中國大型LNG儲罐用鋼國產(chǎn)化技術(shù)

    隨著能源短缺、能源結(jié)構(gòu)調(diào)整和環(huán)保壓力的增加，天然氣的需求在未來數(shù)年將保持強勁增長。在中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(fā)展。在中國LNG產(chǎn)業(yè)發(fā)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(yīng)如同掐在LNG產(chǎn)業(yè)“脖子”上的“手”，制約中國能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整。因此，9Ni鋼的國產(chǎn)化已成為解決中國能源戰(zhàn)略發(fā)展迫在眉睫的難題。

    上世紀(jì)70年代，中國開始研發(fā)Ni系低溫用鋼，但受到鋼鐵行業(yè)裝備水平和生產(chǎn)技術(shù)限制，沒能實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。本世紀(jì)初，在國家大型設(shè)備國產(chǎn)化背景下，國家發(fā)展改革委組織相關(guān)鋼鐵企業(yè)進行9Ni鋼攻關(guān)，鑒于太鋼在含鎳鋼（主要是奧氏體不銹鋼）生產(chǎn)領(lǐng)域的優(yōu)勢，首先在太鋼組織了9Ni鋼技術(shù)攻關(guān)，并成功填補國內(nèi)空白。9Ni鋼實現(xiàn)國產(chǎn)化后，國外廠家的對中國后續(xù)項目的報價從數(shù)萬美元降到數(shù)萬元人民幣，為中國新興的LNG事業(yè)作出了巨大貢獻。

　　低溫性能對工藝要求嚴(yán)格

　　由于LNG氣化溫度為零下162℃，對其結(jié)構(gòu)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(yōu)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(nèi)膽結(jié)構(gòu)材料。表1為國內(nèi)外9Ni鋼主流標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)指標(biāo)和客戶要求指標(biāo)。

　　原創(chuàng)表1：9Ni鋼主要標(biāo)準(zhǔn)及客戶要求技術(shù)指標(biāo)

　　為了保證9Ni鋼的低溫韌性，對9Ni鋼生產(chǎn)過程中的冶煉、熱軋和熱處理工藝都提出了嚴(yán)格的要求，如冶煉過程中必須開發(fā)超低S（≤0.002）、P（≤0.005）超純凈鋼的冶煉工藝。

　　攻克技術(shù)難關(guān)實現(xiàn)替代進口

　　從2005年開始，在國家發(fā)展改革委科技資金的支持下，太鋼開始9Ni鋼生產(chǎn)技術(shù)攻關(guān)，2007年通過容標(biāo)委技術(shù)評審，2008年依托江蘇LNG項目，國內(nèi)首次為LNG大型儲罐供貨；繼太鋼之后，鞍鋼、南鋼等研發(fā)的9Ni鋼相繼通過了容標(biāo)委認(rèn)證；太鋼、南鋼和鞍鋼生產(chǎn)的9Ni鋼已經(jīng)用于中石油、中石化和中海油大型LNG儲罐的建造，南鋼生產(chǎn)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(zhì)量，在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，國內(nèi)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(shè)計，保證焊接接頭的優(yōu)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(shù)要求，提高判定標(biāo)準(zhǔn)；探傷級別甚至達到S2E4，比進口鋼板S1E2的技術(shù)要求大幅度提高；坡口加工和卷曲曲率精度更加嚴(yán)格，打包精品運輸提出細致標(biāo)準(zhǔn)；獨立的第三方監(jiān)檢。這些提高實物品質(zhì)的措施要求都增加了9Ni鋼（尤其是10毫米以下薄規(guī)格）規(guī)模化生產(chǎn)的難度，以16萬立方米儲罐為例，10毫米以下薄規(guī)格鋼板以重量計約占45%（按鋼板塊數(shù)計占70%），對裝備、技術(shù)和管理都提出了新要求。

　　由于各鋼廠的設(shè)備能力和技術(shù)水平差異，在生產(chǎn)9Ni鋼過程中遇到了很多技術(shù)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(yán)重，導(dǎo)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(dǎo)致淬火后板形很難保障。

　　南鋼從2008年開始研發(fā)9Ni鋼，2009年底通過容標(biāo)委認(rèn)證。作為國內(nèi)第二家供貨的9Ni鋼生產(chǎn)企業(yè)，也是供貨最多、交貨進度最快的企業(yè)，卻沒有發(fā)生一起質(zhì)量異議。這得益于南鋼采用現(xiàn)代化的爐卷軋機生產(chǎn)線生產(chǎn)，其主要特點是：對于≤12mm薄規(guī)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(nèi)已有3家企業(yè)有供貨業(yè)績，其中太鋼鋼板有6臺、南鋼鋼板有4臺LNG罐投入商業(yè)運營，南鋼和鞍鋼正在供貨的各有兩臺，另外南鋼還生產(chǎn)了船用9Ni鋼7000多噸。表2和表3列出了9Ni鋼國內(nèi)外主要生產(chǎn)企業(yè)的實物質(zhì)量對比情況，可以看出，無論化學(xué)成分還是力學(xué)性能，國產(chǎn)9Ni鋼與歐洲和日本等國的產(chǎn)品基本處于同一水平，即國產(chǎn)9Ni鋼完全能替代進口產(chǎn)品。

　　打破國外Ni系低溫用鋼技術(shù)壟斷

　　到目前為止，中國已運營6個LNG接收站，建設(shè)大型LNG儲罐近20臺，其中10臺為國產(chǎn)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(yè)中，在建的20多臺LNG儲罐，中石油和中石化已實現(xiàn)LNG儲罐國產(chǎn)化；中海油天津3萬立方米LNG罐已經(jīng)采用南鋼的9Ni鋼預(yù)埋件，中海油正進行新一輪9Ni鋼國產(chǎn)化調(diào)研，未來LNG儲罐國產(chǎn)化比例將進一步提高。9Ni鋼的國產(chǎn)化為LNG產(chǎn)業(yè)國產(chǎn)化奠定了堅實基礎(chǔ)。

　　自從9Ni鋼國產(chǎn)化填補了國內(nèi)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(chǎn)化后，供貨周期顯著縮短。以南鋼為例，從開始生產(chǎn)、預(yù)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(chǎn)品送達工地。這是進口產(chǎn)品無法比擬的，在國內(nèi)外9Ni鋼同時供貨的前提下，目前進口9Ni鋼的質(zhì)量缺陷也暴露無遺，服務(wù)態(tài)度遠不如國內(nèi)鋼企。

　　9Ni鋼的國產(chǎn)化，不僅打破了國外對Ni系低溫用鋼生產(chǎn)技術(shù)的壟斷，也為中國冶金技術(shù)的進步和鋼鐵品種（尤其是高端品種）結(jié)構(gòu)優(yōu)化作出了重要貢獻。隨著LNG產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，9Ni鋼的國產(chǎn)化必將為中國能源戰(zhàn)略發(fā)展發(fā)揮更大的作用。