殷瓦钢薄如纸片仅0.7毫米，LNG船关键材料却对湿度要求极高

导语

殷瓦钢材薄如蝉翼，其厚度仅有0.7毫米，在230℃以下温度区间内，该合金材料的尺寸变化微乎其微，是建造LNG船舶不可或缺的关键材料。然而，它对湿度的敏感度极高，一旦接触到手指，仅需一天时间，就可能发生锈蚀，一旦出现锈迹，整张价值不菲的钢板便将报废。

出品| 网易新闻

作者| 一闻，钢铁行业研究人员

液化天然气运输船，宛如漂浮在海洋上的钢铁巨兽，其建造过程需消耗数万吨各式钢材。即便在钢铁工业高度发展的当下，全球仅有两个国家具备生产LNG主力船型关键部位所需钢材的能力，分别是法国和中国。

殷瓦钢，这种独特的钢材，能够在零下163摄氏度的极端低温下保持其形状不变，属于一种镍铁合金。其厚度仅薄如纸张，却承载着制造LNG船只的关键角色，若缺少了它，LNG船只的整个结构将因无法抵御超低温而面临冻裂的风险。

（殷瓦钢）

1热胀冷缩？对于殷瓦钢来说不存在的

通常而言，大部分物体都会遵循热胀冷缩的物理规律，即遇热时体积增大，遇冷时体积减小，即便是坚固的金属也不免如此。以铝板和常见的钢板为例，当环境温度每下降50摄氏度，1米长的铝板会相应缩短2.5毫米，而相同长度的普通钢板则会缩短1.8毫米。

然而，在1896年，瑞士血统的法国物理学家C.E.Guialm观察到，一种由镍、铁和碳组成的合金，其镍含量为36%，铁含量为63.8%，碳含量为0.2%，却呈现出异常的热膨胀特性。具体来说，在低于230℃的居里点温度范围内，这种镍铁合金的尺寸几乎不会因为温度的变化而发生任何显著的改变。他给这种合金取名为殷瓦钢，其英文名称意为“恒定不变”，而殷瓦钢所展现出的那种非同寻常的热膨胀特性，亦被称作殷瓦效应。

实验数据揭示，在镍含量介于32%至36%的范围内，该合金的膨胀系数平均值达到了1.5×10^6℃；而当镍含量精确至36%时，其热膨胀系数更是降至最低，具体数值为α=1.8×10^6℃，这使得合金的热膨胀系数几乎趋近于零。

（殷瓦效应）

殷瓦钢这一特性成因至今未明，尚无一个完备的理论能够对其作出详尽的阐释。然而，自殷瓦钢被发现以来，它所具备的巨大工业应用前景已吸引了众多研究者的目光。考虑到殷瓦钢在材料科学领域内具有极其重要的推动作用，C.E.Guilaume荣获了1920年的诺贝尔物理学奖，他成为了冶金学科领域内首位获得诺贝尔奖的学者，同时也是首位因材料学研究成果而获此荣誉的科学家。

（殷瓦钢发明者、物理学家C.E.Guialm）

殷瓦钢在粗犷的钢铁领域中显得格外珍贵：其质地轻薄，仅0.7毫米的厚度如同纸张；其价格不菲，在以吨为单位交易的钢铁市场里，殷瓦钢却需以公斤计价，每公斤的价格更是高达百元以上；它娇嫩易损，对湿度的要求极为苛刻，稍一触摸，仅需一日，便可能生锈穿透。殷瓦钢一旦出现锈蚀，整块价值不菲的钢板便无法继续使用，因此，在生产、运输以及使用环节，相关人员必须佩戴专用的防汗手套，同时，在存放时还需采取贴膜措施。

（与殷瓦钢接触的所有人都必须戴上吸汗手套）

2液化天然气隔热防泄漏，殷瓦钢是最理想材料

液化天然气运输船，能在摄氏负一百六十三度的极低温度环境中作业，是专门用于运输液化天然气的船舶，它集高科技、高难度和高效益于一身，被誉为全球民用船舶工业的“璀璨明珠”，目前，全球范围内仅有二十多家船舶制造厂具备生产此类船舶的能力。

LNG船舶主要分为球罐型、薄膜型和自持式棱柱型三大类。其中，薄膜型LNG船以其主屏壁薄、隔热性能优越、结构强度高、材料使用量少以及能耗低等显著优点，脱颖而出，成为性能最为卓越的LNG船型。据统计，薄膜型LNG船占据了LNG船总量的约70%，稳居LNG船型中的主导地位。

（从左至右：薄膜型、球罐型、自持式棱柱型LNG船）

LNG船舶的制造难度很大，这主要是因为其运输货物的特性非常独特。液化天然气被归类为危险品，其体积被压缩至气态的六百分之一，即便是一个微小的针眼大小的漏洞也可能引发泄漏。一旦发生泄漏，LNG会迅速气化，若遇到火源，则可能引发闪火或蒸汽云爆炸等严重事故。

LNG船的核心部位，液货舱的内壁是由众多殷瓦钢片焊接而成的，这些钢片最薄的部分仅有0.7毫米之厚，而其焊缝的总长度竟然达到了约百公里。此外，LNG船配备有四个用于装载天然气的液化舱，每个液化舱中的每一寸焊缝都绝不允许存在任何泄漏的情况。

一艘容积达10万立方米的液化天然气运输船，在满载状态下，其储存的液化天然气所蕴含的总能量堪比超过40枚广岛原子弹。一旦发生爆炸，其后果将无法预料。因此，LNG船的建造重点在于其货仓的围护系统。这一系统犹如大型冰箱的内胆，能够应对从常温到极端低温的剧烈温度变化，有效防止液化天然气的泄漏，并确保在整个运输过程中保持这种低温状态。

以NO96型为核心的大型薄膜式LNG运输船，其货舱的防护系统普遍采用了法国GTT公司的独有技术。这一系统由主、次两层薄膜保护层以及隔热箱构成：主次保护层充当防护层，其主要作用是防止LNG的蒸发和泄漏；在主次保护层之间，以及次保护层与船体内部之间，填充了膨胀珍珠岩的隔热箱，既起到了隔热保温的效果，又能确保LNG维持在低温液态，同时还能有效避免对船体造成冻伤。

（NO96薄膜型LNG船货仓围护系统）

殷瓦钢因其热膨胀系数极低，在遭遇剧烈的温度波动时，几乎不会出现形变。因此，即便在极端低温的环境中，它也能维持出色的强度。此外，与中碳钢相比，殷瓦钢展现出更优越的耐腐蚀能力。

LNG船的操作环境以及殷瓦钢的优异性能使其成为构建主、次屏蔽层的理想金属材料。

（薄膜型LNG运输船货仓内壁）

殷瓦钢虽有其独特优势，但亦存在明显不足，其对使用环境的要求尤为严格，需确保环境清洁且干燥，湿度需控制在60%以下，否则其易受损害。加之殷瓦钢的厚度仅为0.7毫米，焊接难度极大，因而被誉为全球焊接技术中最为艰难的一项。

3打破技术壁垒有多难？50多年全球只有一家货源

自1965年首艘采用殷瓦钢建造的大型液化天然气运输船“儒勒·凡尔纳”号问世以来，长达半个世纪的时间里，全球范围内仅有一家法国企业能够供应符合标准的殷瓦钢用于LNG船建造，这一事实确实令人感到惊讶。

实际上，众多国家的钢铁厂商对于突破殷瓦钢的技术障碍的渴望极其迫切，对于那些将钢材价格压低至极低水平的钢铁企业而言，单就殷瓦钢所具备的高附加值而言，其吸引力也是显而易见的。

殷瓦钢的单价大约是普通船板的两成，以我国建造的14.7万立方米LNG船为例，这类船舶所需的殷瓦钢大约在450吨上下，其总费用更是超过了5000万元。

但是，殷瓦钢材料特性复杂，生产难度极大。

殷瓦钢是一种含有36%镍的精密合金，它不仅对表面质量有极高要求，还需具备出色的力学性能。对于钢水的纯净度、成分的均匀性以及表面的质量，都有着极为苛刻的标准。这些要求无疑对钢铁厂的设备处理能力和生产工艺的精确度构成了不小的挑战。

殷瓦钢的生产涉及电弧炉冶炼或真空感应熔炼、LF精炼或真空氧气脱碳、真空电弧重熔或电渣重熔、连铸、热轧、冷轧等多个繁复的步骤。在这些步骤中，必须采取多种措施确保成分和性能达标，同时还要应对殷瓦钢表面硬度不足、易于产生轧制缺陷的挑战，从而保证其表面质量。

（殷瓦钢的生产流程）

2013年，我国工信部启动了《液化天然气船用殷瓦合金与绝缘箱胶合板关键技术应用研究》这一科研项目，随后，国内钢铁行业针对LNG船使用的殷瓦钢研发工作展开了积极的攻坚。经过不懈奋斗，我们最终突破了国外技术封锁，完成了工业化试制。在超低温环境（-196℃）下，产品展现了稳定的物理特性，同时具备了优异的强度和韧性。此外，该产品还通过了法国GTT公司，一家掌握薄膜型LNG船技术专利的企业，进行的两轮严格审查与认证。

我国正式跻身全球仅有的两个能够生产符合标准的LNG船用殷瓦钢产品的国家行列。

结语

依据权威的预测数据，预计到2035年，液化天然气在全球天然气贸易中所占的比重将达到一半。无论是采用殷瓦钢技术，还是LNG船舶制造业的进步，都预示着未来将拥有巨大的发展潜力和提升机遇。

国产化殷瓦钢应用于LNG船后，国际市场上单一企业垄断的局面得以根本扭转；我国造船企业在核心材料采购方面拥有了更强的信心，同时，LNG船的建造成本也将得到有效降低。此外，核心材料的国产化进程将助力我国船厂增强自主建造LNG船的能力和竞争力，从而更好地保障我国LNG进口的战略安全。

作为中国最具知名度的品牌标识，中国制造正致力于实现战略性的提升。「了不起的中国制造」这一专栏，诚挚邀请业界专家和经验丰富的从业者，共同展示他们所观察到的我国创新发展的历程。

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编辑| 史文慧