本報(bào)記者 包斯文
日前，在由中國(guó)物流與采購(gòu)聯(lián)合會(huì)鋼鐵物流專業(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(guó)鋼鐵物流合作論壇上，振華重工海工平臺(tái)研究所所長(zhǎng)、高級(jí)工程師黃曌宇的《海工裝備用鋼在生產(chǎn)中的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)》專題報(bào)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)，隨著我國(guó)海工裝備制造業(yè)的快速崛起，我國(guó)初步建立起了涵蓋厚板、高強(qiáng)板、耐腐蝕板、耐低溫板等高端鋼材的海工鋼體系。不過，我國(guó)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(qiáng)度鋼、超高強(qiáng)度鋼、油船貨油艙用耐腐蝕鋼、LNG（液化天然氣）船儲(chǔ)罐用殷瓦鋼（鎳鐵合金）、高屈服強(qiáng)度合金鋼及雙相不銹鋼板等鋼材產(chǎn)品，目前國(guó)內(nèi)還不能完全實(shí)現(xiàn)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(dá)國(guó)家和地區(qū)，海工鋼研發(fā)進(jìn)展較快。例如，歐洲海洋平臺(tái)用鋼的研發(fā)、應(yīng)用、品種系列化及標(biāo)準(zhǔn)化處于領(lǐng)先地位。目前，世界上關(guān)于海洋平臺(tái)用鋼的4個(gè)主要通用標(biāo)準(zhǔn)中，有3個(gè)為歐洲標(biāo)準(zhǔn)。日本也已實(shí)現(xiàn)海工鋼全系列供貨，尤其是在耐蝕鋼和大線能量焊接用鋼領(lǐng)域，開發(fā)出了較多優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。
我們需要什么樣的海工鋼？
據(jù)黃曌宇介紹，海工裝備服役期一般為30年，比傳統(tǒng)船舶服役期長(zhǎng)50%。為保證海工裝備建造的經(jīng)濟(jì)性及服役期的安全性，其所用鋼材須具備高強(qiáng)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(qiáng)度來(lái)看，海工鋼主要用于海洋平臺(tái)，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(qiáng)度，在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)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(tái)的樁腿、升降電動(dòng)齒輪、懸臂梁、齒條機(jī)構(gòu)等關(guān)鍵部位，一般均需690兆帕及以上級(jí)別的超高強(qiáng)海工鋼。
從高韌性來(lái)看，傳統(tǒng)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(dǎo)致其沖擊韌性下降，冷裂紋敏感性增強(qiáng)。一般來(lái)說(shuō)，材料的屈強(qiáng)比（屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度的比值）會(huì)隨著強(qiáng)度升高而上升。因此，在提高鋼材強(qiáng)度的同時(shí)，如何降低屈強(qiáng)比成為制約海工鋼發(fā)展的瓶頸。這就對(duì)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，隨著海工鋼厚度的增加，其碳當(dāng)量（鋼鐵中各種合金元素折算成碳的含量）提高，導(dǎo)致海工鋼焊接性能變?nèi)?。為了?shí)現(xiàn)海工鋼的高韌性及可焊接性，低碳設(shè)計(jì)理念越來(lái)越貫穿于海工鋼的生產(chǎn)環(huán)節(jié)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(yīng)力集中，超過鋼的強(qiáng)度極限，在鋼內(nèi)部形成細(xì)小裂紋）的潛在危險(xiǎn)。如果控制不當(dāng)，就會(huì)在鋼中形成非金屬夾雜物，造成裂紋源，進(jìn)一步導(dǎo)致鋼材腐蝕開裂。這將大幅惡化海工鋼的綜合性能，縮短其使用壽命。
可以預(yù)見，具有高強(qiáng)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(tái)用690兆帕級(jí)特厚板、大口徑無(wú)縫管、460兆帕級(jí)導(dǎo)管架平臺(tái)用鋼及配套焊材、大線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(jí)奧氏體不銹鋼、深海集輸系統(tǒng)用耐蝕合金、沉淀硬化型不銹鋼、深海鉆采裝備用高等級(jí)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(guó)家提出要堅(jiān)持陸海統(tǒng)籌，發(fā)展海洋經(jīng)濟(jì)，建設(shè)海洋強(qiáng)國(guó)，加快壯大海洋裝備產(chǎn)業(yè)?？梢灶A(yù)見，海工裝備制造業(yè)將成為我國(guó)戰(zhàn)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(guó)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(tái)裝備、深遠(yuǎn)海養(yǎng)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(jié)構(gòu)裝置、島礁建設(shè)及近岸工程裝備等新型海工裝備的應(yīng)用，將為高端海工鋼發(fā)展提供更廣闊的舞臺(tái)，更加要求海工鋼向著高強(qiáng)度、高韌性、易焊接性、耐腐蝕性及大厚度、多規(guī)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(qiáng)海工鋼？黃曌宇對(duì)此提出以下幾點(diǎn)建議：
一是要大力開發(fā)海工鋼生產(chǎn)新工藝。鋼鐵企業(yè)要以實(shí)現(xiàn)海洋平臺(tái)用高強(qiáng)度鋼的國(guó)產(chǎn)化應(yīng)用為目的，開展鋼板冶金質(zhì)量、組織性能穩(wěn)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(tǒng)掌握大厚度鋼板的強(qiáng)韌性變化機(jī)制、微觀組織與力學(xué)性能控制的冶金學(xué)規(guī)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(tǒng)化的海工鋼應(yīng)用技術(shù)研究。我國(guó)亟須在大線能量焊接的基礎(chǔ)原理及關(guān)鍵技術(shù)上實(shí)現(xiàn)突破，以滿足海工裝備制造業(yè)的高效化生產(chǎn)需求，推進(jìn)高端裝備材料的升級(jí)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(tái)由鋼結(jié)構(gòu)焊接而成，其中高強(qiáng)鋼占所用鋼材的60%～90%。如果可以在高強(qiáng)鋼合金設(shè)計(jì)上實(shí)現(xiàn)減量，就能大大降低海洋平臺(tái)的建設(shè)成本，滿足未來(lái)深海和極地海洋平臺(tái)對(duì)超高強(qiáng)鋼安全性能和建造成本的需求。這是高強(qiáng)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(qiáng)海工鋼。為防止船舶、儲(chǔ)油罐、海洋工程結(jié)構(gòu)、管線等結(jié)構(gòu)設(shè)施發(fā)生斷裂，海工裝備制造業(yè)對(duì)止裂性能優(yōu)異的鋼板應(yīng)用量日趨增大。這也是高強(qiáng)度海工鋼的又一重要發(fā)展趨勢(shì)。
五是要利用互聯(lián)網(wǎng)，向服務(wù)型鋼鐵企業(yè)轉(zhuǎn)型。為支持海工裝備制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，鋼鐵企業(yè)應(yīng)將互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)相結(jié)合，由制造型企業(yè)向服務(wù)型企業(yè)轉(zhuǎn)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(kù)存管理和精準(zhǔn)配送服務(wù)，將數(shù)據(jù)化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化生產(chǎn)與互聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合，以滿足海工裝備制造業(yè)的個(gè)性化用鋼需求。
《中國(guó)冶金報(bào)》（2021年2月9日 05版五版）
