新一代海洋用钢技术讲解

发展新一代海洋用钢技术方案内容概要背景1主要研究内容2技术研究路线3预期技术指标4科学问题与关键技术51、背景国家需求！新兴产业！十二五规划重点发展！1.1、海洋工程三大主力装备钻井平台潜入式钻井平台自升式钻井平台半潜式钻井平台工程船舶采油平台拖船供应船起重船打捞船海洋地质勘查船深水浮筒式张力退式半潜式顺应塔海洋工程用钢低温韧性高强度和高韧性耐海洋环境腐蚀良好的焊接性能高服役安全性（疲劳、z向、抗变形、环境断裂）1.2、海洋工程用钢厚全度规格：海洋工程、船舰、桥梁、油气管道等高质量级别：F级别（-60℃低温冲击）全系列钢种：普通、高强、超高强船板按应用特点可分为:沿海基础设施用高性能钢，跨海大桥用钢，油气平台结构用钢，海底油气管道，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，潜艇及水下设施壳体用钢等等2011年七千万吨按性能指标和规格尺寸可分为:普通低合金钢（屈服强度300-400MPa）易焊接钢，高强度（屈服强度420-690MPa）易焊接结构钢，超高强度（屈服强度800MPa以上）.其中20mm以下厚度为中板，50mm以下厚度为厚板，50mm以上为特厚板按照工艺技术可分为，TMCP钢板，热处理（调质）钢板。按照工艺技术可分为，TMCP钢板，热处理（调质）钢板。按照工艺技术可分为，TMCP钢板，热处理（调质）钢板。按照工艺技术可分为:TMCP钢板，热处理（调质）钢板。高强度：400~700MPa高韧性：-40℃低温冲击耐候/裸钢使用：海洋大气、海水动载疲劳：重载、汽车杭州湾跨海大桥东海大桥1.2、海洋工程用钢存在主要问题1、使用环境严酷；2、性能要求极高；3、综合影响因素较多1、我国起步晚；2、品种不齐全；3、自主知识产权少；材料设计、冶金质量、加工工艺研究落后、缺少服役数据1.3、现存的主要问题多重因素急迫性急迫性油轮钢、海底管线舰船钢-提升海军武器装备能力南方湿热环境条件下沿海设施用耐大气腐蚀构钢，如钢铁基地、跨海大桥南海资源开发1.4、急迫性研究目标新一代海洋用钢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，奠定未来舰船钢冶金技术基础。2、主要研究内容-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解决成分设计、冶金流程、组织控制；攻克强度韧性塑性相互制约技术难题；提供可靠的耐腐蚀数据，建立腐蚀评价标准实现高性能、高韧性、低屈强比、高延伸率等用户设计要求技术指标2、主要研究内容-研究内容研究内容（1）高强度、特厚、“极地”环境高韧性海洋工程用钢高强度、特厚钢板的低温韧性的成分设计、组织调控、冶金工艺技术等基础及应用技术难题形成钢板制造、焊材和焊接工艺、防腐处理与防护、服役可靠性评价与寿命预测等全套技术解决方案发展性能稳定、规格齐全、适应各种恶劣环境的新一代海洋工程用钢，开展应用性能及服役性能研究研究内容（2）2、主要研究内容-研究内容低C设计：有利于韧性、焊接、耐蚀A109CuPCrNiA20.03%C0.05%C---973：2004CB619102WSA1基体锈层A20.03%C0.05%C---2004CB619102400nm400nm空冷到500℃(a)、600℃(b)等温0.5h试样有目的控制特厚钢板在连续冷却及自回火过程Cu析出Cu：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1/4t1/2t20μm20μm18Nb：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-锈层损伤程度试验方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---锈层自修复功能与锈层牢固性采用0.5%NaCl溶液，进行14天预腐蚀，在试样表面制造占表面面积0%，10%，50%，100%的损伤，进行42天的继续腐蚀。损伤部位截面形貌继续腐蚀0天继续腐蚀7天损伤对低碳贝氏体继续腐蚀行为的影响修复试验-锈层损伤程度解决海洋运输与储运关键钢铁材料的急需针对国际海事组织对油轮钢所提出的用材与制造技术公约，加快耐蚀油轮钢产品开发2、主要研究内容-研究内容全面开展从钢板生产---储运----配送---船舶建造---腐蚀防护等一系列技术研究，打破国际技术壁垒，形成自主产权，建立标准。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2、主要研究内容-研究内容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，实现对国外技术的超越研究内容（4）路线解决强度、韧性与塑性匹配问题提高耐大气及特殊环境腐蚀性能应用氧化物冶金技术，优化特厚板连铸坯质量物理冶金新原理指导热成型与热处理工艺从成分、工艺和组织相关性，强韧化与塑性机制途径出发。揭示影响韧性指标的因素，提出提高塑性的原理及模型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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，厚板和特厚板利用新原理，创新与优化加加工、冷却及离线热处理工艺技术，实现短流程、节能降耗3、技术研究路线提高应用性能问题，实现良好的焊接性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价，揭示海洋环境下的服役行为通过服役性能评价，建立评价标准，取得长期服役数据，为海洋用钢的设计与使用提供可靠的技术参数先进冶金工艺流程及洁净化冶炼控制TMCP技术3、技术研究路线(a)3s(b)60s(c)240s3、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mmReHN/mm2RmN/mm2A%-40℃纵向Akv（J）25.5平均值6367401826029028725.5最大值65977125.529029029025.5最小值600710168029027050平均值62972718.623223924750最大值71779121.529029029050最小值55067116.564686476平均值6347131828428025776最大值66372818.529029029076最小值6217021726625221827低碳(0.04-0.06%)Nb微合金化,TMCP420,460,500MPa及690MPa级厚板(80mm)耐候(Cu-Cr-Ni,ASTMG101,Iindex6.0)高性能桥梁钢---2012年国家科技进步二等奖----冶金科技进步一等奖tmmNotchSite20℃0℃-20℃-30℃-40℃-50℃-60℃-78℃32+32焊缝150154142(149)122156141(140)120112138(123)789587(87)1009577(91)786062(67)1045868(77)261831(25)HAZ224226234(228)252242285(260)242230228(233)192232200(208)224232227(228)244228184(219)218232178(209)6968145(94)44+44焊缝164126174(155)174162156(164)136100102(113)102102124(109)11013688(111)717490(78)4644100(63)303724(30)HAZ228224214(222)194206231(210)198230226(218)210172238(207)190188192(190)228122192(181)17268100(113)312736(31)焊接试样的冲击功Grade16(mm)24(mm)32(mm)44(mm)50(mm)60(mm)Q500qE基体DBTT(℃)---100-78-100-78Akv(J)--125@-100℃70@-100℃260@-100℃102@-100℃焊缝DBTT(℃)---50-50--Akv(J)--6778--Q370qE基体DBTT(℃)-40.65-74-57.85-63-52-Akv(J)12089123125127-焊缝DBTT(℃)0.29-37.45-33-31.40-38.75-Akv(J)9181877484-Q345qD基体DBTT(℃)-8.90-9.86-15---Akv(J)655750---焊缝DBTT(℃)1.68-8.139.46---Akv(J)635944---韧性对比(-40C)500/370/345gradesteels抗HIC管线钢的合金设计与性能钢号CMnSiCrCuNiNbVTiSP2#0.0430.340.230.840.200.0970.0140.00620.0103#0.0541.010.210.280.210.200.0950.0130.0130.0085#0.0530.330.270.780.250.0920.0230.00380.0060K600.0491.540.240.020.0150.0480.0150.00290.010化学成分力学性能HIC编号屈服强度（MPa）抗拉强度（MPa）屈强比伸长率(%)冲击功(-20℃/J)2#钢空冷5086250.8224.4%79.02#钢回火6257050.8918.8%104.53#钢轧态5586570.8223.0%106.05#钢轧态5267020.7522.9%96.0K604556500.7029.0%31抗HIC实验结果HIC样品编号平均值CLRCTRCSR2#钢空冷2.40%2.51%0.11%2#钢回火0.14%0.08%0.001%3#钢轧态0.87%0.66%0.041%5#钢轧态0.68%0.59%0.036%K606.49%4.92%1.082%国内标准≤15%≤5%≤2%322#钢轧后空冷（S1）5#钢轧态（S4）2#钢轧后回火态（2）2#钢：0.34Mn-0.84Cr5#钢：0.33Mn-0.78Cr样品编号平均值CLRCTRCSR22.40%2.51%0.11%2回火0.14%0.08%0.001%50.68%0.59%0.036%2成分接近2回火4.3结果分析组织与HIC性能4、预期的技术指标1、沿海基础设施及特大桥梁用钢发展420-460级别耐大气腐蚀，抗震、耐火型易焊接、具备Z向性能的焊接结构钢；开发420-500MPa级低屈强比高强度耐候、易焊接桥梁钢，在5年内得到推广应用，解决经济建设急需，实现技术引领2、海洋平台用钢开发屈服强度420-690MPa级别，-60℃，-80℃极地环境用，40-100mm厚钢板，以及100-250mm特厚钢板。在5年内实现突破性进展，部分产并得到应用。2011年国内需求在100万吨以上.国外259mm.4、预期的技术指标3、油轮货油舱耐腐蚀钢与压水舱用耐蚀钢发展保证服役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准壁垒，形成具有我国独立知识产权和可行性技术方案及标准的油轮货油舱腐蚀防护技术。在五年内实现突破，未来十年得到国际海事组织认可，签订公约。4、超高强度舰艇用钢钢发展700MPa，800MPa，900MPa及1000MPa级超高强度航母甲板和大浅深潜艇用耐低温(-80℃)、耐冲击(抗变形)、易焊接钢（取消或减少焊前与焊后热处理），建立相应的低碳合金设计体系，确立冶金技术流程，探索新的热加工与热处理工艺，为未来军事应用打造坚实的理论与技术基础，迎接未来的需求。五年内实现突破，十年内得到发展