DH36導管架平臺鋼板研發(fā)與生產(chǎn)

陳福山

（山東鋼鐵股份有限公司濟南客服中心，山東濟南　250101）

DH36導管架平臺鋼板研發(fā)與生產(chǎn)

陳福山

（山東鋼鐵股份有限公司濟南客服中心，山東濟南250101）

為滿足導管架平臺鋼嚴格的成分性能要求，在C-Mn系鋼的基礎上添加一定量的Nb、V，通過嚴格的冶煉、連鑄、軋制和正火工藝，研制開發(fā)了厚度60 mm DH36導管架平臺鋼板并進行了批量生產(chǎn)。性能檢測及統(tǒng)計分析表明，鋼板厚度1/4處屈服強度≥374 MPa，組織細小均勻，韌脆性轉變溫度達到-40℃以下，焊接接頭的強度、韌性和止裂性能均滿足用戶要求。

導管架平臺；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，海洋油氣的開發(fā)成為能源投資的重要方向。由于海洋采油平臺工作環(huán)境惡劣，服役時間長，人們對海洋平臺安全性比陸地構筑物更加重視，對建造海洋采油平臺所需鋼材的要求也比陸地用鋼嚴格得多，特別是對鋼材的可焊性更加重視。

早期我國建造導管架采油平臺一般采用GB 712中的DH36船板，與造船用的DH36鋼沒有區(qū)別。由于在建造過程中發(fā)生一些焊接方面的事故，業(yè)主對這種鋼材的要求逐漸升級。盡管仍采用GB 712中的DH36牌號，但增加了許多特殊要求。為保證鋼的焊接性能，要求碳當量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，業(yè)主首先要求鋼廠在研發(fā)成功的基礎上進行焊接性能評價，對焊接接頭的強度、韌性、硬度、止裂性能進行一系列的評價。因此該產(chǎn)品的研發(fā)具有較高難度。山鋼股份濟南分公司結合自身裝備特點，在C-Mn系鋼的基礎上添加一定量的Nb、V，通過嚴格的冶煉、連鑄、軋制和正火工藝，研制開發(fā)了厚度60 mm DH36導管架平臺鋼板并進行了批量生產(chǎn)，獲得了用戶好評。

2　成分與工藝設計

導管架平臺用DH36鋼與與造船用的DH36鋼相比提出了更高的要求，其區(qū)別見表1。

表1　導管架平臺用DH36鋼板與船用DH36鋼板的區(qū)別

DH36導管架平臺鋼板的成分設計要首先在滿足Pcm≯0.23%的前提下，使正火鋼板的下屈服強度滿足要求。根據(jù)各種元素對鋼的強韌性的影響，在C-Mn系鋼的基礎上添加一定量的Nb、V，使鋼板獲得均勻而細化的微觀組織。表2為DH36導管架平臺鋼板的設計成分。

DH36導管架平臺鋼板生產(chǎn)工藝流程:高爐鐵水→鐵水預處理→轉爐冶煉→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→檢驗入庫。

表2　DH36導管架平臺鋼的設計成分（質量分數(shù)）%

為使鋼板獲得良好的綜合性能，鋼水需經(jīng)嚴格的精煉處理，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，連鑄時要保證鋼水較小的過熱度，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化的組織，以保證鋼板厚度中心的韌性，厚度60 mm鋼板的開軋溫度一般控制在860℃以下，終軋溫度在820～840℃。正火時要使組織充分奧氏體化，正火溫度控制在910℃。

3　鋼板試制結果分析

3.1鋼板力學性能及沖擊韌性

通過嚴格的冶煉、連鑄、軋制和正火工藝，試制的厚度60 mm DH36導管架平臺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，強度檢驗結果見表3，韌性檢驗情況見表4。

表3　試制DH36鋼板力學性能

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變曲線，見圖1?？芍摪宓捻g脆性轉變溫度在-50℃左右。

圖1　試制DH36鋼板韌脆性轉變曲線

3.2鋼板焊接性能

根據(jù)業(yè)主要求，對試制鋼板分別采用7、10和50 kJ/cm的熱輸入能量進行埋弧焊（SAW）焊接試驗，分別檢驗鋼板焊接接頭的強度、沖擊韌性、硬度和CTOD起裂值等指標。經(jīng)檢驗，試板各項指標全部符合要求。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)和消應力處理（580℃×4 h）狀態(tài)拉伸、沖擊檢驗試樣。兩個拉伸試樣斷裂位置均在基體，焊態(tài):Rm分別為530、525 MPa；消應力狀態(tài)Rm均為515 MPa。沖擊韌性檢驗結果見表6。

表6　DH36試板焊接接頭沖擊韌性

3.3鋼板斷裂性能

在對多次海洋結構物服役期間發(fā)生安全事故原因分析的基礎上，業(yè)主對其斷裂安全性提出新的要求。一般采用基于斷裂力學的韌性評價方法—裂紋尖端張開試驗（CTOD）評價鋼板的斷裂韌性。試驗按照歐標EN10225標準進行，評價標準為在焊態(tài)、消應力處理狀態(tài)下-10℃時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，DH36鋼板CTOD特征值見表7，可以看出，DH36試板的CTOD特征值均有較大余量，說明鋼板具有良好的止裂韌性。

表7　-10℃時DH36試板CTOD特征值mm

3.4鋼板金相組織

對DH36鋼板在其寬度1/4處取樣進行金相檢驗，鋼板金相組織見圖2。

金相檢驗可以看出:鋼板整體組織較為細小，但是因為鋼板厚度較大，在軋制過程中由于道次壓下量的限制，導致變形力無法滲透到心部，從而導致鋼板在1/4厚度處至心部存在帶狀組織。雖然經(jīng)過較高溫度的正火，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，同時存在少量的不規(guī)則塊狀鐵素體（見圖2a）；厚度1/4處存在帶狀組織，鐵素體及珠光體帶間距較小，同時塊狀鐵素體明顯增多，但是仍然存在部分針狀鐵素體（見圖2b）；心部主要為塊狀鐵素體，其體積明顯較1/4處大，同時帶狀組織較為明顯（見圖2c）。

圖2　試制DH36鋼板金相組織

因鋼板晶粒較為細小，從而保證了在-20℃及-40℃時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度，導致其強度指標比下限僅高30～60 MPa。

4　批量生產(chǎn)情況

鋼板研發(fā)成功后，按照業(yè)主的要求完成各項性能的評定，具備供貨資質后，開始進行批量生產(chǎn)，至今已經(jīng)生產(chǎn)了近8萬t。批量生產(chǎn)的質量達到了較高水平，圖3為批量生產(chǎn)鋼板的強度、韌性統(tǒng)計直方圖。

圖3　批量生產(chǎn)DH36鋼板強度韌性統(tǒng)計情況

與造船用DH36鋼板相比，用于導管架平臺建造的DH36鋼板具有更加嚴格的成分、性能要求。鋼板試制時采用嚴格的爐外精煉處理，保證獲得純凈的鋼水和優(yōu)良內部質量的連鑄坯。通過嚴格的軋制與熱處理工藝，獲得均勻細化的鋼板晶粒組織，使試制鋼板達到較高的性能水平，韌脆性轉變溫度達到-40℃以下，焊接接頭的強度、韌性和止裂性能均達到用戶要求。

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)于東北大學材料成型專業(yè)和冶金專業(yè)，雙學士?，F(xiàn)為山鋼營銷總公司濟南客服中心交付主管，工程師，從事產(chǎn)銷銜接、交付和新產(chǎn)品的管理技術工作。