武钢大型原油储罐用调质高强度钢.doc

中国钢铁工业产品开发市场开拓奖申报书一、项目基本情况编号：项目名称武钢大型原油储罐用调质高强度钢完成单位武汉钢铁（集团）公司项目起止时间1998年1月2007年6月用于生产时间1999年1月项目基本情况项目背景：随着低合金高强度（HSLA）钢的普遍工程应用，工程结构越来越朝着大型化、轻量化方向发展，如大型原油储罐、大型球罐、海洋采油平台、大跨度桥梁、大型管线等，这一发展趋势一方面促进了对钢铁材料高强度、高韧性的开发，另一方面也带动了高效率焊接工艺方法（如大线能量气电立焊、电渣焊等）的工程应用，此两方面的同步发展已成为近现代冶金科学工作者共同关注的焦点。1997年，燕山石化公司首次提出了建造10万立方米原油储罐的国产化需求，但是经过近一年的国产化选材试验，发现当时的高强度钢板（如07MnCrMoV系列钢）尽管可以满足对母材的强度、韧性设计要求，而其大线能量焊接接头的强韧性急剧劣化，无法进行工程应用。为此，武钢联合中国通用机械工程总公司、合肥通用机械研究所、燕山石化等单位成立课题组，自主开展了大型原油储罐专用的抗拉强度610MPa级大线能量焊接用钢开发及其工程应用研究工作。通过课题组各成员单位的共同努力，历时一年，以武钢企业牌号WH610D2命名的大型储罐专用钢研制成功，并通过了全国压力容器标准化技术委员会的新材料技术评审。19992000年，WH610D2钢板成功应用于燕山石化4台10万立方米原油储罐建造工程，累计生产供货3200吨。1999年，WH610D2钢通过了原国家冶金局主持的技术鉴定；2000年获得湖北省科技进步一等奖；2003年，该钢纳入了武钢负责制定的强制性国家标准GB19189-2003压力容器用调质高强度钢板，纳标钢号为12MnNiVR。2004年，国家石油战略储备库建设一期工程正式启动，共需建造10万立方米原油储罐164台，调质高强度钢板需求量达13万余吨。为此，国家发改委能源局组织成立了以中国钢铁工业协会、中石油、中石化等行业单位为主的联合攻关组，并由武钢担纲12MnNiVR（WH610D2）钢推广应用工作。承担攻关任务后，武钢除了继续加大WH610D2钢板在民用大型原油储罐建造工程的应用力度、及时向储备基地工程免费提供焊接工艺评定用试验钢板外，还果断决策，自筹资金4亿多元对原有调质高强度钢板生产线进行改造，使武钢调质钢年产能由不足5万吨扩大到12万吨，适时地满足了国家储备基地等工程需要。截至2007年6月，武钢已承接10万立方米原油储罐合同近150台，累计生产供货12MnNiVR(WH610D2)钢板约12万余吨，创造了巨大的企业效益和社会效益。项目目标：1. 12MnNiVR(WH610D2)钢的化学成分符合表1的规定。表1 化学成分（熔炼分析，%）CSiMnPSCrMoVNiCeqPcm51.201.600.0180.0100.300.300.060.500.450.25 注：(1)允许添加其他微量元素。 (2) Ceq =C+Si/24+Mn/6+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14 (%) Pcm =C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B (%)2. 12MnNiVR(WH610D2)钢板的力学性能和冷弯性能符合表2的规定。表2 力学性能和冷弯性能取向板厚ReLRmAAKV /J冷弯(表层取样)及部位/mm/MPa/MPa/%平均值最小值b=2a,180横向 t/4126049061073017-158056d=3a3. 12MnNiVR(WH610D2)钢板经线能量100kJ/cm的气电立焊焊接后，焊接接头热影响区-15平均AKV47J，单个AKV33J；抗拉强度Rm610730MPa。4. 取得国内10万m3大型原油储罐工程用钢60%以上的市场份额。主要技术管理路线生产工艺流程：高炉铁水铁水脱硫转炉冶炼RH真空处理连铸铸坯清理铸坯加热轧制调质热处理检查、检验、探伤入库发货。在技术管理过程中，武钢成立了“国家石油储备库建设用钢生产、技术推进组”（集技术、生产、质检、销售、储运、售后服务于一体，全面负责协调生产供货过程中的相关事宜，并对公司战线主管领导负责），并制定下发“生产质量计划”（全面承接订货技术条件内容，A标准），要求各相关单位遵照执行。各相关单位又制定相应的内控标准（B标准）进行生产，同时，按“钢板工厂监造大纲”要求，全面接受监造方监造。在生产组织方面，销售中心负责组织订单，生产技术部负责安排生产计划，各生产厂按质量计划要求生产，技术质量部负责工艺监督及产品质量检验验收，监造方确认，储运公司负责发货，用户服务办公室负责售后质量跟踪。每月月底，推进组召开推进例会，总结当月生产、供货情况，协调解决过程问题，承接用户新的技术要求，布置下月重点工作计划。实施过程中的主要创新1. 技术创新国内首次克服了大线能量焊接带来的焊接接头脆化的问题，12MnNiVR钢完全能承受大线能量（50100kJ/cm）焊接，大大提高了焊接效率。同时打破了国外企业对我国的技术垄断，提高了我国钢铁材料的研发技术水平。2. 标准创新制定压力容器用调质高强度钢板国家标准，并成为我国第一个向WTO成员国通报的强制性国家标准。该标准填补了国内空白，也推动我国压力容器用调质高强度钢品种开发及工程应用步伐，大幅度提高我国大型压力容器设备用钢国产化率及整体技术水平。主要实施效果和贡献1. 打破了国外的技术垄断，实现了大线能量焊接用钢的国产化。2. 带动国内相关钢厂研发成功大型原油储罐用钢，全面实现大型原油储罐用大线能量焊接钢国产化。国家战略石油储备基地一期工程总计有164台10万m3原油储罐，其中武钢生产了76台，带动国内钢厂生产了104台，国产化率高达63.4%。而在2004年前，除武钢在燕山石化应用4台10万m3原油储罐外，国内全部依赖进口。与国内外先进指标的对比国外JIS G3115标准、GB19189-2003及武钢实际供货技术条件见下表，其中武钢与进口钢板具体成分和实物性能对比见附件。厂 家标 准化学成分（%）性能CPSPcmAKV /J日本JFEJIS G31150.180.0300.0300.28纵向-1047中 国GB19189-20030.150.0250.0100.26横向-2047武 钢镇海基地等供货技术条件0.150.0200.0100.24横向-1580注：Pcm=C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B武钢的P、S等杂质元素要求更低，C含量和Pcm更低，钢板的焊接性更好；钢板力学性能试验取样方法为横向，比日本更加严格；冲击韧性指标比日本高，实物性能更好。体现的社会作用和经济效益1. 打破了日本长期以来的技术垄断，提高了我国钢铁产品的研发能力。一直以来日本垄断着该项技术，对我国的技术研发工作进行打压。1997年武钢首先将大线能量焊接用钢国产化，1999年首次进行国产化应用，加速了2004年后宝钢、舞阳钢厂、鞍钢、济钢等国内钢厂开展的大线能量焊接用钢国产化工作。2. 打破了日本企业的长期价格垄断，为我国节约了大量外汇。一直以来日本是我国大线能量焊接用钢的惟一供货商，价格垄断十分明显，且不保证供货期，给我国的原油储备工程带来了极大的制约。在国家一期战略石油储备基地建设过程中，总计有164台10万m3原油储罐，其中进口60台储罐，而武钢一家就提供了76台，占战略石油储备工程一期项目的46.3%，占国产化的73.1%。按国家石油储备基地实际到货的钢板平均价格9300元/吨计算，对照进口钢板平均12400元/吨，一期工程采用武钢12MnNiVR钢后，节约投资约1.69亿元，节约外汇约6695万美元。二、创造性贡献要点一、生产工艺技术装备创造性贡献要点1、氧化物冶金技术的创造性应用近年来，日本学者将钢中有害夹杂物变性为有益的细小、弥散分布的孕育剂，作为相变核心，从而改变夹杂物对钢材性能的影响，提高钢材强度和韧性的方法称为“氧化物冶金”。武钢研发人员采用最佳优化的微合金成分设计和氧化物冶金原理，提出了钢中的氮、氧有害夹杂变质为有利夹杂的微量元素平衡公式：0.0020N-Ti/3.4-B/0.770，解决了在冶炼过程中氮、氧化物易于偏聚长大的难题，在钢中形成弥散分布的高熔点氮、氧化物第二相质点TiN、Ti2O3等。它们不仅钉扎原奥氏体晶界，阻止晶粒粗化，而且在大线能量焊接条件下，作为针状铁素体（AF）的相变核心，在原奥氏体晶粒内形成位向各异的细小针状铁素体，细化组织，使粗晶热影响区（CGHAZ）组织转变为以AF为主。这种AF本身较稳定，不易长大，具有优良的韧性、较大的应变抗力和位错密度，且交错排列，从而达到了抑制焊接CGHAZ晶粒粗化的目的，保证了钢板可以承受大线能量焊接。二、管理创造性贡献要点1、成立大罐钢推进组成立包括研发、炼钢、轧钢、热处理、探伤、检验检查、销售、用户服务、运输等密切相关人员组成一个团队，各组员及时相互联系进行信息反馈、分析问题，及时的解决问题，有力的推动了大型原油储罐用钢的生产和合同执行。2、开展每月例会制度推进组每月月底召开生产推进会，汇报各生产环节的情况，提出存在的问题，推进组内部相互协商并进行解决，有力的保证了大型原油储罐用钢的生产质量，大大提高了该钢的性能合格率。三、节约社会资源与保护环境的创造性要点1、大大节约了钢材，减少了钢材生产能耗由于该钢板强度高，韧性好，相对16MnR来说，所需钢板的厚度大大减少，从而大大节约了钢材，减少了钢材的生产能耗。2、焊前不预热，焊后不需热处理，大大减少了热处理能耗当该钢厚度50mm时，具有焊前不预热、焊后不用热处理消除焊接应力等特点，大大减少了热处理能耗，节约了能源，减少了对环境的污染。四、主要专有技术和专利介绍1、专利技术1.1、大线能量低焊接裂纹敏感性钢的生产方法项目名称：大线能量低焊接裂纹敏感性钢的生产方法专利号：ZL 02 1 15877.0专利介绍：该发明涉及一种60kg及70kg级大线能量低焊接裂纹敏感性系列高强钢及其生产方法，属低合金钢制造领域。该发明钢在成分设计上采用低碳、Ti-Al-B复合加入及Ni-Nb-V-Cu-Mo-Zr-RE中的两种或两种以上复合加入。利用调质热处理得到回火索氏体组织，同时利用Ti、Nb或V、Cu等复合沉淀析出作用获取高强度。经轧制及调质热处理后，具有极优综合机械性能、冷热加工性能、抗大线能量（50kJ/cm150kJ/cm）焊接性能。利用该发明钢可进行手弧焊、埋弧焊、气体保护焊、电渣焊或气电焊等方法的焊接，能有效减低焊接施工强度，提高焊接效率，可广泛用于原油、石化、化工、工程机械、水电及船舶等行业。1.2、大线能量焊接高韧性抗锌液腐蚀用钢及其生产方法项目名称：大线能量焊接高韧性抗锌液腐蚀用钢及其生产方法专利号：ZL 01 1 28476.5专利介绍：本发明涉及一种大线能量焊接高韧性抗锌液腐蚀用钢及其生产方法，属低合金钢制造领域。本发明采用Ti的复合氧化物获得抗大线能量(50kJ/cm)焊接性能，以Nb、V等微合金元素提高钢的强度，用Cu、Ni、B、RE提高抗锌液腐蚀性能。本发明钢经转炉吹炼，真空处理，控制轧制，在12501320烧钢，轧制温度11801000或950以下，累计压下率50。本发明钢生产方法简便、高效，生产和制造成本低，具有极优良的高温强度、冷热加工性能、焊接性能和抗锌液腐蚀性能，最适合用于制作锌锅、熔融锌液中用的大型象鼻子、沉没辊和防震辊及其挂臂等锌液腐蚀环境下工作的设备及备件。1.3、大线能量焊接非调质高韧性低温钢及其生产方法项目名称：大线能量焊接非调质高韧性低温钢及其生产方法专利号：ZL 01 1 28316.5专利介绍：本发明涉及一种大线能量焊接非调质高韧性低温钢及其生产方法，属低合金钢制造领域。本发明钢主要含有C、Si、Mn、P、S、Al、Ti、N、B，此外还含有Cu、Ni、Nb、V、Mo、RE中的一种或一种以上，余量为Fe，采用Ti-B的复合氧化物获得抗大线能量(50kJ/cm)焊接性能，通过降低碳及夹杂物含量，提高钢的低温韧性。本发明钢以非调质状态交货，生产工艺简单，钢材成本低廉，在各冶金企业均可实施，并可大大提高工程结构的焊接效率，降低制造成本。本发明钢最适合作为低温球罐、储罐、其他大型低温容器及高寒地区使用的工程机械用钢。三、数据对比1、产品指标对比(性能、成分、精度、表面质量、包装、批量稳定性)指标科目本企业产品数据先进产品A数据先进产品B数据性能ReL平均值585MPa600MPa/Rm平均值665MPa670MPa/成分碳含量平均值0.10%0.085%/磷含量平均值0.014%0.012%/硫含量平均值0.005%0.002%/精度0.10mm1.10mm0mm1.00mm/表面质量良好，无缺陷良好，无缺陷/包装完好完好/批量稳定性逐块组批按炉组批/关于对比指标含义和对比进口产品指标说明：1.1. 性能指标为钢板证明书的性能平均值，成分指标为钢板证明书中C、P、S等元素含量平均值。1.2. 精度指标为钢板厚度偏差控制，表面质量指表面有无缺陷、麻坑、裂纹等。1.3. 批量稳定性中武钢采用逐块组批，更能确保每块钢板的质量稳定性；而日本采用按炉组批，一旦出现代表样不合格，该炉钢中几十块钢板都将判定不合格，风险较大。2、生产工艺技术指标对比(成材率，生产周期，交货期)指标科目本企业指标国外企业A生产指标国外企业B生产指标成材率86%86.5%/生产周期50天50天/交货期60天75天/3、环境资源指标对比(能耗、排污)指标科目本产品数据国家强制指标先进企业A数据先进企业B数据能耗3.04GJ/t/2.96 GJ/t/排污烟尘排放量107mg/m3200mg/m3（二级）/SO2（标态）排放242mg/m3500mg/m3（二级）/废水中化学需氧量98mg/t100150mg/t(一级)/4、市场占有情况指标(占国内消费量的比例)中国市场占有率本产品占有率进口产品合计先进企业A数据先进企业B数据去年69.8%0 台10万m3储罐0%/前年19.5%66台10万m3储罐80.5%/大前年8.3%12台10万m3储罐91.7%/5、本产品国外市场占有率(占全国出口本产品量的比例)国外市场占有率本产品占有率出口产品合计先进企业A数据先进企业B数据去年/前年/大前年/说明：因国内大型原油储罐用调质高强度钢主要替代进口产品，未曾出口，故本节无数据。 四、效益计算效益计算(近3年数据计算)1、 企业直接经济收益计算 如：单位成本构成，产量，资金周转周期变化，总产值、销售额、利税变化和计算依据时间牌号销售数量（吨）销售单价（元/吨）销售收入（元）单位成本（元）成本总额（元）单位毛利（元）毛利总额（元）2004年WH610D2825850070125005088.574198070.253411.432814429.7512MnNiVR0850005088.5703411.4302005年WH610D20920005406.2403793.76012MnNiVR1272092001170240005406.2468767372.83793.7648256627.22006年WH610D249509000445500005798.2328701238.53201.7715848761.512MnNiVR4293090003863700005798.23248918013.93201.77137451986.12007年WH610D266608950596070006041.0840233592.82908.9219373407.212MnNiVR5221589504673242506041.08315434992.22908.92151889257.8累 计1203008893.210818877505870.76706253280.453122.48375634469.55注：单位毛利 销售单价 单位成本；毛利总额 （销售单价 单位成本）销售数量。2、 替代进口的社会收益计算如：拉低市场价格的社会收益、节约外汇收益、拉动国内原材料市场收益1997年武钢首先将大线能量焊接用钢国产化，1999年首次进行国产化应用，加速了2004年后宝钢、舞阳钢厂、鞍钢、济钢等国内钢厂开展的大线能量焊接用钢国产化工作。按国家石油储备基地实际到货的钢板平均价格9300元/吨计算，对照进口钢板平均12400元/吨，一期工程采用武钢12MnNiVR钢后，节约投资约1.69亿元，节约外汇约6695万美元。3、 行业发展与国民经济、国家安全等战略方面贡献武钢WH610D2钢板的突出特点是攻克了大线能量焊接技术难关，实物质量完全能满足大型原油储罐用高强度钢板设计技术要求、还可以替代同类进口钢板外，填补了我国压力容器在该领域的空白。2004年，WH610D2钢板在国家石油储备库建设工程上的成功应用，也成功带动了国内钢铁企业开发同类高技术含量钢铁产品的进程，为我国重大工程建设用钢国产化提供了宝贵经验。武钢联合其他单位制定的国家标准GB19189-2003压力容器用调质高强度钢板的颁布实施，不仅填补了国内同类钢铁产品标准空白，而且打破了在该领域中一直困扰我国的知识产权贸易壁垒，为提升我国高附加值钢铁产品国际市场竞争能力奠定了基础。尚存在问题和进一步发展的目标尚存在的问题： 由于受武钢轧板厂2800mm轧机等设备限制，使得每块钢板重量不超过7吨，影响了厚度30mm钢板的实际供货长度，增加了储罐焊缝。发展目标：1、为解决每块钢板单重问题，武钢正在鄂州钢厂建造4300mm中板厂，将使钢板的尺寸完全满足要求，可达到减少焊缝的目的。2、开发和应用控轧控冷+回火型60Kg级大线能量焊接用钢，简化生产工艺，降低生产成本。3、开发及应用70Kg级大线能量焊接用钢，这样可降低15万立方米原油储罐的钢材用量，节省投资和节约资源。11五、主要完成单位情况单位名称武汉钢铁（集团）公司第一单位单位性质E国有企业法定代表人邓崎琳职务总经理联 系 人李书瑞联系部门武钢研究院联系人手系人座系人传系人通讯地址及邮政编码湖北省武汉市青山区冶金大道28号，430080单位主要贡献武钢作为新中国成立后兴建的第一个特大型钢铁联合企业，通过近50年的建设与发展，为国民经济和现代化建设做出了重要贡献。到2006年底，武钢累计产钢1.77亿吨，累计实现利税854亿元，其中上缴国家598.92亿元，是国家对武钢投资64.2亿元的9.3倍。“十一五”时期，武钢将以科学发展观统领改革与发展全局，坚持以科技为先导，走质量效益型发展道路；坚持外向型发展思路，实施中西南发展战略，在重组和挖潜改造的基础上，到2010年集团公司总体规模达到3000万吨以上，年销售收入达到1000亿元以上，力争进入世界500强行列，努力把武钢建成为我国冷轧硅钢片、汽车板和高性能工程用钢为主的重要板材基地。在产品开发及市场开拓方面，武钢依托国家级企业技术中心的强大技术优势，在国