海工石油平台结构钢
海工石油平台结构钢|全球工程与招采用货一站式解决方案
一、产品定位与适应范围
海工石油平台结构钢用于固定式与浮式海上平台、导管架、上部模块、桩腿与节点、海上风电基础、跨海管廊与起重结构等。服役环境包含低温、飞溅区腐蚀、海水氯离子、风浪疲劳、焊接残余应力与长期荷载等,核心指标为屈服强度、低温冲击韧性、疲劳与断裂韧性、焊接性与厚度方向性能。设计与选材通常遵循国际规范并结合项目业主标准。
参考规范与体系示例:ISO 19902(固定式钢结构)、EN 10225(海工结构用焊接钢)、API 2H/2W/2Y(海工结构钢板与管材)、NORSOK(挪威海工规范 M-120、M-101 等)、DNV(材料与疲劳评定)。以上为通用行业共识与公开标准描述,具体版次与适用性以合同为准。参见 ISO 19902 对固定式海上结构材料与设计要求的定义;EN 10225-1/-2/-3 对海工结构钢的通用、钢板、型材与圆钢的技术交货条件;DNV 对海工材料与疲劳评定的规则与建议实践。参证来源见文末注释。〔参考:ISO 19902,EN 10225-3:2019 目录描述,DNV 材料规则〕
二、标准矩阵(按地区与用途梳理)
1)国际与设计总则
ISO 19902(固定式钢结构设计与材料要求);DNV 材料与疲劳建议(如 DNV 材料规则与疲劳评定);NORSOK M-101(结构钢制造与检验)、NORSOK M-120(结构钢材料数据表)。
2)欧洲材料标准
EN 10225-1(通用要求)、EN 10225-2(钢板交货条件)、EN 10225-3(热轧型钢与圆钢交货条件)。常见等级含 S355G 系列、S420G 系列、S460G 系列及其热机械控轧(TMCP,中文常称“控轧控冷”)或正火/淬火回火状态,带“+M”“+N”“+Q”等后缀指示交货状态。
3)美洲材料标准
API 2H(碳锰钢板,常见 Gr 42/Gr 50)、API 2W(TMCP 钢板,常见 Gr 50/Gr 60)、API 2Y(淬火回火钢板,常见 Gr 60/Gr 65)。上述为海工结构钢板的典型等级与应用场景划分。
4)补充与配套
焊接程序与人员资质通常按 ISO 15614-1、ISO 9606-1 或 AWS D1.1 选用;厚度方向性能(Z 向)与 CTOD 试验根据项目规范与节点应力状态确定;表面防护常按 NORSOK M-501 或等效方案执行(如适用)。
三、场景—材料—标准—尺寸映射(采购速查文字版)
1)固定式导管架与桩腿(中高强度+低温韧性)
材料与标准:EN 10225 S355G10+M/+NL,S420G2+M,或 API 2H Gr 50、API 2W Gr 50/60(视结构强度与焊接性)。
推荐尺寸带:钢板厚度约 10~120 毫米;关键节点厚板可至约 150 毫米;型钢与圆钢按 EN 10225-3 供货。
2)上部模块与甲板梁(中等强度+良好焊接性)
材料与标准:EN 10225 S355G8/G10 系列(+N/+M);API 2H Gr 42/50。
推荐尺寸带:钢板 8~80 毫米;热轧 H 型钢与圆钢按 EN 10225-3。
3)海上风电基础(单桩、导管架、过渡段)
材料与标准:EN 10225 S355G10+M/+NL,S420G2+M;必要时选用 API 2W Gr 50/60(TMCP)提升厚板低温韧性与焊接性。
推荐尺寸带:厚板 20~120 毫米;节点与环板视设计。
4)寒冷与极地海域(低温冲击至 −40 ℃ 或更低)
材料与标准:EN 10225 含“+NL”低温等级或 API 2W/2Y 中高等级;按设计要求配置 CTOD。
推荐尺寸带:厚板 20~150 毫米。
5)高应力节点与疲劳敏感部位(CTOD/Z 向性能)
材料与标准:EN 10225 S420/S460G 级,或 API 2Y(Q+T)等级;要求 Z 向性能与 CTOD 试验,焊接热输入窗口与热影响区韧性需在 WPS(焊接工艺评定)中验证。
6)模块化甲板与辅助结构(成本优先)
材料与标准:EN 10225 S355G 系列或 API 2H Gr 42;在满足韧性与焊接性的前提下优先经济性。
四、规格范围与公差(通用工程窗口)
钢板:厚度约 6~150 毫米(部分厂家可更厚),宽度常见 2000~4200 毫米,长度 6~24 米;交货状态覆盖+N(正火)、+M(TMCP)、+Q(淬火)/+QT(淬火回火)。
型钢与圆钢:按 EN 10225-3 尺寸系列与允许偏差供货。
公差:外形与尺寸公差按 EN 10225 或合同约定的 API/EN/DNV 公差条款;厚度方向性能(Z 向)与平面度、波浪度按项目明确。〔EN 10225-3 概述型钢与圆钢的交货条件与范围〕
五、制造流程与关键控制
炼钢与控杂:转炉或电炉+二次精炼,控制 P、S、H、O、N,降低夹杂与应力腐蚀风险。
热轧与控轧控冷(TMCP):通过轧制与冷却路径获得细晶粒与优良的低温韧性(对应 API 2W、EN 10225“+M”状态)。
正火或淬火回火(Q+T):用于高强厚板或厚度方向性能要求高的部位(对应 API 2Y、EN 10225“+Q/+QT”)。
焊接性与碳当量:按规范计算 CEV/Pcm,控制焊接热输入与预热/层间温度;在飞溅区与厚板全焊透对接处优先进行 CTOD 与 Z 向验证。
表面与防护:喷砂与涂装方案按项目,海洋大气与飞溅区可参考 NORSOK M-501。
(行业实践:API 2W 将 TMCP 用于海工厚板以兼顾强度与低温韧性,参考公开资料与厂商手册。)
六、质量检验与文件
化学与力学:屈服、抗拉、延伸、硬度与低温冲击(−20 ℃、−40 ℃或项目值)。
断裂韧性与厚度方向:需要时做 CTOD;Z 向性能按项目节点受力要求。
无损检测:超声、磁粉/渗透等按 EN/API/DNV 要求执行;厚板与对接节点重点覆盖。
尺寸与外观:厚度、平面度、边部缺陷控制;切割与坡口按焊接规范。
文件与追溯:材质证明(EN 10204 3.1/3.2)、热处理曲线、NDE 报告、第三方见证(如 DNV、TÜV、ABS 等)。
七、供货形态与包装
供货形态:钢板、热轧型钢、圆钢;可按图切割、坡口与打标。
包装与防护:边角保护、防锈与防潮、标识清晰、成套发运清单可追溯。
八、订货要点(可直接粘贴至询价与订单)
标准与等级:注明 ISO/EN/API 体系与具体版次及材料等级(例“EN 10225-2 S355G10+M/+NL”或“API 2W Gr 50”)。
尺寸与状态:厚度×宽度×长度,交货状态(+N/+M/+QT),平面度等级。
韧性与断裂:冲击温度与吸收功,是否要求 CTOD;节点是否要求 Z 向性能。
焊接性与检验:CEV/Pcm 目标、WPS/PQR 要求、UT 等级与覆盖比例。
文件与见证:EN 10204 3.1/3.2,第三方机构清单与见证点。
防护与涂装:喷砂等级、涂装体系(如 NORSOK M-501),运输保护要求。
九、选材指南(文字化提示)
强度等级优先:导管架与桩腿优先 S355G10+M/S420G2+M,或 API 2W/2Y 组合;极寒区或高厚度节点考虑 CTOD+Z 向。
焊接与低温韧性:同强度下优先 TMCP(+M/API 2W)以降低预热与提高焊接窗口。
成本与可供应性:模块与次要构件可用 S355G 系列或 API 2H;重点节点与厚板采用 S420/S460 或 API 2Y。
(EN 10225 与 API 2H/2W/2Y 为行业常用材料标准体系,公开资料与厂商手册均有说明。)
十、采购、施工与运行维护风险提示
不可将 AWWA/一般结构钢直接替代海工结构钢;低温与疲劳要求需按 ISO/EN/API 核对。
避免将船级普通船板直接替代海工厚板;需核对低温冲击与 CTOD。
跨体系接口(ASME Class、EN PN、NORSOK)必须给出转换与强度校核。
焊接热输入与预热控制不足会导致 HAZ 脆化;应按 WPS/PQR 严格执行。
飞溅区与潮浸区需按寿命配置涂装与阴极保护方案。
十一、代表性规格行(示例,可直接用于 RFQ/PO)
示例一:导管架厚板
“钢板,EN 10225-2,S355G10+M,厚 60 毫米×宽 2500 毫米×长 12000 毫米;−40 ℃ 冲击 3 个方向合格;UT 按项目 E 级 100%;EN 10204 3.2。”
示例二:极寒节点用高强厚板
“钢板,API 2W Gr 60,厚 90 毫米×宽 3000 毫米×长 12000 毫米;CTOD 按项目温度与开口位移要求;Z 向性能 Z35;UT 100%;3.2 见证。”
示例三:上部模块型材
“型钢,EN 10225-3,S355G8+N,H 型钢按项目尺寸,低温冲击 −20 ℃ 合格;材料证明 3.1。”
十二、全球代表性生产商(按字母序,示例)
ArcelorMittal Industeel(法国/比利时,海工结构与 TMCP 厚板),SSAB(北欧,海工与海事钢),Dillinger(德国,重板),JFE Steel(日本,海工厚板),Nippon Steel(日本,高端厚板),POSCO(韩国,TMCP 厚板),voestalpine Grobblech(奥地利,海工与管线板)。公开资料显示上述企业长期供应海工结构钢与管线钢,覆盖 EN 10225 与 API 2W/2H 等族谱。
海工石油平台用结构钢|技术版说明
1. 产品定义与适用范围
• 海工石油平台结构钢用于近海/深海固定式导管架(Jacket)、桩基、上部模块与甲板梁、半潜/张力腿平台与 FPSO 上部模块、桥联结构、海底支架与防护架等承载构件。
• 性能需求:强度(屈服 355–460 MPa 为主,项目化可至更高强级)、低温冲击韧性(典型 −20/−40/−60 °C)、焊接性(CEV/PCM 受控)、厚板中心性能、Z 向抗层状撕裂、疲劳与断裂韧性(CTOD)、抗海洋腐蚀并匹配涂装/阴保体系。
• 设计寿命通常 20–25 年(或按项目规范设定),并根据寿命目标配置材料档次、涂装/阴保与焊接质量等级。
2. 行业规范与标准矩阵(自上而下)
• 结构总体与设计:ISO 19900(通则)、ISO 19902(固定式海上钢结构)、ISO 19904-1(浮式结构),NORSOK N-004(钢结构设计)。
• 材料与产品:EN 10225-1/-2/-3(离岸结构用可焊接钢,M=TMCP,Q/QL/QL1=Q&T 低温等级);API 2W/2H/2Y(离岸结构板);(遗留)BS 7191;中国工程常用 GB/T 712(船舶与海洋工程结构钢)并在技术协议中对标 EN 10225 附加性能。
• 制造/焊接/检验:DNVGL-OS-C401 / DNV-OS-C401(制造与检验)、ISO 15614-1(焊接工艺评定)、ISO 9606-1(焊工资格)、DNV-RP-C203(疲劳设计)。
• 无损/附加性能:EN 10160(板材 UT)、ASTM A578(板材 UT 可选)、EN 10164(Z15/Z25/Z35 板厚方向性能)、API RP 2Z(焊缝/HAZ CTOD 与预生产资格)。
• 防腐/阴极保护:NORSOK M-501(涂装体系),ISO 12944-9(CX/Im4 环境等级),ISO 2063-1/-2(热喷铝 TSA),DNV-RP-B401(阴极保护)。
• 结构空心型材:EN 10210(热成型中空型钢)/EN 10219(冷成型焊接中空型钢),用于桩腿/筒节卷制与拼装时配套引用。
• 形位与公差:EN 10029(厚板尺寸/平整度公差)、EN 10034(H/I 型钢几何公差),或 ASTM A6(美标厚板/型材公差)。
3. 材料体系与牌号(按供货状态)
• TMCP(控轧):EN 10225-2 S355G10+M、S420G2+M;API 2W Grade 50/60。优点:低 CEV、焊接热输入窗口友好、低温韧性好、厚板性能均匀。
• Q&T(淬火+回火):EN 10225-3 S420Q/QL/QL1、S460Q/QL/QL1(项目化可扩展更高强级);API 2Y。用于高强/厚板/高疲劳细节,但需严格控制热输入与回火稳健性。
• 型材与中空截面:优选 EN 10225 等效型材;若采用 EN 10025-4(S355ML/S460ML 等),需在协议中补充等效低温韧性、UT、Z 向与 CTOD 条款以满足海工工况。
• 典型性能窗口:屈服 355–460 MPa;CVN 目标温度(例 −40 °C)下 27–50 J(按项目要求),重要细节位追加焊接接头/HAZ CTOD。
4. 规格与公差(典型能力,最终以采购/钢厂数据为准)
• 厚板:厚度 8–120(150)mm,宽 ≤ 4200 mm,长 ≤ 18 m;平直度与边部质量按 EN 10029;板边可开坡口/倒棱。
• 桩管/筒节(LSAW/卷焊):外径约 φ1000–3000 mm,壁厚 25–100 mm(项目化);圆度/椭圆度与直线度按图纸与制造规范;纵环焊缝按 DNV-OS-C401/项目规范实施 TOFD/UT/RT。
• 型钢与中空型材:按 EN 10034/EN 10210/EN 10219 公差;卷制筒节以板材 EN 10225 要求为基,外加成形/对接公差与 NDT 条款。
5. 冶炼与制造流程(要点)
• 冶炼与纯净化:BOF/EAF → LF/VD/VOD 二次精炼;控制 C、S、P、N 与夹杂;必要时 Ca 处理改善夹杂形态。
• 连铸与均热:板坯/方坯连铸;厚板均热消除中心偏析;关键规格做中心偏析与疏松评估(项目条款)。
• TMCP:控轧控冷,获得细晶组织与低 CEV;
Q&T:整体淬火+回火,确保强度与低温韧性;厚板回火均匀性需作硬度/冲击抽检与必要金相。
• 热矫直与探伤:按 EN 10160 S2/E2 或 ASTM A578 Level C;边部与拼板区域加严;Z 向性能按 EN 10164(Z15/Z25/Z35)。
• 防腐前处理:喷砂 Sa2.5(ISO 8501-1),粗糙度 50–85 µm(典型);涂装依 NORSOK M-501 体系(见第 10 节)。
6. 工况-材料-标准快速映射(工程指引,可直接写入技术协议)
• 海上大气区(甲板/上部模块):材料优选 EN 10225-2 S355G10+M 或 S420G2+M;备选 API 2W-50/60。指定 CVN 在设计最低温度(如 −40 °C)下合格;母材 UT 至少 EN 10160 S2/E2;防腐体系按 NORSOK M-501 System 1。
• 飞溅区/潮差区(冲击与腐蚀最严重):材料同上或提升至 Q/QL 级;对厚板与三向应力节点指定 EN 10164 Z25/Z35;对关键焊缝要求 CTOD(焊金属+HAZ)按 API RP 2Z;涂装采用含 TSA 的 System 7/7A/7B,浸没段叠加 DNV-RP-B401 阴极保护。
• 全浸区(常年浸海水):材料同区域要求;加严焊缝 NDT(TOFD/UT);阴极保护按 DNV-RP-B401 计算阳极与涂层屏蔽效应;涂装选 System 7B/7C。
• 寒冷海域(−40~−60 °C):优选 EN 10225 QL/QL1 或 MLO/ML(TMCP 低温子级);要求在目标温度进行 CVN;焊接工艺热输入窗口与预热/层间温度按钢厂建议+项目 PQ ;必要时进行 CTOD 资格。
• 高疲劳细节(K/T/Y 节点、箱形梁过渡):材料优选 S420G2+M 或 QL/QL1;母材与焊缝实施更高等级 UT(如 Level C 或 EN 10160 S2/E3);必做 CTOD/HAZ;设计按 DNV-RP-C203 疲劳细化。
• 厚板与三向拉应力节点:强制 EN 10164 Z25/Z35;对接工艺采用低氢焊材与严格烘干保存;在 WPS 中限定热输入与层间温度范围,必要时背面衬板/打底工艺以降低层状撕裂风险。
• 旧标准/替代:如项目沿用 BS 7191 或 EN 10025-4 型材,务必在技术协议中追加:目标温度 CVN、CTOD(焊缝与 HAZ)、EN 10160 UT、EN 10164 Z 性能与 DNV-OS-C401 制造检验条款;并注明等效性验证方法与否决权。
7. 焊接与制造工艺控制(制造商执行要点)
• WPS/PQR:按 ISO 15614-1 评定;对高热输入工艺与厚板,需做预生产接头(PPQT)并包含 HAZ 取向 CVN/CTOD;样本位置、厚度与热输入窗口按 DNV-OS-C401 或项目规范。
• 低氢制度:低氢焊材(烘干与保温管理)、焊前预热与层间温度按 CEV/PCM、板厚与约束度设定;焊后缓冷/消氢按需要执行。
• NDT 方案:母材 UT(EN 10160 S2/E2 起步,拼板/边部加严);焊缝 RT/UT/TOFD 按接头重要性分级;焊后表面 PT/MT。
• 尺寸/形位:桩管/筒节的圆度、直线度、端面对接间隙与错边量控制;模块拼装设置焊接收缩预留与量化放样。
• 追溯:热号/炉号/板号/轧制方向/合同号/工序卡全链条追溯。
8. 质量控制与验收(MPS/ITP 摘要)
• 化学与力学:元素(C/Mn/Ni/Mo/Cu 等)符合标准与钢厂数据表;CVN 在项目规定温度合格(示例:−40 °C 27–50 J,按规范/项目);必要时指定母材与焊缝/HAZ CTOD(δ≥项目值,温度按区域工况)。
• 无损:母材 UT(EN 10160 S2/E2 或 ASTM A578 Level C);焊缝 TOFD/UT/RT 按 DNV-OS-C401 与工程分级执行。
• Z 向:EN 10164 Z15/Z25/Z35 订货前明确;三向应力节点执行 Z25/Z35 并在图纸标注覆盖范围。
• 文档:EN 10204 3.2(第三方/船级社见证),含化学、力学、CVN/CTOD、UT 记录、尺寸与外观、热处理曲线、制造/焊接批记录与放行报告。
• 防腐合规:提供 NORSOK M-501 体系预资格证据,施工 QC(环境条件/盐雾/表面洁净/DFT/附着力/假期检测),阴极保护计算与阳极清单。
9. 交付与包装
• 供货形态:热轧厚板、中厚板、型钢、卷制筒节与桩管。
• 表面状态:喷砂 Sa2.5 + 车间底漆(兼容后续体系)或裸板(加防锈剂与临时覆盖);边缘保护与防磕碰。
• 标识:牌号/标准/状态(M/Q/QL/QL1)、尺寸、热号/炉号、Z 性能等级、UT 等级、验收章;拼板与分段制作件贴装方向标识。
• 装载:使用垫木/护角/绑扎,防海运盐雾与机械损伤;提供装箱清单与件号对照。
10. 订购与技术协议要点(RFQ/PO 清单,可直接使用)
1. 标准与牌号:如“EN 10225-2 S355G10+M”或“EN 10225-3 S460QL1”或“API 2W Grade 60”。
2. 尺寸与状态:厚×宽×长;M(TMCP)/Q/QL/QL1;尺寸与平整度公差等级(EN 10029)。
3. 低温韧性:CVN 目标温度与能量(例 −40 °C,平均≥50 J,最小≥35 J,或按项目);若需温度下移在协议中说明。
4. CTOD/HAZ:是否要求 CTOD(母材/焊缝/HAZ),试验温度、取样方向与合格准则(API RP 2Z 或 ISO 15653)。
5. UT 等级:EN 10160 S2/E2(边部/拼板加严),或 ASTM A578 Level C;对桩管/筒节焊缝规定 RT/UT/TOFD 比例与验收级别。
6. Z 向性能:EN 10164 Z25 / Z35(标注适用部位与件号)。
7. 焊接与热输入:限定最大线能量、层间温度;预热要求;是否进行 PPQT 与 HAZ 断裂韧性验证。
8. 防腐体系:NORSOK M-501 体系号(如 System 7A/7B/TSA 厚度);表面处理等级与粗糙度;阴极保护依据与边界。
9. 验证与见证:EN 10204 3.2;第三方/船级社(DNV/ABS/LR/BV/CCS)到厂见证与抽检计划。
10. 交付文件:MTC、化学/力学/CVN/CTOD、UT/TOFD/RT、尺寸与外观、热处理曲线、涂装 QC、阴保计算与阳极清单。
11. 施工与装配质量控制点
• 低氢焊接:焊材烘干/保温、预热与层间温度控制、焊后缓冷;限制水汽与盐雾污染。
• 层状撕裂防控:三向应力节点使用 Z25/Z35 材料;焊缝布置与装配角度优化,必要时衬板/打底。
• 热输入窗口:TMCP 材料避免过高热输入与多次热循环;Q&T 厚板控制回火脆化风险。
• 尺寸与应力:焊接收缩补偿、对接错边与间隙控制;疲劳重要细节进行过渡打磨与应力集中消减。
• 涂装/阴保:表面清洁度、露点与环境条件控制;TSA 区域防机械损伤;浸没区阳极布置与绝缘隔离细节复核。
• 文档与放行:焊接记录、NDT 报告、尺寸与装配复测、涂装 QC、阴保通电测试,形成可追溯竣工包。
12. 风控清单(易错点与否决条款)
• 用管线钢或通用结构钢替代 EN 10225/API 2W/2H 等离岸结构钢(否决)。
• 飞溅/浸没区误用耐候钢(否决)。
• 未在目标温度进行 CVN/CTOD;未指定 Z25/Z35 即用于三向应力节点(否决)。
• 仅做常规 UT 未覆盖拼板、边部与热影响区;未执行 TOFD/RT 组合(否决)。
• TMCP 材料现场高热输入重焊/返修过多,未做再资格评估(警示)。
• 涂装体系未按 NORSOK M-501 预资格执行;阴极保护未按 DNV-RP-B401 设计(警示)。
13. 全球产业群与代表性企业(字母序,代表性,RFQ 前需核实资质与范围)
• 厚板/海工板(离岸结构用):ArcelorMittal(含 Industeel)、Dillinger、Salzgitter、thyssenkrupp、voestalpine Grobblech、SSAB、JFE Steel、Nippon Steel、POSCO、Hyundai Steel、Baowu(宝武/宝钢)、Ansteel(鞍钢)、Wuyang Steel(舞钢)、Shougang(首钢)。
• 桩管/筒节与 LSAW 重型构件:EEW Group、EUROPIPE、Jindal SAW、Welspun、Vallourec(结构筒节/配套)、Tenaris(项目配套)。
• 认证/船级社生态:DNV、ABS、LR、BV、CCS。
14. 规格行示例(可直接复制进招标/采购文件)
• 厚板(大气区/上部模块):
“EN 10225-2 S355G10+M,厚 50 mm × 宽 3000 mm × 长 12000 mm;CVN ≥ 50 J@−40 °C;EN 10160 S2/E2;EN 10164 Z25;EN 10204 3.2(DNV 见证)。”
• 厚板(飞溅区/关键节点):
“EN 10225-3 S420QL1,厚 70 mm × 宽 3200 mm × 长 12000 mm;CVN ≥ 50 J@−40 °C;CTOD(焊缝+HAZ)合格@项目温度;EN 10160 S2/E3;EN 10164 Z35;3.2 证书。”
• 桩管/筒节:
“原板 EN 10225-2 S420G2+M;LSAW φ2000 mm × t 60 mm × L 24 m;圆度 ≤ 0.5%;纵/环焊 RT/UT/TOFD 组合 100%;端部对接错边 ≤ 1.5 mm;MTC 3.2。”
• 涂装/阴保(示例条款):
“NORSOK M-501 System 7A(TSA 300 µm + 面漆);喷砂 Sa2.5,粗糙度 60–80 µm;DFT/假期/附着力合格;浸没区阴极保护按 DNV-RP-B401 计算并提供阳极清单。”
标签: