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1、船舶海洋工程用钢的发展 杨才福 钢铁研究总院 先进钢铁材料技术国家工程研究中心 海洋工程用钢产业技术创新战略联盟 内容提要 1. 船舶海洋工程用钢发钢发 展需求 2. 关键键品种技术术的研究开发发工作 大线线能量焊焊接用钢钢 耐腐蚀蚀油船用钢钢 止裂船板 低温用钢钢 3. “十三五”规规划 中国海洋经济的发展 国家战略： 2012-9-16:国务院全国 海洋经济发展“十二五” 规划 中国制造2025：十大领域 航空航天、海洋工程、 轨道交通 “走向深蓝”的海洋 经济是我国经济的 “蓝色引擎” 南海是“海上 丝绸之路”战 略的重点 中国造船业的发展 2014年 指标 数量 万吨 份额 % 完工量
2、 3905 41.7 新接 订单 5995 50.5 手持 订单 14890 47.1 中国造船用钢发展 1. 产能迅速扩展，满足船舶行业发展需求，产能过剩 2. 品种规格系列配套 品种、规格系列化 高强度船板如36、40公斤级大量应用 3. 品种、质量差距 表面质量、尺寸工差 特种船舶（LNG、化学品） 新标准规范的要求（耐蚀油轮钢、集装箱止裂板） 焊接性差距大 海工用钢技术现状 l 国内外对对比： 我国海工用特种钢钢品种的国产产化率不到40% ，390-690MPa级级高强度关键键品种主要依赖进赖进 口。 材料类类型国外水平国内现现状 高强厚板F420-890，厚10-256mm，易焊 接
3、 E36-690，10-127mm，E420以上基本进 口 高强支撑管X100等级，最大壁厚80mmX80等级，最大壁厚30mm，X100全部进 口 深海管线X80等级，最大壁厚44mmX70，最大壁厚32mm，高强空白 深海隔水管X80等级，高抗疲劳空白，全部进口 海洋工程用钢需求、差距与问题 序 号 类型名称 钢材用量 （吨） 典型材料备注 1固定式 平台 浅水导管架平台(F-P)3000E36强度低、焊接施 工效率差 2深水导管架平台(BSP)3000-35000E36 4移动式 平台 自升式平台(Jack-Up)4000E/F550高强度、大厚度 依赖进口 9500E/F690 110
4、00E/F690 5半潜式平台（Semi）30000E36工作海深差距大 6张力腿平台（TLP）国内空白 7柱筒式平台（Spar）国内很少 9浮式生产储油船（FPSO）50000E36强度升级 10油气船 储运船 超大型油轮（VLCC）40000D32耐腐蚀船舶 11液化天然气船（LNG）30000 E36 9Ni、InVar 进口 12化学品船1000-20000E36、2205双相不锈钢 海洋工程用钢技术特点 高强度、大规规格 （256mm厚钢钢板） 易焊焊接、高效率 （大线线能量焊焊接） 高耐蚀蚀、低成本 （耐海洋腐蚀蚀） 弦板 齿条板 支撑管 产品 典型规格 (mm) 屈服强度 (MP
5、a) 每平台需求量 (吨) 生产现状 齿条钢127, 150, 180, 210,2596901000-2000150mm以上全面进口 弦板25,50,85690300-1000全面进口 支撑管(273406)X(1760)550 690700-1500690MPa全面进口 配套焊材手工焊、埋弧焊等强60-150全面进口 海洋工程用钢重大技术需求 （1）高强度、大规格 导管架平台是目前使用最多的采油平台； 世界最大的导管架平台单重超过40000吨，使用水深超过460米。 导管架平台用钢厚度普遍在60-80mm，最大130mm，焊接占到建造总工 时的40%、总成本的50%。仅焊接一个节点就需要2
6、-3月。 平台钢厚板实现100-200kJ/cm以上大线能量焊接，可成倍提高焊接效 率，并降低制造成本，意义十分重大。 导管架 上部模块 海洋工程用钢重大技术需求 （2）易焊接、高效率 海洋腐蚀环境特别是近海岸腐蚀环境极为恶劣 钢在海岸的腐蚀比沙漠中大400倍以上，在距离海岸24米时比距离海 岸240米的腐蚀快12倍； 南海因其高湿热、强辐射、高Cl-环境腐蚀性更强，装备维 护十分困难，成本很高。 16年大气暴露试验，碳素钢在南海万宁的腐蚀速率是武汉的20倍、 青岛的5倍； 现有耐候钢在南海均出现腐蚀速率先低后高，n值大于1的异常现象. 海洋工程用钢重大技术需求 （3）高耐蚀、低成本 内容提要
7、 1. 船舶海洋工程用钢发钢发 展需求 2. 关键键品种技术术的研究开发发工作 大线线能量焊焊接用钢钢 耐腐蚀蚀油船用钢钢 止裂船板 低温用钢钢 3. “十三五”规规划 船舶海工用钢钢大线线能量焊焊接技 术术 GEVW Electro-slag Weld Heat input, KJ/cm Thickness, mm u 焊接占 40%制造成本 uu 焊接热输入焊接热输入 100kJ/cm100kJ/cm uu HAZHAZ韧性韧性 氧化物对氧化物对HAZHAZ韧性的影响韧性的影响 Ti-Mg钢 Ti-Mg, 0.7m Al，2.2m 大线能量焊接用钢技术 Microstructures of
8、 the CGHAZ at t8/5 =180s V-Ti-N microalloying Better CGHAZ toughness (t8/5 time longer than 100s. ) Microstructure: V-N-Ti steel: more than 80% is Ferrite Nb-Ti and V-Ti steel: the coarse bainitic microstructure. 100kJ/cm V-Ti-N Steel 氮含量对对大线线能量焊焊接HAZ韧韧 性影响 Tp=1350Cx1s, t8/5=180s Tp=1350Cx1s, t8/5=1
9、00-300s Based Metal: 0.08C-1.20Mn-0.2Si- 0.012Ti-0.06V N=44-240ppm Effect of N on CGHAZ Microstructure 0.0044%N 0.0094%N 0.0140%N 0.0190%N 0.0240%N Tp=1350C x 1s, t8/5=180s Quantitative Analysis for CGHAZ Microstructure FS: Ferrite with Second phase FSP: Ferrite Side Plate AF: Acicular Ferrite PF: P
10、olygonal Ferrite Quantitative Analysis for CGHAZ Microstructure V-Ti Precipitates in the As-Rolled Plates Ti-rich particles in hot rolled plate are significantly refined with the increasing of N content from 94 ppm to 190 ppm 94 ppm Nitrogen190 ppm Nitrogen 94 ppm N V-Ti Precipitates at Peak Temp du
11、ring welded simulation 190 ppm N 190 ppm Nitrogen 94 ppm Nitrogen V-Ti Precipitates at CGHAZ More finer TiV(C,N) particles in high N190 ppm as-rolled steel. The fine particles in the higher nitrogen steel are more stable at high temperature, resulting in finer austenite grain size in the CGHAZ. Incr
12、easing N promotes TiV(C,N) precipitation in during cooling from Tp, and reduces the average particle size in the CGHAZ. 大线线能量焊焊接海洋工程用 厚板工业试验业试验 Mechanical Properties t mm Rm， MPa Rp0.2, MPa A，%Z，% KV（-40 ） Bend N605453812875169good H-1505343723478181 H-2505233623580207 Spec.490-6303552127 CSiMnPSAls
13、NiCuTiVNbN Ceq N0.160.161.600.012 0.003 0.0270.34-0.008 0.043 0.036 0.0040.46 H-10.1470.281.550.009 0.001 0.036 0.005-0.011 0.074-0.0090.42 H-20.1320.321.480.009 0.002 0.0350.240.250.012 0.050-0.0090.43 焊焊接接头头低温韧韧性 Nb-V Steel H-1 H-2 Nb-V Steel: 10000TUE 甲板和上甲板的舱口围板：高强度厚板， 抗裂纹止裂性能 三菱重工公司建造的“MOL Comf
14、ort”号， （8000TEU），2013年6月27日，在印度洋 遭遇事故断成两截 大型集装箱船用止裂钢板大型集装箱船用止裂钢板 为了提高大型集装箱船特厚钢板的止裂性能，从2007年开始，日本NK船级社联 合造船厂、钢铁公司、高校和研究机构，发布了脆性裂纹止裂设计指南。 为了评估钢板的止裂性能，随同发布脆性裂纹止裂韧性Kca测试方法 国际船级社协会(IACS) 2013年1月发布UR W31 Application of YP47 steel plates，将Kca标准测试写入YP47钢验收要求 同时发布的还有UR S33 Requirement for use of extremely th
15、ick steel plates， 于2014年1月实施、基本完全采用了NK船级社的脆性裂纹止裂设计指南里 Kca 的测试方法和要求。 目前该Kca测试方法已经被CCS、GL、ABS和DNV等各大船级社采用。 世界各国从2013年后开发，加快了集装箱船用止裂钢的研发进程。 大型集装箱船用止裂钢板大型集装箱船用止裂钢板 止裂性能的提高途径 提高钢板的整体韧性水平，整体细晶化（提高有限） 表面超细晶化，使剪切唇的比例增加，使断裂从平面应 变状态向平面应力状态转变，提高止裂韧性（目前的研 究热点之一） 大型集装箱船用止裂钢板大型集装箱船用止裂钢板 返温轧制工艺 在轧制过程中间中引入加速 冷却，使钢板
16、表层温度降到 Ac1以下，控制返红温度进 入Ac1Ac3之间，然后进行 控制轧制使表层的晶粒得到 细化 (a) 400 (b) 450(c) 500 (d)600(e) 650(f)700 表层超细化工艺 l 400600的范围内，都 得到了超细晶组织 l 650 700时，晶粒明显 长大 l 为获得表面超细晶，粗轧后 表面迅速冷却到600以下 大型集装箱船用止裂钢板大型集装箱船用止裂钢板 大型集装箱船用止裂钢板大型集装箱船用止裂钢板 显微组织 工业试制SUF止裂钢：65mm厚 细晶层厚度为57mm，平均等效直径约2m。 SUF 大型集装箱船用止裂钢板大型集装箱船用止裂钢板 SUF钢表层(112)110，取 向密度4.8 TMCP钢表层(110)001， 取向密度24.6（强烈的高 斯织构
