国内海洋平台钢材的研发和应用

近年来，随着我国海洋工业的不断发展，尤其是国家发展海洋战略的背景下，海洋平台建设迎来了新的高速发展时期。国内钢厂充分利用机遇，进行了海洋平台用钢的研发、认证及生产应用。2012年我国船舶及海洋工程用中厚板产量为1080万t，其中A、B、D、E一般强度级别产品432万t，约占43.6%；AH32-FH40高强度级别产品517万t，约占53%；420-690超高强度级别产品3.5万t，约占0.4%；国外标准系列产品30万t，约占3%。2012年主要中厚板企业的船舶与海洋工程用钢产量见表35。因每个钢厂的设备能力、工艺特点以及技术储备等不尽相同，各钢厂海洋平台用钢开发的侧重点及其代表性产品各有特色，各具优势。

表35 2012年主要中厚板企业船舶与海洋工程用钢产量 （单位：万t）

宝钢、鞍钢、南钢及首钢等开发了符合船级社规范的超高强度E690钢板，其中宝钢产品最大厚度达到88mm。宝钢、舞阳以及兴澄特钢等开发了ASTMA514/A517Gr.Q系列产品，其中舞阳认证通过了215mm厚ASTMA514Gr.Q-MOD钢板。鞍钢采用TMCP工艺生产了强度420～690MPa系列产品，其中690MPa级产品最大厚度50mm；满足-60℃冲击韧性要求的F550产品，最大厚度达80mm。南钢采用正火工艺开发了F550钢板，最大厚度60mm，-60℃冲击功超过180J。湘钢则通过工艺集成及优化，打破常规成功开发了最大厚度达100mm的专利产品HYE36。

（1）宝钢

宝钢每年生产70～100万t的船板及海洋平台用钢，品种涵盖了船级社规范、ASTM、API以及EN标准的钢种，厚度规格6～180mm，采用普通轧制AR、N、TMCP/TM、QT等工艺生产，可生产出一般强度、高强度以及超高强度等不同强度级别。近年来，供货产品中调质超高强钢、API系列用钢及TMCP高强度钢的比例增加。宝钢海洋平台用钢的主要品种规格见表36。

宝钢海洋平台用钢的研发及应用情况，按照产品的不同标准系列分别如下：

1）船级社规范产品。EQ系列钢是海洋平台中强度等级较高、用量较大的产品系列。EQ43～EQ70系列产品占宝钢船舶及海洋工程用钢的10%，采用调质工艺生产的EQ70钢板最大厚度为178mm。表37是宝钢生产的EQ56、EQ70钢板的主要力学性能，其中88mm厚EQ70钢板屈服强度达到733MPa，-40℃平均冲击韧性达到233J，Z向断面收缩率为70%，产品指标满足ABS规范要求。

表36 宝钢海洋平台用钢的主要品种规格^[44]

船级社规范系列产品的主要工程应用包括：2011～2012年，为新加坡胜科海事400ft自升式海洋平台提供了厚度范围为8～80mm，级别分别为AQ51、DQ51、EQ51、EQ56、EQ63的钢板，供货数量为4600t；2011～2013年，为烟台中集来福士300ft、400ft自升式海洋平台提供了厚度范围为12～80mm，级别分别为AQ51、DQ51、EQ51、EQ56、EQ63的钢板，供货数量为4600t；2011～2013年，为振华重工300ft自升式海洋平台提供了厚度范围为10～80mm，级别分别为EQ47、EQ56、EQ63、EQ70的钢板，供货数量为2600t；2011～2013年，为招商局重工的350/400ft自升式海洋平台提供了厚度范围为12～160mm，级别分别为EQ51、EQ70的钢板，供货数量为9000t。

表37 宝钢EQ系列钢的力学性能^[44]

2）API系列。API系列产品约占宝钢船舶及海洋工程用钢的7%，其中正火工艺生产的API2W-50钢板最大厚度80mm，化学成分为：0.07%C、1.48%Mn、0.20%Si、0.053%Al以及合适的Ti、Ni、Nb、Cu添加，碳当量P_cm为0.17～0.19。API2W-50钢板的力学性能见表38所示。

2012年，宝钢为PETROBRAS（GUARA AND LULA-NE Project）项目提供了厚度规格为16～51mm的API2W-50（Z）的海洋平台用钢板4233t，用于制造浮箱和基座。

表38 宝钢API2W-50钢的力学性能^[44]

3）ASTM系列。高强度ASTM系列产品（A517Gr.Q/A514Gr.Q）约占宝钢船舶及海洋工程用钢的3%。采用连铸坯生产的ASTM钢板最大厚度为88mm，模铸坯生产的钢板最大厚度为178mm。宝钢A517Q-MOD钢的化学成分及力学性能分别见表39和表40。其中，178mm规格钢板以30kJ/cm热输入焊接后，焊缝热影响区-40℃冲击功为134J。

表39 宝钢ASTM A517Q-MOD钢的主要化学成分

2009年，宝钢为中海油提供厚度为127～152.4mm的A517Q钢板1500吨，用于制造200ft自升式平台923和924的桩腿齿条。2011年，宝钢为渤海装备辽河重工提供厚度为127、152.4mm的A517Q钢板987t，用于制造300ft自升式海洋平台的桩腿齿条。2013年，宝钢为渤海装备辽河重工提供86.5mm厚的A517Q钢板1284t，用于制造400ft自升式海洋平台的桩腿半圆板。自2013年开始，宝钢为大连船舶重工提供27～86mmA517Q钢板，用于制造300ft、350ft以及400ft自升式海洋平台的桩腿半圆板。

表40 宝钢ASTMA517Q-MOD的力学性能^[44]

4）EN系列。宝钢开发的EN10225系列产品约占宝钢船舶及海洋工程用钢的2%。其中代表性的产品为EN10225 S355G10+M，其化学成分及主要力学性能分别见表41和表42。2012年，宝钢为TOTAL（OFON 2 Project）项目的固定式海洋平台提供了厚度范围为20～63.5mm，级别为S355KT-40/P、S355KT-20、S355KL+20的厚板，共计1400t。

表41 宝钢EN10225S355G10+M的化学成分 （质量分数，%）^[44]

表42 宝钢EN10225S355G10+M的力学性能^[44]

（2）鞍钢鞍钢拥有4条中厚板生产线，其中包括世界上最宽的5500中厚板生产线，年生产能力达到600万t，其中船板和平台用钢比例占70%左右。海洋平台用钢产品种类包括厚度6～100mm的A、B、D、E一般强度级别，厚度6～100mm的32、36、40高强度级别以及厚度6～80mm的420、460、500、550和690等超高强度级别。鞍钢船舶及海洋工程用钢的认证情况见表43。

表43 鞍钢船舶及海洋工程用钢的产品认证情况

（续）

TMCP海洋平台用钢具有高强度、高韧性以及焊接性能优良等优点，被国际上称誉为21世纪绿色环保钢种。鞍钢借助于多年的技术进步和设备改造升级，重点进行了TMCP系列海洋平台用钢的研制，并于2006年初通过了ABS、CCS、DNV、LR等九大船级社的认可，取得了市场准入许可。通过优化合金化设计和控轧控冷工艺，鞍钢可生产50～80mm的厚板，强度达到420MPa、460MPa、500MPa、550MPa、690MPa。420～690MPa级厚板的合金设计为0.03%～0.08%（C-Mn-Nb），并根据钢板的强度和厚度加入了Cu-Cr-Ni等元素。代表性产品F550钢板的力学性能见表44，显微组织如图12所示。可见，鞍钢生产的F550钢板力学性能及组织均匀；屈服强度达到580MPa以上，冲击韧性良好，达到F级钢板韧性要求，其中50mm钢板-60℃下冲击功均在250J以上，80mm钢板-60℃冲击功在100～303J范围内。

目前，鞍钢已为大船重工的300～400ft自升式海洋平台和中集来福士、中船重工等的海洋平台提供了TMCP高强度系列钢板，相关产品有EH36、DH36、F420、EQ56、EQ70等。

表44 鞍钢F550钢板的力学性能^[45](www.xing528.com)

图12 鞍钢F550钢板显微组织

（3）湘钢[46]湘钢注重Nb元素微合金化技术的开发和应用，相继开发了多种适应市场需求的含铌系列海洋平台用钢，已批量供货中海油、中国船舶等客户，应用于海洋钻井平台、生产平台及相关装备结构的制造。

1）低C_E（ⅡW）、低P_cm海洋平台用DH36/EH36。湘钢与中海油合作，共同开发了低C_E（ⅡW）、低P_cm海洋平台用DH36/EH36钢，该钢应用于我国首个自主研发的深海采油平台——荔湾3-1中心平台。荔湾3-1中心平台用DH36/EH36钢技术条件在参照国外海洋平台用钢标准的基础上，进行了加严要求：采用正火状态交货；为保证焊接性能，要求C_E（ⅡW）≤0.43%，P_cm≤0.23%；采用下屈服强度验收；1/2厚度处横向冲击韧性符合要求。

为满足钢种的特殊要求，通过低碳高锰、Nb-Ni-Ti多元微合金化成分设计，LF+VD复合精炼，高温大压下，正火+快冷工艺等工艺技术，湘钢开发了满足技术要求的DH36/EH36钢板。产品最大厚度100mm，在正火交货的情况下，C_E（ⅡW）≤0.43%，P_cm≤0.23%，下屈服强度≥355MPa，抗拉强度≥490MPa，1/2厚度处低温-20℃冲击韧性达到100J以上，厚度方向性能在35%以上。

另外，通过合金元素铌的加入，在不增加C_E（ⅡW）和P_cm值的前提下，钢板强度和韧性有了较大提高，且焊接过程中阻止热影响区晶粒粗化，有利于平台的焊接使用。2010年12月至2013年10月，湘钢共生产低C_E（ⅡW）、低P_cm海洋平台用DH36/EH36钢近20万t。

2）大线能量焊接用高强度高韧性海洋平台钢板。通过采用低碳高锰、Nb-Ni-Ti多元微合金化成分设计，LF+VD复合精炼，连铸动态轻压下，高温大压下以及TMCP控轧控冷等工艺技术，湘钢开发了以细针状铁素体或细针状铁素体+珠光体组织的大线能量焊接用高强度高韧性的海洋平台钢板。其代表钢种F40的屈服强度≥400MPa，抗拉强度≥530MPa，低温-60℃冲击韧性达到200J以上，厚度方向断面收缩率在35%以上，埋弧焊与直立焊热输入可达到50～200kJ/cm，符合大线能量焊接要求。可批量生产的含Nb平台用钢包括A27S、D27S、E27S、A32、D32、E32、A36、D36、E36、A40、D40、E40、F32、F36、F40等，还包括相应级别的Z向钢。其中正火钢钢板最大厚度达到了100mm；TMCP、CR钢种的最大厚度为40mm。该系列钢种已被中国船舶、中海油和韩国大宇等用户采购使用。

3）超厚海洋石油平台用钢板。采用高锰、Nb-Ni-Ti多元微合金化成分设计，通过系列的工艺集成与优化，湘钢打破特厚钢板传统轧制比不小于5.0的技术要求，在国内首次采用300mm厚度连铸板坯轧制100mm厚度的特厚HYE36钢板，成功开发了拥有自主知识产权的系列超厚高强度高韧性的HY系列海洋石油平台用钢板。其代表性钢种HYE36的最大厚度达100mm，屈服强度在360MPa以上，抗拉强度在490MPa以上，低温-40℃冲击韧性达到200J以上，厚度方向性能达35%以上。湘钢目前已有10万t以上HYE36产品投入市场，应用于各种类型深海海洋石油平台的建造。

（4）舞阳舞阳依靠先进的装备与技术优势，采用淬火+回火生产工艺，开发了符合ABS、DNV、GL和CCS船级社规范的A420～F690（AQ56～FQ70）系列高强钢；开发了符合ASTMA514Gr.Q、A517Gr.Q及Modified要求的系列齿条和半圆板用钢。舞阳海洋平台用钢系列产品的认证情况见表45，产品先后供货给振华重工、大连船舶、武汉船用机械厂等国内知名海工装备制造厂。其中，厚壁齿条钢作为舞阳的代表性产品，部分规格钢板也实现了工程应用，解决了该类钢板长期依赖进口的问题，为替代进口奠定了基础。

舞阳典型厚规格A517Gr.Q齿条钢的力学性能见表46，177.8mm规格齿条钢的金相组织见图13。可见，产品屈服强度均大于745MPa，-27℃冲击韧性均超过100J，具有较好的强韧性匹配。钢板1/4壁厚处组织为回火索氏体，1/2壁厚处组织为回火索氏体+回火贝氏体。

表45 舞阳海洋平台用钢系列产品的认证情况^[47]

表46 舞阳典型厚规格A517Gr.Q齿条钢的力学性能^[47]

图13 177.8mm规格齿条钢的金相组织

舞阳自升式平台用调质高强度钢的供货业绩见表47，合计向大连船舶重工、振华重工等供货达24520t。

表47 舞钢自升式平台用调质高强钢的供货业绩^[47]

（5）南钢南钢有中厚板材生产线三条，其中2800mm中板轧机一套，3500mm炉卷轧机一套，新建成投产4700mm宽厚板产线一条。南钢已具备多品种、多规格海洋平台用钢的生产能力，可供货的产品规格见表48。2010年南钢60mm厚及以下超高强度A420～F550钢（含Z向钢）取得了DNV、ABS、CCS等九家船级社认证；2013年南钢60～80mm厚高强度A32～E36（钢含Z向钢）取得了DNV、ABS、CCS等八家船级社证书；2013年更高级别的80mm厚及以下超高强度A620～E690钢（含Z向钢）通过八家船级社认证。

表48 南钢船板及海洋平台用钢的钢种及厚度规格

（续）

南钢生产的超高强度E690-Z35钢的力学性能见表49，F550-Z35钢的力学性能见表50，产品性能满足相应标准的要求。南钢海洋平台用钢的主要业绩见表51。

表49 超高强度E690-Z35钢的力学性能^[48]

表50 南钢F550-Z35钢的力学性能^[48]

表51 南钢海洋平台用钢的主要业绩^[48]

（续）