DH36导管架平台钢板研发与生产

陈福山

（山东钢铁股份有限公司济南客服中心，山东济南　250101）

DH36导管架平台钢板研发与生产

陈福山

（山东钢铁股份有限公司济南客服中心，山东济南250101）

为满足导管架平台钢严格的成分性能要求，在C-Mn系钢的基础上添加一定量的Nb、V，通过严格的冶炼、连铸、轧制和正火工艺，研制开发了厚度60 mm DH36导管架平台钢板并进行了批量生产。性能检测及统计分析表明，钢板厚度1/4处屈服强度≥374 MPa，组织细小均匀，韧脆性转变温度达到-40℃以下，焊接接头的强度、韧性和止裂性能均满足用户要求。

导管架平台；DH36钢；正火；焊接性能；断裂韧性

1　前言

随着陆地油气资源的日渐减少，海洋油气的开发成为能源投资的重要方向。由于海洋采油平台工作环境恶劣，服役时间长，人们对海洋平台安全性比陆地构筑物更加重视，对建造海洋采油平台所需钢材的要求也比陆地用钢严格得多，特别是对钢材的可焊性更加重视。

早期我国建造导管架采油平台一般采用GB 712中的DH36船板，与造船用的DH36钢没有区别。由于在建造过程中发生一些焊接方面的事故，业主对这种钢材的要求逐渐升级。尽管仍采用GB 712中的DH36牌号，但增加了许多特殊要求。为保证钢的焊接性能，要求碳当量Ceq≤0.43%、Pcm≤0.23%，这就要求C、Mn含量不能太高。而这种正火钢要保证下屈服强度≥355 MPa，难度较大；而在冲击韧性方面，保证厚度中心的横向冲击功也具有较高的难度。

为取得供货资质，业主首先要求钢厂在研发成功的基础上进行焊接性能评价，对焊接接头的强度、韧性、硬度、止裂性能进行一系列的评价。因此该产品的研发具有较高难度。山钢股份济南分公司结合自身装备特点，在C-Mn系钢的基础上添加一定量的Nb、V，通过严格的冶炼、连铸、轧制和正火工艺，研制开发了厚度60 mm DH36导管架平台钢板并进行了批量生产，获得了用户好评。

2　成分与工艺设计

导管架平台用DH36钢与与造船用的DH36钢相比提出了更高的要求，其区别见表1。

表1　导管架平台用DH36钢板与船用DH36钢板的区别

DH36导管架平台钢板的成分设计要首先在满足Pcm≯0.23%的前提下，使正火钢板的下屈服强度满足要求。根据各种元素对钢的强韧性的影响，在C-Mn系钢的基础上添加一定量的Nb、V，使钢板获得均匀而细化的微观组织。表2为DH36导管架平台钢板的设计成分。

DH36导管架平台钢板生产工艺流程:高炉铁水→铁水预处理→转炉冶炼→LF精炼→RH真空精炼→连铸→铸坯加热→粗轧→精轧→钢板冷却→表面检查→剪切→正火→探伤→检验入库。

表2　DH36导管架平台钢的设计成分（质量分数）%

为使钢板获得良好的综合性能，钢水需经严格的精炼处理，以控制钢中夹杂物和有害气体含量。为保证钢板厚度中心的性能，连铸时要保证钢水较小的过热度，并采用轻压下工艺，尽可能减轻铸坯的组织偏析。

尽管后续有正火处理，钢的轧制工艺仍采用低温大压下以获得均匀细化的组织，以保证钢板厚度中心的韧性，厚度60 mm钢板的开轧温度一般控制在860℃以下，终轧温度在820～840℃。正火时要使组织充分奥氏体化，正火温度控制在910℃。

3　钢板试制结果分析

3.1钢板力学性能及冲击韧性

通过严格的冶炼、连铸、轧制和正火工艺，试制的厚度60 mm DH36导管架平台钢板获得了良好的综合性能。取样位置为1/4t（t为钢板厚度）处，强度检验结果见表3，韧性检验情况见表4。

表3　试制DH36钢板力学性能

表4　试制DH36钢板系列温度冲击韧性

由表4可以看出，试制钢板的冲击韧性达到了较高的水平，-40℃厚度中心的横向冲击功也在200 J左右，根据3#样厚度中心的系列温度冲击功做韧脆性转变曲线，见图1。可知钢板的韧脆性转变温度在-50℃左右。

图1　试制DH36钢板韧脆性转变曲线

3.2钢板焊接性能

根据业主要求，对试制钢板分别采用7、10和50 kJ/cm的热输入能量进行埋弧焊（SAW）焊接试验，分别检验钢板焊接接头的强度、冲击韧性、硬度和CTOD起裂值等指标。经检验，试板各项指标全部符合要求。以热输入能量50 kJ/cm为例，焊接工艺参数见表5。

表5　DH36焊接试板SAW焊接工艺参数

试板以表5工艺参数焊接后，分别制取焊态和消应力处理（580℃×4 h）状态拉伸、冲击检验试样。两个拉伸试样断裂位置均在基体，焊态:Rm分别为530、525 MPa；消应力状态Rm均为515 MPa。冲击韧性检验结果见表6。

表6　DH36试板焊接接头冲击韧性

3.3钢板断裂性能

在对多次海洋结构物服役期间发生安全事故原因分析的基础上，业主对其断裂安全性提出新的要求。一般采用基于断裂力学的韧性评价方法—裂纹尖端张开试验（CTOD）评价钢板的断裂韧性。试验按照欧标EN10225标准进行，评价标准为在焊态、消应力处理状态下-10℃时焊接接头各部位的起裂韧性特征值不低于0.15 mm。热输入能量在50 kJ/cm时，DH36钢板CTOD特征值见表7，可以看出，DH36试板的CTOD特征值均有较大余量，说明钢板具有良好的止裂韧性。

表7　-10℃时DH36试板CTOD特征值mm

3.4钢板金相组织

对DH36钢板在其宽度1/4处取样进行金相检验，钢板金相组织见图2。

金相检验可以看出:钢板整体组织较为细小，但是因为钢板厚度较大，在轧制过程中由于道次压下量的限制，导致变形力无法渗透到心部，从而导致钢板在1/4厚度处至心部存在带状组织。虽然经过较高温度的正火，但是仍不能完全消除带状组织。表面部分以针状铁素体为主，同时存在少量的不规则块状铁素体（见图2a）；厚度1/4处存在带状组织，铁素体及珠光体带间距较小，同时块状铁素体明显增多，但是仍然存在部分针状铁素体（见图2b）；心部主要为块状铁素体，其体积明显较1/4处大，同时带状组织较为明显（见图2c）。

图2　试制DH36钢板金相组织

因钢板晶粒较为细小，从而保证了在-20℃及-40℃时钢板良好的冲击韧性，但是带状组织的存在容易降低钢板的强度，导致其强度指标比下限仅高30～60 MPa。

4　批量生产情况

钢板研发成功后，按照业主的要求完成各项性能的评定，具备供货资质后，开始进行批量生产，至今已经生产了近8万t。批量生产的质量达到了较高水平，图3为批量生产钢板的强度、韧性统计直方图。

图3　批量生产DH36钢板强度韧性统计情况

与造船用DH36钢板相比，用于导管架平台建造的DH36钢板具有更加严格的成分、性能要求。钢板试制时采用严格的炉外精炼处理，保证获得纯净的钢水和优良内部质量的连铸坯。通过严格的轧制与热处理工艺，获得均匀细化的钢板晶粒组织，使试制钢板达到较高的性能水平，韧脆性转变温度达到-40℃以下，焊接接头的强度、韧性和止裂性能均达到用户要求。

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

陈福山，男，1980年生，2002年毕业于东北大学材料成型专业和冶金专业，双学士。现为山钢营销总公司济南客服中心交付主管，工程师，从事产销衔接、交付和新产品的管理技术工作。