进入21世纪，我国船舶及海洋石油工业迎来了高速增长的新时期，目前我国船厂能建造国际航运界所需船型的95%左右，包括17.5万t散货船、30万t超大型油轮（VLCC）、30万t浮式生产储油船（FPSO）、14.7万m3LNG船等，目前已有9座30万吨级造船坞，并在规划50万吨级和100万吨级船坞。舶及海洋石油工业的飞速发展对造船及海洋工程用钢提出了迫切需求。为适应船体高效化的建造需求，对船板钢提出了100-500KJ/cm的大线能量焊接要求，从而实现了船板钢的一次焊接成型；为提高船体运行安全性，延长钢材使用寿命，对压载舱、货油舱船板钢提出了耐腐蚀的要求，提高运行寿命的同时降低了维护成本；大型船体建造提出了43号大规格的D40球扁钢的需求，突破了传统型钢生产开发的极限；自升式海洋平台桩腿构件需要127-210mm厚高强度特厚板，突破了中厚板生产厚度规格极限；油气储运设备提出了超低温用钢铁材料，最低使用温度达到-196℃，服役环境极为苛刻。在此基础上，根据液化天然气（LNG）、液化石油气（LPG）、液化乙烯气（LEG）等低温油气的不同使用温度要求，研制开发了9Ni、5Ni或3.5Ni等Ni系低温钢。因此，高强度、高韧性、易焊接性、良好的耐腐蚀性以及大厚度、大规格化是船舶及海洋工程用钢的发展方向。

    目前，我国船舶与海工用钢已能满足国内市场的大部分需求，但部分高级别的特种钢材仍依赖进口。特殊用钢主要指具有高强度、大厚度、抗层状撕裂、大热输入焊接、耐腐蚀、超低温韧性、高止裂性能的钢板，其生产工艺严格，对设备稳定性要求高，开发难度大。下面就简要介绍下这些船舶用钢中的高端钢材：

    液化气体运输船用低温钢

    液化气作为一种天然资源，地区间分布不均，国际间运输主要通过液化气体专用运输船进行，包括LPG船和LNG船。随着LNG工业的迅猛发展，9Ni低温钢的研究和开发热度持续升温，LNG储存温度为-163℃，要求LNG储罐内壁用9Ni钢具有较高的强度、良好的低温韧性和较小的波动。

    另一个重要的低温用钢是LNG船用Invar合金，Invar合金薄带是薄膜型LNG船的必备材料，应用于货舱围护系统。Invar合金是Ni=36%，热膨胀系数极低，能在很宽的温度范围内保持固定尺寸，适合常温至-163℃的温度变化。由于我国船厂接受了多艘LNG船订单，所以对Invar合金的国产化提出了迫切需求。

    大热输入焊接用船板的开发

    焊接是船体制造的关键环节，约占船舶制造成本的17%。随着船板厚度规格的增加，开发具有高焊接热输入适应性的钢板以提高焊接效率成为船体建造需重点解决的问题。大热输入焊接用钢是指焊接热输入在400kJ/cm以上的钢种。

    提高焊接热输入，必须解决焊接热影响区（HAZ）韧性降低的问题。提高HAZ韧性的方法包括采用低碳当量的合金设计、细化HAZ晶粒尺寸及改善HAZ晶内组织。

    油船货油舱用耐腐蚀钢

    随着深海开发和远洋航运的发展，对船板及海洋结构的耐腐蚀性提出了越来越高的要求，包括耐大气腐蚀、耐海水腐蚀以及耐原油腐蚀。其中，油船货油舱耐蚀钢是近十年来国际上研究开发的重点。

    油船是国际间原油运输的重要工具，其货油舱主要采用耐蚀性较差的AH32、AH36钢板，采用涂层方式进行腐蚀防护。对于涂层保护形式，需定期进行涂层维护，耗费高、工期长，且施工环境恶劣。2010年，国际海事组织（IMO）将使用耐蚀钢认定为保护涂层的可替代方案，2013年，IMO船用耐蚀钢性能标准正式实施。

    此外，为了提高海洋结构物的寿命，需要开发耐海水腐蚀性以及耐海洋微生物腐蚀性良好的钢板，特别是在南海海域高湿热、强辐射、高Cl-海洋环境中。

    高止裂韧性船用钢板

    大型集装箱船普遍采用高强度和大厚度的钢板，大厚度使得钢板的受力状态发生改变，抗开裂性能下降，一旦在极厚板中出现裂纹，该裂纹将会沿着焊缝不断传播，即使进入母材，裂纹也不会停止扩散。为保证船体结构的安全可靠，对材料的止裂性能提出了更高的要求。 目前评价船用钢止裂性能的试验方法主要有日本船级社提出的ESSO 试验和双重拉伸试验。

    海洋平台特厚齿条钢

    随着海洋石油工业的深入开展和钻采难度的加大，自升式钻井平台用齿条钢提出了大厚度、高强度、高韧性的发展需求，这类产品一般使用调质热处理状态交货。但是，随着齿条钢厚度的增加，截面厚度方向上组织、性能差异增大，提高特厚齿条钢的淬透性成为这类产品开发的难点。

    船舶与海工用特种钢是海洋结构物建造中的关键材料，目前国内还大量进口，是国内造船行业急需的钢材。推进我国高技术船舶与海洋工业的发展，大量关键技术需要突破，核心问题之一就是船舶与海工用特种钢的推广与应用，需要冶金企业与造船业共同努力，早日实现多品种、多规格的工业化供货。

    大规格船用球扁钢

    综合利用新型钒氮微合金化设计+碳氮化钒控制析出轧制工艺（PCRP），集成创新开发出高韧性、大规格船用球扁钢品种技术。依靠奥氏体中析出的碳氮化钒促进晶内铁素体形核，显着细化了最终的铁素体晶粒尺寸，获得显着的细晶强化效果。同时，依靠铁素体中弥散析出的碳氮化钒的析出强化作用，显着提高钢的强度。利用上述技术思路，可在传统孔型轧制条件下研究开发出屈服强度355MPa、390MPa、440MPa级系列高韧性船用球扁钢品种。其中研制开发的D40极限规格43号（边长430mm、腹板厚20mm）热轧船用球扁钢屈服强度高于410MPa，-40℃冲击功达到200J。高韧性、高强度、大规格船用球扁钢的开发解决了高韧性舰船用球扁钢品种技术难题，满足了我国船体建造的需要。

    总之，船舶及海洋石油工业的飞速发展给造船及海洋工程用钢提出了高强度、高韧性、大线能最焊接及耐腐蚀性的要求，同时还需要具备大厚度及大尺寸规格的要求。采用V-N-Ti复合处理技术，开发了100KJ/cm以上可大线能量焊接平台钢。采用Mg-Ti复合处理技术，开发出适合100-200KJ/cm的大线能量焊接船体钢，其中在200KJ/cm的大线能量焊接时，焊接热影响区粗晶区-20℃冲击功高达350J。通过超纯净度及添加耐蚀合金的方法开发出NS-D32及NS-D36船板钢，下底板腐蚀速率仅为传统钢的1/130采用钒氮微合金化+碳氮化钒控制析出轧制工艺开发出43号极限大规格D40球扁钢。采用TRRP工艺获得表层细晶粒组织，显着提高厚钢板止裂韧性，满足集装箱船舱口围等部位止裂设计要求。齿条钢由过去的100mm、127mm发展为主力船型用的178mm，并逐步增加210mm齿条钢的使用，个别工况的最大厚度达到259mm。服役工况也更为苛刻，要求的强韧性匹配更高。油气储运设备的大型化趋势也使用户对Ni系低温钢安全裕量的考核更加重视。20万m3和25万m3巨型LNG储罐的设计和建造促进了超级9Ni钢的研究和开发，产品厚度达到50mm以上，在保持强度水平的情况下，-196℃冲击功由150-220J是高至250J以上，-163℃CTOD值达到0.3mm以上。

责任编辑：王元

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