海洋采油平台钢板开发与研究

1、第3 7卷增刊2 0 0 2年1 0刀钢铁i ronand s i ii lv o 13 7 , s u p p 1october2002海洋采油平台钢板开发与研究金涛刘继勋（上海浦钢公司）摘要通过正确的成分设计，严格控制好轧制及热处理工艺，开发成功的d i - 136 735、e h 3 6 z 3 5 等海洋采油平台钢板各项性能指标全部达到相关标准规范要求。关一饲海洋采油平台钢板性唱团 femy and d evi 圈止 i 眦n r 00垂邵h ore 0几卅s|氏删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 冈 lj e e l p u锻 f 0 rd )z 3 5 f o r铮妫妫嗯瑁铮颍澹铮,r o 1 1 i n g.allh e1由于

3、世界经济的快速发展，对石油需求的日益增力ii,目前石油开发已从陆地走向海洋。我国对海洋石 油的开发利用较晚，直到2 0世纪舶年代才有了全钢 结构的海洋石油平台。目前我国正在加大海洋石油的开发工作，现正在建设的海上油皿就冇秦皇岛3 2 6、文昌13 1/2，及 东方1 1工程，以及刚开始兴建的具有“海上大庆" 之称的渤海油皿，单蓬莱1 9 3工程就需两万多吨钢 板。这为采油平台用钢板的发展提供了广阔的前景。但是，由于海洋采油平台钢板主耍用于海上采油平台 导管架的制造，导管架是采油平台的关键结构件，常 年浸泡在海水中，对钢板的技术性能、工艺和质量要 求都相当高，不仅要有很高的耐大气腐蚀和

4、耐海水腐 蚀性能，还必须充分考虑风暴、海浪、潮流、冰川等各 种恶劣海况条件的影响。因此，海洋采油平台钢板耍 求强度高、纯净度高，还需确保低温韧性指标，抗层状 是撕裂性能，并需要有完美的焊接性能，基于以上原 因，我国的海洋采油平台钢板以前长期依赖进口。现在，我国钢铁事业得到了飞速发展，z向钢板的生产有了质的飞跃，浦钢公司生产采油平台用钢板 可以选用宝钢生产的高纯净度优质钢坏，轧制设备是 具有国内先进水平的两架四辘可逆轧机，即最大轧制 压力为7 0 0 0 t的4 2 0 0 i m粗轧机及最大轧制压力为6 0 0 0 t的3 5 0 0精轧机，并配冇德国先进的液压agc、t测厚仪和一台双步进梁式

5、常化炉。该轧制生产线具冇轧制力大，冇利于采用控轧工艺；钢板板而大，宽度可达3 8 0 0 m r f 1 ,长度可达1 8 0 0 0 m m o '以上装备均 有利于海洋釆油平台钢板的生产。2技术难点分析采油平台用钢板基本为高强度钢板，厚度2 3 8r n n 1的钢板较多，质量要求相当高，除了要符合海上 固定平台入级规范等标准要求外，每块钢板还必须达 到越汀nt 7 8 ii级探伤要求，特别是横向冲击性能远 比高强度船板要求高（表1 ）。而且，z向钢板的也耍求同样高于g b 5 3 1 3 一8 5 要求（国标7_3 5要求单个试样值2 2 5%,而采油平台 用钢要求单个试样值n

6、3 0 %） o联系人：盒涛，工程师，上海，（ 2 0 0 1 2 6 ）宝山钢铁集团浦东钢铁公司制 造生产技术科增刊 金涛等：海洋采油平台钢板开发与研究表1采油平台用钢板横向冲击性能要求厚规格钢板的屈服强度要大于等于3 5 5 mp a,韧性要求乂如此之高，这是难点所在。以前生产高强度船板也有这方面的经历，就是韧性上去了，屈服强度往往就达不到要求了。因此，在现冇生产条件下，如何能达到强韧性的最佳匹配，如何在保证冲击性能的同时。捉高屈服强度，在工艺上述需克服钢板厚度、屈服强度、z向性能和焊接性能等各项技术指标之间互相抵冲的技术难度，这是我公司生产采油平台用钢板的关键所在。3化学成分设计成分的设

7、计下了一定的功夫。综合各船级社规范的化学成分范围以及公司的生产条件，根据不同的质量等级和不同的厚度制订了采油平台用钢板的化学成分范围，为保证强韧性匹配，还采用了微nb处理，并根据成品钢板不同厚度，规定了碳当量范围。4生产工艺流程浦钢公司采油平台用钢板的生产工艺如图1所示。即按内控标准选择合适的坯料，在厚板厂进行粗轧和精轧，然后根据合同要求进行探伤和热处理。图1生产流程匿5力学性能51力学性能针对釆油平台用钢板的技术难点，首先，对化学试验炉号的拉伸、冲击性能列于 表2。表2部分试验用钢力学性能注：11.1 4号钢冲击性爾为一 4 0 °c横向v型冲击值钢铁第3 7卷52冷弯性能宽冷弯：

8、b = 5 口，d = 3 a , 1 2 0 所有炉号均完好。5 3物理检验：实际晶粒度为：91 0级。54 z向性能：部分试验用钢板z向性能见表3。表3 z向断面收缩率6结果分析61化学成分及夹杂物对性能的影响611碳当量对性能的影响从表2可以看出，轧制同样厚度的钢板，碳当量高，强度则高；反之亦然。部分3 8mitt钢板强度与g。的关系见表4。表4强度与c叩的关系从上表可看岀，co与强度基本成正比关系，其中 的原因从碳当量公式。酗=c+1 / 6mn+ (c r+mo + v ) / 5 + (n i +c u ) / 1 5 o 不难看出，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对强度的增加起 到了一定的作用。因此碳当量高，强度则高；反z亦然。从表中还可看岀：c 0 > 0. 3 9 %,钢板的屈服强度 有较大的富余量，因此在定成分时24 0 mm钢板的c e q 定为>0 . 3 9 %。另外。从表4可以看出：1号钢所轧 制的成品钢板厚度为1 3 mm和19mm,虽然碳当量仅 为03 7%,但屈服强度的富余量还比较大。因此，在 定成分时，薄规格钢板所用坏料的碳当量可适当低一 些。6.1.2夹杂物级别对z向性能的影响 从表3中可以看出：选用不同炉号的坯料或同一 炉号不同部位的坏料轧制成品钢板，其z向性能也不 同，这主要与坏料的夹杂

10、物级别有关，选择了部分3 8 r 1 h ' q a钢板进行夹杂物分析，见表5。从表3可以看出：选用不同的坯料轧制同样厚度 规格的成品钢板，由于夹朵物级别的不同而出现z向 性能冇差异，夹杂物级别越高，z向断而收缩率越低， 反之亦然。这就应验了夹杂物是影响z向性能最主i 大 i 表5亦分试验用钢z向性能与夹杂物的关系6 . 2工艺与性能62. 1总变形量对性能的影响从表2中可以看岀，采用相同厚度的坏料，轧制 不同厚度的钢板，出来的性能是不同的，基木上是变 形量越大，成品钢板的塑、韧性越好。另外，分别用不 同规格的坯料轧制相同规格的5 0mm厚钢板，性能见 表6 o表6 2 1 . 2 2

11、号钢屈服强度对比 综合表3、表6可以看出：2 1.2 2号钢的化学成分 及碳当量基本相同，只是所用坯料规格不同(2 1号钢 为连铸坯，2 2号钢为初轧坯)。选用2 5 0 mm厚连铸 坏轧制的5 0 r n r n厚成品钢板的屈服强度富余量明显 增刊金涛等：海洋采油平台钢板开发与研究不如选用2 5 0 1 / 1 n 1厚初轧坯出来的屈服强度富余量。 这是由于初轧坯是经8 4 0 mm厚大钢锭开坯之后形成 的中间坯，然后再进行成品轧制，其总变形量明显大 于选用连铸坯直接轧制的成品钢板。这也应验了以上规律：总变形量愈大，钢板的塑韧性愈好。622终轧温度对用服强度的影响 对16号钢进行了不同终轧温

12、度的轧制试验，即 用同样2 5 0 r f 1 1 1 2厚的连铸坯轧制3 2 mm成品钢板性 能结果见表7。表7终轧温度与强度的关系 从表7不难看出：终轧温度在9 0 0 °c以上的，出来 的成品钢板口。普遍较低；终轧温度在8 5 0 °c左右的， 成品钢板的一。普遍较高。这是由于控制好终轧温度， 可使未再结晶的奥氏体转变为等轴的a晶粒，从而达 到细化晶粒捉高屈服强度的目的。以2号钢板和5 号钢板为例，前者终轧温度 9 0 0 °c,后者终轧温度为 8 3 0 °c,两块钢板均选用了同样的坯料进行轧制，成品 钢板的。却相差了 8 5 mpa,这就是终轧

13、温度在起作 用。5号钢板的品粒度明显好于2号钢板。6 . 23热处理温度对性能的影响 人们普遍认为，热处理温度如果达不到工艺要求 对冲击性能影响很大，而对屈服强度的影响不大。其 实不然。热处理温度控制得好坏同样对屈服强度的影 响相当大。选用了 1 5、1 7号钢进行两种温度制度的 正火，具体性能见表8。表8正火温度与性能的关系 从表8可看出：同样的钢板，相同的轧制情况，在 两种不同的温度卜-止火，屈服强度会相差如此z多， 这与正火温度冇直接关系。因为炉温和板温一般相 差3 0 °c,如果炉温为8 7 0 °c,板温为8 4 0 °c,显然已 在血，温度以下了。小于山，温度正火，会使钢屮铁 索体含量相对较高，导致屈服强度下降；因此，正火温 度应严格按照工艺耍求：(9 2 5 &