陳福山

（山東鋼鐵股份有限公司濟(jì)南客服中心，山東濟(jì)南　250101）

DH36導(dǎo)管架平臺(tái)鋼板研發(fā)與生產(chǎn)

陳福山

（山東鋼鐵股份有限公司濟(jì)南客服中心，山東濟(jì)南250101）

為滿(mǎn)足導(dǎo)管架平臺(tái)鋼嚴(yán)格的成分性能要求，在C-Mn系鋼的基礎(chǔ)上添加一定量的Nb、V，通過(guò)嚴(yán)格的冶煉、連鑄、軋制和正火工藝，研制開(kāi)發(fā)了厚度60 mm DH36導(dǎo)管架平臺(tái)鋼板并進(jìn)行了批量生產(chǎn)。性能檢測(cè)及統(tǒng)計(jì)分析表明，鋼板厚度1/4處屈服強(qiáng)度≥374 MPa，組織細(xì)小均勻，韌脆性轉(zhuǎn)變溫度達(dá)到-40℃以下，焊接接頭的強(qiáng)度、韌性和止裂性能均滿(mǎn)足用戶(hù)要求。

導(dǎo)管架平臺(tái)；DH36鋼；正火；焊接性能；斷裂韌性

1　前言

隨著陸地油氣資源的日漸減少，海洋油氣的開(kāi)發(fā)成為能源投資的重要方向。由于海洋采油平臺(tái)工作環(huán)境惡劣，服役時(shí)間長(zhǎng)，人們對(duì)海洋平臺(tái)安全性比陸地構(gòu)筑物更加重視，對(duì)建造海洋采油平臺(tái)所需鋼材的要求也比陸地用鋼嚴(yán)格得多，特別是對(duì)鋼材的可焊性更加重視。

早期我國(guó)建造導(dǎo)管架采油平臺(tái)一般采用GB 712中的DH36船板，與造船用的DH36鋼沒(méi)有區(qū)別。由于在建造過(guò)程中發(fā)生一些焊接方面的事故，業(yè)主對(duì)這種鋼材的要求逐漸升級(jí)。盡管仍采用GB 712中的DH36牌號(hào)，但增加了許多特殊要求。為保證鋼的焊接性能，要求碳當(dāng)量Ceq≤0.43%、Pcm≤0.23%，這就要求C、Mn含量不能太高。而這種正火鋼要保證下屈服強(qiáng)度≥355 MPa，難度較大；而在沖擊韌性方面，保證厚度中心的橫向沖擊功也具有較高的難度。

為取得供貨資質(zhì)，業(yè)主首先要求鋼廠在研發(fā)成功的基礎(chǔ)上進(jìn)行焊接性能評(píng)價(jià)，對(duì)焊接接頭的強(qiáng)度、韌性、硬度、止裂性能進(jìn)行一系列的評(píng)價(jià)。因此該產(chǎn)品的研發(fā)具有較高難度。山鋼股份濟(jì)南分公司結(jié)合自身裝備特點(diǎn)，在C-Mn系鋼的基礎(chǔ)上添加一定量的Nb、V，通過(guò)嚴(yán)格的冶煉、連鑄、軋制和正火工藝，研制開(kāi)發(fā)了厚度60 mm DH36導(dǎo)管架平臺(tái)鋼板并進(jìn)行了批量生產(chǎn)，獲得了用戶(hù)好評(píng)。

2　成分與工藝設(shè)計(jì)

導(dǎo)管架平臺(tái)用DH36鋼與與造船用的DH36鋼相比提出了更高的要求，其區(qū)別見(jiàn)表1。

表1　導(dǎo)管架平臺(tái)用DH36鋼板與船用DH36鋼板的區(qū)別

DH36導(dǎo)管架平臺(tái)鋼板的成分設(shè)計(jì)要首先在滿(mǎn)足Pcm≯0.23%的前提下，使正火鋼板的下屈服強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。根據(jù)各種元素對(duì)鋼的強(qiáng)韌性的影響，在C-Mn系鋼的基礎(chǔ)上添加一定量的Nb、V，使鋼板獲得均勻而細(xì)化的微觀組織。表2為DH36導(dǎo)管架平臺(tái)鋼板的設(shè)計(jì)成分。

DH36導(dǎo)管架平臺(tái)鋼板生產(chǎn)工藝流程:高爐鐵水→鐵水預(yù)處理→轉(zhuǎn)爐冶煉→LF精煉→RH真空精煉→連鑄→鑄坯加熱→粗軋→精軋→鋼板冷卻→表面檢查→剪切→正火→探傷→檢驗(yàn)入庫(kù)。

表2　DH36導(dǎo)管架平臺(tái)鋼的設(shè)計(jì)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）%

為使鋼板獲得良好的綜合性能，鋼水需經(jīng)嚴(yán)格的精煉處理，以控制鋼中夾雜物和有害氣體含量。為保證鋼板厚度中心的性能，連鑄時(shí)要保證鋼水較小的過(guò)熱度，并采用輕壓下工藝，盡可能減輕鑄坯的組織偏析。

盡管后續(xù)有正火處理，鋼的軋制工藝仍采用低溫大壓下以獲得均勻細(xì)化的組織，以保證鋼板厚度中心的韌性，厚度60 mm鋼板的開(kāi)軋溫度一般控制在860℃以下，終軋溫度在820～840℃。正火時(shí)要使組織充分奧氏體化，正火溫度控制在910℃。

3　鋼板試制結(jié)果分析

3.1鋼板力學(xué)性能及沖擊韌性

通過(guò)嚴(yán)格的冶煉、連鑄、軋制和正火工藝，試制的厚度60 mm DH36導(dǎo)管架平臺(tái)鋼板獲得了良好的綜合性能。取樣位置為1/4t（t為鋼板厚度）處，強(qiáng)度檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3，韌性檢驗(yàn)情況見(jiàn)表4。

表3　試制DH36鋼板力學(xué)性能

表4　試制DH36鋼板系列溫度沖擊韌性

由表4可以看出，試制鋼板的沖擊韌性達(dá)到了較高的水平，-40℃厚度中心的橫向沖擊功也在200 J左右，根據(jù)3#樣厚度中心的系列溫度沖擊功做韌脆性轉(zhuǎn)變曲線，見(jiàn)圖1?？芍摪宓捻g脆性轉(zhuǎn)變溫度在-50℃左右。

圖1　試制DH36鋼板韌脆性轉(zhuǎn)變曲線

3.2鋼板焊接性能

根據(jù)業(yè)主要求，對(duì)試制鋼板分別采用7、10和50 kJ/cm的熱輸入能量進(jìn)行埋弧焊（SAW）焊接試驗(yàn)，分別檢驗(yàn)鋼板焊接接頭的強(qiáng)度、沖擊韌性、硬度和CTOD起裂值等指標(biāo)。經(jīng)檢驗(yàn)，試板各項(xiàng)指標(biāo)全部符合要求。以熱輸入能量50 kJ/cm為例，焊接工藝參數(shù)見(jiàn)表5。

表5　DH36焊接試板SAW焊接工藝參數(shù)

試板以表5工藝參數(shù)焊接后，分別制取焊態(tài)和消應(yīng)力處理（580℃×4 h）狀態(tài)拉伸、沖擊檢驗(yàn)試樣。兩個(gè)拉伸試樣斷裂位置均在基體，焊態(tài):Rm分別為530、525 MPa；消應(yīng)力狀態(tài)Rm均為515 MPa。沖擊韌性檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。

表6　DH36試板焊接接頭沖擊韌性

3.3鋼板斷裂性能

在對(duì)多次海洋結(jié)構(gòu)物服役期間發(fā)生安全事故原因分析的基礎(chǔ)上，業(yè)主對(duì)其斷裂安全性提出新的要求。一般采用基于斷裂力學(xué)的韌性評(píng)價(jià)方法—裂紋尖端張開(kāi)試驗(yàn)（CTOD）評(píng)價(jià)鋼板的斷裂韌性。試驗(yàn)按照歐標(biāo)EN10225標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為在焊態(tài)、消應(yīng)力處理狀態(tài)下-10℃時(shí)焊接接頭各部位的起裂韌性特征值不低于0.15 mm。熱輸入能量在50 kJ/cm時(shí)，DH36鋼板CTOD特征值見(jiàn)表7，可以看出，DH36試板的CTOD特征值均有較大余量，說(shuō)明鋼板具有良好的止裂韌性。

表7　-10℃時(shí)DH36試板CTOD特征值mm

3.4鋼板金相組織

對(duì)DH36鋼板在其寬度1/4處取樣進(jìn)行金相檢驗(yàn)，鋼板金相組織見(jiàn)圖2。

金相檢驗(yàn)可以看出:鋼板整體組織較為細(xì)小，但是因?yàn)殇摪搴穸容^大，在軋制過(guò)程中由于道次壓下量的限制，導(dǎo)致變形力無(wú)法滲透到心部，從而導(dǎo)致鋼板在1/4厚度處至心部存在帶狀組織。雖然經(jīng)過(guò)較高溫度的正火，但是仍不能完全消除帶狀組織。表面部分以針狀鐵素體為主，同時(shí)存在少量的不規(guī)則塊狀鐵素體（見(jiàn)圖2a）；厚度1/4處存在帶狀組織，鐵素體及珠光體帶間距較小，同時(shí)塊狀鐵素體明顯增多，但是仍然存在部分針狀鐵素體（見(jiàn)圖2b）；心部主要為塊狀鐵素體，其體積明顯較1/4處大，同時(shí)帶狀組織較為明顯（見(jiàn)圖2c）。

圖2　試制DH36鋼板金相組織

因鋼板晶粒較為細(xì)小，從而保證了在-20℃及-40℃時(shí)鋼板良好的沖擊韌性，但是帶狀組織的存在容易降低鋼板的強(qiáng)度，導(dǎo)致其強(qiáng)度指標(biāo)比下限僅高30～60 MPa。

4　批量生產(chǎn)情況

鋼板研發(fā)成功后，按照業(yè)主的要求完成各項(xiàng)性能的評(píng)定，具備供貨資質(zhì)后，開(kāi)始進(jìn)行批量生產(chǎn)，至今已經(jīng)生產(chǎn)了近8萬(wàn)t。批量生產(chǎn)的質(zhì)量達(dá)到了較高水平，圖3為批量生產(chǎn)鋼板的強(qiáng)度、韌性統(tǒng)計(jì)直方圖。

圖3　批量生產(chǎn)DH36鋼板強(qiáng)度韌性統(tǒng)計(jì)情況

與造船用DH36鋼板相比，用于導(dǎo)管架平臺(tái)建造的DH36鋼板具有更加嚴(yán)格的成分、性能要求。鋼板試制時(shí)采用嚴(yán)格的爐外精煉處理，保證獲得純凈的鋼水和優(yōu)良內(nèi)部質(zhì)量的連鑄坯。通過(guò)嚴(yán)格的軋制與熱處理工藝，獲得均勻細(xì)化的鋼板晶粒組織，使試制鋼板達(dá)到較高的性能水平，韌脆性轉(zhuǎn)變溫度達(dá)到-40℃以下，焊接接頭的強(qiáng)度、韌性和止裂性能均達(dá)到用戶(hù)要求。

Abstrraacctt::In order to meet the strict requirements for composition and performance of steel plate used on jacket platform，the DH36 Steel Plate with 60mm thickness is developed.By adding a certain amount of Nb and V alloy into C-Mn series steel，the strict process of smelting，continuous casting，rolling and normalizing were applied.Properties tests and statistical analysis shown that the yield strength on 1/4 thickness of this kind of plate is more than 374 MPa，microstructure is refine and union.The DBTT is lower than-40℃，the strength，ductility and crack arrest property of welding joints can all meet the requirements of customers.

Key worrddss::jacket platform；DH36 steel plate；normalization；welding property；fracture toughness

Research and Production of DH36 Steel Plate for Jacket Platform

CHEN Fushan
（Jinan Customer Service Center of Shandong Iron and Steel Co.，Ltd，，Jinan 250101，China）

TG142.3

A

1004-4620（2016）05-0007-03

2016-05-30

陳福山，男，1980年生，2002年畢業(yè)于東北大學(xué)材料成型專(zhuān)業(yè)和冶金專(zhuān)業(yè)，雙學(xué)士?，F(xiàn)為山鋼營(yíng)銷(xiāo)總公司濟(jì)南客服中心交付主管，工程師，從事產(chǎn)銷(xiāo)銜接、交付和新產(chǎn)品的管理技術(shù)工作。