柳智(中石化青島液化天然氣有限責任公司，山東 青島 266400)

0 引言

隨著世界天然氣產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，液化天然氣(liquefied natural gas，LNG)作為一種清潔能源，憑借自身優(yōu)勢成為國際天然氣貿(mào)易的重要部分。對國外生產(chǎn)9%Ni鋼的大型鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)比利時INDUSTEEL公司、日本新日鐵公司和國內(nèi)生產(chǎn)9Ni鋼的大型鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)太原鋼廠、南京鋼廠、鞍山鋼廠進行技術(shù)調(diào)研、考察各廠家的9%Ni鋼的化學成分、力學性能及內(nèi)在質(zhì)量，對比如下。

1 化學組成對比

9%Ni鋼是世界公認生產(chǎn)難度最大的鋼種之一，國內(nèi)外生產(chǎn)9%Ni鋼的廠家通過控制超低磷、超低硫冶煉使成品滿足高強度及-196 ℃超低溫韌性要求[1-2]。一般來說，C可以通過間隙固溶提高強度，但是碳含量高會造成碳化物析出產(chǎn)生孔蝕，焊接性能和冷脆性顯著降低，因此在保證強度的前提下，C應該越低越好。Ni為奧氏體穩(wěn)定元素，9%左右的Ni為穩(wěn)定化元素，能提高低溫時鋼材的強度，降低AC3點，細化晶粒，降低脆性轉(zhuǎn)變溫度，減輕脆性并改善機械性能，增強耐酸能力。Mn是奧氏體穩(wěn)定元素，有利于回轉(zhuǎn)奧氏體的穩(wěn)定，也是基體強化元素，可以通過沉淀強化來提高強度，Mn的含量應該控制在合理的范圍內(nèi)，過低則強度達不到要求，過高則形成大尺寸的MnS夾雜物影響焊機性能和低溫韌性。Si在煉鋼過程中是脫氧元素，對降低9Ni鋼中有害元素0含量非常重要，Si同時可以提高強度，但含量也應該控制在合理的范圍內(nèi)。Cr在結(jié)構(gòu)鋼和工具鋼中，能顯著提高強度、硬度和耐磨性，但同時降低塑性和韌性。Cr又能提高鋼的抗氧化性和耐腐蝕性。S、P為有害元素，S易與金屬元素Mn形成MnS，P容易在晶界偏聚降低晶界抗裂紋擴展能力，降低低溫韌性。對低溫韌性有害的元素，應將其控制在最低值。國內(nèi)外各廠家9%Ni鋼成品化學成分和中國石化物資采購技術(shù)標準《16萬m3全容式LNG儲罐用06Ni9DR鋼板》對個化學成分要求標準見表1。從表1中可以看出，國內(nèi)外的5家成產(chǎn)廠家均達到中國石化物資采購技術(shù)標準，國內(nèi)與國外的鋼板相比化學成分差別不大，國內(nèi)鋼板在S成分的控制上還有待提高。

2 熱處理及金相組織對比

中國石化物資采購技術(shù)標準《16萬m3全容式LNG儲罐用06Ni9DR鋼板》鋼板的交貨狀態(tài)要求鋼板應采用電爐冶煉或氧氣轉(zhuǎn)爐冶煉，并采用爐外精煉加真空脫氣工藝生產(chǎn)。鋼板應為鎮(zhèn)靜鋼，并應做細化晶粒處理，采用連鑄工藝，技術(shù)條件所規(guī)定的鋼板生產(chǎn)工藝不應有較大變化。供貨的所有鋼板其主要元素(C、Ni、P、S)的成分范圍應盡可能小，以保證鋼板性能的穩(wěn)定和一致性。鋼板的交貨狀態(tài)為淬火+回火(QT)，回火溫度應限制在540～600 ℃之間，允許在淬火和回火工序之間增加一道臨界淬火，即QLT或QQ’T工藝。不允許采用兩次正火+回火(NNT)工藝。為淬火+回火(QT)，回火溫度應限制在 540～600 ℃之間，允許在淬火和回火工序之間增加一道臨界淬火，即QLT或QQ’T工藝。不允許采用兩次正火+回火(NNT)工藝[3-4]。國內(nèi)外生產(chǎn)9%Ni鋼板的供貨鋼廠采用的熱處理工藝參數(shù)見表2。

表1 國內(nèi)外各廠家9%Ni鋼成品化學成分對比 單位：wt%

表2 9%Ni鋼材交貨狀態(tài)

3 力學性能對比

國內(nèi)外各個生產(chǎn)廠家的9%Ni鋼材常規(guī)力學性能應符合表3中物資采購標準的的數(shù)值要求。從表3可以看出各個生產(chǎn)廠家的9%Ni鋼板的力學性能均達到物資采購的標準，與國外生產(chǎn)廠家相比，國產(chǎn)的9%Ni鋼在拉伸實驗和沖擊試驗中表現(xiàn)出來的力學強度能和國外廠家已經(jīng)與國外產(chǎn)品接近。

4 配套焊材的情況

-196 ℃以下的脆性轉(zhuǎn)變溫度為9%Ni鋼板的手工焊接溫度，焊前正火后再進行高溫回火(或900 ℃水淬后570 ℃回火)，9%Ni鋼板焊接的關鍵有幾點，分別是焊接韌性的保證、接頭強度和焊接缺陷的控制。當選擇焊接材料時注意以下幾點：

(1)焊接前注意對9%Ni板的保護，前嚴禁接觸磁性材料，避免在直流電焊接產(chǎn)生電弧偏吹等情況，影響焊接質(zhì)量。

(2)采用與9%Ni鋼相近的焊接材料時，焊后要熱處理，以保證焊縫的低溫韌性，采用高鎳焊接材料進行焊接。

(3)9%Ni鋼焊接前不能預熱，高鎳奧氏體類型的焊接材料強烈晶粒長大傾向，為保證焊接接頭的低溫韌性要控制層間溫度，避免焊接接頭過熱、晶粒長大。

(4)合理選擇焊接線能量，其關系到焊接接頭的組織、晶粒粗細和焊接接頭的性能。500 ℃的焊接熱循環(huán)對焊接接頭的強度和焊接韌性沒有太大影響；900～1200 ℃的焊接熱循環(huán)，會使晶粒長大到原來的3～5倍，導致接頭的低溫韌性明顯下降，所以，嚴格控制焊接熱輸入并控制和調(diào)節(jié)焊后冷卻速度。

表3 國內(nèi)外生產(chǎn)廠家9%Ni鋼材的常規(guī)力學性能對比

目前國內(nèi)在建的LNG項目內(nèi)罐9%Ni鋼焊接材料國外采購居多，焊條型號一般為ENiCrMo-6；焊絲型號一般為ERNiCrMo-3和ERNiCrMo-4，且后一種焊絲牌號應用最普遍。通過實踐證明，無論是國內(nèi)或者國外鋼板使用以上焊接材料獲得焊接接頭性能都能達到規(guī)范和標準要求。

5 供貨商業(yè)績對比

在業(yè)績方面，國外的Industeel和新日鋼生產(chǎn)的9%Ni鋼已經(jīng)得到廣泛的應用，控制了主要的國際市場，國內(nèi)太鋼和南鋼生產(chǎn)的9%Ni鋼已應用于中石油在大連和江蘇等LNG儲罐上，在使用效果上目前還未發(fā)現(xiàn)什么問題。總體來說，國產(chǎn)9%Ni鋼已基本達到應用于大型LNG儲罐上的要求。

6 結(jié)語

(1)國內(nèi)鋼板的S、P含量比國外要高，合金成分控制方面稍差，各種性能指標比國外鋼板稍差，但也能達到標準規(guī)范要求。

(2)與國外生產(chǎn)廠家相比，國產(chǎn)的9%Ni鋼在拉伸實驗和沖擊試驗中表現(xiàn)出來的力學強度能和國外廠家已經(jīng)與國外產(chǎn)品接近。

總體來說，國產(chǎn)9%Ni鋼已基本達到應用于大型LNG儲罐上的要求。