海洋工程中导管架用结构钢的研究

2020-03-24李明

设备管理与维修 2020年2期

关键词：结构钢含碳量可塑性

李明

（中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津 300459）

1 海洋工程导管架概述

导管架是海洋工程的重要组成部分（图1），为海上平台施工提供了施工条件，能够保证海洋工程结构物的稳定性，确保海上施工的安全。其主要由竖向立柱和横向、斜向联接钢管组成。主要构件包括导管腿、拉筋、裙装套筒、钢桩及其相关的附属结构。

导管架用钢结构是目前常用的体系，在海洋工程中发挥了重要作用。但是目前，海洋工程导管架设钢结构还没有创建出合理的体系。因此采用完善的技术，加强导管架用结构钢的使用效果，成为现在海洋工程的一项重要研究工作。

2 导管架用结构钢的性能要求

（1）屈服强度。在对熔炼进行研究的过程中，在屈服强度达到235～280 MPa 的情况下，C 当量就为Cec≤0.40%；在屈服强度达到280～360 MPa 的情况下，C 当量就应为Cev≤0.43%，Pem≤0.23%。其中，Cev=C+Mn/6+（Cr+V+Mo）/5+（Ni+Cu）/15，Pem=C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B。在公式中，每项元素均表示其在结构钢里的含量。

图1 海洋工程导管架

（2）超声波探伤。在此期间要根据ASTM A578/578M《特殊用途普通钢板和复合钢板超声直射波检验1996》B 级来做验收工作，如果钢板超声波探伤具有Z 向要求，那么如果存在以下缺点，则不可以进行使用：①底面反射波损失超过50%的，直径超过3 in（76 mm）的内部缺陷；②底面反射波损失超过70%，直径＞3/8 in（10 mm）的内部缺陷。

（3）表面质量要求。所使用的钢材要具备光滑表面，并要存在折皱、鳞波以及锈斑。

（4）可焊性试验。根据API RP2Z EN10225 的可焊性标准来进行。导管架用结构钢实际选定为DH36 和DH36-Z35，GB/T 712—2000《船体用结构钢》里明确了对DH36 的技术要求。

3 海洋工程中导管架用结构钢的运用

3.1 结构钢筋有高强度

在海洋工程中，导管架会普遍使用到水域开发中，因此导管架用结构一定要具备充足的强度。由于钢铁硬度是通过钢铁含碳量来进行划分，因此要依据钢铁含碳量比例来运算各种钢铁的坚硬度。企业可以使用相关技术，来精准计算出海洋工程导管架用结构钢具体的含碳量。例如企业根据大气压强与钢铁硬度之间的比例，运算出压强达到280 Pa 的情况下，结构钢的含碳量只有0.4%；而在压强在280～360 Pa 情况下，结构钢所具有的含碳量并不大于0.43%。所以，企业可以利用各种水深来运算相应的压强，并采用压强来对有效掌控导管架用结构钢的含碳量，这样就能够确保其具有标准的强度和硬度，从而确保即便处于深海区中的结构钢，也会承受住水压冲击，如此一来便能够符合深海工程的技术要求。

3.2 结构钢具有可塑性

深海工程导管架用结构钢不但需要充足的强度和硬度，而且还要具备可塑性，若两者能够进行完美融合，那么就会确保导管架足够的坚硬。深海工程导管架用结构钢要具备平整度，不能够出现凹痕。这就要求钢结构要具备一定的可塑性，这样在表面具有缺陷的情况下才能够方便进行清理。另外，结构钢如果具有一定可塑性，还能够确保焊接质量。根据各种焊缝性能的标准，结构钢均能够通过实际情况来进行改善。比如，一家企业所使用的是DH36 结构钢为低合金型号。此企业在对钢管进行生产期间，要先生产钢板，之后把此类可塑性较强的钢材所制造出来的钢板进行打弯，紧接着焊接成结构钢需要的钢管。采用此方式制作的钢管，在承重力方面能够得到充足保证。

4 海洋工程中导管架用结构钢的优化

4.1 确认结构钢的固有成分

以目前所掌握的海洋工程技术为基础，提升导管架用结构钢的制造效果，这样就能够设计更加良好的钢结构。若实现这一目标，则要先掌握其固有成分。不过目前在海洋工程中，需要采用非常多的钢铁，若想计算出钢铁固有成本，不但需要较长时间，而且还具有一定的难度。如果能够把钢铁成分分析系统使用到海洋工程领域当中，就可以让工作变得简单。例如可以把相关的化工制造业的钢铁手册使用到对钢铁成分辨别的工作当中，然后利用钢铁的型号就可以对比出其中一种型号钢铁的固有成分以及含金元素量，这样不但能够让工作变得简便，而且还会提升速度。

4.2 辨别结构钢的化学成分

鉴别结构钢的化学成分，能够确保其可以在海洋工程当中得到合理应用。当前，国内海洋工程在研究钢结构的化学成本时，普遍使用数值分析法。这种方式不但可以掌握结构钢里的各种化学成分，还能够对各种气体进行研究。因此，相关企业就要以数值分析法为基础，来构建完善的结构钢化学成本鉴别法：①把高炉里的铁水进行脱硫，之后再采取转炉吹炼；②在做好精炼，之后，把形成的铁坯采取真空处理；③对高坯做好轧制，然后放入检验库，并且还要清除炉子里的杂物。采用这种方法所获取的样品，它的化学成分检验结果会更加精准。

4.3 分析结构钢的其他特性

除了上述内容以外，对于结构钢在其他方面的一些特性也要做好充分掌握。我国海洋工程领域已经制定出合理方式，而且对结构钢的其他特性也采取了实质性研究，其中主要包括2 种方法。

（1）力学测查法。其主要包含弯曲、拉伸等方面的实验。利用力学检测法，很多海洋工程企业已经获得了完善的数据，并能够用它们判断钢结构的特性是否符合实际需求。如通过分析后掌握，钢结构的厚度如果在0～0.7 mm，同时钢材厚度达到0.45 mm，就能够符合使用需求。

（2）外观检查法。这是最直接的方法，能够准确掌握结构钢表面的平滑度，如果在检测期间发现无法满足需求的钢材，那么就要马上进行清理。

5 导管架用结构钢的使用要求

根据GB/T 712—2000 规定中的DH36 的化学成分能够看出，DH36 属于低合金结构钢，在对导架进行生产期间，先要进行钢板生产，然后再对钢板进行卷制，以便焊接为钢管，最后再通过钢管焊接而制作成导架。若想使导管架能够具有充足的承载力，要让其具备一定的强度；另外，想要具备完善的工艺性能，则最好让所采用的钢材具备良好的塑性以及韧性。

塑性以及强度之间具有一定的矛盾。结构钢对于焊接以及冷弯这两面的性能具有一定要求，因此结构钢一定要具备良好的塑性，然后以此为基础，尽量加强强度。而且还要能够满足高塑性，这样才可以确保工艺性。通常情况下，DH36 结构钢属于低碳钢，在平均含量上通常要达到0.09%～0.18%。

根据导管架生产的实际情况能够看出，焊接性能对于导管架十分重要。有关这种钢的焊接评定具有相当多的专著，此处不一一介绍。下面分析DH36 结构钢的化学成分会给焊接质量造成哪些影响。通常在研究焊缝区组织的过程中，会分成以下2 个方面。

（1）溶化区。若想避免熔融的金属在发生凝固情况下出现裂缝，那么最好合理控制DH36 结构钢中S 和P 的含量。

（2）热影响区。在进行焊接期间，会由于溶化区的加热效果，而发生远远超过临界点温度的问题，因此晶离会明显加大。在完成焊接工作以后，以达到高温要求的热影响区会遭受附近没有受到加热的金属的激冷，导致硬度进一步提升，更为严重还会全部淬硬。然后再外加上焊接所形成的大范围的残余应力，通常会导致热影响区出现裂缝。DH36 结构钢的C 含量如果较高，则说明所具备的可以提升淬透性的含金元素十分充足，出现焊裂的概率就会增大。