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产品描述

低温韧性
韧脆转变温度FATT决定了钢的低温性能,是衡量钢脆性转变的重要指标,其大小直接影响了钢的使用范围。X80钢级桩腿支撑管的韧脆转变温度低于-80℃。这与其钢种成分设计有关:较低的碳含量有利于减少M/A组元脆性相的数量;添加的Ni元素有利于提高低温韧性;Nb和Ti元素有利于提高强韧性。此外,淬火+高温回火的热处理工艺可以细化组织。上述工艺也使得该钢管公司生产的X80钢级桩腿支撑管具有较低的韧脆转变温度,可用于更低温度环境,且安全性更好。
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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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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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防撞性能
海洋平台用桩腿支撑管在服役过程中可能会遭受油轮和工程船的意外撞击。据测算,船舶撞击时,桩腿支撑管承受速率在10-2~10s-1的变形。因此,采用拉伸试验,通过测试动态拉伸性能,评价X80钢级桩腿支撑管材料的防撞性能。试验结果表明:拉伸应变速率为0.002~5s-1时,随应变速率增加,X80钢级桩腿支撑管的屈服强度、抗拉强度、应变强度(Rp2和Rp5)提高,断后伸长率下降;此外,屈服强度和拉抗强度分别为612~670 MPa和695~790 MPa,仍符合标准规定的要求。因此,X80钢级桩腿支撑管材料具有良好的防撞性能。
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