國內(nèi)外海洋工程用高強(qiáng)鋼研究進(jìn)展

  鋼鐵作為海洋工程裝備的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)材料,廣泛應(yīng)用于鉆井平臺(tái),、生產(chǎn)平臺(tái)以及海底管道等,。由于服役時(shí)間長,要長期抵抗惡劣的風(fēng)浪條件,,水下修理維護(hù)的成本極高,,其采用的鋼板逐漸向高強(qiáng)度、高韌性,、易焊接性,、良好的耐腐蝕性以及大厚度,、大規(guī)格化方向發(fā)展。

  1.國外研究現(xiàn)狀

  目前海洋平臺(tái)用鋼遵循的四大國際標(biāo)準(zhǔn),,即En10225 和 BS7191( 歐洲標(biāo)準(zhǔn)) ,,API( 美國標(biāo)準(zhǔn)) ,Norsok( 北海標(biāo)準(zhǔn)) ,,對(duì)海洋平臺(tái)用鋼的力學(xué)性能及設(shè)計(jì)制造等都有明確的規(guī)定,,但對(duì)耐腐蝕性能的規(guī)范較為欠缺。

  世界海洋平臺(tái)用高強(qiáng)度鋼的主要級(jí)別為屈服強(qiáng)度355 MPa,、420 MPa,、460 MPa、500 MPa,、550 MPa,、620 MPa、690 MPa,,并對(duì)低溫性能要求至少-40 ℃,,甚至-60 ℃,抗層狀撕裂性能達(dá) Z 向 35%,,耐腐蝕性能良好,,主要交貨方式為 TMCP、正火以及調(diào)質(zhì),。

  日本對(duì)海洋平臺(tái)用鋼的研究較早,,已開發(fā)出耐海水腐蝕、大線能量焊接及低溫用等系列的高強(qiáng)鋼板,,強(qiáng)度級(jí)別已達(dá) 980 MPa,。JFE 開發(fā)出了厚度為 140 mm、屈服強(qiáng)度為 700 MPa,、抗拉強(qiáng)度為 800 MPa的含鎳平臺(tái)用鋼;同時(shí)該公司形成了自己的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)系列,,海洋平臺(tái)的鋼板抗拉強(qiáng)度為 360 MPa~ 980 MPa,品種主要有 JFE-HITEN 系列高強(qiáng)鋼板等,。利用微合金化元素的析出,,新日鐵開發(fā)了 HTUFF 技術(shù),其用于海洋平臺(tái)的鋼板主要有WEL- TEN 系列高強(qiáng)鋼板,、NAW - K 及 COR-TEN 系列無涂層焊接結(jié)構(gòu)用耐蝕鋼板,、MARILOY 系列焊接結(jié)構(gòu)用耐海水腐蝕鋼板及 NAW - TEN 系列含 Ni 耐候鋼板等品種。此外,,新日鐵公司還按 API2W,,EN10225,NORSOK及 BS7191 標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)屈服強(qiáng)度在315 MPa~550 MPa之間的 A,D,,E,,F(xiàn) 級(jí)別的鋼板,最高強(qiáng)度達(dá)到950 MPa,。

  歐洲作為海洋資源開發(fā)較早的區(qū)域,,其海洋平臺(tái)用鋼的研發(fā)、應(yīng)用,、品種系列化及標(biāo)準(zhǔn)化處于領(lǐng)先地位,,已可生產(chǎn) A,B,,D,,E 級(jí)的屈服強(qiáng)度在235 MPa~690 MP之間的各種鋼板。目前歐洲用于海洋平臺(tái)建設(shè)的鋼種應(yīng)用最廣泛的為 S355,,S420,,S460 及 S690,耐腐蝕性能良好,。挪威埃科菲斯克Ⅱ號(hào)海洋鉆井平臺(tái)是歐洲第 1座使用改進(jìn)韌性 S690Q 鋼板的海洋平臺(tái),。

  俄羅斯Arkticheskaya自升式鉆井平臺(tái)用于北極地區(qū)的油氣鉆探,,最大鉆探深度 6 500 m。當(dāng)前 S690 級(jí)高強(qiáng)鋼在海洋平臺(tái)中的應(yīng)用越來越多,,但仍需解決高強(qiáng)鋼板焊接處易開裂及耐蝕性差等問題?,F(xiàn)今在海洋平臺(tái)建設(shè)中也應(yīng)用了更高強(qiáng)度級(jí)別的鋼板,其高強(qiáng)鋼板主要通過調(diào)質(zhì)工藝生產(chǎn),,鋼板屈服強(qiáng)度可達(dá)1 100 MPa,,但由于焊接困難和耐腐蝕開裂問題,超高強(qiáng)鋼在海洋建設(shè)中應(yīng)用較少,。

  2.國內(nèi)研究現(xiàn)狀

  我國開發(fā)海洋石油起步比較晚,,到 20 世紀(jì) 80 年代才建成自己的海洋石油平臺(tái)。目前我國海洋平臺(tái)主要使用屈服強(qiáng)度為 355 MPa~ 460 MPa的 D,,E 及 F 級(jí)鋼板,,基本實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化。我國首次自主設(shè)計(jì)建造的3 000 m深水半潛式鉆井平臺(tái)“海洋石油 981”所用鋼的強(qiáng)度已達(dá)到 690 MPa; 北海油區(qū)海洋自升式平臺(tái)固定結(jié)構(gòu)已使用500 MPa以上,,甚至 750 MPa高強(qiáng)度鋼,,但我國海洋平臺(tái)用鋼強(qiáng)度不高、規(guī)格不全,、耐腐蝕性能較差,、配套工藝不完善等問題,仍限制了我國自主開發(fā)海洋資源的能力。

  3.我國與國際先進(jìn)水平的差距

  我國海洋平臺(tái)主要使用的屈服強(qiáng)度為 355 MPa~460 MPa的 D,,E 及 F 級(jí)鋼板,,基本實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化。鞍鋼,、南鋼生產(chǎn)的中厚板屈服強(qiáng)度達(dá) 550 MPa,,武鋼、寶鋼和沙鋼都已具備生產(chǎn)屈服強(qiáng)度為 690 MPa海洋平臺(tái)用鋼的能力,,但厚度超過 120 mm 以上時(shí),,產(chǎn)品質(zhì)量及性能的穩(wěn)定性、滿足更大規(guī)格產(chǎn)品的技術(shù)需求,、耐腐蝕開裂,、配套焊接等方面都存在問題。建造海洋工程的關(guān)鍵部位所用的高強(qiáng)度,、厚規(guī)格,、耐海洋腐蝕開裂等性能的鋼板多數(shù)仍需進(jìn)口,特別是具有良好綜合力學(xué)性能且厚度在 120mm 以上,、屈服強(qiáng)度在 690 MPa以上的高韌性,、耐腐蝕、易焊接的海洋平臺(tái)用鋼基本依賴進(jìn)口,。

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