進入21世紀，我國船舶及海洋石油工業迎來了高速增長的新時期，目前我國船廠能建造國際航運界所需船型的95%左右，包括17.5萬t散貨船、30萬t超大型油輪（VLCC）、30萬t浮式生產儲油船（FPSO）、14.7萬m3LNG船等，目前已有9座30萬噸級造船塢，并在規劃50萬噸級和100萬噸級船塢。舶及海洋石油工業的飛速發展對造船及海洋工程用鋼提出了迫切需求。為適應船體高效化的建造需求，對船板鋼提出了100-500KJ/cm的大線能量焊接要求，從而實現了船板鋼的一次焊接成型；為提高船體運行安全性，延長鋼材使用壽命，對壓載艙、貨油艙船板鋼提出了耐腐蝕的要求，提高運行壽命的同時降低了維護成本；大型船體建造提出了43號大規格的D40球扁鋼的需求，突破了傳統型鋼生產開發的極限；自升式海洋平臺樁腿構件需要127-210mm厚高強度特厚板，突破了中厚板生產厚度規格極限；油氣儲運設備提出了超低溫用鋼鐵材料，最低使用溫度達到-196℃，服役環境極為苛刻。在此基礎上，根據液化天然氣（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，研制開發了9Ni、5Ni或3.5Ni等Ni系低溫鋼。因此，高強度、高韌性、易焊接性、良好的耐腐蝕性以及大厚度、大規格化是船舶及海洋工程用鋼的發展方向。

    目前，我國船舶與海工用鋼已能滿足國內市場的大部分需求，但部分高級別的特種鋼材仍依賴進口。特殊用鋼主要指具有高強度、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，其生產工藝嚴格，對設備穩定性要求高，開發難度大。下面就簡要介紹下這些船舶用鋼中的高端鋼材：

    液化氣體運輸船用低溫鋼

    液化氣作為一種天然資源，地區間分布不均，國際間運輸主要通過液化氣體專用運輸船進行，包括LPG船和LNG船。隨著LNG工業的迅猛發展，9Ni低溫鋼的研究和開發熱度持續升溫，LNG儲存溫度為-163℃，要求LNG儲罐內壁用9Ni鋼具有較高的強度、良好的低溫韌性和較小的波動。

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

    大熱輸入焊接用船板的開發

    焊接是船體制造的關鍵環節，約占船舶制造成本的17%。隨著船板厚度規格的增加，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船體建造需重點解決的問題。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（HAZ）韌性降低的問題。提高HAZ韌性的方法包括采用低碳當量的合金設計、細化HAZ晶粒尺寸及改善HAZ晶內組織。

    油船貨油艙用耐腐蝕鋼

    隨著深海開發和遠洋航運的發展，對船板及海洋結構的耐腐蝕性提出了越來越高的要求，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國際上研究開發的重點。

    油船是國際間原油運輸的重要工具，其貨油艙主要采用耐蝕性較差的AH32、AH36鋼板，采用涂層方式進行腐蝕防護。對于涂層保護形式，需定期進行涂層維護，耗費高、工期長，且施工環境惡劣。2010年，國際海事組織（IMO）將使用耐蝕鋼認定為保護涂層的可替代方案，2013年，IMO船用耐蝕鋼性能標準正式實施。

    此外，為了提高海洋結構物的壽命，需要開發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、強輻射、高Cl-海洋環境中。

    高止裂韌性船用鋼板

    大型集裝箱船普遍采用高強度和大厚度的鋼板，大厚度使得鋼板的受力狀態發生改變，抗開裂性能下降，一旦在極厚板中出現裂紋，該裂紋將會沿著焊縫不斷傳播，即使進入母材，裂紋也不會停止擴散。為保證船體結構的安全可靠，對材料的止裂性能提出了更高的要求。 目前評價船用鋼止裂性能的試驗方法主要有日本船級社提出的ESSO 試驗和雙重拉伸試驗。

    海洋平臺特厚齒條鋼

    隨著海洋石油工業的深入開展和鉆采難度的加大，自升式鉆井平臺用齒條鋼提出了大厚度、高強度、高韌性的發展需求，這類產品一般使用調質熱處理狀態交貨。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品開發的難點。

    船舶與海工用特種鋼是海洋結構物建造中的關鍵材料，目前國內還大量進口，是國內造船行業急需的鋼材。推進我國高技術船舶與海洋工業的發展，大量關鍵技術需要突破，核心問題之一就是船舶與海工用特種鋼的推廣與應用，需要冶金企業與造船業共同努力，早日實現多品種、多規格的工業化供貨。

    大規格船用球扁鋼

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

    總之，船舶及海洋石油工業的飛速發展給造船及海洋工程用鋼提出了高強度、高韌性、大線能最焊接及耐腐蝕性的要求，同時還需要具備大厚度及大尺寸規格的要求。采用V-N-Ti復合處理技術，開發了100KJ/cm以上可大線能量焊接平臺鋼。采用Mg-Ti復合處理技術，開發出適合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，焊接熱影響區粗晶區-20℃沖擊功高達350J。通過超純凈度及添加耐蝕合金的方法開發出NS-D32及NS-D36船板鋼，下底板腐蝕速率僅為傳統鋼的1/130采用釩氮微合金化+碳氮化釩控制析出軋制工藝開發出43號極限大規格D40球扁鋼。采用TRRP工藝獲得表層細晶粒組織，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計要求。齒條鋼由過去的100mm、127mm發展為主力船型用的178mm，并逐步增加210mm齒條鋼的使用，個別工況的最大厚度達到259mm。服役工況也更為苛刻，要求的強韌性匹配更高。油氣儲運設備的大型化趨勢也使用戶對Ni系低溫鋼安全裕量的考核更加重視。20萬m3和25萬m3巨型LNG儲罐的設計和建造促進了超級9Ni鋼的研究和開發，產品厚度達到50mm以上，在保持強度水平的情況下，-196℃沖擊功由150-220J是高至250J以上，-163℃CTOD值達到0.3mm以上。

責任編輯：王元

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