進(jìn)入21世紀(jì)，我國(guó)船舶及海洋石油工業(yè)迎來(lái)了高速增長(zhǎng)的新時(shí)期，目前我國(guó)船廠能建造國(guó)際航運(yùn)界所需船型的95%左右，包括17.5萬(wàn)t散貨船、30萬(wàn)t超大型油輪（VLCC）、30萬(wàn)t浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油船（FPSO）、14.7萬(wàn)m3LNG船等，目前已有9座30萬(wàn)噸級(jí)造船塢，并在規(guī)劃50萬(wàn)噸級(jí)和100萬(wàn)噸級(jí)船塢。舶及海洋石油工業(yè)的飛速發(fā)展對(duì)造船及海洋工程用鋼提出了迫切需求。為適應(yīng)船體高效化的建造需求，對(duì)船板鋼提出了100-500KJ/cm的大線能量焊接要求，從而實(shí)現(xiàn)了船板鋼的一次焊接成型；為提高船體運(yùn)行安全性，延長(zhǎng)鋼材使用壽命，對(duì)壓載艙、貨油艙船板鋼提出了耐腐蝕的要求，提高運(yùn)行壽命的同時(shí)降低了維護(hù)成本；大型船體建造提出了43號(hào)大規(guī)格的D40球扁鋼的需求，突破了傳統(tǒng)型鋼生產(chǎn)開發(fā)的極限；自升式海洋平臺(tái)樁腿構(gòu)件需要127-210mm厚高強(qiáng)度特厚板，突破了中厚板生產(chǎn)厚度規(guī)格極限；油氣儲(chǔ)運(yùn)設(shè)備提出了超低溫用鋼鐵材料，最低使用溫度達(dá)到-196℃，服役環(huán)境極為苛刻。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)液化天然氣（LNG）、液化石油氣（LPG）、液化乙烯氣（LEG）等低溫油氣的不同使用溫度要求，研制開發(fā)了9Ni、5Ni或3.5Ni等Ni系低溫鋼。因此，高強(qiáng)度、高韌性、易焊接性、良好的耐腐蝕性以及大厚度、大規(guī)格化是船舶及海洋工程用鋼的發(fā)展方向。

    目前，我國(guó)船舶與海工用鋼已能滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的大部分需求，但部分高級(jí)別的特種鋼材仍依賴進(jìn)口。特殊用鋼主要指具有高強(qiáng)度、大厚度、抗層狀撕裂、大熱輸入焊接、耐腐蝕、超低溫韌性、高止裂性能的鋼板，其生產(chǎn)工藝嚴(yán)格，對(duì)設(shè)備穩(wěn)定性要求高，開發(fā)難度大。下面就簡(jiǎn)要介紹下這些船舶用鋼中的高端鋼材：

    液化氣體運(yùn)輸船用低溫鋼

    液化氣作為一種天然資源，地區(qū)間分布不均，國(guó)際間運(yùn)輸主要通過(guò)液化氣體專用運(yùn)輸船進(jìn)行，包括LPG船和LNG船。隨著LNG工業(yè)的迅猛發(fā)展，9Ni低溫鋼的研究和開發(fā)熱度持續(xù)升溫，LNG儲(chǔ)存溫度為-163℃，要求LNG儲(chǔ)罐內(nèi)壁用9Ni鋼具有較高的強(qiáng)度、良好的低溫韌性和較小的波動(dòng)。

    另一個(gè)重要的低溫用鋼是LNG船用Invar合金，Invar合金薄帶是薄膜型LNG船的必備材料，應(yīng)用于貨艙圍護(hù)系統(tǒng)。Invar合金是Ni=36%，熱膨脹系數(shù)極低，能在很寬的溫度范圍內(nèi)保持固定尺寸，適合常溫至-163℃的溫度變化。由于我國(guó)船廠接受了多艘LNG船訂單，所以對(duì)Invar合金的國(guó)產(chǎn)化提出了迫切需求。

    大熱輸入焊接用船板的開發(fā)

    焊接是船體制造的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，約占船舶制造成本的17%。隨著船板厚度規(guī)格的增加，開發(fā)具有高焊接熱輸入適應(yīng)性的鋼板以提高焊接效率成為船體建造需重點(diǎn)解決的問(wèn)題。大熱輸入焊接用鋼是指焊接熱輸入在400kJ/cm以上的鋼種。

    提高焊接熱輸入，必須解決焊接熱影響區(qū)（HAZ）韌性降低的問(wèn)題。提高HAZ韌性的方法包括采用低碳當(dāng)量的合金設(shè)計(jì)、細(xì)化HAZ晶粒尺寸及改善HAZ晶內(nèi)組織。

    油船貨油艙用耐腐蝕鋼

    隨著深海開發(fā)和遠(yuǎn)洋航運(yùn)的發(fā)展，對(duì)船板及海洋結(jié)構(gòu)的耐腐蝕性提出了越來(lái)越高的要求，包括耐大氣腐蝕、耐海水腐蝕以及耐原油腐蝕。其中，油船貨油艙耐蝕鋼是近十年來(lái)國(guó)際上研究開發(fā)的重點(diǎn)。

    油船是國(guó)際間原油運(yùn)輸?shù)闹匾ぞ撸湄浻团撝饕捎媚臀g性較差的AH32、AH36鋼板，采用涂層方式進(jìn)行腐蝕防護(hù)。對(duì)于涂層保護(hù)形式，需定期進(jìn)行涂層維護(hù)，耗費(fèi)高、工期長(zhǎng)，且施工環(huán)境惡劣。2010年，國(guó)際海事組織（IMO）將使用耐蝕鋼認(rèn)定為保護(hù)涂層的可替代方案，2013年，IMO船用耐蝕鋼性能標(biāo)準(zhǔn)正式實(shí)施。

    此外，為了提高海洋結(jié)構(gòu)物的壽命，需要開發(fā)耐海水腐蝕性以及耐海洋微生物腐蝕性良好的鋼板，特別是在南海海域高濕熱、強(qiáng)輻射、高Cl-海洋環(huán)境中。

    高止裂韌性船用鋼板

    大型集裝箱船普遍采用高強(qiáng)度和大厚度的鋼板，大厚度使得鋼板的受力狀態(tài)發(fā)生改變，抗開裂性能下降，一旦在極厚板中出現(xiàn)裂紋，該裂紋將會(huì)沿著焊縫不斷傳播，即使進(jìn)入母材，裂紋也不會(huì)停止擴(kuò)散。為保證船體結(jié)構(gòu)的安全可靠，對(duì)材料的止裂性能提出了更高的要求。 目前評(píng)價(jià)船用鋼止裂性能的試驗(yàn)方法主要有日本船級(jí)社提出的ESSO 試驗(yàn)和雙重拉伸試驗(yàn)。

    海洋平臺(tái)特厚齒條鋼

    隨著海洋石油工業(yè)的深入開展和鉆采難度的加大，自升式鉆井平臺(tái)用齒條鋼提出了大厚度、高強(qiáng)度、高韌性的發(fā)展需求，這類產(chǎn)品一般使用調(diào)質(zhì)熱處理狀態(tài)交貨。但是，隨著齒條鋼厚度的增加，截面厚度方向上組織、性能差異增大，提高特厚齒條鋼的淬透性成為這類產(chǎn)品開發(fā)的難點(diǎn)。

    船舶與海工用特種鋼是海洋結(jié)構(gòu)物建造中的關(guān)鍵材料，目前國(guó)內(nèi)還大量進(jìn)口，是國(guó)內(nèi)造船行業(yè)急需的鋼材。推進(jìn)我國(guó)高技術(shù)船舶與海洋工業(yè)的發(fā)展，大量關(guān)鍵技術(shù)需要突破，核心問(wèn)題之一就是船舶與海工用特種鋼的推廣與應(yīng)用，需要冶金企業(yè)與造船業(yè)共同努力，早日實(shí)現(xiàn)多品種、多規(guī)格的工業(yè)化供貨。

    大規(guī)格船用球扁鋼

    綜合利用新型釩氮微合金化設(shè)計(jì)+碳氮化釩控制析出軋制工藝（PCRP），集成創(chuàng)新開發(fā)出高韌性、大規(guī)格船用球扁鋼品種技術(shù)。依靠奧氏體中析出的碳氮化釩促進(jìn)晶內(nèi)鐵素體形核，顯著細(xì)化了最終的鐵素體晶粒尺寸，獲得顯著的細(xì)晶強(qiáng)化效果。同時(shí)，依靠鐵素體中彌散析出的碳氮化釩的析出強(qiáng)化作用，顯著提高鋼的強(qiáng)度。利用上述技術(shù)思路，可在傳統(tǒng)孔型軋制條件下研究開發(fā)出屈服強(qiáng)度355MPa、390MPa、440MPa級(jí)系列高韌性船用球扁鋼品種。其中研制開發(fā)的D40極限規(guī)格43號(hào)（邊長(zhǎng)430mm、腹板厚20mm）熱軋船用球扁鋼屈服強(qiáng)度高于410MPa，-40℃沖擊功達(dá)到200J。高韌性、高強(qiáng)度、大規(guī)格船用球扁鋼的開發(fā)解決了高韌性艦船用球扁鋼品種技術(shù)難題，滿足了我國(guó)船體建造的需要。

    總之，船舶及海洋石油工業(yè)的飛速發(fā)展給造船及海洋工程用鋼提出了高強(qiáng)度、高韌性、大線能最焊接及耐腐蝕性的要求，同時(shí)還需要具備大厚度及大尺寸規(guī)格的要求。采用V-N-Ti復(fù)合處理技術(shù)，開發(fā)了100KJ/cm以上可大線能量焊接平臺(tái)鋼。采用Mg-Ti復(fù)合處理技術(shù)，開發(fā)出適合100-200KJ/cm的大線能量焊接船體鋼，其中在200KJ/cm的大線能量焊接時(shí)，焊接熱影響區(qū)粗晶區(qū)-20℃沖擊功高達(dá)350J。通過(guò)超純凈度及添加耐蝕合金的方法開發(fā)出NS-D32及NS-D36船板鋼，下底板腐蝕速率僅為傳統(tǒng)鋼的1/130采用釩氮微合金化+碳氮化釩控制析出軋制工藝開發(fā)出43號(hào)極限大規(guī)格D40球扁鋼。采用TRRP工藝獲得表層細(xì)晶粒組織，顯著提高厚鋼板止裂韌性，滿足集裝箱船艙口圍等部位止裂設(shè)計(jì)要求。齒條鋼由過(guò)去的100mm、127mm發(fā)展為主力船型用的178mm，并逐步增加210mm齒條鋼的使用，個(gè)別工況的最大厚度達(dá)到259mm。服役工況也更為苛刻，要求的強(qiáng)韌性匹配更高。油氣儲(chǔ)運(yùn)設(shè)備的大型化趨勢(shì)也使用戶對(duì)Ni系低溫鋼安全裕量的考核更加重視。20萬(wàn)m3和25萬(wàn)m3巨型LNG儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)和建造促進(jìn)了超級(jí)9Ni鋼的研究和開發(fā)，產(chǎn)品厚度達(dá)到50mm以上，在保持強(qiáng)度水平的情況下，-196℃沖擊功由150-220J是高至250J以上，-163℃CTOD值達(dá)到0.3mm以上。

責(zé)任編輯：王元

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