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  3. 挖泥船絞刀頭

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      高品質船舶及海洋工程用鋼的開發

      新聞中心  加入時間:2015-5-4 17:42:04     點擊:582

          進入21世紀,我國船舶及海洋石油工業迎來了高速增長的新時期,2013年我國造船三大指標(造船完工量、新接訂單量、手持訂單量)分別占世界總量的41.4%、47.9%、45.0%,位居世界第一,我國已成為世界造船中心。海洋石油工業領域,十一五期間我國海上油氣開發投入了1200億元,2010年海洋油氣產量實現了500萬t油當量。僅根據中海油規劃,十二五期間將新建5000萬t油當量產能。預計“十二五”、“十三五”海洋石油工業投入將分別達到6700億元和9500億元。目前我國船廠能建造國際航運界所需船型的95%左右,包括17.5萬t散貨船、30萬t超大型油輪( VLCC)、30萬t浮式生產儲油船( FPSO)、14.7萬m3LNG船等,目前已有9座30萬噸級造船塢,并在規劃50萬噸級和100萬噸級船塢。

        船舶及海洋石油工業的飛速發展對造船及海洋工程用鋼提出了迫切需求。為適應船體高效化的建造需求,對船板鋼提出了100-500kj/cm的大線能量焊接要求,從而實現了船板鋼的一次焊接成型;為提高船體運行安全性,延長鋼材使用壽命,對壓載艙、貨油艙船板鋼提出了耐腐蝕的要求,提高運行壽命的同時降低了維護成本;大型船體建造提出了43號大規格的D40球扁鋼的需求,突破了傳統型鋼生產開發的極限;自升式海洋平臺樁腿構件需要127-210mm厚高強度特厚板,突破了中厚板生產厚度規格極限;油氣儲運設備提出了超低溫用鋼鐵材料,最低使用溫度達到-196℃,服役環境極為苛刻。在此基礎上,根據液化天然氣(LNG)、液化石油氣(LPG)、液化乙烯氣(LEG)等低溫油氣的不同使用溫度要求,研制開發了9Ni、5Ni或3.5Ni等Ni系低溫鋼?傊,高強度、高韌性、易焊接性、良好的耐腐蝕性以及大厚度、大規格化是船舶及海洋工程用鋼的發展方向。

        但是,我國和世界上先進的船舶制造及海洋工程裝備設計制造技術相比,還存在很大差距。我國船企建造的船舶中,60%-70%主要以低技術含量的散貨船為主,高技術含量的鉆井船及液化天然氣船等承接量少。在海洋工程裝備領域,我國尚處在歐美、新加坡/韓國之后的第三陣營,在產品設計、高端裝備技術與建造方面與國外差距較大。如國外深水鉆探最大水深已達3095m,我國為1480m。國外已開發油氣田最大水深為2743m,我國為300m,其中自主開發的裝備采油能力不大于200m水深,與國外有近10年的距離。我國南海水深在500-2000m,我國目前還不具備在這種海域進行油氣勘探和生產的裝備技術。為此,必須要開發一系列高新技術和產品作為支持,而系列高品質船舶及海洋工程用鋼的開發是其重要組成部分,它將為推進我國船舶工業及海洋石油工業的發展,保障我國能源、運輸等行業的安全奠定良好的基礎。

        鋼材是造船及海洋工程結構建造的主要原材料,占據了船體及海洋工程建造成本的20%-30%。涉及的鋼材品種主要包括鋼板、型鋼(船用球扁鋼、H型鋼、角鋼等)、鑄鍛鋼以及配套焊接材料等。其中船體建造耗用鋼材量約占全船重量的60%左右,其中板材占88%左右。

        高強度、高韌性是造船和海洋工程用鋼的基本要求。早期大型船體結構多采用235MPa級以下的鋼板,隨著船體結構的安全性要求的不斷提高,船用鋼板的強度在逐步提高,由235MPa逐步升級到315MPa以及355MPa,鋼的質量等級也從A級提高到E級甚至F級。到20世紀90年代,隨著船舶的大型化、輕量化和高速化的要求,日本和歐洲率先開發出屈服強度為390MPa級的TMCP型高強船板(YP40K),主要用在船體受應力比較大的舷側、舷緣頂板和強力甲板上。目前,在大型散裝貨船和集裝箱船中,390MPa級的高強度鋼已占主導地位,而TMCP工藝生產的船體鋼的強度級別已經達到550MPa級以上,在海洋平臺等大型海洋結構中獲得廣泛應用。而海洋工程中自升式鉆井平臺的樁腿結構,如齒條板、半圓板和無縫支撐管等部位,均要求屈服強度690MPa以上的高強度低合金鋼,同時對低溫沖擊韌性的要求也極為苛刻,即使在普通工況條件也要求考核-40℃(E級)的低溫沖擊性能,在寒冷或極寒條件下考核-60℃(F級)甚至-80℃的低溫沖擊性能。而一些低溫油氣儲運用鋼對低溫沖擊性能的要求更為苛刻,如儲存LNG的9Ni鋼要求考核-196℃的低溫沖擊功達到100J以上,儲運LEG的5Ni鋼也要求考核-120C沖擊功。

        焊接性也是船體結構鋼關注的重點問題之一。20世紀30年代以前,船體結構大都采用鉚接或螺栓連接。二戰前后,焊接技術開始普遍應用在船體結構上,對船體鋼的焊接性和焊接工藝也提出了越來越高的要求。焊接時,鋼板的焊接熱影響區HAZ必須經受高溫熱循環,這很容易引起鋼板HAZ的組織粗化,顯著降低HAZ的韌性。特別是近幾年來,為降低建造成本、提高造船的生產率,造船廠強烈要求采用大線能量焊接。國外廣泛采用100-500kj/cm大線能量焊接。為此,各國開發了一系列大線能量焊接船體鋼,如日本于20世紀80年代初期研制的YP335鋼、90年代中期研制的YP390鋼和目前正在研制的YP460鋼等。目前,在海洋工程用鋼領域如平臺用E36等,均要求采用大線能量焊接以提高施工建造效率。

        近年來,船舶及海洋工程結構的耐腐蝕性越來越受到人們的關注,國際海事組織(IMO)先后通過了壓載艙涂層防護標準(PSPC)以及貨油艙用耐腐蝕鋼性能標準(MSC87),這使得相關的研究工作變得更加緊迫。在壓載艙環境下,船板鋼經受高溫、高濕以及Cl-的共同侵蝕,尤其在壓載艙的潮差部位船板鋼發生嚴重的局部腐蝕。JFE鋼鐵公司開發出了可抑制船舶壓載艙塗膜劣化的新型高耐腐蝕性壓載艙用鋼“JFE一SIP-BT”。由于找到可抑制涂裝后涂膜劣化的元素,提高了基于腐蝕生成物的鋼材保護性能,可將涂膜膨脹及剝離等涂膜的劣化速度減慢到原鋼材的一半左右。新日鐵等通過提高鋼材的純凈度、添加Ni、Cu、W、Mo等耐蝕合金元素的方法研制開發的D36貨油艙用耐腐蝕鋼,將船體結構的使用壽命從15年提高到25年,該鋼腐蝕速率約為傳統鋼的1/4。

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