國內外海洋工程用高強鋼研究進展

鋼鐵作為海洋工程裝備的關鍵結構材料，廣泛應用于鉆井平臺、生產平臺以及海底管道等。由于服役時間長，要長期抵抗惡劣的風浪條件，水下修理維護的成本極高，其采用的鋼板逐漸向高強度、高韌性、易焊接性、良好的耐腐蝕性以及大厚度、大規格化方向發展。

1國外研究現狀

目前海洋平臺用鋼遵循的四大國際標準，即En10225和BS7191(歐洲標準)，API(美國標準)，Norsok(北海標準)，對海洋平臺用鋼的力學性能及設計制造等都有明確的規定，但對耐腐蝕性能的規范較為欠缺。

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

日本對海洋平臺用鋼的研究較早，已開發出耐海水腐蝕、大線能量焊接及低溫用等系列的高強鋼板，強度級別已達980MPa。JFE開發出了厚度為140mm、屈服強度為700MPa、抗拉強度為800MPa的含鎳平臺用鋼;同時該公司形成了自己的企業標準系列，海洋平臺的鋼板抗拉強度為360MPa～980MPa，品種主要有JFE-HITEN系列高強鋼板等。利用微合金化元素的析出，新日鐵開發了HTUFF技術，其用于海洋平臺的鋼板主要有WEL-TEN系列高強鋼板、NAW-K及COＲ-TEN系列無涂層焊接結構用耐蝕鋼板、MAＲILOY系列焊接結構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標準生產屈服強度在315MPa～550MPa之間的A，D，E，F級別的鋼板，最高強度達到950MPa。

歐洲作為海洋資源開發較早的區域，其海洋平臺用鋼的研發、應用、品種系列化及標準化處于領先地位，已可生產A，B，D，E級的屈服強度在235MPa～690MP之間的各種鋼板。目前歐洲用于海洋平臺建設的鋼種應用最廣泛的為S355，S420，S460及S690，耐腐蝕性能良好。挪威埃科菲斯克Ⅱ號海洋鉆井平臺是歐洲第1座使用改進韌性S690Q鋼板的海洋平臺。

俄羅斯Arkticheskaya自升式鉆井平臺用于北極地區的油氣鉆探，最大鉆探深度6500m。當前S690級高強鋼在海洋平臺中的應用越來越多，但仍需解決高強鋼板焊接處易開裂及耐蝕性差等問題。現今在海洋平臺建設中也應用了更高強度級別的鋼板，其高強鋼板主要通過調質工藝生產，鋼板屈服強度可達1100MPa，但由于焊接困難和耐腐蝕開裂問題，超高強鋼在海洋建設中應用較少。

2國內研究現狀

我國開發海洋石油起步比較晚，到20世紀80年代才建成自己的海洋石油平臺。目前我國海洋平臺主要使用屈服強度為355MPa～460MPa的D，E及F級鋼板，基本實現國產化。我國首次自主設計建造的3000m深水半潛式鉆井平臺“海洋石油981”(圖1)所用鋼的強度已達到690MPa;北海油區海洋自升式平臺固定結構已使用500MPa以上，甚至750MPa高強度鋼，但我國海洋平臺用鋼強度不高、規格不全、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海洋資源的能力。

按照ASTM(美國)、EN(歐洲)、各船級社以及API(美國石油協會)的規范或標準來劃分，寶鋼擁有四大系列海洋平臺用厚板產品。寶鋼集團浦鋼公司采用正火工藝開發了DH36－Z35、EH36－Z35等海洋石油平臺鋼板，各項性能指標均達到相關標準規范要求。采用調質工藝試制了屈服強度690MPa高強度海洋平臺用齒條鋼，同時自主研發的自升式海洋平臺樁腿用最大厚度為178mm的厚板。

舞鋼成功開發了A、B、D、E、AH32-EH32、AH36-EH36級海洋平臺用鋼和EH40、FH40、E500、E550、E520、E690、A514GrQ和A517GrQ等高強度鋼板。其生產的D36-Z35海工鋼，被用于我國第一個世界級深水項目——位于南海東部1500m深海區域的“荔灣3－1”氣田中。生產的A514GrQ齒條鋼最大厚度達215mm，比國外最大厚度還超出5mm，解決了自升式平臺升降機構齒條鋼、半圓板國產化的急需。

鞍鋼的鋼板級別涵蓋了普通強度A、B、D、E級和高強度AH32～EH32、AH36～EH36、AH40～EH40級的大線能量焊接用船體及海洋采油平臺用鋼系列，產品最大厚度為100mm，焊接線能量為100kJ/cm。其強度、低溫韌性、規格等指標均達到國際先進水平，大大超過一般鋼廠能達到的厚度40mm、焊接線能量50kJ/cm的水平。

國產海洋平臺鋼板已被廣泛采用，EH40以下的海洋平臺用高強度結構鋼材基本實現國產化，但關鍵部位所用高強度、大厚度材料仍依賴進口。因此高強度、厚規格及耐腐蝕性能好的海洋平臺用高強鋼的研發和應用是我國今后的主要研究方向之一。

3我國與國際先進水平的差距

我國海洋平臺主要使用的屈服強度為355MPa～460MPa的D，E及F級鋼板，基本實現國產化。鞍鋼、南鋼生產的中厚板屈服強度達550MPa，武鋼、寶鋼和沙鋼都已具備生產屈服強度為690MPa海洋平臺用鋼的能力，但厚度超過120mm以上時，產品質量及性能的穩定性、滿足更大規格產品的技術需求、耐腐蝕開裂、配套焊接等方面都存在問題。建造海洋工程的關鍵部位所用的高強度、厚規格、耐海洋腐蝕開裂等性能的鋼板多數仍需進口，特別是具有良好綜合力學性能且厚度在120mm以上、屈服強度在690MPa以上的高韌性、耐腐蝕、

易焊接的海洋平臺用鋼基本依賴進口。表1對比了我國海工用鋼先進水平與國外先進水平之間的差距。

表1國內外主要海工用鋼性能指標對比

關鍵品種國內先進水平國際先進水平

高強度海洋平臺厚板460～550MPa，E級

焊前預熱80～120℃690～720MPa，F級

室溫焊接不預熱

690MPa級齒條鋼特厚板620MPa，E級

厚度114～152mm690～720MPa，F級

厚度127～256mm

海洋工程用大口徑高強度無縫管690～720MPa，E級

最大壁厚20mm690～720MPa，F級

最大壁厚40mm

高強度大規格H型鋼、T型鋼355～390MPa，E級

翼緣厚度小于40mm460～550MPa，F級

翼緣厚100mm，腹板長430mm

高強度大規格球扁鋼非調質355MPa，D級

最大規格36#非調質390MPa，E級

最大規格43#

大壁厚深海管線鋼420～490MPa，E級

最大深度300m490～550MPa，E級

最大深度3000m

4結束語

目前，我國海洋工程關鍵部分用鋼依然需要進口，面對海洋開發的巨大市場前景，鋼鐵企業應按照國際海工用鋼的標準，從以下幾個方面借鑒:(1)開發系列鋼板品種，實現鋼板全系列供貨。實現高強鋼國產化、全覆蓋。(2)進一步優化焊接工藝、性能。焊接部分往往是失效發生的重點部位，焊接工藝與性能的優劣對工程質量影響巨大。(3)逐漸形成我國的海工用鋼標準體系，規范海工鋼鐵產品質量，為海洋油氣開發做好用材保障。