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LNG儲罐中9Ni低溫鋼的焊接

歐浦鋼網  2015年06月05日

天然氣的液化溫度為-162℃，液化后的天然氣（簡稱LNG）體積為氣態的1/600，這就使得對LNG儲罐的材質要求較高，目前常用于LNG罐的材料主要有9Ni鋼、5Ni鋼、奧氏體不銹鋼和鋁鎂合金鋼等，而9Ni鋼以其強度高、易于加工和焊接性能優良等優勢，被廣泛用于LNG儲罐設備中。

9Ni鋼最早是1944年開發的ω（Ni）=9%的低碳鋼，使用溫度最低可達-196℃。1952年世界上第一臺9Ni鋼儲罐在美國投入使用，1960年通過研究證明，不進行焊后消除應力熱處理亦可安全使用，自此9Ni鋼就開始成為用于制造大型低溫儲罐的主要材料之一。1969年日本建造的第一臺LNG儲罐最大罐容已達20×104m3。2004年，我國首個大型LNG低溫儲罐項目在廣東大鵬開工，以及后來的福建、大連、寧波等地籌建的LNG項目都采用了9Ni鋼材料。

9Ni鋼是典型的低碳馬氏體鋼，本身耐低溫（-196℃，LNG儲罐設計溫度-162℃）。它的低溫力學性能主要取決于其化學成分，尤其是Ni和C的含量，此外9Ni鋼的韌性還取決于鋼的純凈度及顯微組織。從化學成分上看，其Ni含量較大，因此具有一定的淬硬性。含碳量降低可以使回火馬氏體中碳化物的析出大大減少，從而改善低溫韌性，而碳含量過高則會導致焊接性能和冷脆性能嚴重惡化。因此，在合金化過程中，要嚴格控制C的含量，使其保持在低碳范圍內，同時，P、S、Mn、Mo、Cr等合金元素的含量也要控制在較低范圍內。

迄今為止，9Ni鋼在LNG設備中的應用已有近60年的歷史，隨著世界經濟和貿易的飛速發展，液態天然氣已經成為世界油氣工業的新熱點。為促進能源供應多元化和改善能源消費結構，海洋石油工程股份有限公司對LNG產業的發展越來越重視，投入了大量的人力、物力，已迅速在本領域取得一席之地，然而LNG儲罐的施工也必然需要解決一系列的技術問題。針對LNG低溫儲罐9Ni低溫鋼材料的特點以及在焊接過程中容易出現的冷裂紋、熱裂紋、低溫韌性降低、電弧磁偏吹等問題開展的研究分析表明，9Ni鋼在焊接施工中要達到理想的施工效果可采取下列主要控制措施：

（1）選擇低氫、低碳的焊接材料，使焊材與母材在室溫和高溫下的線膨脹系數基本相近，從而避免因不均勻的熱脹冷縮造成的熱應力。

（2）施焊前，利用有機溶液清洗或打磨的方法，對焊接坡口表面進行清理；環境溫度低于5℃時，焊接前必須對母材進行預熱處理；焊材嚴格按照要求保存，隨取隨用，嚴禁長期暴露在空氣中。

（3）正確選擇焊接材料，選擇高Ni的焊材，焊接時雖然通過高溫損耗和母材對焊縫金屬的稀釋，仍有足夠高的奧氏體組織，避免熔合線出現脆硬馬氏體帶。

（4）嚴格控制線能量，一般控制在0.7～3.0kJ/mm，盡量采用較小的熱輸入焊接。

（5）母材在加工運輸中避免與磁性材料接觸，如仍有剩磁，焊前應對9Ni鋼進行消磁處理，確保母材的剩磁量在要求值之內。（中國冶金報）

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