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我国大型LNG储罐用钢国产化技术发展
2013-07-25 来源：中国冶金报
随着能源短缺、能源结构调整和环保压力的增加，天然气的需求在未来数年将保持强劲增长。在我国采用多元化能源进口的策略下，液化天然气(LNG)进口量逐年增加，每年以约12%的增长速度高速发展。在我国LNG产业发展初期，建造大型LNG储罐所用的9Ni钢全部依赖进口，不仅价格高昂，而且交货周期长，LNG储罐用9Ni钢材料的供应如同掐在LNG产业“脖子”上的“手”，制约我国能源结构的调整。因此，9Ni钢的国产化已成为解决我国能源战略发展迫在眉睫的难题。
上世纪70年代，我国开始研发Ni系低温用钢，但受到钢铁行业装备水平和生产技术限制，没能实现产业化。本世纪初，在国家大型设备国产化背景下，国家发展改革委组织相关钢铁企业进行9Ni钢攻关，鉴于太钢在含镍钢（主要是奥氏体不锈钢）生产领域的优势，首先在太钢组织了9Ni钢技术攻关，并成功填补国内空白。9Ni钢实现国产化后，国外厂家的对我国后续项目的报价从数万美元降到数万元人民币，为我国新兴的LNG事业作出了巨大贡献。
低温性能对工艺要求严格
由于LNG气化温度为零下162℃，对其结构材料性能，尤其是低温性能要求极其苛刻。9Ni钢因其具有高强度、良好的低温韧性、良好的可焊性和优异的抗温差变形能力等特点，被国际上普遍采用作为LNG储罐内胆结构材料。表1（见06版）为国内外9Ni钢主流标准的技术指标和客户要求指标。
为了保证9Ni钢的低温韧性，对9Ni钢生产过程中的冶炼、热轧和热处理工艺都提出了严格的要求，如冶炼过程中必须开发超低S（≤0.002）、P（≤0.005）超纯净钢的冶炼工艺。
攻克技术难关实现替代进口
从2005年开始，在国家发展改革委科技资金的支持下，太钢开始9Ni钢生产技术攻关，2007年通过容标委技术评审，2008年依托江苏LNG项目，国内首次为LNG大型储罐供货；继太钢之后，鞍钢、南钢等研发的9Ni钢相继通过了容标委认证；太钢、南钢和鞍钢生产的9Ni钢已经用于中石油、中石化和中海油大型LNG储罐的建造，南钢生产的9Ni钢还大批量用于深冷压力容器的制造。
为了保证LNG储罐的质量，在相关标准的基础上，国内用户对钢板提出了更高的要求：低碳（≤0.07%）和高纯净度（P≤0.005%、S≤0.002%）成分设计，保证焊接接头的优良性能、低温韧性和抗裂性能；更高的低温冲击功（≥100J）和纤维断面率要求；头尾逐块取样，增加NDT、CTOD等技术要求，提高判定标准；探伤级别甚至达到S2E4，比进口钢板S1E2的技术要求大幅度提高；坡口加工和卷曲曲率精度更加严格，打包精品运输提出细致标准；独立的第三方监检。这些提高实物品质的措施要求都增加了9Ni钢（尤其是10毫米以下薄规格）规模化生产的难度，以16万立方米储罐为例，10毫米以下薄规格钢板以重量计约占45%（按钢板块数计占70%），对装备、技术和管理都提出了新要求。
由于各钢厂的设备能力和技术水平差异，在生产9Ni钢过程中遇到了很多技术难题和困难。例如采用明火炉+淬火（或固溶处理）机，9Ni钢这种低碳中等合金钢在明火炉中氧化严重，导致淬火前氧化铁皮厚重，不利于淬火过程中钢板温度场的均匀性。同时由于明火炉中加热温度的不均匀性，导致淬火后板形很难保障。
南钢从2008年开始研发9Ni钢，2009年底通过容标委认证。作为国内第二家供货的9Ni钢生产企业，也是供货最多、交货进度最快的企业，却没有发生一起质量异议。这得益于南钢采用现代化的炉卷轧机生产线生产，其主要特点是：对于≤12mm薄规格钢板采用炉卷轧制，既能保证整张轧件温度场的均匀性，从而保证组织性能的均匀性，还可以通过微张力控制保证薄板板形；采用辐射管加热，能降低钢板表面氧化程度，更能保证整张钢板温度均匀性控制在±5℃；采用辊式淬火机淬火，能保证板形控制在6mm/m、8mm/2m。
目前，国内已有3家企业有供货业绩，其中太钢钢板有6台、南钢钢板有4台LNG罐投入商业运营，南钢和鞍钢正在供货的各有两台，另外南钢还生产了船用9Ni钢7000多吨。表2（见06版）和表3（见06版）列出了9Ni钢国内外主要生产企业的实物质量对比情况，可以看出，无论化学成分还是力学性能，国产9Ni钢与欧洲和日本等国的产品基本处于同一水平，即国产9Ni钢完全能替代进口产品。
打破国外Ni系低温用钢技术垄断
到目前为止，我国已运营6个LNG接收站，建设大型LNG储罐近20台，其中10台为国产9Ni钢建造，用钢2万余吨，储罐运行情况良好。在三大能源企业中，在建的20多台LNG储罐，中石油和中石化已实现LNG储罐国产化；中海油天津3万立方米LNG罐已经采用南钢的9Ni钢预埋件，中海油正进行新一轮9Ni钢国产化调研，未来LNG储罐国产化比例将进一步提高。9Ni钢的国产化为LNG产业国产化奠定了坚实基础。
自从9Ni钢国产化填补了国内超低温用Ni系钢的空白以来，9Ni钢价格从近10万元/吨降了近2/3，显著降低了LNG储罐的建造成本。
从国外进口，9Ni钢的供货周期通常需要1年以上，国产化后，供货周期显著缩短。以南钢为例，从开始生产、预制钢板到最终送达，交货周期约3个月，其中唐山项目的首批钢板只用45天即将产品送达工地。这是进口产品无法比拟的，在国内外9Ni钢同时供货的前提下，目前进口9Ni钢的质量缺陷也暴露无遗，服务态度远不如国内钢企。
9Ni钢的国产化，不仅打破了国外对Ni系低温用钢生产技术的垄断，也为我国冶金技术的进步和钢铁品种（尤其是高端品种）结构优化作出了重要贡献。随着LNG产业的发展，9Ni钢的国产化必将为我国能源战略发展发挥更大的作用。
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