天然氣的液化溫度為-162℃，液化后的天然氣（簡(jiǎn)稱LNG）體積為氣態(tài)的1/600，這就使得對(duì)LNG儲(chǔ)罐的材質(zhì)要求較高，目前常用于LNG罐的材料主要有9Ni鋼、5Ni鋼、奧氏體不銹鋼和鋁鎂合金鋼等，而9Ni鋼以其強(qiáng)度高、易于加工和焊接性能優(yōu)良等優(yōu)勢(shì)，被廣泛用于LNG儲(chǔ)罐設(shè)備中。
9Ni鋼是1944年開(kāi)發(fā)的W(Ni)一9%的中合金鋼，由美國(guó)國(guó)際鎳公司的產(chǎn)品研究實(shí)驗(yàn)室研制成功，它是一種低碳調(diào)質(zhì)鋼，組織為馬氏體加貝氏體。這種鋼材在極低溫度下具有良好的韌性和高強(qiáng)度，而且與奧氏體不銹鋼和鋁合金相比具有熱脹系數(shù)小，經(jīng)濟(jì)性好，使用溫度最低可達(dá)一196℃，自1960年通過(guò)研究證明不進(jìn)行焊后消除應(yīng)力熱處理亦可安全使用以來(lái)，9%Ni鋼就成為用于制造大型LNG儲(chǔ)罐的主要材料之一。鋼的主要特點(diǎn)是高鎳含量、高純凈度、較高強(qiáng)度、高的低溫沖擊韌性、良好焊接性能。通過(guò)研發(fā)，鋼材可以達(dá)到以下性能指標(biāo): 9Ni鋼:ReH≥585MPa，Rm = 680~820MPa，A≥18%，-196℃，AKv(T)≥150J，AKv(T)≥80J(歐盟標(biāo)準(zhǔn))。
9Ni鋼主要用于制造液化天然氣(LNG)儲(chǔ)罐和運(yùn)輸船舶，最低使用溫度可達(dá)-196℃，其強(qiáng)度高、低溫韌性優(yōu)異、焊接性能良好，是深冷環(huán)境下使用的韌性最好的材料。
1952年世界上第一臺(tái)9Ni鋼儲(chǔ)罐在美國(guó)投入使用，1960年通過(guò)研究證明，不進(jìn)行焊后消除應(yīng)力熱處理亦可安全使用，自此9Ni鋼就開(kāi)始成為用于制造大型低溫儲(chǔ)罐的主要材料之一。1969年日本建造的第一臺(tái)LNG儲(chǔ)罐最大罐容已達(dá)20×104m3。2004年，我國(guó)首個(gè)大型LNG低溫儲(chǔ)罐項(xiàng)目在廣東大鵬開(kāi)工，以及后來(lái)的福建、大連、寧波等地籌建的LNG項(xiàng)目都采用了9Ni鋼材料。
9Ni鋼是典型的低碳馬氏體鋼，本身耐低溫（-196℃，LNG儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)溫度-162℃）。它的低溫力學(xué)性能主要取決于其化學(xué)成分，尤其是Ni和C的含量，此外9Ni鋼的韌性還取決于鋼的純凈度及顯微組織。從化學(xué)成分上看，其Ni含量較大，因此具有一定的淬硬性。含碳量降低可以使回火馬氏體中碳化物的析出大大減少，從而改善低溫韌性，而碳含量過(guò)高則會(huì)導(dǎo)致焊接性能和冷脆性能嚴(yán)重惡化。因此，在合金化過(guò)程中，要嚴(yán)格控制C的含量，使其保持在低碳范圍內(nèi)，同時(shí)，P、S、Mn、Mo、Cr等合金元素的含量也要控制在較低范圍內(nèi)。
迄今為止，9Ni鋼在LNG設(shè)備中的應(yīng)用已有近60年的歷史，隨著世界經(jīng)濟(jì)和貿(mào)易的飛速發(fā)展，液態(tài)天然氣已經(jīng)成為世界油氣工業(yè)的新熱點(diǎn)。為促進(jìn)能源供應(yīng)多元化和改善能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，海洋石油工程股份有限公司對(duì)LNG產(chǎn)業(yè)的發(fā)展越來(lái)越重視，投入了大量的人力、物力，已迅速在本領(lǐng)域取得一席之地，然而LNG儲(chǔ)罐的施工也必然需要解決一系列的技術(shù)問(wèn)題。針對(duì)LNG低溫儲(chǔ)罐9Ni低溫鋼材料的特點(diǎn)以及在焊接過(guò)程中容易出現(xiàn)的冷裂紋、熱裂紋、低溫韌性降低、電弧磁偏吹等問(wèn)題開(kāi)展的研究分析表明，9Ni鋼在焊接施工中要達(dá)到理想的施工效果可采取下列主要控制措施：
（1）選擇低氫、低碳的焊接材料，使焊材與母材在室溫和高溫下的線膨脹系數(shù)基本相近，從而避免因不均勻的熱脹冷縮造成的熱應(yīng)力。
�。�2）施焊前，利用有機(jī)溶液清洗或打磨的方法，對(duì)焊接坡口表面進(jìn)行清理；環(huán)境溫度低于5℃時(shí)，焊接前必須對(duì)母材進(jìn)行預(yù)熱處理；焊材嚴(yán)格按照要求保存，隨取隨用，嚴(yán)禁長(zhǎng)期暴露在空氣中。
�。�3）正確選擇焊接材料，選擇高Ni的焊材，焊接時(shí)雖然通過(guò)高溫?fù)p耗和母材對(duì)焊縫金屬的稀釋，仍有足夠高的奧氏體組織，避免熔合線出現(xiàn)脆硬馬氏體帶。
�。�4）嚴(yán)格控制線能量，一般控制在0.7～3.0kJ/mm，盡量采用較小的熱輸入焊接。
（5）母材在加工運(yùn)輸中避免與磁性材料接觸，如仍有剩磁，焊前應(yīng)對(duì)9Ni鋼進(jìn)行消磁處理，確保母材的剩磁量在要求值之內(nèi)。
