06Ni9DR鋼板檢驗的重點及難點分析

解朝暉，馬向峰，陳明健，任 磊，陶所平

（合肥通用機械研究院有限公司，安徽 合肥 230031）

根據GB/T 221—2008《鋼鐵產品牌號表示方法》［1］，06Ni9DR 鋼板為低溫容器用 9% Ni 鋼板，等同于 EN 10028-4—2017《Flat Products Made of Steels for Pressure Purposes—Part 4：Nickel Alloy Steels with Specified Low Temperature Properties》［2］中 的 X7Ni9 鋼 、ASTM A553/533M—2017《Standard Specification for Pressure Vessel Plates，Alloy Steel，Quenched and Tempered 7，8 and 9% Nickel》［3］中的Ⅰ型鋼和JIS G3127—2019 《低溫壓力容器用鎳鋼板》［4］中的 SL9N520（正火）、SL9N590（調質）鋼。

06Ni9DR鋼板有良好的低溫性能，被廣泛用于液化天然氣（LNG）儲罐的建造。我國06Ni9DR鋼板生產起步較晚，2009年第1塊LNG儲罐用06Ni9DR鋼板在太原鋼鐵（集團）有限公司下線，填補了06Ni9DR鋼板國產化空白。目前，我國已有多家鋼鐵制造廠家，如鞍山鋼鐵集團有限公司、南京鋼鐵股份有限公司、寶山鋼鐵股份有限公司、江陰興澄特種鋼鐵有限公司和舞陽鋼鐵有限責任公司，都具備生產06Ni9DR鋼板的能力，產品的各項合格指標均不低于美國和歐洲的相關標準和要求，尤其是-196℃沖擊功要求遠高于國外標準水平。

隨著06Ni9DR鋼板國產化制造技術的成熟，國內建造的LNG儲罐的體積也在逐漸增大。最早中國寰球工程公司參照歐洲標準和美國標準為大連項目、如東項目各設計了2臺地上全包容式1.6×105m3的LNG儲罐，隨后建成投產的唐山、廣西、山東等地LNG項目中的儲罐容量也大多為1.6×105m3，目前已經建成投產容量最大的儲罐為如東LNG項目中的2×105m3儲罐。06Ni9DR鋼板的使用厚度從早期的6～27.5 mm發展到5～35.5 mm。06Ni9DR鋼板國產制造技術的成熟也為其出口奠定了基礎。從2019年開始，江陰興澄特種鋼鐵有限公司已向越南出口06Ni9DR鋼板，用于建造LNG儲罐。文中結合近十幾年來06Ni9DR鋼板生產中出現的問題，從鋼板檢驗角度，詳細介紹了各生產環節的控制要點、注意事項和存在的一些特性規律。

1 06Ni9DR鋼冶煉方法

06Ni9DR鋼的冶煉，允許采用氧氣轉爐+爐外精煉，經真空處理方法生產。也可以采用電爐+爐外精煉，經真空處理方法生產。

06Ni9DR鋼主要用于低溫環境，對性能要求高。因此，對鋼中各元素含量有嚴格要求，尤其是P、Ni和S元素，各鋼鐵制造廠應根據自己的實際情況選擇適宜的冶煉方法。

2 06Ni9DR鋼板主要檢驗工序重點及難點

2.1 熔煉成分檢查

06Ni9DR鋼板的化學成分要求見表1。應嚴格控制C、S、P元素的質量分數，使其不得超過表1中的要求。以每爐罐號為單位進行鋼板成品的分析檢測。

表1 06Ni9DR鋼板化學成分要求（質量分數） %

熔煉分析還應列出鋼板中 Cr、Nb、Cu、Al等微量元素的質量分數，Cr、Cu、Mo元素質量分數總和應不超過0.50%。

熔煉分析要求未區分薄板和厚板，而是給了同一個范圍。關于熔煉分析中各元素的質量分數，應注意以下兩點，①熔煉分析各元素的質量分數應避免控制在技術要求數值的上限或下限，防止因元素偏析或人工操作帶來的誤差而導致檢測結果超出技術要求數值的范圍。②實際生產的LNG儲罐用鋼板厚度有時相差很大，如2×105m3LNG儲罐用到的鋼板最薄為5 mm，最厚為35.5 mm?？紤]鋼板調質的淬透性，應適當調整薄板和厚板的C元素質量分數。

2.2 鋼板軋制檢查

軋制不同規格的鋼板需對應的板坯規格尺寸是不同的，確定軋制鋼板的規格尺寸后選擇相應的板坯。板坯需要加熱到一定的溫度方可進行軋制，軋制之前需要對板坯進行除鱗，且除鱗要徹底，否則成型后的鋼板表面質量差。軋制過程中要嚴格控制軋制溫度（始軋溫度、終軋溫度）、軋制道次、軋制下壓量，為了提高鋼板的沖擊韌性，有的鋼廠采用橫開坯縱軋。

鋼板軋制環節主要控制鋼板厚度、寬度和表面質量，因此，鋼板軋制后均需通過人工在線檢查厚度、寬度和表面質量。鋼板剛軋制完畢溫度仍然很高，需要考慮鋼板在冷、熱狀態下的尺寸差異，檢查必須由專業人員操作。

2.3 超聲檢測

對于厚度不小于6 mm的鋼板，按照BS EN 10160—1999 《Ultrasonic Testing of Steel Flat Product of Thickness Equal or Greater than 6 mm（Reflection Method）》［5］逐張進行超聲檢測。隨著06Ni9DR鋼板在國內的普遍使用和大規模生產，已經逐步采用NB/T 47013.3—2015《承壓設備無損檢測 第3部分：超聲檢測》［6］進行100%超聲檢測，Ⅰ級合格。

按BS EN 10160—1999進行超聲檢測時應注意，對鋼板中間部位采用掃描間距均為100 mm的橫向和縱向檢測，對邊部進行100%超聲檢測。鋼板在無損檢測階段尚處于毛邊狀態，對邊部進行100%超聲檢測時一定要考慮切邊的寬度，留出充分的切割余量。這是因為鋼板的切邊不是完全按照邊部對等的距離切割，而是根據四周邊部情況，調整切割出需要的鋼板交貨尺寸，留出切割余量可防止邊部檢測合格的區域被切除。

2.4 熱處理檢查

06Ni9DR鋼板軋制后，需要通過熱處理來調節鋼板的性能，從而達到技術要求。一般要求離線進行調質熱處理，06Ni9DR鋼板的淬火溫度在770～830 ℃，回火溫度在 540～620 ℃［7］。 目前淬火處理均采用水冷，回火處理均采用空冷。

在06Ni9DR鋼板實際生產過程中，針對不同的板厚，結合性能等因素，有正火+正火+回火（NNT）、淬火 +回火 （QT）和淬火+淬火+回火（QLT）這3種熱處理方式。對于厚度不大于8 mm的06Ni9DR鋼板，允許采用NNT熱處理工藝。相同厚度06Ni9DR鋼板在3種熱處理方式下的板形、成本和工序比較見表2。

表2 相同厚度06Ni9DR鋼板在不同熱處理方式下的板形、成本和工序比較

06Ni9DR鋼板的熱處理溫度是針對所有厚度鋼板給定的范圍，實際操作時需要根據熱處理爐狀態、測溫點位置、熱處理時間和鋼板厚度等情況進行適當調整。

冷卻水溫度和冷卻時的環境溫度對06Ni9DR鋼板熱處理性能影響也很大，不同制造廠家應結合各自條件確定最佳參數。

2.5 力學性能和工藝性能檢驗

2.5.1 拉伸試驗

對公稱厚度t為5～37 mm的06Ni9DR鋼板進行拉伸試驗，取樣方法執行BS EN10028-1—2017《Flat Products Made of Steels for Pressure Purposes—Part 1：General Requirements》［8］，試驗方法則執行 BS EN10002-1—2001《Metallic Materials—Tensile Testing—Part 1：Method of Test at Ambient Temperature》［9］。 交貨狀態下的鋼板室溫拉伸性能應當符合上屈服強度ReH≥585 MPa、抗拉強度 Rm在 690～820 MPa、延伸率A≥20%的相關要求。

檢驗過程中，任意選取不同廠家生產的熔煉成分相同或相近、厚度相同或相近的06Ni9DR鋼板，在NNT、QT和QLT這3種熱處理方式下進行拉伸試驗，發現鋼板拉伸性能從好（穩定）到差對應的熱處理方式依次為QLT、QT、NNT。

2.5.2 沖擊試驗

-196℃下06Ni9DR鋼板橫向沖擊功要求見表3。沖擊試驗取樣方法執行BS EN10028-1—2017，試驗方法則執行 BS EN10045-1—1990《Charpy Impact Test on Metallic Materials—Part 1：Test Method （V-and U-Motches）》［10］。除此之外，每個試樣斷口的側膨脹量要求最小為0.64 mm，纖維斷面率要求最小75%。沖擊試樣尺寸根據鋼板厚度確定。

表3 -196℃下06Ni9DR鋼板橫向沖擊功要求

在沖擊試驗檢查過程中經常出現以下問題，應當引起重視,①沖擊試樣較多，尺寸又較小，加工時易混料。②V型槽開口方位加工容易出錯。③尺寸為7.5 mm×10 mm的試樣容易加工成5 mm×10 mm試樣。

檢驗過程中，任意選取不同廠家生產的熔煉成分相同或相近、厚度相同或相近的06Ni9DR鋼板，在NNT、QT和QLT這3種熱處理方式下進行沖擊試驗，發現橫向低溫沖擊性能從好（穩定）到差對應的熱處理方式依次為QLT、QT、NNT。如果低溫沖擊性能不合格，側膨脹量和纖維斷面率也基本不合格。

除了拉伸性能、沖擊韌性、側膨脹量和纖維斷面率外，在不考慮鋼板軋制方向和化學成分差異等因素下，大量數據顯示，鋼板的成材率與熱處理方式也有一定的關系，成材率從高到低對應的熱處理方式依次為 QLT、QT、NNT。

2.5.3 冷彎試驗

冷彎試驗取樣執行GB/T 2975—2018《鋼及鋼產品力學性能試驗取樣位置及試樣制備》［11］，試驗方法執行GB/T 232—2010《金屬材料 彎曲試驗方法》［12］。橫向冷彎試驗要求是，試樣寬度b=2a（a為試樣厚度），但不小于20 mm，彎心直徑d=3a。鋼板表面應不加工，室溫下180°冷彎試驗應無裂紋。

在冷彎試驗尺寸檢查過程中，發現有寬度加工錯誤問題，試樣寬度雖滿足b=2a，但不滿足不小于20 mm的要求，主要出現于厚度小于10 mm的鋼板。

2.5.4 落錘試驗

對應儲罐罐壁最厚的鋼板，選取2組試樣在-196℃下進行落錘試驗，取樣和試驗方法執行GB/T 6803—2008《鐵素體鋼的無塑性轉變溫度落錘試驗方法》［13］，雙試樣未斷裂為合格。試驗時，建議從2塊不同爐號的鋼板上取樣，這樣實際是擴大了檢測范圍。

2.6 外觀質量檢查

06Ni9DR鋼板熱處理后，需要去除鋼板表面的氧化皮。國內剛開始生產06Ni9DR鋼板時是按照 ISO 8501-1—2007 《Preparation of Steel Substrates before Application of Paints and Related Products—Visual Assessment of Surface Cleanliness—Part 1：Rust Grades and Preparation Grades of Uncoated Steel Substrates and of Steel Substrates after Overall Removal of Previous Coatings》［14］中的SSPC-SP10/SA2.5級要求執行的，現在則逐步采用了GB/T 8923.1—2011《涂覆涂料前鋼材表面處理 表面清潔度的目視評定 第1部分：未涂覆過的鋼材表面和全面清除原有涂層后的鋼材表面的銹蝕等級和處理等級》［15］中規定的Sa2.5級要求。

鋼板表面質量是檢驗的重點，對鋼板生產中因摩擦、擦劃等造成的劃痕、凹坑，鋼板噴丸后氧化皮脫落留下的麻坑等缺陷，其檢查、發現和界定有一定難度，主要有以下原因,①在軋制、轉序過程中，多是鋼板下表面接觸輥道，因此鋼板下表面質量比上表面差，而且厚板下表面質量往往差于薄板下表面。正常情況下應該對鋼板進行雙面檢查，但部分制造廠的檢查線（包裝線）不具備自動翻板條件，上表面容易檢查、打磨，而對下表面，只能翻板或者放到架子上，由操作人員仰頭檢查并打磨下表面缺陷部位，操作困難且易遺漏缺陷。②外觀檢查多采用手電筒照射，而缺陷的形狀各異且不規則，有些缺陷順光無法發現，需要轉換不同角度和光照方向才可。③鋼板尺寸不允許有負偏差，允許上公差數值也不大，打磨深度和同板厚度差不易控制。④薄板和厚板的厚度公差不同，同樣大小的缺陷，在厚板上打磨后合格，但在薄板上打磨后就不一定合格。⑤噴丸處理氧化皮脫落之后表面形成的麻坑深淺不一，給判定帶來一定的難度。

在鋼板表面質量檢查中，首先要分析、確定缺陷產生的原因及環節，采取不同措施加以改進并重點控制。如，生產廠家準備翻板工裝或檢驗平臺，發現有影響表面質量和性能的缺陷時多采用打磨處理，但有時打磨部位較多，很難目測出打磨部位深度是否超標，也不可能對每個打磨部位都進行厚度檢查。因此檢驗時一般都是對目測相對較深的打磨部位進行測厚，若其深度不超標，其它打磨部位基本不用檢查；若其深度超標，再對相對較深的打磨位置進行測厚。

2.7 尺寸和板形檢查

2.7.1 厚度和不平度

06Ni9DR鋼板厚度偏差允許范圍及板內最大厚度差見表4，不平度偏差允許范圍見表5。表4中W為公稱寬度。

表4 06Ni9DR鋼板厚度偏差允許范圍及板內最大厚度差 mm

從表5看出，不同公稱厚度鋼板的不平度允許范圍較寬。實際生產中，因不平度問題判廢、返工矯平鋼板的情況偶有發生。不平度超標帶來的不利影響有，①不利于后期鋼板的預制成型，如坡口加工、弧度預制。②不利于現場組對、焊接，不利于儲罐垂直度和橢圓度的控制。③不平度超標有時會導致鋼板報廢，影響鋼板成材率。

表5 06Ni9DR鋼板不平度偏差允許范圍 mm

考慮鋼板組焊及安裝后壁板垂直度等要求，需嚴格控制鋼板的不平度。而鋼板大部分經調質處理，變形難免，10 mm以下厚度鋼板的變形尤為明顯，最終只能選擇矯平處理。而06Ni9DR鋼屬于高強度鋼，不易矯平，且矯平后容易反彈，在檢驗時應注意，①鋼板淬火處理時，要針對不同厚度控制不同部位的噴水量和壓力。②鋼板變形較大，矯平后應在自由狀態下放置約7 d再進行檢查，必要時可以制造檢驗平臺檢查鋼板不平度。③嚴格檢查鋼板邊部的小波浪。④制造廠應采取保護措施，避免鋼板在轉序、運輸等過程中產生變形。

2.7.2 長度和寬度

待鋼板性能等合格后再確定其尺寸，多采用等離子切割、剪切等方式在制造廠切割鋼板四邊，達到訂貨尺寸的最小矩形。如果鋼板需要預制成型，制造廠和預制廠可以協商確定發往預制廠的鋼板尺寸偏差，留一定的加工余量，以滿足后期預制廠的加工和預制。06Ni9DR鋼板寬度和長度偏差允許范圍見表6。

表6 06Ni9DR鋼板寬度和長度偏差允許范圍 mm

考慮能源、成本、制造工期和生產流程等因素，建議制造廠與預制廠合作，將性能合格鋼板的所有工序，如切邊、噴丸、表面處理及檢查等均安排在預制廠完成，這樣可減少制造廠的人員、設備等投入，縮短工期。同時鋼板切割余料尺寸變大，可以作為小部件用料，也可以為施工現場提供連接板，材料利用率得到提高。

2.8 標識檢查

對每張鋼板，都應該按照訂貨技術要求和GB/T 247—2008《鋼板和鋼帶包裝、標志及質量證明書的一般規定》［16］進行標識，例如制造廠名稱或者標志、爐號、批號、規格、熱處理狀態和無損檢測等。

為了現場安裝時快速區分鋼板的上邊緣和下邊緣，建議在標識處用箭頭標識加以區別。按照有關規定，低溫鋼板上不允許打鋼印標識，標識用墨水需采用非水溶性、不包含損害鋼板成分的涂料。

2.9 剩磁檢測

帶有一定量磁性的鋼板會影響焊接及焊縫質量，因此，06Ni9DR鋼板出廠前應對每張鋼板進行磁性檢查，一旦超標就需進行消磁處理。

根據06Ni9DR鋼板剩磁檢查方法、檢查位置、檢測時機及檢測設備，結合06Ni9DR鋼板剩磁分布規律，檢驗時應注意以下幾點。

（1）制造廠、預制廠和現場應采用同一型號的高斯計，最好一起校驗后使用。

（2）應選用電子式檢測設備，機械設備的靈敏度相對低，不能正確反應鋼板的磁場強度。

（3）剩磁的分布規律是，越靠近板邊剩磁量越高，尖銳部位相對板邊剩磁量較高，因此只需沿鋼板四周和拐角部位檢測剩磁即可。

（4）建議剩磁檢測位置在鋼板四周距邊緣5 mm范圍內，以便于后續焊接。

（5）同一張鋼板、同一個部位，放平和不放平條件下檢測的剩磁值不同，剩磁值隨著板形的變化而變化。同一張鋼板、同一個部位，單獨擺放和與其它鋼板堆放在一起檢測的剩磁值也不同，通常堆放在一起的剩磁檢測值偏低。因此，鋼板出廠前剩磁檢測的最佳時機是在噴涂后、包裝前。

（6）在制造廠檢測的鋼板剩磁值大多在30 GS以下（檢測為0 GS也正常），超過此值應對鋼板進行消磁處理。

（7）多次檢驗發現，采用消磁設備進行鋼板消磁效果較差，應在鋼板生產、轉序、加工以及運輸等過程中遠離高壓電、高壓電器設備或者影響剩磁水平的環境和磁性物體。

（8）轉序、運輸等過程可能會對鋼板剩磁產生影響，在制造廠檢查剩磁合格，但運至安裝現場剩磁有可能會超標。

（9）如果剩磁值超出標準不多，在不影響焊接和焊縫質量的前提下，建議制造廠與現場溝通，在鋼板剩磁超標部位加以標記，以便現場復查。

2.10 包裝及運輸檢查

鋼板出廠前，需要按照技術要求制定詳細的包裝、運輸方案，采用專用托架。

運輸容易使鋼板變形，運輸裝車時鋼板是疊放在一起的，每張鋼板下都要墊厚度相同、間距約1 m（根據鋼板厚度而定）的木條，以方便卸貨?？紤]到鋼板疊放在一起時的受力，鋼板之間的木條必須上下垂直對齊，防止錯位造成鋼板變形。運輸時鋼板必須固定在托架上，以防晃動木條產生錯位。

3 結語

在06Ni9DR鋼板檢驗過程中，經常會碰到一些滿足訂貨技術條件要求，而實際生產無法操作的問題，如，對邊部有小波浪的鋼板，其不平度滿足訂貨技術條件，但卻影響鋼板的坡口加工、弧度預制等，這就需要檢驗人員熟悉驗收標準，結合工作經驗去判斷、協調和溝通。

隨著我國鋼鐵制造廠家生產能力、技術水平的不斷提高以及工藝的不斷改進，早期生產06Ni9DR鋼板出現的一些問題已逐漸減少或消除，成材率逐步提高。國產06Ni9DR鋼板質量良好，完全能夠滿足大型LNG儲罐建造的各項要求，在積極促進國內LNG儲配站快速發展的同時，也會加快06Ni9DR鋼板的出口。