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

    當前很多國家紛紛將目光轉向海洋，日益激烈的海洋競爭主要涉及三大能力，即海洋認知能力、資源開發能力和占領空間能力。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，這也是海洋國家在競爭中能不能取得主動權的重要基礎。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。

    《海洋科技創新總體規劃》戰略研究報告指出，世界海洋強國都非常重視海洋對可持續發展的作用，將海洋科技創新作為基本戰略，紛紛制定中長期規劃，不僅加大了海洋開發原始創新技術的研發，更注重以創新技術對海洋開發的支撐，以占領未來發展的制高點。美國在2011 年發布了海洋研究計劃，英國出臺了海洋科學戰略，日本制定了新世紀的海洋政策，韓國頒布了海洋科學技術中長期發展計劃。

    近年來我國海洋科技快速發展，取得了豐碩的成果，海洋科技綜合實力顯著增強。一是海洋知識創新取得明顯進步，海洋調查能力顯著提高，南北極科考和深海大洋勘探研究能力大幅提升，海洋觀測、監測、衛星、海洋預報等領域取得重要進展。二是海洋技術創新能力得到較大提升。海洋生物資源開發技術取得重要突破，海水淡化開發技術取得較大發展，海洋能開發技術研發快速推進，海洋油氣等礦產資源開發重大技術和裝備取得重要進展。但從整體來看，我國海洋科學研究全球視野不夠， 仍然存在盲區。

    學科的交叉與滲透還有待進一步加強， 海洋技術水平與國外差距很大。

    我國現有的海洋科技水平，尤其是創新能力難以適應海洋強國的戰略需求，海洋科技創新意識和能力距國際先進水平相差懸殊。

    我國在實施“海洋強國”發展戰略的過程中，在海洋國土安全、海洋油氣資源開發、海洋基礎設施建設和海洋交通等四個領域還面臨著嚴峻挑戰。加強海洋綜合管理，發展海洋經濟，提高海洋資源開發能力，保護海洋生態環境，維護國家海洋權益，離不開艦船、潛艇及海洋基礎設施的建造，需要大量的海工鋼，但我國海工鋼的研究、生產及應用與國際先進水平還存在一定的差距，急需解決所面臨的材料問題。

    海洋環境是一種嚴酷復雜的腐蝕環境。在這種環境中，海水本身是一種強的腐蝕介質，同時波、浪、潮、流又對金屬構件產生低頻往復應力和沖擊，加上海洋微生物、附著生物及它們的代謝產物等都對海洋裝備的腐蝕過程產生直接或間接的加速作用。目前我國每年腐蝕所造成的經濟損失可達到 8000 多億元人民幣。因此，海洋重大工程在設計和使用過程中都必須考慮海洋環境的腐蝕問題，海洋防腐新技術、新材料的開發尤為重要。目前最重要的是找準突破口，從戰略上抓住重點，強化海洋科技創新。全面提升我國海洋科技國際競爭力，爭取在短時間內追趕超國際先進水平。

 

 

    海洋工程用鋼鐵材料篇

 

    海洋工程用鋼鐵材料主要包括：

    海洋國土安全領域用鋼、海洋油氣資源開發領域用鋼、海洋基礎設施建設領域用鋼、海洋交通領域用鋼。

    我國海洋工程用鋼的發展對策及重點發展方向

 

    （一）高強韌、易焊接艦船用納米相強化鋼制造技術及其科學基礎

 

    船體結構鋼材料在艦船建造中用量最大，結構重量約占全船排水量的40%-50%。船體結構鋼體系是否完整、合理，綜合性能優劣直接影響艦船的作戰性能和水平。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艦船用結構鋼的強度和韌性。同時，增強艦船用結構鋼的強度和韌性也是艦船減重的最有效途徑。

    隨著鋼材強度級別的提高，鋼中合金元素增多，使得鋼的碳當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％，因此高強度易焊接鋼的開發對大型艦船性能穩定性和艦船經濟性、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的要求，急需大量高強度、高韌性，同時具有高焊接性能和耐候性的低合金結構鋼。

    沉淀強化代替碳強化是開發新型艦船用鋼的新途徑，現有研究表明，由高數量密度細小富銅納米相代替碳強化，在較低合金含量的情況下可獲得高強度，同時保持較好的韌性。

    通過大量降低碳含量，并避免使用高碳當量的合金元素 Cr 和 Mo 等可進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，我國有關單位根據 HSIA 鋼的成分和工藝做了部分探索性工作。但是，銅沉淀強化鋼的核心技術是通過工藝控制銅沉淀相成分、尺寸、分布等特性來獲得優帛的綜合性能。我國目前對于如何控制沉淀相的性能還沒有足夠認識，這嚴重阻礙了我國航母用鋼的研究開發工作。

    因此，急需開展高強、易焊接艦船用納米相強化鋼生產技術及其科學基礎研究項目。

航空母艦

 

    研究目標：

    掌握高強韌、易焊接納米相強化鋼的合金設計和冶金技術；從納米尺度掌握影響鋼材性能穩定的機制；掌握熱機械處理等組織控制技術；掌握鋼材的焊接工藝技術；掌握納米相的析出行為和機制及其對力學性能的影響規律；完成工程示范應用。

 

 

    （二）深海鉆井平臺用鋼的關鍵生產技術及冶金學原理研究

 

    充分開發和利用我國豐富的海洋能源和資源是我國經濟可持續發展的命脈之一。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鍵裝備，其工作環境惡劣、建設周期長且成本高、維護保養困難，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，關鍵部位所用高強度、大厚度材料依賴進口，是受制于外國的“卡脖子”關鍵材料。為了滿足我國深海資源開發的需要，迫切需要研究超高強度海洋平臺用鋼的冶金學原理并開發關鍵生產技術。

    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格產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構的設計機理等方面工作，為我國深海資源開發利用積累相關理論并提供關鍵工藝技術。
   
    掌握高強韌、易焊接納米相強化鋼的合金設計和冶金技術；從納米尺度掌握影響鋼材性能穩定的機制；掌握熱機械處理等組織控制技術；掌握鋼材的焊接工藝技術；掌握納米相的析出行為和機制及其對力學性能的影響規律；完成工程示范應用。研究目標：

    掌握高強韌、易焊接納米相強化鋼的合金設計和冶金技術；從納米尺度掌握影響鋼材性能穩定的機制；掌握熱機械處理等組織控制技術；掌握鋼材的焊接工藝技術；掌握納米相的析出行為和機制及其對力學性能的影響規律；完成工程示范應用。

    開發出極地條件下應用的 50mm厚、低溫沖擊性能滿足 -60℃條件下CTOD 實驗要求的海洋平臺用鋼；開發出超高強海洋平臺用鋼的高效焊接技術；給出合金元素、組織狀態對耐腐蝕性能的影響規律，開發出高耐蝕海洋平臺用超高強鋼；通過創新軋制及熱處理工藝技術和裝備，開發出超薄（4-6mm）及超厚（259mm）規格海洋平臺用鋼。

 

海上鉆井平臺

 

 

    研究目標：

    開發出極地條件下應用的 50mm厚、低溫沖擊性能滿足 -60℃條件下CTOD 實驗要求的海洋平臺用鋼；開發出超高強海洋平臺用鋼的高效焊接技術；給出合金元素、組織狀態對耐腐蝕性能的影響規律，開發出高耐蝕海洋平臺用超高強鋼；通過創新軋制及熱處理工藝技術和裝備，開發出超薄（4-6mm）及超厚（259mm）規格海洋平臺用鋼。

 

    （三）厚規格高耐蝕易焊接深海管線鋼關鍵技術及冶金學原理

 

    21 世紀將是海洋的世紀，海洋資源開發和利用已經成為世界各國發展的重要戰略方向，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，厚規格高耐蝕易焊接深海管線鋼需求量巨大，迫切需要厚規格、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：

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

 

    （四）耐海水腐蝕特厚板關鍵制造技術及其科學基礎

 

    海洋工程用鋼是我國海洋開發的重要鋼種。國內外在海洋工程用鋼領域對于 60-150mm 厚板有很大的市場需求，尤其是高鋼級，具有重要的現實需要和良好的市場前景。

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

 

    研究目標：

    在鋼鐵企業現有工藝裝備條件下，優化工藝技術，開發 20-100mm海洋工程用鋼厚板與特厚板；提高鋼材質量及其穩定性；在此基礎上，采用結晶器喂鋼帶技術，制造 100-150mm 海洋工程用鋼特厚板。

 

    鈦合金材料篇

 

    鈦金屬質輕、高強、無磁、耐蝕，特別突出的是耐海水和海洋大氣腐蝕，是優異的輕型結構材料，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能力、安全性、可靠性及技戰術水平具有十分重要的意義，是建設海洋強國的重要戰略材料之一：鈦金屬材料是顯著提升海軍裝備技戰術性能，增強我國海洋安全保障能力的關鍵支撐材料；鈦金屬材料是提升海洋資源開發裝備、提升海洋資源開發能力的首選和理想結構材料。

    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，規模小，總體上還處于起步階段，同美、俄、日等海洋強國相比，在應用領域，基礎研究，鈦材生產技術、設計與應用技術及相應配套技術等各個環節，大體有 15 ～ 30 年的差距，主要表現在以下三個方面：

    （1）海洋用鈦的規模小。俄羅斯先進艦船用鈦量占艦船結構重量的15％ -20％，而我國先進艦船的用鈦量不足結構重量的 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用的身影，海洋工程高端用鈦還有許多核心技術尚未掌握，以鈦作為主體結構材料的高端海洋工程裝備存在極大的技術研發空間。

    （3）海洋工程用鈦的基礎性工作薄弱。鈦合金在海洋復雜環境（深海高壓、高低溫交變、動靜載荷交變、多種介質腐蝕等）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研究；許多鈦合金材料只做了短時間、小范圍、小規格產品的研究，離大型工程應用要求還有很大的差距；鈦在海洋工程裝備中應用的設計規范和標準不完善，設計、應用與材料研發脫節現象嚴重等。

 

海洋工程裝備

 

    我國海洋工程裝備用鈦需解決的關鍵技術

 

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

 

    我國海洋工程裝備用鈦的發展目標

 

    形成完整的海洋工程裝備用鈦合金材料設計、驗證、制造、加工、研究等產業體系，打造若干具有較強創新能力的海洋工程裝備用鈦合金配套、服務機構，全面掌握海洋工程裝備用鈦金屬材料的設計技術、應用技術和生產加工技術，具備創新應用鈦金屬材料的技術能力，達到海洋工程裝備鈦合金應用技術和范圍的國際先進水平，使我國海洋工程裝備用鈦及鈦合金量達到15000-20000t，占全國鈦加工材產量的10％～ 15％，為全面提升我國海洋工程裝備的技術水平做出應有貢獻。

 

    有色金屬材料篇

 

    有色金屬材料被認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用歷史分析發現，技術進步是有色金屬材料在海洋工程中應用的主要推動力，而隨著社會的發展，有色金屬材料設計思想將日趨成熟，加工成本將逐漸降低，新的連接技術與裝配方法也將不斷涌現，這些都將強有力地推進有色金屬材料在海洋工程上的應用。 有色金屬材料中， 在強調高速、節能、環保的海洋運輸、海洋建筑和能源領域，以鋁和鎂為主體的輕質合金材料的使用量大增；銅及其合金以其優異的導熱性、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構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先發展的方向

 

    近年來國家出臺的一系列政策將有助于海洋工程產業的發展，進而推動海洋工程用有色金屬材料的發展。具體到海洋工程中，需優先發展以下方向：

    （1）新材料研發

 

    高強、可焊、耐蝕、優良加工性能的海洋工程用鋁合金材料；先進鋁質船的焊接技術及高端焊接材料；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、耐蝕、耐磨銅合金泵管、鉆探管；網箱研制用高耐蝕抗污環保型鋁黃銅線材；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）新技術攻關

 

    鋁合金寬幅厚板用高質量大鑄錠制備工藝技術開發；寬幅擠壓鋁 / 鎂型材制備技術；鋁合金寬幅超厚板制備技術；高品質鋁質鉆探管的擠壓技術；改進銅合金管傳統擠壓工藝，加強銅合金管短流程制備技術研究，重點發展熔體處理、鑄造工藝、結晶器設計、軋輥設計等技術，并盡快實現其產業化；加強大口徑薄壁海水管研發，焊接管、合管、高效散熱管（U 形管、翅片管等）等研發；為適應船舶大型化、快速化、污染海域航行的需要，需要加強螺旋漿耐空泡腐蝕、增加機械強度、大型化等技術方面的研究；材料表面處理技術、防腐技術應用；合金的微生物腐蝕研究；稀土綠色緩蝕劑的研發；制造裝備的改進、管理水平的提高等。

 

    復合材料篇

 

    復合材料作為新型結構功能材料，具有優越的可設計性，而且具有重量輕、比強度和比模量高、阻尼性能好、耐疲勞、耐化學腐蝕、耐磨性能好、熱膨脹系數低以及射線透過性好等特點，并且在海洋濕熱、多鹽的環境條件下也能夠表現出優異的性能。復合材料的應用情況能夠反映一個國家海洋工程裝備的先進程度和未來的發展趨勢。

    海洋工程用復合材料的發展趨勢

 

    未來 5-10 年的海洋油氣資源勘探開發中，海洋平臺、海底管道、系泊系統等的建設需求旺盛，并且隨著我國海洋強國戰略的進一步實施，包括軍、民用船艇海洋工程裝備面臨前所未有的發展機遇，同時對材料的性能要求也越來越高。復合材料在替代傳統金屬材料方面還有很多空間。對于海洋工程用復合材料，尚有很多工作要做。未來將向三個方向發展：

    （1）向低成本、高性能、集成化生產的方向發展

 

    各種規格的船舶制造商們正尋找提高其競爭力的方法，以較低的成本將產品更快地推出市場是達到這一目標的關鍵所在。設計和制造質量的提高會促進上述目標的實現。船舶部件需要在極端氣候條件下具備可靠性、安全性，因此性能在許多應用中都是關鍵因素。速度和穩定性是船舶設計的主要目標。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構也追求減重目標，重心的降低可以提高穩定性和安全性。最小化并精確控制復合材料層壓板的質量可以獲得更好的性能。

海洋重型裝備

 

    （2）向虛擬設計、制造、驗證一體化的方向發展

 

    復合材料設計軟件正快速成為多個行業設計過程中的主要組成部分。設計和應力分析是設計過程中的兩大重點，通常這兩個學科之間的交流并不理想，因此會出現單調且緩慢的重復工作。最近幾年，復合材料設計軟件和結構分析軟件之間的雙向交流取得了良好的進展。制造商通過開發出的復合材料部件或組裝件的完整詳細的三維 CAD 模型，可以對復合材料模型進行精確性和完整性的定義，帶來了更高的質量，并且可以預測潛在的制造問題，設計和分析同步進行，部件得以優化，不同部件擁有專門的設計方法。復合材料部件的設計越精確，結構的優化也就更好更快。采用復合材料設計軟件可以使工程師在開發過程中大大減少變數，也讓使用者可以立即記錄下所有設計上的改變。在設計初期對復合材料部件進行完整詳細的三維設計，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合材料部件大的設計和開發。

    （3）向新型可靠生產工藝的方向發展

 

    受我國制造業水平落后的限制，加之采用先進復合材料進行大規模、一體化成型的核心技術被發達國家所掌握，我國在海洋工程用復合材料成型工藝方面與發達國家存在一定差距，材料性能的批次穩定性有待提升。自動化生產能力和大規模、一體化成型方面國內技術相對落后，在建造大型結構件或一體化成型艦船、石油工業等領域所用大型結構件中存在工藝瓶頸。新型可靠的生產工藝，保證產品不同批次的性能穩定，是目前和今后一段時間的主要工作之一。

 

    無機材料篇

 

    無機材料（主要是水泥混凝土）是目前海工建筑中使用最多的材料，對全球海洋經濟和海洋產業的發展影響重大。水泥混凝土在海洋環境應用中展示出優異的抗海水腐蝕能力，并應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 世紀將是水泥混凝土在海洋工程中大規模應用的世紀。

    我國海工混凝土發展戰略目標和重點發展方向

 

    推進水泥混凝土在海洋工程領域的應用，建立完善的標準和規范體系，完善配套原材料、工藝、技術、裝備的開發和應用，提高我國的海上資源開發能力及海洋經濟的競爭力是我國海工混凝土發展戰略目標。

    重點發展方向

 

    （1）海工超高性能混凝土技術（如高強輕質混凝土）及相關原材料的研究開發及在海洋工程中的應用。高強度輕質骨料混凝土是現有海工混凝土材料發展的核心技術之一。雖然目前發達國家的離岸海工建筑如海上油氣平臺、海上風電基座等大規模使用高強度輕質骨料混凝土技術，但混凝土材料本身自重大的缺點無法避免，因而限制了如混凝土LNG 船、FPSO 等的進一步發展。目前以挪威為代表的海洋發達國家重點研究將現有高強度輕質骨料混凝土生產技術進一步提高，容重比力圖達到 1500kg/m 3（設計強度 70MPa），現有技術大約在1900kg/m 3 （設計強度 70MPa）。

    （2）海水海砂拌合及珊瑚礁在遠洋人工島礁建設中的利用技術。利用海水、海砂、珊瑚礁等代替淡水、河砂等材料配制及應用混凝土的技術，對于在遠離大陸的遠洋、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實意義極高的應用價值。

    （3）混凝土鋼復合材料的研究開發及在海洋工程中的應用。離岸混凝土平臺的自重過大仍然是影響其大規模推廣的重要原因之一，雖然混凝土材料的進一步輕量化是其可選途徑之一。結合水泥混凝土耐腐蝕、成本低的優點和鋼材高強、自重低的優點，制造混凝土鋼結合的材料用于海洋工程。

    （4）海工混凝土專用的高強高耐蝕鋼的開發及應用。針對水泥混凝土在海洋中的環境特殊性，開發專用的高強耐蝕鋼，如通過冶金雙結合技術生產復合耐蝕鋼，提高水泥混凝土在海洋環境中的耐久性。

    （5）離岸混凝土構建物（如油氣鉆采平臺、海上風電混凝土基礎）的設計和生產制造技術的開發。離岸平臺的設計及生產制造技術是一項技術難度大、涉及行業廣、跨領域的應用技術，目前在國內尚屬空白。

    （6）海上混凝土油氣鉆探平臺及多功能平臺的制造相關技術裝備的開發。國內對于海上混凝土施工專用的相關裝備如泵送、吊裝等機械的開發研究較少，海上施工環境及變化性與陸地區別很大，國內應加強該領域專用機械裝備的開發及生產。

 

跨海大橋

 

    船舶與海洋工程的腐蝕與防護篇

 

    海洋工程構筑物大致分為海岸工程（鋼結構、鋼筋混凝土）、近海工程（海洋平臺、 鉆井、 采油、 儲運） 、 深海工程 （海洋平臺、鉆井、采油、儲運）、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構。船舶與海洋工程結構的主要失效形式包括均勻腐蝕、點蝕、應力腐蝕、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構失效的主要措施包括涂料、耐腐蝕材料、表面處理與改性、電化學保護、緩蝕劑、結構健康監測與檢測、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，特別是遠洋船只涂料、海洋平臺涂料、防污涂料等完全采用國外涂料。

    就技術水平而言，國內的部分涂料技術已達到可應用的水平，但缺少實際工程應用的機會，這不僅影響國內相關關鍵技術的發展，同時也影響我國建造的海洋平臺在國外的應用。海洋平臺的管節點防腐技術長期采購國外；海洋平臺立管飛濺區防腐采用國外的氯丁橡膠相當昂貴，每平方米達萬元以上。此外，傳統防腐涂料含有重金屬和一些難降解的有機物，無論在生產過程，還是使用過程中，都會危害環境。

    ②船舶與海洋平臺的電化學保護方法中，我國在常規犧牲陽極中占世界份額的絕對優勢，但高檔穩定化犧牲陽極仍然在進口，這對深海防護尤其重要。

    大電流陰極保護系統完全在進口，我國目前沒有生產這類裝備的能力。

    ③海洋工程與船舶材料的表面改性等特殊防護技術，特別是關鍵重要部件的防護技術我國嚴重缺乏，從設備、材料到技術，幾乎全部依賴進口，受到國外工業發達國家的制約。目前，國內部分國產化技術只限于較低端的應用，缺乏系統的基礎研究和高端開發，長壽命表面改性技術被國外占領，特別是表面處理裝備幾乎大多是從國外進口。我國在陸地和航空行業中取得很大成功的表面處理技術應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提供，但由于缺乏嚴格的評判體系，造成了巨大的腐蝕損失浪費。

    ⑤我國海洋工程結構健康監測與檢測系統主要依靠國外，國內的相關系統只有在近海橋梁和海底隧道有初步應用，使用量很低。

    ⑥我國海洋工程和船舶設計中關于材料選擇、防護方法選擇的評價系統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方面有不少研究結果，急需研究與應用部門有機結合，加速其應用以改變應用方法也完全依靠國外的局面。

    ⑦我國許多海洋防護相關標準缺失。例如：目前海上風電的防腐技術大多采用其他海洋環境下設備及設施的標準參考執行，針對海上風電的國家標準尚未建立，在我國首臺海上風電設備運行過程中相關的防腐蝕數據也未建立。

    ⑧國內缺乏海洋防腐涂層的工業適應性檢驗權威機構，目前應用部門都送國外進行檢測評定， 國外不僅收費相當昂貴，而且對國內產品的應用帶來很大隱患。

 

    船舶工程材料篇

 

    在現代船舶發展過程中，美、俄（蘇）、英、德、法、日等船舶強國，均將材料技術發展視作船舶發展的基礎和先導。伴隨著船舶發展，經過不斷創新，與時俱進，人們不僅研制了滿足船舶各發展時期所需的各種材料，而且已形成很強的材料技術的研究、生產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的基本理論、方法、工藝等。

    著眼于當前船舶材料技術的發展狀況，立足于 21 世紀前期（2035 年前）的高新技術發展，可以預見，21 世紀前期船舶材料技術的發展趨勢將呈現出以下 “高” 、 “復” 、 “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展

 

    “復”：研發高性能多功能復合材料的趨勢方興未艾

 

    “鈦”：高性能鈦合金的研發與推廣應用勢在必行

 

    “隱”：仍將研發高性能隱身材料列為重要發展方向

 

    “防”：船舶防護材料以環保高壽命為重點正蓄勢待發

 

    “有”：船舶用有色金屬材料仍需加強推廣應用

 

    “無”：開辟無機材料在船舶裝備上應用的新領域

 

    “前”：船舶材料前沿技術呈現百花齊放的發展趨勢

 

    “用”：加強材料應用技術的研究不可或缺

 

    “低”：船舶材料技術一如既往向低成本化的方向發展

 

船舶與海洋工程

 

    我國船舶工程材料技術的發展重點

 

    （1）高強度鋼

 

    目前我國船體用鋼制備及應用技術的不足，以及為適應我國船舶裝備的發展需求，研發高性能的結構鋼仍將是我國船舶裝備材料技術的主要發展趨勢之一。我國船舶裝備用高強度鋼未來主要向高性能化、提高加工制造工藝性、低成本、建立材料技術設計基本理論和方法等方面發展。

    高強度鋼的研究重點：高強度鋼 （如1000MPa 級）及其配套材料的設計、制備和應用技術研究；高強度鋼不預熱或低溫預熱及焊后不“預熱”焊接技術研究；高強度鋼焊接及冷熱加工工藝研究；高強度鋼焊縫無損檢測技術研究；高強度鋼耐海水腐蝕與耐疲勞性能研究；高強度鋼提高經濟性（降低成本）研究，等等。

    （2）復合材料

 

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

    復合材料的研究重點：復合材料結構優化設計及連接技術研究；大型和復雜復合材料結構成型及修補技術研究；復合材料結構試驗與評價技術研究；復合材料結構功能一體化研究；復合材料結構質量控制和無損檢測技術研究；多功能型復合材料（兼具結構型、吸隔聲、阻尼、雷達隱身等特性）研究，等等。

    （3）鈦合金

 

    作為公認的“海洋金屬”，鈦合金憑借自身優良的綜合性能，已成為理想的船舶用材料，各海軍強國對鈦合金材料技術一直非常重視。我國鈦合金材料技術未來主要向低成本、提高綜合性能、可靠焊接、復雜制造、推廣應用、完善材料體系等方向發展。

    鈦合金的研究重點：鈦合金結構優化設計和應用標準化研究；鈦合金材料焊接及其制造工藝（彎曲和成型）技術研究；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和工藝研究；鈦合金降低研制和應用成本研究，等等。

    （4）隱身材料

 

    船舶裝備隱蔽性能的發展，離不開隱身材料技術的發展和支撐，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之一，而反潛技術的發展對潛艇的隱蔽性又提出了新的更高要求。舶裝備戰術性能，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、低成本化等方面發展。

    隱身材料的研究重點：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研究；具有低頻吸聲和去耦作用的聲學覆蓋層（含消聲瓦）材料技術研究；適用于主動振動噪聲控制元器件的隱身材料技術研究；兼具吸收可見光及雷達波涂料的制備及應用技術研究；艦艇應用隱身材料試驗與評估技術研究；多功能化隱身材料（兼具隔熱、絕緣、防腐等功能一體化）技術研究，等等。

    （5）防護材料

 

    船舶用各種材料及其器件在海洋環境中使用，易發生腐蝕及附著海生物等，對船舶的使用壽命、維護費用、航行性能等都造成不利影響。因此，國內外船舶界均十分重視防護材料的研發。我國船舶裝備防護材料（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、環保、安全檢測及控制等方面發展。

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

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

    防滑材料的研究重點：防滑涂料優化配方設計與成形技術研究；激光誘導改善防滑涂料耐磨面層技術研究；水性防滑涂料設計及制備應用技術研究；無溶劑型防滑涂料設計及制備應用技術研究，等等。

    艙室裝飾材料的研究重點：目前，船舶（尤其是潛艇）艙室裝飾用材料的功能較為單一，未來研究重點應向強度高、質量輕、隔聲減振、保溫、無毒、阻燃或不燃、現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、更環保方向發展。

    耐高溫密封防漏材料的研究重點：

    船舶上動力系統用橡膠密封圈存在燒蝕現象嚴重、使用壽命短等問題，需要研發適應于船舶（尤其是潛艇）動力系統（如排氣分系統）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用起步較晚，與世界先進水平存在一定差距，具體表現為：產品耐蝕性差（腐蝕速率可達國外同類產品的 10 倍）、壽命短（如銅合金管道設計壽命只有6 ～ 8 年，實際使用壽命則更短）、大口徑薄壁海水管規格有限、合金管制造成品率有待提高、管道的焊接工藝缺乏統一標準等。

    有色金屬材料的研究重點：高強、可焊、耐蝕、優良加工性能的鋁合金材料研發；先進鋁質船的焊接技術及高端焊接材料的研發；高品質銅合金冶煉質量控制技術研究；各種銅管制備技術的研究，如大口徑薄壁海水管、焊接管、復合管、高效散熱管等；鎂包鋅型、鎂包鋁型復合犧牲陽極的研究；研究結合力強、耐老化、絕緣、無滲透、環保的阻隔膜，提高有色金屬材料的防腐技術水平。

    （7）無機材料

 

    我國船用無機材料品種不齊全，可供選擇的范圍不多；同時尚未建立相關的標準和規范體系，缺乏專業的設計和建造團隊，施工及應用技術經驗不足。

    無機材料研究重點：海洋工程用混凝土相關的原材料生產標準、設計及施工規范體系的建立和完善；海工超高性能混凝土技術（如高強輕質混凝土）及相關原材料的研究開發，以及在海洋工程中的應用技術研究；離岸混凝土構建物（如油氣鉆采平臺、海上風電混凝土基礎）的設計和生產制造技術的開發；新型無機材料制備、生產和應用技術的研究。

    （8）前沿材料技術

 

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

 

    海洋石油天然氣工程材料篇

 

    石油、天然氣，被人們稱為“工業的血液”，既是重要的能源，又是重要的戰略物資。隨著陸上油氣田逐步進入開采的中后期，勘探開發難度增大，成本升高，因此海洋油氣資源的勘探開發越來越重要。海洋結構處于風、浪、流、蝕等惡劣環境下，特別在深海海域，對材料提出了更高的要求。同時，海洋設備的服役期一般都超過 20 年，設計要求免維護或者少維護，沒有高性能材料作為保障，海洋石油天然氣的開發將受到很大制約。近年來，我國材料技術雖然已取得長足進步，但與國際先進水平和我國發展需求相比，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中，對海洋平臺、海洋鉆井裝備和海底管道的建設需求會更加旺盛，海洋工程材料產業發展前景十分廣闊，尤其是對新材料、新工藝的需求日益強烈。

    （1）海洋平臺材料發展建議

 

    對于平臺用鋼板、型鋼、鋼管，應提高國內生產水平，鋼管生產商應該嚴格按照規格書和相關規范的要求提供合格的產品，嚴格按照相關質量控制標準和驗貨標準加強生產過程、驗貨過程和施工過程的質量控制。

    進一步提升我國海洋平臺用鋼的國產化率，加強目前仍需進口的鋼材品種開發，包括滿足 -60℃低溫韌性要求的F 級高強度鋼，屈服強度達到 620MPa、690MPa 級別的超高強度鋼，適用于極地作業的海工平臺 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展建議

 

    以產學研相結合的方式大力推進海洋裝備材料的研究：開展深水海洋鉆井設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 與疲勞壽命的關系曲線；開展海洋鉆井裝備材料、關鍵節點等斷裂與疲勞、腐蝕疲勞等研究工作。

    國內目前海洋石油裝備關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準體系。因此，我國在海洋裝備用合金鋼和耐蝕合金方面應加大開發力度，細化產品序列，建立我國海洋裝備用合金鋼和耐蝕合金的應用體系。

    建議由國內材料生產企業進行攻關并結合我國南海海域的特點進行有針對性的開發， 形成國產化產品的技術標準體系。

海上油氣勘探

 

    （3）海底油氣管道材料發展建議

 

    在海底油氣管道主要用材（低碳微合金鋼管）發展方面，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，以及高效焊接技術和高性能焊材開發是未來海底管道低碳微合金鋼管材料發展的主要方向。

    在腐蝕環境用雙金屬復合管的研究方面，冶金復合管性能優異，但是成本較高，機械復合管內外層的結合較弱，但是可以通過管端堆焊等工藝加強內外層結合，同時保持較低的成本。未來冶金復合管和機械復合管的優選，需要根據兩種產品的研究發展情況確定。

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

    此外，鈦合金具有高比強度、耐腐蝕和抗疲勞等優異的性能，被稱為“深海金屬”，但在我國海洋石油天然氣領域的應用卻非常少。因此，加強海洋石油天然氣領域的鈦合金產品開發與應用具有重要的意義，尤其應重點開發鈦合金作為內層的雙金屬復合管、鈦合金立管和鈦合金錐形應力節點等產品。

 

    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，加速海水淡化和綜合利用產業化、加強海洋可再生能源利用的前瞻性技術研發，是未來我國海洋工程裝備產業發展的重要方向之一。海水淡化與海洋可再生能源開發方面的裝備材料未來發展方向在哪里呢？

    國內海水淡化市場發展預期表現為：

    國家重視海水淡化產業發展，國內市場前景看好；多效蒸餾仍是我國海水淡化的重要發展方向，對金屬材料需求較大；反滲透海水淡化市場發展迅速，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展趨勢

 

    （1）高強度、高耐蝕雙相不銹鋼材料的規模化應用

 

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

    以發展趨勢來看，在熱法淡化項目中大規模使用高強度、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模應用以及全鈦蒸發器的開發

 

    工業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境。但考慮到其較高的價格，往往在腐蝕環境最為嚴酷的工況環境下使用，極大限制了這種材料在海水淡化行業中的應用。

    然而，鈦合金的密度約為銅合金傳熱材料的 1/2，且其腐蝕速率要遠低于銅合金材料，如果通過降低鈦傳熱管的壁厚，使其應用成本和傳熱效率達到銅傳熱管的水平，那么無論從降低裝置運行維護成本、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境影響等角度考慮，采用鈦管代替傳統銅合金傳熱材料都具有顯著的優勢。

    在當前工業純鈦傳熱材料價格接近15 萬元 / 噸的市場環境下，開發超薄壁鈦合金傳熱材料將具有良好的市場應用前景。此外，則開發全鈦蒸發器也將會受到國內外業主的青睞。

    （3）超級鐵素體不銹鋼傳熱材料的開發應用

 

    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純鈦相當的耐海水腐蝕性能，但其強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械損傷，減少蒸發器管板數量。2000 年以后大多數歐美電廠均已采用超級鐵素體不銹鋼管代替銅傳熱材料。

    在熱法海水淡化領域， 法國VALTWET開展了超級鐵素體不銹鋼材料在工況環境下的耐蝕性能研究。結果顯示，即使在高溫150℃和氯離子含量達100000mg/L時，超級鐵素體不銹鋼腐蝕速率基本與工業純鈦相當， 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企業法國 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）均未實現不銹鋼傳熱材料在熱法海水淡化中的應用，主要是未能過經濟關。但未來隨著這種材料實現國產化，其價格可能出現明顯下降，那么工程化、規模化應用也將成為可能。

    （4）混合機制反滲透膜的開發應用

 

    近年來，納米技術在反滲透膜結構調控方面的研究與應用快速發展。這種反滲透膜改性技術主要分為兩類：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，從而實現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相互作用，調控反滲透膜結構、提升膜性能。目前發現具有該類納米效應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 開發的沸石 / 聚酰胺納米復合反滲透膜已經實現了商業化，可有效提升單位面積水通量，降低產水能耗。

    （5）膜蒸餾及正滲透膜材料的開發應用

 

    膜蒸餾是近十年迅速發展的一種以疏水性微孔膜兩側蒸汽壓差為傳質推動力的新型高效膜分離技術。目前，該項目技術正處于技術研究、 小規模工程驗證階段，結合余熱利用，將在我國西部缺水地區的苦咸水淡化市場有較好的應用前景。

    當前研究較多的正滲透膜材料主要有醋酸纖維素、聚酰胺 - 聚砜復合、聚苯并咪唑、聚苯并咪唑 - 聚砜復合、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 - 聚砜復合材料制備的正滲透膜已經成功商業化，如美國HTI 公司的三層支撐型高強度膜。