【摘 要】
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屈服强度690 MPa大断面特厚齿条钢与同等强度半弦板焊接组成自升式海洋平台升降桩腿结构,固定在海床上桩靴中,支撑着整个平台升降作业重量,是复杂海域工况条件下非线性动态波浪等周期载荷的主要承受部件,其抗疲劳断裂性能和使用寿命对整体平台安全起着至关重要的作用。桩腿齿条由淬火+回火状态的特厚钢板组成,火切和焊接是制造桩腿的主要加工方式,上下表面与半圆形弦板沿长度方向焊接在一起组成一节桩腿,两节桩腿通过
【基金项目】
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“十三五”国家重点研发项目“高强度、大规格、易焊接海洋工程用钢及应用(2016YFB0300600)”课题05“高品质海洋工程用钢应用技术研究及示范应用(2016YFB0300605)”;
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屈服强度690 MPa大断面特厚齿条钢与同等强度半弦板焊接组成自升式海洋平台升降桩腿结构,固定在海床上桩靴中,支撑着整个平台升降作业重量,是复杂海域工况条件下非线性动态波浪等周期载荷的主要承受部件,其抗疲劳断裂性能和使用寿命对整体平台安全起着至关重要的作用。桩腿齿条由淬火+回火状态的特厚钢板组成,火切和焊接是制造桩腿的主要加工方式,上下表面与半圆形弦板沿长度方向焊接在一起组成一节桩腿,两节桩腿通过齿条端部对焊以增加长度,如此组装成长达100 m~200 m的一条桩腿。火切和焊接在齿条钢齿面、齿条钢表面与半弦板连接部位以及齿条钢端部连接部位均形成一定深度的热影响区。调研显示,自升式海洋平台经过一段时间服役后,这些热影响区是疲劳裂纹易发生部位,尤其是在腐蚀环境严重的海浪飞溅区,因此研究齿条钢热影响区疲劳性能具有重要的工程意义。本论文主要研究了 690 MPa级齿条钢火焰切齿热影响区和实际焊接齿条钢热影响区的显微组织和高周疲劳性能,主要研究结果如下:(1)显微组织差异:热影响区中,粗晶区为粗大的马氏体,板条贝氏体和粒状贝氏体;细晶区为板条贝氏体与粒状贝氏体和少量铁素体;基体组织为回火马氏体与贝氏体,混晶区为马氏体,贝氏体铁素体组织。(2)室温拉伸强度差异:火切齿条钢热影响区屈服强度845 MPa,抗拉强度990 MPa,基体屈服强度700 MPa,抗拉强度850 MPa;焊接齿条钢热影响区屈服强度745 MPa,抗拉强度875 MPa,基体屈服强度710 MPa,抗拉强度845 MPa。(3)硬度差异:从硬度测试反映出,火切表面存在极薄马氏体淬硬层,厚度约为0.1mm,硬度360HV;粗晶区硬度290HV,宽度约1.2mm,占热影响区17%;细晶区硬度330 HV,宽度约为2.8mm,占热影响区40%,混晶区硬度不均,沿热输入方向下降,宽度3 mm,占热影响区43%;焊接齿条钢热影响区宽度约5 mm,粗晶区硬度320HV,宽度约2 mm,占热影响区40%;细晶区硬度380 HV,宽度约2 mm,占热影响区40%;混晶区同样存在硬度分布不均,沿热输入方向硬度降低,占热影响区20%。(4)疲劳性能差异:对火切、焊接齿条钢热影响区和基体进行高周疲劳实验,获得四组试样S-N曲线、疲劳极限。火切齿条钢热影响区条件疲劳极限543MPa,火切齿条钢基体疲劳极限555 MPa,焊接齿条钢热影响区疲劳极限650 MPa,焊接齿条钢基体疲劳极限674 MPa。与基体相比,热影响区疲劳极限降低。(5)海水腐蚀对疲劳性能影响:通过对热影响区试样进行模拟海水腐蚀处理来研究研究腐蚀对疲劳性能影响。通过SEM观察疲劳断口形貌特征后发现,腐蚀凹坑多出现在原始奥氏体晶界处,表明原始奥氏体晶界易被腐蚀形成裂纹源。
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