20萬m3 LNG儲罐用鋼板特點和生產工藝控制

寶山鋼鐵股份有限公司 張漢謙 劉慧斌

上海液化天然氣有限責任公司 金 罕

1 前言

2017年國家核準了上海液化天然氣有限公司2臺20萬m3LNG儲罐的擴建工程，該工程為上海市重大工程項目。作為目前國內在建容積最大的LNG儲罐工程，與之前建設的同類儲罐不同點在于該工程的設計、儲罐關鍵材料的供應商、施工單位均為國內企業，其中寶鋼股份中標了儲罐用 X7Ni9和S275J2鋼板。為保證工程建設順利，實現并創造優質工程，有必要根據相關設計和建造技術要求對所用X7Ni9鋼板進行詳細分析，制定合理生產工藝流程，設計關鍵生產工藝參數，以便與實際生產相結合，從而實現鋼板的各項指標完全符合設計和建造技術要求。

本文對20萬m3LNG儲罐用X7Ni9鋼板特點進行了歸納和總結，并結合寶鋼股份5 m寬厚板產線裝備實際，設計了合理的生產工藝流程，提出關鍵生產工藝控制要點和相應的保障措施，以此為今后同類工程或容積更大的儲罐工程建設提供一些借鑒。

2 X7Ni9鋼板的技術要求和特點

2.1 技術要求

工程采購X7Ni9鋼板的化學成分要求見表1。作為對比，EN 10028：4—2009中X7Ni9鋼板的化學成分要求見表 2，GB 3531—2014《低溫壓力容器用鋼板》中06Ni9DR鋼板的化學成分要求見表3。

表1 采購X7Ni9鋼板的化學成分要求%

表2 EN 10028：4—2009中X7Ni9鋼板的化學成分要求%

表3 GB/T 3531—2014中06Ni9DR鋼板的化學成分要求%

從表1中可知，該工程所用X7Ni9鋼板的C、P、S等元素的含量要求遠遠高于標準的要求，為低碳、低硫、低磷，實現該成分要求在生產上具有一定的難度。

設計采購的X7Ni9鋼板厚度5～40 mm，交貨狀態均為調質態，其力學性能要求見表4。作為對比，EN 10028：4—2009中X7Ni9鋼板的力學性能要求見表 5，GB 3531—2014《低溫壓力容器用鋼板》中06Ni9DR鋼板的力學性能要求見表6。

表4 采購X7Ni9鋼板的力學性能要求

表5 EN 10028：4-2009中X7Ni9鋼板的力學性能要求

表6 GB 3531—2014中06Ni9DR鋼板的力學性能要求

從表4～6可知，該工程采購鋼板未按標準中的30 mm厚度分界，因此厚度大于30 mm的鋼板，室溫下的屈服強度要求均高于國內外標準要求，抗拉強度和斷后伸長率要求與標準相同。采購鋼板在－196 ℃下三個標準試樣的沖擊吸收能量的平均值和單個值要求均高于EN 10028：4—2009標準，單個值要求也高于GB 3531—2014標準的要求。尺寸為7.5 mm、5 mm沖擊試樣沖擊吸收能量的要求更是明顯高于標準中通常標準試樣沖擊吸收能量要求的70%或50%。工程采購X7Ni9鋼板的拉伸性能、沖擊性能指標要求較高：要求沖擊試樣的側向膨脹值≥0.64 mm，纖維狀斷口≥75%。室溫下冷彎要求與標準相同；對于罐壁所用最厚鋼板，需要進行－196 ℃下落錘試驗并合格。

工程采購要求中，6 mm厚度及其以上鋼板需全部按照EN 10160—1999標準進行超聲波檢驗，而國內外標準中，6 mm厚X7Ni9鋼板通常不進行超聲波探傷。運抵安裝現場時，鋼板的剩磁強度不超過50 Gs，這與通常的標準要求相同。

2.2 鋼板尺寸及其加工要求

本工程設計鋼板的規格見表7。所有鋼板都需按照建造圖紙要求，拋丸后下料、成型、加工好焊接坡口，涂好防銹漆。與之前國內建造 20萬 m3所用同類鋼板規格相比，本工程設計的鋼板寬度達到3 711 mm，需預制加工完成后運抵施工現場。其中，5 mm、6 mm薄規格鋼板數量占到供貨鋼板總數的60%以上。

表7 20萬m3 LNG儲罐所用X7Ni9鋼板規格mm

3 鋼板生產工藝流程設計

針對本工程用X7Ni9鋼板的采購技術要求，結合寶鋼股份5 m寬厚板產線實際，制定其生產工藝流程如下：三脫鐵水→轉爐+精煉→連鑄→連鑄坯修磨→軋鋼→表面檢測和拋丸→調質熱處理→探傷→性能檢測→拋丸和下料→涂漆→成型→剩磁、表面、尺寸檢測→包裝→運抵現場。

以下為滿足鋼板設計要求的幾個關鍵工序。

3.1 冶煉和連鑄

該工序的目的是根據訂貨鋼板的厚度，設計C、Ni、Mo等元素內控要求不同的冶煉成分，實現調質后性能達到采購的技術要求。

冶煉時，利用三脫鐵水，通過轉爐+精煉，實現鋼板所要的化學成分。實際生產時，將 C、Ni、Mn、Si的含量控制在內控要求的范圍內，將S、P含量內控要求要嚴于鋼板的采購技術要求。連鑄時，選用合適的保護渣，嚴格控制鋼液的過熱度，采用合適的拉速，降低和減少連鑄坯表面缺陷的生成，為實現優良表面質量的鋼板奠定基礎。根據所生產鋼板的尺寸要求，澆鑄成250 mm或300 mm厚連鑄坯。

3.2 軋制和熱處理

對于壁板，首先沿寬度方向軋制，保證寬度上達到3 711 mm的交貨尺寸；對＞8 mm厚度的鋼板，為提高軋制效率，長度上按二倍尺或三倍尺軋制；對于5～8 mm薄規格的鋼板，精確控制板坯的加熱溫度，重點保證軋制鋼板的板型。

為了保證熱處理鋼板的表面質量，入爐前對軋制鋼板進行拋丸處理。在氮氣保護的無氧化爐中加熱，達到設計的加熱溫度并保溫。出爐后進入輥壓式壓力淬火機中淬火，實現鋼板淬火板型優良。然后不同厚度的鋼板按照設計的保溫溫度和保溫時間時間進行回火，實現鋼板所需的力學性能。

3.3 防磁化

X7Ni9鋼的特點之一就是易磁化。鋼板的剩磁強度超過一定數值時，焊接操作會引起電弧的磁偏吹，可造成焊縫局部未熔合等焊接缺陷。剩磁強度的控制是X7Ni9鋼板生產中控制關鍵點之一。為此，采取熱處理完成后的 X7Ni9鋼板禁止與碳鋼板或磁盤吊接觸，全部采用真空吸盤吊或不銹鋼卡勾吊裝。在專門規劃出的工位上切割，并堆放在與碳鋼鋼板隔離的垛位上。熱處理后鋼板要全流程防磁化，實現安裝前鋼板的剩磁強度不超過設計要求。

3.4 鋼板切割、成型與涂漆

按照安裝圖紙要求，對鋼板進行拋丸、下料、坡口加工、噴漆和成型等加工工序。定尺下料時，采用等離子或激光切割，保證切割邊緣質量。按照鋼板在儲罐中的位置，用機加工方法加工焊接坡口。使用可焊接底漆，對鋼板的上下表面進行噴漆，實現運輸、建造期間的鋼板防銹。坡口加工、成型、涂漆、包裝、中間庫堆垛或現場庫堆垛時，也要防磁化。

3.5 鋼板超聲波探傷和表面檢測

6 mm及其以上鋼板全部進行超聲波檢查，合格級別為EN 10160—1999標準中S2。鋼板邊部全部進行超聲波檢查，合格級別為 EN 10160—1999標準中E4。仔細檢查鋼板表面，發現任何缺陷，立即修磨去除，并用滲透檢驗確認。為了提高探傷效率，寶鋼一方面增加探傷人員，一方面專門設計和采購了4通道探傷儀。

3.6 鋼板運輸方案

成型后鋼板，按照其形狀包裝后放在專用貨架上，鋼板之間用木條隔開。按照規劃的運輸方案運抵施工現場。結合本工程實際，全部采用公路運輸。為防止運輸中鋼板發生磁化，禁止裝載鋼板的車輛在高壓線下停留或在磁性較強的電氣設備旁停放。施工現場需開辟出專門場地來堆放未安裝的鋼板。

4 鋼板性能舉例

目前，寶鋼已經完成了工程所需大部分鋼板的生產。表8和表9為寶鋼所生產的本工程用最大厚度40 mm和最大厚度29.6 mm、寬度3 711 mm X7Ni9鋼板的實際化學成分和力學性能。29.6 mm厚壁板的彎曲性能、－196 ℃沖擊試驗結果均合格，鋼板出廠時的剩磁強度低于25 Gs。

表8 生產的X7Ni9鋼板的實際化學成分舉例%

表9 生產的X7Ni9鋼板的力學性能舉例

對比表8和表9與表1和表4可知，生產的X7Ni9鋼板完全滿足設計采購技術要求，實物鋼板的S、P含量控制低，－196 ℃沖擊韌性高且穩定。

5 結語

上海LNG擴建工程項目中20萬m3LNG儲罐所用的X7Ni9鋼板，化學成分要求高，力學性能指標要求嚴，寬度大，薄規格鋼板數量多，探傷工作量大，剩磁強度控制難，按施工圖紙加工后包裝交貨，生產流程長。寶鋼通過設計合理生產工藝流程，嚴格控制關鍵生產工序，生產的鋼板達到了設計和建造技術要求，為工程順利建造奠定了基礎。20萬 m3LNG儲罐用X7Ni9鋼板的順利生產，也為今后建造更大容積 LNG儲罐工程積累了經驗和應用實績。