1、2022-8-4海洋工程用钢品种开发海洋工程用钢品种开发海洋工程用钢品种开发海洋工程用钢品种开发内容提要内容提要船舶海洋工程用钢发展需求船舶海洋工程用钢发展需求关键品种技术的研究开发工作关键品种技术的研究开发工作 大线能量焊接用钢大线能量焊接用钢 耐腐蚀油船用钢耐腐蚀油船用钢 止裂船板止裂船板 低温用钢低温用钢“十三五十三五”规划规划海洋工程用钢品种开发中国海洋经济的发展 国家战略：国家战略：2012-9-16:国务院全国海洋经济发展“十二五”规划 中国制造中国制造2025：十大领域：十大领域 航空航天、海洋工程海洋工程、轨道交通“走向深蓝走向深蓝”的的海海洋经济洋经济是我国经济是我国经济的的
2、“蓝色引擎蓝色引擎”南海是南海是“海上海上丝绸之路丝绸之路”战战略的重点略的重点海洋工程用钢品种开发中国造船业的发展中国造船业的发展2014年指标数量万吨份额%完工量 3905 41.7新接订单5995 50.5手持订单14890 47.1海洋工程用钢品种开发中国造船用钢发展中国造船用钢发展产能迅速扩展，满足船舶行业发展需求，产能过剩产能过剩品种规格系列配套 品种、规格系列化 高强度船板如36、40公斤级大量应用品种、质量差距 表面质量、尺寸工差 特种船舶（LNG、化学品）新标准规范的要求（耐蚀油轮钢、集装箱止裂板）焊接性差距大海洋工程用钢品种开发海工用钢技术现状l 国内外对比：国内外对比：我
3、国海工用特种钢品种的国产化率不到我国海工用特种钢品种的国产化率不到40%，390-690MPa级高强度关键品种主要依赖进口。级高强度关键品种主要依赖进口。材料类型国外水平国内现状高强厚板F420-890，厚10-256mm，易焊接E36-690，10-127mm，E420以上基本进口高强支撑管X100等级，最大壁厚80mmX80等级，最大壁厚30mm，X100全部进口深海管线X80等级，最大壁厚44mmX70，最大壁厚32mm，高强空白深海隔水管X80等级，高抗疲劳空白，全部进口海洋工程用钢品种开发海洋工程用钢需求、差距与问题海洋工程用钢需求、差距与问题序号类型名称钢材用量（吨）典型材料备注1
4、固定式平台浅水导管架平台(F-P)3000E36强度低、焊接施强度低、焊接施工效率差工效率差2深水导管架平台(BSP)3000-35000E364移动式平台自升式平台(Jack-Up)4000E/F550高强度、大厚度高强度、大厚度依赖进口依赖进口9500E/F69011000E/F6905半潜式平台（Semi）30000E36工作海深工作海深差距大6张力腿平台（TLP）国内空白国内空白7柱筒式平台（Spar）国内很少国内很少9浮式生产储油船（FPSO）50000E36强度升级10油气船储运船超大型油轮（VLCC）40000D32耐腐蚀船舶耐腐蚀船舶11液化天然气船（LNG）30000E369
5、Ni、InVar进口进口12化学品船1000-20000E36、2205双相不锈钢海洋工程用钢品种开发海洋工程用钢技术特点海洋工程用钢技术特点高高强强度、度、大大规格规格（256mm厚钢板）厚钢板）易易焊焊接、高效率接、高效率（大线能量焊接）（大线能量焊接）高耐高耐蚀蚀、低成本、低成本（耐海洋腐蚀）（耐海洋腐蚀）海洋工程用钢品种开发弦板弦板齿条板齿条板支撑管支撑管产品典型规格(mm)屈服强度(MPa)每平台需求量(吨)生产现状齿条钢127,150,180,210,2596901000-2000150mm以上全面进口弦板25,50,85690300-1000全面进口支撑管(273406)X(17
6、60)550 690700-1500690MPa全面进口配套焊材手工焊、埋弧焊等强60-150全面进口海洋工程用钢重大技术需求海洋工程用钢重大技术需求（1）高强度、大规格）高强度、大规格海洋工程用钢品种开发导管架平台是目前使用最多的采油平台；世界最大的导管架平台单重超过40000吨，使用水深超过460米。导管架平台用钢厚度普遍在60-80mm，最大130mm，焊接占到建造总工时的40%、总成本的50%。仅焊接一个节点就需要2-3月。平台钢厚板实现100-200kJ/cm以上大线能量焊接，可成倍提高焊接效率，并降低制造成本，意义十分重大。导管架导管架上部模块海洋工程用钢重大技术需求海洋工程用钢重
7、大技术需求 （2）易焊接、高效率）易焊接、高效率海洋工程用钢品种开发海洋腐蚀环境特别是近海岸腐蚀环境极为恶劣海洋腐蚀环境特别是近海岸腐蚀环境极为恶劣钢在海岸的腐蚀比沙漠中大钢在海岸的腐蚀比沙漠中大400倍以上，在距离海岸倍以上，在距离海岸24米时比距离海米时比距离海岸岸240米的腐蚀快米的腐蚀快12倍；倍；南海因其高湿热、强辐射、高南海因其高湿热、强辐射、高Cl-环境腐蚀性更强，装备维环境腐蚀性更强，装备维护十分困难，成本很高。护十分困难，成本很高。16年大气暴露试验，碳素钢在南海万宁的腐蚀速率是武汉的年大气暴露试验，碳素钢在南海万宁的腐蚀速率是武汉的20倍、倍、青岛的青岛的5倍；倍；现有耐候
8、钢在南海均出现腐蚀速率先低后高，现有耐候钢在南海均出现腐蚀速率先低后高，n值大于值大于1的异常现象的异常现象.海洋工程用钢重大技术需求海洋工程用钢重大技术需求 （3）高耐蚀、低成本）高耐蚀、低成本海洋工程用钢品种开发内容提要内容提要船舶海洋工程用钢发展需求船舶海洋工程用钢发展需求关键品种技术的研究开发工作关键品种技术的研究开发工作 大线能量焊接用钢大线能量焊接用钢 耐腐蚀油船用钢耐腐蚀油船用钢 止裂船板止裂船板 低温用钢低温用钢“十三五十三五”规划规划海洋工程用钢品种开发船舶海工用钢大线能量焊接技术船舶海工用钢大线能量焊接技术GEVWElectro-slag WeldHeat input,KJ
9、/cmThickness,mmu 焊接占焊接占 40%制造成本制造成本海洋工程用钢品种开发Ti-Mg钢钢Ti-Mg,0.7mAl，2.2m海洋工程用钢品种开发大线能量焊接用钢技术大线能量焊接用钢技术Microstructures of the CGHAZ at t8/5=180sV-Ti-N microalloyingBetter CGHAZ toughness (t8/5 time longer than 100s.)Microstructure:V-N-Ti steel:more than 80%is FerriteNb-Ti and V-Ti steel:the coarse baini
10、tic microstructure.100kJ/cmV-Ti-N Steel海洋工程用钢品种开发氮含量对大线能量焊接氮含量对大线能量焊接HAZ韧韧性影响性影响Tp=1350Cx1s,t8/5=180sTp=1350Cx1s,t8/5=100-300sBased Metal:0.08C-1.20Mn-0.2Si-0.012Ti-0.06V N=44-240ppm海洋工程用钢品种开发Effect of N on CGHAZ Microstructure0.0044%N 0.0094%N 0.0140%N 0.0190%N 0.0240%N Tp=1350C x 1s,t8/5=180s海洋工程用
11、钢品种开发Quantitative Analysis for CGHAZ Microstructure FS:Ferrite with Second phaseFSP:Ferrite Side PlateAF:Acicular FerritePF:Polygonal Ferrite 海洋工程用钢品种开发Quantitative Analysis for CGHAZ Microstructure 海洋工程用钢品种开发V-Ti Precipitates in the As-Rolled PlatesTi-rich particles in hot rolled plate are signific
12、antly refined with the increasing of N content from 94 ppm to 190 ppm94 ppm Nitrogen190 ppm Nitrogen海洋工程用钢品种开发94 ppm NV-Ti Precipitates at Peak Temp during welded simulation190 ppm N海洋工程用钢品种开发190 ppm Nitrogen94 ppm NitrogenV-Ti Precipitates at CGHAZ More finer TiV(C,N)particles in high N190 ppm as-r
13、olled steel.The fine particles in the higher nitrogen steel are more stable at high temperature,resulting in finer austenite grain size in the CGHAZ.Increasing N promotes TiV(C,N)precipitation in during cooling from Tp,and reduces the average particle size in the CGHAZ.海洋工程用钢品种开发大线能量焊接海洋工程大线能量焊接海洋工程
14、用厚板工业试验用厚板工业试验Mechanical PropertiestmmRm，MPaRp0.2,MPaA，%Z，%KV（-40）Bend N605453812875169goodH-1505343723478181H-2505233623580207Spec.490-6303552127CSiMnPSAlsNiCuTiVNbN CeqN0.160.161.600.012 0.003 0.0270.34-0.008 0.043 0.036 0.0040.46H-10.1470.281.550.009 0.001 0.036 0.005-0.011 0.074-0.0090.42H-20.13
15、20.321.480.009 0.002 0.0350.240.250.012 0.050-0.0090.43海洋工程用钢品种开发焊接接头低温韧性焊接接头低温韧性Nb-V SteelH-1H-2Nb-V Steel:10000TUE甲板和上甲板的舱口围板甲板和上甲板的舱口围板：高强度厚板，抗裂纹止裂性能三菱重工公司建造的三菱重工公司建造的“MOL ComfortMOL Comfort”号号，（，（8000TEU8000TEU），），20132013年年6 6月月2 27 7日，在印日，在印度洋遭遇事故断成两截度洋遭遇事故断成两截海洋工程用钢品种开发为了提高大型集装箱船特厚钢板的止裂性能，从为了
16、提高大型集装箱船特厚钢板的止裂性能，从2007年开始，年开始，日本日本NK船级社船级社联联合造船厂、钢铁公司、高校和研究机构，发布了合造船厂、钢铁公司、高校和研究机构，发布了脆性裂纹止裂设计指南脆性裂纹止裂设计指南。为了评估钢板的止裂性能，随同发布为了评估钢板的止裂性能，随同发布脆性裂纹止裂韧性脆性裂纹止裂韧性Kca测试方法测试方法国际船级社协会国际船级社协会(IACS)2013年年1月月发布发布UR W31 Application of YP47 steel plates，将，将Kca标准测试写入标准测试写入YP47钢验收要求钢验收要求同时发布的还有同时发布的还有UR S33 Require
17、ment for use of extremely thick steel plates，于于2014年年1月实施月实施、基本完全采用了、基本完全采用了NK船级社的船级社的脆性裂纹止裂设计指南脆性裂纹止裂设计指南里里Kca 的测试方法和要求。的测试方法和要求。目前该目前该Kca测试方法已经被测试方法已经被CCS、GL、ABS和和DNV等各大船级社采用等各大船级社采用。世界各国从2013年后开发，加快了集装箱船用止裂钢的研发进程。海洋工程用钢品种开发 止裂性能的提高途径 提高钢板的整体韧性水平，整体细晶化（提高有限）提高钢板的整体韧性水平，整体细晶化（提高有限）表面超细晶化，使剪切唇的比例增加，
18、使断裂从平面应剪切唇的比例增加，使断裂从平面应变状态向平面应力状态转变，提高止裂韧性（目前的研变状态向平面应力状态转变，提高止裂韧性（目前的研究热点之一）究热点之一）海洋工程用钢品种开发返温轧制工艺返温轧制工艺 在轧制过程中间中引入加速在轧制过程中间中引入加速冷却，使钢板表层温度降到冷却，使钢板表层温度降到Ac1以下，控制返红温度进以下，控制返红温度进入入Ac1Ac3之间，然后进行之间，然后进行控制轧制使表层的晶粒得到控制轧制使表层的晶粒得到细化细化海洋工程用钢品种开发(a)400(b)450(c)500(d)600(e)650(f)700表层超细化工艺表层超细化工艺l 400600的范围内的
19、范围内，都，都得到了超细晶组织得到了超细晶组织l 650 700时，晶粒明显时，晶粒明显长大长大l 为获得表面超细晶，粗轧后为获得表面超细晶，粗轧后表面迅速冷却到表面迅速冷却到600以下以下海洋工程用钢品种开发海洋工程用钢品种开发 显微组织显微组织工业试制工业试制SUF止裂钢：止裂钢：65mm厚厚细晶层厚度为细晶层厚度为57mm，平均等效直径约，平均等效直径约2m。SUFSUF海洋工程用钢品种开发 SUF钢表层(112)110，取向密度4.8 TMCP钢表层(110)001，取向密度24.6（强烈的高斯织构），不利于表面韧化的改善 SUF钢的韧脆转化温度比TMCP钢低20左右 通过通过SUF工
20、艺工艺，获得兼具表，获得兼具表面的超细晶和面的超细晶和高韧性以及整高韧性以及整体良好强韧匹体良好强韧匹配的止裂钢板配的止裂钢板。SUF止裂钢表层止裂钢表层TMCP止裂钢表层止裂钢表层海洋工程用钢品种开发 LNG,LEG,LPG用用5Ni、9Ni 钢钢p 我国LNG工业的发展对9Ni低温钢提出了迫切需求pLNG工厂pLNG储罐pLNG运输船p LNG工业十二五规划：9%Ni钢需求数十万吨，实现国产化意义重大，巨大的社会、经济效益海洋工程用钢品种开发9%Ni钢超低温韧化控制钢超低温韧化控制 开发了开发了QLTQLT工艺，获得一次工艺，获得一次和二次马氏体相间排布的细和二次马氏体相间排布的细化组织化
21、组织 产生产生8-16%8-16%稳定的逆转变奥稳定的逆转变奥氏体氏体 具有良好的具有良好的-196-196超低温韧超低温韧性和强韧匹配性和强韧匹配 工艺窗口拓宽，便于工业化工艺窗口拓宽，便于工业化批量稳定生产批量稳定生产海洋工程用钢品种开发国产化国产化9Ni钢板的应用钢板的应用海洋工程用钢品种开发5%Ni钢国产化钢国产化 LPG船上实际应用 首批500吨正在供货过程中，用于LPG船上一个4200m3半冷半压乙烯液罐的建造 第二批1500吨，用于建造一个12000m3LPG船三个液罐的建造海洋工程用钢品种开发内容提要内容提要船舶海洋工程用钢发展需求船舶海洋工程用钢发展需求关键品种技术研究开发工
22、作关键品种技术研究开发工作 大线能量焊接用钢大线能量焊接用钢 耐腐蚀油船用钢耐腐蚀油船用钢 止裂船板止裂船板 低温用钢低温用钢“十三五十三五”规划规划海洋工程用钢品种开发“政产学研检用政产学研检用”结合结合实例：大型油船实例：大型油船用耐蚀钢项目用耐蚀钢项目海洋工程用钢品种开发联盟成员单位，联盟成员单位，31家家用户行业：用户行业：中海油、中石油、中石化海工制造企业：海工制造企业：中船工业、中船重工、海油工程、中集、巨涛钢铁行业：钢铁行业：鞍钢、舞阳、宝钢、武钢、首钢、湘钢、马钢、南钢、天管、兴澄特钢、太钢等科研、高校：科研、高校：钢研院、金属所、北科大、东大应用研究：应用研究：725所、61
23、1所、管材所设计单位：设计单位：中海油研究 总院、中石化工程设计公司标准规范：标准规范：中国船级社、冶金标准院行业协会和学会：行业协会和学会：中钢协、中船协、造船学会跨行业合作平台：跨行业合作平台：政政-产产-学学-研研-检检-用用2014年年6月月14日，联盟成立大会日，联盟成立大会1.钢铁研究总院：联盟理事长、秘书处钢铁研究总院：联盟理事长、秘书处海洋工程用钢产业技术创新战略联盟海洋工程用钢产业技术创新战略联盟海洋工程用钢品种开发海洋工程用钢品种开发海洋工程用钢品种开发国家科技体制改革国家科技体制改革 中央财政科技计划（专项、基金等）布局国家重点研发计划国家科技重大专项国家自然科学基金技术
24、创新引导专项（基金）基地和人才专项海洋工程用钢品种开发新材料专项：海工特种钢及合金n 海工特种钢：包括深海平台用高强钢、钻采隔水管以及输送用海底管线等；n 深海装备用特种合金：包括深海油气钻采用无磁不锈钢，采集用超级不锈钢、耐蚀合金及钛合金等n 主要用于深海资源钻、采、集、输关键部件的制造海洋工程用钢品种开发新材料专项：海工特种钢及合金高端装备用特种钢及合金海洋工程用钢品种开发国家重点研发计划 国家发改委、工信部、科技部国家发改委、工信部、科技部 科技部科技部“十三五十三五”重点专项（重点专项（20162016年启动）年启动）“重点基础材料和新材料重点基础材料和新材料”专项（专项（2016201620202020）：）：6 6个个方向，其中包括：方向，其中包括：钢铁材料技术提升与产业升级：钢铁材料技术提升与产业升级：5 5项任务项任务高强度大规格易焊接船舶与海洋工程用钢高强度大规格易焊接船舶与海洋工程用钢2022-8-4海洋工程用钢品种开发
