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优质船舶及海工用钢的技术特点

目前，我国高技术船舶及海洋工程的国产化建立在高端材料和技术大

量依赖进口的基础之上。要推进我国船舶工业及海洋石油工业的发展，

保障我国能源、运输等行业的安全，大量关键技术有待突破，其中的

核心问题之一就是高品质造船及海洋工程用钢的研发和推广应用。

造船及海洋工程用钢的新要求

钢材是造船及海洋工程结构建造的主要原材料，占据了船体及海洋工

程建造成本的20%～30%。涉及的钢材品种主要包括钢板、型钢（船

用球扁钢、H型钢、角钢等）、铸锻钢以及配套焊接材料等。其中船

体建造耗用钢材量约占全船重量的60%左右，其中板材又占88%左右。

高强度、高韧性是造船及海洋工程用钢的基本要求。目前，在大型散

装货船和集装箱船中，390MPa级的高强度钢已占主导地位，而TMCP

（控制轧制和控制冷却技术）工艺生产的船体钢的强度级别已经达到

550MPa级以上，在海洋平台等大型海洋结构中获得广泛应用。而海

洋工程中自升式钻井平台的桩腿结构，如齿条板、半圆板和无缝支撑

管等部位，均要求屈服强度在690MPa以上的高强度低合金钢，同时

对低温冲击韧性的要求也极为苛刻，即使在普通工况条件也要求考核

-40℃（E级）的低温冲击性能，在寒冷或极寒条件下考核-60℃（F

级）甚至-80℃的低温冲击性能。

焊接性也是船体结构钢关注的重点问题之一。近年来，为降低建造成

本、提高造船的生产率，造船厂强烈要求采用大线能量焊接。国外广

泛采用100kJ/cm～500kJ/cm大线能量焊接。为此，各国开发了一系

列大线能量焊接船体钢，如日本于上世纪80年代初期研制的YP335

钢、90年代中期研制的YP390和目前正在研制的YP460钢等。目前，

在海洋工程用钢领域如平台用E36等，均要求采用大线能量焊接以提

高施工建造效率。

船舶及海洋工程结构的耐腐蚀性越来越受到人们的关注。近年来，国

际海事组织（IMO）先后通过了压载舱涂层防护标准（PSPC）和货油

舱用耐腐蚀钢性能标准（MSC87），这使得相关的研究工作变得更加

紧迫。JFE钢铁开发出了可抑制船舶压载舱涂膜劣化的新型高耐腐蚀

性压载舱用钢JFE-SIP-BT，由于找到了可抑制涂装后涂膜劣化的元

素，提高了基于腐蚀生成物的钢材保护性能，可将涂膜膨胀及剥离等

涂膜的劣化速度减慢到原钢材的一半左右。新日铁等通过提高钢材的

纯净度，添加Ni、Cu、W、Mo等耐蚀合金元素的方法研制开发的D36

货油舱用耐腐蚀钢，将船体结构的使用寿命从15年延长到25年，开

发的货油舱用耐腐蚀钢腐蚀速率约为传统钢的1/4。

厚度与尺寸规格也是船体钢技术水平的重要标志之一。GB5313-2010

对有厚度方向性能要求的钢板进行了规定，其中最高级别的Z35钢要

求断面收缩率≥35%。大型船体结构不仅对钢板提出了厚规格要求，

也对船用型钢提出了厚规格要求。30万吨级大型船舶舭龙骨部位要

求使用43号大规格D40球扁钢，腹板厚度最大达20mm，是目前研制

型钢中强韧性要求最高、截面尺寸最大的型材。

船舶用钢板应具有良好的止裂特性。近年来，散装货船的破损事故和

巨型油轮（VLCC）的触礁事故不断增多，除从设计上进行改进外，在

造船用钢方面，则要求船的碰撞和触礁产生较大塑性变形（10%）时，

造船用钢板必须具有良好的抗脆性裂纹传播的止裂特性。采用TMCP

工艺可生产出表层具有超细晶粒组织的钢板，厚度方向性能均匀，具

有良好的阻止脆性裂纹扩展的能力。这种船板已成功用于液化石油气

（LPG）船和散装货船剪切应力最大的部位。

高品质造船及海洋工程用钢的开发现状

大线能量焊接船板钢及平台用钢。船板用钢要求采用200kJ/cm以上

大线能量焊接，从而实现18mm~36mm厚钢板一次焊接成型。研究人员

采用氧化物冶金的技术思路开展了大线能量焊接用钢的研究开发工

作，研究了Ti处理、Zr处理、复合Ti-Mg处理、复合Ti-Zr处理对

船体钢大线能量焊接性的影响。结果表明，Ti-Mg、Ti-Zr复合处理

后，钢中获得了大量细小的复合含Ti氧化物粒子，其直径为1μm～

2μm。比较各种脱氧处理条件下焊接热影响区的低温韧性可以看出，

普通未进行任何处理的C-Mn钢焊后热影响区的整体低