CSTM-高錳鋼制LNG儲(chǔ)罐用焊接材料編制說(shuō)明

T/CSTMXXXXX-202X《高錳鋼制LNG儲(chǔ)罐用焊接材料》編制說(shuō)明目錄（編寫框架）TOC\o"1-3"\h\u1. 目的、意義及任務(wù) 22. 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)行材料標(biāo)準(zhǔn)及CSTM要求的比較與制修訂 23. 焊接材料研發(fā)的基本原理 34. 標(biāo)準(zhǔn)編制原則和主要內(nèi)容 44.1標(biāo)準(zhǔn)編制原則 44.2主要內(nèi)容 45. 試驗(yàn)和應(yīng)用情況 76. 結(jié)束語(yǔ) 8

1.目的、意義及任務(wù)節(jié)能減排是綠色航運(yùn)業(yè)發(fā)展的主題，大力發(fā)展優(yōu)質(zhì)高效和經(jīng)濟(jì)清潔能源的液化天然氣LNG（LiquefiedNaturalGas，簡(jiǎn)稱LNG）燃料，將是我國(guó)實(shí)現(xiàn)“2030年前碳達(dá)峰、2060年前碳中和”目標(biāo)的有力保障措施之一。超低溫高錳鋼以其優(yōu)良的力學(xué)性能和卓越的經(jīng)濟(jì)性，已成為L(zhǎng)NG儲(chǔ)運(yùn)裝備極具競(jìng)爭(zhēng)力的材料。而配套的焊接材料是LNG儲(chǔ)運(yùn)裝備建造的關(guān)鍵技術(shù)，決定著裝備的結(jié)構(gòu)完整性和運(yùn)行安全性。目前國(guó)內(nèi)尚無(wú)任何高錳鋼制LNG儲(chǔ)罐用焊接材料的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，且韓國(guó)的技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)，由于技術(shù)封鎖，無(wú)法參閱。雖是替代9Ni鋼和奧氏體不銹鋼的材料，但由于與9Ni鋼是不同成分體系、不同微觀組織的材料，與奧氏體不銹鋼是不同成分體系的材料，有著與9Ni鋼和奧氏體不銹鋼顯著差別的焊接性，配套于高錳鋼的焊接材料有其自身的獨(dú)特的特點(diǎn)和焊接技術(shù)要求，因此，為推動(dòng)高錳鋼的應(yīng)用，繪制高錳鋼焊接材料的團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)勢(shì)在必行。另一方面，在實(shí)際使用過(guò)程中，若此種先進(jìn)材料無(wú)規(guī)可循，不能從規(guī)范的角度提供強(qiáng)有力的硬件支持和保障，將是應(yīng)用高錳鋼的壁壘和障礙。編制高錳鋼制LNG儲(chǔ)罐用焊接材料標(biāo)準(zhǔn)的目的在于彌補(bǔ)此項(xiàng)空白，標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目主要涉及到：高錳鋼制LNG儲(chǔ)罐用焊接材料的型號(hào)、技術(shù)要求、各項(xiàng)指標(biāo)、試驗(yàn)方法、檢驗(yàn)規(guī)則、包裝、標(biāo)志和質(zhì)量證明等各項(xiàng)要求。本標(biāo)準(zhǔn)擬分三部分：（1）焊條，（2）埋弧焊焊絲及焊劑，（3）鎢極氬弧焊焊絲。期望通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目的編制實(shí)施，規(guī)范高錳鋼制LNG儲(chǔ)罐用焊接材料統(tǒng)一規(guī)定，并為在未來(lái)此類材料的設(shè)計(jì)、驗(yàn)收和使用提供理論依據(jù)。真正從規(guī)范層面指導(dǎo)高錳鋼制LNG罐用焊接材料的應(yīng)用，推進(jìn)高錳鋼制LNG罐用焊接材料的生產(chǎn)與應(yīng)用。2.國(guó)內(nèi)外現(xiàn)行材料標(biāo)準(zhǔn)及CSTM要求的比較與制修訂世界范圍內(nèi)，韓國(guó)浦項(xiàng)POSCO鋼鐵率先研發(fā)并推廣LNG燃料罐用超低溫高錳鋼焊接材料及焊接工藝，在完成鋼材和焊接材料的船級(jí)社認(rèn)證后，于2014年12月通過(guò)了韓國(guó)國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究院的認(rèn)證，并制定了高錳鋼用電弧焊條（KSD7142）、高錳鋼用電焊藥芯焊絲（KSD7143）、高錳鋼用埋弧焊絲和焊劑（KSD7144）、低溫壓力容器用奧氏體系高錳鋼板標(biāo)準(zhǔn)（KSD30131）等新標(biāo)準(zhǔn)。在相關(guān)技術(shù)報(bào)道中，基本以藥芯焊絲為主要產(chǎn)品，未見(jiàn)有任何手工電焊條的技術(shù)報(bào)道。據(jù)推測(cè)是由于韓國(guó)船舶建造行業(yè)的自動(dòng)化程度較高，手工電弧焊使用率較低。2016年，超低溫高錳鋼正式應(yīng)用于由現(xiàn)代尾浦造船公司承建的5萬(wàn)總載重噸級(jí)動(dòng)力散貨船LNG燃料罐。2017年超低溫高錳鋼應(yīng)用于全球首艘LNG動(dòng)力散貨船“IlshinGreenIris”號(hào)上，這艘50000載重噸散貨船，是全球第一艘LNG動(dòng)力散貨船，擁有一個(gè)容量為500m3的C型LNG燃料罐。韓國(guó)預(yù)計(jì)到2030年建造的船舶中將有60%是LNG動(dòng)力船，且由超低溫高錳建造完成。目前國(guó)內(nèi)沒(méi)有任何與高錳鋼焊接材料相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。3.焊接材料研發(fā)的基本原理從2016年開(kāi)始，武漢科技大學(xué)王紅鴻教授團(tuán)隊(duì)開(kāi)始研究高錳鋼的焊接性，對(duì)于高錳鋼的微觀組織及力學(xué)行為進(jìn)行了深入的研究，掌握了其強(qiáng)韌化機(jī)理。自2018年至今，受南京鋼鐵公司的技術(shù)委托（3項(xiàng)技術(shù)委托合同），武漢科技大學(xué)王紅鴻教授研發(fā)系列的超低溫高錳鋼配套焊接材料，經(jīng)過(guò)4年，從理論探索研究到實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)，再到小批量生產(chǎn)，研制出超低溫高錳鋼配套的系列焊接材料，包括手工電焊條、埋弧焊焊絲及焊劑、鎢極氬弧焊焊絲等。配合南京鋼鐵公司完成了高錳鋼30mm、50mm規(guī)格的船級(jí)社認(rèn)證試驗(yàn)工作，國(guó)內(nèi)首家取得了六國(guó)船級(jí)社證書。采用本團(tuán)隊(duì)技術(shù)，指導(dǎo)武漢鐵錨焊材有限公司（2項(xiàng)合作合同），國(guó)內(nèi)首家取得了超低溫高錳鋼埋弧焊焊絲與焊劑的六國(guó)船級(jí)社證書。高錳鋼焊接材料形成的焊縫金屬為全奧氏體組織，焊接材料通過(guò)設(shè)計(jì)C、Mn、Ni、N等合金元素含量，控制層錯(cuò)能在20mJ/m2以上，保證焊縫金屬在室溫到-196°C的溫度范圍，仍然是奧氏體組織，有著良好的奧氏體穩(wěn)定性；在受到外力作用時(shí)，以形變誘導(dǎo)塑性（TWIP）為主要形變機(jī)制，保證良好的低溫沖擊韌性和斷裂韌性。設(shè)計(jì)原理一：高錳鋼焊接材料的成分體系或形成的熔敷金屬的成分體系應(yīng)與母材相匹配，目前，IMO及CCS已發(fā)布高錳鋼的化學(xué)成分體系，高錳鋼焊接材料及熔敷金屬的成分體系與此導(dǎo)則和指南中的化學(xué)成分體系相匹配。設(shè)計(jì)原理二：高錳鋼屬于高合金體系，液態(tài)金屬粘度大、熔池鋪展不開(kāi)；為奧氏體組織，電阻系數(shù)大?；谝陨咸匦?，為保證良好的焊接工藝操作性和焊縫金屬成型性，設(shè)計(jì)了全新的焊條芯成分體系、堿型藥皮成分體系和焊劑成分體系。4.標(biāo)準(zhǔn)編制原則和主要內(nèi)容4.1標(biāo)準(zhǔn)編制原則（1）政策性：本文件的制定符合國(guó)家現(xiàn)行有關(guān)法律、法規(guī)和政策要求。（2）原則性：本文件有利于促進(jìn)我國(guó)高錳鋼在LNG儲(chǔ)運(yùn)裝備中的應(yīng)用，提高我國(guó)在高端焊接材料方面的研發(fā)和應(yīng)用，提高LNG行業(yè)、建造行業(yè)、焊接材料行業(yè)的技術(shù)儲(chǔ)備和競(jìng)爭(zhēng)力。（3）前瞻性：本文件的高錳鋼焊接材料是我國(guó)提出的完全自主研發(fā)的技術(shù)，是屬于國(guó)際先進(jìn)，國(guó)內(nèi)首創(chuàng)的技術(shù)。隨著我國(guó)LNG新能源行業(yè)快速發(fā)展，LNG儲(chǔ)運(yùn)裝備需求量的劇增，高錳鋼的應(yīng)用將會(huì)呈現(xiàn)出井噴式的增長(zhǎng)。在自主研發(fā)、理論指導(dǎo)的基礎(chǔ)上，結(jié)合日前的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及LNG樣罐建造的基礎(chǔ)，明確高錳鋼焊接材料的生產(chǎn)、應(yīng)用、檢測(cè)等規(guī)范和要求，最終形成《高錳鋼制LNG儲(chǔ)罐用焊接材料》的標(biāo)準(zhǔn)草案（工作組討論稿）。（4）實(shí)用性：本文件主要用于高錳鋼制LNG儲(chǔ)罐焊接材料的分類、技術(shù)要求、試驗(yàn)方法、檢驗(yàn)規(guī)則、包裝標(biāo)志和質(zhì)量證明書。對(duì)于高錳鋼焊接材料生產(chǎn)行業(yè)、使用行業(yè)具有較強(qiáng)的實(shí)用性。（5）規(guī)范性：本文件制定時(shí)對(duì)照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定，文字表達(dá)力求準(zhǔn)確簡(jiǎn)明，內(nèi)容嚴(yán)謹(jǐn)合理。（6）緊迫性：目前，LNG新能源的快速發(fā)展，儲(chǔ)運(yùn)裝備需求急增，高錳鋼以其優(yōu)良的綜合性能和優(yōu)秀的經(jīng)濟(jì)性，其應(yīng)用前景將呈現(xiàn)出喜人的局面。沒(méi)有相關(guān)的適用性的焊接材料的標(biāo)準(zhǔn)，將會(huì)嚴(yán)重阻礙高錳鋼在LNG行業(yè)的應(yīng)用，或者成為發(fā)展的頸項(xiàng)。因此，本文件的制定和發(fā)布迫在眉睫。（7）重要性：目前國(guó)內(nèi)缺乏高錳鋼焊接材料的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，為了促進(jìn)我國(guó)LNG新能源和裝備的快速發(fā)展，指定和發(fā)布高錳鋼焊接材料的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)將表現(xiàn)出其非常重要的作用。4.2主要內(nèi)容（1）范圍本文件規(guī)定了錳奧氏體低溫鋼（簡(jiǎn)稱高錳鋼，下同）制LNG儲(chǔ)罐用焊條、埋弧焊絲和焊劑、鎢極氬弧焊絲的型號(hào)編制、技術(shù)要求、試驗(yàn)方法、檢驗(yàn)規(guī)則。適用于高錳鋼制LNG儲(chǔ)罐用焊條、埋弧焊焊絲和焊劑、鎢極氬弧焊絲。（2）型號(hào)分類高錳鋼焊條為低氫型焊接，焊條型號(hào)由五部分組成:第一部分用字母"E"表示焊條；第二部分用字母"HMn"表示高錳鋼；第三部分為數(shù)字"X"表示焊接位置，1為全位置焊接；第四部分為數(shù)字"Y"表示焊接電流種類及藥皮類型；數(shù)字后面附加"M"表示有特殊規(guī)定的焊條。埋弧焊焊絲-焊劑組合分類由四部分組成：第一部分：用字母“F”表示埋弧焊焊絲-焊劑組合；第二部分：用“HMn”表示高錳的熔敷金屬種類；第三部分：用“S”表示實(shí)心焊絲；第四部分：表示焊劑類型；第五部分：表示焊絲類型和牌號(hào)。鎢極氬弧焊焊絲“TH”表示氬弧焊；“S”表示實(shí)心；“25MnXXX”表示合金元素，X表示其它元素。(3)技術(shù)要求包括焊接材料的尺寸、表面質(zhì)量、顆粒度規(guī)定、焊絲和熔敷金屬的化學(xué)成分、熔敷金屬的力學(xué)性能、焊絲的金相檢驗(yàn)、熔敷金屬的射線檢測(cè)。焊絲的化學(xué)分為武漢科技大學(xué)研發(fā)時(shí)的數(shù)據(jù)，同時(shí)符合與IMO和CCS導(dǎo)則和指導(dǎo)的技術(shù)要求。力學(xué)性能以IMO和CCS導(dǎo)則和指導(dǎo)的技術(shù)要求為準(zhǔn)則。（4）試驗(yàn)方法包括焊絲尺寸及表面質(zhì)量檢測(cè)、化學(xué)分析、熔敷金屬力學(xué)性能、射線檢測(cè)。試驗(yàn)方法主要參照相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。（5）檢測(cè)規(guī)則包括批量劃分、取樣方法、驗(yàn)收、復(fù)驗(yàn)。（6）包裝、標(biāo)志和質(zhì)量證明書5.試驗(yàn)和應(yīng)用情況本文件中的手工電焊條（Ф2.5mm、Ф3.2mm兩種規(guī)格）、埋弧焊焊絲（Ф3.2mm）+配套焊劑、鎢極氬弧焊焊絲（Ф2.5mm），三種焊接材料，已配合南京鋼鐵公司取得六國(guó)船級(jí)社鋼板認(rèn)證。已指導(dǎo)鐵錨焊接材料公司取得埋弧焊焊絲（Ф3.2mm）+配套焊劑的六國(guó)船級(jí)社認(rèn)證。目前正在江蘇華滋能源公司，正在采用本文件中的三種焊接材料進(jìn)行LNG樣罐建造。已完成焊接工藝評(píng)定，力學(xué)性能達(dá)到本文件中的技術(shù)要求。6.結(jié)束語(yǔ)高錳鋼的應(yīng)用隨著LNG新能源的發(fā)展將呈現(xiàn)出快速發(fā)展的勢(shì)頭，2022年樣罐制造和船級(jí)社認(rèn)證將大面積鋪開(kāi)，在1-2年