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LNG储罐9Ni低温钢低碳马氏体钢的焊接
发布人：上海艾荔艾金属材料有限公司www.shailiai.com
更新时间：2015-06-06
目前常用于LNG罐的材料主要有9Ni钢、5Ni钢、奥氏体不锈钢和铝镁合金钢等，而9Ni钢以其强度高、易于加工和焊接性能优良等优势，被广泛用于LNG储罐设备中。
天然气的液化温度为-162℃，液化后的天然气（简称LNG）体积为气态的1/600，这就使得对LNG储罐的材质要求较高，目前常用于LNG罐的材料主要有9Ni钢、5Ni钢、奥氏体不锈钢和铝镁合金钢等，而9Ni钢以其强度高、易于加工和焊接性能优良等优势，被广泛用于LNG储罐设备中。
9Ni钢最早是1944年开发的ω（Ni）=9%的低碳钢，使用温度最低可达-196℃。1952年世界上第一台9Ni钢储罐在美国投入使用，1960年通过研究证明，不进行焊后消除应力热处理亦可安全使用，自此9Ni钢就开始成为用于制造大型低温储罐的主要材料之一。1969年日本建造的第一台LNG储罐最大罐容已达20×104m3。2004年，我国首个大型LNG低温储罐项目在广东大鹏开工，以及后来的福建、大连、宁波等地筹建的LNG项目都采用了9Ni钢材料。
9Ni钢是典型的低碳马氏体钢，本身耐低温（-196℃，LNG储罐设计温度-162℃）。它的低温力学性能主要取决于其化学成分，尤其是Ni和C的含量，此外9Ni钢的韧性还取决于钢的纯净度及显微组织。从化学成分上看，其Ni含量较大，因此具有一定的淬硬性。含碳量降低可以使回火马氏体中碳化物的析出大大减少，从而改善低温韧性，而碳含量过高则会导致焊接性能和冷脆性能严重恶化。因此，在合金化过程中，要严格控制C的含量，使其保持在低碳范围内，同时，P、S、Mn、Mo、Cr等合金元素的含量也要控制在较低范围内。
迄今为止，9Ni钢在LNG设备中的应用已有近60年的历史，随着世界经济和贸易的飞速发展，液态天然气已经成为世界油气工业的新热点。为促进能源供应多元化和改善能源消费结构，海洋石油工程股份有限公司对LNG产业的发展越来越重视，投入了大量的人力、物力，已迅速在本领域取得一席之地，然而LNG储罐的施工也必然需要解决一系列的技术问题。针对LNG低温储罐9Ni低温钢材料的特点以及在焊接过程中容易出现的冷裂纹、热裂纹、低温韧性降低、电弧磁偏吹等问题开展的研究分析表明，9Ni钢在焊接施工中要达到理想的施工效果可采取下列主要控制措施：
（1）选择低氢、低碳的焊接材料，使焊材与母材在室温和高温下的线膨胀系数基本相近，从而避免因不均匀的热胀冷缩造成的热应力。
（2）施焊前，利用有机溶液清洗或打磨的方法，对焊接坡口表面进行清理；环境温度低于5℃时，焊接前必须对母材进行预热处理；焊材严格按照要求保存，随取随用，严禁长期暴露在空气中。
（3）正确选择焊接材料，选择高Ni的焊材，焊接时虽然通过高温损耗和母材对焊缝金属的稀释，仍有足够高的奥氏体组织，避免熔合线出现脆硬马氏体带。
（4）严格控制线能量，一般控制在0.7～3.0kJ/mm，尽量采用较小的热输入焊接。
（5）母材在加工运输中避免与磁性材料接触，如仍有剩磁，焊前应对9Ni钢进行消磁处理，确保母材的剩磁量在要求值之内。
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