萊鋼LNG 儲(chǔ)罐用06Ni9DR（9Ni）鋼板簡介
一、前言
當(dāng)前中國經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速的發(fā)展勢頭仍在繼續(xù)，但是為保障經(jīng)濟(jì)的能源動(dòng)力卻極度緊缺。中國的能源結(jié)構(gòu)以煤炭為主，石油、天然氣只占到很小的比例，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于世界平均水平。隨著國家對能源需求的不斷增長，引進(jìn)LNG將對優(yōu)化中國的能源結(jié)構(gòu)，有效解決能源供應(yīng)安全、生態(tài)環(huán)境保護(hù)的雙重問題，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展發(fā)揮重要作用。06Ni9DR鋼又被稱為9Ni鋼、9％Ni鋼等，是含鎳量為8.5～10％的超低溫鋼，深冷環(huán)境下使用的韌性最好的材料,同時(shí)也是冶金行業(yè)公認(rèn)的開發(fā)技術(shù)難度最大的鋼種之一，它具有很多優(yōu)點(diǎn)：高的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度、優(yōu)良的低溫韌性、良好的可焊性以及較低的成本等。因此成為-196℃級低溫設(shè)備和容器的最重要結(jié)構(gòu)材料，廣泛用于制造或建造液氮和液化天然氣貯罐。
根據(jù)有關(guān)研究資料表明，未來20年中國天然氣年消費(fèi)需求將達(dá)到2275.4×108立方米至2965.4×108立方米，國內(nèi)產(chǎn)量約為每年1200×108立方米，缺口約為1075.4×108立方米至1761.4×108立方米。我國未來若干年LNG發(fā)展前景看好。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國沿海地區(qū)在2015年以前擬建設(shè)LNG進(jìn)口接收項(xiàng)目總規(guī)模接近年7000×104噸。按照中國的LNG使用計(jì)劃，2020年國內(nèi)生產(chǎn)能力將達(dá)到2400億立方米，而在進(jìn)口天然氣方面，發(fā)改委預(yù)計(jì)到2020年，中國要進(jìn)口350億立方米，相當(dāng)于2500萬噸/年，是目前廣東省接收站的總量的7倍，這將使沿海地區(qū)LNG碼頭和接收終端建設(shè)進(jìn)入新的發(fā)展階段，同時(shí)中國需要更多的LNG船舶來更好地保障進(jìn)口項(xiàng)目的實(shí)施, 可以預(yù)見，在未來的若干年內(nèi)，9Ni鋼作為LNG儲(chǔ)運(yùn)設(shè)備的主要結(jié)構(gòu)材料將被大量使用。
9Ni鋼是冶金行業(yè)公認(rèn)的開發(fā)技術(shù)難度最大的鋼種之一，它對冶煉的合金含量、鋼質(zhì)純凈度要求極高，萊鋼通過技術(shù)中心和煉鋼廠的全力配合下，實(shí)現(xiàn)了萊鋼9Ni鋼P含量控制在0.003%左右，S含量控制在0.001%左右，碳含量控制在0.03%左右，五大有害元素P、S、N、O、H含量之和小于85ppm，其余化學(xué)成分也全部合格。鑄坯內(nèi)部質(zhì)量達(dá)到了中心偏析0.5級，中心疏松0.5級，鑄坯表面完全沒有出現(xiàn)的表面裂紋問題。在鋼板表面質(zhì)量方面，通過鑄坯扒皮、噴涂防氧化涂料、控制加熱溫度、控制加熱時(shí)間、高壓水除磷等工藝措施，有效控制了氧化鐵皮造成的表面質(zhì)量問題，在隨后熱處理結(jié)束后，通過拋丸，真空吸盤吊運(yùn)等措施，有效防止電磁吊對鋼板磁化和對表面損傷。由于9Ni鋼中合金含量很高，Ni含量達(dá)到了9%，因此熱軋完后，切頭、切尾、切邊后的余料完全可以作為Ni合金原料或者在再次冶煉9Ni時(shí)，加入到鋼水中，起到循環(huán)利用的作用，有效降低了9Ni鋼成本。
二、成分及性能要求
表1
|
牌號 |
化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）/% |
|||||||
|
06Ni9DR（9%Ni） |
C |
Si |
Mn |
P |
S |
Ni |
Mo |
V |
|
≤0.08 |
≤0.35 |
0.30～0.80 |
≤0.008 |
≤0.004 |
8.50～10.00 |
≤0.10 |
≤0.01 |
|
表2
|
牌號 |
公稱厚度 mm |
拉伸試驗(yàn)（橫向） |
沖擊試驗(yàn)（橫向） |
|||
|
抗拉強(qiáng)度 Rm，MPa |
屈服強(qiáng)度 ReL/MPa |
斷后伸長率 A/% |
試驗(yàn)溫度，℃ |
KV2，J |
||
|
06Ni9DR （9%Ni） |
5~30 |
680~820 |
≥560 |
≥19 |
-196 |
≥120 |
|
＞30~40 |
≥550 |
|||||
三、試制規(guī)格
進(jìn)行了10mm、20mm、30mm、40mm共4個(gè) 厚度規(guī)格的試制，其中10mm熱處理工藝分為NNT（正火+兩相區(qū)正火+回火）和QLT（淬火+兩相區(qū)淬火+回火）。
四、實(shí)物質(zhì)量
1鋼板力學(xué)性能測試結(jié)果
表3鋼板拉伸性能試驗(yàn)結(jié)果
|
板厚 mm |
取樣部位 |
取樣 方向 |
下屈服強(qiáng)度ReL （MPa） |
抗拉強(qiáng)度Rm （MPa） |
斷后伸長率A （%） |
|
10 (NNT) |
全厚度 |
橫向 |
622，616，617（618） |
691，697，689（692） |
25.0，24.5，24.5（24.5） |
|
10 (QLT) |
橫向 |
631，624，629（628） |
693，692，697（694） |
24.0，23.5，24.5（24.0） |
|
|
20 (QLT) |
全厚度 |
橫向 |
634，638，637（636） |
703，702，702（702） |
25.0，24.0，24.0（24.5） |
|
縱向 |
643，642，642（642） |
707，703，708（706） |
24.0，24.5，23.5（24.0） |
||
|
30 (QLT) |
T/4 |
橫向 |
661，654，662（659） |
703，714，712（710） |
29.5，28.0，28.5（28.5） |
|
T/2 |
橫向 |
651，655，652（653） |
702，703，699（701） |
27.0，26.5，26.5（26.5） |
|
|
T/4 |
縱向 |
664，667，662（664） |
708，707，711（709） |
28.5，27.0，26.5（27.5） |
|
|
T/2 |
縱向 |
649，653，651（651） |
701，703，707（704） |
27.5，28.5，27.0（27.5） |
|
|
40 (QLT) |
T/4 |
橫向 |
657，651，652（653） |
698，697，702（699） |
28.0，27.5，27.0（27.5） |
|
T/2 |
橫向 |
647，644，644（645） |
693，691，696（693） |
29.5，28.5，29.0（29.0） |
表4鋼板鋼板的沖擊試驗(yàn)結(jié)果
|
板厚mm |
取樣 方向 |
取樣 部位 |
溫度（℃） |
KV2（J） |
側(cè)向膨脹 mm |
|
10 (NNT) |
橫向 |
全厚度 |
常溫 |
344，372，358（358） |
2.62，2.70，2.68（2.67） |
|
-196 |
292，305，298（298） |
2.48，2.46，2.48（2.47） |
|||
|
10 (QLT) |
橫向 |
全厚度 |
常溫 |
345，333，327（335） |
2.64，2.58，2.56（2.59） |
|
-196 |
279，258，272（270） |
2.45，2.38，2.39（2.41） |
|||
|
20 (QLT) |
橫向 |
表層 |
常溫 |
318，352，316（329） |
2.60，2.62，2.52（2.58） |
|
-196 |
262，269，289（273） |
2.40，2.42，2.48（2.43） |
|||
|
縱向 |
表層 |
常溫 |
331，378，390（366） |
2.56，2.70，2.76（2.67） |
|
|
-196 |
281，297，287（288） |
2.46，2.46，2.45（2.46） |
|||
|
30 (QLT) |
橫向 |
T/4 |
常溫 |
314，359，328（334） |
2.50，2.66，2.52（2.56） |
|
-196 |
257，241，249（249） |
2.40，2.38，2.38（2.39） |
|||
|
橫向 |
T/2 |
常溫 |
309，350，344（334） |
2.48，2.64，2.60（2.57） |
|
|
-196 |
271，253，273（266） |
2.49，2.42，2.48（2.46） |
|||
|
縱向 |
T/4 |
常溫 |
361，344，348（351） |
2.62，2.58，2.60（2.60） |
|
|
-196 |
288，290，301（293） |
2.46，2.46，2.56（2.49） |
|||
|
縱向 |
T/2 |
常溫 |
328，332，379（346） |
2.56，2.58，2.70（2.61） |
|
|
-196 |
288，270，287（282） |
2.44，2.40，2.42（2.42） |
|||
|
40 (QLT) |
橫向 |
T/4 |
常溫 |
305，312，311（309） |
2.50，2.50，2.52（2.51） |
|
-196 |
261，279，251（264） |
2.44，2.46，2.42（2.44） |
|||
|
橫向 |
T/2 |
常溫 |
342，320，339（334） |
2.60，2.54，2.58（2.57） |
|
|
-196 |
288，280，285（284） |
2.46，2.46，2.44（2.45） |
表5 冷彎試驗(yàn)結(jié)果
|
板厚 mm |
彎軸直徑mm |
支座間距mm |
彎曲角° |
試驗(yàn)結(jié)果 |
|
10（64100） |
30 |
51 |
180 |
全部合格 |
|
10（64300） |
30 |
51 |
180 |
全部合格 |
|
20 |
60 |
101 |
180 |
全部合格 |
|
30 |
75 |
126 |
180 |
全部合格 |
|
40 |
75 |
126 |
180 |
全部合格 |
表6 維氏硬度試驗(yàn)結(jié)果
|
板厚 mm |
位置 |
HV10 |
|
30 |
表層 |
257.4，252.4，244.3 （251） |
|
T/2 |
233.4，236.2，241.3 （237） |
|
|
40 |
表層 |
257.1，252.0，249.6 （253） |
|
T/2 |
243.5，244.7，245.8 （245） |
2.模擬焊后熱處理試驗(yàn)結(jié)果
本試驗(yàn)分別選定30mm厚鋼板分別進(jìn)行540℃、560℃、580℃做為模擬焊后熱處理溫度，并恒溫保溫時(shí)間為2小時(shí)，并對熱處理后的30mm厚鋼板進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)。
表10 30mm鋼板不同消除應(yīng)力熱處理拉伸試驗(yàn)結(jié)果
|
熱處理 溫度℃ |
取樣 部位 |
下屈服強(qiáng)度ReL （MPa） |
抗拉強(qiáng)度Rm （MPa） |
斷后伸長率A （%） |
|
|
540 |
T/4 |
620，624，619（621） |
695，697，693（695） |
28.5，28.0，29.0（28.5） |
|
|
560 |
T/4 |
618，617，618（618） |
698，701，695（698） |
29.5，28.5，29.0（29.0） |
|
|
580 |
T/4 |
615，612，614（614） |
700，699，692（697） |
29.5，29.0，29.5（29.5） |
|
|
最佳SR |
橫向 |
T/4 |
622，623，618（621） |
701，700，695（699） |
30.0，29.5，29.5（29.5） |
|
T/2 |
599，601，591（597） |
682，681，684（682） |
28.5，29.5，29.0（29.0） |
||
|
縱向 |
T/4 |
633，637，630（633） |
714，705，703（707） |
28.0，29.0，29.0（28.5） |
|
|
T/2 |
594，593，607（598） |
688，684，683（685） |
28.5，28.0，28.5（28.5） |
||
SR（模擬焊后熱處理）溫度為580℃時(shí)，鋼板的抗拉強(qiáng)度、下屈服強(qiáng)度下降較多，即該鋼板應(yīng)避免溫度超過580℃的應(yīng)力消除熱處理。
30mm鋼板不同消除應(yīng)力熱處理沖擊試驗(yàn)結(jié)果
|
熱處理溫度 ℃ |
取樣 部位 |
取樣 方向 |
試驗(yàn)溫度 ℃ |
KV2 J |
側(cè)向膨脹 mm
|
|
540 |
T/4 |
橫向 |
20 |
300，284，293（292） |
2.48，2.43，2.43（2.45） |
|
-196 |
235，249，253（246） |
2.27，2.30，2.32（2.30） |
|||
|
560 |
T/4 |
橫向 |
20 |
284，286，277（282） |
2.42，2.43，2.42（2.42） |
|
-196 |
222，230，236（229） |
2.25，2.24，2.27（2.25） |
|||
|
580 |
T/4 |
橫向 |
20 |
299，298，254（284） |
2.46，2.44，2.40（2.43） |
|
-196 |
221，223，216（220） |
2.24，2.25，2.22（2.24） |
|||
|
最佳SR |
T/4 |
橫向 |
20 |
295，281，280（285） |
2.47，2.43，2.42（2.44） |
|
-196 |
212，227，218（219） |
2.21，2.23，2.22（2.22） |
|||
|
T/2 |
20 |
281，283，279（281） |
2.43，2.44，2.41（2.43） |
||
|
-196 |
238，221，220（226） |
2.26，2.24，2.22（2.24） |
|||
|
T/4 |
縱向 |
20 |
336，333，325（331） |
2.52，2.51，2.51（2.51） |
|
|
-196 |
281，273，279（278） |
2.43，2.40，2.41（2.41） |
|||
|
T/2 |
20 |
318，315，296（310） |
2.50，2.51，2.46（2.49） |
||
|
-196 |
250，263，259（257） |
2.31，2.34，2.32（2.32） |
以上結(jié)果可看出，經(jīng)不同溫度應(yīng)力消除熱處理后鋼板的室溫和低溫-196℃沖擊功都有一定的下降，要避免在較高的溫度下進(jìn)行SR處理?？紤]到鋼板的實(shí)際回火溫度，試驗(yàn)中選擇560℃對鋼板進(jìn)行應(yīng)力消除熱處理。
3.產(chǎn)品表面質(zhì)量
圖1 萊鋼9Ni鋼產(chǎn)品表面質(zhì)量
4、鋼板的剩磁
06Ni9DR容易被磁化，經(jīng)磁化的鋼板在焊接過程中容易產(chǎn)生磁偏吹，給焊接帶來困難，萊鋼06Ni9DR鋼板要求剩磁均小于20Gs，能很好的滿足焊接要求。
五、技術(shù)評審工作
萊鋼06Ni9DR鋼板于2012年11月通過了全國鍋爐壓力容器標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)委員會(huì)的技術(shù)評審，產(chǎn)品企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)為國內(nèi)外同類鋼板標(biāo)準(zhǔn)的先進(jìn)水平。
圖2 萊鋼06Ni9DR鋼技術(shù)評審意見及評審證書
