本報記者 包斯文
日前，在由中國物流與采購聯合會鋼鐵物流專業委員會主辦、上海卓鋼鏈電子商務有限公司承辦的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中的應用及發展趨勢》專題報告，引起了鋼鐵行業產業鏈上下游的關注。
近年來，隨著我國海工裝備制造業的快速崛起，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品，目前國內還不能完全實現批量生產，有的甚至還處于研發起步階段，仍需依靠進口解決。
而在一些發達國家和地區，海工鋼研發進展較快。例如，歐洲海洋平臺用鋼的研發、應用、品種系列化及標準化處于領先地位。目前，世界上關于海洋平臺用鋼的4個主要通用標準中，有3個為歐洲標準。日本也已實現海工鋼全系列供貨，尤其是在耐蝕鋼和大線能量焊接用鋼領域，開發出了較多優質產品。
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50%。為保證海工裝備建造的經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、升降電動齒輪、懸臂梁、齒條機構等關鍵部位，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。為了實現海工鋼的高韌性及可焊接性，低碳設計理念越來越貫穿于海工鋼的生產環節中。
從耐腐蝕性來看，由于海工鋼無法定期回船塢檢修，有發生氫脆（溶于鋼中的氫聚合為氫分子，造成應力集中，超過鋼的強度極限，在鋼內部形成細小裂紋）的潛在危險。如果控制不當，就會在鋼中形成非金屬夾雜物，造成裂紋源，進一步導致鋼材腐蝕開裂。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，是鋼鐵企業今后研發的主要方向。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，都將成為鋼鐵行業重點研發的高端海工鋼。
鋼企如何發力海工裝備制造業？
面向“十四五”，國家提出要堅持陸海統籌，發展海洋經濟，建設海洋強國，加快壯大海洋裝備產業。可以預見，海工裝備制造業將成為我國戰略性新興產業的重要組成部分和高端裝備制造業的重點方向之一。“十四五”期間，我國海工裝備制造業將推動海工鋼向高端化發展。尤其是海上風力發電裝備、海洋牧場平臺裝備、深遠海養殖裝備、海洋能發電裝備、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、多規格的高端方向邁進。
鋼鐵企業如何為海工裝備制造業提供更優質的高強海工鋼？黃曌宇對此提出以下幾點建議：
一是要大力開發海工鋼生產新工藝。鋼鐵企業要以實現海洋平臺用高強度鋼的國產化應用為目的，開展鋼板冶金質量、組織性能穩定化控制等關鍵生產工藝技術研究，包括大斷面鑄坯（錠）凝固與冶金質量控制、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；系統掌握大厚度鋼板的強韌性變化機制、微觀組織與力學性能控制的冶金學規律與控制技術等。
二是要與海工裝備制造企業聯手，進行系統化的海工鋼應用技術研究。我國亟須在大線能量焊接的基礎原理及關鍵技術上實現突破，以滿足海工裝備制造業的高效化生產需求，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。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現減量，就能大大降低海洋平臺的建設成本，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展方向。
四是要大力研發止裂性能優異的高強海工鋼。為防止船舶、儲油罐、海洋工程結構、管線等結構設施發生斷裂，海工裝備制造業對止裂性能優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展趨勢。
五是要利用互聯網，向服務型鋼鐵企業轉型。為支持海工裝備制造業轉型升級，鋼鐵企業應將互聯網技術與傳統產業相結合，由制造型企業向服務型企業轉型，利用基于互聯網和物聯網的物流體系，為海工裝備制造業提供庫存管理和精準配送服務，將數據化、網絡化、智能化生產與互聯網相結合，以滿足海工裝備制造業的個性化用鋼需求。
《中國冶金報》（2021年2月9日 05版五版）
