液化天然氣儲(chǔ)罐9%Ni鋼板表面麻點(diǎn)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(yīng)用，作為液化天然氣儲(chǔ)罐內(nèi)罐關(guān)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(chǎn)化以來得到廣泛的應(yīng)用[1]。然而在國產(chǎn)化生產(chǎn)過程中，用戶對(duì)此鋼板表面質(zhì)量異議較多，麻點(diǎn)為其主要表現(xiàn)形式。文中對(duì)此進(jìn)行了詳細(xì)的分析，以供同行借鑒。

1 9%Ni鋼板軋制后表面質(zhì)量

9%Ni鋼板加熱時(shí)極易氧化，其防護(hù)是目前世界公認(rèn)的技術(shù)難題之一，由此導(dǎo)致的鋼板表面質(zhì)量問題對(duì)鋼廠成本控制、技術(shù)穩(wěn)定性、項(xiàng)目供貨進(jìn)度等影響較大。

國內(nèi)某LNG項(xiàng)目中，內(nèi)罐9%Ni鋼板首次采用國產(chǎn)化產(chǎn)品，約計(jì)890 t，厚度5～11 mm，寬度2 000～3 000 mm，用于2個(gè)3萬m3全容式儲(chǔ)罐。在供貨階段,軋制出的40%鋼板出現(xiàn)了不同深度表面麻點(diǎn)問題，見圖1。

圖1 軋制的9%Ni鋼板不同深度麻點(diǎn)表面

相關(guān)統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，麻點(diǎn)主要集中于鋼板軋制下表面，呈局部點(diǎn)狀或帶狀分布，麻點(diǎn)面積占到單張鋼板面積的5%～20%。此問題引起了監(jiān)檢及業(yè)主的高度重視，這些帶有麻點(diǎn)的9%Ni鋼板無法投入使用，有必要通過技術(shù)檢測(cè)、原因分析、工藝改進(jìn)及加強(qiáng)管理等方面來有效提升鋼板的表面質(zhì)量。

2 9%Ni鋼板表面質(zhì)量技術(shù)要求

(1)鋼板熱處理后應(yīng)在工廠進(jìn)行噴丸處理，鋼材表面應(yīng)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(yīng)僅是點(diǎn)狀或條紋狀的輕微色斑[2]。

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

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

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

根據(jù)上述技術(shù)要求以及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)物來看，麻點(diǎn)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(zhì)量較差，最終無法被各方接受。通常建議對(duì)深度在0.2 mm以上大面積麻面鋼板做報(bào)廢處理，深度較淺或小面積麻坑鋼板可以進(jìn)行修磨處理。

3 表面麻點(diǎn)產(chǎn)生原因分析

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

(2)防氧化涂料穩(wěn)定性 無機(jī)硅酸鹽高溫防氧化涂料配比的穩(wěn)定性、操作的規(guī)范性、涂層厚度、養(yǎng)護(hù)環(huán)境等對(duì)坯料有一定影響[6]。

(3)加熱溫度及在爐時(shí)間影響 鋼坯在爐內(nèi)高溫區(qū)域的時(shí)間越長，表面氧化速度將極大增加，同時(shí)加熱過程中常會(huì)出現(xiàn)軋機(jī)或其它設(shè)備故障而影響出爐，導(dǎo)致在爐時(shí)間過長出現(xiàn)過燒現(xiàn)象[7]。

(4)爐氣影響 爐氣中一般含有一定量的O2及SO2，當(dāng)O2含量偏高時(shí)，將加速鋼坯的氧化，含S的爐氣與Ni發(fā)生反應(yīng)形成低熔點(diǎn)的NiS網(wǎng)狀組織[8]。熔化破壞了鋼錠在較低溫度下形成的保護(hù)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(kuò)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(nèi)出來，進(jìn)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(shí)際生產(chǎn)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(duì)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(dǎo)致軋制時(shí)壓入，經(jīng)拋丸后氧化皮脫落而形成表面麻點(diǎn)。

鋼板表面麻點(diǎn)的形成與鋼坯防護(hù)、加熱前保護(hù)、加熱工藝、除鱗及軋制工藝均有關(guān)聯(lián)。9%Ni鋼種特性造成坯料高溫加熱時(shí)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(diǎn)產(chǎn)生。

4 表面麻點(diǎn)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(yīng)露出表面金屬光澤，不得再有裂紋和氧化皮出現(xiàn)。

修磨方式可經(jīng)機(jī)械粗、細(xì)修磨后，再采取人工精修，并去除機(jī)械修的毛刺和局部深坑現(xiàn)象，最終達(dá)到預(yù)期要求，見圖2。

圖2 精磨后鋼坯表面

4.2 防氧化涂料保護(hù)

鋼坯進(jìn)加熱爐前采用防氧化性能良好的涂料對(duì)鋼坯上、下兩面進(jìn)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(qiáng)度，以減少在運(yùn)輸、輸送及爐內(nèi)等過程中造成破損。

根據(jù)涂料的保養(yǎng)要求，在保養(yǎng)過程中采取防水、防油污等保護(hù)措施。

對(duì)噴涂后的鋼坯，應(yīng)在堆放、輸送等過程中采取一定的防護(hù)措施。

對(duì)涂覆防氧化涂料的鋼坯，在進(jìn)入加熱爐前需做好包裝措施，如進(jìn)行紙板包裹。

4.3 加熱工藝

加熱過程中應(yīng)嚴(yán)格控制鋼坯的加熱時(shí)間和溫度，不得出現(xiàn)過燒和溫度波動(dòng)過大等現(xiàn)象。

在加熱爐內(nèi)先預(yù)熱到一定溫度，然后按照相應(yīng)的升溫次序均熱到預(yù)定溫度之后再進(jìn)行保溫。加熱段與均熱段在爐時(shí)長需要根據(jù)鋼坯的厚度嚴(yán)格進(jìn)行計(jì)算確定。

加熱期注意控制風(fēng)量，在保證燃料完全燃燒的前提下，使空氣過剩量達(dá)到最小限度，以減少氧化鐵皮的產(chǎn)生。出連續(xù)爐前半小時(shí)適當(dāng)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(qiáng)不易脫落。

出爐前應(yīng)適當(dāng)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(jìn)而導(dǎo)致除鱗后不易被去除。

加熱期間還應(yīng)注意設(shè)備故障的排查，避免耽誤出爐。

4.4 除鱗和軋制

高壓水系統(tǒng)除鱗壓力不得小于18 MPa，初除鱗一次未除凈必須進(jìn)行二次初除鱗，同時(shí)加強(qiáng)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(guī)程，改進(jìn)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(jì)壓下率，可以提高鱗的剝離性。當(dāng)粗軋中各道次的壓下率大于25%，精軋前的累計(jì)壓下率大于85%時(shí)實(shí)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(shí)用高壓水進(jìn)行吹掃。坯料軋制后晾鋼數(shù)分鐘，然后退回到連續(xù)爐在均熱溫度下加熱10 min出爐，再次除鱗，經(jīng)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(yán)控鋼坯精磨質(zhì)量，確保表面無裂紋、氣泡、疏松等缺陷，確認(rèn)表面無油污、黏渣等雜物。

監(jiān)督高溫防氧化涂料配制、涂覆過程，檢測(cè)涂層厚度，加強(qiáng)與涂料廠家協(xié)商，確保高溫防氧化涂料保護(hù)效果最佳。

監(jiān)督鋼坯包裝及流轉(zhuǎn)期間的涂層保護(hù)問題。

項(xiàng)目總包方對(duì)上述質(zhì)量前控措施進(jìn)行監(jiān)督檢查，跟蹤、督促鋼企改進(jìn)軋制工藝，采取嚴(yán)控鋼坯精磨和涂覆質(zhì)量等前控措施。

表面檢驗(yàn)嚴(yán)格執(zhí)行文獻(xiàn)[13]中對(duì)證書文件的要求[13]，獨(dú)立第三方監(jiān)檢人員全程參與過程控制及試驗(yàn)測(cè)定，并出具相應(yīng)的產(chǎn)品證書。

5 部分鋼板表面修磨

監(jiān)檢人員對(duì)鋼板表面修磨過程進(jìn)行全部見證或檢驗(yàn)，審核檢驗(yàn)員及研磨工資質(zhì)，確認(rèn)其掌握修磨技能或技巧。

檢查超聲波測(cè)厚儀、螺旋測(cè)微儀等檢測(cè)工具狀態(tài)及標(biāo)定證書，檢查氣動(dòng)砂輪機(jī)、砂輪片及氣源壓力是否滿足修磨要求。

對(duì)鋼板表面質(zhì)量進(jìn)行雙面100%復(fù)檢，對(duì)修磨點(diǎn)位進(jìn)行100%厚度測(cè)量，確認(rèn)修磨處光滑過渡，無溝槽、棱角、波紋等次生缺陷[14]。對(duì)修磨方式進(jìn)行檢查，要求所有修磨點(diǎn)起頭和收尾平齊，各道次之間光滑過渡，無明顯棱角。對(duì)修磨深度進(jìn)行檢查，確認(rèn)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(diǎn)位的缺陷，遇裂紋、分層及側(cè)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(jìn)行確認(rèn)，復(fù)測(cè)時(shí)使用雙晶探頭，合格級(jí)別為S2E4級(jí)[16]。當(dāng)修磨點(diǎn)位較多或修磨面積較大時(shí)，要求鋼廠對(duì)鋼板進(jìn)行再次拋丸處理，提高鋼板表觀質(zhì)量。

經(jīng)過上述修磨處理后，再次檢驗(yàn)合格的鋼板予以接受。從實(shí)際操作來看，修磨工作要求較為精細(xì)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，對(duì)進(jìn)度有一定影響。

6 結(jié)語

采用文中制定的控制措施后，后續(xù)軋制出的9%Ni鋼板表面質(zhì)量達(dá)到了有關(guān)要求，有效提升了鋼板的成材率，節(jié)約了成本，為企業(yè)帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)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，F(xiàn)lat 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(jí)和除銹等級(jí)[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(tài)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(tài)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].)

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(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(chǎn)品-檢驗(yàn)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(cè)方法[S].

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