中國(guó)大型LNG儲(chǔ)罐用鋼國(guó)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(lái)數(shù)年將保持強(qiáng)勁增長(zhǎng)。在中國(guó)采用多元化能源進(jìn)口的策略下，液化天然氣（LNG）進(jìn)口量逐年增加，每年以約12%的增長(zhǎng)速度高速發(fā)展。在中國(guó)LNG產(chǎn)業(yè)發(fā)展初期，建造大型LNG儲(chǔ)罐所用的9Ni鋼全部依賴進(jìn)口，不僅價(jià)格高昂，而且交貨周期長(zhǎng)，LNG儲(chǔ)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(guó)能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整。因此，9Ni鋼的國(guó)產(chǎn)化已成為解決中國(guó)能源戰(zhàn)略發(fā)展迫在眉睫的難題。

    上世紀(jì)70年代，中國(guó)開(kāi)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(méi)能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。本世紀(jì)初，在國(guó)家大型設(shè)備國(guó)產(chǎn)化背景下，國(guó)家發(fā)展改革委組織相關(guān)鋼鐵企業(yè)進(jìn)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(shì)，首先在太鋼組織了9Ni鋼技術(shù)攻關(guān)，并成功填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白。9Ni鋼實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化后，國(guó)外廠家的對(duì)中國(guó)后續(xù)項(xiàng)目的報(bào)價(jià)從數(shù)萬(wàn)美元降到數(shù)萬(wàn)元人民幣，為中國(guó)新興的LNG事業(yè)作出了巨大貢獻(xiàn)。

　　低溫性能對(duì)工藝要求嚴(yán)格

　　由于LNG氣化溫度為零下162℃，對(duì)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(qiáng)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(diǎn)，被國(guó)際上普遍采用作為L(zhǎng)NG儲(chǔ)罐內(nèi)膽結(jié)構(gòu)材料。表1為國(guó)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(duì)9Ni鋼生產(chǎn)過(guò)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(guò)程中必須開(kāi)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(shí)現(xiàn)替代進(jìn)口

　　從2005年開(kāi)始，在國(guó)家發(fā)展改革委科技資金的支持下，太鋼開(kāi)始9Ni鋼生產(chǎn)技術(shù)攻關(guān)，2007年通過(guò)容標(biāo)委技術(shù)評(píng)審，2008年依托江蘇LNG項(xiàng)目，國(guó)內(nèi)首次為L(zhǎng)NG大型儲(chǔ)罐供貨；繼太鋼之后，鞍鋼、南鋼等研發(fā)的9Ni鋼相繼通過(guò)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(chǔ)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(chǔ)罐的質(zhì)量，在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，國(guó)內(nèi)用戶對(duì)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(jì)，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(jí)別甚至達(dá)到S2E4，比進(jìn)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(yùn)輸提出細(xì)致標(biāo)準(zhǔn)；獨(dú)立的第三方監(jiān)檢。這些提高實(shí)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(wàn)立方米儲(chǔ)罐為例，10毫米以下薄規(guī)格鋼板以重量計(jì)約占45%（按鋼板塊數(shù)計(jì)占70%），對(duì)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(guò)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(jī)，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(guò)程中鋼板溫度場(chǎng)的均勻性。同時(shí)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(kāi)始研發(fā)9Ni鋼，2009年底通過(guò)容標(biāo)委認(rèn)證。作為國(guó)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(jìn)度最快的企業(yè)，卻沒(méi)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(jī)生產(chǎn)線生產(chǎn)，其主要特點(diǎn)是：對(duì)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(chǎng)的均勻性，從而保證組織性能的均勻性，還可以通過(guò)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(jī)淬火，能保證板形控制在6mm/m、8mm/2m。

　　目前，國(guó)內(nèi)已有3家企業(yè)有供貨業(yè)績(jī)，其中太鋼鋼板有6臺(tái)、南鋼鋼板有4臺(tái)LNG罐投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)，南鋼和鞍鋼正在供貨的各有兩臺(tái)，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(guó)內(nèi)外主要生產(chǎn)企業(yè)的實(shí)物質(zhì)量對(duì)比情況，可以看出，無(wú)論化學(xué)成分還是力學(xué)性能，國(guó)產(chǎn)9Ni鋼與歐洲和日本等國(guó)的產(chǎn)品基本處于同一水平，即國(guó)產(chǎn)9Ni鋼完全能替代進(jìn)口產(chǎn)品。

　　打破國(guó)外Ni系低溫用鋼技術(shù)壟斷

　　到目前為止，中國(guó)已運(yùn)營(yíng)6個(gè)LNG接收站，建設(shè)大型LNG儲(chǔ)罐近20臺(tái)，其中10臺(tái)為國(guó)產(chǎn)9Ni鋼建造，用鋼2萬(wàn)余噸，儲(chǔ)罐運(yùn)行情況良好。在三大能源企業(yè)中，在建的20多臺(tái)LNG儲(chǔ)罐，中石油和中石化已實(shí)現(xiàn)LNG儲(chǔ)罐國(guó)產(chǎn)化；中海油天津3萬(wàn)立方米LNG罐已經(jīng)采用南鋼的9Ni鋼預(yù)埋件，中海油正進(jìn)行新一輪9Ni鋼國(guó)產(chǎn)化調(diào)研，未來(lái)LNG儲(chǔ)罐國(guó)產(chǎn)化比例將進(jìn)一步提高。9Ni鋼的國(guó)產(chǎn)化為L(zhǎng)NG產(chǎn)業(yè)國(guó)產(chǎn)化奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

　　自從9Ni鋼國(guó)產(chǎn)化填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)超低溫用Ni系鋼的空白以來(lái)，9Ni鋼價(jià)格從近10萬(wàn)元/噸降了近2/3，顯著降低了LNG儲(chǔ)罐的建造成本。

　　從國(guó)外進(jìn)口，9Ni鋼的供貨周期通常需要1年以上，國(guó)產(chǎn)化后，供貨周期顯著縮短。以南鋼為例，從開(kāi)始生產(chǎn)、預(yù)制鋼板到最終送達(dá)，交貨周期約3個(gè)月，其中唐山項(xiàng)目的首批鋼板只用45天即將產(chǎn)品送達(dá)工地。這是進(jìn)口產(chǎn)品無(wú)法比擬的，在國(guó)內(nèi)外9Ni鋼同時(shí)供貨的前提下，目前進(jìn)口9Ni鋼的質(zhì)量缺陷也暴露無(wú)遺，服務(wù)態(tài)度遠(yuǎn)不如國(guó)內(nèi)鋼企。

　　9Ni鋼的國(guó)產(chǎn)化，不僅打破了國(guó)外對(duì)Ni系低溫用鋼生產(chǎn)技術(shù)的壟斷，也為中國(guó)冶金技術(shù)的進(jìn)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(xiàn)。隨著LNG產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，9Ni鋼的國(guó)產(chǎn)化必將為中國(guó)能源戰(zhàn)略發(fā)展發(fā)揮更大的作用。