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我國大型LNG儲罐用鋼國產化技術發展
2013-07-25 來源：中國冶金報
隨著能源短缺、能源結構調整和環保壓力的增加，天然氣的需求在未來數年將保持強勁增長。在我國采用多元化能源進口的策略下，液化天然氣(LNG)進口量逐年增加，每年以約12%的增長速度高速發展。在我國LNG產業發展初期，建造大型LNG儲罐所用的9Ni鋼全部依賴進口，不僅價格高昂，而且交貨周期長，LNG儲罐用9Ni鋼材料的供應如同掐在LNG產業“脖子”上的“手”，制約我國能源結構的調整。因此，9Ni鋼的國產化已成為解決我國能源戰略發展迫在眉睫的難題。
上世紀70年代，我國開始研發Ni系低溫用鋼，但受到鋼鐵行業裝備水平和生產技術限制，沒能實現產業化。本世紀初，在國家大型設備國產化背景下，國家發展改革委組織相關鋼鐵企業進行9Ni鋼攻關，鑒于太鋼在含鎳鋼（主要是奧氏體不銹鋼）生產領域的優勢，首先在太鋼組織了9Ni鋼技術攻關，并成功填補國內空白。9Ni鋼實現國產化后，國外廠家的對我國后續項目的報價從數萬美元降到數萬元人民幣，為我國新興的LNG事業作出了巨大貢獻。
低溫性能對工藝要求嚴格
由于LNG氣化溫度為零下162℃，對其結構材料性能，尤其是低溫性能要求極其苛刻。9Ni鋼因其具有高強度、良好的低溫韌性、良好的可焊性和優異的抗溫差變形能力等特點，被國際上普遍采用作為LNG儲罐內膽結構材料。表1（見06版）為國內外9Ni鋼主流標準的技術指標和客戶要求指標。
為了保證9Ni鋼的低溫韌性，對9Ni鋼生產過程中的冶煉、熱軋和熱處理工藝都提出了嚴格的要求，如冶煉過程中必須開發超低S（≤0.002）、P（≤0.005）超純凈鋼的冶煉工藝。
攻克技術難關實現替代進口
從2005年開始，在國家發展改革委科技資金的支持下，太鋼開始9Ni鋼生產技術攻關，2007年通過容標委技術評審，2008年依托江蘇LNG項目，國內首次為LNG大型儲罐供貨；繼太鋼之后，鞍鋼、南鋼等研發的9Ni鋼相繼通過了容標委認證；太鋼、南鋼和鞍鋼生產的9Ni鋼已經用于中石油、中石化和中海油大型LNG儲罐的建造，南鋼生產的9Ni鋼還大批量用于深冷壓力容器的制造。
為了保證LNG儲罐的質量，在相關標準的基礎上，國內用戶對鋼板提出了更高的要求：低碳（≤0.07%）和高純凈度（P≤0.005%、S≤0.002%）成分設計，保證焊接接頭的優良性能、低溫韌性和抗裂性能；更高的低溫沖擊功（≥100J）和纖維斷面率要求；頭尾逐塊取樣，增加NDT、CTOD等技術要求，提高判定標準；探傷級別甚至達到S2E4，比進口鋼板S1E2的技術要求大幅度提高；坡口加工和卷曲曲率精度更加嚴格，打包精品運輸提出細致標準；獨立的第三方監檢。這些提高實物品質的措施要求都增加了9Ni鋼（尤其是10毫米以下薄規格）規模化生產的難度，以16萬立方米儲罐為例，10毫米以下薄規格鋼板以重量計約占45%（按鋼板塊數計占70%），對裝備、技術和管理都提出了新要求。
由于各鋼廠的設備能力和技術水平差異，在生產9Ni鋼過程中遇到了很多技術難題和困難。例如采用明火爐+淬火（或固溶處理）機，9Ni鋼這種低碳中等合金鋼在明火爐中氧化嚴重，導致淬火前氧化鐵皮厚重，不利于淬火過程中鋼板溫度場的均勻性。同時由于明火爐中加熱溫度的不均勻性，導致淬火后板形很難保障。
南鋼從2008年開始研發9Ni鋼，2009年底通過容標委認證。作為國內第二家供貨的9Ni鋼生產企業，也是供貨最多、交貨進度最快的企業，卻沒有發生一起質量異議。這得益于南鋼采用現代化的爐卷軋機生產線生產，其主要特點是：對于≤12mm薄規格鋼板采用爐卷軋制，既能保證整張軋件溫度場的均勻性，從而保證組織性能的均勻性，還可以通過微張力控制保證薄板板形；采用輻射管加熱，能降低鋼板表面氧化程度，更能保證整張鋼板溫度均勻性控制在±5℃；采用輥式淬火機淬火，能保證板形控制在6mm/m、8mm/2m。
目前，國內已有3家企業有供貨業績，其中太鋼鋼板有6臺、南鋼鋼板有4臺LNG罐投入商業運營，南鋼和鞍鋼正在供貨的各有兩臺，另外南鋼還生產了船用9Ni鋼7000多噸。表2（見06版）和表3（見06版）列出了9Ni鋼國內外主要生產企業的實物質量對比情況，可以看出，無論化學成分還是力學性能，國產9Ni鋼與歐洲和日本等國的產品基本處于同一水平，即國產9Ni鋼完全能替代進口產品。
打破國外Ni系低溫用鋼技術壟斷
到目前為止，我國已運營6個LNG接收站，建設大型LNG儲罐近20臺，其中10臺為國產9Ni鋼建造，用鋼2萬余噸，儲罐運行情況良好。在三大能源企業中，在建的20多臺LNG儲罐，中石油和中石化已實現LNG儲罐國產化；中海油天津3萬立方米LNG罐已經采用南鋼的9Ni鋼預埋件，中海油正進行新一輪9Ni鋼國產化調研，未來LNG儲罐國產化比例將進一步提高。9Ni鋼的國產化為LNG產業國產化奠定了堅實基礎。
自從9Ni鋼國產化填補了國內超低溫用Ni系鋼的空白以來，9Ni鋼價格從近10萬元/噸降了近2/3，顯著降低了LNG儲罐的建造成本。
從國外進口，9Ni鋼的供貨周期通常需要1年以上，國產化后，供貨周期顯著縮短。以南鋼為例，從開始生產、預制鋼板到最終送達，交貨周期約3個月，其中唐山項目的首批鋼板只用45天即將產品送達工地。這是進口產品無法比擬的，在國內外9Ni鋼同時供貨的前提下，目前進口9Ni鋼的質量缺陷也暴露無遺，服務態度遠不如國內鋼企。
9Ni鋼的國產化，不僅打破了國外對Ni系低溫用鋼生產技術的壟斷，也為我國冶金技術的進步和鋼鐵品種（尤其是高端品種）結構優化作出了重要貢獻。隨著LNG產業的發展，9Ni鋼的國產化必將為我國能源戰略發展發揮更大的作用。
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