南钢7Ni钢的研发与推广
叶飞谢章龙霍松波
（板材事业部）
摘要:2014年日本首先将7Ni应用于LNG建设,ASME2017版将7Ni纳入标准，我国科技部也将该钢种列入十三五重大课题。南钢于2018年国内首家成功研发7Ni，性能已经达到9Ni钢水平；2019年通过了容标委新产品技术评审、江苏省和中石化的新产品鉴定。尚需集思广益与设计院和业主共同推广使用，获取双赢。 关键词：LNG7Ni9Ni
Development and Promotion of NISCO7Ni Steel
YE Fei XIE Zhanglong HUO Songbo
(Plate Business Unit)
Abstract:In2014,Japan took the lead to apply7Ni steel into LNG construction projects.7Ni steel was incl
uded in Standard ASME2017,and listed as a major topic in the13th five-year plan by the Ministry of Science and Technology of China.In2018，NISCO was the first domestic company to successfully develop7Ni steel，whose performance has reached the level of9Ni steel.In2019，the7Ni steel has passed the technical review of new products by National Technical Committee of Boiler and Pressure Vessel Standardization and the identification of new products by Jiangsu Province and SINOPEC.It is needed to draw on collective wisdom and absorb all useful ideas of the design institutes and project owners to jointly promote the application for a win-win result.
Keywords:LNG，7Ni，9Ni
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刖言
2020年全年我国天然气进口总量达10166.1万吨，其中海运进口液化LNG6642万吨，同比增长9.5%；由于疫情影响，国际天然气价格大跌，中国疫情快速控制，国内经济受疫情影响小，对天然气的需求量大，液化天然气接收站建设掀起新高潮，对建设天然气接收站的核心材料9Ni（或7Ni）钢的需求与日剧增，南钢9Ni钢累计供货突破10万吨，手持订单达到3万多吨。但是，随着越来越多的厂家具备生产9Ni钢资格，市场竞争越来越激烈，面临传统客户资源丢失的风险。
如果用7Ni钢取代9Ni钢，既为国家节约了镍资源，生产成本可以下降20%，最终可以为客户节省投资，通过技术进步实现供需双方共赢。
19Ni钢的研发与推广回顾
从2007年起，南钢克服重重困难开展9Ni钢的工艺研究和产品开发。进行了6轮11炉次的双渣法超低磷冶炼工艺探索试验，终于把磷元素含量稳定控制在0.005%以内；三号转炉建成后，又探索了双联脱磷工艺；转炉底吹改造后能在整个转炉服役周期实现了单渣冶炼超低磷。建设了坯料扒皮和喷涂线、6条热处理线，攻克了超低温钢的重重技术难关。商务上通过顶层设计介入项目，国内市场占有 率遥遥领先兄弟单位;2010年获得国家重点新产品称号;2012年获江苏省1260万元重大科技成果转化资金支持；2014年获工信部5000万元强基项目资金支持;2015年获得冶金钢协特优金杯奖和市场优胜奖等；取得了重大的经济和社会效益。
27Ni钢的实验室探索性研究
2014年日本报道新日铁住金通过新的7%Ni钢成分设计和热机械处理（TMCP），获得了细晶组织及6%左右的逆转奥氏体，其强韧性与9%Ni钢相当，已经成功替代9%Ni钢应用于日本仙北一期LNG工程5号储罐的建设，并编入JIS标准，牌号为SL7N590。北京科技大学第一时间邀约南钢一起研发，为了
让7Ni钢性能完全与9Ni钢相同，冶炼了20炉的小钢锭，分别加铌、钒、钛、铬、钼、铜等微合金元素及正交试验（7Ni钢的CCT曲线测定见图1，回火温度对镍系钢性能的影响见图2，部分试验钢的成分见表1），希望通过微合金元素的加入，在不影响低温韧性的
前提下，弥补节省下来的2%的Ni造成的强度损失。开展了7Ni钢的低温韧性机理研究：结合钢板在-196t服役环境，分析研究长时间服役环境下，钢中逆转变奥氏体大小、含量、分布、稳定性等对钢板低温韧性的影响机理；开展7Ni钢的焊接性能研究：分析了焊接工艺对热影响区低温韧性及焊接冷裂纹敏感性的影响；测试了7Ni钢的热扩散率、比热容、热导率、弹性模量、密度、泊松比等物性参数。 p微型压力传感器芯片
、a J
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图17Ni钢的CCT曲线
涂料用润湿分散剂530540550560570M0580
tempering temperature
%
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一
山
图2QLT工艺的回火温度对5Ni、7Ni、9Ni冲韧性
和拉伸性能的影响
（1）Mo的加入使7Ni钢的强度提高了140MPa，屈服强度达到737MPa，抗拉强度达到822MPa，低温冲击韧性有所降低（见表2）。
（2）金相组织分析。对图3的结果进行统计，计算分布于晶粒内板条界上的逆转变奥氏体所占的比例，结果见表3。可见,QT处理后绝大多数逆转变奥氏体位于大角度晶界上，存在于小角度晶界上的很少，其所占的比重仅为9.8%。经过640t QLT处理后，逆转变奥氏体在基体上的分布情况没有发生明显的改变，位于晶内的仅占其总量的10.7%；两相区淬火温度升至660t后，晶粒内部的逆转变奥氏体所占的比例达到了43.6%,710t淬火后的比例为26.1%，也高于QT处理时的比例
。
表1部分试验钢的成分,％
编号C Si Mn P S Ni Mo/Nb Al 10.040.150.790.00750.00558.860.026 20.040.260.610.00480.00357.070.038 30.060.180.580.00800.0038 5.680.052 40.0520.190.750.00680.00387.51Mo0.230.020 50.0450.180.700.00600.00507.2Nb0.030.021
表2Mo的加入对7Ni性能的影响
钢号R e厶/MPa R m/MPa5/%AKX—196°C）/J 7Ni59168628.6244
7Ni（加Mo）73782224.8131
（a）QT处理；（b）640°CQLT处理；（c）660°CQLT处理；（d）710°CQLT处理。
图3EBSD测得的不同热处理条件下逆转变奥氏体在基体上的分布
表3逆转变奥氏体形成位置的统计结果
热处理工艺
晶粒内晶粒间
数量晶粒内所占的比例％QT131201339.8
640t QLT3025128110.7
660t QLT12318128143.6
金属防护罩710t QLT23558826.1
另外也可以看出，经过QLT处理后，虽然部分逆转变奥氏体在晶粒内部形成，与QT处理相比确实有所改善，但这部分位于晶粒内部的奥氏体出现的位置却较为集中，在某些位置上其“密度”很高，而在其它区域则相对较低，甚至存在着“空白”区域，这种状况在图3b中更加明显，造成上述现象的原因经分析认为：经过两相区淬火后，钢中不同区域的Ni含量产生变化，而Ni含量较高的区域Ac1温度较低，更适合逆转变奥氏体生成，而一旦奥氏体在这些部位形成，必然抑制了其他位置上逆转变奥氏体的形成，最终使得逆转变奥氏体在某些位置趋于集中。
37Ni钢的工业化试制
2015年11月9日日本向ASME提交了case code2842，各项物性参数和高温拉伸、低温性能等予以公开;2017版ASME正式把7Ni钢纳标,7Ni钢（ASME SA-553/SA-553M Typeffi）成分设计和各项指标均予以公开。
2018年2月南钢国内首家成功开发出5~50mm 7%Ni钢。经过南钢内部的组织性能分析和第三方（合肥通用机械研究院）的全方位评估，结果表明：南钢开发的7%Ni钢从纯净度、组织控制、强度和低温韧性等实物质量方面都达到了9%Ni钢的技术水平。7%Ni钢与9%Ni钢主要性能指标完全一致（见表4），低温冲击性能见图4。
-300-250-200-ISO-10O-50050
温度，*C
图47Ni钢系列冲击温度
表47%Ni钢与9%Ni钢主要性能指标
牌号厚度mm
R e L横向
MPa R m横向
乙酰丙酮铱MPa
断后伸长率
A/%
冲击试验冷弯阻火带
（横向180。）
温度/t横向K^(J)
7%Ni5-50三585680-820三18-196三120d二3a 9%Ni5-50三585680-820三18-196三120d=3a
当温度降低到-253t时，冲击值还有140J左右，没有达到韧脆转变下平台，也说明材料具有良好的超低温韧性，估算韧脆转变温度在-253t附近。47Ni钢板实物质量评定
合肥通用机械研究院和南京钢铁股份有限公司对7Ni（06Ni7DR）钢板的实物评定结果表明，通过离
线淬火+回火生产的7Ni(06Ni7DR)钢板，具有以下特点：钢质纯净、成分和力学性能稳定，具有优良的低温冲击性能，整张钢板性能均匀，厚板Z向性能优良。经SR处理后，性能无明显变化，抗应变时效脆化，钢板实物质量达到LNC储罐用钢的供货技术条件要求。微观组织为回火马氏体+逆转奥氏体，晶粒细小均匀。7Ni(06Ni7DR)钢板焊接性能优良，具有低焊接裂纹敏感性，可与9Ni钢对接焊，
焊接接头性能良好。7Ni(06Ni7DR)钢板综合力学性能已经达到9Ni钢水平。采用南钢股份板材事业部冶炼、连铸、轧制、热处理工艺生产的7Ni(06Ni7DR)钢板，生产工艺稳定，可以实现批量生产，生产效率高、周期短，具有较好的推广应用价值。57Ni钢推广遇到的困难
南钢于2018年国内首家成功研发7Ni，开发的7Ni完全具备9Ni相同的低温性能，成本降低20%。南钢生产的7Ni钢2019年3月8日通过了容标委技术评审，具备全面推广应用条件；经过多家工程公司现场焊接工艺评定，完全满足LNC储罐用钢的建设要求，通过了江苏省和中石化的新产品鉴定。但是，国内7Ni钢设计规范和标准缺乏，没有设计依据；其次船厂不愿意把7Ni钢应用在LNC船罐上。归根到底没有在利益上促进设计单位和制造企业与钢企深度融合。经过公司多方努力,2021年4月已接到7Ni 钢首个订单，后续尚需集思广益，与设计院和业主共同开展7Ni钢的推广和使用，实现与客户双赢。
\专利信息\
一种适用于1000MPa级高强钢的埋弧焊焊接工艺
申请号：202011411260.X通讯仪
申请日：2020-12-03
申请人：南京钢铁股份有限公司
发明人：汪晶洁李松吴君明田浩
摘要：本发明公开了一种适用于1000MPa级高强钢的埋弧焊焊接工艺，涉及钢铁生产技术领域，包括：采用1000MPa级高强钢；焊丝化学成分及重量百分比为：C：0.08%~0.12%,Mn：1.8%~2.4%,Si：0.06%-0.18%,SW0.01%,PW0.02%,Ni：2.0%~3.5%,Cr：0.01%~0.10%,MoW0.10%，余量为Fe及不可避免杂质；坡口形式：不对称X型坡口，小坡口面角度为75~80。，大坡口面角度为50~55°；焊前预热温度M80C，层间温度为80~150C，反面焊接前进行清根处理；采用埋弧焊，焊接电流380~520A，焊接电压28~32V，焊接速度48~66cm/min，焊接热输入量10~20kj/cm。适用于1000MPa级高强钢，焊接接头力学综合性能优良。
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