海洋平台用钢的生产现状及发展趋势

随着石油资源的短缺和油价的不断上涨,海洋资源开发显得日益重要,海洋平台用钢需求量和性能要求也不断提高。介绍了海洋平台用钢的分类、使用及生产现状,指出了海洋平台用钢的发展趋势。其强度要求不断提高,已由355 MPa和420 MPa增至500 MPa,厚度规格也不断提高,低温韧性向F级发展,而且更加重视海洋平台用钢的耐腐蚀性能。

低碳海洋平台用钢E40-Z35的研制

通过实验室热模拟实验确定工艺参数,开发了连铸坯生产海洋平台用钢E40-Z35的控轧控冷工艺,并进行了现场工业试制.结果表明:采取低碳(w(C)≈0.08%)微合金化成分设计,利用Ca球化处理MnS夹杂物,以及轧制过程中进行高温慢速大压下,未再结晶区开轧温度为900℃,终轧温度为800℃,终冷温度为640℃左右.热轧后产品的-40℃常规冲击和时效冲击吸收功高于200J,厚度方向断面收缩率高于45%,具有良好的抗层状撕裂性能,满足船级社对海洋平台用钢E40-Z35的要求.

日本海洋平台用厚板开发现状

介绍了日本JFE公司、新日铁公司及住友金属公司海洋平台用钢板的开发现状,重点介绍日本钢铁公司海洋平台用钢板系列化品种、焊接热影响区的韧化及先进的轧制工艺。并针对我国海洋平台用钢开发滞后的局面,指出了未来的重点是按照国际海洋工程用钢的4个标准,成系列开发海洋平台用钢板,如高强钢板、大线能量焊接钢板、低温及耐海水腐蚀钢板等系列产品,并开发独有的焊接热影响区韧化技术及焊接技术。

高强韧性海洋平台用E550钢板生产工艺研究

介绍了E550钢板的主要生产工艺和技术难点,通过理论分析设计了E550的成分体系,采用Thermal-Calc和经验公式,获得了其热力学相图和相变点温度等热力学数据。根据E550的热力学特性,设计了两阶段轧制工艺,精轧的终轧温度控制在再结晶温度附近,利用奥氏体再结晶充分细化晶粒。淬火奥氏体化温度选择为920℃,回火温度设计为630℃,利用碳化物的析出强化效果和缺陷密度变化的位错强化获得良好的强韧性匹配。50 mm厚钢板的淬火态1/4厚度处的微观组织为马氏体,中心的组织为马氏体和少量贝氏体的混合物。回火热处理后,马氏体板条界面减少,碳化物在马氏体板条界面析出,钢板1/4到中心的组织均匀化。30和50 mm厚E550钢板的力学性能达到了船级社标准要求,并有较大的富裕量。热输入能量为15和50 kJ/cm焊接后,钢板具有良好的强度性能,熔合线和热影响区的冲击功较高。

莱钢S355NL海上平台用特厚钢板的开发试制

采用Nb、V、Ti复合微合金化,应用控轧+正火工艺,通过合理的化学成分设计、严格控制炼钢、轧钢等各工序的工艺操作,莱钢开发出117 mm和122 mm S355NL海上平台用特厚钢板,产品各项性能指标满足EN 10025-3:2004标准及用户要求,特别具有良好的低温冲击性能及厚度方向性能,目前已进行批量生产。

海洋平台用钢板状焊接接头的低温疲劳试验

在ＰＬＧ－３００ＫＮ高频疲劳试验机上配备低温环境室及其控制系统，对海洋平台用钢（Ａ５３７）焊接接头在低温和室温下进行了疲劳试验。试验结果表明：在高应力幅区，当应力幅值大于低温安全临界应力幅值时，低温环境会降低焊接接头的疲劳寿命，安全性差；在低应力幅区，当应力幅值小于低温安全临界应力幅值时，低温环境反而会增加焊接接头的疲劳寿命，安全性好。在低温环境中，大的交变载荷对接头的疲劳强度影响很大。

海洋平台用钢板超声波探伤不合原因分析及改善措施

对海洋平台用钢板探伤不合部位进行了观察、分析。结果表明,钢板厚度中心珠光体带状组织中的微裂纹是造成探伤不合的主要原因。根据分析检测结果,提出了相应的工艺改进措施,并取得了实际效果。

海洋工程装备制造行业发展及海洋钻井平台用钢需求分析

概述了全球海洋工程装备制造产业的竞争格局及发展趋势，着重介绍了国内海洋工程装备制造龙头企业及其近期海洋钻井平台接单情况。同时，对国内外海洋钻井平台用钢的研发特点及发展趋势进行了分析，并对国内钢铁企业海洋钻井平台用钢的发展提出了建议。

海洋平台焊接技术及发展趋势

焊接技术是海洋平台建造的关键工艺。随着深海油气资源的勘探开发,海洋平台用钢向着高强度、大厚度、良好的低温韧性等方向发展,国内海洋平台焊接技术存在自动化水平低、焊接效率低、焊接质量波动大等问题,严重制约着国内海洋工程装备制造的发展。大厚度高强钢的高效焊接技术、高强钢焊接热影响区的脆化和软化、焊接结构的应力与变形控制是现阶段海洋平台焊接亟待解决的问题。窄间隙焊接、激光电弧复合焊、K-TIG、热丝TIG是新型的高效高质量焊接工艺,适用于海洋平台用钢的焊接,可进一步深入研究并在海洋平台建造领域推广应用。

含铌、钒、钛EQ47海洋平台用钢的高温塑性研究

EQ47钢是最常用海洋平台用钢之一，为了生产出符合质量要求的EQ47钢，需要对EQ47钢生产工艺进行研究；钢的高温塑性可以影响铸坯的质量，为了保证铸坯质量，需要对含铌、钒、钛EQ47海洋平台用钢的高温塑性进行研究。采用Gleeble-1500D热模拟机进行高温塑性试验，分析了EQ47钢高温塑性特点，断裂机理，以及铌、钒、钛对高温塑性的影响。结果表明：钢存在2个脆性区间，即第Ⅰ脆性区间为1270-1350℃，第Ⅲ脆性区间为600-900℃；试验钢的断裂形式有穿晶断裂和沿晶断裂；钢中的铌、钒、钛及其析出物均对钢的高温塑性产生影响。

460MPa级海洋平台用钢的高温塑性研究

通过Gleeble-1500D热模拟机来进行EQ47（460MPa）钢的高温塑性研究．以1x10-3／s的变形速率，在600-1350℃的温度区间内以每50℃取一间隔做一组高温塑性试验．结果表明：在907-1270℃之间，断面收缩率均高于60％，钢的高温塑性良好，温度高于1270℃时，断面收缩率急剧下降，第Ⅲ脆性区在667-907℃之间，在此温度区间内存在明显的塑性低谷，断面收缩率最低值为29．44％．

新型海洋平台组合结构-钢管连接节点轴压性能研究

不锈钢管中管钢管混凝土海洋组合平台是一种新型海洋平台组合结构形式,平台上下组块的连接节点既是结构设计的重点也是施工组装的关键,为保证该平台上下组块连接的可靠性,在JZ20-2北高点井口平台的基础上,提出了2种新型节点形式:过渡件连接和隔板加劲肋连接.基于有限元软件ABAQUS对2种节点形式进行足尺建模分析,着重探讨其在轴压条件下的受力性能.通过研究隔板厚度,加劲肋个数、厚度、高度等因素对隔板加劲肋式节点极限承载能力的影响进行了节点优化.结果表明:过渡件和隔板加劲肋式不锈钢管中管钢管混凝土-钢管连接节点均能够满足海洋平台承载能力的要求,且较于传统纯钢空心钢管连接拥有较高的承载力和良好的延性,其中增加隔板厚度、提升加劲肋个数和厚度可以有效提高隔板加劲肋式节点的极限承载能力.

固定式海洋平台用大厚度D36(Z35)钢板开发

针对固定式海洋平台导管架桩腿用厚钢板低Ceq和低Pcm成分要求、碳偏析控制、附加条件的ASTM A578探伤要求以及表面不允许焊补和修磨面积不超过10%的质量要求,设计低C,Nb、V微合金化成分,90 mm以上特厚板采用钢锭开坯二次成材,90 mm以下钢板连铸成材,控制结晶器液面波动、选用高碱度、较高粘度保护渣、二冷适当弱冷、连铸坯清理、加热、轧制工序控制铁皮,保证了钢板表面质量,良好的精炼及加热、轧制工艺控制,满足钢板探伤要求,控轧组织准备配合适当的正火工艺,钢板主体为细小均匀的珠光体+铁素体组织,保证了钢板强度适中、塑性、韧性、Z向断面收缩率有较大的富余量,最终钢板质量满足了使用要求。

海洋平台用S355G10+M厚钢板的焊接性研究

按照EN10225标准要求,对75 mm厚度规格海洋平台用S355G10+M钢板进行了堆焊硬度试验(BOP)、可控热拘束试验(CTS)以及热输入50 k J/cm埋弧焊对接接头系列力学性能试验,研究了钢板焊接热影响区(HAZ)的淬硬倾向、HAZ冷裂纹敏感性、焊接接头各部位抗拉强度、冲击韧性和裂纹尖端张开位移(CTOD)值的变化情况。结果显示S355G10+M厚钢板的HAZ最高硬度、焊接钢板冷裂纹、埋弧焊对接接头抗拉强度、低温冲击功均值、CTOD值等各项性能指标良好,满足海洋平台的焊接生产要求。

海洋平台用100mm厚EH36-Z35钢板的开发

介绍了海洋平台用100 mm厚EH36-Z35钢板生产工艺和技术的主要难点。通过理论分析确定了钢板的成分体系。采用两阶段轧制工艺,粗轧阶段加大道次压下量,精轧阶段终轧温度控制在再结晶温度以下。轧后进行弱水冷,抑制晶粒长大。利用正火热处理进一步促进晶粒的细化和均匀化,并消除钢板表面因水冷产生的脆硬组织。检验证明,试制钢板的表面和心部组织均为细小、均匀的铁素体+珠光体,碳当量Ceq=0.42%,冷裂纹敏感系数Pcm=0.22%,钢板厚度1/4处及心部力学性能都达到船级社标准和中海油(CNOOC)的采购要求,并有较大富裕量。经过热输入量50 kJ/cm焊接后,焊接接头具有良好的强度性能,焊接热影响区(HAZ)的冲击功较高。

钢-混凝土组合结构在海洋工程中的应用研究（英文）

海洋工程建设是我国海洋强国战略实施的重要基础和保障。相比陆地工程,海洋工程面临更加复杂苛刻的建造环境和条件,其设计、建造、施工难度通常更大,因而对结构工程提出了新的挑战。钢-混凝土组合结构由于充分利用钢材和混凝土各自性能优势,扬长避短,优化组合,具有显著的性能优势和综合经济效益,在海洋工程中拥有广阔的应用前景。本文从跨海桥梁、海底沉管隧道和海上浮体平台三方面综述了清华大学组合结构研究团队近年来在海洋工程组合结构研发和应用方面的工作:1)提出了新型抗拔不抗剪连接技术,并与传统支座升降、预应力、施工工序优化等技术结合,形成跨海连续组合梁桥负弯矩综合抗裂技术,与现有预应力抗裂方法相比具有显著的施工和运维成本优势,与混凝土结构相比具有明显的抗裂性能优势。这一新技术将极大提升结构的耐久性,已经在大连湾跨海大桥的结构设计中得到应用,为组合结构跨海桥梁的推广应用提供了有效的技术支撑。2)研发了适用于跨海多塔斜拉桥的新型双钢板-混凝土组合桥塔,从界面连接和结构整体受力性能两个维度开展研究。结果表明,其在开孔板连接件的作用下可以实现钢与混凝土的协同工作,与纯钢结构和混凝土结构桥塔相比有更高的承载能力、刚度和延性。同时钢板可兼作混凝土模板,提高施工效率,混凝土对钢壳的约束作用也解决了纯钢结构易局部失稳的问题。新型组合桥塔已在南京长江五桥工程中得到应用,刚度、承载力等关键性能指标的显著优势有助于新型组合结构桥塔在未来跨海多塔斜拉桥工程中得到进一步的推广与应用。3)提出了适用于海底沉管隧道的隔舱式双钢板-混凝土组合结构,揭示了其抗弯、抗剪和型钢连接件性能,提出了相应的设计方法。结果表明,相对于传统钢筋混凝土结构,组合结构尺寸小,承载能力强,抗震适应性好。双钢板既可作为混凝土模板,也可起到受力与防水的多重作用。除此以外,该结构施工便捷,尺寸不受加工设备限制,预制厂地要求低。该成果已在深中通道沉管隧道段得到应用,是未来跨海隧道的重要发展方向。4)研发了海上超大型钢-混凝土组合结构漂浮平台,将其应用于海上超大型浮式平台的建设,基于水弹性响应及结构强度分析,对大型钢-混凝土组合箱式浮体平台进行了案例设计和分析。结果表明,其可在提高结构防火、抗爆、抗冲击性能的基础上,增强构件的稳定性及耐久性,显著减小结构用钢量,同时组合浮式平台不用设置加劲肋,设计和施工便捷,维护成本低,具有良好的发展前景。研究与实践表明,组合结构由于其灵活多样的结构形式,即使面对海洋工程复杂苛刻的荷载环境条件和使用功能需求,也能发挥其性能优势,解决工程难题。本文所提出的新型组合结构体系具有较为显著的性能优势,取得了令人满意的综合经济效益,为海洋工程建设提供了崭新的思路和选择,有力地推动了组合结构在海洋工程中的应用。目前,组合结构在海洋工程中的应用仍处于起步阶段,尚需在复杂荷载响应分析、高性能新材料应用、结构形式多样性和适用性等方面进一步开展深入研究。

经TMCP处理的ABS-EQ47海工厚板钢的组织性能

以工业生产的ABS-EQ47钢为对象,研究了奥氏体连续冷却相变行为,在中试工厂使用热机轧制(thermomechanical control process,TMCP)工艺成功开发出35mm和40mm厚钢板,考察了钢板经单道次模拟焊接热循环后的组织性能。结果表明,所开发钢板的组织为针状铁素体+细粒状贝氏体,屈服强度(Rp0.2)高于500MPa,抗拉强度(Rm)高于630MPa,伸长率(A)大于20%,在-60℃下横向Charpy冲击吸收能量(KV2)大于200J。TMCP型钢板的屈强比低于同成分调质(QT)钢板的屈强比,但其Rm高于QT型钢板。模拟焊接热输入为30kJ/cm时,粗晶区HAZ试样的KV2不低于40J。