LNG新成員—高錳鋼及其配套焊材簡介
2022-08-01
2010年韓國浦項(xiàng)聯(lián)合大宇造船及全球五大船級社開始“超低溫用高錳鋼及焊接材料共同開發(fā)”的項(xiàng)目，并在2015年實(shí)現(xiàn)了LNG儲罐用高錳鋼的量產(chǎn)。到2022年6月，歷時(shí)十余載終于突破了技術(shù)瓶頸，韓國大宇造船海洋工程（DSME）和浦項(xiàng)制鐵在世界上首次舉行了將高錳鋼LNG燃料儲罐安裝在LNG動(dòng)力超大型油輪（VLCC）上的搭載儀式，并表示開發(fā)出了從鋼材預(yù)處理到焊接成型的燃料箱制造技術(shù)。
一、什么是高錳鋼？
LNG儲罐用高錳鋼—是一種錳含量在22-25%之間的一種合金鋼，具有良好的耐低溫性和較高的耐磨強(qiáng)度，相比傳統(tǒng)LNG儲罐材料有更加明顯的經(jīng)濟(jì)效益，是十幾年來韓國致力于研發(fā)的LNG儲罐用材料新寵。
二、 LNG儲罐用鋼種及其優(yōu)缺點(diǎn)簡析
大型LNG燃料儲罐是環(huán)保燃料動(dòng)力船以及整個(gè)LNG產(chǎn)業(yè)鏈的核心設(shè)備，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)極為嚴(yán)苛，且造價(jià)昂貴。LNG通常在-163℃超低溫環(huán)境條件下儲存、運(yùn)輸，《國際散裝運(yùn)輸液化氣體船舶構(gòu)造和設(shè)備規(guī)則》簡稱“IGC規(guī)則”，規(guī)定的可用于LNG建造的4種低溫材料包括：鋁合金鋼、奧氏體不銹鋼、奧氏體Fe-Ni合金鋼（也稱殷瓦鋼）和9%Ni鋼（詳見表1），而目前LNG燃料儲罐最常用、使用最廣泛的是9%Ni鋼。但缺點(diǎn)是價(jià)格仍較高、加工程序繁瑣、強(qiáng)度相對偏低，而且產(chǎn)品中鎳含量較高，近年來鎳價(jià)持續(xù)上漲，產(chǎn)品成本大幅提高。
表1 “IGC規(guī)則”中可用于LNG建造的4種低溫材料
2.1 常用LNG材料與新型高錳鋼強(qiáng)度對比（詳見下圖）
說明：① 新型高錳鋼母材強(qiáng)度最高，9%Ni鋼次之，其它較低。② 新型高錳鋼焊材強(qiáng)度與9%Ni鋼相當(dāng)。
2.2 常用LNG材料與新型高錳鋼低溫韌性對比（詳見下圖）
說明：新型高錳鋼低溫韌性及CTOD值與9%Ni鋼相近。
2.3 新型高錳鋼與常用LNG材料經(jīng)濟(jì)性對比（詳見下圖）
由此可以預(yù)見，集高強(qiáng)度、高韌性、低成本等眾多優(yōu)勢于一身的超低溫高錳鋼在未來LNG燃料儲罐及液氨、液氫、甲醇等環(huán)保替代燃料儲罐市場有著十分廣闊的應(yīng)用前景。
三、高錳鋼的成分及性能要求
化學(xué)成分 (ASTM Draft)
機(jī)械性能
● 晶體結(jié)構(gòu)：面心立方晶格 (γ-Fe)
● 許用溫度＞-196℃
● 屈服強(qiáng)度＞400MPa (58ksi)
● 抗拉強(qiáng)度：800~970MPa (116-141ksi)
● 夏比V型缺口沖擊試驗(yàn)＞41J at -196℃(-320℉)
四、京群高錳鋼配套焊材簡介
近年來京群致力于LNG儲罐用高錳鋼配套焊材的研發(fā)，成功研發(fā)出了可與LNG儲罐用高錳鋼母材性能相匹配的焊材，具體性能見表2。
表2 京群高錳鋼配套焊材熔敷金屬機(jī)械性能
說明：高錳鋼用金屬粉芯埋弧焊絲采用配套高錳鋼用焊劑GXR-200。
五、LNG儲罐用高錳鋼焊材焊接性及試樣展示
5.1 高錳鋼用焊材焊接性展示如下
圖1-1 焊條(GER-HMA)平角焊脫渣后
圖1-2 焊條(GER-HMA)仰角焊脫渣后
圖1-3 焊條(GER-HMA)立上角焊脫渣前后
圖2 金屬粉芯埋弧(GCR-HMA-S)焊縫展示
5.2 高錳鋼用焊條焊接接頭試樣展示如下
圖3-1 平焊(1G)拉伸試樣展示
圖3-2 立焊(3G)拉伸試樣展示
圖4-1 平焊(1G)彎曲試樣展示 圖4-2 立焊(3G)彎曲試樣展示
說明：高錳鋼用焊條1G和3G位置焊接，面彎、背彎彎曲試樣均無裂紋，抗裂性良好。
京群高錳鋼用手焊條和金屬粉芯埋弧焊絲已送樣多家客戶測試，歡迎廣大用戶垂詢了解。
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