CSTM-高热输入焊接用船舶及海洋工程用钢编制说明

ＣＳＴＭ标准《高热输入焊接用船舶及海洋工程用钢》编制说明1、工作简要过程，来源、主要参加单位和工作组成员等；1.1前言随着我国钢铁工业的快速发展，高技术船舶和海洋工程装备等领域用船体结构用钢向着高强度等级、高质量等级、高效焊接、轻量化等方向发展。船舶、海洋平台等大型结构的市场需求向着轻量化、低成本、高效高质量焊接等方向发展。鉴于高热输入焊接（焊接热输入大于50kJ/cm）用钢具有效提高焊接效率和降低成本、降低焊接劳动强度等诸多优点，同时很好地解决了普通钢在高热输入焊接时带来的焊接接头低温韧性降低等缺点，在船舶、海洋平台等大型结构的建造需用需求日益明确而紧迫。走访江南造船厂、广船国际、招商局重工、蓬莱巨涛等客户发现，高技术船舶、海工装备、海洋发电装备等向着轻量化、高效焊接、安全性高的方向发展，用户对船舶及海洋工程结构用高热输入焊接钢的强度等级、适用最高热输入量等提出了更高的要求。为了满足客户在高效焊接等方面的需求，需要建立船舶及海洋工程用高热输入焊接用钢标准，适用高技术船舶和海洋工程装备的需求。本项目制定高热输入焊接船体结构用钢的标准，填补现有标准的不足，满足大型集装箱船等高技术船舶在设计、建造使用等方面的需求、促进我国船舶事业的发展。1.2任务来源国材料与试验团体标准化委员会（以下简称：CSTM标准委员会）综合标准标准化领域委员会于2022年7月14日召开立项评估会审查，批准CSTM标准《高热输入焊接用船舶及海洋工程用钢》立项，标准项目归口管理委员会为CSTM/FC99综合标准标准化领域委员会，该标准（中文版）立项编号为CSTMLX990001101—2022，标准（英文版）立项编号为CSTMLX990001101—2022E。1.3工作简要过程2022年7月14日，中关村材料试验技术联盟在北京主持召开了本标准编制组成立及立项审议。编制组成立大会上，标准主编单位介绍了制标任务的来源、标准编制工作的大纲及前期进行的实验工作，介绍了标准编制的背景和编制原则，提出了编制工作需要细化的技术指标、参数，需明确覆盖的材质、板厚范围等。列出了标准的主要章节目录和必要的测试项目，最后给出了标准编制工作计划的进度及分工。1.4主要参加单位及成员共2家单位参加标准制定工作，其中包括1家制造单位、1家科研单位。本标准负责起草单位：南京钢铁股份有限公司、钢铁研究总院。本标准起草人及分工见表1。表1本标准起草人及分工信息序号姓名单位职务/职称在本标准中承担的工作1赵晋斌南京钢铁股份有限公司高工主编，负责标准全部编制工作2王蓬中关村材料试验技术联盟（CSTM）参与标准全部编制工作及条文编写3陈林恒南京钢铁股份有限公司高工参与标准全部编制工作及条文编写4陈鸣中关村材料试验技术联盟（CSTM）参与标准试验和条文编写5李恒坤南京钢铁股份有限公司高工参与标准全部编制工作及条文编写6车马俊南京钢铁股份有限公司高工参与标准全部编制工作及条文编写7邱保文南京钢铁股份有限公司高工参与标准试验和条文编写8陈华南京钢铁股份有限公司高工参与标准全部编制工作及条文编写9马刘军南京钢铁股份有限公司高工参与标准全部编制工作及条文编写10曹余良南京钢铁股份有限公司高工参与标准全部编制工作及条文编写11李松南京钢铁股份有限公司高工参与标准试验和条文编写12王凌宇南京钢铁股份有限公司助理负责对比试验工作2、标准化对象简要情况及制修订标准的原则。（1）标准化对象简要情况产品主要品种、产量及生产厂家；牌号化学成分a,b,c,d（质量分数）/%，不大于CSiMnPSAlsNbVTiNiCrCuMoA36/D36/E360.140.401.600.0150.0050.0750.050.100.020.400.200.350.08A40/D40/E400.120.401.600.0150.0050.0750.050.100.020.400.200.350.08A420/D4200.150.501.700.0150.0050.0750.050.100.050.800.500.550.30E4200.130.501.700.0150.0050.0750.050.100.050.800.500.550.30A460/D4600.160.501.700.0150.0050.0750.050.100.050.800.500.550.40E4600.140.501.700.0150.0050.0750.050.100.050.800.500.550.40A500/D5000.160.501.700.0150.0050.0750.050.100.050.800.500.550.40E5000.140.501.700.0150.0050.0750.050.100.050.800.500.550.40注：a微量元素要求N≤0.015%，H≤0.00015%。b同时满足Als≥0.015%，当采用全铝（Alt）含量计算时，全铝含量应为0.020~0.080%。c钢中至少添加Nb、V、Ti中一种细化晶粒元素，当单独添加时其含量除满足表1要求外，还应满足Nb≥0.01%或V≥0.01%或Ti≥0.005%；当同时添加两种及以上细化晶粒元素时应满足Nb+V+Ti≤0.12%。d铬、钼还应满足Cr+Mo≤0.65%。产品主要用途及质量情况。走访江南造船厂、广船国际、招商局重工、蓬莱巨涛等客户发现，高技术船舶、海工装备、海洋发电装备等向着轻量化、高效焊接、安全性高的方向发展，用户对船舶及海洋工程结构用高热输入焊接钢的强度等级、适用最高热输入量等提出了更高的要求。钢级屈服强度ReH/MPa不小于抗拉强度Rm/MPa断后伸长率A/%不小于冲击吸收能量KV2/J不小于≤50＞50～100≤100温度/℃纵向横向A36355490～6302105034D36-20E36-40A40390510～6602005537D40-20E40-40A420420390520～6801904228D420-20E420-40A460460430540～7201704631D460-20E460-40A500500480590～7701705033D500-20E500-40注：当无明显屈服平台时，可测量Rp0.2代替ReH。（2）制修订标准的原则①制修订标准的依据或理由；本项目制定的高热输入焊接用船舶及海洋工程用钢标准，主要根据相关的船级社规范及前期的工艺试验研究，以及相关的试验数据。主要目的是填补现有标准的不足，针对船舶焊接需求，在高热输入的条件下提高焊接效率，同时厚板焊接质量。②制修订标准的原则。1、符合国家相关的政策及标准；2、满足相关船级社的规范要求；3、以试验数据及认可的工艺评定报告为编制基础；4、技术先进、经济合理。3、相关标准参数对比表产品标准与相关国际＼国外＼国家＼行业＼地方＼团体标准主要参数对比表标准号团体标准GB/T38817-2020CCS2021标准名称高热输入焊接用船舶及海洋工程用钢大线能量焊接用钢材料与焊接规范范围线能量（热输入量）大于50kJ/cm或大于300kJ/cm的焊接，适用牌号为A36~E40及A420~E500、厚度不大于100mm的高热输入焊接用船舶及海洋工程用钢线能量数值大于50KJ/cm，厚度为6mm～100mm的大线能量焊接用低合金结构钢板最高热输入超过50kJ/cm焊接工艺的船体结构钢。原理制样要求试验条件仪器设备试剂材料试验方法试验结果试验有效性判断冶炼方法、交货状态、力学性能、超声检测、表面质量冶炼方法、交货状态、力学性能、超声检测、表面质量、特殊要求焊接性能焊接方法及取样位置化学成分标准对照．．．．．4、标准主要内容（包括牌号、成分、性能指标、型号、各种参数、公式、试验方法、检验规则等）确定的论据（包括试验、验证、统计数据等），修订标准时，应列有新旧标准的对比分析。范围本标准规定了高热输入焊接用船舶及海洋工程用钢的订货内容、牌号表示方法、尺寸、外形、重量及允许偏差、技术要求、试验方法、检验规则、包装、标志及质量证明书等。本标准适用牌号为A36~E40及A420~E500、厚度不大于100mm的高热输入焊接用船舶及海洋工程用钢（以下简称“钢板”）。规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T222钢的成品化学成分允许偏差GB/T223.5钢铁酸溶硅和全硅含量的测定还原型硅钼酸盐分光光度法GB/T223.9钢铁及合金铝含量的测定铬天青S分光光度法GB/T223.11钢铁及合金铬含量的测定可视滴定或电位滴定法GB/T223.14钢铁及合金化学分析方法钽试剂萃取光度法测定钒含量GB/T223.19钢铁及合金化学分析方法新亚铜灵-三氯甲烷萃取光度法测定铜量GB/T223.23钢铁及合金镍含量的测定丁二酮肟分光光度法GB/T223.26钢铁及合金钼含量的测定硫氰酸盐分光光度法GB/T223.40钢铁及合金铌含量的测定氯磺酚S分光光度法GB/T223.62钢铁及合金化学分析方法乙酸丁酯萃取光度法测定磷量GB/T223.63钢铁及合金化学分析方法高碘酸钠(钾)光度法测定锰量GB/T223.64钢铁及合金锰含量的测定火焰原子吸收光谱法GB/T223.78钢铁及合金化学分析方法姜黄素直接光度法测定硼含量GB/T223.79钢铁多元素含量的测定X-射线荧光光谱法（常规法）GB/T223.81钢铁及合金总铝和总硼含量的测定微波消解-电感耦合等离子体质谱法GB/T223.82钢铁氢含量的测定惰气脉冲熔融热导法GB/T223.84钢铁及合金钛含量的测定二安替比林甲烷分光光度法GB/T223.85钢铁及合金硫含量的测定感应炉燃烧后红外吸收法GB/T223.86钢铁及合金总碳含量的测定感应炉燃烧后红外吸收法GB/T228.1金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法GB/T229金属材料夏比摆锤冲击试验方法GB/T232金属材料弯曲试验方法GB/T247钢板和钢带包装、标志及质量证明书的一般规定GB/T709热轧钢板和钢带的尺寸、外形、重量及允许偏差GB/T2101型钢验收、包装、标志及质量证明书的一般规定GB/T2970厚钢板超声检测方法GB/T2975钢及钢产品力学性能试验取样位置及试样制备GB/T4336碳素钢和中低合金钢火花源原子发射光谱分析方法（常规法）GB/T5313厚度方向性能钢板GB/T8170数值修约规则与极限数值的表示和判定GB/T10561钢中非金属夹杂物含量的测定标准平级图显微检验法GB/T13298金属显微组织检验方法GB/T17505钢及钢产品交货一般技术要求GB/T20066钢和铁化学成分测定用试样的取样和制样方法GB/T20123钢铁总碳硫含量的测定高频感应炉燃烧后红外吸收法(常规方法)GB/T20124钢铁氮含量的测定惰性气体熔融热导法(常规方法)GB/T20125低合金钢多元素含量的测定电感耦合等离子体原子发射光谱法T/CSTM00012钢铁多元素成分及状态分布表征激光诱导击穿光谱原位统计分布分析方法术语和定义线能量指熔焊时，由焊接能源输入给单位长度焊缝上的热能。线能量采用公式（1）计算，………（1）式中：E—单位长度焊缝的线能量(kJ/cm)；I—焊接电流(A)；U—电弧电压(V)；v—焊接线速度(cm/s)；ƞ—热效率系数，根据焊接方式选择。埋弧焊的热效率系数为1.0，二氧化碳气体保护焊的热效率系数为0.85，熔化极惰性气体保护焊的热效率系数为0.75，气电立焊的热效率系数为0.8。其他焊接方式的热效率系数由供需双方协商确定。高热输入焊接指线能量（热输入量）大于50kJ/cm的焊接。超高热输入焊接指线能量（热输入量）大于300kJ/cm的焊接。牌号表示方法4.1分类4.1.1钢板按质量等级分为A、D、E等质量等级。4.1.2钢板按屈服强度分为355MPa、390MPa、420MPa、460MPa、500MPa等强度等级。4.1.3钢板按焊接线能量分为100kJ/cm、150kJ/cm、200kJ/cm、250kJ/cm……等多个等级。4.2标记钢板的牌号标记，如牌号E460-W100，指屈服强度460MPa级别、适应焊接线能量100kJ/cm、质量等级为E级的钢。当有厚度方向性能要求时，则在牌号后加上代表厚度方向（Z向）性能级别的符号，如：E460-W100-Z35。订货内容按本标准订货的合同或订单应提供下列信息：a)本标准编号；b)牌号；c)尺寸、外形及允许偏差；d)交货状态；e)重量（数量）；f)特殊要求。尺寸、外形、重量及允许偏差钢板的尺寸、外形、重量及允许偏差应符合GB/T709的规定，其中，厚度允许偏差应符合C类的规定。经供需双方协议，可供应其他尺寸、外形及允许偏差的钢板。技术要求牌号与化学成分7.1.1钢的牌号及化学成分（熔炼分析）应符合表1的规定。牌号及化学成分（熔炼分析）牌号化学成分a,b,c,d（质量分数）/%，不大于CSiMnPSAlsNbVTiNiCrCuMoA36/D36/E360.140.401.600.0150.0050.0750.050.100.020.400.200.350.08A40/D40/E400.120.401.600.0150.0050.0750.050.100.020.400.200.350.08A420/D4200.150.501.700.0150.0050.0750.050.100.050.800.500.550.30E4200.130.501.700.0150.0050.0750.050.100.050.800.500.550.30A460/D4600.160.501.700.0150.0050.0750.050.100.050.800.500.550.40E4600.140.501.700.0150.0050.0750.050.100.050.800.500.550.40A500/D5000.160.501.700.0150.0050.0750.050.100.050.800.500.550.40E5000.140.501.700.0150.0050.0750.050.100.050.800.500.550.40注：a微量元素要求N≤0.015%，H≤0.00015%。b同时满足Als≥0.015%，当采用全铝（Alt）含量计算时，全铝含量应为0.020~0.080%。c钢中至少添加Nb、V、Ti中一种细化晶粒元素，当单独添加时其含量除满足表1要求外，还应满足Nb≥0.01%或V≥0.01%或Ti≥0.005%；当同时添加两种及以上细化晶粒元素时应满足Nb+V+Ti≤0.12%。d铬、钼还应满足Cr+Mo≤0.65%。7.1.2成品钢板化学成分的允许偏差应符合GB/T222的规定。7.1.3钢的碳当量Ceq应以熔炼成分分析值采用公式（2）计算，焊接裂纹敏感性指数Pcm以熔炼成分分析值采用公式（3）计算。碳当量、焊接裂纹敏感性指数应符合表2的规定。Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15……………（2）Pcm=C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Mo/15+Ni/60+V/10+5B……（3）表2碳当量及焊接裂纹敏感性指数牌号Ceq/%，不大于Pcm/%，不大于t≤5050＜t≤100t≤100A36/D36/E360.380.400.21A40/D40/E400.400.420.21A420/D420/E4200.430.450.22A460/D460/E4600.450.460.23A500/D500/E5000.460.470.24注：t为公称厚度，单位mm。冶炼方法钢采用转炉或电炉冶炼，并应进行炉外精炼。交货状态钢板以热轧或热机械轧制（TMCP）状态交货。力学性能拉伸试验取横向样，夏比（V型缺口）冲击试验取纵向样。钢板的力学性能应符合表3的规定。表3力学性能钢级屈服强度ReH/MPa不小于抗拉强度Rm/MPa断后伸长率A/%不小于冲击吸收能量KV2/J不小于≤50＞50～100≤100温度/℃纵向横向A36355490～6302105034D36-20E36-40A40390510～6602005537D40-20E40-40A420420390520～6801904228D420-20E420-40A460460430540～7201704631D460-20E460-40A500500480590～7701705033D500-20E500-40注：当无明显屈服平台时，可测量Rp0.2代替ReH。夏比（V型缺口）冲击吸收能量和断面纤维率，按一组3个试样的算术平均值进行计算，允许其中有1个试样值低于表2规定值，但不得低于规定值的70%。对厚度小于12mm钢板的夏比（V型缺口）冲击试验应采用辅助试样。厚度为6mm～8mm的钢板，其尺寸为10mm×5mm×55mm，其试验结果应不小于表2规定值的50%。厚度＞8mm～＜12mm的钢板其尺寸为10mm×7.5mm×55mm，其试验结果应不小于表2规定值的75%。厚度小于6mm的钢板不做冲击试验。如果钢板的冲击试验结果不符合7.4.3和7.4.4规定时，应从同一批钢板上再取一组3个试样进行试验。前后6个试样的算术平均值不得低于规定值，允许其中2个试样低于规定值，但低于规定值70%的试样只允许有1个。Z向钢厚度方向断面收缩率应符合GB/T5313的规定。表面质量钢板表面不允许存在裂纹、气泡、结疤、折叠、夹杂和压入的氧化铁皮。钢板不应有目视可见的分层。钢板表面允许有不妨碍检查表面缺陷的薄层氧化铁皮、铁锈、由压入氧化铁皮脱落所引起的不显著的表面粗糙、划伤、压痕及其它局部缺陷，但其深度不得大于钢板厚度的公差之半，并应保证钢板允许的最小厚度。钢板表面缺陷不允许焊补，允许修磨清理，但应保证钢板允许的最小厚度。修磨清理处应平滑无棱角。超声检测检测方法执行GB/T2970，合格级别不低于II级。经供需双方协商，并在合同中注明，也可采用其他超声波检测方法，其检测标准和级别应在协议或合同中明确。试验方法钢的化学成分试验方法应符合GB/T223.5、GB/T223.9、GB/T223.11、GB/T223.14、GB/T223.19、GB/T223.23、GB/T223.26、GB/T223.40、GB/T223.62、GB/T223.63、GB/T223.64、GB/T223.78、GB/T223.79、GB/T223.81、GB/T223.82、GB/T223.84、GB/T223.85、GB/T223.86、GB/T4336、GB/T20123、GB/T20124、GB/T20125、T/CSTM00012的规定。每批钢板的检验项目、取样数量、取样方法、试验方法应符合表4的规定。表4钢板的检验项目、取样数量、取样方法和试验方法序号检验项目取样数量取样方法试验方法1化学成分(熔炼分析)1个/炉GB/T20066见8.12拉伸试验1个/批GB/T2975GB/T228.14夏比冲击试验3个/批GB/T2975GB/T2295Z向拉伸试验a3个/批GB/T5313GB/T5313超声检测—GB/T2970或协商——合适的量具仅对有Z向性能要求的钢板做此检验。检验规则检查和验收钢板检查和验收由供方技术监督部门进行。组批钢板应成批验收。每批应由同一牌号、同一炉号、同一规格、同一轧制制度及同一热处理制度的钢材组成，每批重量不大于30吨。复验与判定规则钢板冲击试验的复验与判定应符合GB/T17505的规定。钢板拉伸试验及弯曲试验的复验与判定应符合GB/T17505的规定。Z向钢的厚度方向断面收缩率的复验与判定应符合GB/T5313的规定。力学性能和化学成分试验结果的修约力学性能和化