FH690超低温超高强度海洋工程钢板完全技术指南：性能参数、焊接工艺与工程应用解析

FH690在极地装备与深海工程领域的旗舰地位

在北极航线船舶、极地科考平台、深海钻井装备等对材料强度和低温韧性有着极致要求的领域，FH690作为船舶及海洋工程用结构钢中的顶级牌号，凭借其690MPa级屈服强度、770-940MPa抗拉强度以及-60℃的极限低温冲击韧性，成为全球极寒环境高端装备的核心选材，代表着船用钢板技术的顶尖水平。

FH690这一牌号的命名遵循GB/T 712标准规范：“F”代表冲击等级F级，对应-60℃冲击韧性要求；“H”代表高强度（High Strength）；“690”代表最小屈服强度为690MPa。在船用钢强度体系中，FH690是690MPa级中冲击等级最高的牌号，与AH690（0℃）、DH690（-20℃）、EH690（-40℃）共同构成该强度等级的完整序列。

近年来，国内钢铁企业在该领域取得了重大突破。鞍钢成功开发出以最大钢级FH690、最大厚度120毫米为代表的系列极地低温造船及海工用钢，创新集成了355-700MPa全系列极寒环境用钢制造与应用技术，成功替代进口，实现国内外首发，创新的极寒环境用钢产品关键技术达到国际领先水平，填补国内空白。河钢舞钢最高等级海工钢板FH690成功中标中国船舶集团项目，将用于中国作业排水量最大、性能最强的海洋综合科学考察船关键部位。

FH690的牌号含义与执行标准

1.1 牌号逐字符解析

FH690的牌号命名遵循GB/T 712-2022《船舶及海洋工程用结构钢》标准的规范体系：

F：质量等级符号，代表-60℃冲击韧性要求。在船用钢质量等级中，A级（0℃）、D级（-20℃）、E级（-40℃）、F级（-60℃）。F级是该体系中要求最高的等级，适用于北极航线船舶和极地海洋工程。

H：High Strength的缩写，代表高强度特性，是区别于一般强度船用钢的标识。

690：代表最小屈服强度为690MPa，这是FH690材料分级的核心依据，是九国船级社中仅有的DNV和GL有明确牌号和性能要求的最高级别船板钢。

1.2 执行标准与船级社认证

FH690钢板主要遵循GB/T 712-2022《船舶及海洋工程用结构钢》标准，适用于厚度不大于150mm的船体结构及不大于250mm的海洋工程结构用钢板。

船级社认证体系：FH690钢板需获得全球主流船级社认证，包括CCS（中国）、ABS（美国）、DNV（挪威）、GL（德国）、BV（法国）、LR（英国）、RINA（意大利）、NK（日本）、KR（韩国）等。我国舞阳钢厂可按用户需求生产不同国家船级社规范的船用钢材。

1.3 材料定位

在GB/T 712标准体系中，FH690是690MPa级中冲击等级最高的牌号，处于该体系的顶端位置。鞍钢开发出以最大钢级FH690、最大厚度120毫米为代表的系列极地低温造船及海工用钢，产品和技术整体达到国际领先水平。

化学成分与合金设计原理

2.1 标准化学成分范围

FH690采用“超低碳+多元微合金化+超纯净钢冶炼”的精密成分设计思路。根据GB/T 712标准，FH690钢板的化学成分控制要求如下：

碳（C） ：≤0.18%。FH690的碳含量上限较其他690MPa级牌号（AH690为0.21%）更为严格，是获得-60℃超低温冲击韧性的关键。

硅（Si） ：≤0.55%。

锰（Mn） ：≤1.60%。FH690的锰含量上限较其他690MPa级牌号（1.70%）严格，以优化低温韧性和中心偏析控制。

磷（P） ：≤0.020%。磷是有害杂质元素，是典型的“冷脆元素”，-60℃的极限低温要求对P的控制尤为苛刻。

硫（S） ：≤0.020%。硫与锰形成MnS夹杂物会损害钢板的冲击韧性和抗层状撕裂能力，F级要求S控制最为严格。

2.2 各级别成分对比——F级的“纯净度极限”

在690MPa级船用钢中，A、D、E、F四个质量等级在成分控制上存在显著差异：

由此可见，FH690的碳、锰、磷、硫含量控制最为严格，是其获得-60℃超低温冲击韧性的根本保障-9。

2.3 冶炼工艺关键技术

鞍钢总结出可批量生产FH690的炼钢连铸生产工艺。最终确定的生产工艺路线为：铁水脱硫预处理 → 转炉冶炼 → LF精炼 → 真空处理 → 连铸。

关键决策——不进行钙处理：从其他超高强船板钢的生产经验看，钢水喂钙线处理后会产生大量球形非金属夹杂物。虽然钙处理会对球化硫化物非金属夹杂物有一定好处，但从整体洁净度水平来看并无益处。因此，FH690的最终生产工艺路线不进行钙处理，既可保证钢水有均匀的成分、低的气体和有害元素含量以及较高水平的洁净度，同时又可减少工序、降低成本。

力学性能与工艺特性

3.1 拉伸性能

FH690钢板依据GB/T 712标准及船级社规范，力学性能要求如：

屈服强度ReH：≥690MPa。这是FH690牌号命名的核心依据。

抗拉强度Rm：770-940MPa。

断后伸长率A：≥14%。

厚度覆盖范围：鞍钢已开发最大厚度120mm的FH690钢板。

3.2 冲击韧性：-60℃超低温性能——核心优势

冲击韧性是FH690区别于AH/DH/EH690的核心优势指标：

冲击试验温度：-60℃。这是目前船用钢标准中最低的冲击温度等级之一。

冲击功要求（纵向） ：三个试样平均值≥69J。

冲击功要求（横向） ：三个试样平均值≥46J。

实际产品性能：通过控制轧制与控制冷却获得板条贝氏体和少量粒状贝氏体的复合组织，该组织具有优良的力学性能，完全满足FH690级船用钢的标准。

3.3 微观组织特征

研究表明，通过控制轧制与控制冷却获得的细化板条状贝氏体组织是FH690获得优良力学性能的关键。这种组织特征使其能够在-60℃超低温环境下保持稳定的冲击韧性，满足极地船舶的严苛要求。

3.4 交货状态

FH690钢板可采用多种交货状态：

• 热机械轧制（TMCP）

• 淬火+回火（调质，Q+T） ：最常用的交货状态之一，获得回火马氏体/回火贝氏体组织

• 热机械轧制+回火（TMCP+T）

焊接工艺要点——核心技术难点

FH690超高强度钢的焊接是工程应用的核心难点。该钢种具有高淬硬倾向和冷裂纹敏感性，焊接时必须严格控制预热温度、层间温度、焊接热输入等关键参数。

4.1 焊接性分析

焊接热输入的关键影响：最新研究（2025年发表）表明，焊接热输入对FH690重型船用钢的焊接接头性能有显著影响：

• 热输入15 kJ/cm的焊接接头：在10⁷次循环的耐久极限下疲劳应力达407 MPa，断裂发生在焊缝金属内

• 热输入50 kJ/cm的焊接接头：断裂发生在粗晶热影响区，疲劳性能显著下降

微观组织差异：

• 15 kJ/cm热输入：获得均匀的板条贝氏体组织

• 50 kJ/cm热输入：获得具有马氏体-奥氏体（MA）组元的粒状贝氏体，其中观察到孪晶马氏体

孪晶马氏体的危害：MA组元中的孪晶马氏体在疲劳开裂中起重要作用：

1. 在MA组元与基体界面直接开裂

2. 促进粗粒贝氏体内微空隙的形成

3. 导致贝氏体板条局部塑性变形和软化，促进裂纹萌生

4.2 电脉冲增韧新技术

最新研究表明，采用电脉冲处理FH690钢焊接热影响区可实现局域性韧化。电脉冲处理后热影响区的韧性增强，断口形貌呈塑性，形成了薄膜状奥氏体，在电压梯度、温度梯度及其产生的压应力梯度综合作用下形成。电脉冲作用斑点不超过0.2 mm，与经典焊后热处理韧化技术相比，显示了电脉冲韧化的局域性特征。

4.3 焊接工艺建议

基于上述研究，FH690焊接的关键工艺要点：

热输入控制：推荐采用15 kJ/cm左右的较低热输入，避免使用50 kJ/cm以上的高热输入，以保证焊接接头获得均匀的板条贝氏体组织，避免形成含孪晶马氏体的MA组元。

层间温度控制：应不低于预热温度，最高不超过250℃。

无损检测：Z向钢板应进行超声波探伤，探伤级别应在合同中注明。

典型工程应用领域

FH690凭借其-60℃超低温冲击韧性和690MPa级超高强度，已成为极地船舶和海洋工程装备的旗舰选材。

5.1 极地科考船与破冰船——核心应用

• 海洋综合科学考察船：最大作业排水量超万吨，建成后将成为中国作业排水量最大、性能最强的海洋综合科考船，满足B级冰区加强要求

• 破冰船“海冰722” ：成功应用于极地破冰船舶

• 极寒凝析油轮、极寒甲板运输船：俄罗斯亚马尔项目等极具影响力的重点工程项目

5.2 深海钻井平台

• 超深水钻井平台“蓝鲸1号、2号” ：成功应用于世界顶级深海钻井平台

• 北极钻井平台“维京龙”号：挪威北海公司的北极钻井平台

5.3 海洋工程装备

• 桩靴、齿条、桩腿：自升式海洋平台桩腿用关键承载部

• 采油平台：海洋平台及船舶制造

国内生产与供货现状

6.1 主要生产企业

鞍钢：国内FH690生产的领军企业。2019年11月-2021年6月间，累计生产极地低温造船及海工用钢和极地管线用钢超21万吨，销售收入超10亿元。

河钢舞钢：最高等级海工钢板FH690成功中标中国船舶集团项目，420-690MPa海洋工程用高强钢板已通过多家船级社认证。

6.2 供货规格范围

厚度范围：≤120mm（鞍钢认证最大厚度），可满足8-120mm常规需求。

宽度范围：1500mm～4000mm。

长度范围：6000mm～18000mm。

交货状态：TMCP、调质、TMCP+T。

船级社认证：可提供CCS、ABS、DNV、GL、BV、LR、NK、KR、RINA等九国船级社认证产品。

采购与验收注意事项

为保证FH690钢板质量满足工程要求，建议采购方在技术协议中明确以下要点：

牌号与标准：明确指定FH690，注明执行标准GB/T 712-2022及相应船级社认证要求。FH690的F级对应-60℃冲击，是690MPa级中冲击等级最高的牌号。

冲击温度确认：FH690对应-60℃冲击。如需更高温度可选择EH690（-40℃）、DH690（-20℃）或AH690（0℃）。

交货状态：明确TMCP、调质（Q+T）或TMCP+T状态交货。

厚度规格与公差：明确公称厚度、宽度、长度及允许偏差范围，厚度下偏差-0.30mm。

力学性能要求：明确拉伸性能验收标准（屈服≥690MPa、抗拉770-940MPa、伸长率≥14%）、-60℃冲击功验收值（纵向≥69J、横向≥46J）。

焊接工艺要求：建议明确热输入控制要求（推荐≤15 kJ/cm），层间温度控制（≤250℃）。如需采用气电立焊等高效焊接工艺，应明确热输入范围和热影响区冲击韧性要求。

探伤要求：Z向钢板应进行超声波探伤，探伤级别应在合同中注明。

质保书要求：要求供方提供符合船级社规范的质保书，包含炉批号、化学成分、力学性能（含-60℃冲击值）、碳当量、船级社认证标识的完整信息。

结语

FH690作为船舶及海洋工程用结构钢中的顶级牌号，以“690MPa屈服强度”的精准定位和“超低碳+多元微合金化+超纯净钢冶炼”的成分工艺设计，实现了屈服强度≥690MPa、抗拉强度770-940MPa与-60℃冲击功≥69J的卓越性能匹配，成为极地科考船、深海钻井平台、北极航线船舶等领域全球顶级装备的核心选材。

该钢种的核心技术优势在于：相较于AH/DH/EH690，FH690对C、Mn、P、S的控制更为严格（C≤0.18%、Mn≤1.60%、P≤0.020%、S≤0.020%），这是获得-60℃超低温冲击韧性的根本保障。通过控制轧制与控制冷却获得的细化板条状贝氏体组织，使其在极限低温下仍具有优异的断裂韧性。

焊接工艺方面，热输入控制是关键。研究表明，15 kJ/cm的低热输入可获得均匀的板条贝氏体组织，疲劳应力达407 MPa；而50 kJ/cm的热输入会形成含孪晶马氏体的MA组元，严重降低疲劳性能。电脉冲增韧技术为热影响区韧化提供了新思路。