與陸地油氣開采相比，海洋環境洋流劇烈、海溫和壓力隨深度變化大、海底巖層結構與陸地井迥異。海洋油氣中H2S、CO2和Cl-等的含量普遍較高，海底微生物種類復雜，化學腐蝕和微生物腐蝕能力都很強。因此，海洋油氣開采平臺用特殊鋼材料如不銹鋼、耐蝕合金等普遍要求高耐蝕、高強高韌和高耐磨等性能特點。國外先進的海洋油氣資源鉆采、加工、輸運等環節均應用了大量的超級不銹鋼和耐蝕合金材料。所謂的“超級”不銹鋼材料，與傳統不銹鋼材料相比，一般是指高Ni/Cr/Mo、高純凈度、采用N 金化或變形工藝強韌化的一類高性能不銹鋼材料，如超級奧氏體、超級鐵素體、超級雙相不銹鋼以及鎳基或鐵鎳基耐蝕合金等。

    本文通過對國外海洋平臺用先進高強度、高耐蝕性不銹鋼及耐蝕合金材料發展和應用現狀的系統調研，闡述了其商業化產品的分類及關鍵性能指標、應用領域、代表性企業及產業規模，其中先進特殊鋼代表性商業牌號和平臺典型件應用部位是重點討論的內容。另一方面，對目前國內該領域的材料研發、應用現狀以及存在的問題進行了剖析，揭示了國內外生產及市場環節存在的巨大差異。在此基礎上，對我國未來海洋平臺用先進特殊鋼材料的發展提出了合理建議，對相關材料研發和生產發展方向、產業發展模式等都具有參考意義。

    國外海洋平臺用先進特殊鋼：

    材料分類及關鍵性能指標

    與海洋平臺用微合金化結構鋼材料不同，海洋平臺用特殊鋼材料普遍都是高合金體系的Ni-Cr 或Cr-Ni-Mo 基不銹鋼、超級不銹鋼或耐蝕合金材料，一般都具有高點蝕當量、高純凈度以及N 合金化等特點。使用這些高合金材料制備的海洋平臺典型件如儲運、工藝管道、脫鹽、換熱器、油井管、鉆探和樁腿等，為滿足其特殊的服役工況條件，普遍具備高強度、高耐蝕性或兼而有之。通常而言，耐蝕性和強度是海洋平臺用特殊鋼材料的兩個關鍵性能指標。目前國外海洋平臺用先進特殊鋼鋼種主要包括超級奧氏體不銹鋼、超級鐵素體不銹鋼、高強度奧氏體無磁不銹鋼、鎳基和鐵鎳基耐蝕合金等，這幾類特殊鋼材料因其合金成分體系設計不同而性能各有所長。

    （1） Mo 端：Mo 端的典型代表為高Mo 含量的Cr-Ni-Mo超級奧氏體不銹鋼。對于超級奧氏體不銹鋼而言，普遍具有較高的Cr、Ni 含量、一定的Mo 含量（6%～7%），具有在較高溫度優異的耐局部腐蝕和均勻腐蝕的能力，其點蝕當量PREN 值（Cr+3.3Mo+16N）一般都達到30以上，部分材料甚至高達50以上，這確保了此類材料優異的耐蝕性能；同時合理的N合金化使其兼具了較高的強度和塑韌性。

    （2） Ni 端：Ni 端的典型代表為鎳基或鐵鎳基耐蝕合金。對于鎳基或鐵鎳基耐蝕合金來說，其Cr、Ni、Mo 合金含量更高，在熱帶水域和離子介質復雜的條件下比超級奧氏體不銹鋼具有更為突出的耐局部腐蝕、應力腐蝕性能。可廣泛應用于油氣媒介、油水分離或其他更為苛刻的化工工藝管道、泵閥和離心機等工礦條件。

    （3） N端：對于高氮奧氏體不銹鋼來說，極高的N合金含量大幅度提升了材料的強度指標，使其具有室高溫條件下顯著優異的強度性能，由于采用了Mn-N代Ni成為奧氏體穩定元素，使其在性能優異的同時具有較低的生產成本。由于近年來其合金體系的不斷優化，以及一定的Mo元素加入，使其也具備了優良的耐局部腐蝕性，Cr 含量的不斷提升以及C元素的進一步降低，改善了材料的耐晶間腐蝕性能。

    高性能的海洋平臺用特殊鋼材料在國外早已商業化生產多年，典型的生產廠商包括瑞典山特維克（Sandvik）、德國蒂森克虜伯（ThyssenKrupp）、芬蘭奧托昆普（Outokumpu）、日本冶金（Yakin）、美國阿里根尼（ATIAllegheny）、美國特種金屬（SMC）、奧地利伯樂（Bohler）、美國卡朋特（Carpenter）等，其中代表性的海洋油氣資源開發工程用高性能Cr-Ni-Mo-N 體系超級奧氏體不銹鋼和耐蝕合金材料。

    國內海洋平臺用特殊鋼材料發展現狀：

    生產和應用現狀：

    據中海油海洋油氣項目組（深圳）、采購部門的內部資料顯示：國內海洋油氣田項目的上述特殊鋼部件和裝備均直接從Bohler、Alfa-Laval、Butting、Cameron、IntecSEA、CladTek、Flowserve、Goulds、Heatric 等國外廠商采購。據中海油開發工程設計公司的統計數據顯示：目前海洋平臺工藝設備中進口份額約占總造價的3%～5%；工藝管道和儲運管道約占總造價的15%～30%；因此單一平臺項目中進口份額目前要占到平臺總造價的30%～40%。這意味著僅COSL中海油服2013年下半年上馬的3個海洋油氣平臺項目，由于進口高性能特殊鋼關鍵部件而產生的費用就高達3～4億美元，約合人民幣20～25億元。

    由于我國海工用特殊鋼材料生產起步較晚、研制生產停滯不前，導致海工用特殊鋼及關鍵裝備絕大部分依賴進口，更不用提占據國際市場份額。以我國目前唯一一個自主開發的深海油氣田項目荔灣油田為例，平均水深僅為1500m，由于許多關鍵技術的欠缺，該項目3-1油氣田為我國與加拿大赫斯基能源合作開發，大部分關鍵裝備和部件如離心機、海底復合管道、泵閥等均從國外進口，租國外技術裝備采自己的海油氣，成為當前我國深海油氣資源開發的真實寫照。

    國內本領域新材料產業發展問題：

    我國目前海工用特殊鋼領域工業化生產及下游平臺用海工裝備部件的制造均已有一定程度的開展。部分典型部件如鉆具、管道、換熱器、泵閥等已在陸海油氣田以及石化工業中得到初步應用。但就材料制備、裝備制造等領域的具體工藝現狀來說，國內相關行業、企業、應用等均存在較為典型的問題。

    本領域新材料研發方向及發展模式：

    高強度無磁不銹鋼、超級奧氏體不銹鋼和耐蝕合金是未來我國海工用特鋼國產化需重點攻關的三大類鋼種，應用覆蓋海洋油氣的鉆采儲輸等環節。在目前研制和生產現狀的基礎上，各鋼種均具有自身獨特的發展趨勢：

    （1） 高強度無磁不銹鋼的發展趨勢是高強度、高耐蝕、無磁性和低成本。通過足夠的N 含量確保以上性能指標。國內目前已有部分企業生產此類產品，但其合金體系設計落后，強度、晶間腐蝕性能、熱變形加工工藝與國外相比差距很大。如何提高該類產品性能、優化合金體系是此類材料的研發重點。

    （2） 超級奧氏體不銹鋼的發展趨勢是高強度和高耐蝕性，通過高Cr、Ni、Mo含量確保足夠的耐蝕性能，通過適量的N含量確保兼具優異的力學性能，通過合理的熱變形工藝確保無開裂、高成材率。合金體系的創新和理論設計是此類材料的研發重點。

    （3） 耐蝕合金的發展趨勢是極高的耐蝕性和良好的加工工藝性能，通過極高的Cr、Ni、Mo 含量保證優異的耐局部和全面腐蝕性能，重點解決管材、板材的冶煉、熱擠壓、熱軋等制備技術，解決此類材料從無到有、有價無貨的問題。

    我國海洋工程用特殊鋼產業發展的模式也應當逐步走上良性軌道。海洋油氣平臺項目應當積極大膽地提出對主要關鍵部件最新、最前沿的需求、性能指標，通過設計部門和材料研發單位的通力配合，逐步實現材料和裝備國產化、規模化和工程化，使我國海工用特殊鋼走上良性發展的模式。國家層面也應由項目、企業和科研院所牽頭，出臺相應的行業和材料標準，使海洋平臺用先進特殊鋼材料的產學研各個環節更加規范化和法制化。

    如果說我國海洋平臺用結構鋼如中厚板等材料與國外設計生產水平差距較大，那么我國海洋平臺用特殊鋼材料的研制與國外相比幾乎為零。無論是上游特殊鋼材料開發及中游的關鍵典型件生產，還是下游海洋平臺項目的應用，都存在規劃性、模式性的發展問題。材料開發應當由高端牌號國產化開始，逐步向自主設計成分體系、加工工藝規范發展；典型件生產應當緊密結合材料研發趨勢，通過合理的、前瞻性的結構設計和材料使用達到提高產品服役性能、拔高產品附加值和科技含量的目的；而作為最終用戶的平臺項目部門，更是應當積極大膽通過試驗井、試驗平臺等方式主動提出對國產化材料的性能要求，摒棄“依賴進口，降低風險，減輕責任”的錯誤理念，逐步使用國產典型件并在此基礎上取代進口產品，這才是我國海洋平臺用特殊鋼材料健康、良性發展的正確方向。

責任編輯：王元

《中國腐蝕與防護網電子期刊》征訂啟事
投稿聯系：編輯部
電話：010-62313558-801
郵箱：ecorr_org@163.com
中國腐蝕與防護網官方 QQ群：140808414