钢铁作为海洋工程装备的关键结构材料,广泛应用于钻井平台、生产平台以及海底管道等。由于服役时间长,要长期抵抗恶劣的风浪条件,水下修理维护的成本极高,其采用的钢板逐渐向高强度、高韧性、易焊接性、良好的耐腐蚀性以及大厚度、大规格化方向发展。
1.国外研究现状
目前海洋平台用钢遵循的四大国际标准,即en10225 和 bs7191( 欧洲标准) ,api( 美国标准) ,norsok( 北海标准) ,对海洋平台用钢的力学性能及设计制造等都有明确的规定,但对耐腐蚀性能的规范较为欠缺。
世界海洋平台用高强度钢的主要级别为屈服强度355 mpa、420 mpa、460 mpa、500 mpa、550 mpa、620 mpa、690 mpa,并对低温性能要求至少-40 ℃,甚至-60 ℃,抗层状撕裂性能达 z 向 35%,耐腐蚀性能良好,主要交货方式为 tmcp、正火以及调质。
日本对海洋平台用钢的研究较早,已开发出耐海水腐蚀、大线能量焊接及低温用等系列的凯发体育官网-凯发体育入口,强度级别已达 980 mpa。jfe 开发出了厚度为 140 mm、屈服强度为 700 mpa、抗拉强度为 800 mpa的含镍平台用钢;同时该公司形成了自己的企业标准系列,海洋平台的钢板抗拉强度为 360 mpa~ 980 mpa,品种主要有 jfe-hiten 系列高强钢板等。利用微合金化元素的析出,新日铁开发了 htuff 技术,其用于海洋平台的钢板主要有wel- ten 系列高强钢板、naw - k 及 cor-ten 系列无涂层焊接结构用耐蚀钢板、mariloy 系列焊接结构用耐海水腐蚀钢板及 naw - ten 系列含 ni 耐候钢板等品种。此外,新日铁公司还按 api2w,en10225,norsok及 bs7191 标准生产屈服强度在315 mpa~550 mpa之间的 a,d,e,f 级别的钢板,最高强度达到950 mpa。
欧洲作为海洋资源开发较早的区域,其海洋平台用钢的研发、应用、品种系列化及标准化处于领先地位,已可生产 a,b,d,e 级的屈服强度在235 mpa~690 mp之间的各种钢板。目前欧洲用于海洋平台建设的钢种应用最广泛的为 s355,s420,s460 及 s690,耐腐蚀性能良好。挪威埃科菲斯克ⅱ号海洋钻井平台是欧洲第 1座使用改进韧性 s690q 钢板的海洋平台。
俄罗斯arkticheskaya自升式钻井平台用于北极地区的油气钻探,最大钻探深度 6 500 m。当前 s690 级高强钢在海洋平台中的应用越来越多,但仍需解决高强钢板焊接处易开裂及耐蚀性差等问题。现今在海洋平台建设中也应用了更高强度级别的钢板,其高强钢板主要通过调质工艺生产,钢板屈服强度可达1 100 mpa,但由于焊接困难和耐腐蚀开裂问题,超高强钢在海洋建设中应用较少。
2.国内研究现状
我国开发海洋石油起步比较晚,到 20 世纪 80 年代才建成自己的海洋石油平台。目前我国海洋平台主要使用屈服强度为 355 mpa~ 460 mpa的 d,e 及 f 级钢板,基本实现国产化。我国首次自主设计建造的3 000 m深水半潜式钻井平台“海洋石油 981”所用钢的强度已达到 690 mpa; 北海油区海洋自升式平台固定结构已使用500 mpa以上,甚至 750 mpa高强度钢,但我国海洋平台用钢强度不高、规格不全、耐腐蚀性能较差、配套工艺不完善等问题,仍限制了我国自主开发海洋资源的能力。
3.我国与国际先进水平的差距
我国海洋平台主要使用的屈服强度为 355 mpa~460 mpa的 d,e 及 f 级钢板,基本实现国产化。鞍钢、南钢生产的中厚板屈服强度达 550 mpa,武钢、宝钢和沙钢都已具备生产屈服强度为 690 mpa海洋平台用钢的能力,但厚度超过 120 mm 以上时,产品质量及性能的稳定性、满足更大规格产品的技术需求、耐腐蚀开裂、配套焊接等方面都存在问题。建造海洋工程的关键部位所用的高强度、厚规格、耐海洋腐蚀开裂等性能的钢板多数仍需进口,特别是具有良好综合力学性能且厚度在 120mm 以上、屈服强度在 690 mpa以上的高韧性、耐腐蚀、易焊接的海洋平台用钢基本依赖进口。
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