船舶与海工用特种钢材应用前景广阔精编版

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船舶与海工用特种钢材应用前景广阔

随着世界经济的发展，船舶的大型化、海洋资源开发的深海化需要大量采用具有特殊性能的船舶与海工用钢。

经过多年的发展，我国已经建立了比较完备的船舶与海工用钢体系，主要包括中国船级社规范CCS和GB712《船舶及海洋工程用钢》，钢级涵盖了早期大型船体采用的一般强度钢和现在海工设备常采用的焊接结构用超高强度钢。目前，我国船舶与海洋工程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微合金化钢材仍大量依赖进口。

当前，要推进我国高技术船舶与海洋工业的发展还有大量的关键技术需要突破，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企业共同努力，早日实现多品种、多规格的工业化供货。

船舶与海工用特种钢研发方兴未艾

液化气体运输船用低温钢。国际上主要通过液化气体专用运输船进行液化气，包括LPG（液化石油气）船和LNG（液化天然气）船。CCS《材料与焊接规范》规定了建造液化气体运输船的液货舱及其相邻船体结构用的低温韧性钢，包括使用温度在-55℃以上的碳-锰钢和使用温度在-60~-196℃的镍合金钢。其中9Ni钢是建造自撑式LNG船储罐最主要的钢种，国内有的钢企生产的船用9Ni钢板通过了多家船级社的认证。随着人类环保意识的增强，清洁能源占国际能源消耗的比重将逐渐提升，催生LPG船与LNG船的大量应用，这就需要大量低温钢，如9Ni钢和膨胀合金等。

大热输入焊接用船板。大热输入焊接用钢是指焊接热输入在400千焦/厘米以上的钢种。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。提高焊接热输入适应性，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。

耐蚀钢。油船是国际间原油运输的重要工具，油船货油舱耐蚀钢用量占到船舶总用钢量的40%~45%，意味着耐原油腐蚀钢板具有巨大的市场需求。以往，油船货油舱主要采用耐蚀性较差的AH32、AH36钢板，采用涂层的方式进行腐蚀防护。2013年，IMO船用耐蚀钢性能标准正式实施。目前，我国已基本完成了E36级别耐蚀钢及相关焊材的开发，钢板已经申报船级社认证，并向3.8万吨级油轮示范改装船货油舱内底板和上甲板供货1000多吨。此外，为了延长海洋结构物的寿命，需要开发耐海水腐蚀性和耐海洋微生物腐蚀性良好的钢板。

高止裂性能钢板。大厚度使得钢板的受力状态发生改变，抗开裂性能下降，对材料的止裂性能提出了更高的要求。目前，多家船级社已对船板的止裂性能提出要求。高止裂船板主要应用于集装箱船的舱口围栏，散货船的舱口盖和甲板装置、有侧肋骨的船侧板，油轮的船舷侧板、船底侧板。国内相关权威机构采用双重拉伸试验方法为国内钢企提供了EH47钢止裂性能试验报告。该报告已通过了法国船级社的审核，双重拉伸试验也被编入了CCS《船用高强

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度超厚板应用指南》。2014年1月份，国际船级社协会（IACS）对高止裂性能钢板提出的要求正式生效，随后国内钢企与权威机构签订了EH47钢80毫米厚板止裂性能检测及相关技术服务合同。

海洋平台用超高强度钢。自升式平台具有用钢量少、造价低及效率高等优点，在近海开发中发挥了巨大作用。升降系统是自升式平台的关键技术，实践中多采用齿轮齿条的升降方式。随着平台工作水深的增加，齿条钢的厚度不断增大，对性能要求也越来越严格。齿条是桩腿的核心部件，因此齿条材料必须具有较高的强度和韧性，齿条及半圆板用钢主要采用美国材料与试验协会ASTM标准中的A517Q/A514Q。未来，在海洋工程方面，我国有30多个油气田待开发，需建造70多座平台。据悉，每座300英尺自升式平台需EQ70钢950~1050吨，每座400英尺自升式平台需EQ70钢2300~2400吨，特殊高强度钢的需求量在10万吨以上。

船舶与海工用钢的加工难点在于焊接成型

对于船舶与海工用钢，其加工重点及难点都在焊接成型方面。焊接的难易和焊接质量的好坏，决定了海洋钢结构物的最终使用性能。此外，钢板在切割过程中也容易形成裂纹。

超高强钢的焊接。随着强度级别的提高，材料中碳及合金元素加入量增大，容易引起焊接热影响区的脆化和形成冷热裂纹。此外，焊接接头热影响区软化也是细晶粒钢焊接时普遍存在的问题。

A517Q属于船舶与海工用钢中强度级别最高的钢种。目前，国内多家钢厂已研发出该钢种，通过了船级社认证，并有了生产实绩。作为齿条板的制造材料，A517Q必须具有较高的强度、韧性和焊接性。A517Q的碳当量及冷裂纹敏感性系数较高，焊接性较差，具有较大的淬硬倾向，易产生冷裂纹。为了获得强度、塑性及韧性的最佳匹配，焊接过程中应综合采用焊前预热、最佳热输入控制、焊后缓冷、层间温度控制等措施。

大热输入焊接技术。作为船舶建造中最长的工序，大热输入焊接技术效率的高低决定了船舶建造的成本和交货周期。为了提高焊接效率，需提高焊接热输入。目前船厂多采用多丝埋弧焊、气电立焊、电渣焊等高效焊接方法，与传统焊条电弧焊相比，焊接效率可以提高10倍以上。对于该工艺，关键是采用具有大热输入焊接适应性的钢板，此外，还应开发相应的焊材，采用适当的焊接方法。

特厚板切割技术。海洋平台桩腿用钢主要采用690兆帕级别的Z向钢，最大厚度可达到210毫米。目前，厚度超过100毫米的高强钢板主要采用氧乙炔气体切割的方式。切割后的边随着钢板的自然冷却会产生收缩应力，严重时将产生较复杂的变形，甚至产生裂纹。以自升式平台齿条用钢为例，A517Q厚板经切割后可直接应用于升降齿条，无需再加工，其对切割技术提出了极高的要求，切割过程保证切割表面的光洁性，还要防止钢板的变形。为此，需要采用合适的切割工艺和技术，如采用双头对称的切割技术等。此外，可以在切割前对大厚度钢板进行预热以清除钢板表面水分。

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