海洋工程用鋼需求現(xiàn)狀及 未來發(fā)展趨勢

1、Tianjin Key Laboratory of Advanced Joining Technology天津市現(xiàn)代連接技術(shù)重點實驗室王東坡 教授天津大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院2014.9海洋工程用鋼需求現(xiàn)狀及未來發(fā)海洋工程用鋼需求現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢展趨勢Tianjin Key Laboratory of Advanced Joining Technology天津市現(xiàn)代連接技術(shù)重點實驗室2 2主要內(nèi)容Tianjin Key Laboratory of Advanced Joining Technology天津市現(xiàn)代連接技術(shù)重點實驗室一一 需求背景需求背景 1. 根據(jù)有關(guān)資料，全球累計探明石油可采儲

2、量 3880 億噸，天然氣儲量 266 萬億立方米，其中海洋石油天然氣儲量占 45%左右。隨著陸上油氣資源逐漸減少，海洋石油已成為世界各國爭相追逐的主要戰(zhàn)略資源。目前已發(fā)現(xiàn)的油氣田1600多個，有100多個國家和地區(qū)在海上開發(fā)油氣，有 200 多個油氣田投產(chǎn)。 Tianjin Key Laboratory of Advanced Joining Technology天津市現(xiàn)代連接技術(shù)重點實驗室一一 需求背景需求背景 2. 國際上海洋油氣開發(fā)主要呈現(xiàn)兩個重要發(fā)展趨勢: 1. 向深冷區(qū)域發(fā)展，北冰洋海域蘊藏約2000億噸油氣資源，已成為某些周邊國家競相研究開發(fā)的熱點區(qū)域之一，主要有挪威/俄羅斯/美

3、國/加拿大等國參與爭奪。 3. 更重要的發(fā)展領(lǐng)域是深海油氣開發(fā)，最為著名深海油氣開發(fā)區(qū)域就是墨西哥灣，另外南美巴西部分海域和我國南海成為深海油氣資源豐富的兩個區(qū)域。Tianjin Key Laboratory of Advanced Joining Technology天津市現(xiàn)代連接技術(shù)重點實驗室一一 需求背景需求背景 3 . 我國南海所蘊藏油氣儲量約300億噸當量，其中60-80%埋藏于深海區(qū)域，大部分水深約1500米以上，且該海域臺風頻次多，海浪高，海流復(fù)雜，開發(fā)難度極大。由于菲律賓和越南等國在南海部分海域與我國存在主權(quán)爭議，因此誰能率先成功進軍深海，必將是最大贏家。 有鑒于此，南海深水油

4、氣資源開發(fā)利用已上升為國家能源發(fā)展戰(zhàn)略。Tianjin Key Laboratory of Advanced Joining Technology天津市現(xiàn)代連接技術(shù)重點實驗室 4. 海洋油氣資源開發(fā)和利用促使海洋工程裝備制造業(yè)蓬勃興起，海洋工程裝備市場具有廣闊發(fā)展前景和巨大的發(fā)展?jié)摿Α?近十年，海洋石油勘探開發(fā)的投資持續(xù)大幅增長，據(jù)Douglas-Westwood 統(tǒng)計，08 年全球海工裝備資本性投資為 1570 億美元，09 年約 1520 億美元，占海洋油氣勘探開發(fā)總投資 60%左右。 當前，全球共有各類海洋鉆井裝備 650 多座，其中自升式鉆井平臺超過 430 座，占有總規(guī)模的 2/3；

5、半潛式鉆井平臺 180 多座，鉆井船近 50 艘，合計占 1/3。一一 需求背景需求背景Tianjin Key Laboratory of Advanced Joining Technology天津市現(xiàn)代連接技術(shù)重點實驗室 5. 截至 2009 年底，國內(nèi)在生產(chǎn)油氣田 77 個，平臺 150座，在建 10 座，海外油田管理 140 余座，海管 4,813km（在建 173km），海底電纜 380km，F(xiàn)PSO17 艘，水下井口已建成 6 套，陸上終端已建成 11 座、2 座在建設(shè)中（海外終端管理 1 座），這些海上工程裝備和設(shè)施使中國海油具備5,000 萬噸油當量的生產(chǎn)能力。一一 需求背景需求

6、背景Tianjin Key Laboratory of Advanced Joining Technology天津市現(xiàn)代連接技術(shù)重點實驗室 6. 從目前掌握的數(shù)據(jù)看，在2011-2015 年間，我國海洋石油增加 5,000萬噸的海洋石油產(chǎn)量的預(yù)期可以實現(xiàn)。這 5 年間，建造 70 多座平臺，新建 10 多艘 FPSO，其中中海油需建造 55 座海洋平臺，6 艘 FPSO，4 個陸地終端、鋪設(shè)海底管線 1,000 多公里，投資總量每年將以數(shù)百億元以上遞增。 未來十三五，我國南海大開發(fā)及東海大開發(fā)，及國際市場的開拓，中國海工市場還將快速發(fā)展。 國際油價穩(wěn)定在100美元左右，使得國際海工市場年投資將

7、達到2000億美金左右。 一一 需求背景需求背景Tianjin Key Laboratory of Advanced Joining Technology天津市現(xiàn)代連接技術(shù)重點實驗室 7. 2008年，席卷全球的金融危機對我國造船工業(yè)的發(fā)展造成強烈沖擊，船舶工業(yè)產(chǎn)能過剩/重復(fù)投資/高端產(chǎn)品競爭力不強的問題日益凸顯。 為應(yīng)對我國造船工業(yè)面臨的危機，振興行業(yè)發(fā)展，國家明確提出要大力發(fā)展海洋工程裝備制造業(yè)，強化海洋工程產(chǎn)品自主研發(fā)及生產(chǎn)能力。 目前，海洋工程裝備制造行業(yè)正成為造船工業(yè)新的利潤增長點 ，眾多船企開始向海洋工程產(chǎn)品轉(zhuǎn)型。一一 需求背景需求背景Tianjin Key Laboratory

8、of Advanced Joining Technology天津市現(xiàn)代連接技術(shù)重點實驗室 8. 從全球角度看，據(jù)統(tǒng)計正在開發(fā)中的水深200m以上的海洋項目共有100余個，潛在項目達近千個，未來海洋生產(chǎn)裝備用鋼的需求依然保持較高水平。因此，海洋工程用鋼的需求和開發(fā)將成為鋼鐵行業(yè)新的增長點。一一 需求背景需求背景Tianjin Key Laboratory of Advanced Joining Technology天津市現(xiàn)代連接技術(shù)重點實驗室 海工用鋼主要可以分為海洋平臺用鋼，海底油氣管線用鋼，油氣儲運艦船用鋼和海洋能源設(shè)備用鋼等，主要以低合金高性能結(jié)構(gòu)鋼為主。 國內(nèi)生產(chǎn)管線鋼整體上已經(jīng)達到世界

9、水平，但特大管徑和超厚管壁管線鋼品種尚需進口，高強管線管品質(zhì)需要提高，如抗HIC(氫致開裂)和抗SSC(硫化物應(yīng)力腐蝕)高強度管線鋼等。Tianjin Key Laboratory of Advanced Joining Technology天津市現(xiàn)代連接技術(shù)重點實驗室 不僅如此，國產(chǎn)管線用鋼在高低溫止裂韌性，焊接性，抗大應(yīng)變性能與國外存在一定差距。 隨著水深增加，國產(chǎn)管線鋼在低溫斷裂韌性，尺寸精度方面與國外存在更明顯差距，甚至尚屬空白領(lǐng)域，需進口解決。Tianjin Key Laboratory of Advanced Joining Technology天津市現(xiàn)代連接技術(shù)重點實驗室 由于海

10、洋平臺（包括固定式平臺和移動式平臺）服役期長（甚至超過30年），安全性要求高，因此：要求所采用鋼材必須具有高強度,高韌性,抗疲勞,抗層狀撕裂和良好焊接性及耐蝕性等特點。 固定式平臺結(jié)構(gòu)主要采用屈服強度為355MP a、420MP a、460MP a的/及級鋼材；在自升式鉆井平臺結(jié)構(gòu)中可能鋼材的強度級別會達到500MPa及550MPa。Tianjin Key Laboratory of Advanced Joining Technology天津市現(xiàn)代連接技術(shù)重點實驗室Tianjin Key Laboratory of Advanced Joining Technology天津市現(xiàn)代連接技術(shù)重點實

11、驗室 我國海洋平臺用鋼板的抗腐蝕性能和大線能量焊接熱影響區(qū)（HAZ）斷裂性能與國外有一定的差距。 同時以鐵素體-珠光體微觀組織為主的低合金鋼的抗層狀撕裂性能依然是困然企業(yè)生產(chǎn)的難題。 厚度在以上高強度鋼板，屈服強度在以上齒條鋼只有極少數(shù)廠家能生產(chǎn)。 多數(shù)廠家所生產(chǎn)的海洋平臺用鋼沒有通過EN10225 ，ISO19902, API 2Z 等歐美標準的認證，開拓海外市場困難。Tianjin Key Laboratory of Advanced Joining Technology天津市現(xiàn)代連接技術(shù)重點實驗室 雙相不銹鋼的優(yōu)點是強度高于奧氏體不銹鋼 （屈 服強 度提 高1 倍,抗拉強度提高25 %

12、）,而韌性 優(yōu)于鐵 素體不 銹鋼,且抗點蝕、縫隙腐蝕和應(yīng)力腐蝕的性能與兩者相差不大。 雙相不銹鋼在海洋平臺上部組塊工藝管線，立管，水下生產(chǎn)系統(tǒng)管匯，井口采油樹及 隔水套 管 中應(yīng) 用。 國產(chǎn)雙相鋼存在焊接后點蝕性能不達標，材料韌性不足等缺點，主要原因是熱處理工藝不過關(guān)。 國際上最新的第四代超級雙相不銹鋼尚無產(chǎn)品（主要在采油樹上使用）。Tianjin Key Laboratory of Advanced Joining Technology天津市現(xiàn)代連接技術(shù)重點實驗室試樣尺寸(mm)試驗溫度試驗部位試樣編號沖擊吸收功Ak(J)10555室溫母材119217315母材130210310母材128.

13、5248346距熔合線+5mm114Tianjin Key Laboratory of Advanced Joining Technology天津市現(xiàn)代連接技術(shù)重點實驗室雙相鋼31803 金相組織 AusteniteFerrite25mTianjin Key Laboratory of Advanced Joining Technology天津市現(xiàn)代連接技術(shù)重點實驗室 LNG項目在陸地的表現(xiàn)形式主要是處理工廠及儲罐建造，在海洋中主要表現(xiàn)方式是LNG船舶的建造。 隨著工業(yè)的迅猛發(fā)展低 溫 鋼 的 研究和 開 發(fā) 熱 度 持 續(xù) 升 溫 。 近幾年，涉海LNG項目很多，中海油承包的澳大利亞LNG項

14、目以及剛承接的俄羅斯的亞馬LNG項目，項目規(guī)模巨大。 亞馬項目，僅中海油的份額近200億人民幣，蓬萊巨濤也獲得40多億的份額。涉及鋼種主要為各種類型的低溫鋼和不銹鋼。Tianjin Key Laboratory of Advanced Joining Technology天津市現(xiàn)代連接技術(shù)重點實驗室 儲 存 溫 度 為，要求儲罐所采用的鋼具有較高強度及優(yōu)異的低 溫 韌 性。此外，由于無論是LNG儲罐還是LNG船或管道，均需要焊接，因此對9Ni鋼焊接性要求很高，主要是熱裂紋（液化裂紋）敏感性提出極高要求。 近幾年，我國多家鋼企已能生產(chǎn)9Ni鋼板，但產(chǎn)品質(zhì)量與國外尚存明顯差距，主要表現(xiàn)在熱影響區(qū)斷

15、裂韌性及抗焊接熱裂紋性能兩方面上。Tianjin Key Laboratory of Advanced Joining Technology天津市現(xiàn)代連接技術(shù)重點實驗室Tianjin Key Laboratory of Advanced Joining Technology天津市現(xiàn)代連接技術(shù)重點實驗室Tianjin Key Laboratory of Advanced Joining Technology天津市現(xiàn)代連接技術(shù)重點實驗室Tianjin Key Laboratory of Advanced Joining Technology天津市現(xiàn)代連接技術(shù)重點實驗室 關(guān)鍵鋼鐵品種不能自給已瓶頸，

16、致使重大海洋工程及裝備關(guān)鍵技術(shù)長期大量依賴進口，尤其在深海領(lǐng)域。 深海工程需要高強/高韌 /耐海洋環(huán)境腐蝕鋼管/板，這類鋼材必須滿足復(fù)雜環(huán)境,復(fù)合載荷長壽命等十分苛刻的服役要求,隨著我國海洋工程從近海向深海進軍，適應(yīng)新需求，自主研發(fā)高性能鋼材已迫在眉睫。Tianjin Key Laboratory of Advanced Joining Technology天津市現(xiàn)代連接技術(shù)重點實驗室 借鑒國外幾十年海洋深水開發(fā)的經(jīng)驗和教訓(xùn)，中海油今后重要技術(shù)發(fā)展路線之一就是采用水下生產(chǎn)系統(tǒng)開采技術(shù)。 這種采油氣的方式主要特點是在海底實施油氣采集之后，不是采用通常通過深水柔性立管將油氣送入位于深水采油平臺的生

17、產(chǎn)系統(tǒng)處理的方式，而是經(jīng)過水下生產(chǎn)系統(tǒng)簡單處理之后，通過海底管道輸送到位于相對水深較淺海域的固定式采油平臺上進一步加工處理，再通過海 底管線或油輪輸送到陸地。 因此，水下生產(chǎn)系統(tǒng)制造/深水海底管線及其鋪設(shè)/深水固定式采油平臺制造成為該深海油氣開發(fā)技術(shù)鏈條上的三個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。水下生產(chǎn)系統(tǒng)開采技術(shù)Tianjin Key Laboratory of Advanced Joining Technology天津市現(xiàn)代連接技術(shù)重點實驗室 深海油氣開發(fā)裝備的核心問題是壽命，由于深海油氣開發(fā)投入極大，具備開發(fā)價值的海域其油氣儲量必須非常豐富，否則很難收回成本。 因此，要求深海油氣開發(fā)裝備一定具有很長的安全使用壽

18、命，以滿足長周期海上作業(yè)的設(shè)計要求，例如我國第一個深水項目荔灣3-1所采用的固定式深水平臺設(shè)計壽命達30年，而以往同樣位于南海的淺水區(qū)域平臺設(shè)計壽命只有15年,甚至更短。水下生產(chǎn)系統(tǒng)開采技術(shù)Tianjin Key Laboratory of Advanced Joining Technology天津市現(xiàn)代連接技術(shù)重點實驗室 由于水下生產(chǎn)系統(tǒng)只是將油氣簡單處理，并沒有對其進行脫水和脫硫/二氧化碳處理，因此管道內(nèi)介質(zhì)具有較強腐蝕性，采用碳鋼管所制造海底管線很難滿足長壽命安全服役要求。 一般采用耐蝕合金或復(fù)合管制造海底管道，因此，造價很高。水下生產(chǎn)系統(tǒng)開采技術(shù)Tianjin Key Laborato

19、ry of Advanced Joining Technology天津市現(xiàn)代連接技術(shù)重點實驗室 由于深海油氣開發(fā)投入極大，具備開發(fā)價值的海域其油氣儲量必須非常豐富，要求深海深水固定式采油平臺具有很長使用壽命，以滿足長周期海上作業(yè)要求。由于深水固定式平臺所處海域水很深，甚至可能達300米以上，導(dǎo)致平臺不僅造價高，重量大而且建造周期長，海上運輸和安裝困難。因此深水固定式平臺長壽命輕量化是當前國際海洋工程界的必然選擇。 水下生產(chǎn)系統(tǒng)開采技術(shù)Tianjin Key Laboratory of Advanced Joining Technology天津市現(xiàn)代連接技術(shù)重點實驗室 國際上，一般通過結(jié)構(gòu)制造材

20、料高強化和疲勞延壽技術(shù)滿足輕量化長壽命深海固定式平臺建造。 截止目前，我國相關(guān)海工企業(yè)采用大厚度高強鋼板建造深水固定式平臺的工程案例尚屬空白，已啟動的幾個深海油氣開發(fā)項目所涉及的固定式平臺建造依然采用傳統(tǒng)的EH/DH36鋼制造，導(dǎo)致其重量過大。 如果采用EH/DH42及EH/DH46高強鋼板取代EH/DH36建造深水固定式平臺，預(yù)計減重20-30%，其經(jīng)濟意義十分重大。水下生產(chǎn)系統(tǒng)開采技術(shù)Tianjin Key Laboratory of Advanced Joining Technology天津市現(xiàn)代連接技術(shù)重點實驗室 1. 隨著海洋油氣資源開發(fā)向深水發(fā)展,立管系統(tǒng)在油氣開發(fā)成本中所占的比重

21、越來越大. 2. 傳統(tǒng)立管系統(tǒng)在技術(shù)上和經(jīng)濟上已經(jīng)不適應(yīng)深水發(fā)展的需要。 3. 柔性立管成本高,不適應(yīng)深水油氣田高溫高壓生產(chǎn)條件,同時大直徑柔性立管的制造受到技術(shù)的限制,其發(fā)展空間微乎其微。 4. 頂張力立管不能順應(yīng)浮體較大的漂移運動,隨著水深增加,頂張力和浮體垂蕩運動的補償也變得越來越困難,同時氣動液壓張緊裝置占用較大平臺空間,對于比較緊湊的平臺空間來說是不經(jīng)濟的。 人們一直在尋求一種深水開發(fā)的有效解決方案。人們一直在尋求一種深水開發(fā)的有效解決方案。鋼懸鏈線立管鋼懸鏈線立管(Steel Caternary Riser, SCR)(Steel Caternary Riser, SCR)Tian

22、jin Key Laboratory of Advanced Joining Technology天津市現(xiàn)代連接技術(shù)重點實驗室 成本低 對浮體運動有較大的適應(yīng)性 適用高溫高壓工作環(huán)境 應(yīng)用： 國外-Golf of Mexico -Campos Basin -North Sea -West Africa 國內(nèi)-空白鋼懸鏈線立管鋼懸鏈線立管(Steel Caternary Riser, SCR)Tianjin Key Laboratory of Advanced Joining Technology天津市現(xiàn)代連接技術(shù)重點實驗室 鋼懸鏈線立管( Steel Caternary Riser,SCR)

23、是國外近年來發(fā)展起來的一種新型深水立管系統(tǒng)。 它成本低，對浮體運動有較大適應(yīng)性，適用高溫高壓工作環(huán)境，已在國外有過多次成功應(yīng)用的范例，取代了柔性立管和頂張力立管而成為深水開發(fā)的首選立管形式，代表著國際上深海平臺立管的技術(shù)發(fā)展方向。 鋼懸鏈線立管鋼懸鏈線立管(Steel Caternary Riser, SCR)(Steel Caternary Riser, SCR)Tianjin Key Laboratory of Advanced Joining Technology天津市現(xiàn)代連接技術(shù)重點實驗室鋼懸鏈線立管鋼懸鏈線立管(Steel Caternary Riser, SCR)(Steel Ca

24、ternary Riser, SCR) 適用于所有新型深水平臺，如立柱式平臺（適用于所有新型深水平臺，如立柱式平臺（SPAR）、張）、張力腿平臺（力腿平臺（TLP）、半潛式平臺、浮式生產(chǎn)系統(tǒng)（）、半潛式平臺、浮式生產(chǎn)系統(tǒng)（FPSO）和）和浮式生產(chǎn)儲運系統(tǒng)等。浮式生產(chǎn)儲運系統(tǒng)等。Tianjin Key Laboratory of Advanced Joining Technology天津市現(xiàn)代連接技術(shù)重點實驗室 1. 自 1994 年 shell公司在墨西哥灣的張力腿平臺 Auger上安裝了世界第一條鋼懸鏈線立管以來,在墨西哥灣( Golf of Mexico)、坎普斯盆地( Campos Ba

25、sin)、海(North Sea) 和西非( West Africa) 等幾大海上油氣田 ,已經(jīng)有近百條鋼懸鏈線立管投入使用。 2. 鋼懸鏈線立管（SCR）的技術(shù)開發(fā)及工程應(yīng)用在我國仍尚屬空白領(lǐng)域。鋼懸鏈線立管鋼懸鏈線立管(Steel Caternary Riser, SCR)(Steel Caternary Riser, SCR)Tianjin Key Laboratory of Advanced Joining Technology天津市現(xiàn)代連接技術(shù)重點實驗室 1.鋼懸鏈線立管SCR的疲勞性能基本取決于制造過程環(huán)縫焊接質(zhì)量的控制水準以及是否恰當引入延壽措施等。 2.決定環(huán)縫焊接質(zhì)量的主要因

26、素之一，就是錯邊量的控制，而錯邊量的大小基本取決于管線鋼的圓度和壁厚均勻度及管徑一致性等形狀和尺寸精度。鋼懸鏈線立管鋼懸鏈線立管(Steel Caternary Riser, SCR)(Steel Caternary Riser, SCR)Tianjin Key Laboratory of Advanced Joining Technology天津市現(xiàn)代連接技術(shù)重點實驗室 1. 鋼懸鏈線立管SCR的安全性能要求極高，因此，對環(huán)焊縫斷裂韌性提出苛刻要求。要求所采用的管線鋼必須在低溫環(huán)境下，HAZ具有高斷裂韌性。 2. 典型驗收值是在服役溫度-18oC的條件下CTOD值0.38mm。 3. 由于鋼

27、懸鏈線立管內(nèi)流通含硫化氫和二氧化碳的酸性氣體，對管道內(nèi)壁產(chǎn)生SSC或SCC等腐蝕，因此要求所采用的管線鋼HAZ部位必須具有很高的抗腐蝕能力。鋼懸鏈線立管鋼懸鏈線立管(Steel Caternary Riser, SCR)(Steel Caternary Riser, SCR)Tianjin Key Laboratory of Advanced Joining Technology天津市現(xiàn)代連接技術(shù)重點實驗室 有鑒于此： 鋼懸鏈線立管SCR所采用的管線鋼要求極高，主要有以下幾點： 1. 要求小管徑與厚度之比 2. 管線鋼HAZ高低溫斷裂韌性 3. 管線鋼HAZ高抗腐蝕能力 4. 要求圓度和壁厚均

28、勻度及管徑一致性等形狀和尺寸精度極高。鋼懸鏈線立管鋼懸鏈線立管(Steel Caternary Riser, SCR)(Steel Caternary Riser, SCR)Tianjin Key Laboratory of Advanced Joining Technology天津市現(xiàn)代連接技術(shù)重點實驗室 TLP（張力腿平臺）系索同樣使用管線鋼焊接制造，由于管內(nèi)沒有流通含硫化氫和二氧化碳的酸性氣體，對管道腐蝕要求有所降低，但由于系索受到很大的預(yù)應(yīng)力，是TLP平臺主承力結(jié)構(gòu)，因此對系索環(huán)焊縫提出更高疲勞性能及抗斷裂性能要求。 同樣要求TLP平臺系索所用管線鋼具有如下要求： 1. 要求小管徑與壁

29、厚比 2. 管線鋼HAZ高低溫斷裂韌性 3. 要求圓度/壁厚均勻度及管徑一致性等形狀和尺寸精度極高。TLPTLP（張力腿平臺）系索（張力腿平臺）系索Tianjin Key Laboratory of Advanced Joining Technology天津市現(xiàn)代連接技術(shù)重點實驗室39Tianjin Key Laboratory of Advanced Joining Technology天津市現(xiàn)代連接技術(shù)重點實驗室40 國外早已將復(fù)合管成功應(yīng)用于水下管匯系統(tǒng)的制造過程。 崖城13-4項目開創(chuàng)我國海洋油氣開發(fā)水下管匯使用金屬復(fù)合管制造的先河。既具有耐蝕合金的高耐腐蝕性能又擁有外層碳鋼高強度的特

30、點，適用于高溫、高壓環(huán)境下輸送酸性介質(zhì)，而且它又具有低成本的經(jīng)濟優(yōu)勢造價昂貴水下管匯防腐鎳基合金或雙相不銹鋼雙金屬復(fù)合管Tianjin Key Laboratory of Advanced Joining Technology天津市現(xiàn)代連接技術(shù)重點實驗室41Tianjin Key Laboratory of Advanced Joining Technology天津市現(xiàn)代連接技術(shù)重點實驗室國外雙金屬復(fù)合管的應(yīng)用較為活躍, 德國德國Butting公司生產(chǎn)的機械復(fù)合管已有上千公里應(yīng)用于歐洲、北美以及亞洲等國的海底和陸上油氣管道;英國英國PROCLAD 公司生產(chǎn)的冶金復(fù)合管也在全球許多國家得到應(yīng)用。

31、美國美國墨西哥灣法爾韋油田早已有應(yīng)用。日本日本NKK公司采用UOE工藝制造的Cu-Ni合金復(fù)合管（含Ni10%或30%）具有優(yōu)良的耐海水腐蝕性和可焊性，廣泛用于海水淡化系統(tǒng)的海水引入管等。俄羅斯俄羅斯極北部和東部大陸架等油氣田也都有應(yīng)用。復(fù)合管的應(yīng)用Tianjin Key Laboratory of Advanced Joining Technology天津市現(xiàn)代連接技術(shù)重點實驗室國內(nèi)，航天動力技術(shù)研究院所屬西安向陽西安向陽航天材料股份有限公司生產(chǎn)制造雙金屬復(fù)合管。迄今為止，西安向陽航天材料股份有限公司已向石油、天然氣、石化、煉化等行業(yè)提供了超過1000千米的雙金屬復(fù)合管， 用于各種流體的輸送

32、。無錫西姆萊斯無錫西姆萊斯鋼管廠正在研發(fā)雙金屬液壓機械復(fù)合管。國外公司采用復(fù)合管的應(yīng)用實例表明, 雙金屬復(fù)合管可應(yīng)用于含硫酸性氣田。這為中國高酸性氣田(比如西南油氣田分公司的羅家寨、渡口河及鐵山坡等氣田) 地面集輸管線的防腐提供了新的思路。復(fù)合管的應(yīng)用Tianjin Key Laboratory of Advanced Joining Technology天津市現(xiàn)代連接技術(shù)重點實驗室國內(nèi)雙金屬復(fù)合管已經(jīng)應(yīng)用于東部淺井的油井管上,特別是對舊的油管實施內(nèi)襯后重新利用；在地面集輸管道上的應(yīng)用也日益廣泛,例如塔里木油田分公司牙哈凝析氣田地面集輸管道采用20G/ 316L 復(fù)合管,長慶油田分公司靖安首站

33、采用20 號/ 0Cr18Ni9 復(fù)合管;大慶油田、長慶油田的注水管道也已開始采用雙金屬復(fù)合管。雙金屬復(fù)合管的技術(shù)和經(jīng)濟優(yōu)勢明顯,應(yīng)用前景廣闊。復(fù)合管的應(yīng)用Tianjin Key Laboratory of Advanced Joining Technology天津市現(xiàn)代連接技術(shù)重點實驗室45復(fù)合管的制造技術(shù)概況Tianjin Key Laboratory of Advanced Joining Technology天津市現(xiàn)代連接技術(shù)重點實驗室 每一種工藝方法都有自身的技術(shù)特點和工藝限制。 機械結(jié)合的方式,生產(chǎn)工藝簡單,工序較少,生產(chǎn)成本低,但結(jié)合層存在很大的應(yīng)力集中甚至宏觀間隙,結(jié)合強度不高

34、; 冶金結(jié)合的方式,具有較好的強度,但生產(chǎn)成本高,工藝復(fù)雜,制作難度大。 雙金屬復(fù)合管生產(chǎn)工藝的選擇應(yīng)綜合考慮工程要求、經(jīng)濟效益、產(chǎn)品質(zhì)量等多種因素。 復(fù)合板焊接法是冶金結(jié)合，具有良好的性能，同時成本在冶金法中相對較低，而且最具有選擇自由度。復(fù)合板焊接法制作雙金屬復(fù)合管有著現(xiàn)實意義。復(fù)合管的制造技術(shù)概況Tianjin Key Laboratory of Advanced Joining Technology天津市現(xiàn)代連接技術(shù)重點實驗室 (a) (b)圖 Polysoude公司的裝備與產(chǎn)品復(fù)合管的制造技術(shù)概況Tianjin Key Laboratory of Advanced Joining T

35、echnology天津市現(xiàn)代連接技術(shù)重點實驗室 (a) (b)圖 ProClad公司的裝備及產(chǎn)品復(fù)合管的制造技術(shù)概況Tianjin Key Laboratory of Advanced Joining Technology天津市現(xiàn)代連接技術(shù)重點實驗室(a)(b)(c)圖 Roc-Master公司的裝備和產(chǎn)品(d)復(fù)合管的制造技術(shù)概況Tianjin Key Laboratory of Advanced Joining Technology天津市現(xiàn)代連接技術(shù)重點實驗室(a)圖 Fronius設(shè)備及產(chǎn)品(b)復(fù)合管的制造技術(shù)概況Tianjin Key Laboratory of Advanced J

36、oining Technology天津市現(xiàn)代連接技術(shù)重點實驗室(a)(b)圖 Soudokey（Bhler Welding）設(shè)備及產(chǎn)品(c)復(fù)合管的制造技術(shù)概況Tianjin Key Laboratory of Advanced Joining Technology天津市現(xiàn)代連接技術(shù)重點實驗室(a) 90彎管內(nèi)壁自動堆焊機圖 哈爾濱威德焊接自動化系統(tǒng)工程有限公司設(shè)備及產(chǎn)品(b) 30彎管內(nèi)壁自動堆焊機復(fù)合管的制造技術(shù)概況Tianjin Key Laboratory of Advanced Joining Technology天津市現(xiàn)代連接技術(shù)重點實驗室設(shè)備根據(jù)管道的擺放不同可為立式立式堆焊設(shè)備

37、和臥式臥式堆焊設(shè)備；根據(jù)焊接方向不同分為環(huán)向環(huán)向堆焊、縱向縱向堆焊和螺旋螺旋堆焊，甚至不規(guī)則形狀不規(guī)則形狀堆焊；根據(jù)焊接方法還可以分為熱絲熱絲TIG堆焊堆焊設(shè)備，埋弧帶埋弧帶極堆焊極堆焊等；根據(jù)管道的長短分為伸縮懸臂式伸縮懸臂式設(shè)備和線纜導(dǎo)軌式線纜導(dǎo)軌式設(shè)備等。這些設(shè)備根據(jù)管道材質(zhì)尺寸，及管道質(zhì)量要求等的不同有各自的應(yīng)用范圍，同時效率高低也有差別。復(fù)合管的制造技術(shù)概況Tianjin Key Laboratory of Advanced Joining Technology天津市現(xiàn)代連接技術(shù)重點實驗室54環(huán)向環(huán)向/ /不同堆焊技術(shù)性能對比Tianjin Key Laboratory of Adv

38、anced Joining Technology天津市現(xiàn)代連接技術(shù)重點實驗室55Tianjin Key Laboratory of Advanced Joining Technology天津市現(xiàn)代連接技術(shù)重點實驗室56Tianjin Key Laboratory of Advanced Joining Technology天津市現(xiàn)代連接技術(shù)重點實驗室耐應(yīng)力腐蝕性能測試技術(shù)SCC試驗一般參照試驗一般參照NACE TM 0177、ASTM G39 EF-16標準及標準及相應(yīng)規(guī)格書進行。相應(yīng)規(guī)格書進行。硫化氫應(yīng)力腐蝕裝置示意圖硫化氫應(yīng)力腐蝕裝置示意圖四點彎曲試樣加載形式四點彎曲試樣加載形式Tianj

39、in Key Laboratory of Advanced Joining Technology天津市現(xiàn)代連接技術(shù)重點實驗室彈塑性斷裂力學(xué)1. 彈塑性斷裂力學(xué)應(yīng)用于描述與時間無關(guān)的非線性材料斷裂行為，即塑性變形。 其中有兩個重要斷裂參量：2. 裂紋尖端張開位移 CTOD或 （Crack Tip Opening Displacement）; 3. J曲線積分 J contour integral;兩個參數(shù)都用于近似描述彈塑性材料裂紋尖端區(qū)域因此，它們臨界值都用作為材料斷裂韌性表征量。Tianjin Key Laboratory of Advanced Joining Technology天津市現(xiàn)

40、代連接技術(shù)重點實驗室CTOD 物理意義基于應(yīng)變Force Force increasingincreasingVoids form ahead of Voids form ahead of crack tipcrack tipVoids link and crack Voids link and crack extendsextendsCTODCTODCTODCTODCrackCrackTianjin Key Laboratory of Advanced Joining Technology天津市現(xiàn)代連接技術(shù)重點實驗室CTOD 定義Tianjin Key Laboratory of Advan

41、ced Joining Technology天津市現(xiàn)代連接技術(shù)重點實驗室影響斷裂韌性主要因素1. 厚度因素2. 溫度及其他因素厚度斷裂韌性韌性韌性上平臺下平臺轉(zhuǎn)變溫度增加： 應(yīng)變率 缺口裂度Tianjin Key Laboratory of Advanced Joining Technology天津市現(xiàn)代連接技術(shù)重點實驗室斷裂力學(xué)試樣（SENB）夾式引伸計試件尖端張開位移準確定位刀口刃邊裂紋總長度Tianjin Key Laboratory of Advanced Joining Technology天津市現(xiàn)代連接技術(shù)重點實驗室2022-3-15631. 設(shè)備名稱：電液伺服萬能試電液伺服萬能試

42、驗機驗機2. 型號：YDL20003. 設(shè)備規(guī)格：2000kN 4. Device: Electrohydraulic Servo Universal Testing Machine5. Model: YDL20006. Capability: 2000kN斷裂韌性測試設(shè)備-1-電液伺服試驗機Tianjin Key Laboratory of Advanced Joining Technology天津市現(xiàn)代連接技術(shù)重點實驗室2022-3-15641. 設(shè)備名稱：高頻疲勞試驗機高頻疲勞試驗機2. 型號：PLG-200C3. 設(shè)備規(guī)格：200kN 4. Device: High-frequency

43、 Fatigue Machine5. Model: PLG-200C6. Capability: 200kN斷裂韌性測試-2 - 疲勞裂紋預(yù)制設(shè)備Tianjin Key Laboratory of Advanced Joining Technology天津市現(xiàn)代連接技術(shù)重點實驗室2022-3-15651. 設(shè)備名稱：電子引伸計電子引伸計2. 型號：YYJ-4/103. Device: Electronic Extensometer4. Model: YYJ-4/10斷裂韌性測試3 - 裂紋尖端張開位移測量設(shè)備Tianjin Key Laboratory of Advanced Joining

44、Technology天津市現(xiàn)代連接技術(shù)重點實驗室2022-3-15661. 數(shù)字測溫儀數(shù)字測溫儀2. Digital Thermodetector斷裂韌性測試4 - 溫度測量設(shè)備Tianjin Key Laboratory of Advanced Joining Technology天津市現(xiàn)代連接技術(shù)重點實驗室斷裂韌性（CTOD）試驗1. 為了保證工程結(jié)構(gòu)抗脆斷能力，一般在設(shè)計時考慮采為了保證工程結(jié)構(gòu)抗脆斷能力，一般在設(shè)計時考慮采用焊后消應(yīng)處理方法改善焊接接頭部位的斷裂韌性。用焊后消應(yīng)處理方法改善焊接接頭部位的斷裂韌性。2. 焊后熱處理焊后熱處理缺點：缺點：1) 設(shè)備投入多設(shè)備投入多/能源消耗

45、量大能源消耗量大 /施工施工工期過長，大幅度地增加建造成本和周期。工期過長，大幅度地增加建造成本和周期。2)熱處理熱處理本身也是一種工藝方法，存在施工質(zhì)量和控制問題。本身也是一種工藝方法，存在施工質(zhì)量和控制問題。3. 依據(jù)依據(jù)API、LR、DNV相應(yīng)建造規(guī)范的規(guī)定，如果焊接部相應(yīng)建造規(guī)范的規(guī)定，如果焊接部位位(包括焊縫和熱影響區(qū)包括焊縫和熱影響區(qū))有足夠有足夠CTOD值，構(gòu)件厚度小值，構(gòu)件厚度小于或等于試驗厚度時就可于或等于試驗厚度時就可免除焊后熱處理（并要求進免除焊后熱處理（并要求進行行ECA斷裂疲勞分析）斷裂疲勞分析）。Tianjin Key Laboratory of Advanced

46、Joining Technology天津市現(xiàn)代連接技術(shù)重點實驗室試驗標準試驗標準1. BS 7448: 金屬材料金屬材料 - 第第1部分部分: 金屬材料金屬材料 (1991 2002版版) - 第第2部分部分: 焊接接頭（焊接接頭（1997)2. ISO - BS EN ISO 15653: 焊縫斷裂韌性試驗焊縫斷裂韌性試驗 (2010) - BS EN ISO 12737: 斷裂韌性平面應(yīng)變斷裂韌性平面應(yīng)變 (2010) - ISO 12135: K、CTOD、J與與R曲線曲線 (2002)3. ASTM - ASTM E 1820:K、CTOD、J與與R曲線曲線 (2011) - ASTM

47、 E 1290: CTOD試驗試驗 (1999 2008最終版最終版) 4. 國家標準國家標準 GB/T 21143-2007-金屬材料準靜態(tài)斷裂韌度的統(tǒng)一試驗方法金屬材料準靜態(tài)斷裂韌度的統(tǒng)一試驗方法 由天津大學(xué)牽頭制定由天津大學(xué)牽頭制定金屬材料金屬材料焊接接頭焊接接頭準靜態(tài)斷裂韌度測定試驗方法準靜態(tài)斷裂韌度測定試驗方法Tianjin Key Laboratory of Advanced Joining Technology天津市現(xiàn)代連接技術(shù)重點實驗室（BS EN 10225-2009BS EN 10225-2009固定近海結(jié)構(gòu)焊接結(jié)構(gòu)鋼固定近海結(jié)構(gòu)焊接結(jié)構(gòu)鋼 ）1. 試驗溫度 -10C02.

48、 三點彎曲加載方式3. 75毫米及以上板厚采用BB試樣，75毫米以下B 2B試樣4. CTOD 驗收值：0.155.焊縫金屬/GCHAZ（粗晶熱影響區(qū)1400C0 T 1100C0）/SCHAZ(腐蝕不可見熱影響區(qū)T AC1 ）與ICHAZ（不完全重結(jié)晶區(qū)AC1 T AC3 ）交接區(qū)域三個缺口位置Tianjin Key Laboratory of Advanced Joining Technology天津市現(xiàn)代連接技術(shù)重點實驗室1. 焊縫試樣要求整厚度截面疲勞缺口尖端至少90%位于焊縫金屬之中，且距離熔合線2毫米之內(nèi)。2. 粗晶熱影響區(qū)GCHAZ試樣要求整厚度截面75范圍內(nèi)疲勞缺口尖端至少一定

49、比例位于距離熔合線小于0.5毫米范圍之內(nèi)。3. SCHAZ(腐蝕不可見熱影響區(qū)T AC1 ）與ICHAZ（不完全重結(jié)晶區(qū)AC1 T AC3 ）交接區(qū)域。（BS EN 10225-2009BS EN 10225-2009固定近海結(jié)構(gòu)焊接結(jié)構(gòu)鋼固定近海結(jié)構(gòu)焊接結(jié)構(gòu)鋼 ）Tianjin Key Laboratory of Advanced Joining Technology天津市現(xiàn)代連接技術(shù)重點實驗室（BS EN 10225-2009固定近海結(jié)構(gòu)焊接結(jié)構(gòu)鋼 ）1 柱狀焊縫金屬 2 亞過渡再加熱粗晶熱影響區(qū)（SRGCHAZ）3 過渡再加熱粗晶熱影響區(qū)（IRGCHAZ）4 Ac35 Ac16 未轉(zhuǎn)變過

50、渡熱影響區(qū)（ICHAZ） 7 未轉(zhuǎn)變亞過渡熱影響區(qū)（SCHAZ） 8 不可見熱影響區(qū)邊界 9 母材金屬 10 未轉(zhuǎn)變細晶熱影響區(qū)（FGHAZ） 11 未轉(zhuǎn)變粗晶熱影響區(qū)（GCHAZ） 12 熔合線 多道焊熱影響區(qū) Tianjin Key Laboratory of Advanced Joining Technology天津市現(xiàn)代連接技術(shù)重點實驗室（BS EN 10225-2009固定近海結(jié)構(gòu)焊接結(jié)構(gòu)鋼 ）L 所測量粗晶區(qū)長度總和 t 板材厚度 粗晶熱影響區(qū)百分比示意圖Tianjin Key Laboratory of Advanced Joining Technology天津市現(xiàn)代連接技術(shù)重點

51、實驗室1. 三點彎曲加載方式2. 板厚超過75mm,BB試樣，75mm以下,B 2B試樣3. CTOD 驗收值：PWHT狀態(tài)0.2 /原始焊態(tài)0.254.熔合線+0.4mm -GCHAZ（粗晶熱影響區(qū)）/熔合線+2mm - FGHAZ(細晶熱影響區(qū)）/熔合線+5mm - SCHAZ（應(yīng)變時效熱影響區(qū)）三個缺口位置5.采用1G高熱輸入埋弧焊接方法制備試樣6.試樣采用K型坡口或單斜邊坡口形式.（ISO 19902-2007 石油和天然氣工業(yè).固定式海上鋼結(jié)構(gòu)）Tianjin Key Laboratory of Advanced Joining Technology天津市現(xiàn)代連接技術(shù)重點實驗室（IS

52、O 19902-2007 石油和天然氣工業(yè). 固定式海上鋼結(jié)構(gòu)）B specimen thicknessT plate thicknessW specimen widthCTOD specimen preparation Tianjin Key Laboratory of Advanced Joining Technology天津市現(xiàn)代連接技術(shù)重點實驗室（ISO 19902-2007 石油和天然氣工業(yè). 固定式海上鋼結(jié)構(gòu)）A centre line of thickest weld passB fusion line + 0,4 mm coarse grain HAZC HAZ + 2 mm

53、fine grain HAZD HAZ + 5 mm subcritically reheated base metaltp thickness of thickest weld pass in middle 2/3 of weldmentR reference line, see B.4 c) Notch locations for CTOD specimens Tianjin Key Laboratory of Advanced Joining Technology天津市現(xiàn)代連接技術(shù)重點實驗室（ISO 19902-2007 石油和天然氣工業(yè). 固定式海上鋼結(jié)構(gòu)）Remove a full-

54、thickness section from each side of the fracture. Polish and etch on the plane of examination. Examine fracture features In relation to the weld beads and other artefacts.Key1 fatigue crack front2 plane through specimen3 saw cut4 machined notcha Plane of examination. CTOD specimen sectioning and exa

55、minationTianjin Key Laboratory of Advanced Joining Technology天津市現(xiàn)代連接技術(shù)重點實驗室API 2Z 海洋工程結(jié)構(gòu)用鋼板生產(chǎn)前資海洋工程結(jié)構(gòu)用鋼板生產(chǎn)前資格確認推薦方法格確認推薦方法/海上結(jié)構(gòu)鋼板預(yù)制資質(zhì)海上結(jié)構(gòu)鋼板預(yù)制資質(zhì)1. 三點彎曲加載方式2. 板厚超過63毫米可以采用BB試樣，63毫米以下采用B 2B試樣3. CTOD 驗收值：最小0.13mm;Grade 50 76mm CTOD 0.25; Grade 50 76mm CTOD 0.38; Grade 60 76mm CTOD 0.30; Grade 60 76mm CT

56、OD值需要確認4. 熔合線-GCHAZ（粗晶熱影響區(qū)）/腐蝕可見熱影響區(qū)外輪廓- SCHAZ（應(yīng)變時效熱影響區(qū)）兩個缺口位置5. 試驗溫度 -10C06. 試樣采用K型坡口或單斜邊坡口形式Tianjin Key Laboratory of Advanced Joining Technology天津市現(xiàn)代連接技術(shù)重點實驗室1. 一般要求進行高低兩個線能量施焊制備熱影響區(qū)試樣，小線能量為0.8kJ/mm；大線能量為4.5 kJ/mm或3.0kJ/mm.2. 試樣數(shù)量：小線能量條件下最低有效試件數(shù)量為8件，其中熔合線試樣6件，腐蝕可見熱影響區(qū)外輪廓線位置試樣數(shù)量為2件. 3. 大線能量條件下最低有效

57、試件數(shù)量為5件，其中熔合線試樣3件，腐蝕可見熱影響區(qū)外輪廓線位置試樣數(shù)量為2件.API 2Z 海洋工程結(jié)構(gòu)用鋼板生產(chǎn)前資海洋工程結(jié)構(gòu)用鋼板生產(chǎn)前資格確認推薦方法格確認推薦方法/海上結(jié)構(gòu)鋼板預(yù)制資質(zhì)海上結(jié)構(gòu)鋼板預(yù)制資質(zhì)Tianjin Key Laboratory of Advanced Joining Technology天津市現(xiàn)代連接技術(shù)重點實驗室1. 所預(yù)制疲勞裂紋要求75%落在試樣中間2/3厚度范圍內(nèi)的腐蝕可見熱影響區(qū)(包括邊界區(qū)域）2. 小線能量(0.8kJ/mm):情況1）GCHAZ試樣要求所預(yù)制疲勞裂紋在試樣中間2/3厚度范圍，15%以上落在距離熔合線0.3mm區(qū)域內(nèi)；情況2）盡量落

58、在GCHAZ，不進行試驗后剖面檢查，但試樣數(shù)量增多，至少10個試樣。 情況1）SCHAZ試樣要求所預(yù)制疲勞裂紋在試樣中間2/3厚度范圍，50%以上落在距離腐蝕可見熱影響區(qū)外輪廓線之外0.3mm區(qū)域內(nèi)。API 2Z 海洋工程結(jié)構(gòu)用鋼板生產(chǎn)前資格確認推薦方法/海上結(jié)構(gòu)鋼板預(yù)制資質(zhì)Tianjin Key Laboratory of Advanced Joining Technology天津市現(xiàn)代連接技術(shù)重點實驗室情況2）: 盡量落在SCHAZ，不進行試驗后剖面檢查，但試樣數(shù)量增多，至少10個試樣。3. 大線能量(3.0kJ/mm或4.5kJ/mm):GCHAZ試樣要求所預(yù)制疲勞裂紋在試樣中間2/3厚

59、度范圍，15%以上落在距離熔合線0.5mm區(qū)域內(nèi)；SCHAZ試樣要求所預(yù)制疲勞裂紋在試樣中間2/3厚度范圍，50%以上落在距離腐蝕可見熱影響區(qū)外輪廓線之外0.5mm區(qū)域內(nèi)。API 2Z 海洋工程結(jié)構(gòu)用鋼板生產(chǎn)前資格確認推薦方法/海上結(jié)構(gòu)鋼板預(yù)制資質(zhì)Tianjin Key Laboratory of Advanced Joining Technology天津市現(xiàn)代連接技術(shù)重點實驗室Single-bevel and K-bevel Weld Preparations API 2Z 海洋工程結(jié)構(gòu)用鋼板生產(chǎn)前資格確認推薦方法/海上結(jié)構(gòu)鋼板預(yù)制資質(zhì)Tianjin Key Laboratory of Ad

60、vanced Joining Technology天津市現(xiàn)代連接技術(shù)重點實驗室API 2Z 海洋工程結(jié)構(gòu)用鋼板生產(chǎn)前資格確認推薦方法/海上結(jié)構(gòu)鋼板預(yù)制資質(zhì)Various Regions of a Single-pass, Bead-on-plate Weld Tianjin Key Laboratory of Advanced Joining Technology天津市現(xiàn)代連接技術(shù)重點實驗室API 2Z 海洋工程結(jié)構(gòu)用鋼板生產(chǎn)前資格確認推薦方法/海上結(jié)構(gòu)鋼板預(yù)制資質(zhì)Identification of Some Altered and Unaltered Regions Tianjin Key