船舶工业迅速发展，新型高性能船用钢应运而生，你知道几种？

钢材构成了船舶建造的核心原料，其用量在船体结构中可能占据船舶总重的六成以上。伴随着船舶制造业的迅猛进步，原先的船用钢材已无法满足日益增长的应用需求，因此，众多新型且性能卓越的船用钢材相继问世。为了适应超大型集装箱船的设计与制造要求，研发出了重量为47公斤的高强度止裂钢，从而增强了该类船舶的结构安全；针对原油船货油舱的抗腐蚀性要求，推出了耐蚀钢，有效减少了船舶建造与维护的费用；为了高效建造船体，开发了大线能量钢板，实现了大合拢部分的一次性焊接成型；针对能源运输的特殊需求，研发了超低温用钢，其最低使用温度可达-196℃；为满足结构精细施工的要求，出现了热变形抑制钢板，确保了加工和焊接过程中的变形能够精确控制；此外，为了提升船舶结构的耐疲劳性能，推出了耐疲劳钢，显著增强了结构的疲劳寿命。

止裂钢

集装箱船舶的尺寸日益增大，目前已有载重20000TEU的船只开始投入使用。对于超过10000TEU的船舶，其上部结构的钢板厚度已经达到了80毫米，强度能够达到40公斤级别。然而，对于20000TEU级别的箱船，则需要采用厚度达到47公斤级的超厚钢板。这种大厚度和高应力状况可能会引发脆性断裂的风险，因此，采用止裂钢是最佳的解决方案。这种钢材经过精心设计，其单侧板面大约1/6的区域形成了1至2微米的超细晶铁素体结构，这一结构能够有效遏制裂纹在钢板上的扩散，进而避免船体结构发生大规模的脆性断裂，确保船舶的安全运行。止裂性能的评估是决定止裂钢能否被广泛应用的关键因素。目前通用的夏比冲击试验在止裂韧性评价方面存在可靠性不足的问题。此外，进行大型止裂韧性试验不仅耗时且费用高昂，这使得它在止裂钢的出厂检验阶段难以实施。针对这一难题，CCS联合国内的研究机构和钢铁生产企业进行了技术攻关，成功研发出一种针对止裂钢性能的CAT评价方法。目前，这一方法已被IACS认可，并被纳入UR W31文件中。

耐蚀钢

国际海事组织批准了关于强制实施原油舱防腐措施的SOLAS公约修正案，并且还接受了涂料性能的相关标准。

IMO 决议MSC.288(87)

及替代防腐蚀措施的性能标准

IMO 决议MSC.289(87)

耐蚀钢被确认为原油舱PSPC涂装防腐蚀的独一替代方案，这种耐蚀钢适用于特定的舱容环境，主要服务于原油船的货油舱，其腐蚀的主要介质为氯离子和硫酸根离子。在这种环境下，普通钢材难以形成连续且致密的氧化层，氧化腐蚀产生的物质会以层状形式剥落，或者形成较深的点蚀坑，从而对船舶结构的安全构成威胁。耐蚀钢中加入了少量的特定元素，这些元素使得钢材在原油舱的恶劣环境中能够生成一层连续的氧化保护层，其理论腐蚀速度仅为普通钢材的十分之一。据预测，即便不进行涂装处理，这种钢材在25年内的板厚减少也不会超过相关规范的要求，并且能有效防止形成较大的点蚀坑。此类钢板的成本增加幅度较小，主要得益于耐蚀元素的总添加量未超过1%，且不含贵金属成分。此外，在整个使用过程中无需进行维护，这使得其与采用PSPC涂装防腐蚀的钢板相比，在成本上具有显著优势。

大线能量钢

船舶建造过程中，合拢环节对船台资源的需求较大。若能缩短合拢焊接的时长，便能显著提升船厂的生产效率。目前，较为高效的焊接技术包括一次性成型的多丝埋弧焊和气电立焊。然而，这些焊接技术所需的热输入量普遍较高，通常超过100kJ/cm，甚至最高可达500kJ/cm。相比之下，对于普通船用钢而言，其最大焊接热输入量的要求仅为50kJ/cm。焊接过程中，钢板的焊接热影响区（HAZ）需承受高温的循环作用，若热输入量过高，便可能导致HAZ组织结构变得粗糙，从而显著降低其韧性。因此，大线能量钢板得以问世，这种钢板基于“氧化物冶金”的设计理念，经过Ti-Mg、Ti-Zr的复合处理，钢中形成了众多直径约1-2微米的细小复合含Ti氧化物粒子，这些粒子能够对HAZ区域的晶界产生固定作用，有效遏制其在高温循环中的膨胀，进而提升HAZ区域的韧性。对于这类热输入量约100kJ/cm、强度较低的大线能量钢，其成分设计上与同等级别的普通钢相差无几。只需将钛元素的含量维持在0.012%至0.016%之间，并精确调控钛与氮的比例，就能确保其在热影响区（HAZ）的冲击韧性达到标准。此外，这种方案的低成本附加优势，也为大线能量钢的广泛使用和推广创造了条件。

超低温钢

我国能源转型步伐加快，天然气需求量逐年攀升，而LNG船（散装型）已成为天然气海上运输的主要手段。这类船舶在-163℃的极低温度下运输液化天然气，因此对储罐所用钢材的强度和低温韧性提出了较高要求。经过QLT热处理，即调质处理中增加一道两相区淬火步骤的9Ni钢，不仅强度显著提升，而且在-196℃的极低温度下，仍能保持较高的韧性。这一特性归因于，在上述热处理过程中，9Ni钢内部会形成一定数量的热稳定逆转变奥氏体。在一定范围内，9Ni钢的低温韧性会随着逆转变奥氏体含量的上升而得到增强，而这种逆转变奥氏体的存在，正是使得9Ni钢在极端低温的-196℃下依然保持其韧性的关键。鉴于9Ni钢的成本相对较高，行业内部已经研发出一种适用于低温环境的高锰钢，用以替代传统LNG储罐所使用的材料。目前，国际海事组织（IMO）已正式接纳了高锰钢的应用规范（MSC.1-Circ.1599）。一旦这一规范被纳入国际散装运输危险化学品船舶构造和设备规则（IGC规则）之中，便将能够付诸实际使用。高锰钢的锰含量介于22.5%至25.5%之间，其屈服强度显著超过400Mpa。通过大量锰元素的添加，钢材的奥氏体相区得以扩大，从而在常温条件下形成稳定的奥氏体组织。鉴于奥氏体钢不具备韧脆转变的特性，高锰钢展现出优异的低温韧性。即便在-165℃的极端低温下，其CTOD特征值仍可维持在0.54mm。

热变形抑制钢

近期，日本造船厂推行精细造船的思路已得到行业广泛认可。在分段建造过程中，对焊接产生的形变量进行精确调控是精细施工的关键步骤之一。通过有效管理焊接形变量，不仅能够确保结构尺寸的精确度，而且还能为后续工序带来极大的便利。要实现这一目标，除了要准确预测形变量，还必须使用具备热变形抑制性能的钢材。在切割与焊接过程中，普通船板往往会出现显著的形变现象；这一现象主要源于钢板内部存在较大的残余应力；这种残余应力的不均匀性使得变形量难以预测；因此，控制变形量成为了一项空谈。热变形抑制钢板是在原有的TMCP工艺技术之上，一方面在钢坯加热、轧制及快速冷却阶段中，有效遏制了平直度缺陷和残余应力的形成；另一方面，通过运用残余应力检测技术，实现了对残余应力的有效管理。

耐疲劳钢

船舶在服役过程中必须承受疲劳载荷，这种情况下，疲劳失效问题在所难免。疲劳裂纹的蔓延速度相较于脆性裂纹的超音速扩展要慢得多，其周期往往以年为单位。为了有效抑制疲劳裂纹的扩散，采用耐疲劳钢是一种有效方法。这种钢材的微观结构由适当比例的铁素体和贝氏体组成，并在表面形成超细晶粒区域。试验结果表明，耐疲劳钢在小型试样（CT试样）中的疲劳裂纹扩展速度仅为传统钢的一半左右，这一特性能够有效遏制疲劳裂纹的进一步扩散。焊接接头疲劳同样是导致结构疲劳的关键因素之一，除了采用打磨等传统手段之外，还可以利用特定焊材来延长接头的疲劳寿命。这种焊材在焊接完成后的冷却阶段会发生马氏体相变，伴随膨胀效应，进而抑制焊缝的收缩。通过这一过程，可以将原本的残余拉应力转化为残余压应力，从而优化接头的应力状况。