460MPa级海洋平台用钢的高温塑性研究_袁慎铁_赖朝彬_陈英俊_熊文名_罗小兵

460MPa 级海洋平台用钢的高温塑性研究

袁慎铁1,

赖朝彬1,

陈英俊2,

熊文名2,

罗小兵3

（1.江西理工大学冶金与化学工程学院，江西赣州341000；2.新余钢铁集团技术中心，江西新余338000；

3.钢铁研究研究总院工程用钢研究所，北京100081）

摘要：通过Gleeble-1500D 热模拟机来进行EQ47（460MPa ）钢的高温塑性研究，以1×10－3/s 的变

形速率，在600～1350℃的温度区间内以每50℃取一间隔做一组高温塑性试验.结果表明：在907～

1270℃之间，断面收缩率均高于60%，钢的高温塑性良好，温度高于1270℃时，断面收缩率急剧下

降，第Ⅲ脆性区在667～907℃之间，在此温度区间内存在明显的塑性低谷，断面收缩率最低值为29.44%.

关键词：海洋平台用钢；高温塑性；脆性区间中图分类号：TF761.2

文献标志码：A

Hot ductility behavior of 460MPa grade steel plate used for offshore platform

YUAN Shen-tie 1,LAI Chao-bin 1,CHEN Ying-jun 2,XIONG Wen-ming 2,LUO Xiao-bing 3

(1.School of Metallurgical and Chemical Engineering,Jiangxi University of Science and Technology,Ganzhou 341000,China;

2.Technology center of Xinyu Iron and Steel Group Co.Ltd.,Xinyu 338000，China;

3.Iron &Steel Research Institute of Engineering,Steel Research General Institute,Beijing 100081,China)

Abstract ：The hot ductility behavior of Steel EQ47was investigated by Gleeble-1500D hot simulator at the temperature range of 600～1350℃per 50℃through high temperature tensile test at a constant true strain rate of 1×10－3s －1.The section reduction rate is more than 60%at the temperatures of 907～1270℃;tensile sample showed a good ductility;the third brittle zone is at the temperature of 666～907℃.The minimum reduction rate was 29.44%with poor ductility.

Key words:steel plate used for offshore platform;hot ductility behavior ;brittle zone

收稿日期：2013－09－25

基金项目：“十一五”国家科技支撑计划重点项目（2008bae68b00）；“赣鄱英才555工程”领军人才培养计划资助项目作者简介：袁慎铁（1986－），男，硕士研究生，主要从事海洋平台钢方面的研究，E-mail ：1045092667@https://www.wendangku.net/doc/0517888803.html,.通信作者：赖朝彬（1964－

），男，博士，教授，主要从事钢的新品种开发研究，E-mail ：lcb5115@https://www.wendangku.net/doc/0517888803.html,.

0前言

海洋平台作为人类开发海洋资源的重要超大型钢结构，支撑着各种设备的总质量超过数百吨[1]，由于石油资源短缺和油价的上涨，使得海洋工程用钢的需求量不断提高[2]，所以对海洋平台用钢的质量要求越来越高.

建造海洋平台用的钢板主要为360MPa 级，少量

的为400MPa 级和极少量的超高强度船板[3]，460MPa

级海洋平台钢的级别可达到460MPa.460MPa 级海洋平台用钢板是船级社规范中结构用高强度淬火回火钢，具有良好的力学性能和焊接性能，广泛应用于海洋平台建造.

但在460MPa 级海洋平台用钢的连铸生产过程中，浇注温度、拉速、二冷水、顶弯、矫直等工艺因素都会影响其连铸坯生产的质量，可能使其产生偏析、裂纹、中心、缩孔、疏松等[4]，有统计表明:在连铸过程中，

文章编号：1674-9669（2014）01-0037-05DOI ：10.13264/https://www.wendangku.net/doc/0517888803.html,ki.ysjskx.2014.01.007

有色金属科学与工程

第5卷第1期2014年2月

Vol.5，No.1Feb.2014

Nonferrous Metals Science and Engineering

凝固坯壳产生裂纹缺陷所占比例达连铸坯主要缺陷的一半以上[5]，而钢的高温力学性能是铸坯裂纹产生的最根本的影响因素之一[6-8].460MPa 级海洋平台用钢是低碳微合金钢，低碳微合金钢在连铸工程中容易产生横向裂纹和角裂纹等表面缺陷[9].对460MPa 级海洋平台用钢的高温塑性进行研究，旨在减少和防止裂纹的产生[10]，为保证460MPa 级海洋平台用钢表面质量并提供参考依据[11]，给连铸过程提供最佳工艺参数从而达到提高钢的表面质量[12]和优化生产工艺的目的.

1

试验材料和方法

本实验钢种试样取自某钢铁公司的抗拉强度为

460MPa 级海洋平台用钢EQ47钢种，EQ47钢的化

学成分如表1所示.取样的方向与连铸坯方向垂直，要求尽量避开表面裂纹和中心偏析的位置，依据设备要求，把所取的试验钢材加工成Φ10mm ×110mm ，两头为M10mm ×1.5mm 的螺纹的标准圆柱形拉伸试样.

表1

EQ47钢的化学成分/％

Si Mn P S Cr Ni Cu Nb V T i Mo Alt B N 0.25

1.25

≤0.010

≤0.002

0.18

0.20

≤0.35

0.025

0.035

0.015

0.20

0.040

0.0015

≤0.0045

C 0.12

元素含量

本高温塑性研究试验在Gleeble-1500D 热模拟试验机完成.试验方案如图1所示，在Gleeble-1500D 热模拟试验机上以10℃/s 速度加热到1350℃，以保证全部奥氏体化，保温3min ，以均匀温度促进析出相溶解，然后以3℃/s 冷却至试验温度，在该温度下保温

1min 后，再以1×10－3/s 应变速率进行拉伸直至断裂.

变形的温度点分别为600℃、650℃、700℃、750℃、

800℃、850℃、900℃、950℃、1000℃、1050℃、1100℃、1150℃、1200℃、1250℃、1300℃、1350℃.

2

试验结果和分析

2.1

高温塑性试验数据分析

根据试验完成后所测的EQ47钢高温塑性试验

数据，可画出高温塑性曲线图，如图2所示.钢的断面收缩率可表征钢的高温塑性，大于60%的定为高塑性，连铸坯不易产生裂纹;低于60%定为低塑性.连铸坯易产生裂纹，由图2可知，在907～667℃的温度区

间中，钢的塑性出现明显的降低，其形状呈V 字形，最低的断面收缩率为29.44%.此为第Ⅲ脆性区.在第Ⅲ脆性区内矫直，铸坯会产生裂纹.所以在连铸的生产过程中，要避开第Ⅲ脆性区域，温度要控制在

907℃之上.当温度到达1270℃时，其塑性接近60%，当温度高于1270℃时，塑性急剧下降，此为第Ⅰ脆性区，第Ⅰ脆性区是无法避免的.第Ⅰ脆性区的脆化

原因一般是由于在树枝晶的界面存在残存的液相薄膜，这些液相薄膜可以使晶界熔化，从而导致了脆化.有研究者表明，当试验应变速率小于1×10-2/s 时，不会出现第Ⅱ脆性区，EQ47钢没出现第Ⅱ脆性区.

抗拉强度可以表征铸坯抵抗平均塑性变形的最

大应力，可以作为衡量铸坯是否产生裂纹的判断依据和变形能力重要参数.由铃木等[13]的研究报告及图2中高温强度曲线可知：将拉伸试验中实验温度600～

650℃，试样的抗拉强度不变，都是317.86MPa.实验温度600℃后抗拉强度快速下降.从600℃的317.86MPa 降到1350℃的13.22MPa.2.2金相组织和分析

由于不同的组织，钢的强度，塑性就不同，对

750℃、900℃、1150℃、1350℃代表性试样进行金相分析.

由图3可知，图3（a ）的金相组织主要为白色铁素体和较多的贝氏体，图3（a ）是试样在750℃下拉断试样的金相组织，此试样由图2可知其断面收缩率为29.44％，为最低点.此金相组织正好和高温状

态下的薄膜状铁素体组织和奥氏体组织相对应，薄膜铁素体沿晶界析出，强度比较低，会引起两相区脆化，这种状态下会优先析出α铁素体，α铁素体的强度仅为奥氏体的1/4[14]，而应力下的变形主要集中在沿奥氏体分布的铁素体相中，当应力超过铁素

温度

时间

1350℃3min

3℃/s

1min

10℃/s

1×10-3/s

图1高温塑性试验工艺

有色金属科学与工程

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（a ）EQ47-750×500

（b ）EQ-47-900×500

（c ）EQ-47-1150×500

（d ）EQ-47-1350×500

20μm

20μm

20μm

20μm

图3EQ-47钢在不同温度下的金相组织

图2EQ47高温塑性曲线

350300

250200150100500100

80

60

40

20

抗拉强度/M P a

断面收缩率/%

500

600700800

90010001100120013001400温度/℃

断面收缩率

抗拉强度

体所能承受的强度时，这时会产生微小的空洞，孔洞，裂纹的聚合长大，最后很易导致晶界断裂.图3（c ）的金相组织主要为均匀的马氏体组织，此试样的断面收缩率由图2可知为91.00％.图3（b ）的金相组

织主要为粗大马氏体组织，此试样的断面收缩率由图2可知为58.00％.图3（d ）的金相组织主要为珠光体和铁素体组织，此试样的断面收缩率由图2可知为0.

2.3断口分析

对750℃、900℃、1150℃、1350℃代表性试样

进行端口形貌分析.图4是代表性试样的断口形貌图.图4（a ）为EQ47钢在750℃时拉伸断口的形貌，断

口呈冰糖状，为典型沿晶脆性断裂，而且在晶界处有空洞，可以说明在此温度下钢表现出弱的塑性，由图3（a ）可知，750℃温度点时，钢表现出弱的塑性是因为铁素体沿奥氏体晶界析出造成的.随着拉伸温度

袁慎铁，等：460MPa 级海洋平台用钢的高温塑性研究

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（b ）EQ47-900×100μm

（a ）EQ47-750×100μm

（d ）EQ47-1350×100μm

（c ）EQ47-1150×100μm

图4EQ-47钢在不同温度下的断口形貌

10μm

10μm

10μm

图5EQ-47钢在900℃的断口形貌的能谱分析

K C n t

能量/KeV

4.6

3.62.7

1.8

0.9

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

8.0

9.0

10.0

11.0

C

Fe

Si

S

Cr Mn

Fe

的提高，在900℃时，断口形貌如图4（b ）出现一些小而浅的韧窝，是穿晶断裂和沿晶断裂的两种组合，其能谱分析见图5所示.在晶界处发现硫化物夹杂，硫化物夹杂会降低晶间的强度[15]，这是导致断口形貌存在沿晶断裂的原因.随着拉伸温度的继续提升，在

1150℃时，断口形貌图如图4（c ），出现了较大和较深的韧窝，断面收缩率高于90%，是穿晶断裂，这个

温度区间的高温塑性受两方面的影响，第一个方面是试样在拉伸试验的过程中，由于发生晶界滑移而阻止裂纹的聚合长大，这样提高了钢的高温塑性；第二方面的原因是在此温度区间内，有液相存在，又发生动态再结晶，会提高钢的高温力学性能[16].在1350℃时，断口形貌如图4（d ）所示，为沿晶断裂，晶界出现空洞，表面平整，塑性极差，断面收缩率为零.

200.0nm

有色金属科学与工程

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袁慎铁，等：460MPa级海洋平台用钢的高温塑性研究第5卷第1期

3结论

（1）以1×10－3/s的变形速率进行单道次拉伸试验时，460MPa级海洋平台用钢的高温塑性图如图2所示.在907～1270℃之间，断面收缩率均高于60%，钢的高温塑性良好，温度高于1270℃时，断面收缩率急剧下降，第Ⅲ脆性区在667～907℃之间.

（2）第Ⅲ脆性区的断裂方式有穿晶断裂，但主要是沿晶断裂，钢的高温塑性较差，出现高温塑性低谷，最低的断面收缩率为29.44％，主要原因是铁素体沿奥氏体晶界析出造成的，所以在连铸的实际生产中，要避免第Ⅲ脆性区，温度要控制在塑性良好区温度范围之内.

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41

耐热金属材料发

耐热金属材料发

————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期： 2

3 耐热金属材料的发展 耐热金属材料是在高温下使用的金属材料。一般来说，加工硬化的金属被加热到某一温度以上，变形的晶格产生变化，发生再结晶，这个温度就是再结晶温度。金属的再结晶温度约为金属熔点温度的1/2（绝对温度）。耐热金属材料主成分金属的熔点和再结晶温度见表1。 金属材料承担保证结构件强度的作用，一般采用为提高强度添加合金元素的合金金属材料。合金金属材料的温度达到纯金属再结晶温度时不立即发生软化，例如，Ni 基超合金在大大超过纯金属Ni 再结晶温度（如在1000℃左右）的 条件下，可以连续使用数万小时。 1 耐热金属材料的特性要求 对耐热金属材料要求的特性是多种多样的，见表2。对不同用途的耐热金属材料所要求的特性是不同的，其中必须具备的特性是高温抗氧化性、耐蚀性、足够的强度以及加工性和低成本。广泛使用的高温金属材料是以Fe 、Ni 、Co 为主成分的合金。 1.1 抗氧化性和耐蚀性的耐热涂层 除了高温大气环境，还有多种高温环境下的氧化和腐蚀问题。这些氧化和腐蚀不仅是材料的表面现象，而且会深入到材料内部，特别是会发生沿晶界的晶界侵蚀现象。Fe 、Ni 、Co 在纯金属状态下，不具有足够的抗高温氧化性和高温耐蚀性。为满足不同的使用要求进行了大量的研究。 火力发电用钢的使用期限要求是10 万小时或10 年，按照这个 表1 耐热金属材料主成分金属的熔点和再结晶温度 金属 Mg Al Cu Ni Co Fe Ti Nb Mo W 熔点，℃ 650 660 1085 1455 1495 1583 1670 2469 2623 3422 再结晶温度，℃ 189 194 406 591 611 633 699 1098 1175 1575 表2 对耐热金属材料要求的特性 物理性能 熔点、密度、热传导率、热膨胀系数、扩散速度等 化学性能 在含有高温空气、水蒸气CO 、CO2、H2S 等的各种燃烧废气、熔融盐及其他环境下具有抗氧化性、耐蚀性和氧化层密着性等。 力学性能 高温下的强度、延性、韧性，蠕变强度、疲劳强度、、抗热疲劳性、抗热震性、在高温下长 期使用的稳定性等。 加工制造性 能够进行熔炼、铸造、锻造、轧制、焊接、烧结，制造成所要求的形状尺寸的部件。 经济性 原料费、加工费低廉，制造的工艺低成本化。

新型海洋工程用系泊链钢组织与性能研究.

目录 目录 摘要 .................................................................................................................................... V Abstract ................................................................................................................................. V I 第1章绪论 (1) 1.1 引言 (1) 1.2 系泊链的国内外发展状况 (2) 1.2.1 系泊链的制链工艺及性能要求 (2) 1.2.2 国内系泊链的发展现状 (2) 1.2.3 国外系泊链的发展现状 (4) 1.2.4 系泊链的发展前景 (4) 1.3 系泊链对相关产业的带动 (5) 1.4 合金元素在系泊链钢中的作用 (6) 1.4.1 碳的作用 (6) 1.4.2 硅的作用 (6) 1.4.3 锰的作用 (6) 1.4.4 铬的作用 (6) 1.4.5 钼的作用 (7) 1.4.6 镍的作用 (7) 1.4.7 铝和铌的作用 (7) 1.5 提高钢铁材料力学性能的方法 (7) 1.5.1 形变诱导相变细化晶粒 (8) 1.5.2 形变热处理细化晶粒 (8) 1.5.3 合金化细化晶粒 (8) 1.5.4 循环加热淬火细化晶粒 (9) 1.6 课题的重要意义及创新性 (9) 1.6.1 课题意义 (9) 1.6.2 课题创新性 (10) 1.7 课题的主要研究内容与目标 (10) 1.7.1 研究内容 (10) 1.7.2 研究目标 (10) 第2章实验材料与方法 (11) 2.1 实验材料 (11) 2.2 实验标准及仪器 (11) 2.3 实验方法手段 (11) 2.3.1 DTA相变点测试 (11) 2.3.1 淬透性实验 (12) 2.3.2 热处理工艺试验 (12) 2.3.3 力学性能测试 (13) 2.3.4 回火脆性试验 (15) 2.3.5 显微组织观察 (16) 第3章DTA相变点测试和淬透性实验 (17) 3.1 DTA相变点测试 (17)

论海洋平台钢结构的加工设计

论海洋平台钢结构的加工设计 本篇论文主要论述海上石油钻井平台钢结构的加工设计，论文中将以实际项目为例，介绍加工设计的整个过程以及相关软件的应用方法，目的在于提高设计人员的工作效率、减少错误的发生。论文包括如下几个部分：一、工况概述；二、建造方案；三、加设图；四、单件图与排版图。 标签：型材；有限元；板材；吊点；吊装 1工况概述 海上石油钻井平台是以钢结构为主体的多专业协同工作的采油平台，在加工设计阶段，由于详细设计已经基本绘制了结构图纸，加工设计只需要制定施工方案，完成图纸杆件的标号和每个杆件的单件图和排版图的绘制。本篇论文以平台改造项目为例，论述加工设计的基本方法和工作思路。 工况概述：平台改造项目的目的是为了在平台上增加一台设备，以更好的进行原油处理，减少资源浪费。该设备重70吨外形尺寸为长2米宽12米，放置于平台东侧，目前设备就位区没有结构，需要增加结构放置设备。 详细设计已经提供结构平面图和节点图。 大梁选用H588X300X12X20的H型钢，小梁选用H300X300X10X15的H 型钢，材料为Q345B，甲板板选用8毫米厚的碳素结构钢材质为Q235B，选择直径为273毫米壁厚为10毫米的20#钢的无缝钢管。节点板选用13毫米厚的碳素结构钢材质为Q345B。 2 建造方案 加工设计的建造方案主要是甲板片的预制方案，吊装方案等。预制方案一般用正造法或者反造法。 正造法是在建造场地上放置垫敦，将甲板片放置于垫敦上建造。 反造法是在车间里翻转建造，将甲板板平铺于水泥地上划线并翻转组对梁格，最后翻身。 由于反造法不像正造法那样需要高度调整，划线也很容易，所以组对迅速，建造效率很高，所以只要建造方有车间资源我们就首选反造法。但是反造法需要设计人员制作翻身方案，所以增加了加工设计人员的工作量。 甲板片预制的技术要求如下：

宝钢海洋工程用钢的发展与应用20140624

宝钢海洋工程用钢的发展与应用 文章来源：铁诺咨询 2014-06-24 1、前言 随着全球经济的复苏和不断增长，石油消费需求不断增加，为世界石油工业带来巨大的发展机遇，同时也促进了全球油气勘探与开发利用。海洋油气成为重要能源，海洋油气开发利用为海洋油气工程装备的发展提供了巨大机遇，海洋油气工程装备已经成为造船业利润的新增长点。 海上采油设备主要有FPSO、TLP、SPAR等，它们与主要钻井设备（如自升式钻井平台、半潜式钻井平台、钻井船等）一样，也是当前各国开采海洋油气的主要装备。随着生产和技术的不断发展，这些海洋工程装备也逐渐向大型化、深水化方向发展。建造这些海洋工程装备所需要的强度等级、韧性等级及厚度、尺寸精度要求不断提高。 目前，宝钢每年有70~100万吨以上的船板及海洋平台用钢，品种涵盖了一般强度等级及高强度、高韧性等级，厚度规格从6mm~178mm，采用普通轧制AR、正火、TMCP/TM、调质等不同方式生产，为国内外重大工程如30万吨超大型油轮、8530标准箱集装箱船、海洋FPSO981、400英尺自升式海洋平台、半潜式海洋平台及海底管线等工程供货。批量产品在性能稳定性、板形及表面质量方面不仅全面满足用户的使用要求，而且各项指标达到国际先进水平。 本文全面总结了宝钢海洋工程用钢的研制生产及应用情况。 2、宝钢海洋工程用钢的生产工艺特点 宝钢的生产装备、工艺技术、精细化管理为海洋工程用钢的研制和产业化提供了可靠的支撑及保障。 宝钢的炼钢设备及工艺条件保证了钢质的纯净度及优良的板坯内质。宝钢运用先进的炼钢设备和技术，通过铁水脱硫、转炉脱磷和炉外精炼设备RH-MFB、LF、RH-OB、KIP/CAS进行纯净钢的冶炼，钢水的化学成分控制稳定，波动小，使钢水纯净度能够达到[S]≤10ppm、[P]≤50ppm、[O]≤20ppm、[H]≤1.5ppm 的世界一流水平。通过电磁搅拌、轻压下技术，有效控制中心偏析、夹杂物、疏松和内裂，中心偏析可以稳定控制在M20级以下，低倍内裂、三角区裂纹、角裂、夹杂及黑点等缺陷可以控制在≤10级，铸坯冶金质量好。同时，宝钢具有连铸和模铸的生产工艺，连铸坯的最大厚度为300mm，模铸最大30吨，保证了生产不同厚度钢板的压缩比，特别是100mm以上特厚海洋工程用钢采用模铸坯生产，多次热变形的工艺保证特厚钢板心部的充分变形，保证厚度截面性能的均匀性。 宝钢的厚板生产设备工艺保证了海洋工程用的优良性能、板形及表面质量。5米厚板厂主作业线设备由德国SMS和SIE提供，广泛采用当今厚板领域最新技术及装备，包括高精度轧制技术、TMCP技术、强力矫直自动化控制技术、自动化剪切技术、在线自动化探伤技术、无氧化热处理技术、预矫直机、综合板型测量仪、自动标记等，以满足用户对高等级厚钢板的高尺寸精度、高性能的要求。5m宽厚板轧机由德国C VCplus四辊可逆式轧机，工作辊直径1210~1100mm，支撑辊直径2300~2100，最大轧制力为100000kN，最大扭矩4298kNm，轧机后配备加速冷却设备，可以进行直接淬火工艺，冷却速度可控。轧机采用高精度设定模型，实现多点设定、道次间自适应，多功能AGC控制技术及CVCPLUS板型控制技术，获得良好平面形状。钢板不平度≤2mm/m，5mm/全长。精轧机采用绝对AGC及近置式测厚仪的监控AGC，实现高厚度精度控制，钢板厚度同板差≤0.5mm。

高温合金切削特点

切削特点 a、切削力大：比切削45号钢大2～3倍。 b、切削温度高：比切削45号钢高50％左右。 c、加工硬化严重：切削它时的加工表面和已加工表面的硬度比基体高50～100％。 d、刀具易磨损：切削时易粘结、扩散、氧化和沟纹磨损。 刀具材料 a、高速钢：应选用高钒、高碳、含铝高速钢。 b、硬质合金：应采用YG类硬质合金。最好采用含TaC或NbC的细颗粒和超细颗粒硬质合金。如YG8、YG6X、YG10H、YW4、YD15、YGRM、YS2、643、813、712、726等。 c、陶瓷：在切削铸造高温合金时，采用陶瓷刀具也有其独特的优越性。 刀具几何参数 变形高温合金(如锻造、热轧、冷拔)。刀具前角γ0为10°左右；铸造高温合金γ0为0°左右，一般不鐾负倒棱。刀具后角一般α=10°～15°。粗加工时刀倾角λs为-5°～-10°，精加工时λs =O～3°。主偏角κr为45°～75°。刀尖圆弧半径r为0.5～2mm，粗加工时，取大值。 切削用量 a、高速钢刀具：切削铸造高温合金切削速度Vc为3m/min左右，切削变形高温合金Vc=5～10m/min。 b、硬质合金刀具：切削变形高温合金Vc：40～60m/min；切削铸造高温合金Vc=7～10m/min。进给量f和切削深度αp均应大于0.1mm，以免刀具在硬化后的表面进行切削，而加剧刀具磨损。 切削液 粗加工时，采用乳化液、极压乳化液。精加工时，采用极压乳化液或极压切削油。铰孔时，采用硫化油85～90％+煤油10～15%，或硫化油(或猪油)+CCl4。高温合金攻丝十分困难，除适当加大底孔直径外，应采用白铅油+机械油，或氯化石蜡用煤油稀释，或用MoS2油膏。 高温合金钻孔

海工钢结构总结

主要研究对象：海上固定式平台、悬浮式平台、发电机组支撑 现下研究： 节点断裂疲劳、结构动态分析（动荷载定量描述、结构动态模型） 疲劳寿命研究：S-N曲线模式、断裂力学模式（用于全寿命预测有一定局限）、损伤力学（新兴固体力学分支、夏波希模型） 中国海洋总院谢彬等：基于SESAM软件，依据Miner准则，应用疲劳谱分析方法，评估平台在中国南海环境条件下典型节点的结构强度和疲劳寿命，提出简化疲劳分析法。 哈工大章海亮等：基于辐射-绕射理论用AQWA计算各工况下所受波浪荷载，利用AQWAWA VE把水动力荷载传递给ANSYS有限元模型，筛选应力集中关键节点，然后利用S-N曲线热点应力法和累积损伤原理对关键节点进行疲劳寿命分析。 英近海钢结构疲劳断裂研究工作，UCL、ICST、格拉斯哥大学 疲劳分析的断裂力学法： 1、在模拟使用荷载和环境条件下管状焊接接头中疲劳裂纹扩展； 2、建立典型接头疲劳寿命估算的断裂力学法； 3、建立适用于近海钢材在典型几何条件下的断裂判据。 试验研究： 华东石油学院海上石油钻探设备研究室提供的STTS程序，制成随机波浪谱，MTS材料试验机中GAUSS软件模拟平稳的高斯随机过程，与海浪波面随机过程相一致。 海洋发电机组支撑结构波浪力分析： 利用ABAQUS用户子程序编制程序，计算分析受到的波浪力，使用三维梁建模，应用线性波模拟海浪，基于莫里森方程（计算波浪里的理论经验公式）和数值积分方法，分析桩柱性支撑结构上的波浪荷载，计算支撑结构的位移应力变化。 杂志： 《钢结构》、《振动与冲击》、《海洋工程》、《中国海洋平台》 《Journal of Structural Engineering》、《Journal of Constructional Steel Research》、《Marine of Structures》、《Springer》 会议论文： 全国钢结构学术年会、中国钢结构协会海洋钢结构分会、Asme International Conference onOcean 可能研究方向： 结构风振在海洋钢结构中少有涉及，输电塔、电视塔的结构风振，海浪与风的联合作用？？结构阻尼器的作用、安装方式？？

(新)耐热钢及高温合金_

耐热钢及高温合金 耐热钢及高温合金 各种动力机械，加热电站中的锅炉和蒸汽轮机、航空和舰艇用的燃汽轮机以及原子反应堆工程等结构中的许多结构件是在高温状态下工作的。工作温度的升高，一方面影响钢的化学稳定性；另一方面降低钢的强度。为此，要求钢在高温下应具有 (1)抗蠕变、抗热松弛和热疲劳性能及抗氧化能力 (2)在一定介质中耐腐蚀的能力以及足够的韧性 (3)具有良好的加工性能及焊接检 (4)按照不同用途有合理的组织稳定性。 耐热钢是指在高温下工作并具有一定强度和抗氧化耐腐蚀能力的钢种，耐热钢包括热稳定钢和热强钢。热稳定钢是指在高温下抗氧化或执高温介质腐蚀而不破坏的钢种，如炉底板、炉栅等。它们工作时的主要失效形式是高温氧化。而单位面积上承受的载荷并不大。热强钢是指在高温下有一定抗氧化能力并具有足够强度而不产生大量变

形或 断裂的钢种，如高温螺栓、涡轮叶片等。它们工作时要求承受较大的载荷，失效的主要原因是高温下强度不够。 1 钢的热稳定性和热稳定钢 一、钢的抗氧化性能及其提高途径 工件与高温空气、蒸汽或燃气相接肽表面要发生高温氧化或腐蚀破坏。因此，要求工件必须具备较好的热稳定性。 除了加入合金元素方法外，目前还采用渗金属的方法，如渗Cr、渗Al或渗Si，以提高钢的抗氧化性能。 二、热稳定钢 热稳定钢(又称抗氧化钢广泛用于工业锅炉中的构件，如炉底板、马弗罐、辐射管等这种用途的热稳定钢有铁素体F型热稳定钢和奥氏体A型热稳定钢两类。 F型热稳定钢是在F不锈钢的基础上进行抗氧化合金化而形成的钢种、具有单相F基体，表面容易获得连续的保护性氧化膜。根据使用

温度，可分为Cr13型钢、Cr18型钢和Cr25型钢等。F型热稳定钢和F不锈钢一样，因为没有相变，所以晶粒较粗大，韧性较低，但抗氧化性很强。 A型热稳定钢是在A型不锈钢的基础上进一步经Si、Al抗氧化合金化而形成的钢种。A型热稳定钢比F型热稳定钢具有更好的工艺性能和热强性。但这类钢因消耗大量的Cr、Ni资源，故从50年代起研究了Fe-Al－Mn系和Cr－Mn-N系热稳定钢，并已取得了一定进展。 2 金属的热强性 一、高温下金属材料力学性能特点 在室温下，钢的力学性能与加载时间无关，但在高温下钢的强度及变形量不但与时间有关，而且与温度有关，这就是耐热钢所谓的热强性。热强性系指耐热钢在高温和载荷共同作用下抵抗塑性变形和破坏的能力。由此可见在评定高温条件下材料的力学性能时，必须用热强性来评定。热强性包括材料高温条件下的瞬时性能和长时性能。 瞬时性能是指在高温条件下进行常现力学性能试验所测得的性能指标。如高温拉伸、高温冲击和高温硬度等。其特点是高温、短时加载，一般说来瞬时性能P是钢热强性的一个侧面，所测得的性能指标一般

高性能海洋工程用钢的研究与开发

高性能海洋工程用钢的研究与开发 本论文基于我国高性能海洋材料的发展需要,针对高强海洋工程用钢屈强比高、可焊性差和特厚钢板低温韧性不稳定等问题,开展460MPa级低屈强比海洋工程用钢和690MPa级低碳高韧性海洋工程用钢的成分设计、组织演变规律、组织与性能调控等原理研究,探索以多相组织调控来降低460MPa级别特厚海洋工程用钢的屈强比,提高低温韧性,改善焊接热影响区韧性的技术路线与工艺原理;以及利用低碳微合金化+优化调质工艺来提高690MPa级别特厚海洋工程用钢的低温韧性和焊接性的技术路线与工艺原理;开发了460MPa特厚低屈强比海洋工程用钢和690MPa低碳高韧性海洋工程用钢并实现了工业化推广。460MPa级特厚低屈强比海洋工程用钢工艺技术与组织调控研究显示,Cr、Ni、Mo合金组合会增加奥氏体稳定性,影响铁素体和贝氏体转变热力学与动力学参数;因此,合理设计Cr、Ni、Mo总体含量是保证实验钢在整个厚度方向上均获得多相组织的关键要素之一。相变动力学研究表明,铁素体相变过程中,相变结束温度和最大转变速率的峰值温度均随着冷速的升高而降低,这为特厚钢板不同厚度位置在同一时间段内得到铁素体组织提供相变基础;工业实践冷却工艺研究表明,降低终冷温度能够促进贝氏体形态由粒状贝氏体向板条贝氏体过渡,同时缩小心部马奥(MA)岛的尺寸及数量,增加贝氏体板条间大角晶界密度,从而显著提高抗拉强度,改善心部低温韧性,降低屈强比。460MPa级特厚低屈强比海工钢显微组织与力学行为研究显示,在整个厚度截面上均得到铁素体和贝氏体双相组织,但不同厚度

位置上多相组织比例及形态有所不同。从表面到心部铁素体比例不断减少,1/4厚度铁素体比例为60%,1/2厚度铁素体比例为40%;同时贝氏体形态由板条贝氏体逐步向粒状贝氏体过渡,心部弥散分布细小MA 岛。通过软硬相之间的交叉分布、比例及形态上的差异以及细小的MA组织,使多相组织钢在获得低屈强比、高均匀延伸率的同时,在厚度方向上获得了更好的强度均匀性,而且大幅提高了裂纹萌生功和扩展功,从而具有比单相组织钢更为优异的低温韧性。多道自动埋弧焊试验表明,与单相贝氏体钢相比,多相组织钢可显著改善亚临界热影响区的低温韧性;通过铁素体贝氏体间的大角度晶界分布,多相组织钢为亚临界热影响区部分奥氏体化过程提供更多的形核位置,显著细化重结晶奥氏体,从而获得更为细小弥散的部分重结晶组织,避免粗大链状MA组织的形成,因此,获得了比单相贝氏体钢更好韧性的焊接接头。690MPa低碳高韧性海工钢组织调控与工艺技术研究显示,不同奥氏体化温度对原奥氏体晶粒尺寸、内部的变体选择以及材料的韧脆转变温度有显著影响;当奥氏体化温度大于930℃时,韧脆转变温度与原始奥氏体晶粒尺寸呈Cottrell-Petch关系,原始奥氏体可代表有效晶粒;奥氏体化温度为880℃时,原奥氏体内部的Block界面和Packet界面所影响的晶体结构单元(有效晶粒)与韧脆转变温度呈现对应关系,临界奥氏体化温度(880℃)显著影响相变组织的变体选择,提高Block和Packet晶界密度,韧脆转变温度明显降低。工业化条件下,采用低碳合金设计+优化的调质热处理工艺,实验钢在100mm厚度截面上得到均匀的板条马氏体和贝氏体组织,钢板1/4厚度位置的韧

大型海洋钢结构加强环焊接工艺

大型海洋钢结构加强环焊接工艺 发表时间：2018-08-06T14:11:43.453Z 来源：《基层建设》2018年第18期作者：鄢德闯 [导读] 摘要：随着海洋工程领域的快速发展，钢结构的加工和生产管数量不断突飞猛进。 中海福陆重工有限公司广东珠海 519050 摘要：随着海洋工程领域的快速发展，钢结构的加工和生产管数量不断突飞猛进。由于油管的结构在海上平台，石油和天然气领域钢结构需要承受相对贫穷的载荷条件，从而确保钢管焊接结构的质量是首要任务。本文以DH36-Z35材质的导管加强环焊接工艺，焊接方法采用GMAW封底、SAW填充盖面，焊接材料选用JM—58、PREMIER WELD Ni1K，使其焊接接头各项性能满足了产品设计、相关标准和项目技术文件要求。 关键词：海洋；钢结构；焊接工艺；焊接质量 海洋工程焊接结构是一种大型、复杂、特殊的工程结构，分为动态定位式和固定式两大类，涉及到大量的钢材加工，在海洋工程结构的建造过程中，焊接贯穿在各个环节中，焊接工作量占有相当大的比例。因此，如何在保证质量的前提下，节省焊接材料，提高焊接效率具有重要的研究价值。 一、概述 随着我国陆地油气资源的逐渐减少，海洋已成为我国陆上油气开发最重要、最现实的接替区。“海上大庆”的建成，标志着海洋石油能源从浅海向深海的过渡，海洋钢结构趋于大型化发展是这一过渡的重要依托。深水海洋石油平台结构中的导管架、组块都是大型的钢结构，为保证其在海况中的承受能力，在导管、组块立柱中设计加强环增加其结构强度。 加强环形式复杂多样，并朝着大壁厚、密集化、内部空间狭小发展，有的3m长导管内部加强环，且部分加强环带有翼缘环，这对现场施工带来了很大的困难，为保证焊接质量和焊接效率，减少制造周期，对某导管架项目加强环研究熔化极气体保护焊（GMAW）封底、埋弧焊（SAW）填充盖面工艺。 二、焊接工艺评定 母材使用GB/T5313—2010热轧钢板 DH36—Z35，其化学成分如表所示，其厚度为80mm。 （1）焊接工艺分析。根据导。管加强环的结构特点，传统的焊接工艺采用焊条电弧焊和药芯CO2气体保护焊进行焊接，该焊接工艺的弊端主要表现为：①单位时间熔敷率小，焊接效率低。②对工人技能水平要求很高，易受焊工专业技能水平的影响，合格率低。③焊接成形较差，外观打磨处理工作量增加。④加强环焊接作业一般在半封闭空间内进行，加强环之间距离狭小，且预热温度高达110℃，施工人员面临着烟尘、高温等严峻考验，施工环境恶劣，安全性不高。根据该工艺存在的问题，分析熔化极气体保护焊封底、埋弧焊填充盖面工艺。该工艺在焊接加强环时需要将导管竖立，上坡口焊接完成后，将导管倒立，气刨清根完成后，进行埋弧填充盖面作业。 （2）坡口加工。加工K形坡口，坡口角度45°，组对间隙2～4mm，钝边厚度1～2 mm。 （3）焊材选择。依据等强匹配原则，GMAW封底焊接焊丝选用JM—58，SAW填充盖面焊接焊丝选用PREMIERWELD N i1K和焊剂8500。 （4）试验结果。焊缝正面和背面无外观缺陷，通过磁粉检测合格率为100%，按照ASTMA578/A578M进行超声波检测，达到B级标准。焊接接头拉伸、全焊缝拉伸、弯曲、夏比冲击试验均满足AWS D1.1－2010标准及项目技术要求。 三、建立焊接质量管理体系 1、健全焊接质量管理体系。依照质量体系的综合要求，结合焊接作业的特点，重点做好以下几点工作：成立以生产经理为第一负责人的焊接质量领导小组，以小组为核心，工程师及质检人员为纽带，全体焊工为基础，建立全面质量管理体系。完善焊接质量控制台账，包括焊工台账、计量器具台账、设备台账、焊材领用记录、施焊记录、自检记录、无损检测返修台账、工序交接单等。 编制质量管理培训、质检培训和焊工培训计划，开展全员培训，开阔质量管理人员的思路和视野，提高质检人员的业务能力，提升焊工的技能水平。建立有效的质量奖惩机制，将焊工焊接合格率考评工作纳入质量管理常态化，以考评办法为依据，以日常焊接合格率统计为基础，全力推进焊工个人质量考评工作的开展，为焊接质量管理铺平道路。 2、严格执行质量作业文件的要求。施工前，质量管控人员必须学习质量标准，对于涉外项目，在掌握国外标准规范和技术要求的基础上，全体焊工要学习关键技术参数、质量控制要素，为质量管理的开展打基础、蓄能力。施工期间，质检人员要严格执行项目规格书、程序文件，ITP 计划等，做好质量“三检”，强化过程控制，达到质量预控的目的。 3、积极开展焊接质量审查和管理评价。根据工程施工进度，积极开展焊接质量审查工作。对施工时暴露出的焊接质量问题进行检查、分析，对收获的质量管理经验进行总结、归纳。开展阶段性焊接质量评价工作。参照施工工期关键节点，对前一阶段的焊接质量情况、验收合格率情况进行数据汇总，根据统计结果找出焊接质量控制的薄弱点，以便在下一阶段重点监控。 四、焊接质量管理 1、控制影响施焊质量的人的因素。施工中，人既是质量控制的主体，又是客体。人对焊接质量的影响主要表现在以下几个方面：工程师、质检人员的素质、焊工的实践经验和技术水平、人力资源情况、人的错误行为和违规行为等。工程师、质检人员必须具备较高的文化素质，丰富的焊接生产实践经验，较强的组织管理能力，能够果断、正确地做出决策和采取有效的技术措施，领导队伍按时、保质完成焊接工作。焊工必须经过培训并考察合格方能上岗。施焊前，必须系统学习技术规范和工艺要求，掌握WPS 的相关参数和要求；施焊期间，管理人员要对各工种的焊工因才施用、扬长避短，充分调动人的主观能动性、创造性；质检人员对焊工的工艺执行情况进行检查，对完成量和焊接合格率进行跟踪统计；阶段性工作完成后，工程师要对出现的焊接问题进行归纳、分析，对焊工的技能水平进行评价。 2、控制影响施焊质量的环境因素。对结构钢管焊接质量有重要影响的环境因素很多，归纳起来有三个方面： （1）技术环境，包括湿度、温度、电磁场、作业空间、照明、气象等因素。例如，环境湿度大或温度低时管材焊接前必须预热；

海洋钢结构井架的表面处理

海洋钢结构井架的表面处理 摘要：海洋钢结构井架作为海洋钻井平台的关键构件，长期使用在复杂的腐蚀海洋环境中。为保证钢结构井架能在海洋环境中长期处于安全的工作状态，需要在井架表面采用一些耐腐蚀性较强的材料进行保护。本文介绍目前海洋石油井架结构上普遍采用的表面热镀锌后再油漆的防腐蚀的处理工艺方法。 关键词：海洋钢结构井架；镀锌；油漆；工艺及质量 引言 海洋钻井平台长期工作在海洋腐蚀环境中，作为主要构件的井架遭受着海洋大气、海水、浪花等的腐蚀。热镀锌是一种广泛受欢迎的防腐处理方法，通过热镀锌在钢结构表面产生合金层可以有效的确保钢结构井架在设计寿命中保持安全的工作状态。为满足钻井平台的功能需要，海洋井架的表面在镀锌后需要再进一步作油漆处理。 1 海洋井架热镀锌前的准备 1.1 井架构件的尺寸和外形 考虑到镀锌池的尺寸和运输的方便性，海洋井架的构件在设计时需考虑合适的外形尺寸，同时采用适当的吊装方法，确保将部件顺利由工厂运到镀锌厂完成镀锌的流程。如井架主体的主腿、横梁等构件，设计中考虑连接的节点位置，确保主腿的长度满足镀锌池的限制长度要求。在设计时如遇到外形比较复杂或特殊的需要，建议在设计过程中与当地的热镀锌厂商讨论镀锌方案。 1.2 合适的流锌孔和排气孔 为确保有效的镀锌和镀锌前清理，需要在结构上设置合适的流锌孔。确保锌水的在镀锌过程中可以从构件中流出，防止锌水在构件中的堆积。同时在结构上需要留出合适的排气孔。当部件浸入镀锌池后，在封闭腔体中会产生高压的气体（最高可以达1100MPa）。排气孔用于排除这些气体，防止由于高压而导致的构件损坏，同时防止高压气泡导致的锌水外溅出来对镀锌人员的伤害风险。对海洋井架上的箱式梁，焊接方形梁，圆管栏杆等尤其要注意。 1.3 构件的标识 在海洋井架中对于主构件广泛采用焊接带有记号的钢板到主体结构上的方法，或在构件上打上钢印的方法。对栏杆类辅件，一般采用挂带有标识的钢牌等方法。为确保在热镀锌后可以清楚地识别标识，建议构件上标识文字深度需要达到0.8mm以上。

海洋平台钢结构的承重详细设计

海洋平台钢结构的承重详细设计 本文主要论述海上石油钻井平台钢结构在承重状态下的详细设计，以实际项目为例，介绍承重设计的整个过程以及相关软件的应用方法，目的在于提高设计人员的工作效率、减少错误的发生。包括如下几个部分：一、工况概述和初步设计；二、型材选用和结构力学计算；三、节点分析和加强。 标签：承重；有限元；UC值；节点 1 工况概述和初步设计 海上石油钻井平台是以钢结构为主体的多专业协同工作的采油平台，钢结构作为承受所有荷载的载体，力学计算就成为钢结构设计的主要依据。本文以平台改造项目为例，论述承重状态下的详细设计的基本方法和工作思路。 1.1 工况概述：平台改造项目的目的是为了在平台上增加一台设备，以更好的进行原油处理，减少资源浪费。该设备重70吨外形尺寸为长2米宽12米，放置于平台东侧，目前设备就位区没有结构，需要增加结构放置设备。 1.2 初步设计：首先，要进行节点设计，我们初步设计了28个节点，节点的名称和坐标如下： 设备放置于节点6、7、N、M围成的方形区域内。该设备的重量荷载是以面荷载的形式施加到节点6、7、N、M所连接的梁格上的。 2 型材选用和结构力学计算 接下来可以选择H型钢了，由于该项目承重设备重量较大所以我们尽量选择屈服强度较大的H型钢进行设计，大梁选用H588X300X12X20的H型钢屈服强度355MPa，小梁选用H300X300X10X15的H型钢屈服强度355MPa。将这两种型钢的数据输入SACS5.2。 梁格的规格确定以后还要选择甲板板的规格，按照规范选择8毫米厚的碳素结构钢材质为Q235B，输入SACS5.2。 选择好材料就可以开始结构力学计算了，我们先根据初步设计的蓝图建立SACS5.2的力学模型，经过计算发现单靠H型钢的悬臂结构无法满足该设备的承重要求，因此考虑增加斜撑，选择直径为273毫米壁厚为10毫米的20#钢的无缝钢管。同时需要增加两个节点作为斜撑的支点，T号节点坐标为（0，0，-4） U号节点坐标为（0，18，-4）。将斜撑的数据输入SACS5.2。 接下来根据初步设计的节点坐标建立力学模型，建模时注意梁格与甲板的偏

船舶及海洋工程用结构钢

GB 712-200× 《船舶及海洋工程用结构钢》 国家标准编制说明 《船舶及海洋工程用结构钢》国家标准项目组 二〇〇八年七月

GB 712-200×《船舶及海洋工程用结构钢》 国家标准编制说明 1 工作概况 1.1 任务来源 我国船舶产业经历了从上世纪五、六十年代的发展（60年代初已自主研发成“东风”号万吨轮），九十年代以后快速发展，到目前向高技术含量、大吨位、专业化船舶发展，我国已能自主研发、生产远望号测量船、雪龙号科考船以及30万吨油轮、大型散装货轮、装载万箱的大型集装箱船及LNG船等各种技术先进的大型船舶，使我国已济身世界造船大国行列，正向世界造船强国迈进。 近年来，因中国等新兴发展中国家对矿石、石油等资源的大量需求，国际航运界得到加快发展，新船订单不断增加，我国2010年的新船订单达1.3亿载重吨，已排在世界第一。随着新船订单的持续增加，船舶及海洋工程用结构钢的需求数量和质量都快速增长。到2010年，我国建造的散货船、油船市场占有率将分别提升到世界第一位和世界第二位，集装箱船市场占有率将接近韩国，LNG船市场占有率达到20%以上，成为高新技术船舶重要生产国。届时，造船用钢预计达到1000万吨以上；计划建造海洋平台近80座，需海洋平台用高等级系列钢材约160万吨左右，其中，自升式海洋平台的桩腿、悬臂梁、升降齿条机构等需要460MPa～690MPa钢级及690MPa 以上钢级的高强度或特厚（最大厚度达到259mm）等专用钢。 与此同时，随着近二十年国民经济的快速发展，我国冶金工业也得到了高速发展。特别是近年来，我国钢铁企业技术进步很快，装备和工艺也已经达到世界先进水平。国产船舶和海洋工程用钢的品种不断开发、实物质量大幅提升，不仅在产量上，而且在质量上已能够基本满足我国船舶工业发展的需要，为我国造船业提供了坚实的钢铁基础。全国已有50余条中厚板生产线，产能达5600万吨，在建、拟建10余套3500mm以上轧机，新增产能约1500万吨，许多条生产线工艺装备达到国际一流水平，至2010年中厚板产能将达到7000万吨。从以前大量使用的一般强度级A、B、D和高强度级AH32、AH36、DH32、DH36发展到E、EH32、EH36，直至高强度级的AH40、DH40、EH40、FH40和超高强度钢级的420、460、500、550钢级，甚至有更高强度要求和-196℃冲击试验的特殊船钢（LNG船）。以鞍钢为例：鞍钢的船板产量逐年大幅度提高，2003年销售32万吨，2004年销售70万吨，2005年销售87万吨，2006年销售约110万吨，2007年销售约170万吨，约占国内市场份额的20%左右。船钢等级也由1994年开始CCS认可时的A、B、D、AH32、AH36、DH32、DH36，发展到目前FH550钢级取得九国船级社认可，低温压力容器用9%Ni钢板也取得了CCS、LR、DNV船级社和容标委认可。 我国船钢出口也在逐年增加，主要出口对象是目前世界上最大的造船国--韩国的现代、三星、大宇以及STX等企业，部分出口日本、美国、欧洲等国家和地区。 GB/T 712-2000《船体用结构钢》国家标准实施的几年来，对当时的船钢发展和钢厂工艺技术进步起到了积极的促进和推动作用，但因船东委托船级社对船舶进行监造，船钢均需通过船级社认可，按船规交货及验收，所以，执行国家标准的船用钢材的量较小。按国家标准体系和标准要充分反映出钢厂在船钢方面的科研成果，并使之快速商品化，及提高产品实物质量，与国外先进标准接轨、促进技术进步，根据全国钢标准化技术委员会SAC/TC183钢标委[2008]01号《关于下达全国钢标委2008年第一批国家标准制修订计划项目的通知》安排（第70项计划编号20077223-Q-605），将推荐性国家标准--GB/T 712-2000《船体用结构钢》修订为强制性国家标准--GB 712-200×《船体及海洋工程用结构钢》。 从当今国际上高强度、超高强度船钢发展看，普遍采用低碳含量（低碳当量），微合金化，控轧控冷、热处理等工艺技术路线。微合金元素的加入不但能起到提高强度，补偿降低碳含量所带来的强度损失，同时他们对提高钢材的焊接性能、力学和工艺性能。从我国钢厂装备和技术水平来看，能够达到高强度、高韧性、高焊接性能，以及厚度方向性能等要求。因此，此次修订GB/T 712，等同采用国外先进标准（各国船级社规范）、引用国家基础标准，纳入高强度、超高强度的新钢级，技术水平比原标准有较大幅度的提高，使本标准能够满足新型现代化大型船舶的设计和建造要求，并能促进我国生产船钢实物质量稳定提高和达到国际先进水平，也能推动企业技术进步，为我国企业加入国际市场竞争创造更有利的条件，标准水平要达到国际先进水平。

各种合金元素对钢性能的影响

三、各种合金元素对钢性能的影响 目前在合金钢中常用的合金元素有：铬(Cr)，锰(Mn)，镍(Ni)，硅(Si)，硼(B)，钨(W)，钼(Mo)，钒(V)，钛(Ti)和稀土元素(Re)等。五大元素:硅、锰、碳、磷、硫。五大杂质元素:氧、氮、磷、硫、氢。 1、碳（C）：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳量0.23%超过时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20%。碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。 2、硅（Si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.15－0.30%的硅。如果钢中含硅量超过0.50-0.60%，硅就算合金元素。硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。在调质结构钢中加入1.0－1.2%的硅，强度可提高15－20%。硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。含硅1－4%的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。硅量增加，会降低钢的焊接性能。硅可提高强度、高温疲劳强度、耐热性及耐H2S等介质的腐蚀性。硅含量增高会降低钢的塑性和冲击韧性。 3、锰（Mn）：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.30－0.50%。在碳素钢中加入0.70%以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，如16Mn钢比A3屈服点高40%。含锰11－14%的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。锰可提高钢的强度，增加锰含量对提高低温冲击韧性有好处。 4、磷（P）：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。因此通常要求钢中含磷量小于0.045%，优质钢要求更低些。 5、硫（S）：硫在通常情况下也是有害元素。使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。所以通常要求硫含量小于0.055%，优质钢要求小于0.040%。在钢中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常称易切削钢。 6、铬（Cr）：在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，因而是不锈钢、耐热钢的重要合金元素。铬是合金结构钢主加元素之一，在化学性能方面它不仅能提高金属耐腐蚀性能，也能提高抗氧化性能。当其含量达到13％时，能使钢的耐腐蚀能力显著提高，并增加钢的热强性。铬能提高钢的淬透性，显著提高钢的强度、硬度和耐磨性，但它使钢的塑性和韧性降低。 7、镍（Ni）：镍能提高钢的强度，而又保持良好的塑性和韧性。镍对酸碱有较高的耐腐蚀能力，在高温下有防锈和耐热能力。但由于镍是较稀缺的资源，故

钛合金高温合金

高温合金是指以镍、钴、钛等为基，能在６００°c 以上的高温及一定应力作用下长期工作的一类金属材料。随着冶金技术的不断发展，使高温合金的综合性能得以进一步提高，具有更高的强度、硬度、抗氧化、抗腐蚀能力。同时也增加了这些金属的加工难度。 ２高温合金加工特点 对于镍合金、钛合金以及钴合金等高温合金来说，耐高温的特性直接提高了加工难度。在加工时的重切削力和产生的高温共同作用下，使刀具产生碎片或变形，进而导致刀具断裂。此外，大多数此类合金都会迅速产生加工硬化现象。工件在加工时产生的硬化表面会导致刀具切削刃在切深处产生缺口，并使工件产生不良应力，破坏加工零件的几何精度。 加工钛合金同样面临这些问题。尽管加工钛合金所需的切削力只比钢稍微高一点，但由于钛合金的特殊性能，使加工它比加工同等硬度的钢要困难得多。 主要有以下几点：１〕钛合金和其它高温合金一样，也容易产生加工硬化；２〕钛基合金导热能力很低，使加工时产生的所有热量几乎都集中在切削刃上；３〕钛合金的弹性模量很小，尤其是在重切削力时，使工件容易受刀具偏移和震动的影响；４〕最严重的是钛合金比其它高温合金化学性能都要活泼，这一点使钛合金工件在加工时很容易与刀具发生化学反应，从而导致工件产生缩孔。因为以上原因，加工耐高温合金需要特殊的加工技术，以下介绍一些加工工艺注意事项。 ３工艺方法 （１）尽量在硬化期前加工合金 许多类镍合金和钛合金都有硬化期，这意味着合金的硬度在热处理后急剧上升，使晶相排列发生变化，强度提高，研磨性提高，因而加工难度也就增大，因此，我们应该在合金硬度较小的阶段加工，典型方法是：最好在固融退火条件下将工件加工到接近最终尺寸，然后再热处理强化，在硬化期后，如果表面精度已经达到要求，只需要进行最后的精整工序。（２）使用锋利的锐角切刃的刀具 同样的原因，轻微磨过的切刃或者锋利的锐角切刃提高加工效率。钝角刀刃会导致切削力增加、积屑、材料撕裂、变形、使表面精度降低。因为锐角刀刃强度较低，较易发生崩刃，所以在对表面要求较低的粗加工中，应该使用轻微磨过的切刃，锐角刀刃则用于精加工。（３）使用强度高的几何外形的刀具 只要加工要求允许，就应该尽可能使用刀尖半径较大的刀具。较大的刀尖半径，可以使更多的刀刃投入切削，减小了每一点的受力，从而可以避免由于局部应力集中而导致的刀具断裂。（４）采取提高钢度措施的刀具 加工过程中，刀具振动会影响工件表面精度和刀具寿命，而提高刀具钢度可以减少振动，同时钢度提高也有利于保证严格的公差要求。 （５）防止工件偏移 钛合金的柔韧性相对较大，因此需要采取一些特殊措施防止工件的移动。比如使用填充金属或者特殊的夹具。 （６）在钻削加工中，采用较大的导程角 大的导程角有助于尽量减少刀具缺口，特别是在切削深度线位置，由于有更多的刀刃参加了切削，刀具损坏的可能性也就相应降低。 （７）当走刀次取大于１时，改变切削深度 切削深度线位置的缺口是由于工件表面引起的，在重复的走刀路径上使用不同的切削深度，

船舶及海洋工程用钢板工艺流程图及说明

船舶及海洋工程用钢板 生产工艺流程图及工艺说明 一、工艺流程图 加热 板坯组批、分切 加热质量控制点 除鳞 粗轧轧制 激光测宽 精轧轧制 轧制质量控制点 层流冷却 激光测厚 矫直机矫直 冷床冷却 上、下表面检验 剪切 成品检验、取样、理化检验修磨、复检 成品质量控制点 成品标识 收集入库 板坯验收入库

二、工艺说明 工艺概述：船舶及海洋工程用连铸板坯经验收入库，根据生产需要对连铸板坯进行分切、组批。连铸板坯入炉加热后，由辊道送至除鳞机除鳞，除鳞后进入粗轧机，完成粗轧后经激光测宽仪由辊道运送至精轧机。精轧完成后根据工艺需要进行轧后层流冷却，经激光测厚仪由辊道运送至矫直机，矫直后由检验人员对钢板进行热检，钢板进入冷床自然冷却。冷却的钢板经上表检验后经翻板机翻身进行下表检验和尺寸检验。根据检验情况对钢板分断、切边、定尺剪切完成后进行成品检验、修磨、标识，最后由电磁吊收集入库。 1、加热制度 1.1炉膛温度控制要求按表1执行（表1） 技术参数钢级 预热 温度℃ 加热 温度℃ 均热 温度℃ 加热速度 mm/min 一般强度 船体用A、B级钢板 ≥650 1180～1320 1180～1300 0.7～-0.9 注：使用温度监控系统进行监控，并进行记录。 2.1加热要求 ①加热速度根据坯料厚度确定，坯料越厚加热速度越慢。 ②钢坯加热要烧匀烧透。 ③控制炉膛压力处于微正压状态，防止炉头吸冷风。 ④生产不正常造成停轧时,加热炉升降温度制度按表2执行。（表2） 停轧时间( h ) 炉温（℃） 提前升温时间(min) 均热段加热段 〈0.5 不变不变不变 〈1 1200 1200 15 1-2 1100 1050 30 2-4 1080 1000 40 >4 800 800 80 2、高压水粗除磷工艺要求 2.1加热好的钢坯必须进行除磷，一次除磷不尽，可增加除磷道次。 2.2正常生产时，要保证各喷嘴通畅，高压水泵出口工作压力≥15Mpa。 3、四辊粗轧工艺技术操作要求

钢铁行业2020年中期策略之高温合金专题：把握尖端工业材的自主可控机遇-2020.06.01

钢铁行业2020年中期策略之高温合金：把握尖端工业材的自主可控机遇 2020 年06 月01 日

高温合金：把握尖端工业材的自主可控机遇 投资要点 ●高温合金：屹立于金字塔尖的尖端工业材料。高温合金在材料工业中主要为航 空航天产业服务，由于其优良的耐高温、耐腐蚀、抗疲劳等性能，也已经应用 到电力、石油石化、汽车、冶金、玻璃制造、原子能等工业领域。目前，其最大 的应用还是航空航天领域，占总使用量的55%，其次是电力领域（20%）和 机械领域（10%）。从市场规模上来看，据Roskill 统计，2012 年全球每年消 费高温合金材料约28万吨，仅占钢铁总消费量的0.02%，供应规模有限，单位价值量远高于其他钢材，可谓“屹立于金字塔尖的尖端工业材料”。 ●核心壁垒在于成分和工艺控制，同时认证壁垒高。母合金的质量对于最终合 金产品的性能至关重要，熔炼工艺为在高温合金制备工艺的关键环节。在成分一定的条件下，需要选择适当的生产工艺，控制合金的偏析、纯净度等，最终才能制备得到符合性能要求的高温合金制品。此外，高温合金材料应用于航空航天等高温、高压或耐腐蚀等极端恶劣条件，客户对产品有着严格的技术要求特别是军品的认证周期很长、审核更为严格，转换成本也高，一旦选定供应商后，不会轻易更换，因此客户粘性也较强。 ●下游需求成长性明确。受国内发动机产业资源整合、研发投入等影响，未来十 年，发动机新型号将不断涌现、产品开发逐渐成熟，同时空军装备和海军装备采购提升，民用航空领域受益于通航领域的放开，航空发动机产业将进入高速增长期，拉动对上游高温合金需求的开始增长。此外，在石化、汽车和核电领域需求也将稳定增长。高温合金需求增长趋势明确。 ●两机国产化提速，国内企业研发及批产能力提升推动国产替代。伴随着“两机” （飞机发动机及燃气轮机）专项的启动和中国航发于2016年中成立，军用和民用发动机核心零部件等配套产业步入快速发展期。我国高温合金需求成长性明确，更为重要的是自主可控趋势下，优秀企业竞争实力提升推动国产化替代进程。过去由于我国高温合金产业研究起步较晚，在工艺、技术等方面相对落后，高温合金材料一直成为我国高端装备制造用材料的“卡脖子”难题。但随着国内一批优秀的企业，如老牌的抚顺特钢等大型特钢生产厂、钢研高纳等优秀的科研转型企业，都持续深耕高温合金材料的研发与产业化，竞争实力持续提升未来国产替代空间的逐步打开，将为这些优秀高温合金生产企业带来机遇。 ●高温合金下游需求成长空间广阔，特别是中美贸易摩擦加剧背景下，高温合 金作为我国高端装备制造战略材料，或迎来自主可控机遇，国内优秀企业伴随着研发和批产能力提升，有望充分受益国产化替代的机会，维持行业“推荐”评级。建议关注：钢研高纳（机械军工团队覆盖）、应流股份ST 抚钢、西部超 导。 3、核心技术人员流失风险。