隨著我國能源消耗量的激增，過度依賴煤炭造成了嚴重的空氣污染，大規(guī)模使用清潔能源天然氣已成為必然發(fā)展趨勢（國務(wù)院能源發(fā)展戰(zhàn)略行動計劃（2014-2020））。2001-2015年，我國天然氣消費量年均增長率超過15%，預計到2020年，我國天然氣表觀消費量將達4100億立方米，其中需進口1400億立方米，海上進口液化天然氣（LNG）占進口量的50%，將達700億立方米。

    基于此，我國計劃建設(shè)超過200個特大型LNG儲罐、約60艘海上運輸船，LNG儲運設(shè)施的總投資近萬億人民幣，其中儲運設(shè)施關(guān)鍵材料鎳系低溫鋼的用量將高達60萬噸。另外，我國核電、煤化工等行業(yè)需要建設(shè)大量容器儲罐，且這些容器的工作條件均為嚴苛的腐蝕環(huán)境，因此我國急需大量復合容器板以提高腐蝕環(huán)境下容器儲罐的使用壽命。針對上述問題，科技部在“十三五”“重點基礎(chǔ)材料技術(shù)提升與產(chǎn)業(yè)化”專項中鋼鐵材料方向“先進能源用鋼”任務(wù)中，提出了“超低溫及嚴苛腐蝕條件下低成本容器用鋼”攻關(guān)指南。

    為此，東北大學聯(lián)合鞍鋼股份有限公司、南京鋼鐵股份有限公司、山西太鋼不銹鋼股份有限公司、鋼鐵研究總院、武漢鋼鐵有限公司、舞陽鋼鐵有限責任公司、包頭鋼鐵（集團）有限責任公司、合肥通用機械研究院、中石化廣州工程有限公司、中國船級社、中國科學院理化技術(shù)研究所、冶金工業(yè)信息標準研究院、中國石油天然氣集團公司管材研究所、番禺珠江鋼管（連云港）有限公司、上海交通大學、北京科技大學、燕山大學（排名不分先后）18家單位共同申報“十三五”“重點基礎(chǔ)材料技術(shù)提升與產(chǎn)業(yè)化”專項中“先進能源用鋼”方向中的“超低溫及嚴苛腐蝕條件下低成本容器用鋼”項目，并最終獲批立項。

    圖1 低鎳鋼應(yīng)用目標：陸基大型LNG儲罐

    本項目的研究內(nèi)容基于國家對高端能源儲罐用鋼的迫切需求，嚴格按指南規(guī)定內(nèi)容開展研究工作。首先，通過-196℃條件下組織結(jié)構(gòu)定量變化的原位X射線檢測及疲勞性能檢測，明確儲罐用鋼組織形態(tài)與微結(jié)構(gòu)對超低溫強韌性和斷裂行為的影響，建立節(jié)鎳型LNG儲罐用鋼的超低溫斷裂理論；其次，通過系統(tǒng)的鋼種冶煉、組織性能對應(yīng)關(guān)系試驗以及超低溫及嚴苛腐蝕環(huán)境下的強韌性變化研究，闡明低成本合金化設(shè)計原理和組織精細化調(diào)控的冶金學規(guī)律；然后，通過異質(zhì)金屬高溫壓縮變形試驗、電鏡觀察及界面元素分布分析，研究異質(zhì)金屬間高溫壓力復合的原子互擴散行為和界面脆性相形成規(guī)律；最終，通過理論模擬、實驗研究、中試試驗、現(xiàn)場工業(yè)試制及工業(yè)生產(chǎn)，開發(fā)出工業(yè)化超純凈冶煉與低偏析連鑄技術(shù)、低成本容器鋼的顯微組織與析出相調(diào)控的熱機械處理與熱處理技術(shù)、低成本容器鋼的專用焊材與焊接工藝等關(guān)鍵技術(shù)，以及異質(zhì)金屬全軋制復合工藝與裝備。

    圖2 高錳鋼應(yīng)用目標：船用LNG儲罐

    項目組由國內(nèi)18家單位組成，包括1個2011鋼鐵共性技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心、3個國家重點實驗室和1個國家工程中心。在鎳系鋼、高錳鋼和軋制復合板研發(fā)方面已獲授權(quán)發(fā)明專利40余項，發(fā)表論文100余篇，獲國家新產(chǎn)品及省部級獎勵5項，完成國家863和科技支撐計劃重大項目4項，目前鎳系鋼供貨量占國內(nèi)市場份額的近100%，四大石油公司認定實物質(zhì)量優(yōu)于國際同類產(chǎn)品水平，最薄最寬（5mm×3000mm）及最厚達60mm的9%Ni鋼板質(zhì)量達到國際領(lǐng)先水平。國內(nèi)首次提出軋制復合技術(shù)理念，已建成多條工業(yè)化復合軋制生產(chǎn)線，開發(fā)出“鈦-鋼”和“耐蝕合金-鋼”復合板并在我國管線輸運工程中試用成功。因此，這種集研發(fā)、生產(chǎn)與應(yīng)用的“強強聯(lián)合”，為順利完成本項目奠定了堅實基礎(chǔ)。

    圖3 復合板應(yīng)用目標：耐腐蝕容器

    本項目的實施將提高我國LNG儲罐和嚴苛腐蝕條件容器的建造質(zhì)量、降低材料成本，為我國能源行業(yè)的技術(shù)進步提供關(guān)鍵原材料保證。開發(fā)出的節(jié)鎳型LNG儲罐用鋼和復合容器鋼將為我國參與能源儲運設(shè)施建設(shè)的全球競爭提供支撐，也將有助于實現(xiàn)我國能源和化工產(chǎn)業(yè)由大變強、關(guān)鍵原材料技術(shù)由跟跑型為主向并行和領(lǐng)跑型轉(zhuǎn)變。超低溫及嚴苛腐蝕條件下低成本容器用鋼的應(yīng)用目標見圖1-圖3。

    2017年9月22日，由東北大學牽頭承擔的國家“十三五”重點研發(fā)計劃“超低溫及嚴苛腐蝕條件下低成本容器用鋼開發(fā)與應(yīng)用”項目啟動會暨項目實施方案論證會在東北大學軋制技術(shù)及連軋自動化國家重點實驗室411室召開。科技部高技術(shù)中心材料處處長史冬梅、副處長蔣志君、陳顯春，項目實施方案總體組組長清華大學教授潘峰，項目實施方案總體組專家中南大學副校長周科朝、煙臺臺海馬努爾有限公司副總裁方玉誠、鋼鐵研究總院教授陳思聯(lián)及東北大學副校長徐峰、項目負責人劉振宇教授、課題負責人孟傳峰主任、霍松波副總工程師、王長順所長、張曉明教授、馬成勇所長、子任務(wù)負責人和項目骨干成員等60多名專家學者參加會議。

    總體專家組就本項目實施方案的相關(guān)細節(jié)進行了質(zhì)詢、討論，并討論形成了咨詢審議專家意見。專家組認為，項目針對低鎳、高錳兩種LNG用鋼，鈦/鋼、不銹鋼/碳鋼復合板的研發(fā)，提出了“產(chǎn)、學、研、檢、用”一體化項目實施方案，總體目標清晰，應(yīng)用需求明確，研究思路和技術(shù)方案可行。史冬梅對東北大學和承辦單位所做的大量工作給予充分肯定。史冬梅表示，“磨刀不誤砍柴工”，在項目起步時把方案落細落實有利于把握項目的整體方向，促進項目精準化推進。

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責任編輯：王元

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