導(dǎo)語(yǔ)

    海洋新材料是海洋產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)和支撐，與國(guó)家全球政治格局、國(guó)防、經(jīng)濟(jì)等密切相關(guān)，“十二五”以來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級(jí)需求的日益迫切，加快海洋資源的開(kāi)發(fā)和利用，已成為我國(guó)的重要戰(zhàn)略方向。

    一    海洋新材料產(chǎn)業(yè)概況

    1、行業(yè)概述

    所謂海洋新材料，宏觀上是指能從海洋中提取的材料和專(zhuān)屬用于海洋開(kāi)發(fā)的各類(lèi)特殊材料。海洋新材料的主要分類(lèi)：海洋用鋼（鋼筋和各類(lèi)不銹鋼）、海洋用有色金屬（鈦、鎂、鋁、銅等）、防護(hù)材料（防腐、防污涂料、犧牲陽(yáng)極材料）、混凝土、復(fù)合材料與功能材料等。海洋新材料的主要應(yīng)用：造船、港口碼頭及跨海大橋、海底隧道、海洋平臺(tái)、海水淡化、沿海風(fēng)力發(fā)電、海洋軍事等。

    2、產(chǎn)業(yè)鏈分析

    海洋新材料與海洋產(chǎn)業(yè)的關(guān)聯(lián)體現(xiàn)在海工裝備產(chǎn)業(yè)鏈，其主要包括船舶、海洋工程裝備、海洋涂料、發(fā)電、海上鉆井平臺(tái)、海洋污染治理等行業(yè)。

    圖表：海洋新材料產(chǎn)業(yè)鏈分析

    當(dāng)前，我國(guó)正處于經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級(jí)的關(guān)鍵時(shí)期，海洋資源的開(kāi)發(fā)和利用，被認(rèn)為是重要的途徑之一。2015年全國(guó)海洋生產(chǎn)總值64669億元，占國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值的9.6%。

    圖表：全國(guó)海洋生產(chǎn)總值占GDP情況分析

    開(kāi)發(fā)深海資源，維護(hù)主權(quán)權(quán)益，提高我國(guó)海洋技術(shù)支撐和保障能力，必須要發(fā)展重大技術(shù)裝備。而海洋工程材料則將在其中發(fā)揮關(guān)鍵性作用。“十二五”以來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級(jí)需求的日益迫切，加快海洋資源的開(kāi)發(fā)和利用，已成為我國(guó)的重要戰(zhàn)略方向。但現(xiàn)實(shí)的窘境是，材料問(wèn)題已成為我國(guó)海洋工程裝備發(fā)展中的主要瓶頸，沒(méi)有高性能材料作為物質(zhì)保障，海洋科技的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化將受到很大制約。

    三    海洋新材料關(guān)鍵領(lǐng)域市場(chǎng)及發(fā)展前景分析

    1、海洋防腐涂料和防污涂料

    ① 市場(chǎng)現(xiàn)狀

    據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，海洋工程材料的腐蝕和生物污損每年給我國(guó)造成的直接經(jīng)濟(jì)損失近萬(wàn)億元，海洋裝備材料的腐蝕防護(hù)與防污已成為嚴(yán)重制約重大海洋工程技術(shù)和裝備發(fā)展的技術(shù)瓶頸之一。

    目前海洋裝備工程最有效的防護(hù)方法是有機(jī)涂層防護(hù)技術(shù)，應(yīng)用率超過(guò)80%。我國(guó)海洋防護(hù)技術(shù)與發(fā)達(dá)國(guó)家相比有明顯的差距，涉海重防腐涂料基本上被國(guó)外大公司壟斷。

    a）我國(guó)涂料產(chǎn)量第一，但生產(chǎn)廠家上萬(wàn)家，產(chǎn)量在5000噸以上的涂料企業(yè)不足10%；

    b）產(chǎn)值低：我國(guó)產(chǎn)值最大的涂料公司年銷(xiāo)售不足阿克蘇諾貝爾公司的1/50；

    c）高檔涂料仍在進(jìn)口；

    d）企業(yè)多、產(chǎn)量大、單產(chǎn)低、產(chǎn)值低、品質(zhì)不高。海洋用重防腐涂料市場(chǎng)份額基本被國(guó)外涂料企業(yè)占據(jù)。

    圖表：國(guó)外海洋防腐涂料企業(yè)在我國(guó)所占市場(chǎng)比重

    目前，國(guó)內(nèi)的環(huán)保防污涂料市場(chǎng)主要由國(guó)際涂料公司、Hempel、佐敦涂料公司、立邦公司等國(guó)際公司所掌控。國(guó)外無(wú)毒防污涂料已達(dá)5年期效水平，我國(guó)一些產(chǎn)品北海地區(qū)只能達(dá)到3年水平，與國(guó)外相比要落后10年。

    ② 發(fā)展前景

    我國(guó)與海洋相關(guān)的涂料大約占到涂料產(chǎn)量的1/10，其中海洋防腐涂料占據(jù)了較大的比重。2013年海洋涂料市場(chǎng)規(guī)模約456億元，2015年海洋涂料市場(chǎng)規(guī)模達(dá)685億元，近幾年國(guó)內(nèi)海洋涂料市場(chǎng)規(guī)模年增長(zhǎng)率超過(guò)20%。

    我國(guó)已把建設(shè)海洋強(qiáng)國(guó)作為戰(zhàn)略目標(biāo)，海洋工程相關(guān)的政策也在陸續(xù)完善與推進(jìn)。隨著海洋開(kāi)發(fā)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，作為海洋工程開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)設(shè)施，石油鉆井平臺(tái)、海洋工程船、石油管線、跨海大橋等將不斷加大投資建設(shè)力度，這些海洋構(gòu)造物都需要有較長(zhǎng)的防腐年限，因此將拉動(dòng)海洋防腐涂料的市場(chǎng)需求。未來(lái)幾年，保守估計(jì)我國(guó)海洋防腐涂料將繼續(xù)保持15%以上的速度增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)到2018年我國(guó)海洋涂料市場(chǎng)規(guī)模將破千億元。

    圖表：海洋涂料市場(chǎng)規(guī)模預(yù)測(cè)

    2、海洋用鋼材料

    目前，中國(guó)海洋工程關(guān)鍵環(huán)節(jié)設(shè)備如海洋鉆井平臺(tái)、海底油氣輸送管線、油氣儲(chǔ)運(yùn)裝備等多數(shù)需要進(jìn)口，進(jìn)口率達(dá)到 70%左右。其主要原因是海工裝備制造技術(shù)以及相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)被國(guó)外所壟斷，國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程受到嚴(yán)重制約，鋼材的國(guó)產(chǎn)化也受到影響。

    ① 海洋平臺(tái)用鋼

    截至目前，我國(guó)已開(kāi)發(fā)建設(shè)的海洋油氣田、浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油船（FPSO）、海上石油鉆井平臺(tái)EH36（強(qiáng)度級(jí)別 355MPa）以下平臺(tái)用鋼基本實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化，但關(guān)鍵部位所用高強(qiáng)度、大厚度材料仍依賴(lài)進(jìn)口。

    一座海洋平臺(tái)用鋼量約為2萬(wàn)t左右，9成采用國(guó)產(chǎn)鋼材，其余為進(jìn)口鋼材。AH-EH級(jí)船板6mm、8mm、10mm等規(guī)格的高強(qiáng)鋼板用量占80%以上，E級(jí)鋼板要占全部用鋼量的70%～80%。寬度2.4m規(guī)格的鋼板用量較多。

    從技術(shù)和裝備角度看，我國(guó)與國(guó)外仍有差距。國(guó)外深水鉆探最大水深已達(dá)3095m，中國(guó)為1480m；國(guó)外已開(kāi)發(fā)油氣田最大水深為2743m，中國(guó)為300m（南海水深在500～2000m），與國(guó)外有近10年的距離。在鋼材品種開(kāi)發(fā)領(lǐng)域，我國(guó)與先進(jìn)國(guó)家依然存在較大差距。

    我國(guó)海洋石油蘊(yùn)藏量約為1000多億噸，渤海灣將需要40座自升式鉆井平臺(tái)，南海深水半潛平臺(tái)的需求量將達(dá)幾十座。隨著我國(guó)海洋開(kāi)發(fā)的進(jìn)展，在未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)對(duì)海洋平臺(tái)用鋼的需求將呈持續(xù)發(fā)展態(tài)勢(shì)，由近海向深海發(fā)展已成為共識(shí)和趨勢(shì)，海洋平臺(tái)用鋼年總需求量超過(guò)已200萬(wàn)噸。

    2015年全國(guó)建成和建造70多座海上平臺(tái)、10艘浮式儲(chǔ)油卸油裝置（FPSO）。海洋工程裝備在“十二五”期間規(guī)模擴(kuò)大了6倍，行業(yè)復(fù)合增速46%，2015年銷(xiāo)售額達(dá)到2000億元。現(xiàn)有自升式平臺(tái)船齡結(jié)構(gòu)日趨老化，超過(guò)60%的使用年限超過(guò)25年，未來(lái)5～10年市場(chǎng)上將有相當(dāng)多的潛在需求。

    從全球角度看，據(jù)統(tǒng)計(jì)正在開(kāi)發(fā)中的水深200m以上的海洋項(xiàng)目共有99個(gè)，潛在項(xiàng)目達(dá)925個(gè)，未來(lái)海洋生產(chǎn)裝備用鋼的需求依然保持較高水平。因此，海工用鋼的需求和開(kāi)發(fā)將成為鋼鐵行業(yè)新的增長(zhǎng)點(diǎn)。

    ② 海底油氣管線用鋼

    海底管線由于外面采取了嚴(yán)格的抗腐蝕包裹措施，因此，對(duì)海底管線鋼的要求主要集中在力學(xué)性能和產(chǎn)品質(zhì)量上。海底管線用鋼對(duì)質(zhì)量和產(chǎn)品性能提出了更高的要求，其應(yīng)具有很高的橫向和縱向強(qiáng)度、高低溫止裂韌性、良好的焊接性、抗大應(yīng)變性能，目前國(guó)際上廣泛采用APIX52-X70級(jí)別的管線鋼。

    近幾十年，世界各國(guó)鋪設(shè)的海底管道總長(zhǎng)度已超過(guò)十幾萬(wàn)千米，水深深度不斷加大，輸送壓力不斷增強(qiáng)，海底油氣輸送管道逐漸由小口徑、薄壁鋼管向大口徑、大壁厚發(fā)展，最大管徑達(dá)到1422mm，最大壁厚達(dá)到41mm。

    2010-2015年，我國(guó)每年生產(chǎn)管線6000km。因此，預(yù)計(jì)今后幾年我國(guó)每年至少需要20～25萬(wàn)t左右的海底管線鋼。

    國(guó)外用于深水的X65和X70鋼管對(duì)塑性、強(qiáng)韌性、耐腐蝕、抗疲勞和尺寸精度等方面的要求越來(lái)越高，我國(guó)現(xiàn)有的深海鋼管制造技術(shù)還與之存在一定的差距。

    ③ 海洋能源設(shè)備用鋼

    海洋能源設(shè)備通常采用高強(qiáng)度、高塑性、耐疲勞、耐低溫、大厚度Z向性能高的鋼材。以風(fēng)電用鋼為例，一座風(fēng)電機(jī)需要厚板、電工鋼、棒鋼、鑄鋼等鋼鐵材料共計(jì)約1000噸。

    隨著風(fēng)電機(jī)大型化發(fā)展，用鋼量會(huì)進(jìn)一步增加。風(fēng)電機(jī)的塔筒和基礎(chǔ)（整體樁柱）是厚鋼板焊接鋼管，采用355MPa級(jí)別焊接接頭在-10℃環(huán)境下，經(jīng)過(guò)裂紋尖端張開(kāi)位移（CTOD）試驗(yàn)的鋼板焊接鋼管，用環(huán)向焊接的方法連接起來(lái)制成。塔筒鋼板的厚度在40mm以下，要求-20℃～0的夏比吸收能，基礎(chǔ)用鋼板厚度為50～120mm，母材及焊接區(qū)都要求-40℃的夏比吸收能。性能相當(dāng)于中等級(jí)別海洋結(jié)構(gòu)用鋼和F級(jí)造船用鋼的水平。

    由于我國(guó)有數(shù)千千米的海岸線和數(shù)萬(wàn)平方千米的廣闊海域，海上風(fēng)力資源豐富，海上風(fēng)電場(chǎng)的建設(shè)前景極好。預(yù)計(jì)2016年底，我國(guó)風(fēng)電設(shè)備市場(chǎng)的年用鋼量將達(dá)到100萬(wàn)噸以上。

    3、海洋工程復(fù)合材料

    先進(jìn)樹(shù)脂基復(fù)合材料具有以下特點(diǎn)：①?gòu)?fù)合材料沒(méi)有磁性，是建造掃雷艇、獵雷艇的最佳結(jié)構(gòu)功能材料；②介電性和微波穿透性好，這一特征使得復(fù)合材料非常適用于軍用艦艇；③復(fù)合材料具有耐腐蝕性，抗海生物附著；④能吸收高能量，沖擊韌性好。

    正是由于復(fù)合材料的這些獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，在20世紀(jì)40年代中期，美國(guó)海軍首次將復(fù)合材料用于船舶建造。我國(guó)的復(fù)合材料起始于1958年，首先用于軍工制品，而后逐漸擴(kuò)展到民用。在國(guó)家改革開(kāi)放政策的指導(dǎo)下，我國(guó)復(fù)合材料工業(yè)的發(fā)展速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于世界經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)速度，但是在先進(jìn)復(fù)合材料設(shè)計(jì)及應(yīng)用領(lǐng)域，我國(guó)仍然處于落后地位。

    我國(guó)在海洋石油工業(yè)方面應(yīng)用復(fù)合材料起步較晚，尚處于初級(jí)階段，在技術(shù)水平和數(shù)據(jù)積累方面較之發(fā)達(dá)國(guó)家有著較大的差距。

    4、海洋工程用鈦

    海底蘊(yùn)藏著豐富的石油、天然氣、礦物質(zhì)等資源。地球埋藏的石油約30%位于海底的地殼中，儲(chǔ)量大約1300億t，因此，海洋資源勘探開(kāi)發(fā)意義重大。在當(dāng)今全球資源匱乏的情況下，開(kāi)發(fā)海洋資源成為許多沿海國(guó)家的新選擇。隨著對(duì)海洋資源的勘探開(kāi)發(fā)，海洋環(huán)境對(duì)材料的腐蝕問(wèn)題受到越來(lái)越多的關(guān)注。

    海洋資源勘探開(kāi)發(fā)成本高，一旦發(fā)生腐蝕，造成的損失必然很大。耐蝕性?xún)?yōu)異的鈦材已經(jīng)成為海洋資源勘探開(kāi)發(fā)的重要材料，應(yīng)用范圍廣泛。鈦在海洋工程領(lǐng)域應(yīng)用包括勘探開(kāi)采平臺(tái)、鉆井桿、泵、閥及管道、火系統(tǒng)、錨定系統(tǒng)管道、海水管道系統(tǒng)、增壓管道、取樣室、泥漿鉆探助推器、水下安全閥門(mén)等。此外，鈦材還是大型浮式原油和天然氣貯存基地建設(shè)工程用首選材料。

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