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干勇院士：海洋交通用鋼鐵材料及其冶金制備技術的發展現狀與趨勢

2024-03-07 14:30:21 作者：干勇，劉中秋，等來源：腐蝕與防護分享至：

建設海洋交通強國，離不開鋼鐵材料的有力支撐。作為海洋船舶及工程的主要材料，鋼鐵材料及其冶金制備技術的發展具有基礎性、先導性、戰略性和服務性的作用。

由于海洋裝備長期服役于大負載、高鹽霧環境中，從經濟性、加工性、環境友好性等多角度考慮，運用多種先進冶金技術制備大尺寸、高強度、高韌性、高耐蝕性和具有良好焊接性能的鋼鐵材料是目前海洋交通行業的主要發展需求之一。這些鋼鐵材料及冶金制備技術的不斷創新與應用，將進一步促進海洋交通的高安全、高質量、低能耗發展，為國家的安全、經濟發展、科技進步提供強有力的支撐和保障。

鋼鐵材料在海洋交通領域的應用現狀

自步入21世紀以來，中國的鋼鐵材料產業迅猛發展，2021年中國鋼鐵出口量位居全球第一位。鋼鐵材料的高速發展帶動了中國高端裝備及制造業體系的建設，對中國的國防安全、科學考察、資源開采等領域產生了重大影響。中船重工自主設計建造的“蛟龍號”成功下潛至馬里亞納海溝7062米深度；中國第一艘完全自主設計的彈射型航空母艦“福建艦”首次海試成功，以及世界最先進的鉆井平臺A5000的順利交付，這一系列事跡均標志著中國海洋交通用鋼鐵材料已達到世界前列水平，海洋交通用鋼鐵材料的迅猛發展對中國海洋交通行業的發展及相關設施的建設起到了重要的支撐和保障作用。

01 高性能船舶

高性能船舶是指采用先進的設計理念、材料和技術制造的具有出色性能和效率的船舶，廣泛應用于國防安全、海洋交通等領域。

航空母艦、液化天然氣船與大型郵輪并稱為世界造船業三顆“明珠”。其中，航空母艦是一種以空中作戰為主要任務的大型軍艦，是現代海上軍事力量的核心之一。甲板是航母艦體結構的關鍵部位，不僅要承受艦載機在起飛和降落過程中產生的高強度沖擊，還要承受噴氣式飛機高達幾千度的火焰的灼燒，因此甲板鋼厚度需達到50～80 mm；此外，鋼材數量過多會導致航母表面出現大量的焊縫，降低甲板強度，因此甲板鋼材尺寸應盡可能寬大，同時保證每米甲板鋼的不平度小于5 mm。

例如，中國首艘國產航母山東艦的特種鋼材由5.5 m超寬軋機所制造，其-84 ℃低溫沖擊韌性大于250 J，屈服強度達到了690 MPa，甲板鋼兩側之間的耐壓強度偏差小于10 MPa，其耐受抗壓性能達到全球頂尖水平。

液化天然氣船是在-162 ℃低溫條件下運輸液化氣的專用船舶，被喻為世界造船“皇冠上的明珠”。目前液化天然氣船按液貨艙的結構形式可分為獨立儲罐式和膜式。獨立儲罐式可細分為1HI-SPB棱柱型貨艙和Moss Rosenberg球型獨立貨艙，兩者均使用帶有加強結構的鋁合金或9%Ni鋼板構成貨艙邊界。

薄膜貨艙主要分為法國TechniGaz公司開發的TechniGaz薄膜型貨艙和法國Gaz Transport公司開發的Gaz Transport薄膜型貨艙。由36%鎳、63.8%鐵和0.2%碳所構成的鎳鐵合金（殷瓦鋼），其熱膨脹系數無限趨近于零，使得殷瓦鋼能夠在低溫條件下保持穩定和強度。因此，殷瓦鋼通常作為核心艙的建造鋼材。

液化天然氣燃料儲罐作為液化天然氣船的核心部件，通常采用屈服強度680 MPa的9%Ni鋼作為燃料儲罐的鋼材。韓國大宇造船海洋工程在世界上首次將抗拉強度為1200～1800 MPa的高錳鋼用于液化天然氣動力超大型油輪的燃料箱建造，保證其即使在零下兩百度超低溫的環境下，也能保持穩定工作。

最近，由江南造船有限責任公司為PETREDEC公司建造的93000 m³超大型液化氣船（VLGC）系列船第三艘“Hyperion”號正式簽字交付。該船總長230 m，型寬36.6 m，服務航速16.5節。

大型郵輪是一種巨大的豪華客運船，通常用于提供海上人員運輸和游輪旅行服務，對于提高國際貿易交易量以及促進當地文化建設有著巨大的作用。通常在建造大型船舶時，鋼板平均厚度需要達到20 mm左右以確保船體質量，然而采用常規電焊焊接的鋼板焊縫粗大難以保持結構的完整性。最近，由中國制造的首艘國產大型郵輪“愛達·魔都號”，其采用的4～8 mm厚的薄形鋼板占比達到了總鋼板量的80%，同時使用了先進的激光復合焊接技術使焊縫更細更平，并將焊接速度提升了4倍多。它的出現實現了國產大型郵輪從零到一的突破，標志著中國成為全球第五個有能力建造大型郵輪的國家。

02 跨海大橋

跨海大橋被用于跨越海洋、海灣、海峽等水域，從而促進區域經濟發展以及文化交流。其中，橋梁主體、支撐柱、橫梁等結構部件通常都是使用高強度鋼材制造，以確保橋梁的穩定性和承載能力。

例如，連接丹麥哥本哈根和瑞典第三大城市馬爾默的厄勒海峽大橋全長16 km，是全球第10大橋，其引橋主桁主要采用屈服強度為460 MPa的S460N鋼材，獨特的結構設計以及先進鋼鐵材料的結合使其成為世界上承重量最大的斜拉橋。

中國的港珠澳大橋是世界上最長的跨海大橋，在其建造過程中，不僅消耗鋼材數量巨大，同時也是一個多鋼種薈萃的典范，鞍鋼集團有限公司提供近17萬噸橋梁鋼用于大橋主體；寶鋼股份提供鋼材合計約34萬噸；河北鋼鐵集團提供含釩高強抗震螺紋鋼筋及精品板材產品約24萬噸；太鋼自主研發的雙相不銹鋼鋼筋大幅延長了橋梁使用壽命，其發生點蝕的臨界氯離子濃度為3.9～3.95 mol/L，耐點蝕性約為普通碳鋼鋼筋的60倍；燕山大學王青峰課題組與中鐵山橋集團有限公司合作，將耐候鋼應用于港珠澳大橋索塔錨固，這也是耐候鋼首次在中國跨海橋工程亮相。

03 海底隧道

海底隧道是指在水下或海床下建設的隧道，海底隧道可以連接兩個水域難以跨越的地區，縮短交通距離，提高了區域經濟發展以及人員流動。然而，海底隧道需要長時間承受海水的沖擊和腐蝕，這對鋼材性能提出了巨大的挑戰。

世界海底隧道長度排名第一的英吉利海峽隧道，全長50.5 km，水下長度37.9 km，鐵路橋梁的覆層和支架都使用了鉻含量至少為10.5%，碳含量不超過1.2%的不銹鋼；位于挪威的埃克松隧道是世界上最深的海底隧道，隧道深達海平面以下287 m。

港珠澳大橋海底隧道是世界最長的公路沉管隧道以及唯一的深埋沉管隧道，其由33節巨型沉管和1個合龍段接頭共同組成，沉管結構采用了大量屈服強度為400 MPa的HRB400鋼。隧道全長6.7 km，每節沉管長180 m，寬37.95 m，高11.4 m，重約7.4萬噸，最大排水量達8萬噸，通航噸級為30萬噸，埋入海底最深處近50 m；大連灣海底隧道是中國最大直徑的地鐵海底隧道，在其建造過程中，通鋼公司供應的直徑為36 mm及40 mm規格HRB400E熱軋抗震帶肋鋼筋以及津西自主研發的U600系列寬體鋼板樁均對工程建設提供了巨大的幫助；翔安海底隧道是世界最大斷面的海底隧道，同時也是世界上巖土覆蓋層最淺的海底隧道，其隧道總長5.9 km，跨越海域寬約4.2 km，最深位于海平面約70 m，整個建造工程耗費支護用錨桿、鋼架、鋼筋網、襯砌鋼筋等鋼材約5萬噸。

04 海上鉆井平臺

海上鉆井平臺用于在海洋中進行石油和天然氣的勘探和生產活動，它們通常被安放在深水或淺水區域，因此對鋼材的強度、耐腐蝕性及耐低溫性能都有著相當大的要求。

歐洲作為海洋資源開發較早的區域，其海洋工程用鋼性能已達到國際領先水平，歐洲的海洋平臺用鋼種主要是S355，S420，S460及S690。挪威埃科菲斯克Ⅱ號海洋鉆井平臺是歐洲第一座使用改進韌性S690Q鋼板的海洋平臺。

目前中國海洋平臺主要使用的屈服強度為355～460 MPa的D，E及F級鋼板已基本實現國產化。中國首次自主設計建造的深水半潛式鉆井平臺“海洋石油981”所用鋼包括屈服強度大于690 MPa的EQ70級超高強度鋼以及高強度鋼AH36/DH36/EH36等。

“藍鯨1號”是中國建造的全球首座超深水半潛式海上鉆井平臺，鉆探深度、工作水深都堪稱世界之最。為滿足該深水鉆井平臺對鋼板厚度的特殊要求，鞍鋼股份通過熱機械控制工藝，研發生產出一系列厚度為8～80 mm的TMCP態FH420、FH460、FH550等級別的超高強海工鋼產品。其具有低碳當量易焊接、超高強度、低屈強比、超低溫沖擊韌性等優異特性。同時“藍鯨1號”使用了大約4000噸抗拉強度達到772～940 MPa的NVF690超強超厚鋼。在“藍鯨1號”的基礎上，于2019年交付的“藍鯨2號”海上鉆井平臺，其型長117 m，型寬92.7 m，型高118 m，最大作業水深3658 m，最大鉆井深度15240 m，其采用了100 mm厚的NVF690超厚鋼板，使“藍鯨2號”擁有極強的抗扭曲能力，可在全球大部分深海海域鉆井工作。

05 港口設施

在港口處通常需要完成對貨物以及重型設備的起重、搬運、施工和裝配，這時就需要龍門吊的幫助。龍門吊由兩根立柱與一個橫梁組成，形成一個框架結構，可以在立柱之間移動，完成起重和搬運任務。

世界上最大的龍門吊“宏海號”是完全由上海振華重工自主制造的，“宏海號”高度為148 m，因其在鋼材的應用方面，“宏海號”采用了大型鋼筋結構的高強度焊接，其承重能力可達到22000噸。

除了傳統港口貨物的輸送，中國在鉆井平臺起吊裝備的研發也達到了世界前列。由中集來福士制造的泰山吊總體高度為118 m，主體采用高低雙梁結構，起升高度分別為113 m和83 m，最大起升重量高達20160噸，是目前為止世界上起重量最大的起重機。這也進一步標志著中國在海洋交通裝備制造領域的又一個進步。

海洋交通用鋼鐵材料冶金制備技術的發展現狀

隨著海洋經濟的快速發展，海洋交通用鋼鐵材料的冶金制備技術也在不斷創新發展。目前廣泛采用的冶金制備技術包括模鑄、連鑄、特種冶煉和增材制造等，這些先進工藝不僅提高了鋼鐵材料的制備質量和性能，還促進了海洋交通設備制造方式的創新和發展。

01 模鑄

模鑄是通過將熔融金屬直接注入預制模具中，進而冷卻凝固形成零件或構件。雖然模鑄的總產能規模在逐年減少，但模鑄技術仍是成本最低的鑄造工藝，具有良好的靈活性以及多樣性，可針對新鋼種做小規模的生產，因此對于小批量、特殊鋼生產、大型厚材或特厚板以及大型圓材生產，模鑄技術仍具有不可取代的優勢。此外，模鑄技術具有良好的壓縮比，所生產的鋼錠具有良好的質量以及較高的強度，適用于各種高強度生產或工作環境中。

在海洋交通設備制造中，模鑄技術被廣泛應用于復雜形狀或大型構件的制造，如船體結構、承載機構等，例如自升式海洋平臺中的齒條用鋼。齒條鋼厚度和單重大，厚度多為127～210 mm，用抗拉強度為690～800 MPa的調質型高強度鋼制造。

目前，國外生產大規格齒條鋼的企業主要是德國的迪林根、日本的新日鐵和法國的阿賽洛，主要應用于各大鉆井平臺。由美國F&G公司設計建造，中海油采購的JU2000型CP-400自升式鉆井平臺，所用齒條鋼厚178 mm。隨著采油深度和難度的加大，齒條鋼的厚度不斷增加，目前世界上齒條鋼的最大厚度已達到259 mm。

國內開發ASTM A514/A517Gr.Q系列產品的企業主要有寶鋼、舞陽鋼廠和鞍鋼等。其中，寶鋼采用模鑄坯生產的鋼板最大厚度為178 mm，舞鋼先后研發了114，127，152.4和177.8 mm厚度的齒條鋼，渤海裝備遼河重工在建的自升式平臺CP-300齒條鋼的厚度達到127和152.4 mm，CP-400齒條鋼的厚度則達到178 mm。

通過模鑄技術獲得耐壓、耐蝕性能，進而在海洋環境中穩定工作，同時優化造型，有效助力了船舶制造、海洋設備、港口建設、海洋能源、深海探測以及跨海大橋等領域取得更高性能的成果。

02 連鑄

近年來，隨著中國海洋工程的快速發展，對高性能鋼的需求量大幅增加，連鑄技術是一種將熔融金屬連續地鑄造成坯料或板材的方法，可以用于生產大型、高強度的鋼板，具有投資少、能耗低、效率高、環境友好等優點。此外，連鑄還可以提高材料的均勻性和性能一致性，通過連鑄技術，可以生產高強度、高耐腐蝕性的船體結構和零部件，提高船舶、橋梁、港口設施的承載能力、耐用性和安全性，同時減輕重量，提高設施穩定性、安全性和可維護性。

在海洋交通設備制造中，連鑄技術作為高性能鋼的有效生產方式被廣泛應用。美國紐柯克勞福茲維爾（Crawfordsville）的連鑄產線可生產的高強鋼產品涵蓋結構鋼、HSLA鋼、API鋼、合金鋼、AHHS鋼、硼鋼和耐磨鋼等系列產品；德國蒂森-克虜伯的產線可生產50種以上產品，其中包括高強捆帶、HSLA鋼、調質鋼、多相鋼、API鋼、SCALUR®熱軋酸洗鋼等系列高強鋼，該系列鋼被廣泛應用于海洋交通等產業。

中國的唐鋼、漣鋼、武鋼等都已在薄板坯連鑄連軋產線上實現了30CrMo，50Mn2V，75Cr1，65Mn和60Si2Mn等系列中高碳特殊鋼的批量化生產，支撐了船體及海工鋼的應用。珠鋼、武鋼、漣鋼等典型的薄板坯連鑄連軋產線也已經實現了系列高強鋼的批量生產，其中最具代表性的是鈦微合金化高強集裝箱用鋼。

隨著海洋交通設施的快速發展，對海洋交通用鋼的性能要求愈加嚴苛，通過連鑄技術獲取高性能的鋼材是目前海洋交通的發展重點之一。

03 特種冶煉

特種冶煉技術是通過調整鋼材的合金元素含量，提高材料的耐腐蝕性和強度，以滿足對強度、耐腐蝕性、耐磨性和低溫性能等方面的要求。該技術包括真空感應熔煉（VIM）、電渣重熔（ESR）、真空電弧重熔（VAR）等。

其中，VIM技術在真空環境下利用中頻電磁感應在金屬材料中產生渦流熱使材料熔化，電磁攪拌過程使金屬材料的化學成分得到精確控制，是目前對金屬材料加熱效率最高、速度最快的低耗節能環保型的感應加熱技術。ESR技術具有金屬純凈、組織致密、力學性能優異等特點，目前使用的新技術包括熔速控制的保護氣氛電渣爐、真空電渣爐、加壓電渣重熔設備及高氮鋼制備技術、電渣重熔超大扁錠技術、電渣重熔空心鋼錠技術、導電結晶器技術以及電渣液態澆注技術等。VAR技術主要應用于獲得低偏析、高潔凈、組織致密及力學性能較優的合金鑄錠，是高端金屬材料冶煉過程的關鍵環節。

目前國內外大多高品質海洋交通用鋼等特種材料主要通過雙聯的方法，即通過真空感應+電渣重熔（VIM+ESR）或雙真空熔煉（VIM+VAR）來生產，VIM+ESR雙聯方法可以精確控制成分，但工藝要求較高。VIM+VAR有效減少疏松和縮孔，降低雜質元素含量。此外，部分高要求產品采用VIM+ESR+VAR三聯生產，但生產成本將顯著提高。

目前，美國、德國和日本報道采用三聯工藝制備汽輪機轉子所需的材料，德國報道直徑為980 mm，日本的為1300 mm，鍛造后直徑大于1 m，重量超10 t。美國GE與Allvac公司聯合開發出了碳化物及夾雜物含量較低的Φ915 mm的超大規格鑄錠，并成功用于后續開坯鍛造。

中國現有的真空爐包括寶鋼的10噸級，攀鋼和撫鋼的12噸級真空自耗爐，但由于生產工藝的復雜性，國內通過雙真空熔煉獲得鑄錠的最大尺寸為660 mm，仍待進一步發展。

利用特種冶煉技術可有效提高鋼的潔凈度，有助于提高船舶的航行性能、安全性和經濟性等耐高壓、耐腐蝕和高強度的特性，保障海洋交通設施的穩定性和持久性，對延長嚴苛工作環境下海洋交通設施的使用壽命具有重要意義。

04 增材制造

金屬增材制造技術，從20世紀90年代中期開始，成為了金屬快速成型領域的研究熱點和發展方向，正在海洋交通設備制造中嶄露頭角。

區別于傳統機械加工的減材制造技術和鑄造、鍛造的等材制造技術，金屬增材制造通過逐層堆積材料來制造零件，從而實現復雜形狀和定制化設計，例如船舶發動機的螺旋槳、舵或者深潛器的外殼等復雜幾何形狀和精確尺寸需求的零件，從而優化性能和可維護性，并減少廢料和材料浪費，大大提高了結構的輕量化，增加了設備的操控性和燃油效率。因此，增材制造技術可以用于制造小批量、高性能的零部件，從而提高整體裝備的性能和可維護性。

此外，海洋環境對設備造成的腐蝕和損傷常常需要及時的修復與維護，增材制造技術可以用于海洋交通設備的現場修復，使得設備能夠在海上進行臨時或緊急維護，縮短維護停機時間。

增材制造技術在國內外海洋交通方面得到廣泛的應用。目前，海洋交通用增材制造技術主要有兩種應用形式：一是在岸打印，例如新加坡的威爾森船舶服務公司配置了3D打印設備，按需生產3D打印的零件，為船舶提供配件；德國西門子公司和日本三菱電機使用EOS金屬打印機制備燃氣輪機部件和部分汽輪機末端葉片，極大削減了制造成本。二是船載打印，馬士基郵輪公司早在2014年對316L不銹鋼等金屬粉末顆粒進行3D打印。

目前，鋼鐵材料增材制造工藝主要以不銹鋼為主，其中，南洋理工大學、美國加利福尼亞國家實驗室等通過改進增材制造技術工藝，獲得更高性能的不銹鋼。

中國船舶領域對于增材制造技術的應用還處于探索階段，例如中國船舶及海洋工程設計研究院使用增材制造進行螺旋槳的試制，中國船舶集團注重于柴油機新品研發和關鍵零部件的研制，中國船舶重工集團有限公司則主要關注導航支架、陀螺儀和艦載儀表，以及框架型零件的減重應用。此外，在鋼鐵材料研發方面，中國鋼研集團鋼鐵研究總院研發了一種應用于超低溫增材制造的高強不銹鋼GY130，具備了極佳的室/低溫綜合力學性能。

歸功于其高自由度的特性，利用增材制造技術制備和修復海洋交通用高精密零件正成為當下國內外重點發展的熱點方向。

海洋交通用鋼鐵材料的發展趨勢

海洋交通平臺及設施大多應用在波浪、海潮、風暴及寒流等嚴峻的海洋環境中。這些使用特征決定了海洋交通用鋼鐵材料必須具有大厚度、高強度、高韌性、良好的可焊性以及耐海水腐蝕等性能，這對于保證航運安全，提高海洋交通用鋼使用壽命以及開發海洋資源具有重要意義。

目前中國海洋交通用鋼鐵材料在強度和性能上已經能夠滿足國內市場的大部分需求，但是一些高性能特種鋼材仍依賴進口，這些鋼材具有非常嚴格的生產工藝，同時對設備要求較高，開發難度大。為此，急需開發一系列高性能、大尺寸的船舶及海洋工程用鋼。

01 大厚度

隨著海洋交通運輸技術的不斷進步，現代高性能船舶、海洋平臺以及跨海大橋等交通設施逐漸趨于大型化發展。不斷增加的船舶主尺寸、船舶噸位以及橋梁跨度等，對高強度結構鋼的厚度提出了更高的要求。

在橋梁用鋼方面，當前研究階段的鋼板厚度已經能夠達到100 mm，例如日本NKK公司研發的570 MPa級SM570Q-H-EX和SMA570WQ-HEX鋼板，而國內已經得到應用的Q390E和Q420E橋梁用鋼板厚度也分別達到了60 mm和80 mm。

與此同時，厚度規格也是船舶及海洋平臺用鋼技術水平的重要標志。目前中國新的船體鋼標準GB 712—2011已經將鋼板厚度規格提高到了150 mm，而海洋平臺用鋼板厚度也普遍大于100 mm，例如目前鉆井平臺用的JU2000齒條板大多采用178 mm厚鋼板。

此外，隨著鋼板厚度增加，鋼板的Z向（厚度方向）性能成為海洋交通用鋼鐵材料不可忽視的問題，目前鋼板Z向性能主要分3個級別，分別為Z15，Z25和Z35，其中Z35鋼要求斷面收縮率不小于35%。

隨著海洋交通設施向大型化發展，大厚度鋼板的需求逐漸增多，受制于鋼板抗撕裂性、焊接性能的影響，大規格海洋交通用鋼的開發應用是一個急需攻克的難題。

02 高強度

在建造高性能船舶、跨海大橋以及海洋平臺等海洋交通設施的過程中，使用高強度特種鋼材可以減輕鋼板厚度和結構重量。早期的大型船舶及海洋平臺結構大多采用235 MPa級以下的鋼板，隨后為了應對不斷提高的結構安全性，船體及海工鋼的應用強度逐漸提高到315 MPa以上，同時鋼板的質量等級也從A級提高到E級甚至F級。

近些年，日本和歐洲率先開發出屈服強度為390 MPa級的熱機械控制工藝（TMCP）型高強船板（YP40K），主要用在船體受應力較大的舷側舷緣頂板和強力甲板上。

在大型散裝貨船和集裝箱船中，390 MPa級的高強度鋼已經占據主導地位，海洋平臺等大型海洋工程建筑結構中廣泛應用的TMCP工藝船體鋼，其強度級別已經達到550 MPa級以上。

在橋梁用鋼方面，隨著橋梁建設向大跨度、多元化等方向不斷發展，對橋梁鋼的性能要求也將不斷提高，其中高強度是未來橋梁結構鋼的一個發展趨勢。

早在20世紀中期，屈服強度為345，500，600，700和800 MPa級的高強鋼逐漸在橋梁建造過程中得到應用，高強度鋼材的使用大大減輕了鋼梁的自重。自20世紀50年代起，中國就開始了一系列橋梁結構鋼的研發和應用。

長期以來，中國鋼橋采用的低合金高強度鋼主要是345 MPa級，如16Mnq和S355N等。更高強度級別橋梁用鋼的應用相對較少。屈服強度為390 MPa和420 MPa的橋梁用鋼僅在少量鋼橋中得以應用。目前，中國最新研究開發出了Q690qE高強鋼，通過TMCP控制技術，使鋼板成分和組織均勻化，得到了屈服強度達690 MPa級的高強度橋梁用鋼。

隨著大型鋼結構船舶及海洋平臺向全焊接結構和高參數方向發展，對鋼結構的安全可靠性要求越來越嚴格，這將對鋼板強度提出更高的要求。

03 高韌性

鋼板的沖擊韌度關乎結構的安全性，近些年隨著高性能海洋交通用鋼的快速發展，在鋼板強度不斷增加的同時，對于鋼結構的韌性和屈強比也提出較高的要求。一般要求考核-40 ℃的低溫沖擊性能，而在寒冷或極寒條件下則需考核-60 ℃甚至-80 ℃的低溫沖擊性能。例如，在最初的第一代A3橋梁鋼中，對韌性和屈強比等均沒有要求，直至第五代和第六代橋梁鋼 Q420qE和Q500qE，已經能夠做到低溫沖擊功在-40 ℃時不低于120 J［17］。未來將主力發展綜合性能優良的高性能船舶及海洋交通用鋼，除了強度要求高于690 MPa級外，屈強比將從最初代的沒有要求到要求低于0.85～0.88，同時低溫韌性要求-40 ℃沖擊功高于120 J。

04 高耐蝕性

由于海洋環境腐蝕的破壞性強，造成的損失較大，船舶及海洋工程結構的耐腐蝕性近年來越來越受到人們的關注。國際海事組織（IMO）先后通過了壓載艙涂層防護標準（PSPC）以及貨油艙用耐腐蝕鋼性能標準（MSC7），這使得相關的研究工作日益迫切。在壓載艙環境下，船板鋼在高溫、高濕以及Cl-的協同作用下，尤其在壓載艙的潮差部位船板鋼經常發生嚴重的局部腐蝕。

在跨海大橋等海洋交通基礎設施上，為了提高鋼橋的使用壽命，減少維修維護成本，通常對鋼梁等結構涂裝耐腐蝕的涂層。但是，解決船舶及海洋交通基礎設施的耐腐蝕問題，最根本的措施是提高鋼材本身的耐腐蝕性能。普通的耐候鋼在非沿海地區不涂裝防腐蝕涂料就可以使用，在高腐蝕性的氣候條件下，必須開發具有高耐腐蝕性的鋼板，使之在沿海地區也可以不涂裝。

在此之前，JFE鋼鐵開發出了“JFE-SIP-BT”鋼，可抑制船舶壓載艙涂膜劣化行為，同時提高了腐蝕產物對鋼基體的保護性能。新日鐵等開發的貨油艙用耐蝕鋼，通過加入耐蝕合金元素，顯著降低腐蝕速率。

因此，為了提高海洋結構物的壽命，急需開發出耐海水腐蝕性以及耐海洋微生物腐蝕性良好的鋼板，以適應高濕熱、強輻射、高Cl-海洋環境。

05 良好的焊接性能

對于船舶與海洋工程用鋼，其加工重點及難點都在焊接成形方面。焊接的難易及焊接質量的好壞，決定了海洋鋼結構物的最終使用性能，同時鋼的可焊性能也是保證船體和海洋工程結構整體質量及安全性能的關鍵。隨著鋼板厚度規格的增加，開發具有高焊接熱輸入適應性的鋼板以提高焊接效率成為海洋交通設施建造過程中重點關注的問題。

隨著碳及合金元素加入量增大，在提高鋼板強度級別的同時，也容易引起焊接熱影響區的脆化和形成冷熱裂紋。此外，焊接接頭熱影響區軟化也是細晶粒鋼焊接時普遍存在的問題。因此，提高熱輸入量的焊接技術以及適用于大熱輸入量焊接的鋼種的開發研制已經成為國內外關注的熱點技術問題。

結語

交通是興國之要、強國之基。海洋交通作為綜合交通體系的重要一環，其發展離不開鋼鐵材料的有力支撐。

當今世界正經歷百年未有之大變局，全球產業格局正經歷著重構和調整，貿易全球化正面臨著嚴峻的挑戰。為此，鋼鐵材料必須牢牢把握高性能、輕量化、智能化、綠色化的行業發展方向，聚焦海洋交通行業需求變化，大力推進產學研一體化，著力破除鋼鐵材料和冶金制備技術的瓶頸制約，不斷補上海洋交通業的發展短板，向傳統海洋運載交通設施賦能，具體舉措包括：

集中多機構、多資源攻克國家重大戰略與民生需求重點領域卡脖子問題，提高海洋交通用鋼鐵材料國產化率；

積極開發、使用、推廣海洋交通用鋼鐵材料新產品，并加強知識產權保護意識，推動新品類或產品行業標準的制定；

構建海洋交通用鋼鐵材料的材料數據庫及服役性能評價系統，制定材料性能表征參量與技術指標，促進材料性能的不斷提升；

打造產學研用多方交流平臺，加快科技成果產出、轉化與產業化。

海洋交通與鋼鐵材料的多層次、多領域、多形式、多措并舉的融合發展，將更好的發揮兩者的協同效應和整體優勢，為中國的海洋強國戰略建設貢獻新的力量。

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