国际上常用的海洋平台用钢标准包括欧洲的EN 10225、BS7191、NORSOK标准,美国的API、ASTM标准,以及ABS、BV、CCS、DNV、GL、LR、KR、NK、RLNA等九大船级社标准等。其中,BS7191—1989标准由2001年发布的EN10225—2001代替,现行标准为EN10225—2009《固定近海结构可焊接结构钢——交货技术条件》[35]。
国内海洋平台用钢标准包括GB 712—2011《船舶及海洋工程用结构钢》[36]、YB/T 4283—2012《海洋平台结构用钢板》[37]。GB 712—2011是在原船体结构用钢的基础上修订为船舶及海洋工程用结构钢,成为我国首个海洋平台用钢国家标准。YB/T 4283标准作为我国首个海洋平台用钢专用标准,2012年由湘钢牵头编写完成,其修改参照了EN 10225—2009标准。
1.EN 10225
EN 10225标准规定了用于固定近海岸构架的可焊接结构钢的要求。不同产品的适用厚度范围为:钢板≤150mm;型钢为<63mm,以热轧状态交货的型钢<25mm,无缝空心型钢<40mm,高频电阻焊接空心型钢≤20mm。强度范围包括355MPa(板材最大厚度150mm)、420MPa(板材最大厚度100mm)以及460MPa(板材最大厚度100mm)三个强度级别。355MPa级别钢交货状态有正火或正火轧制(N)及轧制(M);420MPa和460MPa级别钢交货状态有M及淬火和回火(QT)。EN标准还区分规定了不同的钢材质量等级。其典型牌号包括S355G2+N、S355G3+N、S355G5+M、S355G6+M、S355G7+N、S355G7+M、S355G8+N、S355G8+M、S355G9+N、S355G10+N、S355G9+M、S355G10+M、S420G1+QT、S420G1+M、S420G2+QT、S420G2+M、S460G1+QT、S460G1+M、S460G2+QT、S460G2+M。
EN10225内容包含了海洋平台用钢的分类及名称、生产过程、尺寸,质量及允许偏差、性能要求、检测及试验、标志,包装及保护涂层等,同时也提供了加严成分要求、应变时效试验、焊后热处理试验(PWHT)、Z向性能、CTOD、宽板试验、焊接性能试验、成型性能等18项附加要求,供用户结合钢板实际用途选择使用。
2.API Spec 2H、2W及2Y
海洋平台用钢相关的API标准包括:API Spec 2H《近海结构用碳锰钢板规范》[38]、API Spec 2W[39]《海洋结构用热机械控轧(TMCP)钢板》、API Spec 2Y《海洋结构调质钢板》[40]等。
APISpec2H规定了近海焊接结构用厚度≤4in(100mm)的2种强度等级钢板,为42级和50级,依次标识为API 2H-42、API 2H-50。钢板的交货状态为正火态,经批准,对于厚度超过2.5in(63.5mm)的50级钢板也可采用淬火加回火态交货。标准规定了钢板的制造、化学成分、力学性能、标识等要求,同时也给出了超声波检测、低温冲击韧性、Z向性能、应变时效性能以及尺寸偏差等补充技术要求。
API Spec 2W规定了用于海洋焊接结构的2种级别的高强度TMCP钢板,API Spec 2Y则规定了用于海洋焊接结构的2种级别的高强度调质钢板。强度级别均为50级和60级,依次标识为API 2W-50、API 2W-60和API 2Y-50、API 2Y-60。50级钢板的最大厚度为6in(150mm),60级钢板的最大厚度为4in(100mm)。APISpec2W、APISpec2Y标准与APISpec2H标准的整体结构基本相同,均规定了包括制造、化学成分、力学性能、标识在内的基本要求及补充要求。而考虑到焊后热处理对TMCP钢、淬火回火钢的影响,API Spec 2W、API Spec 2Y还规定了关于焊后热处理(PWHT)的补充技术要求。此外,按照API Spec 2W、API Spec 2Y标准生产的钢板还需进行试生产鉴定,除进行基本的检验、试验项目外,还包括裂纹尖端张开位移(CTOD)试验、按API RP2Z进行的包括中等约束水平的可控热拘束试验(CTS)和高约束水平V形坡口试验的可焊性试验。
3.ASTM A514及A517
ASTM系列钢材中,ASTM A514/A514M《焊接结构用高屈服强度淬火回火合金钢》[41]和ASTM A517/A517M《压力容器用高强度淬火回火合金钢板》[42]也常用作海洋平台用钢。A514、A517中包含了A、B、E、F、H、P、Q和S8个钢材级别,不同级别钢材的化学成分、最大厚度及适用范围等各不相同。A514中A、B级别钢材的最大厚度为32mm,H级别钢材最大厚度为50mm,F、S级别钢材最大厚度为65mm,E、P和Q级别钢材最大厚度为150mm。A517中A、B级别的最大厚度为32mm,H、S级别最大厚度为50mm,F级别最大厚度为65mm,E和Q级别最大厚度为150mm。A514/A517Gr.Q在自升式平台中应用较广,主要用于制造平台桩腿的齿条、半弦板等。
4.CCS规范
海洋平台用钢在应用前需经船级社认证,ABS、BV、CCS、DNV、GL、LR、KR、NK、RL-NA九大船级社均制定了各自的材料标准,各船级社相关标准的内容及要求基本相同。中国船级社(CCS)的《材料及焊接规范》[43]适用于船体、机械、锅炉和受压容器及海上设施等的材料或产品的制造、试验和检验,包含了对钢板、扁钢与型钢、钢管、铸钢件、锻钢件等金属材料的性能要求及焊接要求。(www.xing528.com)
CCS船级社规范中涉及的平台用钢包括一般强度船体用结构钢、高强度船体用结构钢和焊接结构用高强度淬火回火钢等。其中,一般强度钢区分了A、B、D、E4个等级;高强度钢和高强度淬火回火钢区分了A、D、E、F4个等级。具体牌号、级别以及应用信息等见表14。
表14 CCS规范中平台用钢的具体牌号、级别以及应用信息
①交货状态:A—任意;N—正火;CR—控制轧制;AR—热轧;TM(TMCP)—热机械轧制;QT—淬火加回火;
②各牌号具体的交货状态参照CCS规范;
③经CCS认可,厚度不大于50mm的钢材也可采用TMCP状态交货。
针对特殊用途平台钢,CCS规范还提出了对Z向钢、适应高热输入焊接钢以及锚链用轧制圆钢等的特殊要求。Z向钢适用于因结构中承受厚度方向拉伸载荷而对钢材厚度方向有性能要求的厚度不小于15mm的板材或扁钢。Z向钢根据厚度方向拉伸试样的断面收缩率的大小分为Z25和Z35两个级别。Z向钢的标记是在某一等级结构钢(称母级钢)的标记后面加上Z向钢等级的后缀Z25或Z35。如标记EH40-Z35表示为具有最小厚度方向断面收缩率为35%的EH40钢。适应高热输入焊接钢适用于采用热输入超过50kJ/cm焊接工艺的平台钢焊接。具有适应高热输入焊接钢的标记是在母级钢标记的后面加上适应的最高热输入的标记。最高热输入标记为W加适应的最高热输入值。如标记EH40-W100即表示适应最高焊接热输入为100kJ/cm的EH40钢。锚链用轧制圆钢适用于制造船舶锚链、海上设施系泊链及其附件用的轧制圆钢。其中海上设施系泊链用钢包括OM3、OM3S、OM4、OM4S和OM5共5个级别。
5.GB712
GB712《船舶及海洋工程用结构钢》标准规定了船舶及海洋工程用结构钢的分类和牌号、订货内容、尺寸、外形、重量及允许偏差、要求、检验和试验、包装、标志和质量证明书。适用于制造远洋、沿海和内河航区航行船舶、渔船及海洋工程结构用厚度不大于150mm的钢板、厚度不大于25.4mm的钢带及剪切板和厚度或直径不大于50mm的型钢。GB712将船舶及海洋工程结构用钢按强度级别分为:一般强度(≤235MPa)、高强度(315~390MPa)和超高强度(420~490MPa)三类。GB712对于一般强度及高强度钢的规定与船级社规范基本相同,而在超高强度钢方面,相对于船级社的淬火回火钢,GB712放开了对钢板交货状态的限制,既可采用QT状态交货,也可TMCP和TMCP+T状态交货,这更有益于钢厂进一步挖掘TMCP工艺的潜力,充分发挥TMCP工艺的优势。
6.YB/T4283
YB/T4283《海洋平台结构用钢板》,作为国内首个海洋平台用钢专用标准,规定了深海平台结构用钢板的尺寸、外形、重量、技术要求、试验方法、检验规则、包装、标志和质量证明书等。标准适用于海洋平台结构用厚度不大于150mm的钢板。YB/T4283共包含355、420和460MPa3个强度级别,以及D、E、F等3个质量等级。其牌号由代表屈服强度的汉语拼音字母、屈服强度数值、质量等级符号三个部分组成。例如:Q355HYD,其中:Q—钢的屈服强度的“屈”字汉语拼音的首位字母;355—屈服强度数值,单位MPa;HY—海洋平台的“海”、“洋”字汉语拼音的首位字母;D—质量等级为D级。当需方要求钢板具有厚度方向性能时,则在上述牌号后加上代表厚度方向(Z向)性能级别的符号,例如:Q355HYDZ25。Q355钢板的交货状态:控轧(CR)、热机械轧制(TMCP)、正火(N);Q420、Q460钢板的交货状态为:热机械轧制(TMCP)、热机械轧制(TMCP)+淬火+回火(QT)、淬火+回火(QT)。
综上,海洋平台用钢涉及的标准众多,不同标准适用的级别、规格以及交货状态等不尽相同,目前国内外尚无单个标准全部涵盖平台用钢的所有级别和规格。在实际生产和采购中,通常是多个标准系统同时采用,这既不利于钢厂新产品的开发,也对用户企业的采购工作造成很大的不便。因此,有必要在现有平台用钢标准和规范基础上进行调整合并及补充完善,制定涵盖所有品种及规格的海洋平台用钢专用标准,这必将进一步推动海洋平台用钢的发展和应用。
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