海洋工程用钢品种开发(杨才福)
海洋工程用钢品种开发PPT精选文档
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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
• （256mm厚钢板）
– 易焊接、高效率
• （大线能量焊接）
– 高耐蚀、低成本
• （耐海洋腐蚀）
8
海洋工程用钢重大技术需求
（1）高强度、大规格
产品
齿条钢 弦板 支撑管 配套焊材
典型规格 (mm)
127, 150, 180, 210,259 25,50,85
(273～406)X(17～60) 手工焊、埋弧焊
• 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.
11
内容提要
1. 船舶海洋工程用钢发展需求 2. 关键品种技术的研究开发工作
深水导管架平台(BSP) 3000-35000
E36
工效率差
4
移动式 5 平台 6
自升式平台(Jack-Up)
半潜式平台（Semi） 张力腿平台（TLP）
4000 9500 11000 30000
—
E/F550 E/F690 E/F690
E36
高强度、大厚度 依赖进口
工作海深差距大 国内空白
高品质船舶及海洋工程用钢的开发DOC
高品质船舶及海洋工程用钢的开发简介钢是船舶及海洋工程中最重要的材料之一，其质量和性能的优劣直接关系到船舶的安全和使用寿命。
为了满足不断增长的航运行业的需求，并提升远洋航行和海洋工程的可靠性，钢材生产厂家不断努力改进钢材的质量和性能。
本文介绍了高品质船舶及海洋工程用钢的开发。
钢材的特性钢材的特性包括其强度、可塑性和韧性等。
高品质船舶及海洋工程用钢的特性需具备以下几个方面：高强度高品质船舶及海洋工程用钢需要具备足够的强度，以确保船体或其他结构件能够承受极端的力和压力，保证其在恶劣的海洋环境下具有足够的稳定性和可靠性。
在船舶建造中，钢材通常用于船体的外壳、龙骨和桁架等。
良好的可塑性船舶及海洋工程中的钢材需要具备良好的可塑性，这意味着钢材可以被加工成各种形状和尺寸，以适应不同的结构需求。
通过钢材的可塑性，可以实现船体和其他海洋结构的轻量化设计。
出色的耐腐蚀性在海洋环境中，钢材需要能够长期抵御海水、氧化和腐蚀等因素的侵蚀，以确保结构件的安全和可靠性。
船舶及海洋工程用钢的耐腐蚀性也是必不可少的一个特性。
钢材的制造高品质船舶及海洋工程用钢的制造需要采用严格的工艺和先进的制造设备。
下面介绍一些钢材制造中常用的技术：热轧技术热轧是钢材制造中最基本的技术之一，也是最常用的技术之一。
通过高温加热和辊压，可以将钢材加工成各种形状和尺寸，达到不同的性能要求和结构设计需求。
冷轧技术冷轧技术也是一种重要的钢材制造技术，通过冷轧可以得到更高的精度和更良好的表面光洁度。
对于要求更高表面光洁度的船舶外壳，冷轧技术是不可或缺的。
熔炼技术熔炼技术是制造高品质船舶及海洋工程用钢的必备技术之一。
通过熔炼技术，可以得到更纯净、更均匀、更稳定的钢材，提高钢材的强度、可塑性和耐腐蚀性。
高品质船舶及海洋工程用钢的研究和开发高品质船舶及海洋工程用钢的研究和开发是一项长期的技术探索过程。
为了满足不断增长的航运需求和提高海洋工程的可靠性，现代科学技术已经不断改进和创新钢材的制造技术，以适应不断变化的市场需求。
南钢E690海洋工程用钢的研制和开发
南钢E690海洋工程用钢的研制与开发刘朝霞崔强李恒坤（南京钢铁股份有限公司，南京 210035）摘 要 南钢炉卷轧机最大咬入坯料厚度为220mm，为了试制80mm低压缩比E690海洋工程用钢板，进行成分设计研究、并在热力模拟实验机Gleeble 3800上对关键工艺参数进行探索，随后进行现场试制验证研究。
结果表明，本研究设定的成分体系下，轧制工艺、冷却工艺窗口较大，便于炉卷轧机上轧制。
成品组织为回火索氏体，沿厚度方向的原奥氏体晶粒细小均匀。
拉伸性能、冲击性能、时效性能、落锤性能（NDT）等优异，满足E690级海洋工程用钢DNV、CCS、ABS等船级社认证要求。
关键词 海洋工程用钢板低压缩比中心偏析 E690Low Compression Ratio E690 Offshore Steel Plate Development in NISCOLiu Zhaoxia Cui Qiang Li Hengkun(Nanjing Iron and Steel United Co.,Ltd., Nanjiang, 210035)Abstract The maximum slab thickness bit by Nanging Iron&Steel Cooperation (NISCO) Steckel mill is 220mm. For the trial production of 80mm low compression ratio E690 offshore steel plate, composition design were investigated. The key process parameters also studied through thermal-simulator Gleeble 3800 followed by the validation field trial study. The results show that rolling process and cooling process windows are big and easy for Steckel mill to roll at the composition system. The trial product microstructure is mainly composed of tempered sorbide. Along the thickness direction, the prior austenite grain is fine and uniform. Tensile properties, impact properties, aging properties, NDT are excellent performed;meet the DNV, CCS, ABS social classification requirements of E690 offshore steel plate.Key words offshore steel plate, low compression ratio, center segregation, E6901 引言人类的不断开发使陆地不可再生资源日趋枯竭，海洋日渐成为满足各国需要的宝藏。
高性能船舶及海洋工程用钢的开发
高性能船舶及海洋工程用钢的开发随着海洋工程的快速发展和船舶制造技术的不断提升，高性能船舶及海洋工程用钢的需求日益增长。
这种特种钢材对于提高船舶和海洋工程的结构强度、耐腐蚀性和安全性至关重要。
本文将详细探讨高性能船舶及海洋工程用钢的开发背景、性能特点、生产工艺以及应用前景。
随着全球贸易和海洋工程领域的不断拓展，高性能船舶及海洋工程用钢的开发受到广泛。
早在20世纪中期，各国便开始研究和发展高强度、高韧性以及耐腐蚀性更好的钢铁材料。
然而，随着海洋环境的日益恶劣和复杂化，传统的钢铁材料难以满足现代海洋工程的需求。
因此，开发具有更高性能指标的船舶及海洋工程用钢成为当务之急。
高性能船舶及海洋工程用钢应具备高强度、高韧性、良好的耐腐蚀性和抗疲劳性等特点。
这些特点对于提高船舶的航速、增强结构的稳定性以及延长使用寿命至关重要。
这种钢材还应具备优良的焊接性和加工性能，以便于实际施工中的操作。
高性能船舶及海洋工程用钢的生产工艺主要包括熔炼、轧制、热处理等环节。
在熔炼过程中，需要采用特殊的合金元素和纯净的原材料，以保证钢水的纯净度和合金元素的含量。
轧制过程中，需要通过控制轧制温度和变形量等参数，获得具有特定显微组织和机械性能的钢材。
热处理工艺将直接影响钢材的性能，需通过精确控制加热和冷却速率，以获得最佳的组织和性能。
高性能船舶及海洋工程用钢在海洋工程、船舶建造、海洋资源开发等领域具有广泛的应用前景。
例如，在海洋工程中，这种钢材可用于建造平台、导管架、浮船坞等关键设施。
在船舶建造领域，高性能船舶及海洋工程用钢可以提高船体结构的强度和耐腐蚀性，延长船舶的使用寿命。
在海洋资源开发领域，这种钢材可用于建造海上风电塔架、海底输油管道等关键结构。
随着科技的不断进步和海洋工程的日益发展，高性能船舶及海洋工程用钢的需求量预计将持续增长。
未来，各国将进一步加大在高强度、高韧性、耐腐蚀性等性能方面的研究力度，以提升船舶和海洋工程设施的安全性和可靠性。
海洋结构物用厚钢板开发最新动向
海洋结构物用厚钢板开发最新动向近年来，世界能源需求持续坚挺，相关的钢结构物，特别是海上石油、天然气开采用的海洋结构物的需求增加。
这些海洋结构物所用钢材的特征是高强度、耐低温、大型化，而且要求特性非常严格。
本文概要介绍了目前使用的海洋结构物的种类和所用钢材的化学成分和力学性能，以及今后油气开采海洋结构物用厚钢板的最新研发动向。
1980年3月27日，挪威公司在北海为开采海底石油设置的海洋结构物（半潜式石油钻井平台）发生了倾覆的严重事故，在上面生活工作的212人中，有123人死亡。
该事故原因是支撑平台的5根钢制桩腿中的1根发生断裂，失去平衡导致倾覆。
以此事故为鉴，对海洋结构物断裂的安全性要求更加严格，正式采用基于断裂力学的韧性评价试验（CTOD），对钢材、焊接接头部位要求的特性非常严格。
海洋结构物用钢材的开发始于焊接接头-10℃经过CTOD试验的YP355N钢，作为海洋结构物用钢，开发了最初的YP355-TMCP钢（屈服应力355N/mm2的TMCP钢材），随后开发了YP420、YP460、YP500和YP550钢（屈服应力分别为420N/mm2、460N/mm2、500N/mm2、550N/mm2的钢材）和高强度化。
为应对开采地域的严寒，开发了更低温度的断裂韧性优良的焊接接头-40℃经过CTOD试验的钢。
最近，由于海洋结构物大型化，使用钢材向高张力化方向发展、使用环境温度低温化、荷载应力增大等，对钢材的质量要求更加严格。
1 油气开采用海洋结构物的种类及使用的钢材为了高效率地开采石油，需要反复进行多次的试采和深采。
钻井平台是进行试采和深采的操作平台，几周到几个月开采一口井后，移到另一地点进行开采，要反复进行这种操作。
因此，钻井平台不是完全固定在海底，是可以自由移动的，其形式有自升式钻井平台、半潜式钻井平台和钻井船等形式。
自升式钻井平台用于水深120m以上的浅海海域，更深的海域使用半潜式钻井平台。
近年来，开采区域向深海进展，半潜式钻井平台和钻井船的需求增加，自升式钻井平台也向大型化方向发展。
高品质船舶及海洋工程用钢的开发
高品质船舶及海洋工程用钢的开发导读钢材是造船及海洋工程结构建造的主要原材料，占据了船体及海洋工程建造成本的20%-30%。
船舶及海洋石油工业的飞速发展对造船及海洋工程用钢提出了迫切需求。
1、背景进入21世纪，我国船舶及海洋石油工业迎来了高速增长的新时期，2013年我国造船三大指标（造船完工量、新接订单量、手持订单量）分别占世界总量的41.4%、47.9%、45.0%，位居世界第一，我国已成为世界造船中心。
海洋石油工业领域，十一五期间我国海上油气开发投入了1200亿元，2010年海洋油气产量实现了500万t油当量。
仅根据中海油规划，十二五期间将新建5000万t油当量产能。
预计“十二五”、“十三五”海洋石油工业投入将分别达到6700亿元和9500亿元。
目前我国船厂能建造国际航运界所需船型的95%左右，包括17.5万t散货船、30万t超大型油轮(VLCC)、30万t浮式生产储油船(FPSO)、14.7万m3LNG船等，目前已有9座30万吨级造船坞，并在规划50万吨级和100万吨级船坞。
船舶及海洋石油工业的飞速发展对造船及海洋工程用钢提出了迫切需求。
为适应船体高效化的建造需求，对船板钢提出了100-500KJ/cm的大线能量焊接要求，从而实现了船板钢的一次焊接成型；为提高船体运行安全性，延长钢材使用寿命，对压载舱、货油舱船板钢提出了耐腐蚀的要求，提高运行寿命的同时降低了维护成本；大型船体建造提出了43号大规格的D40球扁钢的需求，突破了传统型钢生产开发的极限；自升式海洋平台桩腿构件需要127-210mm厚高强度特厚板，突破了中厚板生产厚度规格极限；油气储运设备提出了超低温用钢铁材料，最低使用温度达到-196℃，服役环境极为苛刻。
在此基础上，根据液化天然气(LNG)、液化石油气(LPG)、液化乙烯气(LEG)等低温油气的不同使用温度要求，研制开发了9Ni、5Ni或3.5Ni等Ni系低温钢。
总之，高强度、高韧性、易焊接性、良好的耐腐蚀性以及大厚度、大规格化是船舶及海洋工程用钢的发展方向。
必须高度重视海洋工程用钢的研发
一
直没有 把海 洋工程 用 钢 的研 发考 虑进海 洋科 技发展 规划 中 ， 以至 于海洋 重大
工程及装备的关键技术长期大量依赖进 口， 特别是在深海领域尤其如此。深海 超大型海洋工程需要高强、 高韧 、 耐海洋环境腐蚀钢板 ， 耐腐蚀 、 耐浪涌的海洋 用管 ， 这类钢材必须满足复杂环境 、 复合载荷 、 长寿命等十分苛刻的服役要求。
上油气管道不 同的是 ， 海底油气管道不仅要求钢管有高的横向强度， 还要求钢管有高的纵向强度。当海水深
度超 过 ２ ０ ０ ０ ｍ后 ， 出于抗 海水压溃 的需要 ， 对 钢的厚度要 求显著增 加 ， 其重要 指标是管径 与厚度 之 比要小 。
（ ３ ） 舰船用钢。舰船用钢在服役期间要承受复杂的动态载荷。船舶的建造和组装过程中， 结构件会产生
天律 么 管
采用 １ ２ ０ ０ ｑ ｃ 耐高 温 油漆 ， 涂 层施 工方 法 按产 品说 明 书严格执 行 。
闷渣池 内衬 防护材 料 为 １ ０ ０ ｍ ｍ 厚钢 板 ， 利 用
留的 隔热间 隙 ， 试 生产 阶段 ， 有 内衬 防护板产生挤压变形的情况 ， 取消
∥， ， ， ＃ 。 ， “ ≈ ＃ ～ ， 搿 硝一 ‘ ， ％ ¨ 。 批 ＃ 蹦 ＃ ≯ ， ￥ ｛ ∞ 々 ’ ・ ≈ ０ 。 ”
高性能海洋工程用钢的智慧研发之一
高性能海洋工程用钢的智慧研发之一高性能海洋工程用钢的智慧研发之一海洋工程是指在海洋环境中进行的各类工程建设和工程研究活动。
由于海洋环境的极端恶劣性质，对材料的要求也非常严格。
海洋工程用钢是其中一种关键材料，它需要具备高强度、耐腐蚀、耐高温、耐磨损等特性，以应对海水中的海盐、海洋生物等对钢材的侵蚀。
本文将探讨高性能海洋工程用钢的智慧研发之一。
高性能海洋工程用钢的研发需要综合考虑多种因素，如材料的化学成分、热处理工艺、制造工艺等。
在现代科技的推动下，人们开始运用智能科技手段，提高海洋工程用钢的研发效率和质量控制。
一项关键的智慧研发技术是基于人工智能的材料分析和预测模型。
传统的材料研发往往需要进行大量的实验和试验，费时费力。
而通过建立基于人工智能的模型，可以在一定程度上提高研发的效率。
这种模型可以根据已有的海洋工程用钢数据进行学习，进而进行材料特性的分析和预测。
例如，可以通过机器学习的方法，建立起海洋工程用钢的材料属性与化学成分、热处理工艺等因素之间的联系。
这样一来，研发人员可以根据模型的预测结果，有针对性地调整材料的成分和工艺，以达到更好的性能要求。
另一项智慧研发技术是基于大数据的材料优化设计。
随着海洋工程的不断发展，对高性能海洋工程用钢的需求也在不断提高。
而传统的试错法在优化设计中效率低下，且不适合针对复杂的多因素问题。
基于大数据的材料优化设计方法可以通过收集并整理大量的已有材料数据库，运用数据挖掘和统计学方法，找出材料特性与设计要求之间的关联规律。
这样一来，在设计新的高性能海洋工程用钢时，可以根据数据库中的经验和规律，辅助决策和提供可行性指导。
例如，可以通过大数据分析得出不同化学成分和热处理工艺对钢材强度、耐腐蚀性等性能的影响程度，以及相应的最佳组合。
在智慧研发中，还有一项重要技术是基于虚拟仿真的材料性能评估。
传统的材料性能测试通常需要进行大量的实验。
而基于虚拟仿真的评估方法可以在很大程度上减少实验成本和研发周期。
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国内很少
E36
D32 E36 9Ni、InVar
强度升级 耐腐蚀船舶 进口
油气船 储运船
液化天然气船（LNG）
12
化学品船
1000-20000
E36、2205
双相不锈钢
海洋工程用钢技术特点
– 高强度、大规格
• （256mm厚钢板）
– 易焊接、高效率
• （大线能量焊接）
– 高耐蚀、低成本
• （耐海洋腐蚀）
94 ppm [N]
60 50 Frequency,% 40 30 20 10 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 Equivalent diameter,nm Frequency,%
190 ppm [N]
60 50 40 30 20 10 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120130 Equivalent diameter, nm
氧化物对HAZ韧性的影响
Ti-Mg, 0.7μm
Ti-Mg钢
Al，2.2μm
大线能量焊接用钢技术
100kJ/cm
• • •
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.
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展需求 2. 关键品种技术的研究开发工作
– 大线能量焊接用钢 – 耐腐蚀油船用钢 – 止裂船板 – 低温用钢
Hale Waihona Puke 3. “十三五”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”
V-Ti-N Steel
Microstructures of the CGHAZ at t8/5 =180s
氮含量对大线能量焊接HAZ韧 性影响
Based Metal: 0.08C-1.20Mn-0.2Si- 0.012Ti-0.06V N=44-240ppm
300 250 Akv, -20℃, J Akv, -20oC 200 150 100 50 0 0.0044 0.0094 0.0140 0.0190 0.0240 N, % V-94ppmN 400 350 V-140ppmN V-190ppmN
• 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.
内容提要
1. 船舶海洋工程用钢发展需求 2. 关键品种技术的研究开发工作
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 数量 份额 指标 万吨 %
完工量 3905 41.7
新接 5995 50.5 订单 手持 14890 47.1 订单
390-690MPa级高强度关键品种主要依赖进口。
材料类型 高强厚板 高强支撑管 深海管线 深海隔水管 国外水平 F420-890，厚10-256mm，易焊 接 X100等级，最大壁厚80mm X80等级，最大壁厚44mm X80等级，高抗疲劳 国内现状 E36-690，10-127mm，E420以上基本进口 X80等级，最大壁厚30mm，X100全部进 口 X70，最大壁厚32mm，高强空白 空白，全部进口
300
250 200 150 100 50 0 60 100 140 180 220 260 300 340 t8/5, s
Tp=1350°Cx1s, t8/5=180s
Tp=1350°Cx1s, t8/5=100-300s
Effect of N on CGHAZ Microstructure
0.0044%N
N
H-1
0.16
0.16
1.60 0.012 0.003 0.027 0.34
1.55 0.009 0.001 0.036 0.005
---
0.008 0.043 0.036 0.004 0.46
0.011 0.074 0.009 0.42
0.147 0.28
H-2
0.132 0.32
1.48 0.009 0.002 0.035 0.24
AF:
Acicular Ferrite
PF:
Polygonal Ferrite
Quantitative Analysis for CGHAZ Microstructure
V-Ti Precipitates in the As-Rolled Plates
94 ppm Nitrogen
60 Frequency,% 50 40 30 20 10
生产现状
150mm以上全面进口
全面进口
690MPa全面进口
手工焊、埋弧焊
等强
全面进口
支撑管
齿条板 弦板
海洋工程用钢重大技术需求
（2）易焊接、高效率
• 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2-3月。
Ti-rich particles in hot rolled plate are significantly refined with the increasing of N content from 94 ppm to 190 ppm
V-Ti Precipitates at Peak Temp during welded simulation
– 大线能量焊接用钢 – 耐腐蚀油船用钢 – 止裂船板 – 低温用钢
3. “十三五”规划
船舶海工用钢大线能量焊接技术
焊接占 40%制造成本 焊接热输入 >100kJ/cm HAZ韧性
Electro-slag Weld
Heat input, KJ/cm GEVW
Thickness, mm
0.0094%N
0.0140%N
Tp=1350°C x 1s, t8/5=180s 0.0190%N
0.0240%N
Quantitative Analysis for CGHAZ Microstructure
FS:
Ferrite with Second phase
FSP:
Ferrite Side Plate
Average size:75.9nm
Average size:29.6nm
V-Ti Precipitates at CGHAZ
60 50 Frequency,% 40 30 20 10 0
94 ppm Nitrogen
Average size:32.5nm
Frequency,%
60 50 40 30 20 10 0
海洋工程用钢重大技术需求
（1）高强度、大规格
产品 齿条钢 弦板 支撑管 配套焊材 典型规格
(mm) 127, 150, 180, 210,259 25,50,85 (273～406)X(17～60)
屈服强度
(MPa) ≥690 ≥690 ≥550 ≥690
每平台需求量 (吨)
1000-2000 300-1000 700-1500 60-150
• Increasing [N] promotes TiV(C,N) precipitation in γ during cooling from Tp, and reduces the average particle size in the CGHAZ.
大线能量焊接海洋工程用 厚板工业试验
C Si Mn P S Als Ni Cu Ti V Nb -N Ceq
典型材料 E36
E36
备注 强度低、焊接施 工效率差 高强度、大厚度 依赖进口 工作海深差距大 国内空白
E/F550 E/F690 E/F690 E36
移动式 平台
半潜式平台（Semi） 张力腿平台（TLP）
7
9 10 11
柱筒式平台（Spar）
浮式生产储油船（FPSO） 超大型油轮（VLCC）
—
50000 40000 30000
标准 表面 1/4 1/2 Z向
0.25 0.012 0.050
--
0.009 0.43
Mechanical Properties t mm N H-1 H-2 60 50 50 Rm， MPa 545 534 523 Rp0.2, MPa 381 372 362 A，% 28 34 35 Z，% 75 78 80
KV（-40℃）
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