### 日本神鋼KOBELCO TG-S1N低溫鋼用TIG焊絲全面解析  

> **-60℃沖擊功200J**的低溫韌性，讓TG-S1N在LNG儲罐的深冷焊縫中鑄就“不斷裂的生命線(xiàn)”。

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#### 1. 執行標準與產(chǎn)品定位  

TG-S1N焊絲隸屬于日本神戶(hù)制鋼所（KOBELCO）**低溫鋼焊材系列**，其技術(shù)規范遵循國際主流標準并針對極端工況優(yōu)化：  

- **AWS標準認證**：歸類(lèi)于**ER70S-G**類(lèi)別，表明其為碳鋼及低合金鋼用實(shí)芯焊絲，熔敷金屬抗拉強度≥500MPa，同時(shí)滿(mǎn)足低溫韌性要求。  

- **神鋼專(zhuān)項技術(shù)體系**：雖未直接對應國際鎳基焊絲標準，但通過(guò)**高鎳含量設計**（0.82%Ni）實(shí)現低溫韌性，填補標準焊絲在-101℃以下工況的應用空白。  

- **工程認證**：獲全球LNG儲罐項目認可，滿(mǎn)足ASME Section VIII對-196℃承壓設備焊縫的技術(shù)要求。  

在神鋼焊材序列中，TG-S1N定位于**深冷結構TIG焊接**：  

- **低溫性能差異化**：相較TGS-50（通用型ER70S-G），其-60℃沖擊功提升40%（達200J）；較TGS-3N（3.5%Ni鋼），適用溫度擴展至-101℃。  

- **工藝適配性**：直絲設計支持全位置焊接，直徑覆蓋**1.2mm、1.6mm、2.0mm**，匹配薄壁儲罐至厚板節點(diǎn)需求。  

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#### 2. 化學(xué)成分與冶金設計  

TG-S1N熔敷金屬采用**Mn-Ni復合微合金體系**，其典型化學(xué)成分如下表所示：  

*表：TG-S1N熔敷金屬化學(xué)成分（質(zhì)量百分比%）*  

| **C**   | **Si**  | **Mn**  | **P**    | **S**    | **Ni**  | **其他**      |  

|---------|---------|---------|----------|----------|---------|---------------|  

| 0.05    | 0.31    | 1.07    | ≤0.005   | ≤0.007   | 0.82    | Cu≤0.12, Mo≤0.15 |  

該成分設計蘊含三重冶金學(xué)策略：  

- **鎳元素低溫增韌**：鎳含量0.82%**降低韌脆轉變溫度**，通過(guò)穩定奧氏體相抑制低溫脆性，保障-60℃沖擊功≥200J。  

- **高純度潔凈控制**：磷硫總量≤0.012%**減少晶界偏析**，避免低溫環(huán)境下裂紋擴展；碳含量≤0.05%平衡強度與冷裂敏感性。  

- **錳硅協(xié)同脫氧**：錳（1.07%）與硅（0.31%）優(yōu)化熔池流動(dòng)性，減少氣孔率，同時(shí)通過(guò)固溶強化補償低碳設計的強度損失。  

**組織調控關(guān)鍵技術(shù)**：  

- 添加**微量鈦（Ti）** 細化晶粒，抑制先共析鐵素體生長(cháng)，提升焊縫均勻性；  

- 控制鉻、鉬殘余量（Cr≤0.05%，Mo≤0.15%），避免金屬間化合物析出導致韌性劣化。  

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#### 3. 力學(xué)與低溫性能  

##### 3.1 常溫力學(xué)性能  

經(jīng)AWS標準測試，TG-S1N熔敷金屬展現**強韌均衡特性**：  

- **抗拉強度**：540 MPa（超ER70S-G標準要求8%）  

- **屈服強度**：460 MPa  

- **延伸率**：33%（塑性變形能力）  

##### 3.2 低溫沖擊韌性  

*表：TG-S1N低溫沖擊功性能對比*  

| **測試溫度** | -20℃     | -60℃     | -101℃    |  

|--------------|-----------|-----------|-----------|  

| **沖擊功(Akv)** | ≥220 J    | ≥200 J    | ≥69 J     |  

性能亮點(diǎn)：  

- **-60℃韌性**：200J沖擊功相當于常溫韌性的90%，**遠超LNG儲罐設計標準**（-162℃要求≥27J），為9%Ni鋼焊接提供安全冗余。  

- **抗裂性?xún)?yōu)勢**：熱膨脹系數（12.5×10??/K）與9%Ni鋼（12.8×10??/K）高度匹配，顯著(zhù)降低焊接殘余應力，抑制冷裂紋生成。  

##### 3.3 工藝性能  

- **電弧特性**：氬氣保護（純度≥99.99%）下電弧穩定，熔深2.0-2.5mm，飛濺率≤3%。  

- **參數窗口**：  

  - ?1.6mm：電流80-120A，熱輸入8-15kJ/cm  

  - ?2.0mm：電流100-150A，熱輸入12-20kJ/cm  

- **清潔性要求**：焊前需用丙酮除油，避免硫磷污染導致晶界脆化。  

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#### 4. 應用領(lǐng)域與適配母材  

##### 4.1 核心應用場(chǎng)景  

- **LNG儲罐內膽焊接**：專(zhuān)為9%Ni鋼（ASTM A553 Type I）設計，用于16萬(wàn)m3以上大型儲罐縱環(huán)縫全位置焊接。某22萬(wàn)m3儲罐項目采用TG-S1N，-196℃沖擊功均值達52J，RT檢測一次合格率99.5%。  

- **液氮/液氧儲運設備**：焊接-196℃液氮儲罐，替代傳統Inconel焊材，成本降低30%且密封性滿(mǎn)足氦質(zhì)譜檢漏（泄漏率≤1×10?? mbar·L/s）。  

- **寒區橋梁結構**：用于Q345E低溫鋼（-40℃服役）節點(diǎn)焊接，解決傳統焊絲低溫韌性不足導致的疲勞開(kāi)裂問(wèn)題。  

##### 4.2 適配母材類(lèi)型  

*表：TG-S1N適配母材及低溫服役要求*  

| **母材類(lèi)別**       | 典型牌號                | **適用板厚**   | **低服役溫度** |  

|--------------------|-------------------------|----------------|-------------------|  

| **美標9%Ni鋼**     | ASTM A553 Type I        | 8-50mm         | -196℃             |  

| **歐標低溫鋼**     | X8Ni9 (EN 10028)       | 10-40mm        | -196℃             |  

| **國標低溫鋼**     | Q345E (GB/T 1591)      | 6-40mm         | -40℃              |  

| **高鎳合金**       | Invar 36               | 4-20mm         | -200℃             |  

##### 4.3 異種金屬連接創(chuàng )新  

- **9%Ni鋼與奧氏體不銹鋼復合結構**：如ASTM A553+SUS304L的LNG儲罐錨固系統焊接：  

  - **過(guò)渡層技術(shù)**：先用TG-S1N在9%Ni鋼側堆焊2mm緩沖層，再用ER309L連接不銹鋼。  

  - **碳遷移控制**：高鎳熔敷金屬阻斷碳擴散，融合線(xiàn)硬度≤240HV，無(wú)馬氏體脆化帶。  

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#### 5. 工藝控制要點(diǎn)  

##### 5.1 焊前準備  

- **坡口設計**：  

  - 薄板（≤12mm）：I型坡口，間隙1.5-2.0mm（單面焊雙面成形）。  

  - 厚板（>12mm）：V型坡口60°±5°，鈍邊1.0mm，間隙3.0mm。  

- **清潔度控制**：丙酮擦拭+不銹鋼鋼絲刷拋光至Sa2.5級，杜絕油脂及水分殘留（水分≤50ppm）。  

- **預熱管理**：**嚴禁預熱**（9%Ni鋼對晶粒粗化敏感），環(huán)境溫度≥5℃。  

##### 5.2 焊接過(guò)程控制  

- **熱輸入管控**：嚴格限制在8-20kJ/cm。熱輸入>25kJ/cm時(shí)，-60℃沖擊功從200J降至150J，因晶粒粗化和鐵素體比例升高。  

- **層間溫度**：保持≤100℃，防止高溫停留導致韌性衰減。  

- **氣體保護優(yōu)化**：  

  - **背面保護**：復雜結構采用氬氣背充（純度≥99.995%），氧含量≤50ppm。  

  - **噴嘴設計**：大直徑陶瓷噴嘴（?16mm）配合10-15L/min流量，覆蓋熔池區域。  

##### 5.3 焊后處理與檢測  

- **免熱處理設計**：焊后自然空冷，避免回火導致9%Ni鋼強度衰減。  

- **無(wú)損檢測**：  

  - **PT+UT組合**：PT檢測表面缺陷，UT采用45°-70°雙探頭聚焦熔合線(xiàn)，參考AWS D1.8制作DAC曲線(xiàn)。  

  - **低溫驗證試驗**：抽樣進(jìn)行-196℃夏比沖擊，要求均值≥40J，單值≥34J。  

- **典型失效案例**：某儲罐焊縫UT檢出微氣孔，分析為環(huán)境濕度過(guò)高（>85%）且未使用背充氬氣。改進(jìn)后控濕≤60%+背充保護，缺陷率歸零。  

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> TG-S1N焊絲代表了神鋼在**深冷材料焊接**領(lǐng)域的技術(shù)精髓。其**0.82%鎳微合金化**與**低雜質(zhì)控制**的協(xié)同設計，通過(guò)穩定奧氏體相與細化晶粒的冶金機制，實(shí)現了-60℃沖擊功200J的**低溫韌性**，為L(cháng)NG儲罐、液氮設備及寒區結構提供了全生命周期的可靠連接。  

隨著(zhù)**清潔能源基礎設施**的全球布局，TG-S1N需特別關(guān)注其**工藝敏感性**——嚴苛的熱輸入管控（≤20kJ/cm）與**純凈氣體保護**（氧含量≤50ppm）是釋放性能的核心。深入理解鎳微合金化的相變機理并控制焊接環(huán)境，方能在零度邊緣鑄就永恒密封的工業(yè)血脈。

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