海洋采油平臺鋼板開發(fā)與研究

1、第3 7卷增刊2 0 0 2年1 0刀鋼鐵i ronand s i ii lv o 13 7 , s u p p 1october2002海洋采油平臺鋼板開發(fā)與研究金濤劉繼勛（上海浦鋼公司）摘要通過正確的成分設計，嚴格控制好軋制及熱處理工藝，開發(fā)成功的d i - 136 735、e h 3 6 z 3 5 等海洋采油平臺鋼板各項性能指標全部達到相關標準規(guī)范要求。關一飼海洋采油平臺鋼板性唱團 femy and d evi 圈止 i 眥n r 00垂邵h ore 0幾卅s|氏刪j i ntao l i uj i x u n(s h a j 幽 i pudongi ronandstee ico l

2、t abs rract t h e s tee 1 platesdib6-735andeh36掠？ci r 1h /n gf)1a d.o rmarepr0 ducedw1thpr0perc0mp0s1t10nandheattreatmet1tpr01)efw1ndexesc0nf0rmt0trequ1rements0f0ffsh0re01p1atf0rmkeyw0rdsstee1p1atesf0r0ffsh0re0ffphtf0rmpr0perty1刖冇f 岡 lj e e l p u鍛 f 0 rd )z 3 5 f o r錚媯媯嗯瑁錚潁澹錚,r o 1 1 i n g.allh e1由于

3、世界經(jīng)濟的快速發(fā)展，對石油需求的日益增力ii,目前石油開發(fā)已從陸地走向海洋。我國對海洋石 油的開發(fā)利用較晚，直到2 0世紀舶年代才有了全鋼 結構的海洋石油平臺。目前我國正在加大海洋石油的開發(fā)工作，現(xiàn)正在建設的海上油皿就冇秦皇島3 2 6、文昌13 1/2，及 東方1 1工程，以及剛開始興建的具有“海上大慶" 之稱的渤海油皿，單蓬萊1 9 3工程就需兩萬多噸鋼 板。這為采油平臺用鋼板的發(fā)展提供了廣闊的前景。但是，由于海洋采油平臺鋼板主耍用于海上采油平臺 導管架的制造，導管架是采油平臺的關鍵結構件，常 年浸泡在海水中，對鋼板的技術性能、工藝和質量要 求都相當高，不僅要有很高的耐大氣腐蝕和

4、耐海水腐 蝕性能，還必須充分考慮風暴、海浪、潮流、冰川等各 種惡劣海況條件的影響。因此，海洋采油平臺鋼板耍 求強度高、純凈度高，還需確保低溫韌性指標，抗層狀 是撕裂性能，并需要有完美的焊接性能，基于以上原 因，我國的海洋采油平臺鋼板以前長期依賴進口?，F(xiàn)在，我國鋼鐵事業(yè)得到了飛速發(fā)展，z向鋼板的生產(chǎn)有了質的飛躍，浦鋼公司生產(chǎn)采油平臺用鋼板 可以選用寶鋼生產(chǎn)的高純凈度優(yōu)質鋼壞，軋制設備是 具有國內(nèi)先進水平的兩架四轆可逆軋機，即最大軋制 壓力為7 0 0 0 t的4 2 0 0 i m粗軋機及最大軋制壓力為6 0 0 0 t的3 5 0 0精軋機，并配冇德國先進的液壓agc、t測厚儀和一臺雙步進梁式

5、?；癄t。該軋制生產(chǎn)線具冇軋制力大，冇利于采用控軋工藝；鋼板板而大，寬度可達3 8 0 0 m r f 1 ,長度可達1 8 0 0 0 m m o '以上裝備均 有利于海洋釆油平臺鋼板的生產(chǎn)。2技術難點分析采油平臺用鋼板基本為高強度鋼板，厚度2 3 8r n n 1的鋼板較多，質量要求相當高，除了要符合海上 固定平臺入級規(guī)范等標準要求外，每塊鋼板還必須達 到越汀nt 7 8 ii級探傷要求，特別是橫向沖擊性能遠 比高強度船板要求高（表1 ）。而且，z向鋼板的也耍求同樣高于g b 5 3 1 3 一8 5 要求（國標7_3 5要求單個試樣值2 2 5%,而采油平臺 用鋼要求單個試樣值n

6、3 0 %） o聯(lián)系人：盒濤，工程師，上海，（ 2 0 0 1 2 6 ）寶山鋼鐵集團浦東鋼鐵公司制 造生產(chǎn)技術科增刊 金濤等：海洋采油平臺鋼板開發(fā)與研究表1采油平臺用鋼板橫向沖擊性能要求厚規(guī)格鋼板的屈服強度要大于等于3 5 5 mp a,韌性要求乂如此之高，這是難點所在。以前生產(chǎn)高強度船板也有這方面的經(jīng)歷，就是韌性上去了，屈服強度往往就達不到要求了。因此，在現(xiàn)冇生產(chǎn)條件下，如何能達到強韌性的最佳匹配，如何在保證沖擊性能的同時。捉高屈服強度，在工藝上述需克服鋼板厚度、屈服強度、z向性能和焊接性能等各項技術指標之間互相抵沖的技術難度，這是我公司生產(chǎn)采油平臺用鋼板的關鍵所在。3化學成分設計成分的設

7、計下了一定的功夫。綜合各船級社規(guī)范的化學成分范圍以及公司的生產(chǎn)條件，根據(jù)不同的質量等級和不同的厚度制訂了采油平臺用鋼板的化學成分范圍，為保證強韌性匹配，還采用了微nb處理，并根據(jù)成品鋼板不同厚度，規(guī)定了碳當量范圍。4生產(chǎn)工藝流程浦鋼公司采油平臺用鋼板的生產(chǎn)工藝如圖1所示。即按內(nèi)控標準選擇合適的坯料，在厚板廠進行粗軋和精軋，然后根據(jù)合同要求進行探傷和熱處理。圖1生產(chǎn)流程匿5力學性能51力學性能針對釆油平臺用鋼板的技術難點，首先，對化學試驗爐號的拉伸、沖擊性能列于 表2。表2部分試驗用鋼力學性能注：11.1 4號鋼沖擊性爾為一 4 0 °c橫向v型沖擊值鋼鐵第3 7卷52冷彎性能寬冷彎：

8、b = 5 口，d = 3 a , 1 2 0 所有爐號均完好。5 3物理檢驗：實際晶粒度為：91 0級。54 z向性能：部分試驗用鋼板z向性能見表3。表3 z向斷面收縮率6結果分析61化學成分及夾雜物對性能的影響611碳當量對性能的影響從表2可以看出，軋制同樣厚度的鋼板，碳當量高，強度則高；反之亦然。部分3 8mitt鋼板強度與g。的關系見表4。表4強度與c叩的關系從上表可看岀，co與強度基本成正比關系，其中 的原因從碳當量公式。酗=c+1 / 6mn+ (c r+mo + v ) / 5 + (n i +c u ) / 1 5 o 不難看出，公式中的 c、m n、c r、 mo、v、n i

9、和c u元素的含量的增加均對強度的增加起 到了一定的作用。因此碳當量高，強度則高；反z亦然。從表中還可看岀：c 0 > 0. 3 9 %,鋼板的屈服強度 有較大的富余量，因此在定成分時24 0 mm鋼板的c e q 定為>0 . 3 9 %。另外。從表4可以看出：1號鋼所軋 制的成品鋼板厚度為1 3 mm和19mm,雖然碳當量僅 為03 7%,但屈服強度的富余量還比較大。因此，在 定成分時，薄規(guī)格鋼板所用壞料的碳當量可適當?shù)鸵?些。6.1.2夾雜物級別對z向性能的影響 從表3中可以看出：選用不同爐號的坯料或同一 爐號不同部位的壞料軋制成品鋼板，其z向性能也不 同，這主要與壞料的夾雜

10、物級別有關，選擇了部分3 8 r 1 h ' q a鋼板進行夾雜物分析，見表5。從表3可以看出：選用不同的坯料軋制同樣厚度 規(guī)格的成品鋼板，由于夾朵物級別的不同而出現(xiàn)z向 性能冇差異，夾雜物級別越高，z向斷而收縮率越低， 反之亦然。這就應驗了夾雜物是影響z向性能最主i 大 i 表5亦分試驗用鋼z向性能與夾雜物的關系6 . 2工藝與性能62. 1總變形量對性能的影響從表2中可以看岀，采用相同厚度的壞料，軋制 不同厚度的鋼板，出來的性能是不同的，基木上是變 形量越大，成品鋼板的塑、韌性越好。另外，分別用不 同規(guī)格的坯料軋制相同規(guī)格的5 0mm厚鋼板，性能見 表6 o表6 2 1 . 2 2

11、號鋼屈服強度對比 綜合表3、表6可以看出：2 1.2 2號鋼的化學成分 及碳當量基本相同，只是所用坯料規(guī)格不同(2 1號鋼 為連鑄坯，2 2號鋼為初軋坯)。選用2 5 0 mm厚連鑄 壞軋制的5 0 r n r n厚成品鋼板的屈服強度富余量明顯 增刊金濤等：海洋采油平臺鋼板開發(fā)與研究不如選用2 5 0 1 / 1 n 1厚初軋坯出來的屈服強度富余量。 這是由于初軋坯是經(jīng)8 4 0 mm厚大鋼錠開坯之后形成 的中間坯，然后再進行成品軋制，其總變形量明顯大 于選用連鑄坯直接軋制的成品鋼板。這也應驗了以上規(guī)律：總變形量愈大，鋼板的塑韌性愈好。622終軋溫度對用服強度的影響 對16號鋼進行了不同終軋溫

12、度的軋制試驗，即 用同樣2 5 0 r f 1 1 1 2厚的連鑄坯軋制3 2 mm成品鋼板性 能結果見表7。表7終軋溫度與強度的關系 從表7不難看出：終軋溫度在9 0 0 °c以上的，出來 的成品鋼板口。普遍較低；終軋溫度在8 5 0 °c左右的， 成品鋼板的一。普遍較高。這是由于控制好終軋溫度， 可使未再結晶的奧氏體轉變?yōu)榈容S的a晶粒，從而達 到細化晶粒捉高屈服強度的目的。以2號鋼板和5 號鋼板為例，前者終軋溫度 9 0 0 °c,后者終軋溫度為 8 3 0 °c,兩塊鋼板均選用了同樣的坯料進行軋制，成品 鋼板的。卻相差了 8 5 mpa,這就是終軋

13、溫度在起作 用。5號鋼板的品粒度明顯好于2號鋼板。6 . 23熱處理溫度對性能的影響 人們普遍認為，熱處理溫度如果達不到工藝要求 對沖擊性能影響很大，而對屈服強度的影響不大。其 實不然。熱處理溫度控制得好壞同樣對屈服強度的影 響相當大。選用了 1 5、1 7號鋼進行兩種溫度制度的 正火，具體性能見表8。表8正火溫度與性能的關系 從表8可看出：同樣的鋼板，相同的軋制情況，在 兩種不同的溫度卜-止火，屈服強度會相差如此z多， 這與正火溫度冇直接關系。因為爐溫和板溫一般相 差3 0 °c,如果爐溫為8 7 0 °c,板溫為8 4 0 °c,顯然已 在血，溫度以下了。小于山，溫度正火，會使鋼屮鐵 索體含量相對較高，導致屈服強度下降；因此，正火溫 度應嚴格按照工藝耍求：(9 2 5 &