Figur 4A visar en ändvy av ett exempel på ett fartyg för transport av PLNG enligt uppfinningen med ombord befintlig utrustning för förángning av PLNG; Figur 4B visar en sidovy av ett exempel pà ett fartyg för transport av PLNG enligt uppfinningen och ombord försett med utrustning för förángning av PLNG; 526 685 III 00 Figur 4G visar en vy ovanifràn av ett exempel pà ett fartyg för transport av PLNG enligt uppfinningen och ombord försett med utrustning för föràngning av PLNG; Figur 5A är ett diagram avseende kritiskt sprickdjup, för en given spricklängd, som funktion av CTOD brottseghet och kvarvarande spänning; och Figur 58 visar geometrin (längd och djup) för en spricka. Även om uppfinningen kommer att beskrivas med hänvisning till de föredragna utföringsformerna, inses att uppfinningen ej är begränsad till detta. Uppfinningen är istället avsedd att täcka samtliga altemativ, modifikationer och ekvivalenter som ryms inom ramen för uppfinningen, enligt vad som definieras i de bifogade kraven.

DETALJERAD BESKRIVNING AV UPPFlNNlNGEN PLNG Lagringsbehàllare Nyckeln till erhållande av PLNG-anläggningen och transport- fartygen enligt uppfinningen är Iagringsbehàllarna för lagring och transport av PLNG, som produceras vid ett tryck i det breda intervallet av omkring 1035 kPa (150 psia) till omkring 7590 kPa (1100 psia) och vid temperaturer i det -123°C (~190°F) till omkring -62°C (-80°F).

Lagringsbehàllare för PLNG tillverkas av material omfattande ultra starkt stål, breda intervallet av làg legerat stål som har både adekvat hàllfasthet och brottseghet för driftsförhàllandena i PLNG-system enligt uppfinningen, inkluderande tryck och temperaturer. Stálet har en draghállfasthet högre än 830 MPa (120 ksi), företrädesvis högre än omkring 860 MPa (125 ksi), och helst högre än omkring 900 MPa (130 ksi). I vissa applikationer föredras ett stål med en - draghàllfasthet högre än omkring 930 MPa (135 ksi), eller högre än omkring 965 MPa (140 ksi), eller högre än omkring 1000 MPa (145 ksi). Stálet har företrädesvis även DBTT lägre än omkring -73°C (-100°F). Dessutom o! ao o: cl OI I ...n..nn ln oo nu oo g o u o n I O I OI O' o q n u 'nu oo nano oc _ tillhandahålls en behållare för lagring av trycksatt flytande naturgas i tryck av omkring 1725 kPa (250 psia) till omkring 4830 kPa (700 psia) och vid temperatur av omkring -112°C (-170°F) till omkring -79°C (-110°F), där nämnda behållare (i) är tillverkad av material omfattande ultra starkt, låglegerat stål innehållande mindre än 9 vikt % nickel och (ii) har adekvat styrka och brottseghet för att inhysa nämnda trycksatta till vätskeform överförda naturgas.

De ultrastarka, làglegerade stålen som används för tillverkning av behållare enligt uppfinningen innehåller företrädesvis små kvantiteter av dyrbara legeringar, exempelvis nickel. Nickelinnehållet är företrädesvis mindre än 9 vikt %, hellre mindre än omkring 7 vikt %, och helst mindre än omkring 5 vikt %_ Sàdana ståltyper innehåller den minimala mängd av nickel som erfordras för att ge den nödvändiga brottsegheten. Sådan ultrastarka, làglegerade stål innehåller företrädesvis mindre än omkring 3 vikt % nickel, hellre mindre än omkring 2 vikt % nickel och helst mindre än 1 vikt % nickel.

Sådana stål är företrädesvis svetsbara. Detta ultrastarka, làglegerade stål underlättar tillverkning av behållare för transport av PLNG med väsentligen lägre kostnad per viktenhet stål än vad annars skulle vara möjligt med för närvarande tillgängliga alternativ i form av aluminium eller kommersiella nickelinnehållande stål (t.ex. 9 vikt % nickel). Det stål som används för tillverkning av lagringsbehàllare enligt uppfinningen är företrädesvis ej härdat. Ett härdat stål med den erforderliga styrkan och brottsegheten kan emellertid användas för tillverkning av lagringsbehàllare enligt uppfinningen.

Såsom är välkänt för fackmannen på området, kan Charpy V- notch (CVN) testet användas i syfte att få brottseghet och brottstyrning i konstruktionen för lagringsbehàllare för transport av trycksatta fluider vid kryogen temperatur, exempelvis PLNG, i synnerhet med användning av övergàngstemperaturen (DBTT) elastisk-skör. DBTT linjerar upp två brottregimer i konstruktionsstál. Vid temperaturer under DBTT, uppkommer underkännande i Charpy V-notch testet p.g.a. lågenergi klyvning (skör) fraktur, medan vid temperaturer över DBTT, tenderar underkännande att onto Q coon o . 0 JO! up anno oo oo 00 0' Û' , , .. g. u av oo o p o o o o I 9 o 0 0 0 I 0 I 0 ° V Q. nu on 0000 one: 00 I 11 uppkomma på grund av högenergi elastisk fraktur. Lagrings- och transportbehàllare som är tillverkade av svetsat stål för nämnda applikationer i de kryogena temperaturer och för andra lastbärande applikationer vid kryogena temperaturer mäste ha DBTT, bestämt enligt Sharpy V-notch testet, liggande väl under konstruktionens driftstemperatur för att undvika falicemang på grund av skörhet, driftsförhàllandena, och/eller Beroende pà konstruktionen, de krav som ställs av den aktuella klassificeringsorganisationen, kan de erforderliga DBTT temperaturerna variera mellan frán 5°C till 30°C (9°F till 54°F) under driftstemperaturen.

Såsom är välkänt av fackmannen pà omrâdet, inkluderar de driftsförhàllanden som man måste ta hänsyn till vid konstruktion av lagringsbehàllare tillverkad av svetsat stàl för transport av trycksatta, kryogena fluider, bland annat driftstryck och temperatur, såväl som ytterligare påkänningar som sannolikt kan komma att pàföras stålet och svetsfogarna (se ordlistan). Standardtyp av mekaniska brottmätningar, exempelvis (i) kritisk spänningsintensitetsfaktor (Klc). planbelastningsfrakturseghet, och (ii) (CTOD), kan användas för att mäta elastisklplastisk frakturseghet, där bàda dessa storheter är välkända för fackmannen pà området och kan användas som ett mått pà spricktoppöppningsförskjutning för att bestämma brottsegheten hos stålet och svetsfogarna. industriella normer vanligtvis accepterade för stàlkonstruktion, exempelvis enligt BSl publikationen "Guidance on methods for assessing the acceptability of flaws in fusion welded structures", som ofta benämns "PD 6493 : 1991", kan användas för att bestämma de maximalt tillåtna sprickstorlekarna i behållare baserade pà brottseghet för stål och svetsfogar (inkluderande HAZ) och de på behållaren pàförda pàkänningama.

Fackmannen pà området kan ta fram ett frakturstyrprogram för att minska initiering av brott eller frakturer genom (l) lämplig behàllardesign för att minimera pàförda pàkänningar, (ii) lämplig tillverkningskvalitetskontroll för att minimera defekter, (iii) lämplig styrning av livsoykelbelastningar och tryck som pàföres behållaren, och (iv) lämpligt inspektionsprogram för att tillförlitligt detektera sprickor och defekter i behållaren. En föredragen designfilosofi för gonna: 0 0 0 oooono oo 0 0000 o o o Q II OI UI u o o o o o o o o o o I I I I I Ü oooo oooo OI "00 oo oo I o o O o o o o o o o 0 oo oo oo 526 685 oo I 0 : °. z". '. : .°'- '"= -"~ '..' 'z q n o o 0 ' I 'o n : o o o 0 oo on o o I . , , . . o u I i ' z : a' .on II U' 'Ü '.' ' 12 systemet enligt uppfinningen är "läckage innan det går sönder", vilket är välkänt för fackmannen pà området. Dessa överväganden benämns ofta häri sàsom "kända principer för frakturmekanik".

Det följande är ett icke begränsande applikationsexempel på dessa kända principer gällande frakturmekaniken i en procedur för beräkning av kritiskt sprickdjup för en given spricklängd i och för användning i en frakturstyrplan för förhindrande av initiering av frakturer i ett tryckkärl, exempelvis en lagringsbehállare enligt uppfinningen.

Figur 58 visar en spricka med en spricklàngd av 315 och sprickdjup av 310. PD6493 används för att beräkna värden för det kritiska sprickstorlekdiagrammet 300 i figur 5A baserat på följande design villkor: Kärldiameter: 4,57 m (15 ft) ,4 mm (1 ,O0 in.) 3445 kPa (500 psi) 333 MPa (48,3 ksi) Kärlväggtjocklek: Konstruktionstryck: Tillåten ringspänning: För detta exempel antas en ytspricklängd av 100 mm (4 tum), tex. en axiell spricka belägen i en svetsfog. Med hänvisning till figur 5A, visar diagram 300 värdet för det kritiska sprickdjupet som funktion av CTOD brottseghet och kvarvarande spänning, för kvarvarande spänningsnivàer av ,50 och 100 procent av sträckgränsen. Kvarvarande spänningar kan och PD6493 rekommenderar användning av kvarvarande spänningsvärde av 100 procent genereras beroende pä tillverkning och svetsning; av sträckgränsen i svetsar (inkluderande svetsen HAZ) såvida svetsarna inte är spänningseliminerade med användning av tekniker såsom värmebehandling (PWHT) efter svetsning eller mekanisk spänningsavlägsning.

Baserat pà CTOD brottsegheten för tryckkärlstàlet vid minimal driftstemperatur, kan tillverkningen av kärlet justeras för att reduoera de kvarvarande spänningarna och ett inspektionsprogram kan implementeras (både för initial inspektion och inspektion under drift) för att detektera och 13 mäta sprickor för jämförelsezmot kritisk sprickstorlek. Om stålet i detta exempel har en CTOD seghet av 0,025 mm vid minimal driftstemperatur (mätt med kvarvarande användning av laboratorieprover)och de spänningarna reduceras till 15 procent av stålets sträckgräns, är värdet för det kritiska sprickdjupet ungefär 4 mm (se punkt 320 i figur 5A). Med användning av liknande beräkningsprocedurer, vilket är välkänt för fackmannen på området, kan kritiska sprickdjup bestämmas för olika spricklängder såväl som olika sprickgeometrier. Med användning av denna information, kan ett kvalitetskontrollprogram och inspektionsprogram (tekniker, detekterbara sprickdimensioner, frekvens) utvecklas för att försäkra att sprickor detekteras och åtgärder vidtas innan man nàr det kritiska sprickdjupel eller innan man påför konstruktionslaster. Baserat på publicerade empiriska korrelationer mellan CVN, Kic och CTOD brottseghet, svarar vanligtvis 0,025 mm CTOD seghet mot ett CVN värde av omkring 37 J. Detta exempel är ej avsett att begränsa uppfinningen på något sätt.

Lagringsbehållarna tillverkas vanligtvis fràn enskilda plåtar av stål. lagringsbehàllaren har företrädesvis ungefär samma styrka och brottseghet som de ultrastarka, ultrastarkt, låglegerat Fogarna, inkluderande svetsfogar, i Iàglegerade stálplàtarna. I vissa fall kan en underdimensionering av styrkan i storleksordningen av omkring 5 % till omkring 10 % vara berättigat för områden med lägre pàkänning inuti behållaren. Fogar med de föredragna egenskaperna kan framställas med vilken som helst hopfogningsteknik kapabel att ge den erforderliga balansen mellan styrka och seghet vid låg temperatur. Exempel på hopfogningstekniker beskrivs i exempelsektionen nedan. Speciellt föredragna hopfogningstekniker inkluderar gasmetallbågsvetsning (GMAW) och volfram ädelgassvetsning (TIG). För vissa operationer (enligt vad som beskrivs i (SAW). elektronstràlesvetsning (EBW) och laserstràlesvetsning (LBW) användas. exempelsektionen nedan) kan pulverbågsvetsning 526 685 14 PLNG-ANLÄGGNING De ovan beskrivna behållarna möjliggör PLNG-processmetoden enligt uppfinningen, där PLNG produceras vid ett tryck i det breda intervallet av omkring 1035 kPa (150 psia) till omkring 7590 kPa (1100 psia) och vid temperaturer i intervallet fràn omkring -123°C (-190°F) till omkring -62°C (-80°F). PLNG produceras och transporteras företrädesvis vid ett tryck i intervallet av omkring 1725 kPa (250 psia) till omkring 7590 kPa (1100 psia) och vid temperaturer i intervallet från omkring -112°C (-170°F) till omkring -62°C (-80°F). PLNG produceras och transporteras hellre vid tryck i intervallet fràn omkring 2415 kPa (350 psia) till omkring 4830 kPa (700 psia) vid en temperatur i intervallet frán omkring -101°C (-150°F) till omkring -79°C (-110°F). De nedre gränserna för tryck och temperatur intervallerna för PLNG är heller omkring 2760 kPa (400 psia) och omkring -96°C (-140°F). l de föredragna intervallerna beror de ideala temperatur och tryck kombinationerna av kompositionen hos den naturgas som överförs till vätskeform och av ekonomiska överväganden. En fackman på området kan bestämma inverkan av de ingående parametrarna genom att gå till industriella standardpublikationer och/eller utföra beräkningar avseende bubbelpunktjämvikt. Fackmannen pá omrâdet kan dessutom bestämma och analysera inverkan av olika ekonomiska överväganden genom att gå till industriella standardpublikationer. Ett ekonomiskt övervägande är exempelvis att dà temperaturen för PLNG blir kallare, ökar kylningseffektbehoven; men kallare temperaturer vid förhöjda tryck för PLNG ökar även densiteten hos 25 PLNG och därmed reduceras den volym som behöver transporteras.

Allteftersom temperaturen för PLNG blir varmare, trycket ökar, àtgàr mera 00 I 0000 stål i lagrings och transportbehållarna, men kylningskostnaderna minskar och anläggningens verkningsgrad ökar.

Den följande beskrivningen fokuserar primärt pà de ekonomiska fördelaktiga skillnaderna hos systemet enligt uppfinningen jämfört med konventionella system för att processa LNG. Figur 2 visar schematiskt ett yooo o I o O o 0 o oooo o oooo o o o o o o o I i 0 I' oo oo oo oooo oooo Oo ao anno o. oo oo oo o g o o o o o o o I o I I o o o 526 685 exempel på en anläggning för att processa PLNG enligt uppfinningen. Figur 1 visar för jämförelseändamàl schematiskt ett exempel pà anläggning för att processa konventionell LNG. Såsom som visas i flgur 1, inkluderar ett exempel pà en anläggning för att processa konventionell LNG-utrustning 62 tillförd gas, dehydrerings/kvicksilveravlägsningsutrustning 56, kylningsutrustning 63, för mottagning av gasbehandlingsutrustning 52, skrubberutrustning 64 för inmatad produkt, fraktioneringsutrustning 65, utrustning 66 för överföring till vätskeform samt kväveavlägsningsutrustning 54. Även om Standardutrustning för överföring av naturgas till vätskeform på tillfredställande sätt kan användas i en processanläggning enligt uppfinningen, kan ett flertal av de steg som erfordras i en konventionell LNG- anläggning elimineras och energibehovet för kylning av naturgasen är kraftigt reducerat. l PLNG-processen, kan sålunda den naturgas som skulle konsumeras för àstadkommande av energi i den konventionella LNG- processen, omvandlas till säljbar PLNG. Med hänvisning figur 2, inkluderar PLNG-processtegen företrädesvis (i) faciliteter 10 för mottagning av tillförd gas i och för avlägsning av flytande kolväten, (ii) dehydreringsfaciliteter 12, och (iii) faciliteter 14 för överföring till vätskeform. En expanderanläggning 16 och serie av fraktionerare 18 kan användas för att tillsatsköldmedel producera för användning i faciliteterna 14 för överföring till vätskeform. Alternativt kan endera eller samtliga av de kylmedier som erfordras för överföringen 14 till vätskeform köpas och/eller erhållas frán någon annan källa. Välkända kylningsprocesser kan användas för att åstadkomma den önskade låga temperaturen för PLNG. Sådana processer kan exempelvis inkludera singelköldmedium, multikomponentköldmedium, kaskadkylningscykler eller kombinationer av dessa cykler. Dessutom kan expansionsturbin användas i kylningsprocessen. Jämfört med en konventionell LNG-anläggning resulterar den mycket stora reduktionen av erforderlig kylningseffekt i en PLNG-anläggning enligt uppfinningen i stor reduktion av kapitalkostnader, proportionellt hâremot lägre driftskostnader, samt högre verkningsgrad och tillförlitlighet, vilket sålunda i mycket hög grad förbättrar ekonomin för produktion av till vätskeform överförd naturgas. 00 00 0000 0 0 0 0 I 0 0 0 0 0000 0 0 0 0 U 000 00 0000 0 0 0 0 0 0 OO OOIC I 0 00 0 00 00 0000 00 00 I! g 0 0 0 0 0 0 0 I 0 C 00 526 000 00 16 En anläggning för produktion av PLNG enligt uppfinningen kan jämföras med en konventionell LNG-process enligt följande. Med hänvisning till figurerna 1 och 2, och eftersom temperaturerna för överföring till vätskeform i PLNG-anläggningen 8 (figur 2) är högre än i en konventionell LNG-anläggning 50 (figur 1) (som producerar konventionell LNG vid omkring -162°C (-260°F) och atmosfärstryck), är gasbehandlingsutrustning 52 (figur 1) för avlägsning av frysbara komponenter som koldioxid, n-pentan plus, och bensen, vilket erfordras i en konventionell LNG-anläggning 50, vanligtvis ej erforderligt i PLNG-anläggningen 8 eftersom dessa naturligt förekommande komponenter normalt ej kommer att frysa och orsaka igenpluggningsproblem i PLNG-anläggningsutrustningen beroende pà de varmare driftstemperaturerna. Om det förekommer osedvanligt höga mängder av koldioxid, svavelinnehàllande föreningar, n-pentan plus, eller bensen i en PLNG-anläggnlng 8, gasbehandlingsutrustning för avlägsning av dessa tillföras om så erfordras. naturgas som processas av en kan viss Dessutom mäste kväve avlägsnas i den konventionella LNG-anläggningen 50 (i kväveavlägsningsfaciliteten 54) eftersom kväve ej kvarstår i vätskefas under transport av konventionell LNG, som är vid atmosfärstryck. Måttliga mängder av kväve i den inmatade gasen behöver ej avlägsnas i PLNG- anläggningen 8 eftersom kväve kommer att kvarstà i vätskefas med de till vätskeform överförda kolvätena vid driftstryck och temperaturer för PLNG- processen. Dessutom avlägsnas kvicksilver i en konventionell LNG- anläggning 50 (i kvicksilveravlägsningsutrustning 56). Eftersom PLNG- anläggningen 8 arbetar vid mycket varmare temperaturer än en konventionell LNG-anläggning 50 och att därför aluminiummaterial ej behöver användas i behällarna, rördragning och annan utrustning i PLNG-antäggningen 8, erfordras vanligtvis ej avlägsning av kvicksilver i PLNG-anläggningen 8.

Möjligheten att eliminera den utrustning som erfordras för gasbehandling, kväveavlägsning och kvicksilveravlägsning när naturgasens komposition sà tillåter, ger avsevärda tekniska och ekonomiska fördelar.

Vid de föredragna driftstrycken och temperaturerna enligt uppfinningen, kan omkring 3% vikt % nickelstàl användas i de kallaste nova I I avta n 0 Q no 00 OI Q 0 0 I 0 0 g c On ot 00 O O I I O O G Q I Û .- ..p. .oo. 0:40 cont OI 'Off 526 685 17 driftsområdena i PLNG-anläggning 8 för processens rördragning och faciliteter, medan det mera dyrbara 9 vikt % nickelstàlet eller aluminium vanligtvis erfordras för samma utrustning i en konventionell LNG-anläggning 50. Detta ger en annan avsevärd kostnadsreduktion för PLNG-anläggningen 8 jämfört med den konventionella LNG-anläggningen. Starka, làglegerade stàl med adekvat styrka och brottseghet vid de driftsförhàllanden som ràder i PLNG-anläggning 8, används företrädesvis för tillverkning av rördragningen och tillhörande komponenter (t.ex. flänsar, ventiler, och adaptrar), tryckkärl, och annan utrustning i PLNG-anläggningen 8 för att ge ytterligare ekonomisk fördel för en sådan jämfört med en konventionell LNG-anläggning.

Med hänvisning återigen till figur 1, lagras där LNG producerat i en konventionell LNG-anläggning 50 i en eller flera lagringsbehàllare 51 i eller nära exportterminalen. Med hänvisning till figur 2, kan PLNG producerat i en PLNG-anläggning 8 lagras i en eller flera lagringsbehàllare 9, tillverkade av ultrastarkt, stàl exportterminalen. l en annan utföringsform av uppfinningen, kan PLNG làglegerat enligt uppfinningen, i eller nära producerat i en PLNG-anläggning 8 överföras till en eller flera transportlagringsbehàllare 9, tillverkade av ultrastark, làglegerat stàl enligt uppfinningen, pà ett PLNG-transportfartyg, enligt vad som ytterligare kommer att beskrivas nedan.

En PLNG-anläggning enligt uppfinningen kan användas som en anläggning för att kapa toppar och möjliggöra lagring av naturgas som PLNG. En konventionell LNG-importterminal mottar LNG av fartyg, lagrar nämnda LNG samt överför nämnda LNG till gasform för leverans till en gasdistributionscentral. Lagrad LNG genererar àngor ("bortkok") om den värms. Vanligtvis borttas bortkoket från LNG-lagringsbehàllaren och levereras till gasdistributionscentralen tillsammans med föràngad LNG.

Under perioder då ringa gasbehov föreligger, kan frànkoket överstiga den volym av ångor som erfordras för leverans till centralen. Under sådana omständigheter àterförs frànkoket vanligtvis till vätskeform och lagras som LNG tills att det behövs under perioder med hög efterfrågan. Med utnyttjande av uppfinningen, kan frànkoket áterföras till vätska till PLNG och lagras tills g 0000 o o , . g o nano o o o o o 0 ggg; oo oooo 0 Oo OI oo to Oo I '- '. o o o o o o o o o o I I U I o o o o o oo po oooo 526 685 18 behov uppkommer under perioder med hög efterfrågan. I ett annat exempel, fär ett företag som levererar gas till konsumenter för värmning av hem eller industrier typiskt extra naturgas för distribution till konsumenter under efterfràgningstoppar i form av föràngad LNG. Med utnyttjande av uppfinningen, kan företaget fà extra naturgas för distribution till konsumenter under efterfràganstoppar genom föràngning av PLNG. Utnyttjande av PLNG i anläggningar för att kapa toppar, istället för LNG, kan vara mera ekonomiskt.

PLNG-TRANSPORTFARKOSTER PLNG-transportfarkosterna lagringsbehàllare tillverkade av ultrastaka, làglegerade stål enligt vad som enligt uppfinningen har beskrivits ovan. PLNG-transportfarkosterna är företrädesvis marina farkoster t.ex. fartyg, som drivs över vatten fràn en PLNG-exportterminal till en PLNG- importterminal. PLNG-produkten har en densitet som är mindre än densiteten hos konventionell LNG. PLNG-produktens densitet är typiskt omkring 75 % (eller mindre) av densiteten hos konventionell LNG. En fartygsflotta med en total volymtransport kapacitet av omkring 125 % eller större av den hos en flotta för ett konventionellt projekt för transport av konventionell LNG, erfordras för systemet enligt uppfinningen för att transportera den större produktionen fràn en mera effektiv anläggning, såväl som pà den större volymen beroende pà lägre densitet. Figurerna 3A, 3B och 3C visar exempel på högkapacitetsfartyg konstruerade för att transportera PLNG. Detta exempel pà PLNG-fartyg 30 inrymmer fyrtioätta lagringsbehàllare 32 av cylindrisk form och med halvsfäriska eller ellipsoidiska ändstycken.

Behállarna kan även vara sfäriska till sin form. Antalet och dimensionerna hos behàllarna beror av den faktiska sträckhàllfastheten hos det ultrastarka, làglegerade stålet, behàllarnas väggtjocklek och konstruktionstrycket, enligt vad som är välkänt för fackmannen pà området.

PLNG-fartyg bedöms kosta mindre än konventionella LNG-fartyg och har avsevärt mer lastkapacitet jämfört med det största fartyg som för närvarande transporterar konventionell LNG.

IQOO u I 0 I IC b 0 Ino: 0 I 0 O gg.. an Icon 0 O 00 OI I 0 0 0 0 0 0 0 0 000 '. 2 . 0 .Il. CI OO O 'lO 526 685 19 l en föredragen utföringsform av uppfinningen, inhyser behàllarna PLNG vid temperaturer från omkring -10l°C (-150°F) till omkring -79°C (-110°F), och detta kräver någon form av isolering. För närvarande kommersiellt tillgänglig industriella isoleringsmaterial med goda làgtemperaturisolerande egenskaper kan användas.

PLNG-fartygskonstruktionen möjliggör flexibilitet gällande alternativ för att uppfylla kunders krav och minimera kostnader, enligt vad som mera detaljerat kommer att beskrivas nedan i diskussionen gällande importterminaler. Fartyget kan konstrueras för en specifik kapacitet genom tillsats eller borttagning av PLNG-behållare. Det kan konstrueras för att lastas/lossas med PLNG pà kort tid (typiskt 12 timmar) eller lastas/lossas med lägre hastigheter svarande mot anläggningsproduktionshastighet. Om kunden önskar att reducera sina importkostnader till ett minimum, kan PLNG- fartyget konstrueras för att inkludera utrustning för förångning ombord för att leverera gas direkt till kunden, enligt vad som visas i figurerna 4A, 4B och 4C. Exemplet pà PLNG-fartyg 40 inrymmer fyrtiofyra iagringsbehållare 42 och utrustning 44 ombord för föràngning.

PLNG-fartyget konventionellt LNG-fartyg. Sådana fördelar inkluderar avsevärt högre transportkapacitet, ger ett antal fördelar jämfört med ett lägre kostnad, möjligheten att lättare skräddarsy transportkapaciteten för att denna skall uppfylla kundens behov, möjligheten att leverera PLNG i vätskeform eller att föránga PLNG ombord för leverans som gas, lägre pumpningskostnader eftersom PLNG ligger pà högre tryck (omkring 2415 kPa (350 psia) till omkring 4830 kPa (700 psia) vid de föredragna förhållandena) jämfört med atmosfärstryck (omkring 10 kPa (14,7 psia)) för LNG, lagringsbehàllarna och tillhörande rördragning kan förfabriceras och lyftas på konventionell och kortare byggnadstid eftersom plats, varvid kostnaden för arbetskraft ombord pà fartyget minimeras. 00 0000 00 lo 00 00 nu g 0 o I 0 o c n o 0 I n 0 q o 00.0 O 526 685 PLNG EXPORT OCH IMPORT TERMlNALER PLNG-exportterminalen kan inkludera en docka, lagringstankar och matningspumpar. PLNG-importterminalen kan inkludera en docka, lagringstankar, matningspumpar och utrustning för föràngning. PLNG- lagringsbehàllarna i exportterminalen och importterminalen är företrädesvis tillverkade av ultrastarkt, låglegerat stål som har adekvat styrka och brottseghet för driftstillstànden i PLNG-systemet inkluderande tryck och temperaturer. enligt uppfinningen, Alternativt kan lagringstankar undvikas i PLNG-exportterminalen och/eller PLNG-importterminalen. I ett PLNG-system utan lagringstankar i exportterminalen, överförs producerad PLNG direkt fràn PLNG-anläggningen till transportlagringskärl ombord på ett PLNG-transportfartyg. l ett PLNG- system utan lagringstankar i importterminalen, består importterminalen väsentligen av utrustning för förångning, alternativt har varje transportfartyg i PLNG-flottan som standard utrustning ombord för föràngning för att direkt omvandla PLNG till gas av pipelinekvalitet. I det fallet där varken PLNG- exportterminalen eller PLNG-importterminalen har lagringsbehållare, utökas flottan av PLNG-transportfartyg exempelvis med två PLNG-transportfartyg jämfört med det antal som annars typiskt skulle erfordras för transport och leverans av PLNG till marknaden med användning av export- och importterminaler. Sålunda, under tiden som andra PLNG-transportfartyg är i rörelse, är ett av de sålunda extra PLNG-transportfartygen förankrat i exportterminalen, och antingen fylls med eller lagrar PLNG, och det andra extra PLNG-trransportfartyget är förankrat i importterminalen och levererar PLNG direkt till marknaden. l fallet att utrustning för föràngning finns ombord pà transportfartygen, kan sådan förankring ske offshore, exempelvis som en "single anchor leg mooring" (SALM). Dessa alternativ är ekonomiskt fördelaktiga jämfört med konventionella LNG-system och kan avsevärt reducera kostnaden för export- och importterminalerna. 526 685 21 EXEMPEL EXEMPEL PÅ PLNG-LAGRINGSBEHÅLLARE Som diskuterats ovan, kan behållare för lagring och transport av PLNG enligt uppfinningen företrädesvis tillverkas av ultrastarka, làglegerade stàlplåtar innehållande mindre än 9 vikt sträckhállfasthet större än 830 l\/lPa (120 ksi). Vilket som helst sådant ultrastarkt, låglegerat stål med adekvat seghet för att inhysa PLNG under % nickel och med en driftsförhällanden, enligt de kända principerna för frakturmekanik enligt vad som ovan förklarats, kan användas för tillverkning av behàllarna för lagring och transport av PLNG enligt uppfinningen. Sådan stål har företrädesvis DBTT lägre än omkring -73°C (-100°F).

På senare tid gjorda framsteg inom stàltillverkningsteknologin har gjort det möjligt att tillverka nya, ultrastarka, làglegerade stål med utmärkt seghet vid kryogena temperaturer. U.S. patent nr 5 531 842, 5 545 269 och 5 545 270 i namnet Koo et. al., beskriver exempelvis nya stàlkvalitéer och metoder för att processa dessa stàl för produktion av stàlplàtar med sträckhållfastheter av omkring 830 MPa (120 ksi), 965 MPa (140 ksi) och högre. De stål och de metoder för att processa sådana som beskriv i nämnda patent har förbättrats och modifierats för att ge kombinerad stàlkemi och processande för tillverkning av ultrastarka, làglegerade stål med utmärkt seghet vid kryogena temperaturer både i stålet som sådant och den värmepàverkade zonen (HAZ) dà svetsning gjorts. De ultrastarka, làglegerade stálen har förbättrad seghet jämfört med kommersiellt tillgängliga ultrastarka làglegerade stål. De förbättrade stàlkvaliteterna beskriv i en samtidigt härmed ingiven U.S. provisorisk patentansökan med titeln "ULTRA- HIGH STRENGTH STEELS WITH EXCELLENT CRYOGENIC TEMPERATURE TOUGHNESS", som har prioritetsdatum den 19 december 1997 och av United States Patent and Trademark Office ("USPTO") har givits ansökningsnummer 60/068194; och i en samtidigt härmed ingiven U.S. provisorisk patentansökan med titeln "ULTRA-HIGH STRENGTH AUSAGED 526 685 22 STEELS WITH EXCELLENT CRYOGENIC TEMPERATURE TOUGHNESS". som har prioritetsdatum den 19 december 1997 och av USPTO givits ansökningsnummer 60/0681252; och i en samtidigt härmed ingiven U.S. provisorisk patentansökan med titeln "ULTRA-HlGH STRENGTH DUAL PHASE STEELS WITH EXCELLENT CRYOGENIC TEMPERATURE TOUGHNESS", som har prioriteringsdatum den 19 december 1997 och av USPTO givits ansökningsnummer 60/068816. (Kollektivt "Stàlpatent ansökningar").

De nya stål som beskrivs i stålpatent ansökningarna, och ytterligare beskrivs i exemplen nedan, är speciellt väl lämpade för tillverkning av behållare för lagring och transport av PLNG enligt uppfinningen, i det att stålen har följande egenskaper, företrädesvis för stàlplàttjocklekar av omkring 2,5 cm (1 tum) och tjockare: (i) DBTT lägre än omkring -73°C (-100°F), företrädesvis lägre än omkring -107°C (-160°F), i basstàlet och i svetsen HAZ)'; (ii) sträckhàllfasthet högre än 830 MPa (120ksi), företrädesvis högre än omkring 860 MPa (125 ksi), och helst högre än omkring 900 MPa (130 ksi); (iii) utmärkt svetsbarhet; (iv) väsentligen jämna mikrostrukturegenskaper genom hela tjockleken; och (v) förbättrad seghet jämfört med kommersiellt tillgängliga ultrastarka, làglegerade standardlegeringsstàl. Dessa stål har dessutom företrädesvis en sträckhàllfasthet som är högre än omkring 930 MPa (135 ksi), eller högre än omkring 965 MPa (140 ksi), eller högre än omkring 1000 MPa (145 ksi).

FÖRSTA STÅLEXEMPEL Enligt vad som diskuterats ovan, finns i en samtidigt härmed ingiven provisorisk U.S. patentansökan med prioritetsdatum 19 december 1997 och titel "Ultra-High Strength Steels With Excellent Cryogenic Temperature Toughness" och som av USPTO givits ansökningsnummer 601068194, en beskrivning av stål lämpade för användning i uppfinningen. En metod är framtagen för att preparera en ultrastark stàlplät med mikrostruktur II an!! 00 O! I u I o c 0 I Q 0 0 o! 0000 olio ll 23 omfattande till övervägande delen härdade fingranulerad spjälad martensit, härclad fingranulerade lägre bainit, eller blandningar därav, där metoden omfattar stàlämne till en stegen av (a) värmning av äterupphettningstemperatur tillräckligt hög för att (i) väsentligen homogenisera stälämnet, (ii) lösning av väsentligen samtliga karbider och karbonitrider av niobium och vanadium i stålämnet, och (iii) ástadkommande av fina initiala austenit granuler i stälämnet; (b) reduktion av stàlämnet för att forma stälplät i en eller flera passager genom varma valsar i ett första temperaturintervall där austeniten rekristalliserar; (c) ytterligare reduktion av stålplàten genom en eller flera passager genom varma rullar i ett andra temperaturintervall under omkring Tn, temperaturen och över omkring Ar3 transformeringstemperaturen; (d) snabbkylning av stàlplåten med en kylningshastighet av omkring 'lO°C per sekund tilt omkring 40°C per sekund (18°F/sek till 72°F/sek) till en snabbkylningsstopptemperatur under ungefär Ms transformationstemperaturen plus 200°C (360?F); (e) upphörande av snabbkylningen; och (f) härdning av stàlplàten vid en härdningstemperatur 400°C (752°F) upp till transformeringstemperaturen, företrädesvis upp till, men ej inkluderande, Ac, frän omkring omkring Aci transformeringstemperaturen, under tillräcklig tidsperiod för att fà utfällning av härdande partiklar, dvs. en eller flera av e-koppar, MogC eller karbider och karbonitrider av niobium och vanadium. Den tidsperiod som är tillräcklig för att få utfällning av de härdande partiklarna beror primärt av stàlplàtens tjocklek, stàlplàtens kemi, och härdningstemperaturen, och kan fastläggas av fackmannen pà området. (Se ordlistan för till övervägande delen, definition av härdande partiklar, Tn, temperaturer, Ara, Ms och Aci transformeringstemperaturer, och MogC.) För att tillförsäkra seghet vid omgivningstemperatur och kryogen temperatur, har stålet enligt det första exemplet företrädesvis en mikrostruktur sammansatt till övervägande delen av härdad fingranulerad lägre bainit, härdad fingranulerad spjälkad maitensit eller blandningar därav.

Det föredras att väsentligen minimera uppkomsten av skörgörande 0090 o anno on to 00 ut in o 1 n n Q u o n n Q 0 0 n 0 0 0 u Q 9 0 n o I 0 0 c co nu none none en ooøl 526 685 It.0.

Eodczt f! 24 beståndsdelar såsom övre bainit, tvinnad martensit och MA. Så som uttrycket "till övervägande delen" används i det första stålexemplet, och i kraven, betyder detta åtminstone omkring 50 volymprocent. Mikrostrukturen omfattar hellre åtminstone 60 volymprocent till omkring 80 volymprocent härdad fingranulerad lägre bainit, härdad fingranulerad spjälkad martensit, eller blandningar därav. Ännu hellre omfattar mikrostrukturen åtminstone omkring 90 volymprocent härdad fingranulerad lägre bainit, härdad fingranulerad spjälkad martensit, eller blandningar därav. Helst omfattar mikrostrukturen väsentligen 100 % härdad fingranulerad spjälkad martensit.

Ett stàlämne som processes enligt det första stålexemplet är tillverkat på traditionellt sätt och, i ett utföringsexempel, omfattar det järn och följande legeringsämnen, företrädesvis i de viktintervall som anges i följande tabell I: Isåfall Legeringsämne intervall (vikt %) kol (C) 0,04-0,12, hellre 0,04-0,07 mangan (Mn) O,5-2,5, hellre 1,0-1,8 nickel (Ni) 1,0-3,0, hellre 1,5-2,5 koppar (Cu) O,1-1,5, hellre 0,5-1,0 molybden (Mo) 0,1 -0,8, hellre 0,2-0,5 niobium (Nb) 0,02-0,1, hellre 0,03-0,05 titan (Ti) 0,008-0,03, hellre 0,01-0,02 aluminium (Al) 0,001-0,05, hellre 0,005-0,03 kväve (N) 0002-0005, hellre 0,002-0,003 Vanadium (V) tillsätts ibland till stål, företrädesvis upp till omkring 0,10 vikt %, och hellre omkring 0,02 vikt % till omkring 0,05 vikt %. .na. 0 ø00Q:l 0 0 IOOICI 00 00I0 00 00 00 00 00 00 00 00 0 0 0000 g 0 0 0 0 0000 0000 00 0000 Krom (Cr) tillsätts ibland till stålpföreträdesvis upp till omkring 1,0 vikt %, och hellre omkring 0,2 vikt % till omkring 0,6 vikt %.

Kisel (Si) tillsätts ibland till stål, företrädesvis upp till omkring 0,5 vikt %, hellre omkring 0,01 vikt % till omkring 0,5 vikt %, och allra helst företrädesvis omkring 0,05 vikt % till omkring 0,1 vikt %.

Boron (B) tillsätts ibland till stål, företrädesvis upp till omkring 0,0020 vikt %, och hellre omkring 00006 vikt % till omkring 0.0010 vikt %.

Stålet % Nickelinnehållet i stålet kan höjas till över omkring 3 vikt % om så önskas för innehåller företrädesvis åtminstone omkring 1 vikt nickel. att förbättra egenskaperna efter svetsning. Varje 1 vikt % tillsats av nickel förväntas sänka stålets DBTT med omkring 10°C (18°F). Nickelinnehàllet är företrädesvis lägre än 9 vikt %, hellre mindre än omkring 6 vikt %.

Nickelinnehållet minimeras företrädesvis för att minimera stålets kostnad. Om nickelinnehàllet höjs till över omkring 3 vikt %, kan manganinnehàllet sänkas till under omkring 0,5 vikt %, ner till 0.0 vikt %. I vid mening föredras sålunda mangan i upp till omkring 2,5 vikt %.

Dessutom, minimeras restämnen i stålet väsentligen. Fosfor (P) innehåll är företrädesvis mindre än omkring 0,01 vikt %. Svavel (S) innehåll är företrädesvis mindre än omkring 0,004 vikt %. Syre (O) innehåll är företrädesvis mindre än omkring 0,002 vikt %.

Något mera detaljerat, är ett stål enligt det första stàlexemplet preparerat genom att utforma ett ämne av den önskade kompositionen enligt vad som beskrivits häri; värmning av ämnet till en temperatur av från omkring 955°C till omkring 1065°C (1750°F - 1950°F); varmvalsning av ämnet för att forma stålplàt i ett eller flera genomlopp med omkring 30 % till omkring 70 % reduktion i ett första temperaturintervall där austenit rekristalliserar, d.v.s. över omkring Th, temperaturen, och ytterligare varmvalsning av stålplåten i en eller flera genomlopp med omkring 40 % till omkring 80 % reduktion i ett andra temperaturintervall under omkring Tn, temperaturen och över omkring O u c I nu an a 526 685 un: o: 26 Ara transformeringstemperaturen. Den varmvalsade stàlplàten snabbkyls därefter med en kylningshastighet av omkring 10°C per sekund till omkring 40°C per sekund (18°F/sek - 72°F/sek) till lämplig QST (enligt vad som definieras i ordlistan) under omkring MS transformeringstemperaturen plus 200°C (360°F), tidpunkt ett utföringsexempel på det första stålet, luftkyls stàlplåten därefter till vid vilken snabbkylningen avbryts. l omgivningstemperatur. Detta processande används för att producera en mikrostruktur företrädesvis omfattande till övervägande delen fingranulerad spjälkad martensit, fingranulerad lägre bainit, eller blandningar därav, eller hellre omfattande väsentligen 100 % fingranulerad spjälkad martensit.

Den sålunda direkt snabbkylda martensiten i stålen enligt det första stålexemplet, har styrka, men dess seghet kan förbättras genom härdning vid lämplig temperatur från omkring över 400°C (752°F) upp till omkring Aci transformeringstemperaturen. Härdning av stål i detta temperaturintervall leder även till reduktion av härdningsspänningar som i sin tur leder till förbättrad seghet_ Även om härdning kan förbättra stålets seghet, leder den normalt till avsevärd förlust av styrka. l föreliggande uppfinning elimineras den normala styrkeförlusten fràn härdning genom att man inducerar utfällningsdispersionshärdning. Dispersionshärdning från fina kopparutfällningar och blandade karbider och/eller karbonitrider används för att optimera styrkan och segheten under härdning av den martensitiska strukturen. Stålens unika kemi i det första stålexemplet möjliggör härdning inom det breda intervallet från omkring 400°C till omkring 650°C (750°F - 1200°F) utan någon nämnvärd förlust av den genom snabbkylning erhållna styrkan. Stålplåten härdas företrädesvis vid en temperatur fràn över omkring 400°C (752°F) till under Act transformeringstemperaturen under en tidsperiod som är tillräcklig för att ge utfällning av härdande partiklar (enligt vad som definierats häri). Detta processande underlättar transformeringen av stålplàtens mikrostruktur till, till övervägande delen härdad fingranulerad spjälkad martensit, härdad, fingranulerad lägre bainit, eller blandningar därav. Den tidsperiod som erfordras för att ge utfällning av härdande partiklar g 0 0000 0 0 0 00 0000 00 00 00 0 0 0 0 I 0 0 0 000 0 O O 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 00 00 0000 0 00 0000 00 0 0 0 0 0 0 0 0 I 526 685 0 n nu u c , ,- n. .c n nn n o . nu nu en n o unc u _ _ u u n n o o ø n n n a . s o u o u 00 00 0000 g 0 a 27 beror återigen primärt av stålplåtens; tjocklek, stàlplàtens kemi samt härdningstemperaturen, och kan framtas av fackmannen pà området.

ANDRA STÅLEXEMPEL Enligt vad som diskuterats ovan, ger en samtidigt härmed ingiven U.S. provisorisk patentansökan med prioritetsdatum 19 december 1997 och titeln "Ultra-High Strength Ausaged Steels With Excellent Cryogenic Temperature Toughness". och som av USPTO givits ansökningsnummer 60/068252, en beskrivning av andra typer av stàl lämpade för användning i föreliggande uppfinning. En metod tillhandahålls för att preparera en ultrastark stàlplàt med mikrolaminatmikrostruktur omfattande omkring 2 volym % till omkring 10 volym % austenitfilmskikt och omkring 90 volym % till omkring 98 volym % spjälkningar av till övervägande delen av fingranulerad martensit och fingranulerad lägre bainit; där metoden omfattar stegen: (a) värmning av ett stälämne till en återupphettningstemperatur tillräckligt hög för (i) väsentligen homogeniserad stälämnet, (ii) lösning av väsentligen alla karbider och karbonitrider av niobium och vanadium i stälämnet, och (iii) àstadkommande av fina initiala austnitgranuler i stälämnet; (b) reduktion av stälämnet för att forma stàlplåt i ett eller flera varmvalsningssteg i ett första temperaturintervall där austenit rekristalliserar; (c) ytterligare reduktion av stålplàten i en eller flera varmvalsningspassager i ett andra temperaturintervall under omkring Tn, temperaturen och över omkring Ar; transformeringstemperaturen; (d) snabbkylning av stålplàten med en kylningshastighet av omkring 10°C per sekund till omkring 40°C per sekund (18°F/sek - 72°F/sek) till en (QST) transformeringstemperaturen plus 100°C (180°F) och över omkring M5 snabbkylningsstopptemperatur under omkring MS transformeringstemperaturen; och (e) avbrytning av nämnda snabbkylning. l en utföringsform, omfattar metoden för detta andra stàlexempel ytterligare steget av att stålplàten får luftkylas till omgivningstemperatur fràn QST. l ett annat utföringsexempel, omfattar metoden för detta andra stàlexempel ytterligare steget av att hälla stålplàten väsentligen lsotermisk vid QST under Q. Ü .Ü-Û ' ,". . u nu .I :U 0 c o l .

OI 0 I I 0000 Q I 0 c I OI 0000 I 0 I g n IOOQ .ÜÜÜ 526 685 28 omkring 5 minuter innan stálplàten tillàts luftkylas till omgivningstemperatur. l ännu ett exempel, omfattar metoden för detta andra stàlexempel ytterligare steget av att långsamkyla stàlplàten från QST med en hastighet lägre än omkring 1,0°C per sekund (1 .8°F/sek) under omkring upp till 5 minuter innan stàlplàten tilläts luftkylas till omgivningstemperatur. I ännu ett exempel, omfattar metoden enligt uppfinningen steget av långsam kylning av stàlplàten från QST med en hastighet lägre än omkring 1,0°C per sekund (1.8°F/sek) under upp till omkring 5 minuter innan stålplàten tilläts luftkylas till omgivningstemperatur. Detta processande underlättar transformering av stàlplàtens mikrostruktur till omkring 2 volym % till omkring 10 volym % austenitfilmskikt och omkring 90 volym % till omkring 98 volym % av till fingranulerad lägre bainit. (Se ordlista för definition av Tn, temperatur, och av spjälkningar övervägande delen fingranulerad martensit och A3 och Ms transformeringstemperaturer.) För tillförsäkrandet av seghet vid omgivningstemperatur och kryogen temperatur, omfattar spjälkningarna i mikrolaminatmikrostrukturen till övervägande delen företrädesvis lägre bainit eller martensit. Det föredras att väsentligt minimera uppkomsten av skörgörande beståndsdelar såsom övre bainit, tvinnad martensit och MA. Såsom "till övervägande delen" används i detta andra stàlexempel, och i kraven, betyder det åtminstone 50 volym %. Återstoden av mikrostrukturen kan omfatta ytterligare fingranulerad lägre bainit, ytterligare fingranulerad spjälkad martensit, eller ferrit. Mikrostrukturen omfattar hellre åtminstone omkring 60 volym % till omkring 80 volym % lägre Allra helst, åtminstone omkring 90 volym % lägre bainit eller spjálkad martensit. bainit eller spjälkad martensit. omfattar mikrostrukturen Ett stàlämne som processas enligt detta andra stálexempel tillverkas pà traditionellt sätt, och i ett utföringsexempel, omfattar det järn och följande legeringsämnen, företrädesvis i de viktsintervall som anges i den följande tabellen ll: I Û a o n o n a OI I! 00 I oo 0100 no II 00 OI g o o c o o n o o n n I . 29 Tabell II Legeringsämne intervall (vikt %) kol (C) 0,04 - 0,12, hellre 0,04 - 0,07 mangan (Mn) 0,5 - 2,5, hellre 1,0 - 1,8 nickel (Ni) 1,0-3,0, hellre 1,5-2,5 koppar (Cu) 0,1 ~ 1,0, hellre 0,2 - 0,5 molybdenum (Mo) 0,1 - 0,8, hellre 0,2 - 0,4 niobium (Nb) 0,02 - 0,1, hellre 0,02 - 0,05 titan (Ti) 0,008 - 0,03, hellre 0,01 - 0,02 aluminium (Al) 0,001 - 0,05, hellre 0,005 - 0,03 nitrogen (N) 0,002 - 0,005, hellre 0,002 - 0,003 Krom (Cr) tillsätts i vissa fall till stàl, företrädesvis upp till omkring 1,0 vikt %, och hellre upp till omkring 0,2 vikt % till omkring 0,6 vikt %.

Kisel (Si) tillsätts ibland till stàl, företrädesvis upp till omkring 0,5 vikt %, hellre företrädesvis upp till omkring 0,01 vikt % till omkring 0,5 vikt %, och hellre upp till omkring 0,05 vikt % till omkring 0,1 vikt %_ 0 0000 0 0 0 0 0000 0 I 0 0 00 0000 0 0 0 I O I O 0 I I I 00 00 00 0000 0000 00 0000 00 00 00 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 526 685 0 00 00. .- 0 .00- 000: 'D03 .OF- 0 0 : 0 0 0 0 0 00 0 00 0 0 0 0 00 0 0 0 00 00 000000 0 0 0 0 0 00 00 0000I0 0000 a ' 2"! 2": ' _ n.

Boron (B) tillsätts i vissa fall till stål, företrädesvis upp till omkring 0,002O vikt %, och hellre omkring 0,0006 vikt % to till omkring 0,001O vikt %.

Stålet innehåller företrädesvis åtminstone omkring 1 vikt % nickel.

Nickelinnehàllet i stålet kan höjas till över omkring 3 vikt % om så önskas för att förbättra egenskaperna efter svetsning. Varje 1 vikt % tillsats av nickel antas sänka stålets DBTT med omkring 10°C (18°F). Nickelinnehållet är företrädesvis lägre än 9 vikt %, hellre lägre än omkring 6 vikt %.

Nickelinnehàllet minimeras företrädesvis för att minimera stålets kostnad. Om nickelinnehållet höjs till över omkring 3 vikt %, kan manganinnehållet sänkas under omkring 0,5 vikt % ner till 0,0 vikt %. l bred mening, föredras därför mangan upp till omkring 2,5 vikt %.

Restämnen minimeras dessutom företrädesvis i stålet. Fosfor (P) innehållet är företrädesvis mindre än omkring 0,01 vikt °/°. Svavel (S) innehållet är företrädesvis mindre än omkring 0,004 vikt %. Syre (O) innehållet är företrädesvis mindre än omkring 0,002 vikt %.

Mera detaljerat, prepareras ett stål enligt detta andra stålexempel genom att man framställer ett ämne med den önskade kompositionen enligt vad som beskrivits häri; värmer ämnet till en temperatur av från omkring 955°C till omkring 1065°C (1750°F - 1950°F); varmvalsar ämnet för att framställa stålplåt i en eller flera körningar som ger omkring 30 % till omkring 70 % reduktion i ett första temperaturintervall där austenit rekristalliserar, d.v.s. över omkring T", temperaturen, och ytterligare varmvalsning av stålplåten i en eller flera körningar som ger omkring 40 % till omkring 80 % reduktion i ett andra temperaturintervall under omkring Tn, temperaturen och över omkring Ara transformeringstemperaturen. Den varmvalsade stålplåten snabbkyls därefter med en kylningshastighet på omkring 10°C per sekund till omkring 40°C per sekund (18°F/sek - 72°F/sek) till lämplig QST under omkring Ms transformeringstemperaturen plus 100°C (180°F) och över omkring Ms transformeringstemperaturen, varefter snabbkylningen avbryts. I ett 0 0 000000 u .om oo 31 utföringsexempel :på detta andra zstàlexempel, efter att snabbkylningen avslutats, tillåts stálpláten att luftkylas till omgivningstemperatur fràn QST. l ett annat utföringsexempel pà det andra stàlexemplet, efter att snabbkylningen avslutats, hàlls stålplåten väsentligen isotermiskt pà QST under en tidsperiod, företrädesvis upp till omkring 5 minuter, och luftkyls därefter till omgivningstemperatur. l ytterligare ett utföringsexempel, làngsamkyls stàlplàten med en hastighet lägre än den för luftkylning, d.v.s. med en hastighet lägre än omkring 1°C per sekund (1 ,8°F/sek), företrädesvis under omkring 5 minuter. l ännu ett utföringsexempel, lángsamkyls stálplàten från QST med lägre hastighet än luftkylning, d.v.s. med en hastighet lägre än omkring 1°C per sekund (1,8°F/sek), företrädesvis under upp till omkring 5 minuter. l åtminstone ett utföringsexempel pà detta andra stàlexempel, är MS omkring 350°C (662°F) och Ms transformeringstemperaturen plus 100°C (180°F) är sålunda omkring 450°C (s42°F). transformeringstemperaturen Stålplàten kan hållas väsentligen isotermisk pà QST med vilken som helst lämplig anordning, av för fackmannen välkänt slag, exempelvis genom att man placerar en isolerande filt över stàlplâten. Stàlplàten kan med lämplig anordning lángsamkylas efter snabbkylningen, med för fackmannen välkänd anordning, exempelvis genom att placera en isolerande filt över stàlplåten.

TREDJ E STÅLEXEMPEL Enligt vad som diskuterats ovan, ger samtidigt härmed ingiven U.S. provisorisk patentansökan med prioritetsdatum 19 december 1997, och titel "Ultra-High Strength Dual Phase Steels With Excellent Cryogenic Temperature Toughness", och som av USPTO givits ansökningsnummer 601068816, en beskrivning av andra stàlsorter lämpliga för användning i uppfinningen. En metod är framtagen för att preparera en ultrastark, tváfas stàlplàt med en mikrostruktur omfattande omkring 10 volym % till omkring 40 volym % av en första fas av väsentligen 100 volym %, (d.v.s. väsentligen ren 0000 o 0000 o o g. .qoo oo oo oo oo oo g o o n o o o o o o o o I o o o O I o o o o o o o 0 I g, oo oooo oooo II 0000 526 685 32 eller "väsentligen ren") ferrit och omkring 60 volym % till omkring 90 volym % av en andra fas av till övervägande delen fingranulerad spjälkad martensit, fingranulerad lägre bainit, eller blandningar därav, där metoden omfattar stegen (a) värmning av ett stàlämne till àterupphettningstemperatur tillräckligt hög för att (i) väsentligen homogeniseras stålämnet, (ii) lösning av väsentligen samtliga karbider och karbonitriter av niobium och vanadium i stàlämnet, och (iii) àstadkommande av fina initiala austenitgranuler i stàlämnet; (b) reduktion av stàlämnet för att forma en stålplàt i en eller flera första (c) ytterligare reduktion av stàlplàten i en eller flera varmvalsningspassager i ett temperaturintervall där austenit kristalliseras; varmvalskörningar i ett andra temperaturintervall under omkring Tn, temperaturen och över omkring Arg transformeringstemperaturen; (d) ytterligare reduktion av nämnda stàlplàt i en eller flera varmvalskörningar i ett tredje temperaturintervall under omkring Ar3 transformeringstemperaturen och över omkring Ar1 transformeringstemperaturen (dvs. det interkritiska temperaturintervallet); (e) med en snabbkylning av stàlpläten kylningshastighet av omkring 10°C per sekund till omkring 40°C per sekund (18°F/sek - 72°F/sek) till en (QST) företrädesvis under omkring Ms transformeringstemperatur plus 200°C snabbkylningsstopptemperatur (360°F); och (f) avbrytning av snabbkylningen. l ett annat utföringsexempel på det tredje stålexemplet, .är QST företrädesvis under omkring Ms transformeringstemperaturen plus 100°C (180°F), och hellre under omkring 350°C (662°F). I ett utföringsexempel på det tredje stålexemplet, tillåts stàlplàten luftkylas till omgivningstemperatur efter steg (f). Detta processande underlättar transformeringen av stälplàtens mikrostruktur till omkring 10 volym % till omkring 40 volym % av en första fas av ferrit och omkring 60 volym % till omkring 90 volym % av en andra fas av till övervägande delen fingranulerad spjälkad martensit, fingranulerad lägre bainit, eller blandningar därav. (Se ordlistan för definition av Tn, temperatur, och Ar; och Ar, transformeringstemperaturer.) I 0 n 0 I 0 n OO ICO! 0000 to nu non: oo n; nu co oc u I 0 c 0 I I o I o 0 o I u o 0 0 o oc Oo 526 685 33 För att tillförsäkra seghet vid omgivnings och kryogen temperatur, omfattar mikrostrukturen hos den andra fasen i stålen enligt det tredje stàlexemplet till övervägande delen fingranulerad lägre bainit, fingranulerad spjälkad martensit, eller blandningar därav. Det är att föredra att väsentligen minimera uppkomsten av skörgörande beståndsdelar, såsom övre bainit, tvinnad martensit och MA i den andra fasen. Såsom uttrycket "till övervägande delen" används i detta tredje stàlexempel, och i kraven, betyder det åtminstone 50 volymprocent. Återstoden av den andra fasmikrostrukturen kan omfatta ytterligare finfördelad lägre bainit, ytterligare finfördelad spjälkad martensit, eller ferrit. Den andra fasens mikrostruktur omfattar hellre åtminstone omkring 60 volym % till omkring 80 volym % finfördelad lägre bainit, finfördelad spjälkad martensit, eller blandningar därav. Den andra fasens mikrostruktur omfattar helst åtminstone omkring 90 volym % finfördelad lägre bainit, finfördelad spjålkad martensit, eller blandningar därav.

Ett stàlämne processat enligt detta tredje stàlexempel tillverkas pà traditionellt sätt och, i en utföringsform, omfattar det järn och följande legeringsämnen, företrädesvis i de viktintervall som anges i den följande tabellen lll: Tabell III Legeringsämne lntervall (vikt %) kol (C) 0,04 - 0,12, hellre 0,04 - 0,07 mangan (Mn) 0,5 - 2,5, hellre 1,0 - 1,8 nickel (Ni) 1,0 - 3,0, hellre 1,5 - 2,5 nlobium (Nb) 0,02 - 0,1, hellre 0,02 - 0,05 n oo ut oo Oo 0000 . : o.. o o o o 0 o o o O . . n o o u o nano o I I I U I Û Ü g .goa non; oo oooo o 00 S26 685 34 titan (Ti) 0,008 - 0,03, hellre 0,01 - 0,02 aluminium (Al) 0,001 - 0,05, hellre 0,005 - 0,03 kväve (N) 0,002 - 0,005, hellre 0,002 - 0,003 Krom (Cr) tillsätts ibland till stål, företrädesvis upp till omkring 1,0 vikt % och hellre omkring 0,2 vikt % till omkring 0,6 vikt %.

Molybden (Mo) tillsätts ibland till stål, företrädesvis upp till omkring 0,8 vikt %, och hellre omkring 0,1 vikt % till omkring 0,3 vikt %.

Kisel (Si) tillsätts ibland till stål, företrädesvis upp till omkring 0,5 vikt %, hellre omkring 0,01 vikt % till omkring 0,5 vikt %, och helst upp till omkring 0,05 vikt % till omkring 0,1 vikt %.

Koppar (Cu), företrädesvis i intervallet av omkring 0,1 vikt % till omkring 1,0 vikt %, hellre i intervallet omkring 0,2 vikt % till omkring 0,4 vikt %, tillsätts ibland till stål, Boron (B) tillsätts ibland till stål, företrädesvis upp till omkring 0,0020 vikt %, och hellre omkring 0,0006 vikt % till omkring 0,0010 vikt %.

Stälet innehåller företrädesvis åtminstone omkring 1 vikt % nickel.

Nickelinnehàllet i stål kan höjas över omkring 3 vikt % om sá önskas för att förbättra egenskaperna efter svetsning. Varje 1 vikt % tillsats av nickel förväntas sänka stålets DBTT med omkring 10°C (18°F). Nickelinnehàllet är företrädesvis lägre än 9 vikt %, hellre lägre än omkring 6 vikt %.

Nickelinnehàllet minimeras företrädesvis för att minimera stålets kostnad. Om nickelinnehàllet höjs till över omkring 3 vikt %, kan manganinnehållet minskas till under omkring 0,5 vikt % ner till 0,0 vikt %. l bred mening föredras sålunda mangan upp till omkring 2,5 vikt %. 526 685 l u u g o uuuuuu u Restämnen minimeras dessutom företrädesvis i stålet. Fosfor (P) innehållet är företrädesvis mindre än omkring 0,01 vikt %, svavel (S) innehållet är företrädesvis mindre än omkring 0,004 vikt %. Syre (O) innehållet är företrädesvis mindre än omkring 0,002 vikt %.

Mera i detalj, prepareras ett stàl enligt detta tredje stàlexempel genom framställning av ett ämne av den önskade komposltlonen enligt vad som beskrivits härí; värmning av ämnet till en temperatur av fràn omkring 955°C till omkring 1065°C (1750°F - 1950°C); varmvalsning av ämnet för att framställa stálplàt l en eller flera körningar med omkring 30 % till omkring 70 % reduktion i ett första temperaturintervall där austenit rekristalliserar, dvs. över omkring Tn, temperaturen ytterligare varmvalsning av stàlplàten i en eller flera körningar med omkring 40 % till omkring 80 % reduktion i ett andra temperaturintervall under omkring Tn, temperaturen' "och över omkring Ara transformeringstemperaturen, och slutvalsning av stàlplàten l en eller flera körningar för att ge omkring 15 % till omkring 50 % reduktion i det interkritiska under temperaturintervallet omkring Ars transformeringstemperaturen och över omkring Ari transformeringstemperaturen. Den varmvalsade stàlplàten snabbkyls därefter med en kylningshastighet av omkring 10°C per sekund till omkring 40°C per sekund (18°F/sek - 72°F/sek) till lämplig snabbkylningsstopptemperatur QST företrädesvis under omkring Ms transformeringstemperaturen plus 200°C (360°F), tidpunkt utföringsexempel pà uppfinningen, ligger QST företrädesvis under omkring vid vilken snabbkylningen avslutas. l ett annat Ms transformeringstemperatur plus 100°C (180°F), och ligger hellre under omkring 350°C (662°F). l ett utföringsexempel på detta tredje stàlexempel, tilläts stàlplàten kylas i luft till omgivningstemperatur efter att snabbkylningen avbrutits. l de tre stàlexemplen ovan, och eftersom Ni är ett dyrbart legeringsämne, är Ni innehållet i stålet företrädesvis mindre än omkring 3,0 vikt %, hellre mindre u u u u 0 0 b ut N u lo ul u. uuuunu Q I OIIO I I O II OIOI 0 00 00 O Q I I I 0 0 0 Q O Q I C I O O 00 00 00 0000 0000 000 00 00 0 0'.0 ' 0 0 0 0 O 0 0 0 526 685 36 än omkring 2,5 vikt %, ännu hellre mindre än omkring 2,0 vikt %, och helst företrädesvis mindre än omkring 1,8 vikt % för att i väsentlig grad minimera stålets kostnad.

Andra lämpliga stàl för användning i samband med föreliggande uppfinning finns beskrivna i andra publikationer som avhandlar ultrastarka, làglegerade stàl innehållande mindre än omkring 1 vikt % nickel, med sträckhàllfastheter högre än 830 MPa (120 ksl), och med utmärkt seghet vid låg temperatur.

Sådana stàl beskrivs exempelvis i europeisk patentansökan publicerad den 5 februari 1997 med internationellt ansökningsnummer PCT/JP96/00157, och internationellt publiceringsnummer WO 96/23909 (08081996 Gazette 1996/36)(sàdana stàl har företrädesvis ett kopparinnehàll av 0,1 vikt % till 1,2 vikt %), patentansökningen med prioritetsdatum den 28 juli 1997 och titeln "Ultra- High Strength, Weldable Steels with Excellent Ultra-Low Temperature Toughness", och som av USPTO givits ansökningsnummer 60/053915. och i den under behandling varande provisoriska U.S.

Vad gäller något av de tidigare angivna stàlen, och såsom inses av tjocklek", procentreduktionen i tjocklek hos stàlämnet eller plåten före den aktuella fackmannen pà området, betyder "procentreduktion i reduktionen. Utan att för den skull begränsa uppfinningen, och enbar för förklarande syfte, kan ett stàlämne omkring 25,4 cm (10 tum) tjocklek reduceras omkring 50 % (50 % reduktion), i ett första temperaturlntervall, till en tjocklek av omkring 12,7 cm (5 tum) och därefter reduceras omkring 80 % (80 % reduktion), i ett andra temperaturintervall, till en tjocklek av omkring 2,5 cm (1 tum). Utan att begränsa uppfinningen, och för förklarande syfte, kan återigen framhållas att ett stàlämne av omkring 5, 4 cm (10 tum) kan reduceras 30 % (30 % reduktion), i ett första temperaturintervall, till en tjocklek av omkring 17, 8 cm (7 tum) och därefter reduceras omkring 80 % (80 % reduktion), i ett andra temperaturlntervall, till en tjocklek av omkring 3, 6 cm (1, 4 tum), och därefter reduceras omkring 30 % (30 % reduktion), i ett tredje intervall, till en tjocklek av omkring 2, 5 cm (1 tum). Såsom termen o n O Û I I U I Ü o. oo oo oooo o on oooo oo oo oo oo oo o o o o o o o o o o I 0 I o o 526 685 37 "ämne" används häri, betyder detta ett stålstycke av vilka som helst dimensioner.

Vad gäller vilket som helst av de ovan beskrivna stálen, och såsom inses av fackmannen på omrâdet, àterhettas stàlämnet företrädesvis med lämplig anordning för att höja temperaturen hos väsentligen hela ämnet, företrädesvis hela ämnet till den önskade återupphettningstemperaturen, exempelvis genom att ämnet placeras i en ugn under en tidsperiod. Den specifika àterupphettningstemperatur som skall användas för någon av de ovan beskrivna stålkompositionerna kan lätt framtas av en fackman på området, antingen genom experiment eller kalkylering med utgångspunkt i lämpliga modeller. Ugnstemperaturen och den erforderliga återupphettningstiden för att höja temperaturen hos väsentligen hela ämnet, företrädesvis hela ämnet, till den önskade àterupphettningstemperaturen kan lätt fastläggas av en fackman på området med utgångspunkt i industriella standardpublikationer. vad galler vilket som helst av de ovan beskrivna stålen, och såsom inses av fackmannen på området, beror temperaturen som definierar gränsen mellan rekristalliseringsintervallet och icke-rekristalliseringsintervallet, TN temperaturen, av stålets kemi, och mera preciserat av återupphettningstemperaturen innan valsning, kolkoncentrationen, neobiumkoncentrationen och reduktionsgraden som åstadkoms i valsningspassagerna. Fackmannen på området kan bestämma denna temperatur för varje stàlkomposition antingen genom experiment eller modellkalkyler. På motsvarande sätt kan fackmannen på området bestämma de ovannämnda transformerlngstemperaturerna Acj, An, Arg och MS antingen genom experiment eller modellkalkyler. vad gäller vilket som helst eller samtliga ovan beskrivna stål, och såsom inses av fackmannen på området, avser med undantag av àterupphettningstemperaturen, som hänför sig till väsentligen hela ämnet, de oooooø O 0 0 ooolol o 0 0 cool oi ot 00 o o o o o I 0 o oo 0000 oo OI o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o oo oo oo oooo oooo oo 526 685 38 efterföljande som hänvisas till temperaturer vid beskrivning av processmetoderna enligt uppfinningen, de temperaturer som uppmätts pà ytan av stålet. Stàlets yttemperatur kan mätas med användning av exempelvis optisk pyrometer, eller någon annan anordning lämpad för mätning av yttemperaturen hos stàl. De kylningshastigheter som omnämnts ovan, är de som gäller vid centrum, eller väsentligen i centrum, av plàttjockleken; och snabbkylningstemperaturen (QST) är den högsta, eller väsentligen den högsta temperatur som uppnås pà ytan av plåten, efter att snabbkylningen stoppats, beroende pä värme transmitterat från plattans mittjocklek. Under stàlkompositionen enligt uppfinningen, placeras exempelvis ett termoelement experimentellt processande med värmning av i centrum, eller väsentligen i centrum, av stálpláttjockleken för mätning av centrumtemperatur, medan yttemperaturen mäts med användning av en optisk pyrometer. En korrelation mellan centrumtemperaturen och yttemperaturen framtas för användning under efterföljande processande av samma, eller väsentligen samma, stàlkomposition, så att centrumtemperaturen kan bestämmas via direkt mätning av yttemperaturen.

Den erforderliga och temperaturen flödeshastigheten för snabbkylningsfluiden för àstadkommande av den önskade accelererade kylningshastigheten kan bestämmas av fackmannen pà området med utgångspunkt i industriella standardpublikationer.

En fackman på området har erforderliga kunskaper och skicklighet för att nyttja den häri givna informationen för produktion av ultrastarka, làglegerade stàlplàtar med lämplig ultrahög styrka och seghet för användning vid framställning av behållaren för lagring och transport av PLNG enligt föreliggande uppfinning. Andra lämpliga stàl kan existera eller kan komma att framtas senare. Samtliga sådana stål ligger inom ramen för föreliggande uppfinning.

En fackman pà området har den erforderliga kunskapen och skickligheten för att nyttja den häri givna informationen för att producera ultrastarka, IIOOO ' o 0 I 0010!! 0 0 0 0 0 0 I 00 00 I O O O 00 00000000 0 526 685 0000 00 _ 39 làglegerade stàlplåtar med modifierad tjocklek, jämfört med tjockleken hos stàlplàtar producerade enligt de ovan givna exemplen, samtidigt som det fortfarande produceras stålplátar med lämplig hög styrka och lämplig seghet vid kryogena temperaturer för användning i system enligt uppfinningen.

Fackmannen på området kan exempelvis med användning av informationen häri producera en stàlplåt med en tjocklek av omkring 2, 54 cm (1 tum) och lämplig hög styrka och lämplig seghet vid kryogena temperaturer för användning vid byggande av en lagringsbehàllare enligt uppfinningen. Andra lämpliga stål kan existera eller kan komma att framtas. Samtliga sådana stål ligger inom ramen för föreliggande uppfinning.

Behållare framställda av vilket som helst lämpligt låglegerat stål av hög styrka enligt vad som beskrivits häri, exempelvis de stål som beskrivs i exemplen, är dimensionerade enligt behoven för PLNG projekt, där behàllarna skall nyttjas. Fackmannen på området kan nyttja konventionell ingenjörspraxis och inom industrin befintliga referenser för att fastlägga de erforderliga dimensionerna, väggtjocklek, etc. för behållarna.

Dä ett tvåfasstål används för att konstruera behållare enligt uppfinningen, processas nämnda tvåfasstål företrädesvis på ett sådant sätt att den tidperiod under vilken stålet hålls i det interkritiska temperaturintervallet i syfte att skapa tvàfasstrukturen, inträffar före det accelererade kylnings- eller Processandet är att bildas Ara transformeringstemperaturen till omkring An transformeringstemperaturen. snabbkylningssteget. företrädesvis sådant tvåfasstrukturen stålet mellan under kylning av Ytterligare att föredra för de stål som används vid konstruktion av behållare enligt uppfinningen, är att stålet har en sträckhällfasthet större än 830 MPa (120 ksi) och DBTT lägre än omkring -73°C (-100°F) efter avslutning av det accelererade kylnings- eller snabbkylningssteget, d.v.s. utan något ytterligare processande som kräver àterupphettning av stålet, exempelvis härdning.

Helst är stàlets sträckhållfasthet vid fullbordandet av snabbkylningen eller i kylningssteget högre än omkring 860 MPa (125 ksi), och hellre högre än oo oo oo g o o o o o o o o o o o o oo oooo oo o (fl h.) 'J C\ CO 'Jï o oooo I oo oooo 0' .". oo ' " , . . - O. __ . u z I o o o 0 . z O.. Ü I Ifl- z-.I o '_ _, , a.. t. _ , I f ° g o o :u gu' za: .of Iso. .oo o. nu 00 . o u 40 omkring 900 MPa (130 ksi). l vissa applikationer föredras ett stål som har en sträckhållfasthet högre än omkring 930 MPa (135 ksi) eller högre än omkring 965 MPa (140 ksi), eller högre än omkring 1000 lVlPa (145 ksi), efter avslutande av snabbkylnings- eller kylningssteget.

Vad gäller behållare som kräver böjning av stål, exempelvis till cylindrisk stålet omgivningstemperatur för att undvika skadlig påverkan av den utmärkta form, böjs företrädesvis till den önskade formen vid segheten vid kryogen temperatur hos stålet. Om stålet måste värmas för att få den önskade formen efter höjningen, värms det företrädesvis till en temperatur ej högre än omkring 600°C (11l2°F) för att bevara den fördelaktiga inverkan från stålets mikrostruktur, enligt vad som beskrivits OVQFI.

De önskade variablerna för en PLNG behållare, tex. storlek, geometri, materialtjocklek, etc. beror av driftsförhållandena, såsom invändigt tryck, driftstemperatur, etc., enligt vad fackmannen på området inser. Vad gäller de stålets DBTT och svetsarna mycket viktiga. Vad gäller konstruktioner med något högre mest krävande lågtemperaturkonstruktionerna_ är driftstemperaturer, är seghet fortfarande en viktig fråga, men kraven på DBTT minskar i tillsvarande grad. När driftstemperaturerna ökar, kommer även erforderligt DBTT att öka.

För att bygga behållare för användning i föreliggande uppfinning, används lämplig metod för sammanfogning av stàlplåtarna. Vilken som helst sammanfogningsmetod som ger fogar med adekvat styrka och brottseghet för uppfinningen, enligt vad som diskuterats ovan, anses vara lämpligt.

Företrädesvis används en svetsmetod lämpad för åstadkommande av adekvat styrka och brottseghet för inhysning av nämnda trycksatta till vätskeform överförda naturgas för att bygga behållare enligt uppfinningen. En sådan svetsmetod inkluderar företrädesvis lämplig förbrukningstråd, lämplig förbrukningsgas, lämplig svetsprocess och lämplig svetsprocedur. Såväl 526 685 41 gasmetallbägsvetsning (GMAW) och volframinertgassvetsning (TlG), båda välkända inom stàltillverkningsindustrin, kan användas för att sammanfoga stàlplàtarna, förutsatt att lämplig kombination av förbrukningstràd/gas används. l ett första exempel på svetsmetod, används gasmetallbàgsvetsning (GMAW)-process för att producera svetsmetallkemi omfattande järn och omkring 0,07 vikt % kol, omkring 2,05 vikt % mangan, omkring 0, 32 vikt % kisel, omkring 2,20 vikt % nickel, omkring 0,45 vikt % krom, omkring 0,56 vikt % molybden, mindre än omkring 110 ppm fosfor, och mindre än omkring 50 ppm svavel. Svetsen görs på stàl, på något av ovan beskrivna stàl, med användning av argonbaserad skyddsgas med mindre än omkring 1 vikt % syre. Svetsvärmetillförseln ligger i intervallet omkring 0,3 kJ/mm till omkring 1,5 kJ/mm (7,6 kJ/tum till 38 kJ/tum). Svetsning med denna metod ger en svetsfog med sträckhàllfasthet högre än omkring 900 MPa (130 ksi), företrädesvis högre än omkring 930 MPa (135 ksi), ännu hellre högre än omkring 965 MPa (140 ksi), och helst företrädesvis mer än åtminstone omkring 1000 MPa (145 ksi). Svetsning med denna metod ger dessutom en svetsmetall med DBTT under omkring -73°C (-100°F), företrädesvis under omkring -96°C (-140°F), ännu hellre under omkring -106°C (-160°F), och allra helst företrädesvis under omkring -115°C (-175°F).

I ett annat exempel pà svetsmetod används GMAW processen för att producera en svetsmetallkemi omfattande järn och omkring 0,10 vikt % kol (företrädesvis mindre än omkring 0,10 vikt % kol, hellre företrädesvis från omkring 0,07 till omkring 0,08 vikt % kol), omkring 1,60 vikt % mangan, omkring 0,25 vikt % kisel, omkring 1,87 vikt % nickel, omkring 0,87 vikt % krom, omkring 0,51 vikt % molybden, mindre än omkring 75 ppm fosfor, och mindre än omkring 100 ppm svavel. Ingående svetsvärmet ligger i intervallet frän omkring 0,3 kJ/mm till omkring 1,5 kJ/mm (7,6 kJ/tum till omkring 38 kJ/tum) och en förvärmning av omkring 100°C (212°F) används. Svetsen 526 685 n I ø 0 oo n so: I' 42 görs pà stål, exempelvis nàgot av de ovan beskrivna stålen, med användning av en argonbaserad skyddsgas med mindre än omkring 1 vikt % syre.

Svetsning med denna metod ger en svetssöm med en sträckhàllfasthet högre än omkring 900 MPa (130 ksi), företrädesvis högre än omkring 930 MPa (135 ksi), ännu hellre företrädesvis högre än omkring 965 MPa (140 ksi), och allra helst företrädesvis mer än omkring 1000 MPa (145 ksi).

Svetsning med denna metod ger dessutom en svetsmetall med DBTT under omkring -73°C (-100°F), företrädesvis under omkring -96°C (-140°F), hellre företrädesvis under omkring -106°C (~160°F), och allra helst under omkring - 115°C (-175°F). l ett annat exempel pä svetsmetod används volframinertgassvetsning (TlG)- processen för att producera en svetsmetallkemi innehållande järn och omkring 0,07 vikt % kol (företrädesvis mindre än omkring 0,07 vikt % kol), omkring 1,80 vikt % mangan, omkring 0,20 vikt % kisel, omkring 4,00 vikt % nickel, omkring 0,5 vikt % krom, omkring 0,40 vikt % molybden, omkring 0,02 vikt % koppar, omkring 0,02 vikt % aluminium, omkring 0,010 vikt % titan, omkring 0,015 vikt % zirkonium (Zr), mindre än omkring 50 ppm fosfor, och mindre än omkring 30 ppm svavel. Det pàförda svetsningsvärmen ligger i intervallet omkring 0,3 kJ/mm till omkring 1,5 kJ/mm (7,6 kJ/tum till 38 kJ/tum) och förvärmning till omkring 100°C (212°F) används. Svetsen görs pà stål, pà något av de ovan nämnda stálen, med användning av en argonbaserad skyddsgas med mindre än omkring 1 vikt % syre. Svetsning med denna metod ger en svetssöm med sträckhàllfasthet högre än omkring 900 MPa (130 ksi), företrädesvis högre än omkring 930 MPa (135 ksi), hellre företrädesvis högre än omkring 965 MPa (140 ksi), och allra helst företrädesvis högre än åtminstone 1000 MPa (145 ksi). Svetsning med denna metod ger dessutom en svetsmetall med DBTI' under omkring -73°C (-100°F), företrädesvis under omkring -96°C (-140°F), hellre företrädesvis under omkring -106°C (-160°F), och allra helst företrädesvis under omkring - 115°C (-175°F). 0 00 00 0 0 0 0 I 0 0 0 0 0000 0 0 0 0 0000 00 0000 09 0000 00 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 00 0000 526 685 43 Liknande svetsmetall »kemiska kompositioner som används i exemplen kan användas med användning av antingen GMAW eller TIG svetsprocesser.

TIG svetsar förväntas emellertid ha lägre innehåll av föroreningar och mera förfinad mikrostruktur än GMAW svetsar, och har sålunda bättre seghet vid låg temperatur. l en utföringsform av uppfinningen, används pulverbàgsvetsning (SAW) som sammanfogningsteknik. En detaljerad diskussion av SAW återfinns i kapitel 6 i "Welding Handbook, Volume 2, Welding Processes, 8"" ed., American Welding Society, pages 191-232 (1995).

Pulverbågsvetsning (SAW) är en svetsteknik som ofta används genom att den ger hög deposition av metall. Den kan vara mera ekonomisk i vissa applikationer beroende på att mera svetsmaterial kan appliceras per tidsenhet än med andra svetstekniker. En potentiell nackdel med SAW är, att då den används för sammanfogning av ferritiska stål avsedda för applikationer vid låg temperatur, har den otillräcklig eller variabel seghet. Den låga segheten kan vara orsakad av faktorer såsom stor granulstorlek och/eller Den stora högre innehåll än önskvärt av inneslutningar. granulstorleken orsakas av den höga värmetillförseln för SAW, vilken även är det särdrag som möjliggör den höga avsättningshastigheten. Ett annat potentiellt problem med SAW då sådan teknik appliceras på värmekånsligt stàl av hög styrka, är att HAZ mjuknar. SAWs höga värmetillförsel medför mer mjukgöring i HAZ jämfört med gasmetalljusbågsvetsning (GMAW) eller volfram inertgas (TIG) svetsning.

För vissa PLNG behållarkonstruktioner, kan SAW teknik vara lämplig.

Beslutet att nyttja SAW baseras primärt pà balans mellan ekonomi (svetsdepositionshastighet) i förhållande till erhållande av adekvata mekaniska egenskaper. Det är möjligt att skräddarsy en specifik SAW svetsprocedur till en viss PLNG behållarkonstruktíon. Om det exempelvis år önskvärt att begränsa HAZ mjukgöring och reducera svetsmetallkornstorlek, oooo bo oo OI OO 00 o o o o o o o o o o I o o o o o o o I O Û I I O . oo oo oooo oooo o o O O ooo 526 685 o ooo oo 44 kan en SAW procedur framtas som nyttjar medelmåttig värmetillförsel. Istället för att möjliggöra de mycket höga depositionshastigheterna med hög värmetillförsel av över 4 kJ/mm (100 kJ/tum), kan värmetillförsel i intervallet av omkring 2 kJ/mm till omkring 4 kJ/mm (50 kJ/tum till 100 kJ/tum) användas. Vid nivåer lägre än detta mellanläge, kan SAW komma att bli mindre önskvärt jämfört med GlVlAW eller TlG svetsning.

SAW kan även användas med austenitisk svetsmetall. Svetsseghet är något lättare att åstadkomma beroende på den höga plasticiteten hos den ytcentrerade kubiska austeniten. En nackdel med austenitisk förbrukbar svetstràd är dess kostnad som är högre än den för ferritiska förbrukningsbara trådar. Det austenitiska materialet innehåller avsevärda mängder av dyrbara Iegeringar såsom Cr och Ni. För en specifik PLNG behällarkonstruktion kan det icke desto mindre vara möjligt att ta kostnaden med den austenitiska förbrukningstràden mot bakgrund av den högre depositionshastigheten som möjliggörs med SAW. l ett annat utföringsexempel pä uppfinningen, används elektronstràlsvetsning (EBW) som hopfogningsteknik. En detaljerad diskussion av EBW kan återfinnas i kapitel 21 iWelding Handbook, Volume 2, Welding Processes, 8"' ed., American Welding Society, pages 672-713 (1995). Vissa ingående särdrag hos EBW är speciellt lämpade för användning i driftsmiljöer som kräver både hög styrka och seghet vid làg temperatur.

Ett problem med svetsning av mycket starka stål, d.v.s. stål som har sträckhàllfasthet högre än omkring 550 MPa (80 ksi) är mjukgörningen av metallen i den värmepäverkade zonen (HAZ) som uppkommer med många konventionella svetsprocesser, exempelvis skärmad metalljusbàgssvetsning (SMAW), pulverljusbågsvetsning (SAW), eller någon annan gasskärmad process, exempelvis gas-metalljusbàgssvetsning (GMAW). HAZ kan fà lokal fastransformering eller härdning under genom svetsning framkallad termiska cykler, vilket leder till avsevärd, d.v.s. upp till omkring 15 % eller mera, Ia oc 0: 00 0 0 0 0 I 0 I O 0 0 0 0 I 00 I000 Oloc lO 526 685 45 mjukgöring av jämfört med basmetallen innan den utsattes för svetsvärmen. om ultrastarka stål har sträckhållfastheter av 830 MPa (120 ksi) eller högre, klarar flertalet av dessa stàl ej kraven pà svetsbarhet som erfordras för drift vid extremt låg Även producerats med temperatur, av det slag som erfordras för rördragning och tryckkärl för användning i den process som beskrivits och som avses i kraven. Sådana material har typiskt relativt högt Pcm (välkänd industriell term som används för att uttrycka svetsbarhet) vanligtvis högre än omkring 0,30, och i vissa fall över 0,35.

EBW lindrar vissa av de problem som uppkommer med konventionella svetsningstekniker, exempelvis SMAW och SAW. Den totala värmetillförseln är avsevärt mindre än vid ljusbàgssvetsprocesser. Denna reduktion av värmetillförsel reducerar förändringen av stàlplàtarnas egenskaper under hopfogningsprocessen. l ett flertal fall ger EBW en svetsad fog som är starkare och/eller mera motstándskraftig mot bristningsfraktur under drift vid kalla ljusbàgssvetsning. temperaturer jämfört med liknande fogar ástadkomna genom EBW, jämfört med ljusbàgssvetsning av samma fog, resulterar i en reduktion av kvarvarande spänningar, HAZ bredd, och mekanisk distortion av fogen, tillsammans med potentiell förbättring av HAZ seghet. EBWs höga effekttäthet underlättar även svetsning med en genomgång, varigenom man minimerar den tid stålets basmetall exponeras för höga temperaturer under sammanfogningsprocessen. Dessa särdrag hos EBW är viktiga för att minimera de skadliga effekterna vid svetsning av värmekänsliga legeringar.

EBW system där reducerade tryck eller högvacuumsvetsningsförhàllanden utnyttjas resulterar i en omgivning med höggradig renhet, vilket reducerar föroreningar i svetsen. Reduktionen av föroreningar i de elektronstrálesvetsade fogarna resulterar i förbättrad seghet hos 910000 I o cooovo oroa o . n coco 0 o 0 I 1000 0 go oo 00 00 I' ..| .. g o n o n 0 o I o l 0 0 0 0 I 9 ; . g n c o o I ,. .g oo oooø oron ot 526 685 46 svetsmetallen, som producerats genom reduktion av mängden inneslutningar och interstitiala element.

EBW är även mycket flexibelt i det att ett stort antal av processtyrvariabler oberoende kan styras (exempelvis vacuumnivà, arbetsavstànd, tilltagande spänning, bàgström, körhastighet, bàgtvärsnitt, bágavlänkning, etc). Med antagande av att ansättande fog föreligger, erfordras ingen utfyllnadsmetall för EBW, vilket ger en svetsfog med homogen metallurgi. Inlägg av utfyllnadsmetall kan emellertid användas för att avsiktligt förändra metallurgin i EBW-fogen och förbättra mekaniska egenskaper. Strategiska kombinationer av bàgparametrar och användning/uteslutande av inlägg möjliggör att skräddarsy svetsmetallmikrostruktur för att ge den önskade kombinationen av styrka och seghet.

Kombinationer i sin helhet av utmärkta mekaniska egenskaper och låga kvarvarande spänningar möjliggör även eliminering av eftersvetsning med värmebehandling i ett flertal fall, även om tjockleken hos de plåtar som skall sammanfogas är en till två tum eller mer.

EBW kan utföras med högt vacuum (HV), medelmàttigt vacuum (MV), eller inget vacuum (NV). HV-EBW system ger svetsar med minimum av föroreningar. Högvacuum tillstànd kan emellertid orsaka förlust av kritiska flyktiga element (exempelvis krom och mangan) dä metallen är i det smälta tillståndet. Beroende på kompositionen hos det stål som skall svetsas, kan förlusten av andel av vissa element påverka svetsens mekaniska egenskaper. Dessa system tenderar dessutom att bli stora och omfångsrika, och svåra att använda. NV-EBW system är mekaniskt mindre komplicerade, mera kompakta, och generellt sett lättare att använda. NV-EBW processande är emellertid mera begränsat till sin applikation, i det att bågen tenderar att spridas, bli diffus, och mindre fokuserad och mindre effektiv då den utsätts för luft. Detta tenderar att begränsa tjockleken hos de plàtar som kan svetsas i en enda genomgång. NV-EBW är även mera mottagligt för acute ' I a cannot 0. 0000 00 00 00 00 00 OI 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 g g 0 0 0 0 0 0 0000 0 a 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 00 0000 0000 00 0000 I 'lO 526 685 47 svetsföroreningär som kan resultera i svetsar med lägre styrka och seghet än med EBW med högre vacuum. NV-EBW är därför det föredragna valet för att bygga behållare enligt uppfinningen. NV-EBW ger den bästa balansen mellan funktion och svetskvalitet.

I en annan utföringsform av uppfinningen, används laserstràlsvetsning (LBW), som hopfogningsteknik. En detaljerad diskussion avseende LBW kan återfinnas i kapitel 22 i Welding Handbook, Volume 2, Welding Processes, 8"' ed., American Welding Society, pages 714-738 (1995). LBW ger flera av fördelarna hos EBW, men är mera begränsad till applikation i det att f.n. existerande EBW möjliggör enkel passage på ett större intervall av plättjocklek.

En fackman på omrâdet har rekvisiten av kunskap och skicklighet för att använda den information som givits häri för svetsning av ultrastarka, làglegerade stålplátar för framställning av fogar med lämplig hög styrka och brottseghet för användning vid framställning av behållare och andra komponenter enligt uppfinningen. Andra lämpliga hopfognings- eller svetsningsmetoder kan existera eller kan senare komma att framtas.

Samtliga sådana hopfognings- eller svetsningsmetoder ligger inom ramen för föreliggande uppfinning. Även om uppfinningen i det föregående beskrivits i termer av en eller flera föredragna utföringsformer, inses att andra modifikationer kan göras utan att man frángár uppfinningens omfång, såsom detta definieras i de bifogade kraven. 0000 o q y anno o 0 0 I h unna I G I I 0 9 0 0 I 00 1000 0000 O OO II OO Il I' 0 O 0 0 I O 0 O 0 I I I 526 685 Ordlista: Ac1 transformeringstemperatur: Aca transformeringstemperatur: Ar1 transformeringstemperatur: Ar3 transformeringstemperatur: kryogen temperatur: CTOD: CVN: DBTT (Duotile-to-Brittle Transition Temperaturey 48 den temperatur där austenit börjar att bildas under värmning; den temperatur där transformering av ferrit till austenit är fultbordad under vàrmning; den temperatur där transformering av austenit till ferrit eller till ferrit plus cementit är fullbordad under kylning; den temperatur där austenit börjar transformeras till ferrit under kylning; vilken som helst temperatur lägre än omkring -40°C (-40°F); spricktoppöppning förskjutning; Charpy V-hack; avgränsar de tvà frakturregimerna i strukturella stàl; vid temperaturer under DBTT, brottet genom tenderar att inträffa làgenergi-klyvning (sprödhet) fraktur, medan vid temperaturer över DBTT, brottet inträffa genom högenergi plastisk fraktur; tenderar att 526 685 oroa 0 Q I nina 0 0 0 I 0 I 000 on 0000 I lo nu II OO 00 90 0 I 0 0 I n I 0 I 0 I o I 0 0 0 0 I 0 OI II OO O EBvv; huvudsakligen ren: 49 elektronstràlesvetsning; väsentligen 100 volym %; Gmaï miljard kubikmeter; GMÅWI gasmetalljusbågsvetsning; härdningspartiklar: en eller flera av s-koppar, MozC, eller karbider och karbonitrider av niobium och vanadium; HAZ: vàrmepàverkad zon inlerkritiskt temperaturintervall: från omkring Ac1 transformeringstemperaturen till omkring Ac3 transformeringstemperaturen vid värmning, och fràn omkring Arg transformeringstemperaturen till omkring Ar; transformeringstemperaturen vid kylning; Kmï kritisk spänningsintensitetsfaktor; kJ: kilojoule; KPGI ettusen Pascal; ksi: tusen pund per kvadratmeter; oøtvoo Q 000000 'I ICO' O I i g p o nano a n a o I ÛIOQ IC ÛÛII U Oo 0:00 00 Ia ut Ia a 0 O 0 0 I i o l I I c o o I 0 I I o Q ø o c O! II OI 0 LBW: làglegeringsstål: MA: maximalt tillåten sprickstorlek: MozCï lVlPa: MS transformeringstemperatur: Pcm: PLNG: Ppmï till övervägande delen: psia: 526 685 50 laserstràlesvetsning stål innehållande järn och mindre än omkring 10 vikt % totalt av legeringstillsatser; martensit-austenit kritisk spricklängd och djup: en form av molybdenkarbid; en miljon Pascal; den temperatur där transformering av austenit till martensit börjar under kylning; välkänd industriell term använd för att uttrycka svetsbarhet; även Pcm=(vikt %C + vikt %Si/30+ (vikt %Mn + vikt % Cu + vikt %Cr)/20 + vikt %Ni/60 + vikt %Mo/15 + vikt % V/10 + 5 (vikt %8)); överförd trycksatt till vätskeform naturgas; delar per miljon; åtminstone 50 volymprocent; pund per kvadrattum absolut; 0000 0 0 0 0000 0 0 0 0 0 I 0 0 0 0 0 I 0 00 00 00 0000 0000 OI 0000 0 0 00 0000 00 00 00 in 00 0 0 0 0 I 0 0 0 0 0 0 0 I 0 I 0 526 685 0 0! 00 M 00000 51 snabbkylning: enligt vad som används vid beskrivning av uppfinningen, avses accelererad kylning med vilken som helst anordning där en fluid vald för dess tendens att stålet används, till skillnad från luftkylning; öka kylningshastigheten för snabbkylningshastighet (kylning): eller väsentligen i centrum, av plàttjockleken; kylningshastighet i centrum, snabbkylningsstopptemperatur: den högsta, eller väsentligen den högsta, temperatur som nås' på ytan av plåten, efter att snabbkylning stoppats, beroende pà att värme transmitterats från plàtens mittjocklek; QSTI snabbkylningsstopptemperatur; SAW: pulverbàgsvetsning; SÅLMI single anchor leg mooring; ämne: stàlstycke av vilka som helst dimensioner; TCP; 101" kubikføt; sträckhällfasthet: förhållandet mellan maximalast och ursprunglig tvärsektionsarea under sträckning; 117167 AST TIG svetsning: Tn, temperatur: USPTO: svetsfog: 526 685 ooo obw o 52 volfram inertgassvetsning; den temperatur under vilken austenit ej rekristalliserai". patentmyndigheten i Amerikas Förenta Stater; och en svetsad fog, inkluderande (i) svetsmetallen, (ii) den värmepåverkade zonen (HAZ), och (iii) basmetallen i den "nära omgivningen av HAZ. Den andel av basmetallen som avses ligga inom "det nära området av HAZ, och sålunda varierar del av svetsfogen p.g.a. faktorer välkända för fackmannen på omrâdet, exempelvis svetsfogens bredd, storleken pà det föremål som svetsas, antalet erforderliga svetsfogar för tillverkning av föremålet, och avståndet mellan svetsfogama, exempelvis. oo o o o oo oo o o o u:

Claims (2)

10 15 20 25 526 685 S3 PATENTKRAV

1. Till vätskeform överförd trycksatt naturgas härledd från en process för att till vätskeform överföra naturgas i och för produktion av nämnda till vätskeform överförda trycksatta naturgas i form av en utkommande produkt vid ett tryck av omkring 1750 kPa (250 psia) till omkring 7590 kPa (1100 psia) och en temperatur av omkring -112°C (-170°F) till omkring -62°C (-80°F) kännetecknad av att den innehåller minst en komponent vald fràn gruppen bestående av (i) koldioxid, (ii) n-pentan plus, och (iii) bensen, i en mängd som skulle frysa i till vätskefomi överförd naturgas vid ett tryck av omkring atmosfärstryck och temperatur av omkring -162°C (-260°F).

2. Till vätskeform överförd trycksatt naturgas härledd från en process för att till vätskeform överföra naturgas i och för produktion av nämnda till vätskeforrn överförda trycksatta naturgas i form av en utkommande produkt vid ett tryck av omkring 1725 kPa (250 psia) till omkring 7590 kPa (1100 psia) och en temperatur av omkring -112°C (-170°F) till omkring -62°C (- 80°F), kännetecknad av att processen huvudsakligen består av stegen av (i) mottagning av nämnda naturgas i mottagningsfaciliteter, (ii) avlägsning av tillräckligt med vattenånga från nämnda naturgas för att förhindra frysning av nämnda naturgas under nämnda process; och (iii) överföring till vätskeform av nämnda naturgas för produktion av nämnda utkommande produkt.