CRYOGENIC STEEL PRODUCTION TECHNOLOGY X7Ni9: CURRENT STATE AND PROSPECTS

Authors

  • G. E. KURDYUMOV Cherepovets State University, Russia, Cherepovets Author
  • A. M. GLADKIKH Cherepovets State University, Russia, Cherepovets Author
  • A. M. PAN'KOV Cherepovets State University, Russia, Cherepovets Author

DOI:

https://doi.org/10.32339/0135-5910-2026-9-24-29

Keywords:

cryogenic steel, X7Ni9, QLT heat treatment, impact toughness at –196 °C, welding, thick plate

Abstract

With the global liquefied natural gas (LNG) market rapidly expanding, the development of reliable structural materials for cryogenic equipment is becoming increasingly important. X7Ni9 steel (1.5663 according to EN 10028-4), alloyed with 8.5–10% Ni, is one of the most sought-after materials for the construction of LNG storage and transportation tanks at temperatures down to –196 °C. This paper presents a comprehensive analysis of the current state of steel production technology, encompassing the metallurgical aspects of smelting, hot rolling, heat treatment, and welding. Particular attention is paid to the development of a unique combination of high strength properties and exceptional impact toughness at cryogenic temperatures, achieved through specialized heat treatment regimes. This paper examines the traditional quenching and tempering (QT) process, as well as the advanced double quenching with intercritical heating (QLT) process, which allows for an increase in impact toughness to 238 J at –196 °C by stabilizing residual austenite. A separate section is devoted to welding technologies, including modern laser and hybrid laser-arc welding methods, which minimize the heat-affected zone and ensure mechanical properties of welded joints comparable to those of the base metal. The paper also highlights domestic experience in developing a full production cycle for X7Ni9 steel in Russia as part of import substitution efforts: in 2022, Severstal successfully certified the production of cryogenic thick plates that meet European standards and outperform imported equivalents in several respects. The results of the study confirm that modern technological solutions can achieve a high level of material performance. Prospects for further development are associated with the use of QLT processing and innovative welding processes to expand the operating temperature range of steel, including for storing liquid hydrogen at –253 °C.

Author Biographies

  • G. E. KURDYUMOV, Cherepovets State University, Russia, Cherepovets

    Director of the Advanced Engineering School

  • A. M. GLADKIKH, Cherepovets State University, Russia, Cherepovets

    Junior Researcher of the Advanced Engineering School

  • A. M. PAN'KOV, Cherepovets State University, Russia, Cherepovets

    Engineer of the Advanced Engineering School

References

Gook S., Gumenyuk A., Rethmeier M., El-Batahgy A. M. Laser and hybrid laser-arc welding of cryogenic 9 % Ni steel // Глобальная ядерная безопасность. 2016. № 1 (18). С. 34–46. EDN: VVBZND.

Kim Y., Lee S.-H., Park M. etc. Enhanced ultra-cryogenic impact toughness in 9 wt% Ni steel through lamellar microstructure refinement // Materials Science and Engineering: A. 2024. V. 914. 147167. DOI: 10.1016/j.msea.2024.147167.

«Северсталь» освоила технологию производства криогенного проката для строительства резервуаров СПГ. — URL: https://www.metalbulletin.ru/news/black/10168841/ (дата обращения: 30.01.2026).

«Северсталь» освоила технологию производства криогенного толстолистового проката. — URL: https://stroycena.online/news/1091. (дата обращения: 30.01.2026).

B.S. X 7 Ni 9 Structural and constructional steels. — URL: https://www.totalmateria.com/en-us/material/1011078 (дата обращения: 30.01.2026).

X7Ni9 steel Plate technical data. — URL: http://www.steel-jw.com/Pressure-vessel-and-boiler-steel-plate/X7Ni9-steel-Plate.html (дата обращения: 30.01.2026).

Patent EP 1942203 A1. IPC C22C 38/00, C21D 8/02. Steel product usable at low temperature and method for production thereof / T. Kawabata, Sh. Okaguchi, K. Arimochi. — URL: https://data.epo.org/publication-server/rest/ v1.2/patents/EP1942203NWA1/document.pdf#4#3 (дата обращения: 30.01.2026).

X7Ni9 Forgings – Round bar – Stockist. — URL: http://ccsteels.com/Structural_steel/701.html (дата обращения: 30.01.2026).

Куприянова О. А. Термическая обработка, структура и свойства криогенной никелевой стали для резервуаров и хранилищ сжиженного природного газа // Актуальные проблемы физического металловедения сталей и сплавов: сборник статей XXVII Международной научно-технической конференции Уральской школы металловедов-термистов (Екатеринбург, 03–07 февраля 2025 г.). — Екатеринбург: Издательский дом «Ажур», 2025. — С. 10–13. — URL: https://elar.urfu.ru/handle/10995/142112 (дата обращения: 30.01.2026).

Полецков П. П., Денисов С. В., Никитенко О. А. и др. Исследование влияния многостадийной термической обработки на особенности формирования микроструктуры криогенной конструкционной стали // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г. И. Носова. 2018. Т. 16, № 2. С. 29–40. DOI: 10.18503/1995-2732-2018-16-2-29-40. EDN: ZATRIL.

Вознесенская Н. М., Тонышева О. А., Елисеев Э. А. Современные конструкционные стали криогенного назначения и влияние некоторых легирующих элементов на их свойства (обзор) // Труды ВИАМ. 2020. № 1 (85). С. 3–14. DOI: 10.18577/2307-6046-2020-0-1-3-14.

Яковлева Е. А., Орлов В. В., Якушев Е. В. Анализ состояния зарубежных и отечественных разработок в области создания криогенной стали для элементов и конструкций СПГ. Часть 1 // Тяжелое машиностроение. 2023. № 1–2. С. 25–36. EDN: GNKIEC.

Яковлева Е. А., Орлов В. В., Якушев Е. В. Анализ состояния зарубежных и отечественных разработок в области создания криогенной стали для элементов и конструкций СПГ. Часть 2 // Тяжелое машиностроение. 2023. № 3. С. 2–8. EDN: LSFCHH.

Пересторонин А. В., Мисюров А. И., Смирнова Н. А. Сравнительный анализ структуры металла при дуговой и лазерной сварке криогенной стали // Известия РАН. Серия физическая. 2016. Т. 80, № 12. С. 1700–1703. DOI: 10.7868/S0367676516080330. EDN: XGWGCZ.

Published

2026-11-13

Issue

Section

Металловедение и термическая обработка

How to Cite

CRYOGENIC STEEL PRODUCTION TECHNOLOGY X7Ni9: CURRENT STATE AND PROSPECTS. (2026). Ferrous Metallurgy. Bulletin of Scientific , Technical and Economic Information, 82(9), 24–29. https://doi.org/10.32339/0135-5910-2026-9-24-29