海洋工程中導管架用結構鋼的研究

李 明

（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300459）

1 海洋工程導管架概述

導管架是海洋工程的重要組成部分（圖1），為海上平臺施工提供了施工條件，能夠保證海洋工程結構物的穩定性，確保海上施工的安全。其主要由豎向立柱和橫向、斜向聯接鋼管組成。主要構件包括導管腿、拉筋、裙裝套筒、鋼樁及其相關的附屬結構。

導管架用鋼結構是目前常用的體系，在海洋工程中發揮了重要作用。但是目前，海洋工程導管架設鋼結構還沒有創建出合理的體系。因此采用完善的技術，加強導管架用結構鋼的使用效果，成為現在海洋工程的一項重要研究工作。

2 導管架用結構鋼的性能要求

（1）屈服強度。在對熔煉進行研究的過程中，在屈服強度達到235～280 MPa 的情況下，C 當量就為Cec≤0.40%；在屈服強度達到280～360 MPa 的情況下，C 當量就應為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，每項元素均表示其在結構鋼里的含量。

圖1 海洋工程導管架

（2）超聲波探傷。在此期間要根據ASTM A578/578M《特殊用途普通鋼板和復合鋼板超聲直射波檢驗1996》B 級來做驗收工作，如果鋼板超聲波探傷具有Z 向要求，那么如果存在以下缺點，則不可以進行使用：①底面反射波損失超過50%的，直徑超過3 in（76 mm）的內部缺陷；②底面反射波損失超過70%，直徑＞3/8 in（10 mm）的內部缺陷。

（3）表面質量要求。所使用的鋼材要具備光滑表面，并要存在折皺、鱗波以及銹斑。

（4）可焊性試驗。根據API RP2Z EN10225 的可焊性標準來進行。導管架用結構鋼實際選定為DH36 和DH36-Z35，GB/T 712—2000《船體用結構鋼》里明確了對DH36 的技術要求。

3 海洋工程中導管架用結構鋼的運用

3.1 結構鋼筋有高強度

在海洋工程中，導管架會普遍使用到水域開發中，因此導管架用結構一定要具備充足的強度。由于鋼鐵硬度是通過鋼鐵含碳量來進行劃分，因此要依據鋼鐵含碳量比例來運算各種鋼鐵的堅硬度。企業可以使用相關技術，來精準計算出海洋工程導管架用結構鋼具體的含碳量。例如企業根據大氣壓強與鋼鐵硬度之間的比例，運算出壓強達到280 Pa 的情況下，結構鋼的含碳量只有0.4%；而在壓強在280～360 Pa 情況下，結構鋼所具有的含碳量并不大于0.43%。所以，企業可以利用各種水深來運算相應的壓強，并采用壓強來對有效掌控導管架用結構鋼的含碳量，這樣就能夠確保其具有標準的強度和硬度，從而確保即便處于深海區中的結構鋼，也會承受住水壓沖擊，如此一來便能夠符合深海工程的技術要求。

3.2 結構鋼具有可塑性

深海工程導管架用結構鋼不但需要充足的強度和硬度，而且還要具備可塑性，若兩者能夠進行完美融合，那么就會確保導管架足夠的堅硬。深海工程導管架用結構鋼要具備平整度，不能夠出現凹痕。這就要求鋼結構要具備一定的可塑性，這樣在表面具有缺陷的情況下才能夠方便進行清理。另外，結構鋼如果具有一定可塑性，還能夠確保焊接質量。根據各種焊縫性能的標準，結構鋼均能夠通過實際情況來進行改善。比如，一家企業所使用的是DH36 結構鋼為低合金型號。此企業在對鋼管進行生產期間，要先生產鋼板，之后把此類可塑性較強的鋼材所制造出來的鋼板進行打彎，緊接著焊接成結構鋼需要的鋼管。采用此方式制作的鋼管，在承重力方面能夠得到充足保證。

4 海洋工程中導管架用結構鋼的優化

4.1 確認結構鋼的固有成分

以目前所掌握的海洋工程技術為基礎，提升導管架用結構鋼的制造效果，這樣就能夠設計更加良好的鋼結構。若實現這一目標，則要先掌握其固有成分。不過目前在海洋工程中，需要采用非常多的鋼鐵，若想計算出鋼鐵固有成本，不但需要較長時間，而且還具有一定的難度。如果能夠把鋼鐵成分分析系統使用到海洋工程領域當中，就可以讓工作變得簡單。例如可以把相關的化工制造業的鋼鐵手冊使用到對鋼鐵成分辨別的工作當中，然后利用鋼鐵的型號就可以對比出其中一種型號鋼鐵的固有成分以及含金元素量，這樣不但能夠讓工作變得簡便，而且還會提升速度。

4.2 辨別結構鋼的化學成分

鑒別結構鋼的化學成分，能夠確保其可以在海洋工程當中得到合理應用。當前，國內海洋工程在研究鋼結構的化學成本時，普遍使用數值分析法。這種方式不但可以掌握結構鋼里的各種化學成分，還能夠對各種氣體進行研究。因此，相關企業就要以數值分析法為基礎，來構建完善的結構鋼化學成本鑒別法：①把高爐里的鐵水進行脫硫，之后再采取轉爐吹煉；②在做好精煉，之后，把形成的鐵坯采取真空處理；③對高坯做好軋制，然后放入檢驗庫，并且還要清除爐子里的雜物。采用這種方法所獲取的樣品，它的化學成分檢驗結果會更加精準。

4.3 分析結構鋼的其他特性

除了上述內容以外，對于結構鋼在其他方面的一些特性也要做好充分掌握。我國海洋工程領域已經制定出合理方式，而且對結構鋼的其他特性也采取了實質性研究，其中主要包括2 種方法。

（1）力學測查法。其主要包含彎曲、拉伸等方面的實驗。利用力學檢測法，很多海洋工程企業已經獲得了完善的數據，并能夠用它們判斷鋼結構的特性是否符合實際需求。如通過分析后掌握，鋼結構的厚度如果在0～0.7 mm，同時鋼材厚度達到0.45 mm，就能夠符合使用需求。

（2）外觀檢查法。這是最直接的方法，能夠準確掌握結構鋼表面的平滑度，如果在檢測期間發現無法滿足需求的鋼材，那么就要馬上進行清理。

5 導管架用結構鋼的使用要求

根據GB/T 712—2000 規定中的DH36 的化學成分能夠看出，DH36 屬于低合金結構鋼，在對導架進行生產期間，先要進行鋼板生產，然后再對鋼板進行卷制，以便焊接為鋼管，最后再通過鋼管焊接而制作成導架。若想使導管架能夠具有充足的承載力，要讓其具備一定的強度；另外，想要具備完善的工藝性能，則最好讓所采用的鋼材具備良好的塑性以及韌性。

塑性以及強度之間具有一定的矛盾。結構鋼對于焊接以及冷彎這兩面的性能具有一定要求，因此結構鋼一定要具備良好的塑性，然后以此為基礎，盡量加強強度。而且還要能夠滿足高塑性，這樣才可以確保工藝性。通常情況下，DH36 結構鋼屬于低碳鋼，在平均含量上通常要達到0.09%～0.18%。

根據導管架生產的實際情況能夠看出，焊接性能對于導管架十分重要。有關這種鋼的焊接評定具有相當多的專著，此處不一一介紹。下面分析DH36 結構鋼的化學成分會給焊接質量造成哪些影響。通常在研究焊縫區組織的過程中，會分成以下2 個方面。

（1）溶化區。若想避免熔融的金屬在發生凝固情況下出現裂縫，那么最好合理控制DH36 結構鋼中S 和P 的含量。

（2）熱影響區。在進行焊接期間，會由于溶化區的加熱效果，而發生遠遠超過臨界點溫度的問題，因此晶離會明顯加大。在完成焊接工作以后，以達到高溫要求的熱影響區會遭受附近沒有受到加熱的金屬的激冷，導致硬度進一步提升，更為嚴重還會全部淬硬。然后再外加上焊接所形成的大范圍的殘余應力，通常會導致熱影響區出現裂縫。DH36 結構鋼的C 含量如果較高，則說明所具備的可以提升淬透性的含金元素十分充足，出現焊裂的概率就會增大。

6 結束語

導管架用結構鋼在海洋工程中已經得到普遍使用，加強了海洋平臺的穩定性。本文主要是對海洋工程領域管架用結構鋼使用和優化結構鋼的特性進行討論。通過優化，能夠在很大程度上提升導管架用結構鋼的質量，還會進一步推動海洋工程的發展，使海洋工程企業獲得更多的經濟收益。