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    對(duì)于500ft 的自升式鉆井平臺(tái)，其樁腿支撐管用無縫鋼管多為大直徑厚壁管，鋼級(jí)一般以NVE550、X80及以上的超高強(qiáng)度鋼管為主。
    X80支撐管在結(jié)構(gòu)上采用了較大壁厚和小管徑壁厚比，在選材上采用了X80鋼級(jí)無縫鋼管，以確保承載能力、減輕平臺(tái)自重、減小移動(dòng)阻力，與弦管組焊成X型或K型管節(jié)點(diǎn)，形成桁架式高強(qiáng)承力結(jié)構(gòu)。
    抗氫脆性能
    X80以上級(jí)別的結(jié)構(gòu)鋼管對(duì)氫脆敏感，曾在樁腿支撐管中發(fā)現(xiàn)氫致裂紋，由此造成了海洋平臺(tái)的垮塌事故。長(zhǎng)期在海水環(huán)境服役的固定式鉆井平臺(tái)，難以檢測(cè)結(jié)構(gòu)管的氫致開裂，尤其要關(guān)注材料的氫脆問題。HSE建議海工用高強(qiáng)結(jié)構(gòu)鋼管宜采用“海水+CP+硫化物”環(huán)境的慢應(yīng)變速率拉伸試驗(yàn)測(cè)試氫脆指數(shù)EI，且海工用高強(qiáng)結(jié)構(gòu)鋼管應(yīng)符合EI≤60%的要求。EI采用公式定義：EI =（RAa-RAe）/RAa
    式中RAa———材料在空氣環(huán)境中拉伸測(cè)得的斷面收縮率，%；
    RAe———材料在試驗(yàn)環(huán)境中拉伸測(cè)得的斷面收縮率，%。
    按上述方法，測(cè)試和評(píng)價(jià)了該X80鋼級(jí)樁腿支撐管材料的抗環(huán)境氫脆性能。試驗(yàn)環(huán)境中的海水采用天然海水；CP電位的選取（≤-1100mV）參照相關(guān)規(guī)范和工程要求；采用H2S模擬硫酸鹽還原菌SRB引起的生物硫化物，參考后者在海水中的實(shí)際濃度（一般≤0.06%），選取了H2S的濃度范圍；拉伸應(yīng)變速率根據(jù)以往工作經(jīng)驗(yàn)取4.0×10-6s-1。結(jié)果表明，X80鋼級(jí)樁腿支撐管在“海水+CP電位-1100～-750mV（Ag/AgCl）+無硫化物”環(huán)境和“海水+CP電位-1000 m V（Ag/Ag Cl）+0.01%～0.06%硫化物”環(huán)境中的氫脆指數(shù)均符合EI≤60%的要求，即X80鋼級(jí)樁腿支撐管材料具有較低的氫脆傾向，能夠滿足海洋平臺(tái)樁腿在相應(yīng)環(huán)境下對(duì)材料抗氫脆性能的要求，具有優(yōu)良的抗氫脆性能。X80鋼級(jí)樁腿支撐管抗氫脆的相關(guān)機(jī)理是：
    （1） X80鋼級(jí)樁腿支撐管用鋼的純凈度高，夾雜物數(shù)量少、尺寸小，從而減少了氫致裂紋源；
    （2） X80鋼級(jí)樁腿支撐管經(jīng)淬火+高溫回火后，形成了細(xì)化的粒狀貝氏體和鐵素體基體組織，且基體上分布大量彌散合金碳化物粒子、少量位錯(cuò)的組織，氫陷井的數(shù)量較多，氫的擴(kuò)散通道減少，大大減少了鋼的吸氫量。

    試驗(yàn)材料
    國(guó)內(nèi)某鋼管公司開發(fā)生產(chǎn)了JU2000E自升式鉆井平臺(tái)X80鋼級(jí)樁腿支撐管，解決了材料成分設(shè)計(jì)、高純均質(zhì)化冶煉—連鑄工藝、高精度軋管工藝、熱處理工藝等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)問題，且產(chǎn)品批量生產(chǎn)性能穩(wěn)定，各項(xiàng)性能指標(biāo)達(dá)到或者超過國(guó)外同類產(chǎn)品。選取該公司用于制造JU2000E自升式鉆井平臺(tái)樁腿支撐管Φ323.85mm×28.58mm規(guī)格，該支撐管的屈服強(qiáng)度Rt0.5和抗拉強(qiáng)度Rm分別為610MPa和700MPa，斷后伸長(zhǎng)率A為28%，斷面收縮率為85%，-40℃縱向全尺寸沖擊功平均值為251J。
    疲勞性能
    按GB/T 3075—2008《金屬材料 疲勞試驗(yàn) 軸向力控制方法》，在PLG-200型疲勞試驗(yàn)機(jī)和系列對(duì)稱拉壓載荷（應(yīng)力比R=-1）、相近頻率、*大循環(huán)次數(shù)1×107的條件下，測(cè)試和評(píng)價(jià)了該X80鋼級(jí)樁腿支撐管的疲勞性能。X80鋼級(jí)樁腿支撐管的疲勞性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果表明，當(dāng)應(yīng)力幅值S為384 MPa，試樣在循環(huán)周次未達(dá)到1×107時(shí)已失效；當(dāng)S降低至369MPa，試樣在循環(huán)周次達(dá)到1×107時(shí)均未失效。因這兩組試驗(yàn)的應(yīng)力幅值差小于其中未失效試樣應(yīng)力一般高強(qiáng)結(jié)構(gòu)鋼的疲勞極限比（σ-1/Rm）通常在0.3～0.5，而X80鋼級(jí)樁腿支撐管的疲勞極限比較高，達(dá)到0.54；因此，X80鋼級(jí)樁腿支撐管材料具有優(yōu)異的疲勞性能。
    根據(jù)疲勞斷口形貌，認(rèn)為X80鋼級(jí)樁腿支撐管具有優(yōu)異疲勞性能的原因是：
    （1）X80鋼級(jí)樁腿支撐管用鋼的純凈度高，夾雜物含量很少，第二相粒子細(xì)小，疲勞裂紋難以萌生；
    （2）X80鋼級(jí)樁腿支撐管的晶粒細(xì)小，晶界數(shù)量多，對(duì)疲勞裂紋在**階段的擴(kuò)展具有明顯的阻礙作用。
    防撞性能
    海洋平臺(tái)用樁腿支撐管在服役過程中可能會(huì)遭受油輪和工程船的意外撞擊。據(jù)測(cè)算，船舶撞擊時(shí)，樁腿支撐管承受速率在10-2～10s-1的變形。因此，采用拉伸試驗(yàn)，通過測(cè)試動(dòng)態(tài)拉伸性能，評(píng)價(jià)X80鋼級(jí)樁腿支撐管材料的防撞性能。試驗(yàn)結(jié)果表明：拉伸應(yīng)變速率為0.002～5s-1時(shí)，隨應(yīng)變速率增加，X80鋼級(jí)樁腿支撐管的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、應(yīng)變強(qiáng)度（Rp2和Rp5）提高，斷后伸長(zhǎng)率下降；此外，屈服強(qiáng)度和拉抗強(qiáng)度分別為612～670 MPa和695～790 MPa，仍符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求。因此，X80鋼級(jí)樁腿支撐管材料具有良好的防撞性能。

    目前，JU2000E是世界上*先進(jìn)的自升式鉆井平臺(tái)設(shè)計(jì)之一。樁腿是自升式鉆井平臺(tái)的關(guān)鍵裝備，由弦管、齒條和支撐管組成，其作用是升降和支撐整個(gè)平臺(tái)進(jìn)行鉆井作業(yè)。支撐管在結(jié)構(gòu)上采用了較大壁厚和小管徑壁厚比，在選材上采用了X80鋼級(jí)無縫鋼管，以確保承載能力、減輕平臺(tái)自重、減小移動(dòng)阻力，與弦管組焊成X型或K型管節(jié)點(diǎn)，形成桁架式高強(qiáng)承力結(jié)構(gòu)?？紤]到平臺(tái)用管在極其惡劣的海洋環(huán)境（如海洋風(fēng)暴、可變載荷、海水腐蝕、意外撞擊和火災(zāi)等）中服役的安全可靠性。
    耐火性能
    海洋平臺(tái)用支撐管還可能在油池火焰、噴射火焰或意外火災(zāi)引起的高溫環(huán)境服役，材料的強(qiáng)度損失可能造成樁腿的局部或全部坍塌。因此，結(jié)構(gòu)管在短時(shí)（1～3h）高溫條件下能夠保持較高的強(qiáng)度，足以使人員全部撤離，是一項(xiàng)重要的安全技術(shù)指標(biāo)。耐火設(shè)計(jì)時(shí)，基于火災(zāi)發(fā)生時(shí)鋼材中熱傳導(dǎo)和熱變形過程的解析，一般將耐火鋼的耐火溫度定在600℃，且耐火鋼應(yīng)符合600℃。高溫強(qiáng)度Rp600 ℃不低于室溫強(qiáng)度Rp的2/3。
    即Rp600 ℃≥2/3Rp，或強(qiáng)度系數(shù)SF=Rp600 ℃/Rp≥2/3。參照GB/T 4338—2006《金屬材料 高溫拉伸試驗(yàn)方法》，X80鋼級(jí)樁腿支撐管的屈服強(qiáng)度和強(qiáng)度系數(shù)隨環(huán)境溫度的升高而降低，但該鋼在溫度為100～600 ℃的高溫強(qiáng)度不低于室溫強(qiáng)度的2/3，即強(qiáng)度系數(shù)不低于2/3；特別是在600 ℃的環(huán)境溫度下強(qiáng)度系數(shù)達(dá)到0.70，高于耐火鋼的相關(guān)技術(shù)要求。因此，X80鋼級(jí)樁腿支撐管材料具有優(yōu)異的耐火性能。
    X80鋼級(jí)樁腿支撐管的耐火機(jī)理是：該樁腿支撐管材料采用Mo-Nb-V的合金化設(shè)計(jì)，且實(shí)際上將Mo、Nb和V的含量分別控制在0.20%、0.04%和0.08%的水平；與普通耐火鋼相比，X80鋼的Mo含量相當(dāng)，但Nb和V的總含量是前者的2～3倍，從而在該鋼高溫拉伸斷口附近觀察到數(shù)量更多的（Nb，V）（C，N）粒子。
    在位錯(cuò)上析出的細(xì)小粒子發(fā)揮釘扎作用，明顯推遲了位錯(cuò)在高溫下的回復(fù)；在鐵素體邊界上析出的細(xì)小粒子阻止了鐵素體的回復(fù)。因此，X80鋼級(jí)樁腿支撐管的高溫強(qiáng)度顯著提高。
    低溫韌性
    韌脆轉(zhuǎn)變溫度FATT決定了鋼的低溫性能，是衡量鋼脆性轉(zhuǎn)變的重要指標(biāo)，其大小直接影響了鋼的使用范圍。X80鋼級(jí)樁腿支撐管的韌脆轉(zhuǎn)變溫度低于-80℃。這與其鋼種成分設(shè)計(jì)有關(guān)：較低的碳含量有利于減少M(fèi)/A組元脆性相的數(shù)量；添加的Ni元素有利于提高低溫韌性；Nb和Ti元素有利于提高強(qiáng)韌性。此外，淬火+高溫回火的熱處理工藝可以細(xì)化組織。上述工藝也使得該鋼管公司生產(chǎn)的X80鋼級(jí)樁腿支撐管具有較低的韌脆轉(zhuǎn)變溫度，可用于更低溫度環(huán)境，且安全性更好。
    金相組織
    X80鋼級(jí)樁腿支撐管采用淬火+高溫回火的調(diào)質(zhì)熱處理工藝，X80鋼級(jí)樁腿支撐管960 ℃淬火+650 ℃，形成了以細(xì)化的粒狀貝氏體和針狀鐵素體為基體、分布少量M/A組元脆性相和大量彌散細(xì)小沉淀粒子的多相組織，晶粒度可達(dá)9級(jí)以上。這種多相組織來自于采用降碳、低碳當(dāng)量、多元合金化和微合金化設(shè)計(jì)的鋼種，對(duì)X80鋼級(jí)樁腿支撐管材料的低溫沖擊性能、疲勞性能、抗氫脆等方面都有積極的意義。
    焊接性能
    自升式鉆井平臺(tái)樁腿的支撐結(jié)構(gòu)是重要的受力結(jié)構(gòu)，樁腿支撐管要具有良好的環(huán)焊性能。依據(jù)美國(guó)焊接學(xué)會(huì)（AWS）和美國(guó)船級(jí)社（ABS）相關(guān)焊接規(guī)范進(jìn)行焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：X80鋼級(jí)樁腿支撐管在自升式鉆井平臺(tái)樁腿支撐結(jié)構(gòu)常規(guī)的焊接制造工藝條件下，所有環(huán)焊接頭的強(qiáng)度、韌性和硬度均符合相關(guān)技術(shù)條件的要求，產(chǎn)品具有優(yōu)良的焊接性能。


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