液化天然氣儲罐9%Ni鋼板表面麻點成因及控制

， ， 永騰

(海洋石油工程股份有限公司， 天津 300451)

隨著清潔能源液化天然氣(LNG)的普遍應用，作為液化天然氣儲罐內罐關鍵材料的9%Ni鋼，因其在-165 ℃下具有良好的低溫性能，從2010年開始國產化以來得到廣泛的應用[1]。然而在國產化生產過程中，用戶對此鋼板表面質量異議較多，麻點為其主要表現形式。文中對此進行了詳細的分析，以供同行借鑒。

1 9%Ni鋼板軋制后表面質量

9%Ni鋼板加熱時極易氧化，其防護是目前世界公認的技術難題之一，由此導致的鋼板表面質量問題對鋼廠成本控制、技術穩定性、項目供貨進度等影響較大。

國內某LNG項目中，內罐9%Ni鋼板首次采用國產化產品，約計890 t，厚度5～11 mm，寬度2 000～3 000 mm，用于2個3萬m3全容式儲罐。在供貨階段,軋制出的40%鋼板出現了不同深度表面麻點問題，見圖1。

圖1 軋制的9%Ni鋼板不同深度麻點表面

相關統計結果顯示，麻點主要集中于鋼板軋制下表面，呈局部點狀或帶狀分布，麻點面積占到單張鋼板面積的5%～20%。此問題引起了監檢及業主的高度重視，這些帶有麻點的9%Ni鋼板無法投入使用，有必要通過技術檢測、原因分析、工藝改進及加強管理等方面來有效提升鋼板的表面質量。

2 9%Ni鋼板表面質量技術要求

(1)鋼板熱處理后應在工廠進行噴丸處理，鋼材表面應無可見的油脂、污垢、氧化皮、鐵銹和油漆涂層等附著物，任何殘留的痕跡應僅是點狀或條紋狀的輕微色斑[2]。

(2)終檢時，鋼板需進行雙面外觀檢查，表面除在不連續缺陷之下和修整區域的剩余厚度不小于相應公差允許最小厚度外，還依據公稱厚度δ的變化進一步要求，3 mm≤δ<8 mm時，缺陷的最大允許深度不大于0.2 mm；當8 mm≤δ<25 mm時，缺陷的最大允許深度不大于0.3 mm[3]。

(3)交貨狀態下的9%Ni鋼板厚度要求為正公差，當訂單板厚t在3 mm≤t<8 mm時，正偏差為0.8 mm;當板厚t在8 mm≤t<15 mm時，正偏差為1.0 mm[4]。

(4)根據缺陷類型的不同，鋼板表面存在麻點、擦傷、凹坑、切口、彎曲、凹痕、刻痕及其它表面缺陷時都不允許交貨[5]。

根據上述技術要求以及現場實物來看，麻點深度通常在0.1～0.3 mm，在下表面比較明顯，即使噴漆后也無法掩蓋，表觀質量較差，最終無法被各方接受。通常建議對深度在0.2 mm以上大面積麻面鋼板做報廢處理，深度較淺或小面積麻坑鋼板可以進行修磨處理。

3 表面麻點產生原因分析

(1)加熱爐的影響 鋼坯在進入加熱爐之前，需要對加熱爐的入口進行冷卻，冷卻水濺到鋼板涂料表面，將導致涂料脫落、鋼板氧化。同時鋼板在爐內移動過程中，與鋼軌摩擦導致涂料脫落，鋼坯在高溫條件下與氧氣接觸產生氧化。

(2)防氧化涂料穩定性 無機硅酸鹽高溫防氧化涂料配比的穩定性、操作的規范性、涂層厚度、養護環境等對坯料有一定影響[6]。

(3)加熱溫度及在爐時間影響 鋼坯在爐內高溫區域的時間越長，表面氧化速度將極大增加，同時加熱過程中常會出現軋機或其它設備故障而影響出爐，導致在爐時間過長出現過燒現象[7]。

(4)爐氣影響 爐氣中一般含有一定量的O2及SO2，當O2含量偏高時，將加速鋼坯的氧化，含S的爐氣與Ni發生反應形成低熔點的NiS網狀組織[8]。熔化破壞了鋼錠在較低溫度下形成的保護膜，使鋼在加熱過程中δ鐵素體增加，從而加劇了氧在鋼中的擴散，氧化加劇形成黏性較大的氧化鐵皮，難于去掉，不同于其它鋼。

(5)除鱗影響 坯料自加熱爐內出來，進入高壓水除鱗階段。噴嘴的選型及布置、水壓的大小均影響除鱗效果[9]。因9%Ni鋼表面氧化皮黏附力大，實際生產中除鱗效果不佳。

(6)軋制過程影響 軋鋼過程中要控制好軋制溫度和高壓水除鱗的道次，尤其對于5 mm薄板終軋溫度不能過低。另外存在局部未完全清理干凈的氧化物粘貼在鋼輥表面，導致軋制時壓入，經拋丸后氧化皮脫落而形成表面麻點。

鋼板表面麻點的形成與鋼坯防護、加熱前保護、加熱工藝、除鱗及軋制工藝均有關聯。9%Ni鋼種特性造成坯料高溫加熱時形成表面氧化鐵皮，并在軋制前通過高壓水除鱗無法去除干凈。坯料在軋制成鋼板后，氧化鐵皮仍附著在鋼板表面，熱處理后通過拋丸去除表面氧化鐵皮，而氧化鐵皮的脫落造成了鋼板局部表面麻點產生。

4 表面麻點控制措施

4.1 鋼坯修磨

修磨厚度由鋼坯表面的裂紋和氧化皮厚度決定，修磨后應露出表面金屬光澤，不得再有裂紋和氧化皮出現。

修磨方式可經機械粗、細修磨后，再采取人工精修，并去除機械修的毛刺和局部深坑現象，最終達到預期要求，見圖2。

圖2 精磨后鋼坯表面

4.2 防氧化涂料保護

鋼坯進加熱爐前采用防氧化性能良好的涂料對鋼坯上、下兩面進行均勻噴涂，見圖3。

圖3 涂覆后的鋼坯

涂料固化后的表面必須具有一定的強度，以減少在運輸、輸送及爐內等過程中造成破損。

根據涂料的保養要求，在保養過程中采取防水、防油污等保護措施。

對噴涂后的鋼坯，應在堆放、輸送等過程中采取一定的防護措施。

對涂覆防氧化涂料的鋼坯，在進入加熱爐前需做好包裝措施，如進行紙板包裹。

4.3 加熱工藝

加熱過程中應嚴格控制鋼坯的加熱時間和溫度，不得出現過燒和溫度波動過大等現象。

在加熱爐內先預熱到一定溫度，然后按照相應的升溫次序均熱到預定溫度之后再進行保溫。加熱段與均熱段在爐時長需要根據鋼坯的厚度嚴格進行計算確定。

加熱期注意控制風量，在保證燃料完全燃燒的前提下，使空氣過剩量達到最小限度，以減少氧化鐵皮的產生。出連續爐前半小時適當提高出爐溫度，這樣避免了在加熱期就有大量的FeO·SiO2的共晶低熔物、NiS的熔化，造成氧化鐵皮黏性增強不易脫落。

出爐前應適當提溫，以防止熔化的共晶低熔物在出爐之后因溫度降低而黏性增加，進而導致除鱗后不易被去除。

加熱期間還應注意設備故障的排查，避免耽誤出爐。

4.4 除鱗和軋制

高壓水系統除鱗壓力不得小于18 MPa，初除鱗一次未除凈必須進行二次初除鱗，同時加強高壓水噴嘴的檢修。

軋制前，需檢查輸送軌道和軋輥不得有異物，以防表面劃傷。

需綜合考量板形、厚度以及寬度的控制，制定合理的軋制規程，改進軋鋼工藝，控制精軋、終軋溫度與道次[10]。

采用軋制法除鱗，即通過改變粗軋中各道次的壓下率和精軋前的累計壓下率，可以提高鱗的剝離性。當粗軋中各道次的壓下率大于25%，精軋前的累計壓下率大于85%時實施除鱗，鱗的殘留率可顯著降低[11]。

粗軋加回火工藝除鱗，即鋼坯出爐除鱗后，鋼板表面仍有部分氧化鐵皮未能完全去除，在軋制過程中，給坯料50 mm以上壓下量，盡量破碎依舊附著在鋼板表面的氧化鐵皮，同時用高壓水進行吹掃。坯料軋制后晾鋼數分鐘，然后退回到連續爐在均熱溫度下加熱10 min出爐，再次除鱗，經過再次加熱除鱗后鋼板表面氧化鐵皮明顯減少[12]。

4.5 組織管理

專人嚴控鋼坯精磨質量，確保表面無裂紋、氣泡、疏松等缺陷，確認表面無油污、黏渣等雜物。

監督高溫防氧化涂料配制、涂覆過程，檢測涂層厚度，加強與涂料廠家協商，確保高溫防氧化涂料保護效果最佳。

監督鋼坯包裝及流轉期間的涂層保護問題。

項目總包方對上述質量前控措施進行監督檢查，跟蹤、督促鋼企改進軋制工藝，采取嚴控鋼坯精磨和涂覆質量等前控措施。

表面檢驗嚴格執行文獻[13]中對證書文件的要求[13]，獨立第三方監檢人員全程參與過程控制及試驗測定，并出具相應的產品證書。

5 部分鋼板表面修磨

監檢人員對鋼板表面修磨過程進行全部見證或檢驗，審核檢驗員及研磨工資質，確認其掌握修磨技能或技巧。

檢查超聲波測厚儀、螺旋測微儀等檢測工具狀態及標定證書，檢查氣動砂輪機、砂輪片及氣源壓力是否滿足修磨要求。

對鋼板表面質量進行雙面100%復檢，對修磨點位進行100%厚度測量，確認修磨處光滑過渡，無溝槽、棱角、波紋等次生缺陷[14]。對修磨方式進行檢查，要求所有修磨點起頭和收尾平齊，各道次之間光滑過渡，無明顯棱角。對修磨深度進行檢查，確認修磨前后鋼板的厚度差不超過允許公差之半[15]。

督促鋼廠徹底去除修磨點位的缺陷，遇裂紋、分層及側翻等敏感缺陷，要求其采用滲透、超聲波斜探傷等輔助手段進行確認，復測時使用雙晶探頭，合格級別為S2E4級[16]。當修磨點位較多或修磨面積較大時，要求鋼廠對鋼板進行再次拋丸處理，提高鋼板表觀質量。

經過上述修磨處理后，再次檢驗合格的鋼板予以接受。從實際操作來看，修磨工作要求較為精細，費時費力，對進度有一定影響。

6 結語

采用文中制定的控制措施后，后續軋制出的9%Ni鋼板表面質量達到了有關要求，有效提升了鋼板的成材率，節約了成本，為企業帶來了可觀的經濟效益。

[1] EN 10028-4—2009，壓力容器用鋼板，第4部分：具有特殊低溫性能的鎳合金鋼板[S].

(EN 10028-4—2009，Flat Products Made of Steels for Pressure Purposes—Part 4:Nickel Alloy Steels with Specified Low Temperature Properties[S].)

[2] GB 8923—88，涂裝前鋼材表面銹蝕等級和除銹等級[S].

(GB 8923—88，Rust Grades and Preparation Grade of Steel Surfaces before Application of Paints and Related Products[S].)

[3] EN 10163—2，熱軋鋼板、寬扁鋼和型鋼表面狀態的交貨要求，第2部分：鋼板和寬扁鋼[S].

(EN 10163—2，Delivery Requirements for Surface Condition of Hot-rolled Steel Plates Wide Flats and Sections—Part 2:Plate and Wide Flats[S].)

[4] EN 10029—2010，厚度大于等于3 mm的熱軋鋼板的尺寸、外形及允許偏差[S].

(EN 10029—2010，Hot-rolled Steel Plates 3mm Thick or above-Tolerance on Dimensions and Shape[S].)

[5] EN10163-1，熱軋鋼板、寬扁鋼和型鋼表面狀態的交貨要求，第1部分：一般要求[S].

(EN 10163-1,Specification for Delivery Requirements for Surface Condition of Hot Rolled Steel Plates Wide Flats and Sections—Part 1:Genenal Requirements[S].)

[6] 吳多利.鎳基高溫合金Ai-Cr涂層的制備與性能研究[D].沈陽：中國科學院金屬研究所，2013.

(WU Duo-li.Preparation and Properties of Ni Base Superalloy Ai-Cr Coating[D]. Shenyang:Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences,2013.)

[7] 羅寶軍.降低加熱爐氧化燒損的研究[J].四川冶金，2006(6)：31-35.

(LUO Bao-jun. Reserch to Reduce Oxidizine Burning Loss of Heating Furnace[J]. Sichuan Metallurgy，2006(6)：31-35.)

[8] 趙暉.含Ni系列鋼氧化鐵皮的去除[J].寬厚板，2001，7(6):19-23.

(ZHAO Hui. Removal of Scale on Ni-containing Series Steel[J]. Wide and Heavy Plate，2001，7(6):19-23.)

[9] 羅禎偉.淺談中厚板軋機高壓水除鱗系統[J].寬厚板，2001，7(2):26-28.

(LUO Zhen-wei. A Brief Discussion on High Pressuse Water Descaling System of Medium and Heavy Plate Mill[J]. Wide and Heavy Plate，2001,7(2):26-28.)

[10] 王華勝.中厚板鋼板表面麻點的研究與控制[D].西安:西安建筑科技大學,2014.

(WANG Hua-sheng. The Research and Control of Surface Pitting of Steel Plate[D]. Xi’an: Xi’an Architecture and Technology University,2014.)

[11] 陳永利,查顯文,陳禮清.熱軋中厚板氧化鐵皮控制技術[J].東北大學學報(自然科學版),2011，32(7):54-57，71.

(CHEN Yong-li，ZHA Xian-wen，CHEN Li-qing. Control Technology of Iron Oxide Sheet for Hot Rolled Plate[J]. Journal of Northeastern University(Natural Science)，2011，32(7):54-57，71.)

[12] 李勁峰.去除含Ni鋼表面鐵皮的生產方法:中國，105803173A [P].2016-03-31.

(LI Jin-feng.Production Method for Removing Iron Sheet on Ni Steel Plate Surface:China，105803173A [P].2016-03-31.)

[13] EN 10204—2004，金屬產品-檢驗文件的類型[S].

(EN10204—2004， Metallic Products-Types of Inspection Documents[S].)

[14] GB/T 14977—2008，熱軋鋼板表面的一般要求[S].

(GB/T 14977—2008，General Requirements for Surface Condition of Hot-rolled Steel Plates[S].)

[15] GB 24510—2009，低溫壓力容器用9%Ni鋼板[S].

(GB 24510—2009， 9%Nickel Steel Plates for Pressure Vessels with Specified Low Temperature Properties[S].)

[16] EN 10160—1999，厚度等于或大于6 mm 鋼板超聲波檢測方法[S].

(EN 10160—1999，Ultrasonic Testing of Steel Flat Product of Thickness Equal or Greater Than 6 mm[S].)