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重庆钢结构材料性能

发布者: 发布时间:2016/4/12 14:31:20 阅读:次 【字体:

钢结构材料的选择和加工过程在平台装配中是很重要的,平台结构根据船级社规范设计和建造。目前,大多数海洋工程结构由钢和钢筋混凝土建造,这里只讨论钢结构。

钢结构材料性能

钢材及焊条的主要性能有:可焊性,屈服与极限强度,廷展性,切口韧性或硬度,疲劳强度和耐腐蚀性能。

一般来说,不可能找到这样一种钢材,其上述所有技术参数都达到极限指标。比如,一种钢材的极限强度提高,一般要导致延展性与可焊性下降。因此,材料的选择,要综合考虑多方面,主要考虑环境因素及载荷特性。

1、可焊性

钢材的可焊性常常用材料的含碳量与碳当量C来表示。碳当量C是指碳钢及碳锰钢在焊接过程中的可硬度,碳当量C对估算材料的预热要求有实用价值。

2、冲击韧性

钢材的冲击韧性表示其抵抗冲击载荷的能力,以制品试样在冲击试验中被冲断时在缺口处单位面积上所耗的功作为冲击韧性的量度。缺口试样冲击试脸的结果也充分反映材料的缺口敏感度和冷脆倾向。平台钢材应具有良好的冲击韧性才能确保安全。因钢材冲击韧性低而发生平台脆断事例屡有所见,1965年北海钻井船“海宝号”脆断沉没;1976年12月我国有一自开式平台桩腿发生脆断。脆断时的应力一般低于设计应力(脆断又称低应力破坏),断裂前没有宏观塑性变形,事故一般发生在低温下。断裂一旦发生,便以很高速度扩展,迅速贯穿结构的全部或一部分,从而造成结构破坏。脆断没有先兆,突然发生,一旦发生就难以控制,后果往往是灾难性的。故仅满足强度要求,并不一定能防止结构破坏,尤其是钢材的冲击韧性随温度的下降而下降(称为钢的冷脆性),因而活动平台在寒冷地区冬季作业时,其韧性要满足安全作业温度下的要求,一般应作试脸确定。经睑表明,脆性断裂发生原因之一是钢材在工作条件下的温度低于本身的冷脆性转变温度(即钢材由韧性状态向冷脆性状态转变的沮度)所引起的。

我国船级社(CCS)的海上移动式平台人级与建造规范(1992)对平台结构钢材的夏比V型缺口冲击试验有专门的规定,对于板厚不超过30mm时,作一组三个缺口冲击试脸;当板厚大于30mm时,作二组各三个缺口试验。每组的冲击试样平均冲击能量不小于该级钢规定的最小平均值。

3.层状撕裂

层状撕裂是发生在含有杂质的轧制板材受横向载荷时沿板厚度方向撕裂破坏现象。平台的厚壁管焊接接头具有大量的熔敷金属,且在板厚方向有很高的约束,因此焊接接头在板厚方向很大的应力,再加上板材中可能有层状分布的非金属夹杂物,这些非金属夹杂物降低了金属晶体间的联系力,因此平台的接头部位容易产生沿板厚方向的“层状撕裂”。用于估算层裂敏感性的因素是Z方向(扳厚方向)的断面收缩率,为提高钢材抗层裂能力,必须降低钢材中硫化物、氧化硅或氧化铝等夹杂物的含量,在平台重要接头部位可采用“抗层状撕裂钢”或称Z向钢,但因造价昂贵,这种钢材的应用范围必须适当。采用适当的节点焊接设计也可提高节点的抗层状撕裂能力。

4、氢裂

因海洋工程结构中板的厚度大,屈服强度高,焊接不仅引起残余应力,还会出现氢裂问题,为避免氢裂,可采取烘干焊条、使用碱性焊条、清除焊接接缝附近的油、锈、水、勿使构件过冷及顶热等措施。

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