本報記者 包斯文
日前，在由中國物流與采購聯(lián)合會鋼鐵物流專業(yè)委員會主辦、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、高級工程師黃曌宇的《海工裝備用鋼在生產(chǎn)中的應(yīng)用及發(fā)展趨勢》專題報告，引起了鋼鐵行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈上下游的關(guān)注。
近年來，隨著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，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(nèi)還不能完全實現(xiàn)批量生產(chǎn)，有的甚至還處于研發(fā)起步階段，仍需依靠進口解決。
而在一些發(fā)達國家和地區(qū)，海工鋼研發(fā)進展較快。例如，歐洲海洋平臺用鋼的研發(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)于海洋平臺用鋼的4個主要通用標(biāo)準(zhǔn)中，有3個為歐洲標(biāo)準(zhǔn)。日本也已實現(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的影響。這就要求海工鋼須具備高強度，在設(shè)計結(jié)構(gòu)和材料選擇方面必須考慮特殊的海況條件。例如，在自升式海洋平臺的樁腿、升降電動齒輪、懸臂梁、齒條機構(gòu)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，還加入了大量的合金元素來保證鋼的淬透性，導(dǎo)致其沖擊韌性下降，冷裂紋敏感性增強。一般來說，材料的屈強比（屈服強度與抗拉強度的比值）會隨著強度升高而上升。因此，在提高鋼材強度的同時，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)酢榱藢崿F(xiàn)海工鋼的高韌性及可焊接性，低碳設(shè)計理念越來越貫穿于海工鋼的生產(chǎn)環(huán)節(jié)中。
從耐腐蝕性來看，由于海工鋼無法定期回船塢檢修，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，超過鋼的強度極限，在鋼內(nèi)部形成細(xì)小裂紋）的潛在危險。如果控制不當(dāng)，就會在鋼中形成非金屬夾雜物，造成裂紋源，進一步導(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，具有高強度、高韌性、良好的可焊接性及耐腐蝕性特點的海工鋼，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、大口徑無縫管、460兆帕級導(dǎo)管架平臺用鋼及配套焊材、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高氮奧氏體不銹鋼等，都將成為鋼鐵行業(yè)重點研發(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(tǒng)籌，發(fā)展海洋經(jīng)濟，建設(shè)海洋強國，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)的重點方向之一?！笆奈濉逼陂g，我國海工裝備制造業(yè)將推動海工鋼向高端化發(fā)展。尤其是海上風(fēng)力發(fā)電裝備、海洋牧場平臺裝備、深遠海養(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，更加要求海工鋼向著高強度、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。
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)要以實現(xiàn)海洋平臺用高強度鋼的國產(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韌性變化機制、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，進行系統(tǒng)化的海工鋼應(yīng)用技術(shù)研究。我國亟須在大線能量焊接的基礎(chǔ)原理及關(guān)鍵技術(shù)上實現(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(jié)構(gòu)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(shè)計上實現(xiàn)減量，就能大大降低海洋平臺的建設(shè)成本，滿足未來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(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)對止裂性能優(yōu)異的鋼板應(yīng)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(zhuǎn)型。為支持海工裝備制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級，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)的個性化用鋼需求。
《中國冶金報》（2021年2月9日 05版五版）
