新一代海洋用钢技术方案

1、发展新一代海洋用钢技术方案内容概要内容概要 背景背景 1 1 主要研究内容主要研究内容2 2 技术研究路线技术研究路线3 3预期技术指标预期技术指标4 4科学问题与关键技术科学问题与关键技术5 51、背景、背景国家需求！新兴产业！国家需求！新兴产业！十二五规划重点发展！十二五规划重点发展！1.1、海、海洋工程三大主力装备洋工程三大主力装备钻井平台钻井平台潜入式钻井平台潜入式钻井平台自升式钻井平台自升式钻井平台半潜式钻井平台半潜式钻井平台工程船舶工程船舶采油平台采油平台拖船拖船供应船供应船起重船起重船打捞船打捞船海洋地质勘查船海洋地质勘查船深水浮筒式深水浮筒式张力退式张力退式半潜式半潜式顺应塔顺

2、应塔低温韧性低温韧性高强度和高韧性高强度和高韧性耐海洋环境腐蚀耐海洋环境腐蚀良好的焊接性能良好的焊接性能高服役安全性高服役安全性（疲劳、（疲劳、z向、抗变向、抗变形、环境断裂形、环境断裂 ） 1.2、海洋工程用钢海洋工程用钢厚全度规格：海洋工程、船舰、桥梁、油气管道等厚全度规格：海洋工程、船舰、桥梁、油气管道等 高质量级别：高质量级别：F F级别（级别（-60-60低温冲击）低温冲击）全系列钢种：普通、高强、超高强船板全系列钢种：普通、高强、超高强船板 按应用特点可分为按应用特点可分为: : 沿海基础设施用高性能钢，沿海基础设施用高性能钢， 跨海大桥用钢，跨海大桥用钢， 油气平台结构用钢，油气

3、平台结构用钢， 海底油气管道，海底油气管道， 海洋运输油气储运用船舱、罐体用钢，海洋运输油气储运用船舱、罐体用钢， 国防舰艇、航母船体及甲板钢，国防舰艇、航母船体及甲板钢， 潜艇及水下设施壳体用钢等等潜艇及水下设施壳体用钢等等 20112011年七千万吨年七千万吨按性能指标和规格尺寸可分为按性能指标和规格尺寸可分为: : 普通低合金钢（屈服强度普通低合金钢（屈服强度300-400MPa300-400MPa）易焊接钢，易焊接钢， 高强度（屈服强度高强度（屈服强度420-690MPa420-690MPa）易焊）易焊接结构钢，接结构钢， 超高强度（屈服强度超高强度（屈服强度800MPa800MPa以

4、上）以上）. .其中其中20mm20mm以下厚度为中板，以下厚度为中板，50mm50mm以下厚以下厚度为厚板，度为厚板，50mm50mm以上为特厚板以上为特厚板按照工艺技术可分为，按照工艺技术可分为，TMCP钢板，热处理（调质）钢板。钢板，热处理（调质）钢板。按照工艺技术可分为，按照工艺技术可分为，TMCP钢板，热处理（调质）钢板。钢板，热处理（调质）钢板。按照工艺技术可分为，按照工艺技术可分为，TMCP钢板，热处理（调质）钢板。钢板，热处理（调质）钢板。按照工艺技术可分为按照工艺技术可分为: TMCP钢板，钢板， 热处理（调质）钢板。热处理（调质）钢板。v高强度：高强度：400 700MPa

5、v高韧性：高韧性：-40 低温冲击低温冲击v耐候耐候/裸钢使用：海洋大气、海水裸钢使用：海洋大气、海水v动载疲劳：重载、汽车动载疲劳：重载、汽车杭州湾跨海大桥杭州湾跨海大桥东海大桥东海大桥1.2、海洋工程用钢海洋工程用钢存在主要问题存在主要问题1 1、使用环境、使用环境严酷；严酷；2 2、性能要求、性能要求极高；极高；3 3、综合影响、综合影响因素较多因素较多1 1、我国起步、我国起步晚；晚；2 2、品种不齐、品种不齐全；全；3 3、自主知识、自主知识产权少；产权少；材料设计、冶金质量、加工工艺材料设计、冶金质量、加工工艺研究落后、缺少服役数据研究落后、缺少服役数据1.3、现存的主要问题现存的

6、主要问题多重因素多重因素急迫性急迫性急迫性急迫性油轮钢、海底管线油轮钢、海底管线舰船钢舰船钢-提升海军提升海军武器装备能力武器装备能力南方湿热环境条件下南方湿热环境条件下沿海设施用耐大气腐沿海设施用耐大气腐蚀构钢，如钢铁基地、蚀构钢，如钢铁基地、跨海大桥跨海大桥 南海资源开发南海资源开发1.4、急迫性急迫性研究目标研究目标 新一代海洋用钢新一代海洋用钢1解决沿海基础设施及桥梁钢的急需，利用已有技术基础解决沿海基础设施及桥梁钢的急需，利用已有技术基础发展成套技术，为经济建设提供急需钢材。发展成套技术，为经济建设提供急需钢材。2建立新一代海洋平台钢合金设计、冶炼与制备、评价等建立新一代海洋平台钢合

7、金设计、冶炼与制备、评价等全套技术，解决急需、为未来需求奠定基础。全套技术，解决急需、为未来需求奠定基础。3发展油轮、海底管线、储罐用钢，形成具有自主知识产发展油轮、海底管线、储罐用钢，形成具有自主知识产权和国际话语权的技术体系。权和国际话语权的技术体系。4开发新一代舰船、航母、潜艇用钢，奠定未来舰船钢冶开发新一代舰船、航母、潜艇用钢，奠定未来舰船钢冶金技术基础。金技术基础。2、主要研究内容、主要研究内容-研究目标研究目标沿海及近海基础设施及桥梁用减量化、高安全性和长寿命焊接结构钢沿海及近海基础设施及桥梁用减量化、高安全性和长寿命焊接结构钢 p 解决成分设解决成分设计、冶金流程、计、冶金流程、

8、组织控制；组织控制；p攻克强度韧性攻克强度韧性塑性相互制约技塑性相互制约技术难题术难题 ；p提供可靠的耐提供可靠的耐腐蚀数据，建立腐蚀数据，建立腐蚀评价标准腐蚀评价标准 p实现高性能、实现高性能、高韧性、低屈高韧性、低屈强比、高延伸强比、高延伸率等用户设计率等用户设计要求技术指标要求技术指标 2、主要研究内容、主要研究内容-研究内容研究内容研究内容（研究内容（1） 高强度、特厚、高强度、特厚、“极地极地”环境高韧性海洋工程用钢环境高韧性海洋工程用钢p高强度、特厚钢板高强度、特厚钢板的低温韧性的成分设的低温韧性的成分设计、组织调控、冶金计、组织调控、冶金工艺技术等基础及应工艺技术等基础及应用技术

9、难题用技术难题 p形成钢板制造、形成钢板制造、焊材和焊接工艺、焊材和焊接工艺、防腐处理与防护、防腐处理与防护、服役可靠性评价与服役可靠性评价与寿命预测等全套技寿命预测等全套技术解决方案术解决方案 p发展性能稳定、发展性能稳定、规格齐全、适应各规格齐全、适应各种恶劣环境的新一种恶劣环境的新一代海洋工程用钢，代海洋工程用钢，开展应用性能及服开展应用性能及服役性能研究役性能研究 研究内容（研究内容（2） 2、主要研究内容、主要研究内容-研究内容研究内容低低C C设计：有利于韧性、焊接、耐蚀设计：有利于韧性、焊接、耐蚀A1A109CuPCrNi09CuPCrNiA2A20.03%C0.05%C-973

10、-973：2004CB619102004CB619102 2WSA1基体锈层A20.03%0.03%C C0.05%0.05%C C-2004CB619102-2004CB619102空冷到500(a)、600(b)等温0.5h试样 有目的控制特厚钢板在有目的控制特厚钢板在连续冷却及自回火过程连续冷却及自回火过程Cu析出析出 Cu： 耐候、纳米析出强化厚板心部耐候、纳米析出强化厚板心部FH550钢80mm厚钢板金相照片及相应部位TEM暗场像 1/4t1/2t20m20m18Nb：实现奥氏体调控，全面提高厚板韧性(a)3s (b)60s (c)240s修复试验修复试验- -锈层损伤程度锈层损伤程

11、度试试验验方方法法预腐蚀制造损伤继续腐蚀0型50型10型100型？裸钢使用耐蚀机理研究裸钢使用耐蚀机理研究-锈层自修复功能与锈层牢固性锈层自修复功能与锈层牢固性采用采用0.5%NaCl0.5%NaCl溶液，溶液， 进行进行1414天预腐蚀，天预腐蚀，在试样表面制造占表面面积在试样表面制造占表面面积0%0%，10%10%，50%50%，100%100%的损伤的损伤 ，进行，进行4242天的继续腐蚀天的继续腐蚀。损损伤伤部部位位截截面面形形貌貌继续腐蚀0天继续腐蚀7天损伤对低碳贝氏体损伤对低碳贝氏体继续腐蚀行为的影响继续腐蚀行为的影响修复试验修复试验- -锈层损伤程度锈层损伤程度解决海洋运输与储运

12、关键钢铁材料的急需解决海洋运输与储运关键钢铁材料的急需p针对国际海事组织对针对国际海事组织对油轮钢所提出的用材与油轮钢所提出的用材与制造技术公约，加快耐制造技术公约，加快耐蚀油轮钢产品开发蚀油轮钢产品开发2、主要研究内容、主要研究内容-研究内容研究内容p全面开展从钢板生产全面开展从钢板生产-储运储运-配送配送-船舶建造船舶建造-腐蚀防护等一系列技术腐蚀防护等一系列技术研究，打破国际技术壁垒，研究，打破国际技术壁垒，形成自主产权，建立标准。形成自主产权，建立标准。研究内容（研究内容（3） 开展国防用钢基础研究，开发前瞻性超高强度品种开展国防用钢基础研究，开发前瞻性超高强度品种2、主要研究内容、主

13、要研究内容-研究内容研究内容p开展提高强度、韧性、塑性的物理冶金开展提高强度、韧性、塑性的物理冶金基础研究，建立全新的舰船用钢新体系，基础研究，建立全新的舰船用钢新体系，实现对国外技术的超越实现对国外技术的超越 研究内容（研究内容（4） 路线路线解决强度、韧性与塑性匹配问题解决强度、韧性与塑性匹配问题提高耐大气及特殊环境腐蚀性能提高耐大气及特殊环境腐蚀性能应用氧化物冶金技术，优化特厚板应用氧化物冶金技术，优化特厚板连铸坯质量连铸坯质量物理冶金新原理指导热成型与热处理物理冶金新原理指导热成型与热处理工艺工艺n 从成分、工艺和组织相关性，强韧化与从成分、工艺和组织相关性，强韧化与塑性机制途径出发。

14、揭示影响韧性指标的塑性机制途径出发。揭示影响韧性指标的因素，提出提高塑性的原理及模型因素，提出提高塑性的原理及模型 n推广耐大气腐蚀钢的应用，探索湿热环境推广耐大气腐蚀钢的应用，探索湿热环境耐腐蚀成分与组织规律，发展具有自主知识耐腐蚀成分与组织规律，发展具有自主知识产权集钢板设计及腐蚀防护工艺技术为一体产权集钢板设计及腐蚀防护工艺技术为一体的耐蚀钢解决方案的耐蚀钢解决方案 n 结合氧化物冶金技术，优化特厚连结合氧化物冶金技术，优化特厚连铸坯均质性，生产高性能中厚板，厚铸坯均质性，生产高性能中厚板，厚板和特厚板板和特厚板 n利用新原理，创新与优化加加工、冷利用新原理，创新与优化加加工、冷却及离线

15、热处理工艺技术，实现短流程、却及离线热处理工艺技术，实现短流程、节能降耗节能降耗3、技术研究路线、技术研究路线提高应用性能问题，实现良好的焊接性提高应用性能问题，实现良好的焊接性n 针对用户使用需求，开展成型、链针对用户使用需求，开展成型、链接、防护等问题的综合研究，重点解接、防护等问题的综合研究，重点解决超高强度特厚钢板的焊接问题决超高强度特厚钢板的焊接问题针对不同使用环境及条件开展可靠性评针对不同使用环境及条件开展可靠性评价，揭示海洋环境下的服役行为价，揭示海洋环境下的服役行为n 通过服役性能评价，建立评价标准，通过服役性能评价，建立评价标准，取得长期服役数据，为海洋用钢的设计取得长期服役

16、数据，为海洋用钢的设计与使用提供可靠的技术参数与使用提供可靠的技术参数 v先进冶金工艺流程及洁净化冶炼控制先进冶金工艺流程及洁净化冶炼控制vTMCP技术技术3、技术研究路线、技术研究路线(a)3s (b)60s (c)240s3、技术研究路线、技术研究路线26EH550超高海洋工程钢板性能统计(北科大已有工作)成品厚度成品厚度mmReHN/mm2RmN/mm2A%-40纵向纵向Akv（J）25.5平均值平均值636636740740181826026029029028728725.5最大值最大值65965977177125.525.529029029029029029025.5最小值最小值60

17、06007107101616808029029027027050平均值平均值62962972772718.618.623223223923924724750最大值最大值71771779179121.521.529029029029029029050最小值最小值55055067167116.516.564646868646476平均值平均值634634713713181828428428028025725776最大值最大值66366372872818.518.529029029029029029076最小值最小值621621702702171726626625225221821827低碳( 0.

18、04-0.06%)Nb 微合金化,TMCP 420,460,500MPa 及690MPa级厚板( 80mm)耐候( Cu-Cr-Ni, ASTM G101, Iindex6.0 ) 高性能桥梁钢高性能桥梁钢- 2012- 2012年国家科年国家科技进步二等奖技进步二等奖-冶金科技进步冶金科技进步一等奖一等奖t mm NotchSite200-20-30-40-50-60-7832+32焊缝焊缝150150154154142142(149)(149)122122156156141141(140)(140)120112138(123)787895958787(87)(87)100100959577

19、77(91)(91)787860606262(67)(67)10410458586868(77)(77)261831(25)(25)HAZ224224226226234234(228)(228)252242285(260)242230228(233)192192232232200200(208)(208)224224232232227227(228)(228)244244228228184184(219)(219)218218232232178178(209)(209)6968145(94)44+44焊缝焊缝 164164126126174174(155)(155)17417416216215

20、6156(164)(164)136100102(113)102102102102124124(109)(109)1101101361368888(111)(111)717174749090(78)(78)46464444100100(63)(63)303724(30)HAZ228228224224214214(222)(222)194206231(210)198230226(218)210210172172238238(207)(207)190190188188192192(190)(190)228228122122192192(181)(181)1721726868100100(113)(1

21、13)312736(31)焊接试样的冲击功焊接试样的冲击功Grade 16(mm)24(mm)32(mm)44(mm)50(mm)60(mm)Q500qE基体基体DBTT()-100-78-100-78Akv(J)-125-10070-100-100260260-100-100102-100焊缝焊缝DBTT()-50-50-Akv(J)-6778- Q370qE 基体基体DBTT()-40.65-74-57.85-63-52-Akv(J)12089123125127-焊缝焊缝DBTT()0.29-37.45-33-31.40-38.75-Akv(J)9181877484- Q345qD 基体基

22、体DBTT()-8.90-9.86-15-Akv(J)655750-焊缝焊缝DBTT()1.68-8.139.46-Akv(J)635944-韧性对比韧性对比(-40(-40 C) C) 500/370/345 grade steels500/370/345 grade steels抗抗HICHIC管线钢的合金设计与性能管线钢的合金设计与性能钢号钢号CMnSiCrCuNiNbVTiSP2#0.0430.340.230.840.200.0970.0140.00620.0103#0.0541.010.210.280.210.200.0950.0130.0130.0085#0.0530.330.27

23、0.780.250.0920.0230.00380.0060K600.049 1.54 0.240.020.0150.0480.0150.00290.010化学成分力学性能HIC编号编号屈服强度（屈服强度（MPa） 抗拉强度（抗拉强度（MPa）屈强比屈强比伸长率伸长率(%)冲击功冲击功(-20/J0/J)2#钢空冷钢空冷 5086250.8224.4%79.02#钢回火钢回火 625705 0.8918.8%104.53#钢轧态钢轧态5586570.8223.0%106.05#钢轧态钢轧态 5267020.7522.9%96.0K60 4556500.7029.0%31抗HIC实验结果 HIC

24、样品编号样品编号平均值平均值CLRCTRCSR2#钢空冷钢空冷 2.40%2.51%0.11%2#钢回火钢回火 0.14%0.08%0.001%3#钢轧态钢轧态 0.87%0.66%0.041% 5#钢轧态钢轧态0.68%0.59%0.036%K606.49%4.92%1.082%国内标准国内标准15%5%2%322#钢 轧后空冷（轧后空冷（S1S1）5#钢 轧态（轧态（S4S4）2#钢 轧后回火态（回火态（2 2）2#钢：钢：0.34Mn-0.84Cr5#钢：钢：0.33Mn-0.78Cr 样品样品编编号号平均值平均值CLRCTRCSR22.40%2.51%0.11%2回回火火0.14%0.

25、08%0.001%50.68%0.59%0.036%2 2成分接近成分接近2 2回火回火4.3 结果分析组织与组织与HICHIC性能性能4、预期的技术指标、预期的技术指标1 1、沿海基础设施及特大桥梁用钢、沿海基础设施及特大桥梁用钢发展发展420-460级别耐大气腐蚀，抗震、耐火型易焊接、具备级别耐大气腐蚀，抗震、耐火型易焊接、具备Z向性能的向性能的焊接结构钢；开发焊接结构钢；开发420-500MPa级低屈强比高强度耐候、易焊接桥梁级低屈强比高强度耐候、易焊接桥梁钢，在钢，在5年内得到推广应用，解决经济建设急需，实现技术引领年内得到推广应用，解决经济建设急需，实现技术引领2 2、海洋平台用钢、

26、海洋平台用钢开发屈服强度开发屈服强度420-690MPa级别，级别，-60，-80极地环境用，极地环境用，40-100mm厚钢板，以及厚钢板，以及100-250mm特厚钢板。在特厚钢板。在5年内实现突破性进年内实现突破性进展，部分产并得到应用。展，部分产并得到应用。2011年年 国内需求在国内需求在100万吨以上万吨以上. 国外国外259mm.4、预期的技术指标、预期的技术指标3 3、油轮货油舱耐腐蚀钢与压水舱用耐蚀钢、油轮货油舱耐腐蚀钢与压水舱用耐蚀钢发展保证服役发展保证服役25年的耐蚀钢及防护技术，形成新型耐蚀钢与涂层一体年的耐蚀钢及防护技术，形成新型耐蚀钢与涂层一体的综合防护技术，打破目前欧洲及日本在国际海事组织提出的并设定的综合防护技术，打破目前欧洲及日本在国际海事组织提出的并设定的技术与标