国际低合金会议论文造船和近海结构用高性能结构钢.doc

High Performance Structural Steels for Shipbuilding and Offshore Structures 造船和近海结构用高性能结构钢 摘要：近年来，船舶尺寸一直在增加，石油和天然气在北极地区发展迅速。这些趋势导致高强度、优良的低温韧性和良好的焊接性能这样的要求的出现。通过我们自己的微合金和TMCP技术，研发了造船和北极近海结构用高性能结构钢。精确控制热影响区和基体金属中的马奥组元以获得优良的低温韧性。通过热稳定TiN粒子有效抑制热影响区奥氏体晶粒长大，获得良好的热影响区韧性。另一方面，在大型集装箱船上一直存在止裂性这个关键问题。研究了接缝设计对止裂性的影响。 关键词：造船；近海；焊接性；韧性；微合金；TMCP; 脆性断裂；止裂性 1 引言 由于具有优良的强度、塑性、断裂韧性和焊接性，高强度低合金钢仍旧是大多数行业的主要建筑材料。船舶尺寸的大幅度增加和北极近海地区石油和天然气勘探和生产规模的扩大是造船业和近海行业的必威体育精装版趋势。这些行业趋势要求船板钢的性能提高。 由于造船业批量运输和成本降低，集装箱的尺寸已逐步增加。这样，由于集装箱的大舱口设计，大厚度和高强度钢板被用于集装箱的上甲板结构。例如，使用最小屈服强度为460 MPa、厚度为80mm的钢(EH47)建造10,000 TEU（二十呎货柜当量EH47钢，而且在EH47规则指南中要求沿上甲板结构的块连接处能够防灾难性失效。 近来，浦项能够研发出具有高韧性和良好的焊接性能的EH47级别厚板。也研究了无块接缝移动的厚板中接缝设计对裂纹敏感性的影响，然后使用位于舱口侧面舱口拦板焊缝末端的止裂焊接研发出脆性裂纹抑制技术。本文首先介绍了EH47钢板的止裂技术、力学性能和断裂韧性。 图1 大型集装箱上甲板结构 近海区域石油和天然气勘探和生产行业一直要求高性能的钢板。另一方面，随着北极地区逐渐扩展，对具有优良低温韧性的钢板的需求量日益增加。焊接热影响区CTOD被视为在库页岛和阿拉斯加这样的寒冷的海域中操作的近海结构最具挑战性的性能。 为了获得高热影响区CTOD韧性，应严格限制添加合金的总数，这可能会导致淬透性过低，不足以产生要求的钢板韧性级别。这样，TMCP对于获得优良的近海结构钢非常必要。通过优化化学成分并分析和采用TMCP技术，研发出符合345 和 420 MPa的最小屈服强度要求的性能优良的近海结构钢。本文描述了研发的基本理念。然后，介绍了所研发钢种的力学性能和焊接接头韧性。 2 EH47钢和止裂 目标性能参照国际船级社规范，如表1所示。良好的断裂韧性，比如CTOD和裂纹敏感性，也是研发钢板的基体金属和焊接接头的目标。已通过精心设计的微合金和TMCP技术，研发出重型钢材，以获得高强度、优良的低温韧性和良好的焊接性能。 TMCP是一种众所周知的使合金成分较低的钢板获得高强度和良好韧性的工艺。通过控制轧制和加速冷却产生的细小显微组织使TMCP钢获得优良性能。但是，由于厚板轧制压下量较小，冷却速率较低，与薄板相比，TMCP的有益影响在厚板中表现不明显。同样，TMCP生产出的厚板厚度方向力学性能有时变化很大。这是由厚度方向塑性变形和冷却速率的非均匀性引起的。 表1 研制钢的目标性能 浦项安装了新型加速冷却设备，该设备允许厚板具有快速冷却速率和低FCT(终冷温度)，并能在大量添加合金元素的情况下生产高强度厚板。在高形状因子条件下生产钢板，以获得优良的中厚度性能和厚度方向均质性。 2.2 研制钢板的性能 2.2.1 基板 表2为研制钢板的化学成分和力学性能。基于一种微合金低C-Si-Mn钢，设计出合金成分最优值，以获得优良的性能。力学性能满足国际船级社规范的要求，并有富余量。认为这是厚度方向均匀显微组织控制的结果。图2为夏比冲击转换曲线，显示出试验方向和试样位置。四分之一厚度和中厚度处的DBTT（韧脆转换温度）分别为大约-90℃和 -70℃。通过轧制顺序和加速冷却的精确控制获得的细小的针状铁素体显微组织导致这种良好的夏比冲击韧性（见图3）。 图2 研制钢的夏比转换曲线 图3 研制钢典型的显微组织 2.2.2 焊接接头的焊接性和性能 按照JIS Z 3158规定，通过斜y型坡口评判研制钢的焊接裂纹敏感性。使用AWS A5.29 E81T1-Ni2焊接材料，在17.2 kJ/cm的热输入下，对试验钢板进行焊接。即使在室温下仍观察不到任何冷裂纹。此外，在17.2 kJ/cm的热输入下，按照JIS Z 3101，进行了最大硬度试验。测得的最大硬度为248Hv。根据这些结果，可以确定研制钢具有优良的焊接性能。 FCAW（药芯焊丝弧焊SAW（埋弧焊）被广泛用于造船厂。因此，通过两种焊接方法钢板的焊接接头评判，详细情况见表3。图4示出FCAW 和 SAW