在大部分人的認知中，鋼材應該是越厚越好，這樣才能支撐龐大的建筑物。但是有一種特殊的鋼材，既不能用在工程建筑領域，而且很容易就用手撕開，這種鋼材叫做殷瓦鋼。

看似普通的鋼材卻被法國GTT公司壟斷了40年，可最終還是被中國造出來了。那么什么是殷瓦鋼？中國為何非造不可呢？

被法國壟斷的殷瓦鋼

上個世紀六十年代，法國為了從撒哈拉沙漠運輸天然氣到歐洲，最開始是選擇管道運輸。可是面臨種種難題，最終選擇了船舶運輸。通過船舶在海上進行運輸天然氣，是彼時最好的解決方案。

可是選擇船舶運輸也并非萬無一失的方案，該用怎樣的存儲容器存放天然氣成為了一大難題，至少需要確保零下163度的低溫環境能維持穩定。只有在這樣的溫度環境下，才能順利運輸天然氣。

而這種專門運輸天然氣的船舶也被稱作是LNG船，其制造難度甚至堪比航空母艦，地位如同芯片制造業的光刻機。

法國GTT公司專注于LNG液貨圍護市場領域，占據了全球90%的市場份額。能夠取得怎樣的市場成績，都是因為GTT公司掌握了殷瓦鋼的關鍵技術。殷瓦鋼可以承受-163°的超低溫，這是一種含鎳量為36%的鎳鐵合金，最大的特性就是不會產生太大的膨脹，有非常高的穩定性。

全球能夠適應幾百度以下的材料有很多，可最終還是殷瓦鋼脫穎而出了。因為殷瓦鋼具有很強的耐腐蝕性，膨脹系數低，在低溫環境中也能保持非常高的強度。綜合這些優勢，殷瓦鋼成為制造LNG船的首選材料。

全球能制造這種LNG船的企業也只有十多家，這些企業能夠造出LNG船，也離不開法國GTT掌握的殷瓦鋼專利技術，而且還會用上GTT的液貨圍護系統。

雖然也有競爭對手想要撼動GTT的地位，可要么無法繞開GTT的專利，要么做不出比GTT更好的解決方案。

LNG船運輸天然氣考慮最多的就是如何節省不必要的空間，加大天然氣運輸儲量，還有降低建設LNG船的成本價格。畢竟要想建設一艘LNG船動輒都是幾千萬元左右，如果能節省建設成本開支，肯定是很多船舶公司都愿意選擇的。

在這些方面，法國GTT公司都有很大的競爭優勢，自然無可避免造成法國在殷瓦鋼市場的壟斷。而且從掌握專利技術以來，已經壟斷了近40年時間，直到中國寶鋼特鋼公司出手了。

國產打破殷瓦鋼壟斷局面

全球能制造液化天然氣運輸船只的船舶公司有不少，可是能夠提供薄膜型LNG船只殷瓦鋼材料的供應商卻不多。完成相應認證的更是寥寥無幾，法國GTT公司是第一家，而中國寶鋼特鋼公司成為了第二家。

寶鋼是國內乃至全球排在第一梯隊的鋼鐵制造企業，手握大量的鋼材冶煉專利技術，產品出口到世界各地。所涉及的范圍包括汽車、船舶、家用器材等等，幾乎能用上鋼材的領域，都是寶鋼的市場。

雖然LNG船的市場規模逐漸擴張，寶鋼也投入了研發力量，在經歷千錘百煉之后，終于完成了LNG船用殷瓦鋼的認證，打破法國殷瓦鋼壟斷的局面。

LNG船主要分為球形貨倉和薄膜型貨倉，根據船只類型的不同，對液貨圍護系統的需求也不一致。其中薄膜型貨倉的打造難度是更大的，因為這對焊接有非常高的要求。整片船艙不能有一絲縫隙，最薄的焊接點只有0.7毫米。

完整的船艙是由一塊塊殷瓦鋼焊接而成，如果是大型船艙，焊接的長度連接起來可以達到百公里。

從焊接到檢測，需要耗費大量的人力，物力和時間。這不是普通焊接工人隨意就能上崗的，光是培養一個殷瓦鋼焊接工人可能就需要幾十萬元。好在的是，中國經過長期的發展，以及對LNG造船業的投入，也培養了不少殷瓦鋼焊接工人。

因此，在材料，造船以及工人等方面，國產都已經打破了殷瓦鋼壟斷局面。

為何非造不可？

能夠打破殷瓦鋼的壟斷并不容易，即便是法國GTT公司，也是費盡了大量資源投入。作為第一個吃螃蟹的人，也得有這個本事才行。或許有人好奇，別人已經有的東西，中國為何非造不可呢？

理由很簡單，就是因為別人有，所以在制造國產LNG船時，很容易受到國外的限制。而且未來國內還有更多運輸液化天然氣的需求，不能依賴國外的技術產品，必須掌握自給自足的制造能力。

如果不去制造，國外很輕松就掌握了定價權，能不能供應也是對方說了算。而寶鋼邁出了重要一步，為中國LNG船業奠定了遠大的前景。

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全球70%LNG船都必須使用的關鍵材料——薄如紙張的殷瓦鋼

1896年法國物理學家C.E.Guialme發現了一種奇妙的合金，這種合金在磁性溫度即居里點附近熱膨脹系數顯著減少，出現所謂反常熱膨脹現象（負反常），從而可以在室溫附近很寬的溫度范圍內，獲得很小的甚至接近零的膨脹系數，這種合金的組成是64%的Fe和36%的Ni，呈面心里方結構，其牌號為Dilaton 36/4J36，它的中文名字叫殷鋼，英文名字叫因瓦合金（invar），意思是體積不變。這個卓越的合金對科學進步的貢獻如此之大，致使其發現者法國人C.E.Guilaume為此獲得1920年的諾貝爾獎，在歷史上他是第一位也是唯一的科學家因一項冶金學成果而獲此殊榮。

一、因瓦效應

因瓦合金(德鎳 Dilaton36)自從十九世紀被發現以來，人們就被它的巨大的工業應用潛力和所蘊含的豐富的物理內容所吸引，因瓦效應的研究不僅是闡明金屬及其合金、化合物磁性起源的重要途徑，而且在精密儀器儀表、微波通訊、石油運輸容器以及高科技產品等領域有廣泛的實際作用，因而因瓦合金是許多冶金材料學家力于開拓的新材料領域，其機理也是凝聚態物理學家尚待解決的難題。一般來說，絕大多數金屬和合金都是在受熱時體積膨脹，冷卻時體積收縮，它們的熱膨脹系數呈線性增大，但是元素周期表中的鐵、鎳、鈷等過渡族元素組成的某些合金，由于它們的鐵磁性，在一定的溫度范圍內，熱膨脹不符合正常的膨脹規律，具有因瓦效應的反常熱膨脹。例如，因瓦合金(Invar)在居里點以上的熱膨脹與一般合金相似，但在居里點以下形成反常熱膨脹，為了搞清因瓦合金的機理，科學家們作了大量的實驗，試驗表明，它的機理與化學成分及磁性有關，它在一定范圍的線膨脹系數是由低膨脹和高膨脹兩部分組成，含鎳量在一定范圍內的增減會引起鐵、鎳合金線膨脹系數的急劇變化。當含有32%-36%的鎳合金具有很低的線膨脹系數，一般平均膨脹系數為?=1.5×10-6 /℃，當含Ni量達到36%時，因瓦合金熱膨脹系數最低，達到a=1.8×10-6 /℃，從而可獲得低到接近零值甚至負值的熱膨脹系數。該合金在居里溫度以上（230℃），失去了磁性，膨脹系數變大，而在居里點Tc附近熱脹系數比正常的系數小，出現所謂的“負反常”現象。為什么因瓦合金會隨化學成分及磁性的變化會出現“負反常”的熱膨脹系數？科學家根據試驗結果，在理論方面對其進行了廣泛的研究，研究表明因瓦效應主要是在具有面心里方的γ-Fe中出現，在γ相和α相的相界，當α相為零時就出現因瓦效應，像這樣關于只在γ-Fe系合金中出現因瓦效應的原因，目前有各種解釋，但是大多數人認為，有兩種：

（1）在fcc合金中，Fe具有高自旋和低自旋兩種不同的能態，高自旋態使鐵磁性穩定并使合金的體積膨脹。這樣從居里溫度以上的溫度區逐漸降低過程中Fe從低自旋向高自旋能態過渡，使合金體積逐漸膨脹。但是，隨著溫度的降低，晶格振動減弱，合金體積也同時縮小，這個效應與Fe的磁性膨脹之間發生竟爭，結果使實際體積變化減小，產生正的自發體積磁致伸縮，使因瓦合金在居里點附近出現所謂的“負反常”。

（2）invar合金的費米能級位于d能帶低能態密度附近，從而在鐵磁性極化的同時，電子動能的增長比普通合金大得多，能帶寬度減小（能態密度提高），使之力圖減少動能的增長，而能帶寬度的減小相當于晶格膨脹，即磁性膨脹，其結果和上述（1）一樣，由于晶格膨脹與晶格振動相競爭，于是出現低膨脹特性。考察以上兩種見解，可以發現，invar效應是由Fcc立方Fe基合金的鐵磁性的能態所具有的一種特性引起的，這是上述兩種解釋都包含的共同概念。根據這個概念，可以設計其它因瓦合金。

二、因瓦合金的特性

因瓦合金(德鎳 Dilaton36)屬于鐵基高鎳合金，通常含有32%-36%的鎳，還含有少量的S、P、C等元素，其余為60％左右的Fe，由于鎳為擴大奧氏體元素，故高鎳使奧氏體轉為馬氏體的相變降至室溫以下，－100～－120℃，因而經退火后，因瓦合金在室溫及室溫以下一定溫度范圍內，均具有面心晶格結構的奧氏體組織，也是鎳溶于γ-Fe中形成的固溶體，因而因瓦合金具有以下性能。

1．膨脹系數小

因瓦合金也叫不脹鋼，其平均膨脹系數一般為1.5×10-6℃，含鎳在36%是達到1.8 ×10-8℃，且在室溫－80℃—+100℃時均不發生變化。

2．強度、硬度不高

因瓦合金含碳量小于0.05%，硬度和強度不高，抗拉強度在517Mpa左右，屈服強度在276Mpa左右，維氏硬度在160左右，一般可以通過冷變形來提高強度，在強度提高的同時仍具有良好的塑性。

3．導熱系數低

因瓦合金的導熱系數為0.026～0.032cal/cm?sec?℃，僅為45鋼導熱系數的1/3-1/4。

4．塑性、韌性高

因瓦合金的延伸率和斷面收縮率以及沖擊韌性都很高，延伸率δ= 25-35%，沖擊韌性αK=18-33公斤米/厘米2。

5．其它性能

由于因瓦合金含鎳較高，提高了鋼的淬透性和可淬性，提高了鋼的耐氣性，耐蝕性和耐磨性。

通過因瓦合金的化學成分、金相組織及機械、物理性能分析可知，因瓦合金的切削加工性與奧氏體不銹鋼類似，但比奧氏體不銹鋼還要難加工，故因瓦合金在加工中主要具有切削力大、切削溫度高、刀具磨損快等特點，因而因瓦合金在加工過程中，出現軟、粘和很大的塑性，切屑不易折斷，增加了切屑和前到面的摩擦，加劇了刀具的磨損，這樣不僅降低了刀具的耐用度，而且降低了工件的加工精度，因而在加工因瓦合金加工時，必須采用高性能的硬質合金涂層刀具和新的加工方法，才能使切削加工順利進行，只要方法得當，就可使難加工的因瓦合金變得很容易加工，使因瓦合金由“難加工成變成易切削”是我們研究因瓦合金材料性能的宗旨，也是我們所要達到的目標。

三、因瓦合金的發展及應用前景

自從因瓦合金(德鎳 Dilaton36)的發現，引起了世界各國科學家的重視和研究，使得因瓦合金無論是從種類還是從性能和應用上都得到了極大的提高。如1927年日本增本量首先研制出Fe—Ni—Co和Fe—Ni—Cr因瓦合金，1937年德國A..Kussmann研制出Fe—Pt和Fe—Pd因瓦合金等；我國在五、六十年代也研制出4J32和4J36因瓦合金；經過將70年的發展，直到20世紀70年代，美國Inco公司研制出Incoloy903合金，才使低膨脹合金進入了高溫用途領域，到80年代末期，才形成了現代低膨脹超合金系列。作為低膨脹合金都要求組織穩定性，一般要求在－60℃～－70℃下不發生馬氏體相變。因為一發生這種相變，合金的膨脹系數會發生突變，導致應用出現故障，這是不允許的。可貴的是，FeNi36因瓦合金和FeNi32Co4超因瓦合金，在-273℃下也能保持組織穩定性，因而至今廣泛應用的只有因瓦合金和超因瓦合金，近幾年來在改進它們的質量，擴大使用范圍，科學家們做了大量的研究工作，經過100多年的發展，因瓦合金仍然是被廣泛應用的經久不衰的優質材料。

在因瓦合金問世的一百多年以來，取其低膨脹系數低這一特征的應用領域迅速擴大，用因瓦合金制造的精密儀器儀表、標準鐘的擺桿、擺輪及鐘表的游絲成為早期最重要的產品，在上世紀20年代用因瓦合金代替鉑用作于玻璃封接的引絲，大大的降低了成本；到了五、六十年代，因瓦合金的用途繼續擴大，主要用于無線電電子管、恒溫器中作控溫用的熱雙金屬片、長度標尺、大地測量基線尺等；到了八九十年代，廣泛用于微波技術、液態氣體儲容器、彩電的陰罩鋼帶、架空輸電線芯材、湝振腔、激光準直儀腔體、三步重復光刻相機基板等。進入21世紀之后，隨著航天技術的飛速發展，新的應用還包括用在航天遙感器、精密激光、光學測量系統和波導管中作結構件、顯微鏡、天文望遠鏡中巨大透鏡的支撐系統和需要安裝透鏡的各種各樣科學儀器中。

總之，隨著因瓦合金不斷應用于人造衛星、激光、環形激光陀螺儀和其他先進的高科技產品，有力地表明這些古老的材料正在幫助現代科學向更高水平邁進。