CSTM-高锰钢制LNG储罐用焊接材料编制说明

T/CSTMXXXXX-202X《高锰钢制LNG储罐用焊接材料》编制说明目录（编写框架）TOC\o"1-3"\h\u1. 目的、意义及任务 22. 国内外现行材料标准及CSTM要求的比较与制修订 23. 焊接材料研发的基本原理 34. 标准编制原则和主要内容 44.1标准编制原则 44.2主要内容 45. 试验和应用情况 76. 结束语 8

1.目的、意义及任务节能减排是绿色航运业发展的主题，大力发展优质高效和经济清洁能源的液化天然气LNG（LiquefiedNaturalGas，简称LNG）燃料，将是我国实现“2030年前碳达峰、2060年前碳中和”目标的有力保障措施之一。超低温高锰钢以其优良的力学性能和卓越的经济性，已成为LNG储运装备极具竞争力的材料。而配套的焊接材料是LNG储运装备建造的关键技术，决定着装备的结构完整性和运行安全性。目前国内尚无任何高锰钢制LNG储罐用焊接材料的相关标准，且韩国的技术及标准，由于技术封锁，无法参阅。虽是替代9Ni钢和奥氏体不锈钢的材料，但由于与9Ni钢是不同成分体系、不同微观组织的材料，与奥氏体不锈钢是不同成分体系的材料，有着与9Ni钢和奥氏体不锈钢显著差别的焊接性，配套于高锰钢的焊接材料有其自身的独特的特点和焊接技术要求，因此，为推动高锰钢的应用，绘制高锰钢焊接材料的团体标准势在必行。另一方面，在实际使用过程中，若此种先进材料无规可循，不能从规范的角度提供强有力的硬件支持和保障，将是应用高锰钢的壁垒和障碍。编制高锰钢制LNG储罐用焊接材料标准的目的在于弥补此项空白，标准项目主要涉及到：高锰钢制LNG储罐用焊接材料的型号、技术要求、各项指标、试验方法、检验规则、包装、标志和质量证明等各项要求。本标准拟分三部分：（1）焊条，（2）埋弧焊焊丝及焊剂，（3）钨极氩弧焊焊丝。期望通过标准项目的编制实施，规范高锰钢制LNG储罐用焊接材料统一规定，并为在未来此类材料的设计、验收和使用提供理论依据。真正从规范层面指导高锰钢制LNG罐用焊接材料的应用，推进高锰钢制LNG罐用焊接材料的生产与应用。2.国内外现行材料标准及CSTM要求的比较与制修订世界范围内，韩国浦项POSCO钢铁率先研发并推广LNG燃料罐用超低温高锰钢焊接材料及焊接工艺，在完成钢材和焊接材料的船级社认证后，于2014年12月通过了韩国国家技术标准研究院的认证，并制定了高锰钢用电弧焊条（KSD7142）、高锰钢用电焊药芯焊丝（KSD7143）、高锰钢用埋弧焊丝和焊剂（KSD7144）、低温压力容器用奥氏体系高锰钢板标准（KSD30131）等新标准。在相关技术报道中，基本以药芯焊丝为主要产品，未见有任何手工电焊条的技术报道。据推测是由于韩国船舶建造行业的自动化程度较高，手工电弧焊使用率较低。2016年，超低温高锰钢正式应用于由现代尾浦造船公司承建的5万总载重吨级动力散货船LNG燃料罐。2017年超低温高锰钢应用于全球首艘LNG动力散货船“IlshinGreenIris”号上，这艘50000载重吨散货船，是全球第一艘LNG动力散货船，拥有一个容量为500m3的C型LNG燃料罐。韩国预计到2030年建造的船舶中将有60%是LNG动力船，且由超低温高锰建造完成。目前国内没有任何与高锰钢焊接材料相关的标准。3.焊接材料研发的基本原理从2016年开始，武汉科技大学王红鸿教授团队开始研究高锰钢的焊接性，对于高锰钢的微观组织及力学行为进行了深入的研究，掌握了其强韧化机理。自2018年至今，受南京钢铁公司的技术委托（3项技术委托合同），武汉科技大学王红鸿教授研发系列的超低温高锰钢配套焊接材料，经过4年，从理论探索研究到实验室试验，再到小批量生产，研制出超低温高锰钢配套的系列焊接材料，包括手工电焊条、埋弧焊焊丝及焊剂、钨极氩弧焊焊丝等。配合南京钢铁公司完成了高锰钢30mm、50mm规格的船级社认证试验工作，国内首家取得了六国船级社证书。采用本团队技术，指导武汉铁锚焊材有限公司（2项合作合同），国内首家取得了超低温高锰钢埋弧焊焊丝与焊剂的六国船级社证书。高锰钢焊接材料形成的焊缝金属为全奥氏体组织，焊接材料通过设计C、Mn、Ni、N等合金元素含量，控制层错能在20mJ/m2以上，保证焊缝金属在室温到-196°C的温度范围，仍然是奥氏体组织，有着良好的奥氏体稳定性；在受到外力作用时，以形变诱导塑性（TWIP）为主要形变机制，保证良好的低温冲击韧性和断裂韧性。设计原理一：高锰钢焊接材料的成分体系或形成的熔敷金属的成分体系应与母材相匹配，目前，IMO及CCS已发布高锰钢的化学成分体系，高锰钢焊接材料及熔敷金属的成分体系与此导则和指南中的化学成分体系相匹配。设计原理二：高锰钢属于高合金体系，液态金属粘度大、熔池铺展不开；为奥氏体组织，电阻系数大。基于以上特性，为保证良好的焊接工艺操作性和焊缝金属成型性，设计了全新的焊条芯成分体系、碱型药皮成分体系和焊剂成分体系。4.标准编制原则和主要内容4.1标准编制原则（1）政策性：本文件的制定符合国家现行有关法律、法规和政策要求。（2）原则性：本文件有利于促进我国高锰钢在LNG储运装备中的应用，提高我国在高端焊接材料方面的研发和应用，提高LNG行业、建造行业、焊接材料行业的技术储备和竞争力。（3）前瞻性：本文件的高锰钢焊接材料是我国提出的完全自主研发的技术，是属于国际先进，国内首创的技术。随着我国LNG新能源行业快速发展，LNG储运装备需求量的剧增，高锰钢的应用将会呈现出井喷式的增长。在自主研发、理论指导的基础上，结合日前的实验数据及LNG样罐建造的基础，明确高锰钢焊接材料的生产、应用、检测等规范和要求，最终形成《高锰钢制LNG储罐用焊接材料》的标准草案（工作组讨论稿）。（4）实用性：本文件主要用于高锰钢制LNG储罐焊接材料的分类、技术要求、试验方法、检验规则、包装标志和质量证明书。对于高锰钢焊接材料生产行业、使用行业具有较强的实用性。（5）规范性：本文件制定时对照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定，文字表达力求准确简明，内容严谨合理。（6）紧迫性：目前，LNG新能源的快速发展，储运装备需求急增，高锰钢以其优良的综合性能和优秀的经济性，其应用前景将呈现出喜人的局面。没有相关的适用性的焊接材料的标准，将会严重阻碍高锰钢在LNG行业的应用，或者成为发展的颈项。因此，本文件的制定和发布迫在眉睫。（7）重要性：目前国内缺乏高锰钢焊接材料的技术标准，为了促进我国LNG新能源和装备的快速发展，指定和发布高锰钢焊接材料的技术标准将表现出其非常重要的作用。4.2主要内容（1）范围本文件规定了锰奥氏体低温钢（简称高锰钢，下同）制LNG储罐用焊条、埋弧焊丝和焊剂、钨极氩弧焊丝的型号编制、技术要求、试验方法、检验规则。适用于高锰钢制LNG储罐用焊条、埋弧焊焊丝和焊剂、钨极氩弧焊丝。（2）型号分类高锰钢焊条为低氢型焊接，焊条型号由五部分组成:第一部分用字母"E"表示焊条；第二部分用字母"HMn"表示高锰钢；第三部分为数字"X"表示焊接位置，1为全位置焊接；第四部分为数字"Y"表示焊接电流种类及药皮类型；数字后面附加"M"表示有特殊规定的焊条。埋弧焊焊丝-焊剂组合分类由四部分组成：第一部分：用字母“F”表示埋弧焊焊丝-焊剂组合；第二部分：用“HMn”表示高锰的熔敷金属种类；第三部分：用“S”表示实心焊丝；第四部分：表示焊剂类型；第五部分：表示焊丝类型和牌号。钨极氩弧焊焊丝“TH”表示氩弧焊；“S”表示实心；“25MnXXX”表示合金元素，X表示其它元素。(3)技术要求包括焊接材料的尺寸、表面质量、颗粒度规定、焊丝和熔敷金属的化学成分、熔敷金属的力学性能、焊丝的金相检验、熔敷金属的射线检测。焊丝的化学分为武汉科技大学研发时的数据，同时符合与IMO和CCS导则和指导的技术要求。力学性能以IMO和CCS导则和指导的技术要求为准则。（4）试验方法包括焊丝尺寸及表面质量检测、化学分析、熔敷金属力学性能、射线检测。试验方法主要参照相关国家标准和行业标准。（5）检测规则包括批量划分、取样方法、验收、复验。（6）包装、标志和质量证明书5.试验和应用情况本文件中的手工电焊条（Ф2.5mm、Ф3.2mm两种规格）、埋弧焊焊丝（Ф3.2mm）+配套焊剂、钨极氩弧焊焊丝（Ф2.5mm），三种焊接材料，已配合南京钢铁公司取得六国船级社钢板认证。已指导铁锚焊接材料公司取得埋弧焊焊丝（Ф3.2mm）+配套焊剂的六国船级社认证。目前正在江苏华滋能源公司，正在采用本文件中的三种焊接材料进行LNG样罐建造。已完成焊接工艺评定，力学性能达到本文件中的技术要求。6.结束语高锰钢的应用随着LNG新能源的发展将呈现出快速发展的势头，2022年样罐制造和船级社认证将大面积铺开，在1-2年