[發明專利]Ni系低溫鋼及制造方法、液化天然氣儲罐和運輸船用船體

有效

• 申請號: 201210031780.7
• 申請日: 2012-02-13
• 公開（公告）號: CN102586683A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 潘濤;蘇航;楊才福;李麗;薛東妹;柴鋒;王卓;梁豐瑞;沈俊昶;王瑞珍
• 申請（專利權）人: 鋼鐵研究總院
• 主分類號: C22C38/16
• 分類號: C22C38/16
• 代理公司: 北京銘碩知識產權代理有限公司 11286
• 代理人: 薛義丹

技術領域

本發明涉及Ni系低溫鋼、該Ni系低溫鋼的制造方法以及利用該Ni系低溫鋼制造的液化天然氣儲罐和液化天然氣運輸船用船體。

背景技術

截止2010年，中國已成為世界上最大的液化天然氣(LNG)用戶之一，預計2015年沿海將建成10-15個300萬噸級LNG儲運站，并逐步擴大到500-1000萬噸級。同時小型衛星儲運站、調峰站、LNG運輸船也會有相當數量的規劃。但是，根據2005年6月“中美石油和天然氣論壇”發布的報告，北美目前在建和計劃中的LNG儲運站多達43座；全球需求激增，促使該領域大量研發投入。

LNG工業最關鍵的核心材料是要求-196℃低溫韌性的9％Ni低溫鋼板，它是民用普鋼產品中技術難度最大、要求最高的產品。它的研制和生產要求利用冶金生產流程中最先進的裝備條件和技術路線，包括高純凈冶煉、高合金連鑄、控制軋制和先進熱處理組織控制技術，帶來一系列的技術挑戰和技術創新要求。

鋼鐵材料隨著溫度的降低，韌性將迅速降低。一般-10℃以下使用的鋼就應認真考慮低溫韌性的要求。一般認為，Ni是改善鋼的低溫韌性最有效的元素。為滿足不同服役溫度的需要，先后發展了1.5Ni、3.5Ni、5Ni、7.5Ni、9Ni等Ni系低溫鋼(按重量百分比計)。9％Ni鋼最低設計使用溫度可以達到-196℃。

1944年美國INCO公司率先開發了在-196℃具有良好低溫韌性的高強度9％Ni鋼，以取代成本較高的Ni-Cr不銹鋼，1952年開始用于低溫容器的建造，1956年列入ASTM標準。1960年，美國CBI、INCO和U.S.Steel合作開展了對9％Ni鋼焊接性能的研究，結果表明9％Ni鋼焊接接頭的韌性良好，能夠滿足低溫容器安全運行的要求。自9％Ni鋼問世到上世紀七十年代初，歐美對9％Ni鋼進行了大量研究。日本各鋼廠從上世紀六十年代相繼開發了9％Ni鋼，1977年列入JIS標準。中國從上世紀八十年代開始采用進口9％Ni鋼建造低溫容器。到目前為止，在世界范圍內，9％Ni鋼以相對低廉的價格、較高的強度以及優異的低溫韌性和安全可靠性等優點，已大量取代Ni-Cr不銹鋼，成為LNG儲罐和其他超低溫韌性結構的主要關鍵用材。

9％Ni鋼作為LNG儲罐內罐用關鍵材料，因直接與冷凍LNG接觸、長期服役于-162℃的低溫環境，國外相關標準，如基于美國API620的ASTMA553type1、基于歐洲BS7777IvorV的EN10028-4：2003GrX7Ni9和日本JIS?G?3127-SL?9N?590等，對鋼板的熱處理狀態、化學成分、常溫拉伸力學性能、-196℃低溫沖擊韌性等技術條件均進行了較為嚴格的規定。最重要的是鋼板和焊接接頭要保證高的-196℃韌性水平。

要獲得足夠的低溫韌性，Ni系鋼的合金成分設計是首要影響因素。Ni是保證穩定低溫韌性的最主要元素，一般，鋼中Ni含量越高，服役溫度越低。與一定含量的Ni元素相配合，適當降低C和Si含量，以提高低溫韌性水平，降低韌脆轉化溫度。適量的Mn含量有助于改善強韌性匹配。而微合金化技術對Ni系鋼在原有性能水平上使力學指標進一步提升，例如，通過Nb微合金化+TMCP工藝相配合獲得細晶組織，采用微Ti處理提高焊接性，而微量Mo、V等元素則在基本不降低韌性的基礎上提高強度余量。

研究表明，要獲得足夠的低溫韌性，9％Ni鋼的冶煉水平是一個關鍵因素，而純凈度是冶煉水平的最直接反映。生產經驗顯示，只有雜質元素硫、磷含量較低的情況下9％Ni鋼才易獲得滿意的低溫韌性。同時，氣體含量也是9％Ni鋼冶煉應予以嚴格控制的，夾雜物數量增多，從而降低9％Ni鋼的韌性水平。

要想獲得較好的強韌性匹配和穩定的低溫韌性，熱處理也是一道關鍵工序。采取合理的淬火和回火工藝，以獲得一定量的、穩定的逆轉變奧氏體，是9％Ni鋼獲得低溫韌性的重要保障。國外的成功經驗是，9％Ni鋼經適當的熱處理后，-196℃的沖擊韌性可以提高一倍以上，同時鋼的脆性轉變溫度大幅度降低。日本新日鐵、歐洲阿塞洛等企業目前均能生產厚度為50mm的9％Ni鋼板。為適應大型LNG儲罐(200,000立方米以上)對9％Ni鋼厚板的要求，國外也在開發50mm以上規格的9％Ni鋼板，并對鋼中C、Mo、Cu、Si、Nb等元素的影響進行了研究。總之，從20世紀40年代到現在，國外一直沒有中斷對9％Ni鋼的研究和開發工作。9％Ni鋼的產品也不斷更新和發展，9％Ni鋼的理論研究和工程開發一直處于非常活躍的狀態。

發明內容

為了克服上述問題，本發明提供了一種具有良好的強韌性匹配的Ni系低溫鋼及其制造方法。