殷瓦钢

殷瓦钢

      殷瓦钢（invar，又称因瓦合金、恒范钢、不变钢、殷钢）是一种镍钢合金，是含镍元素量36%的特殊钢，由于其膨胀系数极小，在极低温度到超过室温的温度范围内都能保持固定长度（这种特性也被称为因瓦效应），适合做测量元件。殷瓦钢是瑞士科学家夏尔·纪尧姆在1896年发明，他也因此获得了1920年的诺贝尔物理学奖。这种合金在磁性温度即居里点附近热膨胀系数显著减少，出现所谓反常热膨胀现象，从而可以在室温附近很宽的温度范围内，或很小的甚至接近零的膨胀系数，呈面心立方结构。

      殷瓦合金是一种镍铁合金，其成分为镍36%，铁63.8%，碳0.2%，它的热膨胀系数极低，能在很宽的温度范围内保持固定长度。艾林瓦合金（elinvar），是一种镍铁铬合金，成分为镍33%～35%，铁53%～61%，铬4%～5%，钨1%～3%，锰0.5%～2%，硅0.5%～2%，碳0.5%～2%，它在相当宽的温度范围内热弹性系数实际上是零（即杨氏模量不变），热膨胀系数也很低。它是1896年法国物理学家C.E.Guialme发现的一种奇妙的合金，这种合金在磁性温度即居里点附近热膨胀系数显著减少，出现所谓反常热膨胀现象，从而可以在室温附近很宽的温度范围内，或很小的甚至接近零的膨胀系数，呈面心立方结构，其牌号为4J36，它的中文名字叫殷钢，英文名字叫因瓦合金( invar) ，意思是体积不变。

      一般来说，绝大多数金属和合金都是在受热时体积膨胀，冷却时体积收缩，它们的热膨胀系数呈线性增大，但是元素周期表中的铁、镍、钴等过渡族元素组成的某些合金，由于它们的铁磁性，在一定的温度范围内，热膨胀不符合正常的膨胀规律，具有因瓦效应的反常热膨胀，也就是说它的机理与化学成分及磁性有关。

      殷瓦钢也称为不膨胀钢。由于殷瓦钢热膨胀系数极低，在巨大的温差变化时，其几乎不发生变形，在温度极低的环境下，依然保持良好的强度，并且具有比中碳钢更强的耐腐蚀性。在-196 ℃的工作环境下，现有的可选材料中它的综合性能是最适合作为液化气体运输和储存使用的金属材料，是制造薄膜型（GTT）储罐（货舱围护系统）LNG 船的关键材料.

      殷瓦钢的特殊性质决定了它是船舶工业中制造大型LNG船舶必不可少的材料，用于防止船体结构在超低温环境下冷裂。而且殷瓦钢极为娇贵，0.7mm厚的殷瓦钢，空手摸一下，24小时就会锈穿，所以在焊接过程中必须极为小心。所以在殷瓦钢的焊接过程中，需要焊工中最高级别，即G级的高级焊工在佩戴专用羊皮吸汗手套在极其艰苦的环境下进行。

      殷瓦合金属于铁基高镍合金，通常含有32%-36%的镍，还含有少量的S、P、C等元素，其余为60%左右的Fe，由于镍为扩大奥氏体元素，故高镍使奥氏体转为马氏体的相变降至室温以下 -100~ -120℃，因而经退火后，殷瓦合金在室温及室温以下一定温度范围内，均具有面心晶格结构的奥氏体组织，也是镍溶于γ-Fe中形成的固溶体，因而殷瓦合金具有以下性能：

      1、膨胀系数小：

      因瓦合金也叫不胀钢，其平均膨胀系数一般为1.5×10-6℃，含镍在36%是达到1.8 ×10-8℃，且在室温－80℃—+100℃时均不发生变化。

      2、强度、硬度不高

      殷瓦合金含碳量小于0.05%，硬度和强度不高，抗拉强度在517Mpa左右，屈服强度在276Mpa左右，维氏硬度在160左右，一般可以通过冷变形来提高强度，在强度提高的同时仍具有良好的塑性。

      3、导热系数低

      殷瓦合金的导热系数为0.026～0.032cal/cm·sec·℃ ， 仅为45钢导热系数的1/3-1/4。

     4、塑性、韧性高

      殷瓦合金的延伸率和断面收缩率以及冲击韧性都很高，延伸率 δ= 25-35%，冲击韧性αK=18-33公斤 · 米/厘米。

沪东中华全力推进国产殷瓦钢试验工作

      此前，殷瓦合金一直为国外企业垄断，进口材料一公斤售价达十几欧元，一艘LNG船殷瓦合金消耗量，折合人民币五六千万。国产化殷瓦合金研制成功，有望打破由国外公司垄断供货的局面，较大降低建造成本。

      四年前，由沪东中华造船（集团）有限公司牵头、宝钢特钢和中国船级社等单位参研的国家工信部项目《液化天然气船用殷瓦合金和绝缘箱胶合板关键技术应用研究》科研项目正式启动。宝钢特钢承担起了液化天然气船关键材料殷瓦合金的研制工作。其间，中央研究院特钢技术中心、焊接与腐蚀研究所，宝钢特钢炼钢厂、宝钢股份热轧厂、宝钢特钢冷轧厂等多家部门共同努力，打破国外技术壁垒，成功完成了该合金的工业化试制，实现了超低温条件下（-196℃）稳定的物理性能和良好的强度和韧性。

      据了解，法国GTT公司拥有薄膜型LNG船液货船仓的多项专利技术，所有应用于薄膜型LNG船的材料均需得到法国GTT公司的认证和许可。因此，在基本性能达到要求后，宝钢特钢积极联系拥有薄膜型造船技术专利的法国GTT公司开展认证工作。经过2015、2017年两轮严格认证，圆满完成了工厂认证和LNG实船模拟验证。

宝钢特钢成为世界上第二家可供应薄膜型LNG船用殷瓦合金的合格供应商  

      2017年9月，中国船级社（CCS）为宝钢特钢颁发了LNG船用殷瓦合金板带认证通过证书，同时，宝钢特钢成功通过法国GTT公司对液化天然气（LNG）船用殷瓦合金的认证。如此一来，宝钢特钢在实现LNG船用殷瓦合金国产化的同时，也成为世界第二家可供应薄膜型LNG船用殷瓦合金的合格供应商。  

      沪东中华造船（集团）有限公司在与宝钢集团有限公司合作开展的国产殷瓦钢科研项目中，承担了殷瓦钢焊接及材料理化性能研究的关键任务。目前，沪东中华已累计完成近70件焊接接头的宏观试验，近60件焊接接头的显微组织及微裂纹试验。

      据悉，沪东中华综合试验所焊接试验室编制了相关焊接工艺近百项，并积极协调中国船级社（CCS）生产车间落实试验件的焊制；物理试验室围绕节点计划，有序组织试样制备与试验的各环节，二季度更是加班加点全力以赴开展各项理化性能试验工作。