LNG新成员—高锰钢及其配套焊材简介

2022-08-01

2010年韩国浦项联合大宇造船及全球五大船级社开始“超低温用高锰钢及焊接材料共同开发”的项目，并在2015年实现了LNG储罐用高锰钢的量产。到2022年6月，历时十余载终于突破了技术瓶颈，韩国大宇造船海洋工程（DSME）和浦项制铁在世界上首次举行了将高锰钢LNG燃料储罐安装在LNG动力超大型油轮（VLCC）上的搭载仪式，并表示开发出了从钢材预处理到焊接成型的燃料箱制造技术。

一、什么是高锰钢？

LNG储罐用高锰钢—是一种锰含量在22-25%之间的一种合金钢，具有良好的耐低温性和较高的耐磨强度，相比传统LNG储罐材料有更加明显的经济效益，是十几年来韩国致力于研发的LNG储罐用材料新宠。

二、 LNG储罐用钢种及其优缺点简析

大型LNG燃料储罐是环保燃料动力船以及整个LNG产业链的核心设备，技术标准极为严苛，且造价昂贵。LNG通常在-163℃超低温环境条件下储存、运输，《国际散装运输液化气体船舶构造和设备规则》简称“IGC规则”，规定的可用于LNG建造的4种低温材料包括：铝合金钢、奥氏体不锈钢、奥氏体Fe-Ni合金钢（也称殷瓦钢）和9%Ni钢（详见表1），而目前LNG燃料储罐最常用、使用最广泛的是9%Ni钢。但缺点是价格仍较高、加工程序繁琐、强度相对偏低，而且产品中镍含量较高，近年来镍价持续上涨，产品成本大幅提高。

表1  “IGC规则”中可用于LNG建造的4种低温材料

2.1 常用LNG材料与新型高锰钢强度对比（详见下图）

说明：① 新型高锰钢母材强度最高，9%Ni钢次之，其它较低。② 新型高锰钢焊材强度与9%Ni钢相当。

2.2 常用LNG材料与新型高锰钢低温韧性对比（详见下图）

说明：新型高锰钢低温韧性及CTOD值与9%Ni钢相近。

2.3 新型高锰钢与常用LNG材料经济性对比（详见下图）

由此可以预见，集高强度、高韧性、低成本等众多优势于一身的超低温高锰钢在未来LNG燃料储罐及液氨、液氢、甲醇等环保替代燃料储罐市场有着十分广阔的应用前景。

三、高锰钢的成分及性能要求

化学成分 (ASTM Draft)

机械性能

● 晶体结构：面心立方晶格 (γ-Fe)

● 许用温度＞-196℃

● 屈服强度＞400MPa (58ksi)

● 抗拉强度：800~970MPa (116-141ksi)

● 夏比V型缺口冲击试验＞41J at -196℃(-320℉)

四、京群高锰钢配套焊材简介

近年来京群致力于LNG储罐用高锰钢配套焊材的研发，成功研发出了可与LNG储罐用高锰钢母材性能相匹配的焊材，具体性能见表2。

表2 京群高锰钢配套焊材熔敷金属机械性能

说明：高锰钢用金属粉芯埋弧焊丝采用配套高锰钢用焊剂GXR-200。

五、LNG储罐用高锰钢焊材焊接性及试样展示

5.1 高锰钢用焊材焊接性展示如下

图1-1  焊条(GER-HMA)平角焊脱渣后

图1-2  焊条(GER-HMA)仰角焊脱渣后

图1-3  焊条(GER-HMA)立上角焊脱渣前后

图2  金属粉芯埋弧(GCR-HMA-S)焊缝展示

5.2 高锰钢用焊条焊接接头试样展示如下

图3-1  平焊(1G)拉伸试样展示

图3-2  立焊(3G)拉伸试样展示

图4-1 平焊(1G)弯曲试样展示                  图4-2 立焊(3G)弯曲试样展示

说明：高锰钢用焊条1G和3G位置焊接，面弯、背弯弯曲试样均无裂纹，抗裂性良好。

京群高锰钢用手焊条和金属粉芯埋弧焊丝已送样多家客户测试，欢迎广大用户垂询了解。

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