海洋平台用钢EH40-Z35的开发

鞍钢技术　２０１　１年第５期　，●●●’．．．‘…～－’－～，●　ＡＮＧＡＮＧ　ＴＥＣＨＮ０Ｌ０ＧＹ　总第３７　１期　－研究与开　Ｌ…－…●－●●●●　’’’－●●海洋平台用钢ＥＨ４０一Ｚ３５的开发　陈华　，鲁强‘，杨军　，　圣昱　，亢淑梅　（１．鞍钢股份有限公司鲅鱼图铜铁分公司，辽宁营口１１５００７；　２．辽宁科技大学，辽宁鞍山１１４０５１）　摘要：通过向铜中添加Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ等微合金元素和采用ＴＭＣＰ工艺，开发出符合ＡＢＳ、　ＣＣＳ、ＤＮＶ等九国船级社认证规范的海洋平台用钢ＥＨ４０一Ｚ３５。产品具有良好的抗层状撕裂　性、低冷裂纹敏感性以及良好的焊接性能和低温韧性。　关键词：海洋平台用铜；ＴＭＣＰ工艺；抗层状撕裂性；焊接性能；低温韧性　中图分类号：ＴＧＩ４２　文献标识码：Ａ　文章编号：１００６．４６１３（２０１　１）０５．００２２．０４　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｓｔｅｅｌ　ＥＨ４０－Ｚ３５　ｆｏｒ　Ｏｆｆｓｈｏｒｅ　Ｐｌａｔｆｏｒｍ　Ｃｈｅｎ　Ｈｕａ　，Ｌｕ　Ｑｉａｎｇ　，Ｙａｎｇ　Ｊｕｎ’，Ｑｕ　Ｓｈｅｎｇｙｕ　，Ｋａｎｇ　Ｓｈｕｍｅｉ　ｆ　１．Ｂａｙｕｑｕａｎ　Ｉｒｏｎ＆Ｓｔｅｅｌ　Ｓｕｂｓｉｄｉａｒｙ　Ｃｏｍｐａｎｙ　ｏｆ　Ａｎｇａｎｇ　Ｓｔｅｅｌ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｙｉｎｇｋｏｕ　１　１５００７，　ｌ，ｉａｏｎｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ；２．Ｌｉａｏｎｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ａｎｓｈａｎ　１　１４０５　１，Ｌｉａｏｎｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂｖ　ａｄｄｉｎｇ　ｓｕｃｈ　ｍｉｃｒｏ—ａｌｌｏｙｉｎｇ　ｅｌｅｍｅｎｔｓ　ａｓ　Ｎｂ，Ｖ　ａｎｄ　Ｔｉ　ｉｎｔｏ　ｈｏｔ　ｍｏｌｔｅｎ　ｓｔｅｅｌ　ａｎｄ　ｕｓｉｎｇ　ＴＭＣＰ　ｔｅｃｈｎ（）ｌｏｇｙ，ｔｈｅ　ｓｔｅｅｌ　ＥＨ４０－Ｚ３５　ｆｏｒ　ｏｆｆｓｈｏｒｅ　ｐｌａｔｆｏｒｍｓ　ｉｓ　ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ　ａｎｄ　ｐｒｏｄｕｃｅｄ，　ｗｈｉｃｈ　ｍｅｅｔｓ　ｔｈｅ　ｃｅｒｔｉｆｉｅｄ　ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ　ｓｐｅｃｉｉｅｄ　ｂｙ　９　ｃｌａｓｓｉｆｆｉｃａｔｉｏｎ　ｓｏｃｉｅｔｉｅｓ　ｓｕｃｈ　ａｓ　ＡＢＳ，ＣＣＳ　ａｎｄ　ＤＮＶ．Ｔｈｅ　ｐｒｏｄｕｃｔ　ｈａｓ　ｇｏｏｄ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｔｏ　ｌａｍｅｌｌａｒ　ｔｅａｒｉｎｇ，ｌｏｗ　ｃｏｌｄ　ｃｒａｃｋｉｎｇ　ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ　ａｎｄ　ｇｏｏｄ　ｗｅｌｄａｂｉｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｌｏｗ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｓｔｅｅｌ　ｆｏｒ　ｏｆｆｓｈｏｒｅ　ｐｌａｔｆｏｒｍ；ＴＭＣＰ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｔｏ　ｌａｍｅｌｌａｒ　ｔｅａｒｉｎｇ；　ｗｅｌｄｉｎｇ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ；ｌｏｗ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ　海洋平台是在海上进行作业的特殊场所，主　要用于海上油气的钻探和开发。｝扫于海洋平台长　ｌ试制工艺　１．１工艺路线　期遭受海浪的冲击和低温、烈日、海风等恶劣气候　的侵蚀．而且要求服役期比船舶类高５０％，因此采　的钢板必须具有高强度、高韧性、抗疲劳、抗层　铁水预处理一转炉冶炼一ＬＦ—ＲＨ一板坯连　铸（电磁搅拌）一板坯清理一板坯加热一ＴＭＣＰ轧　制一（层流冷却）一矫直一堆垛缓冷一探伤一切　边一喷印标记一检查、检验一入库。　状撕裂、良好的焊接性及耐海水腐蚀等综合性能。　木史介绍ｒ鞍钢鲅鱼圈海洋平台州钢ＥＨ４０一Ｚ３５　１．２冶炼工艺　的开发研制过程，通过对钢板的力学性能检验、焊　１．２．１成分设计　接性能榆验、ＣＴＯＤ检验和对钢板金相组织检验　ＥＨ４０一Ｚ３５钢不仅对强度和低温ｆ一４０℃）冲击　等，证明产品实物质量符合美同、中国、挪威等九　韧性有较高的要求，而且要具有良好的焊接性能　同船级辛　的认证规范，并已通过了儿围船级卡ｆ：认　和厚度方向性能ｆ即抗层状撕裂性能１。成分设计主　证　要依据以下原则：　（１）加入Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｎｉ微合金元素，Ｎｂ在　钢中可以形成ＮｂＣ、ＮｂＮ等间隙中间相，提高奥氏　体再结晶温度，延迟变形奥氏体再结晶，最终细化　鞍钢技术　２０１１年第５期　ＡＮＧＡＮＧ　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　总第３７　１期　铁素体晶粒，提高钢板的强韧性。Ｖ是钢中的强化　低温韧性大大提高，可以减轻钢坯在加热或热轧　元素，由于ＶＣ、Ｖ（ＣＮ）的沉淀强化，可使钢的强度　时产生裂纹的倾向　。Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｎｉ合金元素的　明显提高。Ｖ能提高韧脆转变温度，其含量一般控　合理加入。可以在提高钢板强度的同时，提高钢板　制在０．１０％以下　。控轧中Ｖ细化晶粒的作用不如　的低温韧性。　Ｎｂ．但其析出强化作用效果显著，比Ｎｂ要强，因　此在需要较高强度的钢中加入Ｖ可起到良好的效　Ｔｉ／Ｎ比最佳化，可以使ＴｉＮ的固溶温度从传统的　时抑制ＨＡＺ区的奥氏体增大．提高钢板的焊接　性。同时由于ＴｉＮ的形成，消除了钢中的自由Ｎ，　不仅对焊接热影响区硬化性及韧性没有影响．还　（２）降低磷、硫含量，提高钢的塑韧性。磷含量　主要影响钢的塑性７３］。硫在钢中易形成硫化锰，在　果。在钢中添加微量的Ｔｉ，配以合理的Ｎ含量，使　低温轧制时。随轧制方向拉长，钢的各向异性加　大，尤其对横向冲击韧性不利，对塑性也不利，严　（３１控制碳当量，保证良好焊接性。ＴＭＣＰ交货　钢板成分设计一般采用低碳、高锰。低碳是为了保　了使钢板具有高的强度。　根据各国船级社标准要求设计的内控成分见　不到１　４００　ｏＣ提高到１　４５０　ｏＣ以上Ｅ２］，从而在焊接　重时导致钢板分层。　因此钢中加入微量Ｔｉ还能提高钢板的时效性。Ｃｕ　证钢板具有良好的焊接性和低温韧性，高锰是为　可使母材强度提高．并且使低温韧性大大提高，特　别是还能提高耐腐蚀性能。Ｎｉ能提高强度，并且使　表１　表１　ＥＨ４０一Ｚ３５海洋平台用钢化学成分（质量分数）　％　注：　＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋（Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｖ）／５＋（Ｎｉ＋Ｃｕ）／１５　１．２．２转炉冶炼　１．３轧制工艺　１．３．１加热　采用脱Ｓ铁水（Ｓ≤０．００５％）。为减少转炉回　硫，脱Ｓ渣应扒净。转炉控制的重点是确保低的Ｐ　含量，合理控制终点Ｃ含量，防止钢水氧化性过　强。　加热温度１　ｌ５０—１　２５０℃．出炉温度１　０８０—　１　１２０℃，加热时间为３～４　ｈ。采用２２　ＭＰａ高压水　除磷，确保除磷质量。　１．３．２轧制　１．２＿３精炼　为保证钢板的ｚ向性能，ＬＦ精炼时要确保Ｓ　含量控制在０．００５％以下。同时为保证钢板探伤合　格，在ＲＨ精炼时要严格控制钢坯内部气体含量。　１．２．４连铸　一温度制度：粗轧开轧温度≥１　０５０℃，精轧第　阶段开轧温度９４０～９８０℃．精轧第二阶段开轧　温度７８０～８２０℃，终轧温度７５０～７９０℃。压下制　度：在再结晶温度区，尽可能采用较大的道次压下　中间包目标过热度按＜２０℃控制。连铸采用　量，为奥氏体再结晶创造更多的形核几率，细化奥　氏体再结晶晶粒。在未再结晶温度区，要保证大于　全保护浇注，大包到中间包采用保护套管并氮封．　中间包采用浸人式水口，结晶器采用保护渣保护。　６０％以上的累计变形量，即精轧阶段的中间坯厚　浇注过程要保持拉速稳定，拉速按１．０　ｍ／ｍｉｎ控　度应大于成品厚度２．５倍以上．使奥氏体晶粒充分　制。本次试制中间包钢水温度基本控制在目标范　破碎细化。　围内。检验结果表明，熔炼成分达到成分控制要　求，为确保最终钢材性能创造了良好条件。　１．３－３控制冷却　冷却工艺：开冷温度７４０～７８０　ｏＣ，终冷温度　一２３—　《鞍钢技术）２０１１年第５期　陈华等：海洋平台用钢ＥＨ４０一Ｚ３５的开发　总第３７１期　５９０～６１０　ｑＣ，冷却速率６～８￣Ｅ／ｓ。控制冷却主要是　化铁素体品粒。　船级社认证不仅要求钢的熔炼成分，还要对　炼成分和钢板成分见表２。对比结果，各元素（质量　分数）最大相差为：Ｃ　０．０ｌ％、Ｓｉ　０．０１％、Ｍｎ　０．０２％、　Ｐ　０．００２％、Ｓ　０．００１％、Ｃｕ　０．００２％、Ｎｉ　０．０１％，总体　通过轧后快速冷却，降低奥氏体转变温度，从而细　钢材成分进行考核。本次试制的高强船板钢坯熔　２冶金质量和组织性能　２．１钢材成分　偏差很小，钢材成分均匀性良好。　表２熔炼成分和钢板成分分析（质量分数）　％　江！：（　Ｉ：Ｃ＋Ｍｎ／６＋（Ｃｒ＋Ｍｌ】＋Ｖ）／５＋（Ｎｉ＋Ｃｕ）／１５　２．２板坯低倍检验　表面和１／４处金相显微组织为铁素体＋珠光体，中　为了对板坯内部质量进行评价，截取板坯试　心处的显微组织为铁素体＋珠光体＋贝氏体，奥氏　样进行了低倍检验。板坯经酸浸低倍检验，结果表　体品粒度８．５级，表面实际晶粒度达到１０级，中心　明：各类低倍缺陷级别较低，中心疏松基本在０．５　处晶粒度９．５级，晶粒非常细小、均匀。　级以下，个别试样为１．０级，中心偏析均为Ｂ类，　２．４力学性能　且全部低于１．０级，Ａ１　０，夹杂最高为１．０级。板坯　钢板的力学性能见表３。从表中可以看出，拉　低倍组织较好。　伸性能各项指标均达到标准要求。屈服强度和抗　２．３钢的金相组织　拉强度富余量不大，延伸率指标很好，冷弯性能全　本次试制对钢材金相组织进行了分析。钢材　部合格。　表３　ＥＨ４０一Ｚ３５钢板力学性能　ＧＢ　７１２－２０００对ＥＨ４０一Ｚ３５级船板冲击韧性　到相应级别要求。且都有较大余量，这与此次试制　有严格的要求，尤其是低温冲击韧性。而船级社认　钢质纯净度高、气体含量低有直接关系。杂质元素　可试验要求更加严格，不仅要求低温冲击韧性，还　（钢水含量）控制为：Ｓ＝０．００１％～０．００２％，Ｐ＝０．０１４％　要求５％应变时效低温冲击性能。本次试制采取多　～０．０１６％。气体控制含量：Ｎ≤Ｏ．００３％，Ｈ≤０．０００　１％。　种手段提高钢的冲击性能，其中提高钢质纯净度、　满足了降低钢中Ｐ、Ｓ含量，提高钢质纯净度，控制　采川微合金化、控轧控冷工艺技术取得了很好的　钢材晶粒度等项要求，从而有效提高了钢板的冲　效果　从表４可以看出，各级别钢材冲击性能均达　击性能．降低了钢的脆性转变温度。ＥＨ４０一Ｚ３５　一？４一　鞍钢技术　２０１１年第５期　ＡＮＧＡＮＧ　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　墨差　！　塑　钢一４Ｏ℃纵向冲击功平均达到３５０　Ｊ以上，５％应　状撕裂性能Ｚ向性能平均在７０％以上。　２．５　ＮＤＴ检验　敏感性。能够较好满足海洋平台和船舶关键结构　可用于一般的船舶和海洋结构物的建造。　变时效＿４０　ｃｃ纵向低温冲击达到３００　Ｊ以上。抗层　的要求．３结论　（１）采用ＴＭＣＰ工艺、添加Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ等微合　金成分生产的ＥＨ４０一Ｚ３５钢板纯净度较高，气体　ＮＤＴ即无塑性转变温度。船级社规范要求认　证牌号的ＮＤＴ温度要低于相应钢级的交货温度，　即ＥＨ４０一Ｚ３５的ＮＤＴ温度要低于一４Ｏ℃。ＮＤＴ检　及Ｐ、Ｓ含量低，熔炼成分、钢材的成分符合各船级　验结果表明：在此工艺条件下生产ＥＨ４０一Ｚ３５的　社认证规范要求：试制钢板的韧性指标有较大余　ＮＤＴ小于一８０　ｃＩ＝，这与冶炼中气体和Ｐ、Ｓ含量低，　量．ＥＨ４０一Ｚ３５的低温冲击性能甚至可满足ＦＨ４０一　Ｚ３５级要求：５％应变时效一４０℃纵向低温冲击功　达到３００　Ｊ以上。满足各船级社认证规范要求。　（２）通过对气体含量及微合金的要求，Ｐ、Ｓ等　钢质纯净及微合金元素的作用有直接关系。　２．６焊接性能　ＥＨ４０一Ｚ３５高强船板不仅要求有较高的强度，　而且要求钢板有良好的焊接性能，为此对焊接试　含量的控制及采用合理的控轧控冷工艺，确保了　样进行了埋弧自动焊焊接接头的拉力及接头各部　钢质纯净、组织细小、性能良好。减小了钢材横、纵　位的冲击试验。结果表明：用ＩＶＹ４０级别的焊丝配　向性能差别，降低了钢材脆性转变温度。ＣＴＯＤ指　ＧＭ５５Ｄ焊接ＥＨ４０一Ｚ３５高强船板，焊接接头的强　标极好．表明该钢种具有极好的焊缝低冷裂纹敏　度与母材相当，焊缝的冲击功较熔合线和热影响　感性。　区低。这一方面说明用ＩＶＹ４０级别的焊丝配　ＧＭ５５Ｄ焊接ＥＨ４０一Ｚ３５高强船板所得的焊缝金　（３）采用此工艺生产的ＥＨ４０一Ｚ３５高强度船　板具有良好可焊性．焊后性能达到船舶制造和海　洋平台用钢要求。　参考文献　［１］孙本荣，王有铭，陈瑛．中厚钢板生产［Ｍ］．北京：冶金ｌＴ业ｍ　版社．１９９３．　属的韧性不如母材；另一方面说明添加合金元素　后，船板的焊接性得到改善，经埋弧焊后，热影响　区的性能没有恶化，与母材相当。焊接高强船板的　冲击韧性良好　２．７　ＣＴＯＤ检验　本次ＣＴＯＤ检验是委托武汉理工大学交通学　［２］郭桐．优质大线能量焊接用高强船板的开发［Ｊ］．宽厚板，　２００５，１　１（３）：４３－４４．　院实验中心进行检验。检验的８个试样中ＣＴＯＤ　值在０．９１７～１．０２０　ｍｍ之间．目前各船级社规范对　ＣＴＯＤ允许值没有具体要求．参考规范ＤＮＶ—ＯＳ—　Ｃ４０１要求焊接接头的值不小于０．１５　ｍｍ，结果表　明：ＥＨ４０一Ｚ３５高强船板具有良好的焊缝低冷裂纹　［３］龚红根．新钢Ｅ３６一Ｚ３５船板的开发［Ｊ］．宽厚板，２００７，１３（３）：　２０—２１．　（编辑袁晓青）　修回１３期：２０１１一Ｏ４—２１　米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米　（上接第１４页１　术［Ｃ］，，全国炼铁生产技术会议暨炼铁学术年会，北京：中国　金属学会．２０１０：８７—９２．　６０７－６１４．　［３Ｏ］Ｌ　Ｋｕｒｎｎｏｖ，Ｓ　Ｌｙａｐｉｎ，Ｖ．Ｔｉｔｏｖ，ｅｔ　ａ１．Ｎｅｗ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ　［２８］Ａｆｓｈｉｎ　Ｓａｄｒｉ，Ｐａｂｌｏ　Ｍａｒｉｎｅｌｌｉ，Ｅｎｒｉｑｕｅ　Ｄｏｒｏ，ｅｔ　ａ１．Ｃｏｍｐａｒｉｎｇ　ｔｈｅ　Ａｃｃｕｒａｃｙ　ｏｆ　Ａｃｏｕｓｔｏ　Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ－ｅｃｈｏ（ＮＤＴ），Ｆｉｎｉｔ　Ｅｌｅｍｅｎｔ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　Ｌｉｎｉｎｇ　Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｂｌａｓｔ　Ｆｕｒｎａｃｅ　ｈｅａｒｔｈ［ｃ］／／　Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ＩＣＳＴＩ，Ｏｓａｋａ：Ｊａｐａｎ，２００６：５４３－５４６．　Ａｎａｌｙｓｉｓ（ＦＥＡ），ａｎｄ　Ｄｒｉｌｌｉｎｇ　Ｗｈｅｎ　Ｏｂｔａｉｎｉｎｇ　ａ　Ｂｌａｓｔ　Ｆｕｒｎａｃｅ　【３１］郭廷杰．日本延长高炉寿命技术［Ｎ］．世界金属导报，２０１１—　０１—０４　Ｒｅｆｒａｃｔｏｒｙ　Ｌｉｎｉｎｇ　Ｗｅａｒ　Ｐｒｏｆｉｌｅ［Ｃ］／／ＡＩＳＴｅｃｈ　Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ，Ｓｔ　Ｌｏｕｉｓ，ＵＳＡ，２００９：２７　ｌ一２８７．　１２９１　Ｍｅｉｎｈａｒｄ　Ｓｃｈｕｌｔｅ．Ｉｍｐｒｏｖｅｄ　Ｗｅａｒ—Ｃｏｎｔｒｏｌ　ａｔ　ｔｈｅ　Ｂｌａｓｔ　Ｆｕｒｎａｃｅ　Ｈｅａｒｔｈ　ｂｙ　Ｄｉｒｅｃｔ　Ｈｅａｔ—Ｆｌｕｘ　Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ［Ｃ］／／ＩＣＳＴＩ　Ｉｒｏｎｍａｋｉｎｇ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ，Ｔｏｒｎｔｏ，Ｃａｎａｄａ，１９９８：　（编辑贺英群）　修回１３期：２０１１－０８—２２　—２５—