21世紀(jì)是海洋的世紀(jì)，海洋將成為國際競爭的主要領(lǐng)域。海洋之爭主要取決于海洋科技創(chuàng)新能力之爭，它的強(qiáng)弱決定了一個國家在海洋領(lǐng)域中的國際話語權(quán)。

    當(dāng)前很多國家紛紛將目光轉(zhuǎn)向海洋，日益激烈的海洋競爭主要涉及三大能力，即海洋認(rèn)知能力、資源開發(fā)能力和占領(lǐng)空間能力。對于沿海國家來說，哪個國家掌握了高科技，哪個國家就搶占了這三大能力的制高點(diǎn)，這也是海洋國家在競爭中能不能取得主動權(quán)的重要基礎(chǔ)。縱觀世界主要沿海國家，在這三大能力競爭中，其主要精力大多投放在高科技上。

    《海洋科技創(chuàng)新總體規(guī)劃》戰(zhàn)略研究報(bào)告指出，世界海洋強(qiáng)國都非常重視海洋對可持續(xù)發(fā)展的作用，將海洋科技創(chuàng)新作為基本戰(zhàn)略，紛紛制定中長期規(guī)劃，不僅加大了海洋開發(fā)原始創(chuàng)新技術(shù)的研發(fā)，更注重以創(chuàng)新技術(shù)對海洋開發(fā)的支撐，以占領(lǐng)未來發(fā)展的制高點(diǎn)。美國在2011 年發(fā)布了海洋研究計(jì)劃，英國出臺了海洋科學(xué)戰(zhàn)略，日本制定了新世紀(jì)的海洋政策，韓國頒布了海洋科學(xué)技術(shù)中長期發(fā)展計(jì)劃。

    近年來我國海洋科技快速發(fā)展，取得了豐碩的成果，海洋科技綜合實(shí)力顯著增強(qiáng)。一是海洋知識創(chuàng)新取得明顯進(jìn)步，海洋調(diào)查能力顯著提高，南北極科考和深海大洋勘探研究能力大幅提升，海洋觀測、監(jiān)測、衛(wèi)星、海洋預(yù)報(bào)等領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。二是海洋技術(shù)創(chuàng)新能力得到較大提升。海洋生物資源開發(fā)技術(shù)取得重要突破，海水淡化開發(fā)技術(shù)取得較大發(fā)展，海洋能開發(fā)技術(shù)研發(fā)快速推進(jìn)，海洋油氣等礦產(chǎn)資源開發(fā)重大技術(shù)和裝備取得重要進(jìn)展。但從整體來看，我國海洋科學(xué)研究全球視野不夠， 仍然存在盲區(qū)。

    學(xué)科的交叉與滲透還有待進(jìn)一步加強(qiáng)， 海洋技術(shù)水平與國外差距很大。

    我國現(xiàn)有的海洋科技水平，尤其是創(chuàng)新能力難以適應(yīng)海洋強(qiáng)國的戰(zhàn)略需求，海洋科技創(chuàng)新意識和能力距國際先進(jìn)水平相差懸殊。

    我國在實(shí)施“海洋強(qiáng)國”發(fā)展戰(zhàn)略的過程中，在海洋國土安全、海洋油氣資源開發(fā)、海洋基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和海洋交通等四個領(lǐng)域還面臨著嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。加強(qiáng)海洋綜合管理，發(fā)展海洋經(jīng)濟(jì)，提高海洋資源開發(fā)能力，保護(hù)海洋生態(tài)環(huán)境，維護(hù)國家海洋權(quán)益，離不開艦船、潛艇及海洋基礎(chǔ)設(shè)施的建造，需要大量的海工鋼，但我國海工鋼的研究、生產(chǎn)及應(yīng)用與國際先進(jìn)水平還存在一定的差距，急需解決所面臨的材料問題。

    海洋環(huán)境是一種嚴(yán)酷復(fù)雜的腐蝕環(huán)境。在這種環(huán)境中，海水本身是一種強(qiáng)的腐蝕介質(zhì)，同時波、浪、潮、流又對金屬構(gòu)件產(chǎn)生低頻往復(fù)應(yīng)力和沖擊，加上海洋微生物、附著生物及它們的代謝產(chǎn)物等都對海洋裝備的腐蝕過程產(chǎn)生直接或間接的加速作用。目前我國每年腐蝕所造成的經(jīng)濟(jì)損失可達(dá)到 8000 多億元人民幣。因此，海洋重大工程在設(shè)計(jì)和使用過程中都必須考慮海洋環(huán)境的腐蝕問題，海洋防腐新技術(shù)、新材料的開發(fā)尤為重要。目前最重要的是找準(zhǔn)突破口，從戰(zhàn)略上抓住重點(diǎn)，強(qiáng)化海洋科技創(chuàng)新。全面提升我國海洋科技國際競爭力，爭取在短時間內(nèi)追趕超國際先進(jìn)水平。

 

 

    海洋工程用鋼鐵材料篇

 

    海洋工程用鋼鐵材料主要包括：

    海洋國土安全領(lǐng)域用鋼、海洋油氣資源開發(fā)領(lǐng)域用鋼、海洋基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)領(lǐng)域用鋼、海洋交通領(lǐng)域用鋼。

    我國海洋工程用鋼的發(fā)展對策及重點(diǎn)發(fā)展方向

 

    （一）高強(qiáng)韌、易焊接艦船用納米相強(qiáng)化鋼制造技術(shù)及其科學(xué)基礎(chǔ)

 

    船體結(jié)構(gòu)鋼材料在艦船建造中用量最大，結(jié)構(gòu)重量約占全船排水量的40%-50%。船體結(jié)構(gòu)鋼體系是否完整、合理，綜合性能優(yōu)劣直接影響艦船的作戰(zhàn)性能和水平。大型水面水下艦船的抗爆抗沖擊能力是決定艦船生命力的關(guān)鍵因素。為了提高艦船的抗爆抗沖擊能力，一個有效的途徑是增強(qiáng)艦船用結(jié)構(gòu)鋼的強(qiáng)度和韌性。同時，增強(qiáng)艦船用結(jié)構(gòu)鋼的強(qiáng)度和韌性也是艦船減重的最有效途徑。

    隨著鋼材強(qiáng)度級別的提高，鋼中合金元素增多，使得鋼的碳當(dāng)量和裂紋敏感性也隨之大幅增加，這使得鋼的焊接變得十分困難。而焊接對于艦船建造具有重要影響。其中焊接工作量約占船體建造總工作量的 30%-40%，焊接成本約占船體建造成本的 30％ -50％，因此高強(qiáng)度易焊接鋼的開發(fā)對大型艦船性能穩(wěn)定性和艦船經(jīng)濟(jì)性、建造周期以及造船量均具有重要影響。

    為了滿足我國大潛深潛艇，尤其是航空母艦建設(shè)的要求，急需大量高強(qiáng)度、高韌性，同時具有高焊接性能和耐候性的低合金結(jié)構(gòu)鋼。

    沉淀強(qiáng)化代替碳強(qiáng)化是開發(fā)新型艦船用鋼的新途徑，現(xiàn)有研究表明，由高數(shù)量密度細(xì)小富銅納米相代替碳強(qiáng)化，在較低合金含量的情況下可獲得高強(qiáng)度，同時保持較好的韌性。

    通過大量降低碳含量，并避免使用高碳當(dāng)量的合金元素 Cr 和 Mo 等可進(jìn)一步降低合金中合金元素的總含量，來提高焊接性能；鋼中適量的銅和其他合金元素對提高鋼在海洋環(huán)境條件下的耐腐蝕性能具有良好的作用。美國海軍 HSLA 系列鋼的成分和工藝是公開的，我國有關(guān)單位根據(jù) HSIA 鋼的成分和工藝做了部分探索性工作。但是，銅沉淀強(qiáng)化鋼的核心技術(shù)是通過工藝控制銅沉淀相成分、尺寸、分布等特性來獲得優(yōu)帛的綜合性能。我國目前對于如何控制沉淀相的性能還沒有足夠認(rèn)識，這嚴(yán)重阻礙了我國航母用鋼的研究開發(fā)工作。

    因此，急需開展高強(qiáng)、易焊接艦船用納米相強(qiáng)化鋼生產(chǎn)技術(shù)及其科學(xué)基礎(chǔ)研究項(xiàng)目。

航空母艦

 

    研究目標(biāo)：

    掌握高強(qiáng)韌、易焊接納米相強(qiáng)化鋼的合金設(shè)計(jì)和冶金技術(shù)；從納米尺度掌握影響鋼材性能穩(wěn)定的機(jī)制；掌握熱機(jī)械處理等組織控制技術(shù)；掌握鋼材的焊接工藝技術(shù)；掌握納米相的析出行為和機(jī)制及其對力學(xué)性能的影響規(guī)律；完成工程示范應(yīng)用。

 

 

    （二）深海鉆井平臺用鋼的關(guān)鍵生產(chǎn)技術(shù)及冶金學(xué)原理研究

 

    充分開發(fā)和利用我國豐富的海洋能源和資源是我國經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的命脈之一。深海石油天然氣鉆井平臺是完成海洋深度探測和開采的關(guān)鍵裝備，其工作環(huán)境惡劣、建設(shè)周期長且成本高、維護(hù)保養(yǎng)困難，服役時間要求比船舶長50%，因此深海海洋平臺用鋼既要有高強(qiáng)度和高韌性，又要具有良好的抗疲勞、抗層狀撕裂性能、焊接性能及耐腐蝕性能。目前，我國海洋平臺用鋼級別較低，關(guān)鍵部位所用高強(qiáng)度、大厚度材料依賴進(jìn)口，是受制于外國的“卡脖子”關(guān)鍵材料。為了滿足我國深海資源開發(fā)的需要，迫切需要研究超高強(qiáng)度海洋平臺用鋼的冶金學(xué)原理并開發(fā)關(guān)鍵生產(chǎn)技術(shù)。

    未來針對高等級海洋平臺用鋼，將著重研究海洋平臺用鋼厚規(guī)格產(chǎn)品的組織與性能控制理論、“大熱輸入”氧化物冶金原理及高耐腐蝕合金與顯微組織結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)機(jī)理等方面工作，為我國深海資源開發(fā)利用積累相關(guān)理論并提供關(guān)鍵工藝技術(shù)。
   
    掌握高強(qiáng)韌、易焊接納米相強(qiáng)化鋼的合金設(shè)計(jì)和冶金技術(shù)；從納米尺度掌握影響鋼材性能穩(wěn)定的機(jī)制；掌握熱機(jī)械處理等組織控制技術(shù)；掌握鋼材的焊接工藝技術(shù)；掌握納米相的析出行為和機(jī)制及其對力學(xué)性能的影響規(guī)律；完成工程示范應(yīng)用。研究目標(biāo)：

    掌握高強(qiáng)韌、易焊接納米相強(qiáng)化鋼的合金設(shè)計(jì)和冶金技術(shù)；從納米尺度掌握影響鋼材性能穩(wěn)定的機(jī)制；掌握熱機(jī)械處理等組織控制技術(shù)；掌握鋼材的焊接工藝技術(shù)；掌握納米相的析出行為和機(jī)制及其對力學(xué)性能的影響規(guī)律；完成工程示范應(yīng)用。

    開發(fā)出極地條件下應(yīng)用的 50mm厚、低溫沖擊性能滿足 -60℃條件下CTOD 實(shí)驗(yàn)要求的海洋平臺用鋼；開發(fā)出超高強(qiáng)海洋平臺用鋼的高效焊接技術(shù)；給出合金元素、組織狀態(tài)對耐腐蝕性能的影響規(guī)律，開發(fā)出高耐蝕海洋平臺用超高強(qiáng)鋼；通過創(chuàng)新軋制及熱處理工藝技術(shù)和裝備，開發(fā)出超薄（4-6mm）及超厚（259mm）規(guī)格海洋平臺用鋼。

 

海上鉆井平臺

 

 

    研究目標(biāo)：

    開發(fā)出極地條件下應(yīng)用的 50mm厚、低溫沖擊性能滿足 -60℃條件下CTOD 實(shí)驗(yàn)要求的海洋平臺用鋼；開發(fā)出超高強(qiáng)海洋平臺用鋼的高效焊接技術(shù)；給出合金元素、組織狀態(tài)對耐腐蝕性能的影響規(guī)律，開發(fā)出高耐蝕海洋平臺用超高強(qiáng)鋼；通過創(chuàng)新軋制及熱處理工藝技術(shù)和裝備，開發(fā)出超薄（4-6mm）及超厚（259mm）規(guī)格海洋平臺用鋼。

 

    （三）厚規(guī)格高耐蝕易焊接深海管線鋼關(guān)鍵技術(shù)及冶金學(xué)原理

 

    21 世紀(jì)將是海洋的世紀(jì)，海洋資源開發(fā)和利用已經(jīng)成為世界各國發(fā)展的重要戰(zhàn)略方向，而海底油氣資源是世界各國爭奪的重要資源。隨著海洋油氣開采走向深海，厚規(guī)格高耐蝕易焊接深海管線鋼需求量巨大，迫切需要厚規(guī)格、易悍接、耐腐蝕和止裂性能良好的深海管線用鋼。

深水鋪管起重船

 

 

    研究目標(biāo)：

    掌握 X70 以上級別等厚規(guī)格深海管線鋼組織細(xì)化及 DWTT 控制技術(shù)；厚向組織均勻化技術(shù)；適用于厚規(guī)格深海管線鋼大線能量焊接的合金化和組織設(shè)計(jì)技術(shù)；大線能量焊接工藝技術(shù)；深海管線腐蝕行為表征；耐油氣介質(zhì)腐蝕的合金化技術(shù)；高塑性組織控制技術(shù)；完成工程示范應(yīng)用。

 

    （四）耐海水腐蝕特厚板關(guān)鍵制造技術(shù)及其科學(xué)基礎(chǔ)

 

    海洋工程用鋼是我國海洋開發(fā)的重要鋼種。國內(nèi)外在海洋工程用鋼領(lǐng)域?qū)τ?60-150mm 厚板有很大的市場需求，尤其是高鋼級，具有重要的現(xiàn)實(shí)需要和良好的市場前景。

    海洋工程用鋼厚板與特厚板生產(chǎn)的主要技術(shù)難點(diǎn)主要體現(xiàn)在：傳統(tǒng)連鑄坯存在的宏觀和微觀偏析所導(dǎo)致的厚板組織和力學(xué)性能的不均勻性，以及由此造成的產(chǎn)品性能不穩(wěn)定性，尤其是低溫沖擊韌性、Z 向性能和板厚遞減效應(yīng)，低壓縮比軋制特厚板造成的中心疏松、縮孔等，導(dǎo)致特厚板質(zhì)量不能滿足要求，對于武鋼等鋼企新品種的開發(fā)形成嚴(yán)重制約，給武船、719 等造船與軍工用戶的使用帶來困難。

 

    研究目標(biāo)：

    在鋼鐵企業(yè)現(xiàn)有工藝裝備條件下，優(yōu)化工藝技術(shù)，開發(fā) 20-100mm海洋工程用鋼厚板與特厚板；提高鋼材質(zhì)量及其穩(wěn)定性；在此基礎(chǔ)上，采用結(jié)晶器喂鋼帶技術(shù)，制造 100-150mm 海洋工程用鋼特厚板。

 

    鈦合金材料篇

 

    鈦金屬質(zhì)輕、高強(qiáng)、無磁、耐蝕，特別突出的是耐海水和海洋大氣腐蝕，是優(yōu)異的輕型結(jié)構(gòu)材料，被稱為“海洋金屬”。鈦及鈦合金在海洋工程中具有廣泛的用途，特別適于作輕型海工裝備用材，對提高海洋工程裝備的作業(yè)能力、安全性、可靠性及技戰(zhàn)術(shù)水平具有十分重要的意義，是建設(shè)海洋強(qiáng)國的重要戰(zhàn)略材料之一：鈦金屬材料是顯著提升海軍裝備技戰(zhàn)術(shù)性能，增強(qiáng)我國海洋安全保障能力的關(guān)鍵支撐材料；鈦金屬材料是提升海洋資源開發(fā)裝備、提升海洋資源開發(fā)能力的首選和理想結(jié)構(gòu)材料。

    我國海洋工程裝備用鈦的差距

 

    綜觀大局，我國海洋工程用鈦金屬材料起步晚，規(guī)模小，總體上還處于起步階段，同美、俄、日等海洋強(qiáng)國相比，在應(yīng)用領(lǐng)域，基礎(chǔ)研究，鈦材生產(chǎn)技術(shù)、設(shè)計(jì)與應(yīng)用技術(shù)及相應(yīng)配套技術(shù)等各個環(huán)節(jié)，大體有 15 ～ 30 年的差距，主要表現(xiàn)在以下三個方面：

    （1）海洋用鈦的規(guī)模小。俄羅斯先進(jìn)艦船用鈦量占艦船結(jié)構(gòu)重量的15％ -20％，而我國先進(jìn)艦船的用鈦量不足結(jié)構(gòu)重量的 0.1％。

    （2）海洋工程用鈦存在許多空白。

    我國有遼闊的領(lǐng)海，包括 18000km 大陸海岸線，但許多海岸、島嶼、船舶均見不到鈦材應(yīng)用的身影，海洋工程高端用鈦還有許多核心技術(shù)尚未掌握，以鈦?zhàn)鳛橹黧w結(jié)構(gòu)材料的高端海洋工程裝備存在極大的技術(shù)研發(fā)空間。

    （3）海洋工程用鈦的基礎(chǔ)性工作薄弱。鈦合金在海洋復(fù)雜環(huán)境（深海高壓、高低溫交變、動靜載荷交變、多種介質(zhì)腐蝕等）的抗腐蝕性、疲勞、振動、氫脆、接觸腐蝕、電偶腐蝕及海生物污損等問題缺乏深度基礎(chǔ)研究；許多鈦合金材料只做了短時間、小范圍、小規(guī)格產(chǎn)品的研究，離大型工程應(yīng)用要求還有很大的差距；鈦在海洋工程裝備中應(yīng)用的設(shè)計(jì)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)不完善，設(shè)計(jì)、應(yīng)用與材料研發(fā)脫節(jié)現(xiàn)象嚴(yán)重等。

 

海洋工程裝備

 

    我國海洋工程裝備用鈦需解決的關(guān)鍵技術(shù)

 

    海洋工程裝備用鈦合金設(shè)計(jì)、驗(yàn)證及評價技術(shù)、高性能鈦合金材料的低成本加工制造技術(shù)、高性能鈦合金材料的穩(wěn)定化生產(chǎn)技術(shù)、高效可靠的大型鈦合金部件的先進(jìn)焊接技術(shù)、超大規(guī)格鈦合金部件的成型制造技術(shù)、超大規(guī)格（厚度為 80 ～ 120mm）鈦合金板材加工技術(shù)、超大規(guī)格（外徑 600mm，壁厚 20-30mm，長度大于 15m）鈦合金管材的加工生產(chǎn)技術(shù)、高效、穩(wěn)定、可靠的鈦合金接觸腐蝕、電偶腐蝕防護(hù)技術(shù)及海生物污損防護(hù)技術(shù)。

 

    我國海洋工程裝備用鈦的發(fā)展目標(biāo)

 

    形成完整的海洋工程裝備用鈦合金材料設(shè)計(jì)、驗(yàn)證、制造、加工、研究等產(chǎn)業(yè)體系，打造若干具有較強(qiáng)創(chuàng)新能力的海洋工程裝備用鈦合金配套、服務(wù)機(jī)構(gòu)，全面掌握海洋工程裝備用鈦金屬材料的設(shè)計(jì)技術(shù)、應(yīng)用技術(shù)和生產(chǎn)加工技術(shù)，具備創(chuàng)新應(yīng)用鈦金屬材料的技術(shù)能力，達(dá)到海洋工程裝備鈦合金應(yīng)用技術(shù)和范圍的國際先進(jìn)水平，使我國海洋工程裝備用鈦及鈦合金量達(dá)到15000-20000t，占全國鈦加工材產(chǎn)量的10％～ 15％，為全面提升我國海洋工程裝備的技術(shù)水平做出應(yīng)有貢獻(xiàn)。

 

    有色金屬材料篇

 

    有色金屬材料被認(rèn)為是海洋工程材料中最具吸引力的材料之一，從有色金屬材料在海洋工程的應(yīng)用歷史分析發(fā)現(xiàn)，技術(shù)進(jìn)步是有色金屬材料在海洋工程中應(yīng)用的主要推動力，而隨著社會的發(fā)展，有色金屬材料設(shè)計(jì)思想將日趨成熟，加工成本將逐漸降低，新的連接技術(shù)與裝配方法也將不斷涌現(xiàn)，這些都將強(qiáng)有力地推進(jìn)有色金屬材料在海洋工程上的應(yīng)用。 有色金屬材料中， 在強(qiáng)調(diào)高速、節(jié)能、環(huán)保的海洋運(yùn)輸、海洋建筑和能源領(lǐng)域，以鋁和鎂為主體的輕質(zhì)合金材料的使用量大增；銅及其合金以其優(yōu)異的導(dǎo)熱性、耐蝕性（包括抗生物污染）、耐磨性以及氣密性，已成為海洋工程用結(jié)構(gòu)功能材料中不可或缺的成員。

船舶與海上鉆井平臺

 

    我國海洋工程用有色金屬需優(yōu)先發(fā)展的方向

 

    近年來國家出臺的一系列政策將有助于海洋工程產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，進(jìn)而推動海洋工程用有色金屬材料的發(fā)展。具體到海洋工程中，需優(yōu)先發(fā)展以下方向：

    （1）新材料研發(fā)

 

    高強(qiáng)、可焊、耐蝕、優(yōu)良加工性能的海洋工程用鋁合金材料；先進(jìn)鋁質(zhì)船的焊接技術(shù)及高端焊接材料；高性能的犧牲陽極材料；海水淡化用鋁換熱管；OTEC熱交換器鋁合金；LNG球罐鋁合金；海洋油氣開采用超高強(qiáng)、耐蝕、耐磨銅合金泵管、鉆探管；網(wǎng)箱研制用高耐蝕抗污環(huán)保型鋁黃銅線材；高性能耐蝕大截面鎂合金板材；高性能、高成品率銅合金冷凝管；大口徑薄壁銅合金管。

    （2）新技術(shù)攻關(guān)

 

    鋁合金寬幅厚板用高質(zhì)量大鑄錠制備工藝技術(shù)開發(fā)；寬幅擠壓鋁 / 鎂型材制備技術(shù)；鋁合金寬幅超厚板制備技術(shù)；高品質(zhì)鋁質(zhì)鉆探管的擠壓技術(shù)；改進(jìn)銅合金管傳統(tǒng)擠壓工藝，加強(qiáng)銅合金管短流程制備技術(shù)研究，重點(diǎn)發(fā)展熔體處理、鑄造工藝、結(jié)晶器設(shè)計(jì)、軋輥設(shè)計(jì)等技術(shù)，并盡快實(shí)現(xiàn)其產(chǎn)業(yè)化；加強(qiáng)大口徑薄壁海水管研發(fā)，焊接管、合管、高效散熱管（U 形管、翅片管等）等研發(fā)；為適應(yīng)船舶大型化、快速化、污染海域航行的需要，需要加強(qiáng)螺旋漿耐空泡腐蝕、增加機(jī)械強(qiáng)度、大型化等技術(shù)方面的研究；材料表面處理技術(shù)、防腐技術(shù)應(yīng)用；合金的微生物腐蝕研究；稀土綠色緩蝕劑的研發(fā)；制造裝備的改進(jìn)、管理水平的提高等。

 

    復(fù)合材料篇

 

    復(fù)合材料作為新型結(jié)構(gòu)功能材料，具有優(yōu)越的可設(shè)計(jì)性，而且具有重量輕、比強(qiáng)度和比模量高、阻尼性能好、耐疲勞、耐化學(xué)腐蝕、耐磨性能好、熱膨脹系數(shù)低以及射線透過性好等特點(diǎn)，并且在海洋濕熱、多鹽的環(huán)境條件下也能夠表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。復(fù)合材料的應(yīng)用情況能夠反映一個國家海洋工程裝備的先進(jìn)程度和未來的發(fā)展趨勢。

    海洋工程用復(fù)合材料的發(fā)展趨勢

 

    未來 5-10 年的海洋油氣資源勘探開發(fā)中，海洋平臺、海底管道、系泊系統(tǒng)等的建設(shè)需求旺盛，并且隨著我國海洋強(qiáng)國戰(zhàn)略的進(jìn)一步實(shí)施，包括軍、民用船艇海洋工程裝備面臨前所未有的發(fā)展機(jī)遇，同時對材料的性能要求也越來越高。復(fù)合材料在替代傳統(tǒng)金屬材料方面還有很多空間。對于海洋工程用復(fù)合材料，尚有很多工作要做。未來將向三個方向發(fā)展：

    （1）向低成本、高性能、集成化生產(chǎn)的方向發(fā)展

 

    各種規(guī)格的船舶制造商們正尋找提高其競爭力的方法，以較低的成本將產(chǎn)品更快地推出市場是達(dá)到這一目標(biāo)的關(guān)鍵所在。設(shè)計(jì)和制造質(zhì)量的提高會促進(jìn)上述目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。船舶部件需要在極端氣候條件下具備可靠性、安全性，因此性能在許多應(yīng)用中都是關(guān)鍵因素。速度和穩(wěn)定性是船舶設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)。例如賽艇、高速巡邏艇和特殊用途船舶以及某些快速渡輪。軍用和商用船艇的上部結(jié)構(gòu)也追求減重目標(biāo)，重心的降低可以提高穩(wěn)定性和安全性。最小化并精確控制復(fù)合材料層壓板的質(zhì)量可以獲得更好的性能。

海洋重型裝備

 

    （2）向虛擬設(shè)計(jì)、制造、驗(yàn)證一體化的方向發(fā)展

 

    復(fù)合材料設(shè)計(jì)軟件正快速成為多個行業(yè)設(shè)計(jì)過程中的主要組成部分。設(shè)計(jì)和應(yīng)力分析是設(shè)計(jì)過程中的兩大重點(diǎn)，通常這兩個學(xué)科之間的交流并不理想，因此會出現(xiàn)單調(diào)且緩慢的重復(fù)工作。最近幾年，復(fù)合材料設(shè)計(jì)軟件和結(jié)構(gòu)分析軟件之間的雙向交流取得了良好的進(jìn)展。制造商通過開發(fā)出的復(fù)合材料部件或組裝件的完整詳細(xì)的三維 CAD 模型，可以對復(fù)合材料模型進(jìn)行精確性和完整性的定義，帶來了更高的質(zhì)量，并且可以預(yù)測潛在的制造問題，設(shè)計(jì)和分析同步進(jìn)行，部件得以優(yōu)化，不同部件擁有專門的設(shè)計(jì)方法。復(fù)合材料部件的設(shè)計(jì)越精確，結(jié)構(gòu)的優(yōu)化也就更好更快。采用復(fù)合材料設(shè)計(jì)軟件可以使工程師在開發(fā)過程中大大減少變數(shù)，也讓使用者可以立即記錄下所有設(shè)計(jì)上的改變。在設(shè)計(jì)初期對復(fù)合材料部件進(jìn)行完整詳細(xì)的三維設(shè)計(jì)，制造過程中所有的層壓板、層片和芯材信息都是始終不變的。

    Vistagy 公司的 FiberSIM 軟件被用于此類大型玻璃纖維復(fù)合材料部件大的設(shè)計(jì)和開發(fā)。

    （3）向新型可靠生產(chǎn)工藝的方向發(fā)展

 

    受我國制造業(yè)水平落后的限制，加之采用先進(jìn)復(fù)合材料進(jìn)行大規(guī)模、一體化成型的核心技術(shù)被發(fā)達(dá)國家所掌握，我國在海洋工程用復(fù)合材料成型工藝方面與發(fā)達(dá)國家存在一定差距，材料性能的批次穩(wěn)定性有待提升。自動化生產(chǎn)能力和大規(guī)模、一體化成型方面國內(nèi)技術(shù)相對落后，在建造大型結(jié)構(gòu)件或一體化成型艦船、石油工業(yè)等領(lǐng)域所用大型結(jié)構(gòu)件中存在工藝瓶頸。新型可靠的生產(chǎn)工藝，保證產(chǎn)品不同批次的性能穩(wěn)定，是目前和今后一段時間的主要工作之一。

 

    無機(jī)材料篇

 

    無機(jī)材料（主要是水泥混凝土）是目前海工建筑中使用最多的材料，對全球海洋經(jīng)濟(jì)和海洋產(chǎn)業(yè)的發(fā)展影響重大。水泥混凝土在海洋環(huán)境應(yīng)用中展示出優(yōu)異的抗海水腐蝕能力，并應(yīng)用于越來越多的海工建筑中，如碼頭、橋梁、海底隧道、防浪堤、海上鉆采平臺等，21 世紀(jì)將是水泥混凝土在海洋工程中大規(guī)模應(yīng)用的世紀(jì)。

    我國海工混凝土發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)和重點(diǎn)發(fā)展方向

 

    推進(jìn)水泥混凝土在海洋工程領(lǐng)域的應(yīng)用，建立完善的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范體系，完善配套原材料、工藝、技術(shù)、裝備的開發(fā)和應(yīng)用，提高我國的海上資源開發(fā)能力及海洋經(jīng)濟(jì)的競爭力是我國海工混凝土發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)。

    重點(diǎn)發(fā)展方向

 

    （1）海工超高性能混凝土技術(shù)（如高強(qiáng)輕質(zhì)混凝土）及相關(guān)原材料的研究開發(fā)及在海洋工程中的應(yīng)用。高強(qiáng)度輕質(zhì)骨料混凝土是現(xiàn)有海工混凝土材料發(fā)展的核心技術(shù)之一。雖然目前發(fā)達(dá)國家的離岸海工建筑如海上油氣平臺、海上風(fēng)電基座等大規(guī)模使用高強(qiáng)度輕質(zhì)骨料混凝土技術(shù)，但混凝土材料本身自重大的缺點(diǎn)無法避免，因而限制了如混凝土LNG 船、FPSO 等的進(jìn)一步發(fā)展。目前以挪威為代表的海洋發(fā)達(dá)國家重點(diǎn)研究將現(xiàn)有高強(qiáng)度輕質(zhì)骨料混凝土生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)一步提高，容重比力圖達(dá)到 1500kg/m 3（設(shè)計(jì)強(qiáng)度 70MPa），現(xiàn)有技術(shù)大約在1900kg/m 3 （設(shè)計(jì)強(qiáng)度 70MPa）。

    （2）海水海砂拌合及珊瑚礁在遠(yuǎn)洋人工島礁建設(shè)中的利用技術(shù)。利用海水、海砂、珊瑚礁等代替淡水、河砂等材料配制及應(yīng)用混凝土的技術(shù)，對于在遠(yuǎn)離大陸的遠(yuǎn)洋、海島等快速修建人工島礁、離岸鉆采平臺及國防安全有著重要的現(xiàn)實(shí)意義極高的應(yīng)用價值。

    （3）混凝土鋼復(fù)合材料的研究開發(fā)及在海洋工程中的應(yīng)用。離岸混凝土平臺的自重過大仍然是影響其大規(guī)模推廣的重要原因之一，雖然混凝土材料的進(jìn)一步輕量化是其可選途徑之一。結(jié)合水泥混凝土耐腐蝕、成本低的優(yōu)點(diǎn)和鋼材高強(qiáng)、自重低的優(yōu)點(diǎn)，制造混凝土鋼結(jié)合的材料用于海洋工程。

    （4）海工混凝土專用的高強(qiáng)高耐蝕鋼的開發(fā)及應(yīng)用。針對水泥混凝土在海洋中的環(huán)境特殊性，開發(fā)專用的高強(qiáng)耐蝕鋼，如通過冶金雙結(jié)合技術(shù)生產(chǎn)復(fù)合耐蝕鋼，提高水泥混凝土在海洋環(huán)境中的耐久性。

    （5）離岸混凝土構(gòu)建物（如油氣鉆采平臺、海上風(fēng)電混凝土基礎(chǔ)）的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)制造技術(shù)的開發(fā)。離岸平臺的設(shè)計(jì)及生產(chǎn)制造技術(shù)是一項(xiàng)技術(shù)難度大、涉及行業(yè)廣、跨領(lǐng)域的應(yīng)用技術(shù)，目前在國內(nèi)尚屬空白。

    （6）海上混凝土油氣鉆探平臺及多功能平臺的制造相關(guān)技術(shù)裝備的開發(fā)。國內(nèi)對于海上混凝土施工專用的相關(guān)裝備如泵送、吊裝等機(jī)械的開發(fā)研究較少，海上施工環(huán)境及變化性與陸地區(qū)別很大，國內(nèi)應(yīng)加強(qiáng)該領(lǐng)域?qū)Ｓ脵C(jī)械裝備的開發(fā)及生產(chǎn)。

 

跨海大橋

 

    船舶與海洋工程的腐蝕與防護(hù)篇

 

    海洋工程構(gòu)筑物大致分為海岸工程（鋼結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土）、近海工程（海洋平臺、 鉆井、 采油、 儲運(yùn)） 、 深海工程 （海洋平臺、鉆井、采油、儲運(yùn)）、海水淡化、艦船（船體、壓載艙、水線以上），簡稱為船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)。船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)的主要失效形式包括均勻腐蝕、點(diǎn)蝕、應(yīng)力腐蝕、腐蝕疲勞、腐蝕 / 磨損、 海生物 （宏生物） 污損、 微生物腐蝕、H2S 與 CO2 腐蝕等。控制船舶和海洋工程結(jié)構(gòu)失效的主要措施包括涂料、耐腐蝕材料、表面處理與改性、電化學(xué)保護(hù)、緩蝕劑、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測與檢測、安全評價與可靠性分析及壽命評估。

    存在的問題與差距

 

    ①我國海洋涂料市場幾乎完全被國外占領(lǐng)，特別是遠(yuǎn)洋船只涂料、海洋平臺涂料、防污涂料等完全采用國外涂料。

    就技術(shù)水平而言，國內(nèi)的部分涂料技術(shù)已達(dá)到可應(yīng)用的水平，但缺少實(shí)際工程應(yīng)用的機(jī)會，這不僅影響國內(nèi)相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展，同時也影響我國建造的海洋平臺在國外的應(yīng)用。海洋平臺的管節(jié)點(diǎn)防腐技術(shù)長期采購國外；海洋平臺立管飛濺區(qū)防腐采用國外的氯丁橡膠相當(dāng)昂貴，每平方米達(dá)萬元以上。此外，傳統(tǒng)防腐涂料含有重金屬和一些難降解的有機(jī)物，無論在生產(chǎn)過程，還是使用過程中，都會危害環(huán)境。

    ②船舶與海洋平臺的電化學(xué)保護(hù)方法中，我國在常規(guī)犧牲陽極中占世界份額的絕對優(yōu)勢，但高檔穩(wěn)定化犧牲陽極仍然在進(jìn)口，這對深海防護(hù)尤其重要。

    大電流陰極保護(hù)系統(tǒng)完全在進(jìn)口，我國目前沒有生產(chǎn)這類裝備的能力。

    ③海洋工程與船舶材料的表面改性等特殊防護(hù)技術(shù)，特別是關(guān)鍵重要部件的防護(hù)技術(shù)我國嚴(yán)重缺乏，從設(shè)備、材料到技術(shù)，幾乎全部依賴進(jìn)口，受到國外工業(yè)發(fā)達(dá)國家的制約。目前，國內(nèi)部分國產(chǎn)化技術(shù)只限于較低端的應(yīng)用，缺乏系統(tǒng)的基礎(chǔ)研究和高端開發(fā)，長壽命表面改性技術(shù)被國外占領(lǐng)，特別是表面處理裝備幾乎大多是從國外進(jìn)口。我國在陸地和航空行業(yè)中取得很大成功的表面處理技術(shù)應(yīng)該在海洋工程中有推動的潛力。

    ④我國海洋油氣田及船舶用緩蝕劑大多屬于國內(nèi)提供，但由于缺乏嚴(yán)格的評判體系，造成了巨大的腐蝕損失浪費(fèi)。

    ⑤我國海洋工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測與檢測系統(tǒng)主要依靠國外，國內(nèi)的相關(guān)系統(tǒng)只有在近海橋梁和海底隧道有初步應(yīng)用，使用量很低。

    ⑥我國海洋工程和船舶設(shè)計(jì)中關(guān)于材料選擇、防護(hù)方法選擇的評價系統(tǒng)和軟件幾乎完全依靠國外。在保障海洋平臺、海底管道等安全可靠工作的評價技術(shù)方面有不少研究結(jié)果，急需研究與應(yīng)用部門有機(jī)結(jié)合，加速其應(yīng)用以改變應(yīng)用方法也完全依靠國外的局面。

    ⑦我國許多海洋防護(hù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)缺失。例如：目前海上風(fēng)電的防腐技術(shù)大多采用其他海洋環(huán)境下設(shè)備及設(shè)施的標(biāo)準(zhǔn)參考執(zhí)行，針對海上風(fēng)電的國家標(biāo)準(zhǔn)尚未建立，在我國首臺海上風(fēng)電設(shè)備運(yùn)行過程中相關(guān)的防腐蝕數(shù)據(jù)也未建立。

    ⑧國內(nèi)缺乏海洋防腐涂層的工業(yè)適應(yīng)性檢驗(yàn)權(quán)威機(jī)構(gòu)，目前應(yīng)用部門都送國外進(jìn)行檢測評定， 國外不僅收費(fèi)相當(dāng)昂貴，而且對國內(nèi)產(chǎn)品的應(yīng)用帶來很大隱患。

 

    船舶工程材料篇

 

    在現(xiàn)代船舶發(fā)展過程中，美、俄（蘇）、英、德、法、日等船舶強(qiáng)國，均將材料技術(shù)發(fā)展視作船舶發(fā)展的基礎(chǔ)和先導(dǎo)。伴隨著船舶發(fā)展，經(jīng)過不斷創(chuàng)新，與時俱進(jìn)，人們不僅研制了滿足船舶各發(fā)展時期所需的各種材料，而且已形成很強(qiáng)的材料技術(shù)的研究、生產(chǎn)能力和完整的門類齊全的配套體系，建立起了較完善的船舶材料體系和船舶材料技術(shù)的基本理論、方法、工藝等。

    著眼于當(dāng)前船舶材料技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，立足于 21 世紀(jì)前期（2035 年前）的高新技術(shù)發(fā)展，可以預(yù)見，21 世紀(jì)前期船舶材料技術(shù)的發(fā)展趨勢將呈現(xiàn)出以下 “高” 、 “復(fù)” 、 “鈦” 、 “隱” 、 “防” 、“有”、“無”、“前”、“用”、“低”等十大特征。

    “高”：船舶船體鋼材仍向高性能化發(fā)展

 

    “復(fù)”：研發(fā)高性能多功能復(fù)合材料的趨勢方興未艾

 

    “鈦”：高性能鈦合金的研發(fā)與推廣應(yīng)用勢在必行

 

    “隱”：仍將研發(fā)高性能隱身材料列為重要發(fā)展方向

 

    “防”：船舶防護(hù)材料以環(huán)保高壽命為重點(diǎn)正蓄勢待發(fā)

 

    “有”：船舶用有色金屬材料仍需加強(qiáng)推廣應(yīng)用

 

    “無”：開辟無機(jī)材料在船舶裝備上應(yīng)用的新領(lǐng)域

 

    “前”：船舶材料前沿技術(shù)呈現(xiàn)百花齊放的發(fā)展趨勢

 

    “用”：加強(qiáng)材料應(yīng)用技術(shù)的研究不可或缺

 

    “低”：船舶材料技術(shù)一如既往向低成本化的方向發(fā)展

 

船舶與海洋工程

 

    我國船舶工程材料技術(shù)的發(fā)展重點(diǎn)

 

    （1）高強(qiáng)度鋼

 

    目前我國船體用鋼制備及應(yīng)用技術(shù)的不足，以及為適應(yīng)我國船舶裝備的發(fā)展需求，研發(fā)高性能的結(jié)構(gòu)鋼仍將是我國船舶裝備材料技術(shù)的主要發(fā)展趨勢之一。我國船舶裝備用高強(qiáng)度鋼未來主要向高性能化、提高加工制造工藝性、低成本、建立材料技術(shù)設(shè)計(jì)基本理論和方法等方面發(fā)展。

    高強(qiáng)度鋼的研究重點(diǎn)：高強(qiáng)度鋼 （如1000MPa 級）及其配套材料的設(shè)計(jì)、制備和應(yīng)用技術(shù)研究；高強(qiáng)度鋼不預(yù)熱或低溫預(yù)熱及焊后不“預(yù)熱”焊接技術(shù)研究；高強(qiáng)度鋼焊接及冷熱加工工藝研究；高強(qiáng)度鋼焊縫無損檢測技術(shù)研究；高強(qiáng)度鋼耐海水腐蝕與耐疲勞性能研究；高強(qiáng)度鋼提高經(jīng)濟(jì)性（降低成本）研究，等等。

    （2）復(fù)合材料

 

    我國船舶裝備復(fù)合材料研制和應(yīng)用水平相對落后，僅在聲吶導(dǎo)流罩、雷達(dá)天線罩、水雷殼體、桅桿等專用構(gòu)件有所應(yīng)用，因此加大研發(fā)和應(yīng)用復(fù)合材料的力度，將對我國船舶裝備的總體性能提高具有重大意義。我國船舶裝備用復(fù)合材料未來主要向低成本 / 高性能化、多功能型、優(yōu)化連接、長壽期、安全可靠等方面發(fā)展。

    復(fù)合材料的研究重點(diǎn)：復(fù)合材料結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)及連接技術(shù)研究；大型和復(fù)雜復(fù)合材料結(jié)構(gòu)成型及修補(bǔ)技術(shù)研究；復(fù)合材料結(jié)構(gòu)試驗(yàn)與評價技術(shù)研究；復(fù)合材料結(jié)構(gòu)功能一體化研究；復(fù)合材料結(jié)構(gòu)質(zhì)量控制和無損檢測技術(shù)研究；多功能型復(fù)合材料（兼具結(jié)構(gòu)型、吸隔聲、阻尼、雷達(dá)隱身等特性）研究，等等。

    （3）鈦合金

 

    作為公認(rèn)的“海洋金屬”，鈦合金憑借自身優(yōu)良的綜合性能，已成為理想的船舶用材料，各海軍強(qiáng)國對鈦合金材料技術(shù)一直非常重視。我國鈦合金材料技術(shù)未來主要向低成本、提高綜合性能、可靠焊接、復(fù)雜制造、推廣應(yīng)用、完善材料體系等方向發(fā)展。

    鈦合金的研究重點(diǎn)：鈦合金結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)和應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)化研究；鈦合金材料焊接及其制造工藝（彎曲和成型）技術(shù)研究；鈦合金材料耐高溫性與抗海生物污損性能研究；鈦合金與非鈦合金接觸的防腐蝕性能研究；鈦合金與非鈦合金之間的電絕緣技術(shù)和工藝研究；鈦合金降低研制和應(yīng)用成本研究，等等。

    （4）隱身材料

 

    船舶裝備隱蔽性能的發(fā)展，離不開隱身材料技術(shù)的發(fā)展和支撐，船舶裝備（尤其是潛艇）的隱蔽性能，已日益成為其最突出的性能指標(biāo)之一，而反潛技術(shù)的發(fā)展對潛艇的隱蔽性又提出了新的更高要求。舶裝備戰(zhàn)術(shù)性能，尤其是提高潛艇的隱蔽性能的重要舉措之一。我國船舶裝備隱身材料未來主要向多功能化、主動減振、智能化、低成本化等方面發(fā)展。

    隱身材料的研究重點(diǎn)：兼具吸隔聲、阻尼等特性的綜合化、高性能減振降噪隱身材料技術(shù)研究；具有低頻吸聲和去耦作用的聲學(xué)覆蓋層（含消聲瓦）材料技術(shù)研究；適用于主動振動噪聲控制元器件的隱身材料技術(shù)研究；兼具吸收可見光及雷達(dá)波涂料的制備及應(yīng)用技術(shù)研究；艦艇應(yīng)用隱身材料試驗(yàn)與評估技術(shù)研究；多功能化隱身材料（兼具隔熱、絕緣、防腐等功能一體化）技術(shù)研究，等等。

    （5）防護(hù)材料

 

    船舶用各種材料及其器件在海洋環(huán)境中使用，易發(fā)生腐蝕及附著海生物等，對船舶的使用壽命、維護(hù)費(fèi)用、航行性能等都造成不利影響。因此，國內(nèi)外船舶界均十分重視防護(hù)材料的研發(fā)。我國船舶裝備防護(hù)材料（包括防腐、防污、防滑、耐高溫密封防漏、艙室裝飾等材料）未來主要向高效、低成本、可靠、環(huán)保、安全檢測及控制等方面發(fā)展。

    防腐材料的研究重點(diǎn)：艦艇局部 （如海水管系、上層建筑、緊固件、液艙等）腐蝕特性、機(jī)理及高性能涂層防護(hù)技術(shù)研究；高效犧牲陽極材料設(shè)計(jì)及制備應(yīng)用技術(shù)研究；電化學(xué)腐蝕防護(hù)機(jī)理及應(yīng)用技術(shù)研究；防腐涂料耐蝕性能測試技術(shù)研究；低電磁特征陰極保護(hù)技術(shù)研究；腐蝕在線檢測及控制技術(shù)研究，等等。

    防污材料的研究重點(diǎn)：含天然防污劑的硅基涂料制備技術(shù)研究；艦艇螺旋槳采用納米無機(jī)防污涂料層制備技術(shù)研究；電解防污中氯的控制技術(shù)研究；無錫自拋光防污涂料技術(shù)研究；生物仿生防污涂料技術(shù)研究；低表面能防污涂料技術(shù)研究，等等。

    防滑材料的研究重點(diǎn)：防滑涂料優(yōu)化配方設(shè)計(jì)與成形技術(shù)研究；激光誘導(dǎo)改善防滑涂料耐磨面層技術(shù)研究；水性防滑涂料設(shè)計(jì)及制備應(yīng)用技術(shù)研究；無溶劑型防滑涂料設(shè)計(jì)及制備應(yīng)用技術(shù)研究，等等。

    艙室裝飾材料的研究重點(diǎn)：目前，船舶（尤其是潛艇）艙室裝飾用材料的功能較為單一，未來研究重點(diǎn)應(yīng)向強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、隔聲減振、保溫、無毒、阻燃或不燃、現(xiàn)場切割和裝配工藝性好等綜合性方面，特別向隔聲減振、防火、保溫、更環(huán)保方向發(fā)展。

    耐高溫密封防漏材料的研究重點(diǎn)：

    船舶上動力系統(tǒng)用橡膠密封圈存在燒蝕現(xiàn)象嚴(yán)重、使用壽命短等問題，需要研發(fā)適應(yīng)于船舶（尤其是潛艇）動力系統(tǒng)（如排氣分系統(tǒng)）使用的耐高溫、高壽命新型橡膠密封圈或其他新型材料制成的密封圈。

    （6）有色金屬材料

 

    我國船用有色金屬材料的研究和應(yīng)用起步較晚，與世界先進(jìn)水平存在一定差距，具體表現(xiàn)為：產(chǎn)品耐蝕性差（腐蝕速率可達(dá)國外同類產(chǎn)品的 10 倍）、壽命短（如銅合金管道設(shè)計(jì)壽命只有6 ～ 8 年，實(shí)際使用壽命則更短）、大口徑薄壁海水管規(guī)格有限、合金管制造成品率有待提高、管道的焊接工藝缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)等。

    有色金屬材料的研究重點(diǎn)：高強(qiáng)、可焊、耐蝕、優(yōu)良加工性能的鋁合金材料研發(fā)；先進(jìn)鋁質(zhì)船的焊接技術(shù)及高端焊接材料的研發(fā)；高品質(zhì)銅合金冶煉質(zhì)量控制技術(shù)研究；各種銅管制備技術(shù)的研究，如大口徑薄壁海水管、焊接管、復(fù)合管、高效散熱管等；鎂包鋅型、鎂包鋁型復(fù)合犧牲陽極的研究；研究結(jié)合力強(qiáng)、耐老化、絕緣、無滲透、環(huán)保的阻隔膜，提高有色金屬材料的防腐技術(shù)水平。

    （7）無機(jī)材料

 

    我國船用無機(jī)材料品種不齊全，可供選擇的范圍不多；同時尚未建立相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范體系，缺乏專業(yè)的設(shè)計(jì)和建造團(tuán)隊(duì)，施工及應(yīng)用技術(shù)經(jīng)驗(yàn)不足。

    無機(jī)材料研究重點(diǎn)：海洋工程用混凝土相關(guān)的原材料生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)及施工規(guī)范體系的建立和完善；海工超高性能混凝土技術(shù)（如高強(qiáng)輕質(zhì)混凝土）及相關(guān)原材料的研究開發(fā)，以及在海洋工程中的應(yīng)用技術(shù)研究；離岸混凝土構(gòu)建物（如油氣鉆采平臺、海上風(fēng)電混凝土基礎(chǔ)）的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)制造技術(shù)的開發(fā)；新型無機(jī)材料制備、生產(chǎn)和應(yīng)用技術(shù)的研究。

    （8）前沿材料技術(shù)

 

    我們應(yīng)將對船舶裝備發(fā)展有重大影響和重大軍事應(yīng)用前景的前瞻性材料技術(shù)，作為未來船舶材料技術(shù)發(fā)展的重要方面，激勵創(chuàng)新，鼓勵“奇思妙想”，提出新穎的探索性的船舶材料前沿技術(shù)，加強(qiáng)研發(fā)和應(yīng)用，以提高我國船舶材料技術(shù)的原始創(chuàng)新能力。拋磚引玉，下面四種前沿材料技術(shù)供參考 : 壓電阻尼新型減振材料技術(shù)、智能可見光隱身材料技術(shù)、潛艇液體隱身衣材料技術(shù)、納米材料技術(shù)。

 

    海洋石油天然氣工程材料篇

 

    石油、天然氣，被人們稱為“工業(yè)的血液”，既是重要的能源，又是重要的戰(zhàn)略物資。隨著陸上油氣田逐步進(jìn)入開采的中后期，勘探開發(fā)難度增大，成本升高，因此海洋油氣資源的勘探開發(fā)越來越重要。海洋結(jié)構(gòu)處于風(fēng)、浪、流、蝕等惡劣環(huán)境下，特別在深海海域，對材料提出了更高的要求。同時，海洋設(shè)備的服役期一般都超過 20 年，設(shè)計(jì)要求免維護(hù)或者少維護(hù)，沒有高性能材料作為保障，海洋石油天然氣的開發(fā)將受到很大制約。近年來，我國材料技術(shù)雖然已取得長足進(jìn)步，但與國際先進(jìn)水平和我國發(fā)展需求相比，仍然存在諸多方面的不足。

    未來 5 ～ 10 年的海洋油氣資源勘探開發(fā)中，對海洋平臺、海洋鉆井裝備和海底管道的建設(shè)需求會更加旺盛，海洋工程材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景十分廣闊，尤其是對新材料、新工藝的需求日益強(qiáng)烈。

    （1）海洋平臺材料發(fā)展建議

 

    對于平臺用鋼板、型鋼、鋼管，應(yīng)提高國內(nèi)生產(chǎn)水平，鋼管生產(chǎn)商應(yīng)該嚴(yán)格按照規(guī)格書和相關(guān)規(guī)范的要求提供合格的產(chǎn)品，嚴(yán)格按照相關(guān)質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)和驗(yàn)貨標(biāo)準(zhǔn)加強(qiáng)生產(chǎn)過程、驗(yàn)貨過程和施工過程的質(zhì)量控制。

    進(jìn)一步提升我國海洋平臺用鋼的國產(chǎn)化率，加強(qiáng)目前仍需進(jìn)口的鋼材品種開發(fā)，包括滿足 -60℃低溫韌性要求的F 級高強(qiáng)度鋼，屈服強(qiáng)度達(dá)到 620MPa、690MPa 級別的超高強(qiáng)度鋼，適用于極地作業(yè)的海工平臺 FH 級別鋼材（FH32、FH36、 FH40） ， 以及部分特殊鋼材 （齒條鋼、懸臂梁用鋼、殷瓦鋼、雙相不銹鋼等）。

    （2）海洋鉆井裝備材料發(fā)展建議

 

    以產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的方式大力推進(jìn)海洋裝備材料的研究：開展深水海洋鉆井設(shè)備的疲勞可靠性評價體系研究；開展海洋石油鉆井裝備材料的焊接接頭CTOD研究，建立 CTOD 與疲勞壽命的關(guān)系曲線；開展海洋鉆井裝備材料、關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)等斷裂與疲勞、腐蝕疲勞等研究工作。

    國內(nèi)目前海洋石油裝備關(guān)鍵零部件用合金鋼及耐蝕合金品種較少，來建立完整的材料標(biāo)準(zhǔn)體系。因此，我國在海洋裝備用合金鋼和耐蝕合金方面應(yīng)加大開發(fā)力度，細(xì)化產(chǎn)品序列，建立我國海洋裝備用合金鋼和耐蝕合金的應(yīng)用體系。

    建議由國內(nèi)材料生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行攻關(guān)并結(jié)合我國南海海域的特點(diǎn)進(jìn)行有針對性的開發(fā)， 形成國產(chǎn)化產(chǎn)品的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系。

海上油氣勘探

 

    （3）海底油氣管道材料發(fā)展建議

 

    在海底油氣管道主要用材（低碳微合金鋼管）發(fā)展方面，抗大變形、高疲勞性能、大 t/D 比、高尺寸精度等海底管線鋼管，以及高效焊接技術(shù)和高性能焊材開發(fā)是未來海底管道低碳微合金鋼管材料發(fā)展的主要方向。

    在腐蝕環(huán)境用雙金屬復(fù)合管的研究方面，冶金復(fù)合管性能優(yōu)異，但是成本較高，機(jī)械復(fù)合管內(nèi)外層的結(jié)合較弱，但是可以通過管端堆焊等工藝加強(qiáng)內(nèi)外層結(jié)合，同時保持較低的成本。未來冶金復(fù)合管和機(jī)械復(fù)合管的優(yōu)選，需要根據(jù)兩種產(chǎn)品的研究發(fā)展情況確定。

    在海底油氣管道非金屬材料發(fā)展方面，主要的發(fā)展方向是柔性管和非金屬復(fù)合管。對于柔性管，考慮到目前國際上最大的三個生產(chǎn)商壟斷了世界上絕大部分的市場份額，柔性管的生產(chǎn)具有大量的知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)，建議加強(qiáng)對柔性管設(shè)計(jì)、生產(chǎn)裝備的研究，提高柔性管的自主開發(fā)和制造能力。

    此外，鈦合金具有高比強(qiáng)度、耐腐蝕和抗疲勞等優(yōu)異的性能，被稱為“深海金屬”，但在我國海洋石油天然氣領(lǐng)域的應(yīng)用卻非常少。因此，加強(qiáng)海洋石油天然氣領(lǐng)域的鈦合金產(chǎn)品開發(fā)與應(yīng)用具有重要的意義，尤其應(yīng)重點(diǎn)開發(fā)鈦合金作為內(nèi)層的雙金屬復(fù)合管、鈦合金立管和鈦合金錐形應(yīng)力節(jié)點(diǎn)等產(chǎn)品。

 

    海洋綜合利用工程裝備材料篇

 

    海洋綜合利用工程主要包括海水淡化和綜合利用、海洋可再生能源開發(fā)，加速海水淡化和綜合利用產(chǎn)業(yè)化、加強(qiáng)海洋可再生能源利用的前瞻性技術(shù)研發(fā)，是未來我國海洋工程裝備產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要方向之一。海水淡化與海洋可再生能源開發(fā)方面的裝備材料未來發(fā)展方向在哪里呢？

    國內(nèi)海水淡化市場發(fā)展預(yù)期表現(xiàn)為：

    國家重視海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展，國內(nèi)市場前景看好；多效蒸餾仍是我國海水淡化的重要發(fā)展方向，對金屬材料需求較大；反滲透海水淡化市場發(fā)展迅速，對膜材料及各種工程材料需求不斷增加。

    海水淡化裝備用材的發(fā)展趨勢

 

    （1）高強(qiáng)度、高耐蝕雙相不銹鋼材料的規(guī)模化應(yīng)用

 

    最近幾年，采用雙相不銹鋼材料代替 316L 不銹鋼，作為熱法淡化蒸發(fā)器殼體及其內(nèi)構(gòu)件的材料，已逐漸被熱法淡化裝備供應(yīng)商和業(yè)主所接受。以常用的 2205 雙相不銹鋼為例，其耐蝕性能基本達(dá)到 904L 高合金奧氏體不銹鋼的耐蝕水平，屈服強(qiáng)度更高，采用 2205不銹鋼作為蒸發(fā)器殼體，較 316L 不銹鋼可節(jié)省材料用量 35％ -40％。

    以發(fā)展趨勢來看，在熱法淡化項(xiàng)目中大規(guī)模使用高強(qiáng)度、高耐蝕雙相不銹鋼已逐漸成為主流。

海水淡化裝備

 

    （2）鈦合金傳熱材料的大規(guī)模應(yīng)用以及全鈦蒸發(fā)器的開發(fā)

 

    工業(yè)純鈦具有良好的耐海水腐蝕性能，非常適用于熱法海水淡化的高溫海水腐蝕環(huán)境。但考慮到其較高的價格，往往在腐蝕環(huán)境最為嚴(yán)酷的工況環(huán)境下使用，極大限制了這種材料在海水淡化行業(yè)中的應(yīng)用。

    然而，鈦合金的密度約為銅合金傳熱材料的 1/2，且其腐蝕速率要遠(yuǎn)低于銅合金材料，如果通過降低鈦傳熱管的壁厚，使其應(yīng)用成本和傳熱效率達(dá)到銅傳熱管的水平，那么無論從降低裝置運(yùn)行維護(hù)成本、提高裝置使用壽命末期的材料回收利用價值，甚至是減小濃水排放的環(huán)境影響等角度考慮，采用鈦管代替?zhèn)鹘y(tǒng)銅合金傳熱材料都具有顯著的優(yōu)勢。

    在當(dāng)前工業(yè)純鈦傳熱材料價格接近15 萬元 / 噸的市場環(huán)境下，開發(fā)超薄壁鈦合金傳熱材料將具有良好的市場應(yīng)用前景。此外，則開發(fā)全鈦蒸發(fā)器也將會受到國內(nèi)外業(yè)主的青睞。

    （3）超級鐵素體不銹鋼傳熱材料的開發(fā)應(yīng)用

 

    針對多效蒸餾海水淡化常用的鈦合金、銅合金以及鋁合金傳熱材料，目前主要研究的替換材料為超級鐵素體不銹鋼材料。超級鐵素體不銹鋼具有與工業(yè)純鈦相當(dāng)?shù)哪秃Ｋg性能，但其強(qiáng)度和剛度明顯高于鈦管材，可有效避免工作過程中的振動磨損以及其他機(jī)械損傷，減少蒸發(fā)器管板數(shù)量。2000 年以后大多數(shù)歐美電廠均已采用超級鐵素體不銹鋼管代替銅傳熱材料。

    在熱法海水淡化領(lǐng)域， 法國VALTWET開展了超級鐵素體不銹鋼材料在工況環(huán)境下的耐蝕性能研究。結(jié)果顯示，即使在高溫150℃和氯離子含量達(dá)100000mg/L時，超級鐵素體不銹鋼腐蝕速率基本與工業(yè)純鈦相當(dāng)， 完全滿足熱法海水淡化工況要求。

    目前，換熱器用超級鐵素體不銹鋼材料生產(chǎn)企業(yè)法國 VAL-TIMET 公司（不銹鋼牌號 S44735）和美國普利茅斯鋼管公司（不銹鋼牌號 S44660）均未實(shí)現(xiàn)不銹鋼傳熱材料在熱法海水淡化中的應(yīng)用，主要是未能過經(jīng)濟(jì)關(guān)。但未來隨著這種材料實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，其價格可能出現(xiàn)明顯下降，那么工程化、規(guī)模化應(yīng)用也將成為可能。

    （4）混合機(jī)制反滲透膜的開發(fā)應(yīng)用

 

    近年來，納米技術(shù)在反滲透膜結(jié)構(gòu)調(diào)控方面的研究與應(yīng)用快速發(fā)展。這種反滲透膜改性技術(shù)主要分為兩類：一種是借助納米材料提供的亞納米級孔道為水分子提供快速通道，同時屏蔽體積較大的水合離子，從而實(shí)現(xiàn)水分子與溶劑化離子的篩分分離，例如采用沸石、碳納米管、石墨烯等納米材料可形成直徑1nm 以下的低摩擦水分子通道；另一方面，借助添加的納米材料與聚合物間的強(qiáng)相互作用，調(diào)控反滲透膜結(jié)構(gòu)、提升膜性能。目前發(fā)現(xiàn)具有該類納米效應(yīng)的材料主要有納米二氧化鈦、氧化鋯、銀等粉體材料。

    目前，由 NanoH 2 O 開發(fā)的沸石 / 聚酰胺納米復(fù)合反滲透膜已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化，可有效提升單位面積水通量，降低產(chǎn)水能耗。

    （5）膜蒸餾及正滲透膜材料的開發(fā)應(yīng)用

 

    膜蒸餾是近十年迅速發(fā)展的一種以疏水性微孔膜兩側(cè)蒸汽壓差為傳質(zhì)推動力的新型高效膜分離技術(shù)。目前，該項(xiàng)目技術(shù)正處于技術(shù)研究、 小規(guī)模工程驗(yàn)證階段，結(jié)合余熱利用，將在我國西部缺水地區(qū)的苦咸水淡化市場有較好的應(yīng)用前景。

    當(dāng)前研究較多的正滲透膜材料主要有醋酸纖維素、聚酰胺 - 聚砜復(fù)合、聚苯并咪唑、聚苯并咪唑 - 聚砜復(fù)合、聚醚砜、聚酰亞胺和聚醚酰亞胺等，其中醋酸纖維素和聚酰胺 - 聚砜復(fù)合材料制備的正滲透膜已經(jīng)成功商業(yè)化，如美國HTI 公司的三層支撐型高強(qiáng)度膜。