舞阳钢结构用宽厚板的开发.ppt

钢结构用宽厚板的开发 舞阳钢铁公司是我国优质宽厚板生产和科研基地 拥有90吨超高功率电炉 300 1900mm大型板坯连铸机 4200mm宽厚板连铸机 轧后ACC快冷系统 多种热处理炉等先进设备 已形成 电炉冶炼 LF VD炉外精炼 连铸 模铸 轧制 热处理 精整 这一先进的短流程生产线 具备年产120万吨钢 110万吨宽厚板的生产能力 舞阳按照 人无我有 人有我优 人优我特 人特我精 的质量目标 建立健全了质量保证体系 通过不断优化工艺 开发品种 提高质量 现已形成桥梁用钢板 建筑结构用钢板 锅炉及压力容器用钢板 低合金高强度钢板 海洋采油平台及造船用钢板 油气输送管线用钢板 军工用钢板等12个大类 300多个国内外牌号 300多个厚度规格的产品系列 舞钢产品以其优良及独特的质量特性 被用于国民经济许多重要领域 如质子同步直线加速器 深潜器 海上采油平台 神舟号飞船 运载火箭发射架 锅炉及压力容器 三峡工程及其它大型水电站 火电站 核电站 桥梁及高层建筑 高炉炉壳 连铸大包回转台及轧机牌坊等大型冶金设备 煤矿液压支架 大型露天矿电动轮自卸车 坦克装甲 直升机着舰格栅板 舰艇 船舶 模具等 在满足国内需求的同时 还不断开拓国际市场 产品远销德国 法国 美国 日本 加拿大 澳大利亚等发达国家 一 舞钢的主要技术优势 舞钢是专业生产宽厚板的厂家 在开发产品主面具有独特的技术优势 1 拥有国内最大规格的钢锭 连铸坯和钢板生产线 钢锭最大单重为35吨 连铸坯最大断面规格为300 1900mm 可生产厚度8 450mm 宽度1500 4020mm 长度3000 27000mm优质宽厚钢板 产品最大单重可达27吨 2 拥有完善的炉外精炼设备 钢水炉外精炼率达100 真空脱气精炼率达85 以上 钢水纯净度高 具备生产P 0 010 S 0 004 N 80ppm O 20ppm H 2ppm钢水的能力 3 具备生产屈服强度到690Mpa所有级别的低合金高强度钢的能力 产品覆盖国内300多个牌号 具有生产低碳针状铁素体钢的超低碳贝氏体钢的经验 4 拥有完善的质量合格证体系 按照ISO9002标准建立起来的质量保证体系不仅通过第三方机构 还通过了中外九家船级社和法国阿尔斯通 美国西屋公司等众多机构和用户的认可 5 生产过程中等同采用国外先进标准 同时制定有严格的内控标准 采用国外标准产品的产量占产量的1 3以上 产品具有很强的以产顶进和出口能力 6 代表行业制定了厚度方向性能钢板标准GB5313 85和高层建筑结构用钢板标准YB4104 2000 钢板具有优良的抗层状撕裂性能 厚度方向性能 根据标准和设计要求 可按Z15 Z25或Z35级别来满足对抗层状撕裂能力的要求 7 拥有专业化的专门从事宽厚钢板开发和生产的科研队伍和技术工人 丰富的宽厚钢板生产经验是其他厂家无法比拟的 8 拥有先进的科研试验设备和理化检验设备 FEIQuanta2000扫描电镜 TCH600氮氢氧联合检测仪 18AVRFR 2高温膨胀仪 CS44LS红外碳硫分析仪 600KN万能试验机 500KN高温电子拉伸试验机 3000 落锤试验机以及配备齐全的焊接试验室等试验检验设备 为产品开发提供了必要的检测手段 二 钢结构用宽厚板的生产特点 舞钢在生产钢结构用宽厚板时 采用国际上低合金高强度的先进设计思想和工艺研究成果 采取一系列的技术措施 最大限度的扩大品种规格 提高钢板的实物质量 1 生产工艺流程 电炉冶炼 LF VD炉外精炼 浇铸 连铸或模铸 加热 4200mm轧机控制轧制 ACC控制冷却 超声探伤 热处理 精整 检验入库 2 生产工艺设计原则舞钢按照对焊接结构以钢的要求进行生产工艺设计 并以实现下列目标为原则 具有符合设计要求的较高的强度及塑韧性 具有良好的可焊性 具有良好的内部质量 具有良好的抗层状撕裂性能 具有良好的冷成形性 钢的成分设计特点 微合金化要使钢板具有良好的组织和性能 首先要结合工艺条件对钢进行合理的成分设计 然后通过控制和运用工艺装备来实现 舞钢采用在碳 锰固溶强化的基础上进行Nb V Ti微合金化处理 利用这些元素形成的碳 氮化物在钢组织中的溶解和析出 使钢钢材组织晶粒细化 达到提高强度和改善韧性的目的 高纯净度减少钢中P S等杂质含量 提高钢的纯净度 改善夹杂物形态 可以显著地改善钢的塑韧性 冷弯 焊接 耐腐蚀 抗疲劳等性能 减轻或消除钢的各向异性和保证组织性能的均匀性 低碳当量研究表明 提高焊接性能的最有效措施是降低钢中碳 磷 硫含量通过微合金化 屈服强度为345Mpa级别钢板 其焊接碳当量可不大于0 42 屈服强度为390Mpa级的特厚钢板 焊接碳当量可不大于0 43 屈服强度460Mpa级的控轧交货钢板的焊接碳当量可不大于0 44 Ceq C 1 6Mn Cr Mo V 5 Ni Cu 15 4 钢的冶炼对废钢等炉料进行精选 以减少由炉料带入钢中的外来夹杂 气体以及Cr Ni Cu Mo等影响钢板焊接性能的残余元素含量 钢的冶炼采用先进的90吨超高功率电炉及LF炉外精炼设备 并通过VD炉对钢液进行真空处理 以确保钢质净和成分的准确稳定 在冶炼过程中加入适量的硅钙线对夹杂物进行球化处理 5 钢板的轧制厚度 70mm钢板采用钢锭生产 70mm钢板采用连铸坯生产 使钢板厚度压缩比 4 以保证钢板的内部质量 在轧制过程中采用 型控轧 轧后ACC控制冷却技术 通过对加热 热望轧制 冷却各工序的工艺参数进行严格的控制 充分发挥微合金元素的细化晶粒和强化基体的作用 6 钢板的表面质量 板形及尺寸精度控制舞钢4200mm轧机配有激光测厚仪和ACC厚度自动控制系统 以及三套高压水除鳞装置 可以精确控制钢板厚度公差和表面质量 厚度公差可以控制在 0 3 0 5mm 钢板不平度可控制在3mm m以下 产品具有良好的尺寸公差和表面质量 7 钢板热处理我公司拥有一座辊底式常化炉 八台外部机械化炉 三台车底式炉 四座缓冷坑 辊底式常化炉后配有无压淬火机 可对不同尺寸的钢板进行正火 回火 退火 调质处理 使钢板组织均匀 晶粒细小 得到强度 塑性 韧性的最佳匹配 8 超声波无损检测用于制作重要构件的钢板 国内外技术标准都规定必须使用超声波无损检测方式来检查钢板的内部质量 我公司可按中国 JB4730 GB T2970 美国 A435 A577 A588 日本 JISG0801 JISG0901 德国 SEL072 等各国探伤标准对钢板进行无损检测 三 钢结构宽厚板的品种及特点 1 建筑结构用钢建筑结构用钢主要用于高层及大跨度建筑 结构受力复杂 要求具有安全可靠性好 使用寿命长 并能够抵御一定地震烈度破坏等特点 这就是决定了高层建筑结构用钢板要求具有一定的特殊性能 主要有以下几点 能够抵御一定地震力的破坏 要能防震和抗震 钢板不仅要有足够的抗拉强度和屈服强度 而且具有较低的屈强比 为此 标准中规定建筑结构用钢屈强不大于0 80 要具有良好的焊接性能 以焊前不需预热 焊后不需热处理为目标 以便于现场施焊 减少劳动强度 提高生产效率 要具有较小的屈服强度波动范围 屈服强度波动范围大时 建筑物各部分之间屈服强度的匹配可能与设计要求值不同 容易产生局部破坏 降低建筑物的抗震性 为此 日本JISG3136标准规定屈服强度波动不大于120MPa 我国YB4104规定屈服强度波动不大于110Mpa 采用焊接连接的梁与柱节点范围内 当节点约束较强 并承受沿板厚方向的拉力作用时 要求钢板必须具有一定级别的抗层状撕裂能力 为满足高层建筑及大跨度建筑结构的特殊性能要求 我公司在成分和性能指标设计 生产工艺控制等方面进行了深入细致的研究 开发了屈服强度235 460Mpa所有级别的高层建筑结构用钢板 并制定了YB4104 2000高层建筑结构用钢行业标准 从目前市场需求来看 建筑结构所用钢板的屈服强度大部分为235Mpa和345Mpag两个级别 下表 为我公司已生产的可用于建筑钢结构的国内 外主要标准及牌号 表1建筑结构用钢常用的国内 外标准及牌号 YB4104 2000标准是在非等效采用日本先进的JISG3136 1994标准的基础上 并结合国内实际情况而制定的一部高层建筑用钢板行业标准 该标准满足了建筑结构对抗震性的要求 产品具备良好的塑韧性和加工性能 强度的厚度效应大大降低 非常适合制造高层建筑和大跨度建筑 YB4104 2000与JISG3136 1994相比 优化了以下技术要求 降低了P S含量和焊接碳当量 提高了屈服点 缩小了屈服点的波动范围 提高了冲击功 增加了冷弯试验 厚度方向性能可以保证到Z35级别 YB4104 2000与GB T1591 1994相比 具有钢质更为纯净 焊接性好 板厚效应小 抗震性好等特点 钢质纯净YB4104 2000标准要求P S含量更低 钢质更为纯净 如GB T1591 1994标准中 Q345 要求P 0 035 S 0 035 YB4104 2000标准中 Q345GJC要求P 0 025 S 0 015 焊接性能好GB T1591 1994标准没有规定牌号的焊接碳当量 YB4104 2000标准则明确规定上了各牌号的焊接碳当量 其中Q345GJ规定 厚度 50mm钢板的焊接碳当量不大于0 42 厚度 50 100mm钢板的焊接碳当量不大于0 45 采用YB4104 2000标准 有利于提高材料的焊接性能 板厚效应小GB T1591 1994标准中 随着钢板厚度的增加 s指标急剧降低 YB4104 2000标准中 随着钢板厚度的增加 s指标几乎不降低 以厚度 50 100mm钢板为例 Q345要求 s最低为275 pa Q345GJ要求 s最低为325Mpa 性能对比详见表 因此 选用YB4104标准中的牌号 可以相应减少钢板的厚度 表2Q345 Q345GJ性能对比 窄屈服点GB T1591 1994标准 没有规定各牌号的屈服点波动范围 YB4104则将各钢号的屈服点波动范围限定在110Mpa之内 低屈强比GB T1591 1994标准 没有规定各牌号的屈强比 YB4104则规定屈强比不大于0 80 自1996年高层建筑结构用钢板实现国产化至今 我公司先后承接了大连云山大厦 北京中银大厦 厦门国际会展中心 国家大剧院 北京电视中心 北京中关村金融中心 上海文献大厦等建筑结构用钢板的供货合同 生产建筑结构用钢板十多万吨 供货钢板实物质量良好 各项性能值比标准有很大富余量 具体见图 图14 在重点工程中应用情况 供国家大剧院钢板实物质量 图1 图8 从图1 图4可以看出 供国家大剧院4800吨钢板 共冶炼61炉钢成分均匀 P和S含量低 钢质纯净 碳含量低 钢的可焊性好 从以上图5 图8可以看出 供国家大剧院Q345D钢板屈服强度板厚效应小 拉伸性能均匀 大部分处于标准的中限 且富余量较大 冲击功平均在170J以上 韧性好 Z向钢的厚度方向断面收缩率最小值都大于40 远超过Z25的标准要求 2 桥梁用钢的开发 随着桥梁钢结构向大跨度全焊或全焊大型化发展 钢材料的使用也向特宽特厚 高性能方向发展 高强度 优良的低温韧性及良好的焊接性能的桥梁用钢需求增加 为了适应市场 舞钢在桥梁用钢的品种开发上做了很多工作 逐步开发了屈服强度分别为345MPa 355MPa 390MPa 420MPa 460MPa的桥梁用钢板 供货钢板实物质量与技术条件相比有很大的富裕量 被广泛运用于上海卢浦大桥 武汉军山大桥 宜昌长江大桥等多座国内重点大桥和桥吊钢结构 近几年累计向市场提供了优质桥梁用钢板38万余吨 1 舞钢供桥梁用钢的国内 外部分标准及牌号 2 舞钢桥梁用钢实物质量介绍 供宜昌长江大桥用Q345E钢板实物质量宜昌长江大桥用Q345E钢板 订货要求必须采用TMCP工艺技术 不允许正火交货 且要保证 40 冲击 生产难度大 舞钢采取了低碳加微合金化成分 合适的控轧控冷工艺 使供货钢板各项性能良好 首批3500吨钢板一个月内全部交货完毕 业主在南方某厂同时订货的3500吨钢板 由于技术难度太大 两个月后该厂主动提出解除合同 业主又在我公司签订了3500吨合同 供货钢板实物质量如下表8和表9 供上海卢浦大桥用钢板的各项实物质量 上海卢浦大桥是上海的标志性建筑 拱桥跨度550m 在设计上融入斜拉桥 拱桥和悬索桥三种不同类型桥梁设计工艺 所用钢材技术要求高 供货钢板要先通过实验评定 洛阳船板研究所对舞钢生产的25mm和65mmS355N钢板进行了实验评定 评定认为舞钢生产的S355N细晶粒钢板成分均匀 有害元素少 各项力学性能及NDT CTOD 热模拟试验及疲劳性能试验结果表明该钢具有良好的综合性能 完全能满足卢浦大桥较高的设计及使用要求 由舞钢提供的18000吨细晶粒S355N钢板 主要用于制作拱桥和拱肋等部位的要求最苛刻的钢箱梁 见图15 18及表15 16 钢板热模拟试验 分别对25mm 65mm厚的钢板做了过热区和正火区的焊接热模拟 进行了拉伸 d0 5 0 20 V型冲击试验 并对热模拟后的试样进行了时效处理 1 的变形 250 1h热处理 进行 20 V型冲击试验 试验条件 手工焊线能量20KJ cm 埋弧焊线能量41KJ cm 65mm钢板按预热120 计算t8 5时间 见表17 18 从热模拟试验结果可以看出 1 该实验所用焊接材料与母线具有较好的强韧性匹配 2 在线能量20KJ cm和在线能量41KJ cm条件下 热模拟试验冲击功较实际焊接接头的冲击功有所降低 但拉伸 冲击性能均能满足对母材的技术要求 3 对焊接接头进行时效处理后的冲击性能与焊态下的性能无较大差异 3 海洋平台用钢的开发 由于海洋平台工作条件苛刻 安全可靠性要求严格 使用寿面长 维护保养困难 因此对钢的性能和冶金质量提出了很高的要求 钢材要有足够的强度 优良的韧性 还要有抗疲劳 抗层状撕裂 耐腐蚀 良好的焊接性能 我国目前尚无专用的海洋平台用钢标准 所用平台钢大多采用美国海洋结构用钢API规范 或由船用钢 压力容器用钢等移植而来 且要满足我国海上固定 移动 平台入级与建造规范的要求 现列出舞钢供海洋平台用钢的国内 外部分标准及牌号 舞钢公司对海洋平台用钢的开发始于国家 八五 期间 当时与钢铁研究总院等单位合作 于1986年成功开发出海洋平台用抗层状撕裂钢ZCE36 Z35 这以科研成果通过了由原冶金部和中国船舶工业总公司组织的鉴定 获得一致的好评 近十年来 舞钢公司开发生产了十几万吨海洋平台用钢板 广泛应用于渤海 胜利 南海等油田建设 舞钢现已大批量生产API2HGr50及DH36 EH36等平台用钢 船体用结构钢通过了九家船级社 ABS BV CCS DNV GL LR NK RINA 及KR 认证 认证的牌号有 一般强度钢A B D E及高强度钢A32 D32 A36 D36 E36等 海洋平台钢常用的牌号还有ASTMA131 ASTMA537 ASTMA36 ASTMA572 ASTMA633 JISG3106 JISG3115 DIN17100 BS4360等标准中的牌号 舞钢采用这些牌号的年生产量在十万吨以上 在深水海域建造海洋平台 需用更高强度级别的钢板 2001年舞钢研制了D40 E40 F36等高强度 高韧性钢板 性能指标优良 完全满足GB712及海上固定平台入级与建造规范的要求 其中 D40和D40 Z25于2002年向南海采油平台供货6000多吨 2001年9月舞钢无压碎火机改造成功后 对调质海洋平台钢进行了试制 成功开发出E550 API2YGr60等高强度海洋平台用钢 2002年3月 舞钢柱状层流控制冷却 ACC 系统建成投产后 通过控制加热 控制轧制 控制冷却等工艺措施 开发了API2WGr50等机械控轧钢 性能完全满足API2W的要求 海洋平台钢的应用舞钢所生产的海洋平台用钢 被广泛应用于渤海油田 胜利油田 南海油田等海洋平台 近几年在海洋平台上的应用见表23 舞钢电站结构用钢板的开发舞钢公司多年来一直配合着我国核电 火电和水工业的发展 开发了屈服强度235MPa 690MPa系列电站用钢 可覆盖电站结构在该品种领域中常用的所有国内外牌号 舞钢电站结构用钢板技术开发能力强大 为众多关键品种国产化的实现作出了积极贡献 我公司为满足清江隔河岩水电工程需要 在国内率先投入科研力量 设计独特工艺 研制出了被誉为 中华第一板 的大单重特厚钢板 其牌号为16Mn 尺寸为95 37