佛山市顺德区朗耀钢铁有限公司主要生产销售:螺旋钢管,无缝管,钢护筒,打桩管,钢管桩,大口径钢管,直缝焊管。兼营:H型钢,镀锌钢管,球墨铸铁管,角钢,槽..

产品描述

抗氢脆性能
X80以上级别的结构钢管对氢脆敏感,曾在桩腿支撑管中发现氢致裂纹,由此造成了海洋平台的垮塌事故。长期在海水环境服役的固定式钻井平台,难以检测结构管的氢致开裂,尤其要关注材料的氢脆问题。HSE建议海工用高强结构钢管宜采用“海水+CP+硫化物”环境的慢应变速率拉伸试验测试氢脆指数EI,且海工用高强结构钢管应符合EI≤60%的要求。EI采用公式定义:EI =(RAa-RAe)/RAa
式中RAa———材料在空气环境中拉伸测得的断面收缩率,%;
RAe———材料在试验环境中拉伸测得的断面收缩率,%。
按上述方法,测试和评价了该X80钢级桩腿支撑管材料的抗环境氢脆性能。试验环境中的海水采用天然海水;CP电位的选取(≤-1100mV)参照相关规范和工程要求;采用H2S模拟硫酸盐还原菌SRB引起的生物硫化物,参考后者在海水中的实际浓度(一般≤0.06%),选取了H2S的浓度范围;拉伸应变速率根据以往工作经验取4.0×10-6s-1。结果表明,X80钢级桩腿支撑管在“海水+CP电位-1100~-750mV(Ag/AgCl)+无硫化物”环境和“海水+CP电位-1000 m V(Ag/Ag Cl)+0.01%~0.06%硫化物”环境中的氢脆指数均符合EI≤60%的要求,即X80钢级桩腿支撑管材料具有较低的氢脆倾向,能够满足海洋平台桩腿在相应环境下对材料抗氢脆性能的要求,具有优良的抗氢脆性能。X80钢级桩腿支撑管抗氢脆的相关机理是:
(1) X80钢级桩腿支撑管用钢的纯净度高,夹杂物数量少、尺寸小,从而减少了氢致裂纹源;
(2) X80钢级桩腿支撑管经淬火+高温回火后,形成了细化的粒状贝氏体和铁素体基体组织,且基体上分布大量弥散合金碳化物粒子、少量位错的组织,氢陷井的数量较多,氢的扩散通道减少,大大减少了钢的吸氢量。
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疲劳性能
按GB/T 3075—2008《金属材料 疲劳试验 轴向力控制方法》,在PLG-200型疲劳试验机和系列对称拉压载荷(应力比R=-1)、相近频率、大循环次数1×107的条件下,测试和评价了该X80钢级桩腿支撑管的疲劳性能。X80钢级桩腿支撑管的疲劳性能试验数据结果表明,当应力幅值S为384 MPa,试样在循环周次未达到1×107时已失效;当S降低至369MPa,试样在循环周次达到1×107时均未失效。因这两组试验的应力幅值差小于其中未失效试样应力一般高强结构钢的疲劳极限比(σ-1/Rm)通常在0.3~0.5,而X80钢级桩腿支撑管的疲劳极限比较高,达到0.54;因此,X80钢级桩腿支撑管材料具有优异的疲劳性能。
根据疲劳断口形貌,认为X80钢级桩腿支撑管具有优异疲劳性能的原因是:
(1)X80钢级桩腿支撑管用钢的纯净度高,夹杂物含量很少,第二相粒子细小,疲劳裂纹难以萌生;
(2)X80钢级桩腿支撑管的晶粒细小,晶界数量多,对疲劳裂纹在阶段的扩展具有明显的阻碍作用。
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耐火性能
海洋平台用支撑管还可能在油池火焰、喷射火焰或意外火灾引起的高温环境服役,材料的强度损失可能造成桩腿的局部或全部坍塌。因此,结构管在短时(1~3h)高温条件下能够保持较高的强度,足以使人员全部撤离,是一项重要的安全技术指标。耐火设计时,基于火灾发生时钢材中热传导和热变形过程的解析,一般将耐火钢的耐火温度定在600℃,且耐火钢应符合600℃。高温强度Rp600 ℃不低于室温强度Rp的2/3。
即Rp600 ℃≥2/3Rp,或强度系数SF=Rp600 ℃/Rp≥2/3。参照GB/T 4338—2006《金属材料 高温拉伸试验方法》,X80钢级桩腿支撑管的屈服强度和强度系数随环境温度的升高而降低,但该钢在温度为100~600 ℃的高温强度不低于室温强度的2/3,即强度系数不低于2/3;特别是在600 ℃的环境温度下强度系数达到0.70,高于耐火钢的相关技术要求。因此,X80钢级桩腿支撑管材料具有优异的耐火性能。
X80钢级桩腿支撑管的耐火机理是:该桩腿支撑管材料采用Mo-Nb-V的合金化设计,且实际上将Mo、Nb和V的含量分别控制在0.20%、0.04%和0.08%的水平;与普通耐火钢相比,X80钢的Mo含量相当,但Nb和V的总含量是前者的2~3倍,从而在该钢高温拉伸断口附近观察到数量更多的(Nb,V)(C,N)粒子。
在位错上析出的细小粒子发挥钉扎作用,明显推迟了位错在高温下的回复;在铁素体边界上析出的细小粒子阻止了铁素体的回复。因此,X80钢级桩腿支撑管的高温强度显著提高。
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