出品 | 網易新聞
作者 | 一聞，鋼鐵行業研究人員
在之前的文章中，我們給大傢介紹過“藍鯨1號”海上鉆井平臺，它為中國首次試采可燃冰成功立下瞭汗馬功勞，在中國油氣開發走向深海的過程中，另一座鉆井平臺同樣具有裡程碑意義，它就是“海洋石油981”。
“海洋石油981”是中國自主設計建造的首座第六代深水半潛式鉆井平臺，代表瞭世界海洋石油鉆井平臺的一流水平。這座平臺面積比一個標準足球場還要大、自重超過3萬噸、承重量達到12萬噸的“超級巨獸”，其最大作業水深可達3000米，最大鉆井深度可達10000米。
“海洋石油981”深水半潛式鉆井平臺
在幾千米深的茫茫大海中，要固定一座如此龐大又沉重的鉆井平臺，同時承受狂風、海浪和洋流的沖擊，可謂難上加難，那麼這是怎麼做到的呢？
原來，是12根世界頂級超高強度R5級系泊鏈，承擔瞭這一使命。這些鏈條的單根長度就達到1700米，直徑達到84毫米，總重量超過3000噸。
（一）系泊鏈——海洋石油開采離不開的那條固定鏈
移動式海洋鉆井平臺要在狂風大浪中連續進行石油勘探開采，前提是平臺能夠固定在工作海區。
目前，世界各國的大型海洋平臺主要采用兩種定位系統：系泊定位系統和動力定位系統。由於系泊定位具有投資少、使用和維修方便等特點，已成為當前主要采用的定位系統，廣泛應用於各類深海平臺。
海洋鉆井平臺系泊定位系統
系泊鏈是系泊定位系統的核心，在深海2000米以下紮根，遇到十二級以上的大風也巋然不動，這是系泊鏈應用於深水海洋平臺時要具備的定力，它不僅承受著海洋平臺的靜載荷作用，而且要承受環境載荷作用，確保平臺巋然不動。
由於長期工作在海水中，承受風、波浪和洋流外力作用，以及海水帶來的微生物腐蝕和電化學腐蝕，系泊鏈很容易產生疲勞，進而導致失效，影響海洋平臺的安全性和可靠性。
系泊鏈
近20年來,由於系泊系統失效造成全球海上設施事故的比例居高不下,而其中系泊鏈失效導致的事故又占到一半比例。2011年4月12日，墨西哥灣發生一起直徑171毫米的單點系泊R5級鏈，由於氫脆導致深水平臺傾斜入水事故。
因系泊鏈失效，海洋平臺傾斜入水
國際上，將系泊鏈按性能不同分為R3、R3S、R4、R4S、R5等若幹等級，不同等級系泊鏈的尺寸、生產工藝和性能檢驗都相應的標準。
采用高等級鋼材研發高等級的系泊鏈不僅可以獲得更高的強度，還可以減輕系泊系統的總重量，降低系泊系統的晃蕩慣性，使浮式平臺具有更大的出水高度和更好的穩定性。
（二）系泊鏈鋼——高性能、高附加值、高難度的“三高”鋼材
由於工作環境嚴苛且事關重大，制造系泊鏈所用的材料，不同於一般的工業用鏈條、船舶用系泊鏈和礦山用鏈條材料，不僅要求強度高、韌性好，而且還要求冷彎性能和焊接性能好，具有耐海水腐蝕、抗疲勞、耐磨損等特性，技術要求非常高。
系泊鏈鋼的力學性能要求
以目前最高級R5級系泊鏈鋼為例，其抗拉強度和屈服強度分別達到1000兆帕和760兆帕，屈服強度和抗拉強度比≤0.92，意味著一個指甲蓋大小面積的鋼材上，要承受高達10噸的力。
隨著強度的提高，鋼材的韌性往往會受到影響，致使系泊鏈易發生韌性失效，因此系泊鏈鋼還要經過-20℃條件下嚴格的夏比沖擊試驗。
在出廠之前，除常規的試驗之外，還要進行一系列的附加試驗，包括裂紋尖端位移、熱處理敏感性、時效應變、熱塑性、慢拉伸以及環境誘導裂紋敏感性和結構壽命分析等。
系泊鏈鋼對工藝的要求高，因此產品的附加值也很高，目前常用的高等級R4和R5級系泊鏈價格高達每噸2-3萬元。但是，由於性能要求嚴格，系泊鏈鋼的生產難度極大。
系泊鏈所用鋼材性能要求極為嚴格
系泊鏈用圓鋼的典型生產工藝流程為：廢鋼、熱裝鐵水——電弧爐冶煉——LF（鋼包精煉爐）精煉——RH（真空循環脫氣爐）脫氣——大方坯連鑄——初軋開坯——連軋成材——鋼材退火——表面剝皮——超聲波探傷——檢驗、包裝入庫。部分大規格圓鋼的生產，還要采用模鑄工藝組織生產。
為瞭保證產品成分和性能指標滿足要求，經過電弧爐冶煉生產的優質鋼水，必須經過LF爐精煉和RH爐脫氣環節，以大幅降低鋼中的氧、氮、氫含量，去除夾雜物。
軋制完成後，還要將表面有缺陷的一層剝去。最後經超聲波探傷，確認無質量問題後，方可出廠。
RH爐主要用於鋼水脫氫、脫碳和升溫
（三）國產系泊鏈鋼——從舉步維艱到後來居上
自上世紀七十年代開始，系泊鏈鋼的生產技術就被日本、瑞典、西班牙等少數遠洋強國壟斷。中國在系泊鏈鋼方面起步較晚，90年代中期才開始開發，發展過程舉步維艱。
當時，各國船級社僅對系泊鏈鋼的性能指標做瞭簡單要求，並沒有對具體元素的成分以及如何生產進行詳解。
中國鋼鐵企業充分發揮協作精神，攻克瞭系泊鏈鋼性能范圍要求窄、表面質量要求高、尺寸控制精度要求嚴等工藝難點，快速掌握瞭生產技術和工藝，在原材料表面質量控制、焊接工藝參數優化、熱處理工藝及檢驗試驗等方面達到瞭世界先進水平。
中國企業制造的系泊鏈
2000年，中國已經具備瞭當時海洋用最高級別——R4級系泊鏈鋼規模生產能力，並且擁有自主知識產權。由國產鋼所制造的系泊鏈經受住瞭2006墨西哥灣特大颶風的考驗，成為瞭當時唯一沒有出問題的一組。
2010年，針對深海石油鉆井平臺對更高級別系泊鏈用鋼的需求，國產R5級系泊鏈鋼應運而生並實現成功制鏈。
國產R5級系泊鏈分別應用於俄羅斯維堡船廠承建的兩個深海鉆井平臺和中海油“海洋石油981”深海鉆井平臺，推動中國系泊鏈產業一躍進入世界先進水平。
鑒於該技術的突出貢獻，超深水半潛式鉆井平臺“海洋石油981”配套R5系泊鏈項目還獲得瞭2014年度國傢科學技術進步特等獎。
R5系泊鏈經受超強“梅花”臺風考驗，使海洋石油981平臺安全脫險
2017年7月12日，全球首個系泊鏈國際標準ISO 20438《船舶與海洋技術——系泊鏈》正式出版發佈。該標準由中國企業主導編制，它的發佈意味著全球系泊鏈設計和生產都將執行中國標準，標志著中國企業在系泊鏈制造和技術研發上達到世界領先水平。
中國企業主導編制的全球首個系泊鏈國際標準ISO 20438《船舶與海洋技術——系泊鏈》
2019年4月，中國鋼鐵企業成功研發出瞭世界最高級別的R6級極限性能系泊鏈鋼，並順利通過瞭DNVGL船級社的認證，成為世界首傢獲得R6級系泊鏈鋼認證證書和世界首傢具備批量生產R6級系泊鏈鋼能力的企業，填補瞭該產品在世界上的空白。
結語
在能源需求不斷增加、陸上油氣資源日漸沽竭等因素的作用下，海洋油氣資源的重要性將日益凸顯。未來，全球海洋油氣特別是深海油氣的勘探開發將以更快的速度增長。已經處於全球領先水平的中國系泊鏈產業，必將為中國油氣開發走向深海提供有力支撐，也必將隨著海洋油氣產業的發展繼續領跑世界。
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