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国内外海洋工程用高强钢研究进展

分类:
行业信息
作者:
学会秘书处
来源:
世界金属导报
发布时间:
2017/02/28 16:28
浏览量
【摘要】:

国内外海洋工程用高强钢研究进展

2017-02-16

钢铁作为海洋工程装备的关键结构材料,广泛应用于钻井平台、生产平台以及海底管道等。由于服役时间长,要长期抵抗恶劣的风浪条件,水下修理维护的成本极高,其采用的钢板逐渐向高强度、高韧性、易焊接性、良好的耐腐蚀性以及大厚度、大规格化方向发展。

  1.国外研究现状

  目前海洋平台用钢遵循的四大国际标准,即En10225BS7191(欧洲标准)API(美国标准)Norsok(北海标准),对海洋平台用钢的力学性能及设计制造等都有明确的规定,但对耐腐蚀性能的规范较为欠缺。

  世界海洋平台用高强度钢的主要级别为屈服强度355420460500550620690MPa,并对低温性能要求至少-40,甚至-60,抗层状撕裂性能达Z35%,耐腐蚀性能良好,主要交货方式为TMCP、正火以及调质。

  日本对海洋平台用钢的研究较早,已开发出耐海水腐蚀、大线能量焊接及低温用等系列的高强钢板,强度级别已达980MPaJFE开发出了厚度为140mm、屈服强度为700MPa、抗拉强度为800MPa的含镍平台用钢;同时该公司形成了自己的企业标准系列,海洋平台的钢板抗拉强度为360980MPa,品种主要有JFE-HITEN系列高强钢板等。利用微合金化元素的析出,新日铁开发了HTUFF技术,其用于海洋平台的钢板主要有WEL-TEN系列高强钢板、NAW-KCO-TEN系列无涂层焊接结构用耐蚀钢板、MARILOY系列焊接结构用耐海水腐蚀钢板及NAW-TEN系列含Ni耐候钢板等品种。此外,新日铁公司还按API2WEN10225NORSOKBS7191标准生产屈服强度在315550MPa之间的ADEF级别的钢板,最高强度达到950MPa

  欧洲作为海洋资源开发较早的区域,其海洋平台用钢的研发、应用、品种系列化及标准化处于领先地位,已可生产ABDE级的屈服强度在235690MPa之间的各种钢板。目前欧洲用于海洋平台建设的钢种应用最广泛的为S355S420S460S690,耐腐蚀性能良好。挪威埃科菲斯克号海洋钻井平台是欧洲第1座使用改进韧性S690Q钢板的海洋平台。

  俄罗斯Arkticheskaya自升式钻井平台用于北极地区的油气钻探,最大钻探深度6500m。当前S690级高强钢在海洋平台中的应用越来越多,但仍需解决高强钢板焊接处易开裂及耐蚀性差等问题。现今在海洋平台建设中也应用了更高强度级别的钢板,其高强钢板主要通过调质工艺生产,钢板屈服强度可达1100MPa,但由于焊接困难和耐腐蚀开裂问题,超高强钢在海洋建设中应用较少。

  2.国内研究现状

  我国开发海洋石油起步比较晚,到20世纪80年代才建成自己的海洋石油平台。目前我国海洋平台主要使用屈服强度为355460MPaDEF级钢板,基本实现国产化。我国首次自主设计建造的3000m深水半潜式钻井平台海洋石油981”所用钢的强度已达到690MPa;北海油区海洋自升式平台固定结构已使用500MPa以上,甚至750MPa高强度钢,但我国海洋平台用钢强度不高、规格不全、耐腐蚀性能较差、配套工艺不完善等问题,仍限制了我国自主开发海洋资源的能力。

  按照ASTM(美国)EN(欧洲)、各船级社以及API(美国石油协会)的规范或标准来划分,宝钢拥有四大系列海洋平台用厚板产品。宝钢集团浦钢公司采用正火工艺开发了DH36Z35EH36Z35等海洋石油平台钢板,各项性能指标均达到相关标准规范要求。采用调质工艺试制了屈服强度690MPa高强度海洋平台用齿条钢,同时自主研发的自升式海洋平台桩腿用最大厚度为178mm的厚板。

  舞钢成功开发了ABDEAH32-EH32AH36-EH36级海洋平台用钢和EH40FH40E500E550E520E690A514GrQA517GrQ等高强度钢板。其生产的D36-Z35海工钢,被用于我国第一个世界级深水项目——位于南海东部1500m深海区域的荔湾31”气田中。生产的A514GrQ齿条钢最大厚度达215mm,比国外最大厚度还超出5mm,解决了自升式平台升降机构齿条钢、半圆板国产化的急需。

  鞍钢的钢板级别涵盖了普通强度ABDE级和高强度AH32EH32AH36EH36AH40EH40级的大线能量焊接用船体及海洋采油平台用钢系列,产品最大厚度为100mm,焊接线能量为100kJ/cm。其强度、低温韧性、规格等指标均达到国际先进水平,大大超过一般钢厂能达到的厚度40mm、焊接线能量50kJ/cm的水平。

  国产海洋平台钢板已被广泛采用,EH40以下的海洋平台用高强度结构钢材基本实现国产化,但关键部位所用高强度、大厚度材料仍依赖进口。因此高强度、厚规格及耐腐蚀性能好的海洋平台用高强钢的研发和应用是我国今后的主要研究方向之一。

  3.我国与国际先进水平的差距

  我国海洋平台主要使用的屈服强度为355460MPaDEF级钢板,基本实现国产化。鞍钢、南钢生产的中厚板屈服强度达550MPa,武钢、宝钢和沙钢都已具备生产屈服强度为690MPa海洋平台用钢的能力,但厚度超过120mm以上时,产品质量及性能的稳定性、满足更大规格产品的技术需求、耐腐蚀开裂、配套焊接等方面都存在问题。建造海洋工程的关键部位所用的高强度、厚规格、耐海洋腐蚀开裂等性能的钢板多数仍需进口,特别是具有良好综合力学性能且厚度在120mm以上、屈服强度在690MPa以上的高韧性、耐腐蚀、

  易焊接的海洋平台用钢基本依赖进口。表1对比了我国海工用钢先进水平与国外先进水平之间的差距。

  4.结束语

  目前,我国海洋工程关键部分用钢依然需要进口,面对海洋开发的巨大市场前景,钢铁企业应按照国际海工用钢的标准,从以下几个方面借鉴

  (1)开发系列钢板品种,实现钢板全系列供货。实现高强钢国产化、全覆盖。

  (2)进一步优化焊接工艺、性能。焊接部分往往是失效发生的重点部位,焊接工艺与性能的优劣对工程质量影响巨大。

  (3)逐渐形成我国的海工用钢标准体系,规范海工钢铁产品质量,为海洋油气开发做好用材保障。

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