海洋石油平臺(tái)用鋼的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)(三)

杜 偉，李鶴林

(中國(guó)石油集團(tuán)石油管工程技術(shù)研究院，石油管材及裝備材料服役行為與結(jié)構(gòu)安全國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 陜西 西安 710077)

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·綜 述·

海洋石油平臺(tái)用鋼的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)(三)

杜 偉，李鶴林

(中國(guó)石油集團(tuán)石油管工程技術(shù)研究院，石油管材及裝備材料服役行為與結(jié)構(gòu)安全國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 陜西 西安 710077)

歸納了海洋石油平臺(tái)用鋼的類別品種，包括一般強(qiáng)度鋼、高強(qiáng)度鋼、超高強(qiáng)度鋼，以及耐海水腐蝕低合金鋼、齒條鋼、Z向鋼、適合高熱輸入焊接鋼、高強(qiáng)度系泊鏈鋼、高強(qiáng)度鑄鋼等特殊用途鋼種；分析了海洋平臺(tái)用鋼的標(biāo)準(zhǔn)體系，并介紹了歐洲標(biāo)準(zhǔn)、API標(biāo)準(zhǔn)、船級(jí)社標(biāo)準(zhǔn)以及國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)平臺(tái)用鋼的性能要求；綜述了國(guó)內(nèi)外平臺(tái)用鋼的產(chǎn)品開發(fā)及應(yīng)用現(xiàn)狀；最后討論提出了海洋石油平臺(tái)用鋼向高強(qiáng)、高韌以及良好低溫韌性與焊接性方向發(fā)展的趨勢(shì)。

海洋平臺(tái)用鋼；Z向鋼；齒條鋼；適應(yīng)高熱輸入焊接鋼；耐海水腐蝕鋼

(接2016年第4期)

3 國(guó)內(nèi)外海洋平臺(tái)用鋼的研發(fā)應(yīng)用現(xiàn)狀

3.1 國(guó)內(nèi)海洋平臺(tái)用鋼的研發(fā)及應(yīng)用

近年來，隨著我國(guó)海洋工業(yè)的不斷發(fā)展，尤其是國(guó)家發(fā)展海洋戰(zhàn)略的背景下，海洋平臺(tái)建設(shè)迎來了新的高速發(fā)展時(shí)期。國(guó)內(nèi)鋼廠充分利用機(jī)遇，進(jìn)行了海洋平臺(tái)用鋼的研發(fā)、認(rèn)證及生產(chǎn)應(yīng)用。2012年我國(guó)船舶及海洋工程用中厚板產(chǎn)量為1 080萬噸，其中A、B、D、E一般強(qiáng)度級(jí)別產(chǎn)品432萬噸，約占43.6%；高強(qiáng)度級(jí)別產(chǎn)品517萬噸，約占53%；超高強(qiáng)度級(jí)別產(chǎn)品3.5萬噸，約占0.4%；國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)系列產(chǎn)品30萬噸，約占3%。主要中厚板企業(yè)的船舶與海洋工程用鋼產(chǎn)量見表14。因每個(gè)鋼廠的設(shè)備能力、工藝特點(diǎn)以及技術(shù)儲(chǔ)備等不盡相同，各鋼廠海洋平臺(tái)用鋼開發(fā)的側(cè)重點(diǎn)及其代表性產(chǎn)品各有特色，各具優(yōu)勢(shì)。

寶鋼、鞍鋼、南鋼及首鋼等開發(fā)了符合船級(jí)社規(guī)范的超高強(qiáng)度E690鋼板，其中寶鋼產(chǎn)品最大厚度達(dá)到88 mm。寶鋼、舞陽以及興澄特鋼等開發(fā)了ASTM A514/A517 Gr.Q系列產(chǎn)品，其中舞陽認(rèn)證通過了厚度為215 mm的 ASTM A514Gr.Q-MOD鋼板。鞍鋼采用TMCP工藝生產(chǎn)了強(qiáng)度420～690MPa系列產(chǎn)品，其中690 MPa級(jí)產(chǎn)品最大厚度50 mm；滿足-60℃沖擊韌性要求的F550產(chǎn)品，最大厚度達(dá)80 mm。南鋼采用正火工藝開發(fā)了F550鋼板，最大厚度60 mm，-60℃沖擊功超過180 J。湘鋼則通過工藝集成及優(yōu)化，打破常規(guī)成功開發(fā)了最大厚度達(dá)100 mm的專利產(chǎn)品HYE36。

3.1.1 寶鋼

寶鋼每年生產(chǎn)70～100萬噸的船板及海洋平臺(tái)用鋼，品種涵蓋了船級(jí)社規(guī)范、ASTM、API以及EN標(biāo)準(zhǔn)的鋼種，厚度規(guī)格6～180 mm，采用普通軋制AR、N、TMCP/TM、QT等工藝生產(chǎn)，可生產(chǎn)出一般強(qiáng)度、高強(qiáng)度以及超高強(qiáng)度等不同強(qiáng)度級(jí)別。近年來，供貨產(chǎn)品中調(diào)質(zhì)超高強(qiáng)鋼、API系列用鋼及TMCP高強(qiáng)度鋼的比例增加。

表14 2012年主要中厚板企業(yè)船舶與海洋工程用鋼產(chǎn)量(單位：萬噸)

1)船級(jí)社規(guī)范產(chǎn)品

EQ系列鋼是海洋平臺(tái)中強(qiáng)度等級(jí)較高、用量較大的產(chǎn)品系列。EQ43～EQ70系列產(chǎn)品占寶鋼船舶及海洋工程用鋼的10%，采用調(diào)質(zhì)工藝生產(chǎn)的EQ70鋼板最大厚度為178 mm。表15是寶鋼生產(chǎn)的EQ56、EQ70鋼板的主要力學(xué)性能，其中厚度為88 mm的 EQ70鋼板屈服強(qiáng)度達(dá)到733 MPa，-40℃平均沖擊韌性達(dá)到233 J，Z向斷面收縮率為70%，產(chǎn)品指標(biāo)滿足ABS規(guī)范要求。

船級(jí)社規(guī)范系列產(chǎn)品的主要工程應(yīng)用包括：2011～2012年，為新加坡勝科海事400 ft(1 ft=304.8 mm)自升式海洋平臺(tái)提供了厚度范圍為8～80 mm，級(jí)別分別為AQ51、DQ51、EQ51、EQ56、EQ63的鋼板，供貨數(shù)量為4 600 t；2011～2013年，為煙臺(tái)中集來福士300 ft、400 ft尺自升式海洋平臺(tái)提供了厚度范圍為12～80 mm，級(jí)別分別為AQ51、DQ51、 EQ51、EQ56、EQ63的鋼板，供貨數(shù)量為4 600 t；2011～2013年，為振華重工300 ft自升式海洋平臺(tái)提供了厚度范圍為10～80 mm，級(jí)別分別為EQ47、EQ56、EQ63、EQ70的鋼板，供貨數(shù)量為2 600 t；2011～2013年，為招商局重工的350/400 ft自升式海洋平臺(tái)提供了厚度范圍為12～160 mm，級(jí)別分別為EQ51、EQ70的鋼板，供貨數(shù)量為9 000 t。

表15 寶鋼EQ系列鋼的力學(xué)性能[19]

2)API系列

API系列產(chǎn)品約占寶鋼船舶及海洋工程用鋼的7%，其中正火工藝生產(chǎn)的API 2W-50鋼板最大厚度80 mm，化學(xué)成分為：0.07% C、1.48% Mn、0.20%Si、0.053%Al以及合適的Ti、Ni 、Nb、Cu添加，碳當(dāng)量CEPcm為0.17～0.19。API 2W-50鋼板的力學(xué)性能見表16。

2012年，寶鋼為PETROBRAS (GUARA AND LULA-NE Project)項(xiàng)目提供了厚度規(guī)格為16～51 mm的API 2W-50(Z)的海洋平臺(tái)用鋼板4 233 t，用于制造浮箱和基座。

3)ASTM系列

高強(qiáng)度ASTM系列產(chǎn)品(A517Gr.Q/A514Gr.Q)約占寶鋼船舶及海洋工程用鋼的3%。采用連鑄坯生產(chǎn)的ASTM鋼板最大厚度為88 mm，模鑄坯生產(chǎn)的鋼板最大厚度為178 mm。寶鋼A517Q-MOD鋼的化學(xué)成分及力學(xué)性能分別見表17和表18。其中，178 mm規(guī)格鋼板以30 kJ/cm熱輸入焊接后，焊縫熱影響區(qū)-40℃沖擊功為134 J。

表16 寶鋼API 2W-50鋼的力學(xué)性能[19]

表17 寶鋼ASTM A517Q-MOD鋼的主要化學(xué)成分

表18 寶鋼ASTM A517Q-MOD的力學(xué)性能[19]

2009年，寶鋼為中海油提供厚度為127～152.4 mm的A517Q鋼板1 500 t，用于制造200 ft自升式平臺(tái)923和924的樁腿齒條。2011年，寶鋼為渤海裝備遼河重工提供厚度為127 mm、152.4 mm的 A517Q鋼板987 t，用于制造300 ft自升式海洋平臺(tái)的樁腿齒條。2013年，寶鋼為渤海裝備遼河重工提供86.5 mm厚A517Q鋼板1 284 t，用于制造400 ft自升式海洋平臺(tái)的樁腿半圓板。自2013年開始，寶鋼為大連船舶重工提供27～86mm A517Q鋼板，用于制造300 ft、350 ft以及400 ft自升式海洋平臺(tái)的樁腿半圓板。

4)EN系列

寶鋼開發(fā)的EN10225系列產(chǎn)品約占寶鋼船舶及海洋工程用鋼的2%。其中代表性的產(chǎn)品為EN10225 S355G10+M，其典型力學(xué)性能指標(biāo)見表19。2012年，寶鋼為TOTAL (OFON 2 Project)項(xiàng)目的固定式海洋平臺(tái)提供了厚度范圍為20～63.5 mm，級(jí)別為S355KT-40/P、S355KT-20、S355KL+20的厚板，共計(jì)1 400 t。

表19 寶鋼EN10225 S355G10+M的力學(xué)性能[19]

3.1.2 鞍鋼

鞍鋼擁有4條中厚板生產(chǎn)線，其中包括世界上最寬的5500中厚板生產(chǎn)線，年生產(chǎn)能力達(dá)到600萬噸，其中船板和平臺(tái)用鋼比例占70%左右。海洋平臺(tái)用鋼產(chǎn)品種類包括厚度6～100 mm 的A、B、D、E一般強(qiáng)度級(jí)別，厚度6～100 mm 的32、36、40高強(qiáng)度級(jí)別以及厚度6～80 mm的420、460、500、550和690等超高強(qiáng)度級(jí)別。

TMCP海洋平臺(tái)用鋼具有高強(qiáng)度、高韌性以及焊接性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)，被國(guó)際上稱譽(yù)為21世紀(jì)綠色環(huán)保鋼種。鞍鋼借助于多年的技術(shù)進(jìn)步和設(shè)備改造升級(jí)，重點(diǎn)進(jìn)行了TMCP系列海洋平臺(tái)用鋼的研制，并于2006年初通過了 ABS、 CCS 、DNV、LR 等九大船級(jí)社的認(rèn)可，取得了市場(chǎng)準(zhǔn)入許可。通過優(yōu)化合金化設(shè)計(jì)和控軋控冷工藝，鞍鋼可生產(chǎn)50～80mm的厚板，強(qiáng)度達(dá)到420、460、500、550、690MPa。420～690MPa級(jí)厚板的合金設(shè)計(jì)為0.03%～0.08%C-Mn-Nb，并根據(jù)鋼板的強(qiáng)度和厚度加入了Cu-Cr-Ni等元素。代表性產(chǎn)品F550鋼板的力學(xué)性能見表20，顯微組織如圖4所示。可見，鞍鋼生產(chǎn)的F550鋼板力學(xué)性能及組織均勻；屈服強(qiáng)度達(dá)到580 MPa以上，沖擊韌性良好，達(dá)到F級(jí)鋼板韌性要求，其中50 mm鋼板-60℃下沖擊功均在250 J以上，80 mm鋼板-60℃沖擊功在100～303 J范圍內(nèi)。

目前，鞍鋼已為大船重工的300～400 ft自升式海洋平臺(tái)和中集來福士、中船重工等的海洋平臺(tái)提供了TMCP 系列鋼板，相關(guān)產(chǎn)品有EH36、DH36、F420、EQ56、EQ70等。

表20 鞍鋼F550鋼板的力學(xué)性能[20]

圖4 鞍鋼F550鋼板顯微組織

3.1.3 湘鋼

湘鋼注重Nb元素微合金化技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用，相繼開發(fā)了多種適應(yīng)市場(chǎng)需求的含鈮系列海洋平臺(tái)用鋼，已批量供貨中海油、中國(guó)船舶等客戶，應(yīng)用于海洋鉆井平臺(tái)、生產(chǎn)平臺(tái)及相關(guān)裝備結(jié)構(gòu)的制造[21]。

1)低CEⅡW、低CEPcm海洋平臺(tái)用DH36/EH36

另外，通過合金元素鈮的加入，在不增加CEⅡW和CEPcm值的前提下，鋼板強(qiáng)度和韌性有了較大提高，且焊接過程中阻止熱影響區(qū)晶粒粗化，有利于平臺(tái)的焊接使用。2010年12月至2013年10月，湘鋼共生產(chǎn)低CEⅡW、低CEPcm海洋平臺(tái)用DH36/EH36鋼近20萬噸。

2)大線能量焊接用高強(qiáng)度高韌性海洋平臺(tái)鋼板

通過采用低碳高錳、Nb-Ni-Ti多元微合金化成分設(shè)計(jì)，LF+VD復(fù)合精煉，連鑄動(dòng)態(tài)輕壓下，高溫大壓下以及TMCP控軋控冷等工藝技術(shù)，湘鋼開發(fā)了以細(xì)針狀鐵素體或細(xì)針狀鐵素體+ 珠光體組織的大線能量焊接用高強(qiáng)度高韌性的海洋平臺(tái)鋼板。其代表鋼種F40的屈服強(qiáng)度≥400 MPa，抗拉強(qiáng)度≥530 MPa，低溫-60℃沖擊韌性達(dá)到200 J以上，厚度方向斷面收縮率在35%以上，埋弧焊與直立焊熱輸入可達(dá)到50～200 kJ/cm，符合大線能量焊接要求。可批量生產(chǎn)的含Nb平臺(tái)用鋼包括A27S、D27S、E27S、A32、D32、E32、A36、D36、E36、A40、D40、E40、F32、F36、F40等，還包括相應(yīng)級(jí)別的Z向鋼。其中正火鋼鋼板最大厚度達(dá)到了100 mm；TMCP、CR鋼種的最大厚度為40 mm。該系列鋼種已被中國(guó)船舶、中海油和韓國(guó)大宇等用戶采購(gòu)使用。

3)超厚海洋石油平臺(tái)用鋼板

采用高錳、Nb-Ni-Ti多元微合金化成分設(shè)計(jì)，通過系列的工藝集成與優(yōu)化，湘鋼打破特厚鋼板傳統(tǒng)軋制比不小于5.0的技術(shù)要求，在國(guó)內(nèi)首次采用300 mm厚度連鑄板坯軋制100 mm厚度的特厚HYE36鋼板，成功開發(fā)了擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的系列超厚高強(qiáng)度高韌性的HY系列海洋石油平臺(tái)用鋼板。其代表性鋼種HYE36的最大厚度達(dá)100 mm，屈服強(qiáng)度在360 MPa以上，抗拉強(qiáng)度在490 MPa以上，低溫-40℃沖擊韌性達(dá)到200 J以上，厚度方向性能達(dá)35%以上。湘鋼目前已有10萬噸以上HYE36產(chǎn)品投入市場(chǎng)，應(yīng)用于各種類型深海海洋石油平臺(tái)的建造。

3.1.4 舞陽

舞陽依靠先進(jìn)的裝備與技術(shù)優(yōu)勢(shì)，采用淬火+回火生產(chǎn)工藝，開發(fā)了符合 ABS、DNV、GL和CCS船級(jí)社規(guī)范的A420～F690(AQ56～FQ70)系列高強(qiáng)鋼；開發(fā)了符合ASTM A514Gr.Q、A517Gr.Q及Modified要求的系列齒條和半圓板用鋼。產(chǎn)品先后供貨給振華重工、大連船舶、武漢船用機(jī)械廠等國(guó)內(nèi)知名海工裝備制造廠。其中，厚壁齒條鋼作為舞陽的代表性產(chǎn)品，部分規(guī)格鋼板也實(shí)現(xiàn)了工程應(yīng)用，解決了該類鋼板長(zhǎng)期依賴進(jìn)口的問題，為替代進(jìn)口奠定了基礎(chǔ)。

舞陽自升式平臺(tái)用調(diào)質(zhì)高強(qiáng)度鋼的供貨業(yè)績(jī)見表22，合計(jì)向大連船舶重工、振華重工等供貨達(dá)24 520 t。

圖5 177.8 mm厚A517GrQModified金相組織

規(guī)格/mm位置屈服/MPa強(qiáng)度/MPa伸長(zhǎng)率/%夏比沖擊溫度方向位置沖擊功/J123硬度/HB114.3y83088520.0-27℃縱y176104160-37℃縱y111111121273127y75584523.0-37℃橫y179141167-27℃縱y150184110265152.4y74584021.0-27℃縱y134148122-37℃縱y129155133266177.8y82088026.0-27℃縱y136125136-37℃縱y155133141271

表22 舞鋼自升式平臺(tái)樁腿用調(diào)質(zhì)高強(qiáng)鋼板供貨業(yè)績(jī)[22]

3.1.5 南鋼

南鋼有中厚板材生產(chǎn)線三條，其中2 800 mm中板軋機(jī)一套，3 500 mm爐卷軋機(jī)一套，新建成投產(chǎn)4 700 mm寬厚板產(chǎn)線一條。2010年南鋼60 mm厚及以下超高強(qiáng)度A420～F550鋼(含Z向鋼)取得了DNV、ABS、CCS等九家船級(jí)社認(rèn)證；2013年南鋼60～80 mm厚高強(qiáng)度A32～E36(鋼含Z向鋼)取得了DNV、ABS、CCS等八家船級(jí)社證書；2013年更高級(jí)別的80 mm厚及以下超高強(qiáng)度A620～E690鋼(含Z向鋼)通過八家船級(jí)社認(rèn)證。

南鋼生產(chǎn)的超高強(qiáng)度E690-Z35鋼力學(xué)性能見表23，產(chǎn)品性能滿足相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的要求。南鋼海洋平臺(tái)用鋼的主要業(yè)績(jī)見表24。

表23 南鋼E690-Z35鋼的力學(xué)性能[23]

表24 南鋼海洋平臺(tái)用鋼的主要業(yè)績(jī)[23]

續(xù)表

3.2 國(guó)外海洋平臺(tái)用鋼的研發(fā)及應(yīng)用

20世紀(jì)50～60年代，美國(guó)、日本和歐洲各國(guó)就開始了海洋石油平臺(tái)用鋼的研究。目前，日本的新日鐵、JFE及德國(guó)的迪林根鋼鐵公司在海洋平臺(tái)用鋼方面的研發(fā)較為成熟。國(guó)外鋼廠結(jié)合自身設(shè)備和工藝優(yōu)勢(shì)，開發(fā)了多種海洋平臺(tái)用鋼。此外，日本的住友金屬(現(xiàn)并入新日鐵)、韓國(guó)的浦項(xiàng)也開發(fā)了各自的海洋平臺(tái)用鋼產(chǎn)品，并得以工程應(yīng)用。

3.2.1 JFE

JFE開發(fā)的主要海洋平臺(tái)用鋼的規(guī)格及強(qiáng)度范圍見表25。550 MPa及以下強(qiáng)度級(jí)別產(chǎn)品可通過TMCP工藝生產(chǎn)，典型的產(chǎn)品包括API 2W-50、API 2W-60及E500等，具有良好的沖擊韌性和焊接性。相應(yīng)產(chǎn)品的力學(xué)性能見表26，焊接性能見表27。JFE開發(fā)的海洋平臺(tái)用鋼C含量約0.07%左右，碳當(dāng)量CEPcm最大約0.19，較低的C含量和碳當(dāng)量保證了產(chǎn)品優(yōu)異的沖擊韌性和焊接性能。所開發(fā)產(chǎn)品的韌脆轉(zhuǎn)變溫度均在-60℃以下，

-60℃下沖擊功達(dá)到440 J，表現(xiàn)出良好的低溫韌性。E500級(jí)別鋼材在-60℃下的焊接接頭沖擊韌性達(dá)到150 J左右，API 2W-50級(jí)別鋼材-60℃下HAZ沖擊韌性超過360 J，均表現(xiàn)出優(yōu)異的焊接性能。目前，JFE生產(chǎn)的API 2W-50、API 2W-60 級(jí)別鋼材已用于TLP和SPAR平臺(tái)的甲板和殼體部位。

表25 JFE平臺(tái)用鋼的強(qiáng)度及規(guī)格范圍

表26 JFE平臺(tái)用鋼的力學(xué)性能

表27 JFE平臺(tái)用鋼焊接接頭性能

另外，JFE也開發(fā)了適應(yīng)大線能量焊接鋼，其生產(chǎn)的YP460級(jí)別鋼，厚度達(dá)到60 mm，采用EGW焊接方法，在364 kJ/cm的焊接熱輸入下，HAZ在-20℃下的沖擊功達(dá)到200 J，-10℃下CTOD約0.6 mm。

JFE主要采用TMCP+Super-OLAC(在線加速冷卻)工藝技術(shù)進(jìn)行API 2W-50、API 2W-60系列產(chǎn)品的生產(chǎn)。Super-OLAC技術(shù)采用新的水流控制技術(shù)使冷卻速度達(dá)到理論極限速度，水冷能力大大提高，實(shí)現(xiàn)鋼板在上下表面、寬度和長(zhǎng)度方向的冷卻均勻性，同時(shí)保證了冷卻溫度的精確控制(Super- OLAC 技術(shù)與傳統(tǒng)冷卻工藝的比較如圖6所示)[24]。冷卻溫度的均勻化使鋼板獲得了均勻的組織和性能，通過相變強(qiáng)化和組織細(xì)化使鋼板的強(qiáng)度和韌性大幅提高。

圖6 Super-OLAC與常規(guī)加速冷卻工藝?yán)鋮s能力的對(duì)比

針對(duì)適應(yīng)高熱輸入焊接鋼，JFE采用專用的JFE-EWEL工藝技術(shù)。JFE-EWEL技術(shù)是JFE公司為發(fā)展新一代的先進(jìn)大熱輸入焊接用船舶、橋梁和建筑等高強(qiáng)度、高韌性的厚規(guī)格鋼板而開發(fā)的新冶金工藝。

JFE EWEL新技術(shù)包含了三項(xiàng)基本內(nèi)容[25]：

1)熱影響區(qū)(HAZ)γ晶粒細(xì)化技術(shù)

JFE利用高溫穩(wěn)定的氮化物和氧化物來抑制奧氏體晶粒的粗化。在工業(yè)生產(chǎn)中通過控制鋼中形成大量彌散的TiN來實(shí)現(xiàn)奧氏體晶粒的細(xì)化，這種方法是通過控制鋼中的Ti含量、N含量、Ti/N的比值以及微合金化，來提高TiN的固溶溫度，使TiN的固溶溫度由原來的不足1400℃，提高到1450℃以上。

2)HAZ晶內(nèi)組織控制技術(shù)

一方面，是通過降低碳當(dāng)量來改變晶內(nèi)組織。由于在高強(qiáng)度鋼中，合金碳當(dāng)量增加，在HAZ區(qū)域會(huì)形成大量上貝氏體(UB)或側(cè)板條鐵素體(FSP)，使HAZ韌性顯著惡化。降低Ceq值，會(huì)使HAZ區(qū)域的上貝氏體組織變成鐵素體+貝氏體組織(F+B)或鐵素體+珠光體組織(F+P)，同時(shí)還能夠抑制M-A組織的形成，有益于HAZ韌性。另一方面，靈活使用B、N和Ca系夾雜物，使其在α→γ相變過程中，作為晶內(nèi)鐵素體的形核質(zhì)點(diǎn)。

3)最優(yōu)成分設(shè)計(jì)和生產(chǎn)方法的優(yōu)化技術(shù)

一般情況下，隨著鋼板的強(qiáng)度和厚度的增加，通常提高C含量和添加其它合金元素，但這將導(dǎo)致碳當(dāng)量增加、熱影響區(qū)韌性降低。基于Super-OLAC生產(chǎn)工藝，可以得到理論上的極限冷卻速率，能夠抑制碳當(dāng)量的增加，在鋼板具有最低限度的碳當(dāng)量情況下，獲得高的抗拉強(qiáng)度和良好的韌性，同時(shí)HAZ區(qū)域上貝氏體的形成大部分被抑制，韌性也得到大幅度提高。

3.2.2 新日鐵

新日鐵開發(fā)生產(chǎn)的海洋平臺(tái)用鋼包括：高鋼級(jí)高韌性平臺(tái)用鋼、適應(yīng)高熱輸入焊接鋼以及大規(guī)格齒條鋼等。代表性產(chǎn)品有500 MPa級(jí)高韌性鋼、YP390級(jí)適應(yīng)高熱輸入焊接鋼以及210 mm厚、690 MPa級(jí)專用齒條鋼。

新日鐵開發(fā)了厚度16～70 mm、屈服強(qiáng)度500 MPa的系列平臺(tái)用鋼產(chǎn)品，16 mm≤t<25 mm鋼板的平均沖擊功(-40℃)達(dá)到196 J，25 mm≤t≤40 mm鋼板的平均沖擊功(-40℃)達(dá)到218 J，40 mm

新日鐵研發(fā)的厚度為65 mm、YP390級(jí)適應(yīng)高熱輸入焊接鋼的碳當(dāng)量約為0.36，屈服強(qiáng)度達(dá)到433 MPa，-40℃沖擊功為300 J。通過2P-VEGA焊接方法，在390 kJ/mm焊接熱輸入下熱影響區(qū)沖擊功超過150 J。

另外，新日鐵還開發(fā)了厚度為210 mm、屈服強(qiáng)度達(dá)到686 MPa的高強(qiáng)度齒條鋼，-60℃的沖擊功大于150 J，50%FATT低于-55℃。

近年來，新日鐵主要采用HTUFF工藝技術(shù)進(jìn)行高韌性、易焊接高性能海洋平臺(tái)用鋼的生產(chǎn)。1994年，新日鐵啟動(dòng)了作為第三代的HTUFF技術(shù)的研發(fā)。HTUFF技術(shù)的開發(fā)，是以該公司1990年初期內(nèi)部積蓄的前人的研究成果為契機(jī)，自HAZ的晶粒微小化控制的基礎(chǔ)研究開始的。這種HTUFF鋼是通過對(duì)母材進(jìn)行微量的Ca、Mg處理，使其在鋼中形成Ca、Mg的氧化物和硫化物粒子。采用HTUFF技術(shù)的開發(fā)，使鋼中含有適量的鎂和鈣時(shí)，微米級(jí)的粗大氧化物和硫化物在超高溫度下可轉(zhuǎn)化為納米級(jí)的超微小粒子。利用這些高溫?zé)岱€(wěn)定的細(xì)小彌散的粒子釘扎大熱輸入條件下焊接CGHAZ的奧氏體晶界，細(xì)化奧氏體晶粒。同時(shí)利用這些氧化物作為晶內(nèi)針狀鐵素體IAF(Intra Acicular Ferrite)的形核點(diǎn)，使焊接CGHAZ(Coarse Grain Heat Affected Zone)內(nèi)形成強(qiáng)韌性較好的IAF組織，進(jìn)而顯著提高大熱輸入焊接CGHAZ的韌性。其原理如圖7所示。

圖7 通過HTUFF技術(shù)控制HAZ組織的原理

HTUFF工藝的核心技術(shù)是利用新一代氧化物冶金新工藝，獲得尺寸在10～100 nm級(jí)微細(xì)夾雜物粒子，利用Mg、Ca或REM等元素的原子形成氧化物和硫化物，如圖8所示。這些粒子能在1 400℃以上的高溫保持不溶解，并使之大量均勻地分散在鋼中，會(huì)對(duì)原奧氏體晶粒產(chǎn)生強(qiáng)烈的釘扎作用而抑制了熱影響區(qū)(HAZ)的晶粒粗化，進(jìn)而有效地保證了在大熱輸入焊接HAZ的低溫韌性與母材相當(dāng)。

圖8 在HTUFF中釘扎的粒子類型

3.2.3 迪林根

迪林根擁有先進(jìn)的TMCP生產(chǎn)技術(shù)，TMCP鋼板最大厚度可達(dá)120 mm，通過配合MUPLC多功能間歇式噴射冷卻系統(tǒng)，迪林根開發(fā)了多種高性能的TMCP海洋平臺(tái)用鋼。典型的產(chǎn)品包括S500M3Z、450EMZ和690E級(jí)鋼板。S500M3Z級(jí)鋼板在Valhall近海平臺(tái)中得以應(yīng)用。鋼板厚度80 mm，碳當(dāng)量約0.42%，采用直接淬火加自回火的工藝生產(chǎn)，心部位置-40℃沖擊功平均大于250 J。厚度90 mm 450EMZ級(jí)鋼板已在庫頁島Ⅱ近海平臺(tái)中應(yīng)用。庫頁島Ⅱ項(xiàng)目，由于服役環(huán)境惡劣，對(duì)鋼板性能的要求較為嚴(yán)格，要求鋼板中心位置-60℃的韌性不低于60 J，并要求CTOD試驗(yàn)溫度為-39℃。鋼材采用TMCP工藝，為提高韌性，適當(dāng)加入Ni元素。迪林根開發(fā)的MUPLC設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)在高速冷卻和直接淬火加自回火過程所需的高冷速，保證工藝的實(shí)現(xiàn)，以得到細(xì)小的晶粒組織，確保鋼板具備良好的強(qiáng)韌匹配。

(待續(xù))

Status and Development Trends of Offshore Platform Steels Ⅲ

DU Wei，LI Helin

(CNPCTubularGoodsResearchInstitute,StateKeyLaboratoryforPerformanceandStructureSafetyofPetroleumTubularGoodsandEquipmentMaterials,Xi′an,Shaanxi710077,China)

The main varieties and specifications of offshore platform steels are summarized, which include general strength steel, high strength steel, ultra-high strength steel and special purpose steeling (seawater corrosion resistant low alloy steel,gear steel, Z-direction steel, high heat input welding steel, mooring chain steel and high strength cast steel, etc.). The standard system of platform steels and the relevant requirements of European standards, API standards, classification society standards and national standards are concluded. Then the R&D status of platform steels are discussed. Lastly, the development trends of offshore platform steels are pointed out.

offshore platform steel；Z-direction steel；gear steel；high heat input welding steel；seawater corrosion resistant low alloy steel

杜 偉，男，1982年生，工程師，2008年碩士畢業(yè)于北京科技大學(xué)材料學(xué)專業(yè)，現(xiàn)主要從事石油管的工程應(yīng)用與應(yīng)用基礎(chǔ)研究。E-mail:duw002@cnpc.com.cn

TE5

A

2096-0077(2016)05-0001-09

2016-04-14 編輯：屈憶欣)