本報記者 包斯文
日前，在由中國物流與采購聯(lián)合會(huì )鋼鐵物流專(zhuān)業(yè)委員會(huì )主辦、上海卓鋼鏈電子商務(wù)有限公司承辦的2021年第十一屆中國鋼鐵物流合作論壇上，振華重工海工平臺研究所所長(cháng)、高級工程師黃曌宇的《海工裝備用鋼在生產(chǎn)中的應用及發(fā)展趨勢》專(zhuān)題報告，引起了鋼鐵行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈上下游的關(guān)注。
近年來(lái)，隨著(zhù)我國海工裝備制造業(yè)的快速崛起，我國初步建立起了涵蓋厚板、高強板、耐腐蝕板、耐低溫板等高端鋼材的海工鋼體系。不過(guò)，我國高端海工鋼領(lǐng)域仍有較多空白。尤其是具有Z向性能（抗層狀撕裂）的高強度鋼、超高強度鋼、油船貨油艙用耐腐蝕鋼、LNG（液化天然氣）船儲罐用殷瓦鋼（鎳鐵合金）、高屈服強度合金鋼及雙相不銹鋼板等鋼材產(chǎn)品，目前國內還不能完全實(shí)現批量生產(chǎn)，有的甚至還處于研發(fā)起步階段，仍需依靠進(jìn)口解決。
而在一些發(fā)達國家和地區，海工鋼研發(fā)進(jìn)展較快。例如，歐洲海洋平臺用鋼的研發(fā)、應用、品種系列化及標準化處于領(lǐng)先地位。目前，世界上關(guān)于海洋平臺用鋼的4個(gè)主要通用標準中，有3個(gè)為歐洲標準。日本也已實(shí)現海工鋼全系列供貨，尤其是在耐蝕鋼和大線(xiàn)能量焊接用鋼領(lǐng)域，開(kāi)發(fā)出了較多優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。
我們需要什么樣的海工鋼？
據黃曌宇介紹，海工裝備服役期一般為30年，比傳統船舶服役期長(cháng)50%。為保證海工裝備建造的經(jīng)濟性及服役期的安全性，其所用鋼材須具備高強度、高韌性、抗疲勞、抗層狀撕裂、良好的可焊接性及耐海水腐蝕等特性。
從高強度來(lái)看，海工鋼主要用于海洋平臺，服役環(huán)境十分惡劣，不僅要受到自身重力荷載的作用，還要受到海上風(fēng)浪、洋流、海底地震等海況條件帶來(lái)的影響。這就要求海工鋼須具備高強度，在設計結構和材料選擇方面必須考慮特殊的海況條件。例如，在自升式海洋平臺的樁腿、升降電動(dòng)齒輪、懸臂梁、齒條機構等關(guān)鍵部位，一般均需690兆帕及以上級別的超高強海工鋼。
從高韌性來(lái)看，傳統海工鋼主要是回火馬氏體組織，碳含量較高的同時(shí)，還加入了大量的合金元素來(lái)保證鋼的淬透性，導致其沖擊韌性下降，冷裂紋敏感性增強。一般來(lái)說(shuō)，材料的屈強比（屈服強度與抗拉強度的比值）會(huì )隨著(zhù)強度升高而上升。因此，在提高鋼材強度的同時(shí)，如何降低屈強比成為制約海工鋼發(fā)展的瓶頸。這就對海工鋼的高韌性提出了新的要求。
從良好的可焊接性來(lái)看，隨著(zhù)海工鋼厚度的增加，其碳當量（鋼鐵中各種合金元素折算成碳的含量）提高，導致海工鋼焊接性能變弱。為了實(shí)現海工鋼的高韌性及可焊接性，低碳設計理念越來(lái)越貫穿于海工鋼的生產(chǎn)環(huán)節中。
從耐腐蝕性來(lái)看，由于海工鋼無(wú)法定期回船塢檢修，有發(fā)生氫脆（溶于鋼中的氫聚合為氫分子，造成應力集中，超過(guò)鋼的強度極限，在鋼內部形成細小裂紋）的潛在危險。如果控制不當，就會(huì )在鋼中形成非金屬夾雜物，造成裂紋源，進(jìn)一步導致鋼材腐蝕開(kāi)裂。這將大幅惡化海工鋼的綜合性能，縮短其使用壽命。
可以預見(jiàn)，具有高強度、高韌性、良好的可焊接性及耐腐蝕性特點(diǎn)的海工鋼，是鋼鐵企業(yè)今后研發(fā)的主要方向。例如，自升式海洋平臺用690兆帕級特厚板、大口徑無(wú)縫管、460兆帕級導管架平臺用鋼及配套焊材、大線(xiàn)能量焊接用厚板及配套焊材、深海隔水管、耐腐蝕鋼筋、化學(xué)品船用特種雙相不銹鋼、高鉬超級奧氏體不銹鋼、深海集輸系統用耐蝕合金、沉淀硬化型不銹鋼、深海鉆采裝備用高等級高氮奧氏體不銹鋼等，都將成為鋼鐵行業(yè)重點(diǎn)研發(fā)的高端海工鋼。
鋼企如何發(fā)力海工裝備制造業(yè)？
面向“十四五”，國家提出要堅持陸海統籌，發(fā)展海洋經(jīng)濟，建設海洋強國，加快壯大海洋裝備產(chǎn)業(yè)?？梢灶A見(jiàn)，海工裝備制造業(yè)將成為我國戰略性新興產(chǎn)業(yè)的重要組成部分和高端裝備制造業(yè)的重點(diǎn)方向之一?！笆奈濉逼陂g，我國海工裝備制造業(yè)將推動(dòng)海工鋼向高端化發(fā)展。尤其是海上風(fēng)力發(fā)電裝備、海洋牧場(chǎng)平臺裝備、深遠海養殖裝備、海洋能發(fā)電裝備、海水淡化裝備、海上核電裝備、海上大型浮式結構裝置、島礁建設及近岸工程裝備等新型海工裝備的應用，將為高端海工鋼發(fā)展提供更廣闊的舞臺，更加要求海工鋼向著(zhù)高強度、高韌性、易焊接性、耐腐蝕性及大厚度、多規格的高端方向邁進(jìn)。
鋼鐵企業(yè)如何為海工裝備制造業(yè)提供更優(yōu)質(zhì)的高強海工鋼？黃曌宇對此提出以下幾點(diǎn)建議：
一是要大力開(kāi)發(fā)海工鋼生產(chǎn)新工藝。鋼鐵企業(yè)要以實(shí)現海洋平臺用高強度鋼的國產(chǎn)化應用為目的，開(kāi)展鋼板冶金質(zhì)量、組織性能穩定化控制等關(guān)鍵生產(chǎn)工藝技術(shù)研究，包括大斷面鑄坯（錠）凝固與冶金質(zhì)量控制、基于大厚度鋼板組織性能均勻化的控制軋制及熱處理技術(shù)；系統掌握大厚度鋼板的強韌性變化機制、微觀(guān)組織與力學(xué)性能控制的冶金學(xué)規律與控制技術(shù)等。
二是要與海工裝備制造企業(yè)聯(lián)手，進(jìn)行系統化的海工鋼應用技術(shù)研究。我國亟須在大線(xiàn)能量焊接的基礎原理及關(guān)鍵技術(shù)上實(shí)現突破，以滿(mǎn)足海工裝備制造業(yè)的高效化生產(chǎn)需求，推進(jìn)高端裝備材料的升級換代。
三是要加大低成本高附加值的高端鋼材研發(fā)。海洋平臺由鋼結構焊接而成，其中高強鋼占所用鋼材的60%～90%。如果可以在高強鋼合金設計上實(shí)現減量，就能大大降低海洋平臺的建設成本，滿(mǎn)足未來(lái)深海和極地海洋平臺對超高強鋼安全性能和建造成本的需求。這是高強度、高韌性海工鋼的重要發(fā)展方向。
四是要大力研發(fā)止裂性能優(yōu)異的高強海工鋼。為防止船舶、儲油罐、海洋工程結構、管線(xiàn)等結構設施發(fā)生斷裂，海工裝備制造業(yè)對止裂性能優(yōu)異的鋼板應用量日趨增大。這也是高強度海工鋼的又一重要發(fā)展趨勢。
五是要利用互聯(lián)網(wǎng)，向服務(wù)型鋼鐵企業(yè)轉型。為支持海工裝備制造業(yè)轉型升級，鋼鐵企業(yè)應將互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與傳統產(chǎn)業(yè)相結合，由制造型企業(yè)向服務(wù)型企業(yè)轉型，利用基于互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的物流體系，為海工裝備制造業(yè)提供庫存管理和精準配送服務(wù)，將數據化、網(wǎng)絡(luò )化、智能化生產(chǎn)與互聯(lián)網(wǎng)相結合，以滿(mǎn)足海工裝備制造業(yè)的個(gè)性化用鋼需求。
《中國冶金報》（2021年2月9日 05版五版）
