我国是能源大国,过度依赖煤炭,随着能源结构调整和环保压力增加,清洁能源的供给迫在眉睫。液化天然气(Liquefied Natural Gas,简称LNG)因体积小,燃烧放热大且无污染等优点,其需求逐年增涨。LNG存储设备要求钢材在超低温服役环境具备足够的强度及韧性储备,目前我国LNG储罐用9Ni钢,已完全实现国产化,但配套镍基焊接材料仍然依赖进口,且焊接技术不成熟,因此开展焊材国产化研制,对天然气产业装备建设自主化、保障国家能源安全意义重大。本文在阐述了全球LNG储罐用9Ni钢及其焊接问题研究基础上,独立研制了9Ni钢焊条,总结了Nb对熔敷金属的显微组织影响规律,采用拉伸试验、弯曲、硬度和冲击试验检测力学性能,结合扫描电镜以及热力学计算等方法,研究了熔敷金属的强韧化机理,结果表明:采用镍基焊条,焊缝形成奥氏体组织,Nb具有减小枝晶宽度、细化晶粒的作用,在晶间处以碳化物的形式析出强化晶界,阻碍裂纹的萌生和扩展,随着Nb含量升高,析出相尺寸变大数量增多,塑韧性有所损伤。经检测,自主研制的2号焊条(Nb含量1.30%),熔敷金属性能优良,抗拉强度为705MPa,屈服强度为478MPa,低温冲击功Akv116J,符合LNG储罐设备的要求。为研究9Ni钢焊材的工艺适应性,分别使用焊条电弧焊和埋弧焊进行焊接试验。利用金相显微镜和扫描电镜对焊条电弧焊接头显微组织进行分析,力学性能检测使用拉伸、弯曲、硬度和冲击试验进行,同时对接头熔合区奥氏体-马氏体结晶界面凝固理论进行研究。结果表明:自行研制的焊条与国产9Ni钢焊接工艺适应性良好,焊缝组织为奥氏体,热影响区为马氏体,熔合区为狭窄的平面晶组织。焊缝强度高于母材,侧弯完好无裂纹,焊缝与母材界面处结合良好,热影响区出现硬度最高值为360HV5,焊缝至热影响区冲击韧性逐渐升高,焊缝平均冲击韧性达到115J,符合低温韧性要求。埋弧焊焊缝组织为奥氏体,存在析出相提高了焊缝强度,弯曲性能良好,热影响区硬度值最高为339HV5,焊缝平均冲击韧性达到94J,断口分析显示接头各位置均属韧性断裂。