摘 要:针对某深水管道连接器 A694F65钢冲洗压力帽锻件,在满足标准要求的前提下,设计了 两种不同化学成分即合金元素存在微量差异的锻材方案,采用相同的锻造和热处理工艺进行加工制 造,对两种锻件产品进行力学性能测试和金相检验。结果表明:为保证可焊性,在考虑碳当量的同时, 降低碳、锰含量,提高铬、镍和钼等合金元素含量,锻件的显微组织为所需的贝氏体+铁素体,非金属 夹杂物含量较低,材料强度满足产品设计要求;锻件低温冲击韧度满足产品设计要求,在-46 ℃和 -18℃温度下的冲击韧度测试结果差异较大,随着测试温度的升高,冲击韧度测试结果的稳定性提升。
关键词:深水管道连接器;化学成分;锻件;力学性能;冲击韧度
中图分类号:TG115 文献标志码:A 文章编号:1001-4012(2022)03-0018-05
水下生产系统已成为一种主流的深水油气开发 系统[1]。我国关于水下生产系统的研究起步较晚,目 前海上油气田所用的水下设备多依赖于进口,设备采 购和维护成本高,供货周期长,极大限制了我国海洋 石油工业的发展。深水管道连接器是深水油气资源 开发的关键器械之一[2-3],该器械具有安装便捷、可靠 性高等特点[4-5]。管道连接器按工作原理可分为螺栓 法兰式、卡箍式和卡爪式三类[6-10],其中,卡箍式连接 器因结构简单、体积小、连接可靠性高、安装和拆卸简便,应用最广泛[11]。深水管道连接器的核心部件一 般采用锻件,因为锻件的力学性能一般优于相同材料 铸件的力学性能。与陆地用锻件相比,水下用锻件对 材料的力学性能和稳定性要求更高[12],同时需兼顾 其易加工性、易焊接性和经济性等多方面因素[13]。
ASTM A694/A694M - 2016 Standard SpecificationforCarbonandAlloySteelForgings forPipeFlanges,Fittings,Valves,andPartsfor High-pressureTransmissionService 标 准 只 对 水 下用锻件的碳、硅、锰、磷和硫元素进行了非常宽泛 的范围限制,DNVGL-RP-0034SteelForgingsfor SubseaApplications仅对有害 元 素 和 残 余 元 素 进 行了限制,其 余 元 素 的 限 制 参 照ISO10423:2009 (Modified ) Petroleum and Natural Gas Industries-Drilling and Production EquipmentWellheadandChristmasTreeEquipment 和ISO 13628-4(Identical) Design and Operation of Subsea Production Systems-Part 4: Subsea WellheadandTreeEquipment的设计准则。深水 管道连接器核心部件的化学成分设计需综合考虑强 度、韧性、焊接性、耐蚀性、抗疲劳性和经济成本等方 面,其材料普遍为非标材料或改良材料。
某盲孔结构深水管道连接器 A694F65钢冲洗 压力帽锻件的壁厚约为73.3cm(22in),其结构示 意见图1,在其化学成分满足 ASTM A694/A694M -2016及 DNVGL-RP-0034标准对水下用锻件的 技术要求的前提下,笔者设计了两种不同化学成分 即合金元素存在微量差异的冲洗压力帽锻件,采用 相同的锻造和热处理工艺进行加工制造,对两种设 计成分的锻件成品进行力学性能测试和金相检验, 以验证设计的合理性。
