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海上油气资源的开发直接推动了海洋钻井平台在技术和市场上的发展,深海钻井平台在极其恶劣的环境下服役要求其具有较高的安全性和可靠性,所以对海洋平台桩腿支撑管的使用性能提出了严格的要求,不仅要有较高的强韧性,较低的屈强比,还要求降低建造成本来保证其经济效益。本文在此背景下以X100高钢级桩腿用无缝钢管为研究对象,以0.85屈强比为研发目标,从成分优化设计与调质处理工艺两方面开展了实验探索研究。根据X100高钢级桩腿无缝钢管的力学性能指标要求,共设计了5种合金成分体系。初始设计方案中C、Mn、Cr等元素的含量较高,C和Mn是廉价的强化元素,能有效改善钢材的淬透性。Cr和Ni能进一步提升淬透性,促进相变强化,形成均匀分布的合金渗碳体,还能通过固溶强化提高强度,而Ni还可以改善耐蚀能力。引入Nb、V和Ti可以形成强碳化物,经过热处理后产生弥散析出,提升强度并改善低温韧性。然后进行实验室冶炼试验,得到实验样品。课题借助金相显微镜、硬度分析仪、扫描电镜、透射电镜、拉伸和冲击性能测试等手段对热处理后的试验钢进行显微组织观察和力学性能测试,分析微观组织,并对照性能指标要求,调整合金元素含量,最终确定适用于X100桩腿用管的C-Mn-V成分体系。用低成本C-Mn-V成分体系试验钢进行调质处理,探究单次淬火+回火以及二次淬火+回火热处理工艺对组织和性能的影响,在力学性能满足要求的同时,调控屈强比,得到X100桩腿用无缝钢管的调质工艺。经910-930℃范围淬火、690℃回火后,显微组织为均匀细化的回火索氏体,强度满足X100钢级要求,屈强比达到0.92水平。二次淬火回火工艺研究发现,二次淬火温度的变化对试验钢强度的影响不大,但强度随着回火温度的升高逐渐降低。C-Mn-V体系试验钢经“900℃淬水+780℃淬水+580℃回火”工艺处理后,组织中有一定量的逆转变奥氏体,满足X90级桩腿无缝管的强度要求,同时试验钢屈强比明显降低到了0.90以下,-50℃低温冲击韧性达到100J左右。该工艺是提高材料韧性和塑性水平的一种有效途径,为高钢级低屈强比桩腿无缝管的生产提供了有效的技术支撑。