海工领域用欧标钢材的解析

宋立新

(海洋石油工程(青岛)有限公司,山东 青岛 266520)

1 前 言

随着海洋装备制造业的快速发展，与之相配套的海洋工程领域用钢必然会成为钢材需求的新亮点。掌握海洋工程制造业用钢的发展方向，这对于海洋工程制造和钢材制造企业都是十分必要的[1-4]。欧洲是世界上海洋工程发展较早的地区之一，大量先进的海洋工程装备的开发设计标准及材料标准都是欧标[5]，中国企业承揽的大量海外建造项目大多遵循欧洲标准，使用欧标钢材。因此熟练掌握欧标钢材分类及标记，并且将其与国标材料进行对比解析，对于指导实际生产具有重要意义。

2 欧标钢材的分类

按EN 10020:2000[6]标准，根据钢材中的化学成分把钢材分为：非合金钢、不锈钢、合金钢。非合金钢：成分达不到EN10020:2000中表1中的合金元素限定值的钢定义为非合金钢；不锈钢：铬含量至少为10.5%，碳含量最大值为1.2%的钢为不锈钢；合金钢：成分至少达到EN 10020：2000中表1中的合金元素限定值的钢为合金钢。合金钢按照其合金元素的含量，又分成低合金钢和高合金钢。低合金钢，每一个合金元素的平均含量(按质量分数)<5%，例如，13CrMo4-5。高合金钢(包括不锈钢)，至少有一个合金元素的含量(按质量分数)≥5%，例如，X8Ni9(其它高合金钢)、X5CrNi18-10(不锈钢)。

3 欧标钢材的标记

欧标钢材按EN 10027-1[7]、EN 10027-2标准进行标记。EN10027-2为材料的数字编号，在此不作重点介绍。EN 10027-1为材料的符号标记，为了表示牌号将钢材分为两大组：第1组，按照钢的用途和性能命名的钢；第2组，按照化学成分命名的钢。

3.1 按照钢的用途和性能命名的钢

欧标钢材包括S结构钢(非合金结构钢、耐候钢、细晶粒结构钢)、P压力容器用钢、L管线用钢、E机器制造用钢、B钢筋用钢、R钢轨用钢、G铸钢。

以结构钢为例，S表示结构钢；235,355,460等表示最小屈服强度(MPa)；J0，J2,K2表征不同温度条件下的冲击功；M-热机械轧制，N-正火或正火轧制，Q-调质，G-其它特性；C-具有特别的冷变形能力，D-液浸镀层， H-空心型材，L-用于低温，W-耐候钢。表1中总结了一些结构钢相关标准和牌号实例。

表1 结构钢的标准和牌号实例Table 1 Examples of grades and standards for structure steels

3.2 按照化学成分命名的钢

(1)平均含锰量<1%的非合金钢，例如，C35R，C%=(35/100)%=0.35%。另外，R表示硫含量范围，D表示用于拉丝线材，S表示用于弹簧，E表示特殊硫最大含量，C表示用于冷成型。表2中总结了一些平均含锰量<1%的非合金钢的相关标准和牌号实例。

表2 平均含锰量<1%非合金钢的标准和牌号实例Table 2 Examples of grades and standards for non-alloy steels with an average manganese content<1%

(2)平均含锰量≥1%的非合金钢、非合金易切削钢和合金钢(高速钢除外)，每一个合金元素的平均含量(按质量百分比) <5%。例如，13CrMo4-5，C%=(13/100)%=0.13%，Cr%=(4/4)%= 1%，Mo%=(5/10)%= 0.5%。合金元素的合金系数按照EN 10027-1中表13进行选取。表3中总结了一些平均含锰量≥1%的非合金钢的相关标准和牌号实例。

(3)不锈钢和其它合金钢(高速钢除外)，至少有一个合金元素的含量(按质量百分比)≥5%。例如，X5CrNi18-10，X表示至少一种合金元素平均含量≥5%，C%=(5/100)%=0.05%；Cr%=18%，Ni%=10%。其它材料详见表4中所述规范。

(4)高锰钢高速钢，特殊合金工具钢。例如，HS2-9-1-8，HS表示高速钢，后面数字分别为W，Mo，V，Co的质量百分含量。

4 海工领域欧标钢材的探讨

4.1 海工领域的欧标钢材

一般来说，海工领域用钢主要分为[8]：① 轧制钢材，所用到的钢材类型除钢板外，还包括H型钢、扁钢、圆钢、角钢、工字钢及槽钢等。最大屈服强度大于690 MPa。其中海洋工程中用量最多的是355～460 MPa的轧制钢板及H型钢。② 中空钢材，包括用于结构、管线、压力容器、热交换器及低温耐蚀等环境下的无缝钢管、焊接钢管及方形钢管等。③ 钢锻件及钢铸件，有碳锰钢、不锈钢。当前常用的海工领域钢材主要涉及的欧洲标准有EN 10025、EN 10225、EN 10210、EN 10149、EN 10028、EN 10083、EN 10088、EN 573、EN 1173等系列标准。

表3 平均含锰量≥1%的非合金钢的标准和牌号实例Table 3 Examples of grades and standards for non-alloy steels with an average manganese content≥1%

表4 合金钢的标准和牌号实例Table 4 Examples of grades and standards for alloy steels

以结构钢材为例，欧标最常用的规范是EN 10025、EN 10225，相对应的国标为GB/T 700、GB/T 1591、GB 712、GB/T 8162等。EN 10225为固定海洋工程可焊接结构钢板专用标准，所属钢材分为3个组别，共20个牌号，强度等级在355～460 MPa之间。其中海洋工程中最常用的S355级别的钢材横跨了3个组别。组别1是在EN 10025钢材的基础上限制了硫磷的含量，提高了微量元素的上限值，目的是提升钢材的纯净度，改善钢材的塑韧性和焊接性，并且组别1钢板的最大厚度只能为40 mm。EN 10225的组别2及组别3钢材与EN 10025皆有实质性的区别，包括冶炼方法、化学性能、机械性能、探伤、焊接性、交货状态的特殊要求[9]。例如，组别3要求真空脱氧冶炼，降低P、S含量，从而达到减小成分偏析的目的；组别2、3均要求进行产品成分分析，其分析结果和熔炼分析结果的要求一致，目的是控制产品的成分偏析；组别2、3的CEV计算也基于产品分析，S355G9、S355G10还要求计算Pcm值；组别2、3只允许正火炉正火的交货状态，在线正火交货需经客户同意；组别2、3限制屈强比的上限，从而保证材料的塑韧性，且EN 10225中特别对厚度大于40 mm的组别2、3提出了应在钢板1/2厚度处取样加做一组冲击实验的要求。另外，EN 10225中针对板材、型材、中空线材的材料牌号均有定义；并且规定了成分和机械性能实验的批重为40 t，相比国标GB 712的50 t，EN 10225的批重更小，取样量更大。作为海洋工程用钢的专用标准，EN 10225相对于普通结构钢在相应的质量要求上有所提升，分类更加详细。规定了30多项用户可选项，可根据不同的服役条件进行订货，有效地避免了资源浪费。

4.2 海工领域用欧标钢材替换及思考

结构钢材替换，需要考虑以下几个方面[10-12]：材料替换的原则；化学成分对比；机械性能对比；型钢截面替换；表面质量；供货条件；探伤要求；尺寸公差。

如果从等成分等强度的原则上考虑海工领域用钢国标材料和欧标钢材替换，基于目前国家标准的情况很难实现所有材料的对应替代。国标钢材种类和性能还不能完全满足欧标市场海工领域用钢的需要，但是这不代表国内钢铁企业不能生产各类欧标钢材。目前国内S355级别及以下的海洋工程用高强度欧标结构钢材基本实现了国产化，占了海洋工程用钢量的90%，但关键部位所用超高强度、大厚度钢板、抗层状撕裂的Z向钢和深海天然气工程用的海底大壁厚深海用管线钢等，国内只有个别钢厂能够生产，大多钢厂还处在研发试制阶段，多数依赖进口。特别是屈服强度在690 MPa以上、高韧性、耐腐蚀、易焊接的海洋工程用钢基本依赖进口。国内钢铁企业生产的涉外项目海工用钢大多采用的是EN10225、NORSOK及API标准。目前，欲将国标材质直接应用于欧洲项目，只能从设计源头着手，在设计阶段就考虑使用国标材料。但是，这种方案很难被国外设计机构所采纳，而且设计难度和项目风险都将增大。

需要重点关注的是我国海洋工程用钢的专用国家标准GB 712是根据船体用结构钢材升级而来，从定义严谨性和产品牌号划分上较EN 10225标准有很大差距，仅依据强度等级和冲击韧性分成了3类40个牌号。其中有16个牌号强度是在500～690 MPa，8个牌号小于355 MPa，并且不涉及组别特殊性，也不涉及型材和中空线材，往往造成海工用H型钢引用JIS标准，小于400 mm的钢管引用GB/T 8162 结构钢管标准，大于400 mm钢管采用钢板进行卷制。实际上国内很多钢厂可以生产1000 mm以下的S355级别的无缝钢管，造成了资源的浪费，严重制约了国产高强钢在海工领域内的应用。另外，GB 712中材料的化学成分要求比较宽泛，冲击功值要求较低，在海洋工程中常用的S355到S460级别的钢材也不能等效对应EN 10225。

5 结 语

当前在海洋工程领域采用国家标准钢材替换欧标钢材，依然没有合适的依次对照关系。因此熟悉掌握欧洲系列钢材标准，有利于推动海洋工程装备制造业的发展。同时，国内海洋工程制造企业及钢材供应企业应该积极推动海洋工程用钢专用国家标准的发展，这将有利于减小贸易壁垒，提升国产高强钢的应用范围。