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日本钢铁企业海工用钢开发实践
时间:2014-06-30 13:21 来源:中国海洋工程网 点击:

  2012年,我国颁布了《海洋工程装备制造业中长期发展规划(2011—2020年)》,提出到2015年该产业年销售收入达到2000亿元以上,海洋油气开发装备国际市场份额达到20%;到2020年,年销售收入达到4000亿元以上,海洋油气开发装备国际市场份额达到35%。,并且要打造环渤海地区、长三角地区、珠三角地区3个产业集聚区,重点培育5—6个具有较强国际竞争力的总承包商。随着海洋工程装备制造业的发展,2013年,我国承接各类海洋工程装备订单超过180亿美元,约占世界市场份额的29.5%,比2012年提高了16个百分点,超过新加坡,位居世界第二。新承接各类海洋工程平台共61座和1艘钻井船,其中自升式钻井平台49座,占世界总量的一半以上。2014年,随着海洋工程项目的逐步开工,用钢需求量也将增加。

  海洋能源开采对海工钢的要求

  我国海洋油气资源丰富,勘探开发处于早中期阶段,在我国海洋的油气资源中,70%蕴藏于深海区域。目前,中国只能在渤海、东海等内海部分海域进行油气开发,对南海主体的深水区,只进行了路线概查和局部地区的地球物理普查。未来深海领域的海洋工程用钢是我国重点需求的产品。

  深海极低用海洋平台用钢的综合性能除了具有高强度、高韧性、抗疲劳、抗层状撕裂、良好的焊接性和冷加工性能,还需要有耐海洋大气和海水腐蚀的性能。目前,我国E550以下级别的海洋工程用钢已基本实现了国产化,虽然国内少数钢企相继完成了E690系列超高强度、抗层状撕裂的大厚度规格钢板研发、认证和供货,但是钢板表面质量通常逊于国外同类产品。因此,现阶段690MPa系列超高强度、抗层状撕裂的大厚度规格钢板仍主要依赖进口。

  日本企业海工用钢产品开发情况

  日本钢铁企业海洋平台用钢板开发一直处于国际领先水平。国际上,海洋平台用钢的标准主要有:EN10225,API BS7191以及船标,但是日本的钢企不能根据国际标准供货,还针对不同的用途形成了独特的产品系列。

  新日铁住金——新日铁分部。自1980年北海发生了亚历山大号沉船事故后,国际上对海洋建造物抗断裂安全性更加重视,基于断裂力学的韧性评价法CTOD(裂纹顶端张开位移)试验正式作为海洋结构用钢的评价试验。经正火处理的传统海洋结构用钢很难满足CTOD值的要求,因此,新日铁不仅对TMCP,而且对铸造、加热、轧制冷却、回火等厚板制造的全工艺流程最佳化进行研究,在世界上率先利用TMCP工艺成功地制造出CTOD合格的YP350海洋结构用钢,并于1984年用于北海Oseberg油田的采油平台。

  海洋建造物大型化和采掘深海化对海洋结构用钢提出了高强度化的要求。新日铁最早向北海的Draugen项目供应YP460钢(1990年)、向帝汶海的Bayu Undan项目供应YP460钢(2000年)、向北海的Grane项目供应YP500钢(2000年)。此外,新日铁还开发出厚度为210mm、-60℃夏比吸收能合格的、强度为800N/mm2级的特厚高强度钢板,用于自升式采油平台的最重要部件桩腿。

  全世界未利用的天然气资源的30%储藏在北极海域周围的冰海区,目前在该地区的海洋资源开发活动十分活跃,因此在海洋结构用钢高强度化的同时,也提出了优良超低温性能的要求。一般情况下,对CTOD值的要求温度是-10℃,但对冰海区海洋结构用钢的CTOD值的要求温度是-40℃—-60℃。由于CTOD值受局部脆化区的影响,所以提高HAZ低温韧性是新日铁海洋结构用钢开发的重要研究内容。

  新日铁在开发出了保证-50℃CTOD值的YP350、YP420钢后,进一步推进高度控制HAZ组织的TiO2钢的实用化,开发出了供里海北部油田项目使用的保证-40℃焊接接头CTOD值的YP355N/mm2级钢。这种钢将会作为保证CTOD值的、在极恶劣环境下具有良好韧性的高强度大厚度海洋结构用钢。新日铁海洋平台的钢板主要品种有可焊接高强钢板WEL-TEN  590—950系列、无涂装焊接结构用耐蚀钢板COR-TEN490—570系列、焊接结构用耐海水腐蚀钢板MARILOYS400系列、含Ni耐候钢NAW-TEN系列和海洋平台专钢板YP355—690系列。

  其中,无涂装焊接结构用耐蚀钢板COR-TEN490—570系列用Cu、Ni等耐蚀元素进行合金化处理,钢板最大厚度为40mm,适用于无涂装的海洋工程设备。焊接结构用耐海水腐蚀钢板MARILOYS400系列具有极佳的耐海水腐蚀性能,特别用于海洋平台等海上结构。含Ni耐候钢NAW-TEN系列添加了Cr、Ni等耐蚀性合金元素,可无涂装地用于海洋结构等焊接结构,其最大厚度为100mm。海洋平台专钢板YP355—690系列具有低碳当量、低Pcm值的特点,-40℃或-100℃夏比冲击性能优异。

  在深海用管线钢管开发方面,新日铁提出了在钢中添加Mo并采用低温终了的TMCP工艺,利用应变时效作用的管线钢管生产技术。利用该技术开发出压溃强度高的管线钢管。新日铁的这种高压溃强度管线钢管已经用于MEDGAZ管线项目(阿尔及利亚——西班牙)。

  新日铁住金——住友金属分部。住友金属提供不同强度级别的海洋平台用钢板,并按API、BS及EN标准供货。住友金属用于海洋平台用的主要钢板品种有高强钢板SUMITEN系列、疲劳裂纹抑制钢板FCA、低温用钢板SLT系列及EZWELD钢板。其中,SUMITEN780和950高强钢板焊接裂纹敏感系数及碳当量非常低,满足不同海洋平台服役条件下钢板的焊接要求,并且产品的化学成分包括合金元素Cu及Cr,保证了其比普通钢板更加优良的耐蚀性能。疲劳裂纹抑制钢板FCA是住友金属开发的具有优良抗疲劳裂纹性的钢板,具有复杂的显微组织来控制疲劳裂纹的扩展速率。低温用钢板SLT系列为低碳细晶粒Al镇静钢,具有优良的缺口韧性、低碳当量、良好的焊接性及热影响区韧性和-45℃—-60℃良好的韧性。EZWELD钢板具有良好焊接性的结构钢板,适用于大线能量及高层间温度的高质量焊接。

  日本JFE公司。JFE公司的海洋平台用钢按照JIS、ASTM、API、EN及各船级社标准供货。同时,还形成了企标系列产品,包括:抗拉强度在360—980MPa的JFE-HITEN系列高强度钢板、良好焊接及大线能量焊接钢板JFE-HITEN和JFE-EWEL系列、JFE-HITEN低温用钢板、JFE-MARIN耐海水腐蚀钢板。

  JFE钢铁公司钻井平台使用的是船级社标准中的DH36、EH36、FH36等高屈服点钢,其中自升式钻井平台的桩腿及其周围结构使用的是高抗拉强度钢,而齿条则是用HT80特厚钢板。自升式钻井平台有时要在严寒区域移动、钻探,要具有良好的-60℃低温韧性,为此,JFE开发了严寒地区平台齿条用JFE-HITEN780ML钢,通过加入Ni来提高钢板的韧性、强度及焊接性。在采油平台方面,导管架式平台,张力腿式平台(TLP)顶层、桩柱,深水浮筒平台顶层使用的是API2W50、60(屈服点355、410MPa级)TMCP高强度钢。

  日本企业海工用钢产品开发特点

  海洋平台用钢板品种的系列化和独有化。日本钢企海洋平台用钢板都可成系列供货,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品种,实现了全系列供货。同时,日本钢企积极构建适合自身企业的独有标准,除能按通用的标准生产海洋平台用钢板外,还形成了要求更加严格的企业标准。

  开发独有的焊接热影响区韧化技术。由于海洋平台制造过程中要进行大量的焊接,其焊接结合部的性能对平台安全性至关重要。因此,结合自己的设备及工艺特点,日本钢企都开发了自己独有的焊接热影响区韧化技术和企业内部产品,如新日铁住金的MARZLOYS400系列和EZWELD系列和JFE公司的JFE-EWEL系列产品。

来源:网络

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