我国海洋工程用钢铁材料的性能要求及未来趋势

近年来，我国船舶工业发展迅速。 截至2019年1-10月，我国造船完工量、新接订单量、在手订单量分别占全球市场份额的37.1%、41.8%、44.1%，持续领跑全球，占据世界第一。 经过多年的发展，我国已初步建立了较为完善的船舶及海洋工程用钢材体系。 海洋工程用钢种类已大大多样化，厚板、高强板、耐腐蚀板、耐低温板均可使用。 但高端海洋工程用钢仍缺乏。

钢材是高质量船舶和海洋工程建设的主要原材料。 因此，发展船舶及海洋工程用优质钢材一直是海洋工程相关领域和钢铁行业高度关注的问题。 船舶和海洋工程用钢发生了许多新的变化。 新变化的总趋势是对“高强度、高韧性、易焊接性、耐腐蚀、大厚度、大规格、多品种规格”提出了更高、更严格的要求。 ，要求更加细化。

海洋工程用钢主要类型可分为：海洋油气开发设备用钢、船舶用钢、桥梁基础设施用钢、海洋特种装备用钢（包括深潜器、海水淡化、深海资源勘探等） ）， ETC。

1、海洋平台用钢

海洋石油天然气开发的主要设备是海洋平台。 海洋平台的使用寿命一般为20-40年，比普通船舶长50%左右。 由于海洋平台处于深水、浪涌、低温等多种复杂恶劣的服役环境，平台建造要求所使用的钢板需要具有高强度、高韧性、抗疲劳、抗层状撕裂、良好的焊接性和加工性。 其材料牌号范围为355-690MPa，最大厚度可达259mm。 还要求至少-40℃，甚至-60℃的低温性能，Z方向层状撕裂强度高达35%，以及良好的耐腐蚀性能。 随着我国海洋开发的不断发展，海洋平台钢材需求不断扩大，预计年钢材需求量将超过300万吨。

造船和海洋工程用钢材牌号

海洋工程用钢的性能要求

由于海上平台常年浸没在海水中，因此要承受各种恶劣的海况。 因此，海洋平台用钢的技术指标极高。 不仅要具有较高的耐大气腐蚀和海水腐蚀能力，还要求具有良好的机械性能和加工性能等。海洋平台用钢的性能要求包括：

(1)强度高，能抵抗水面以上风流的冲击。 具有良好的抗层状撕裂能力，防止钢材在厚度方向受到外力时发生撕裂；

(2)具有良好的低温冲击性能。 一些海上平台用钢需要在-60℃环境下具有良好的冲击性能，能够在极冷环境下服役；

（3）具有良好的焊接性能，焊接接头性能与母材具有相同或相近的力学性能，保证海洋平台整体结构的安全；

(4)钢材的纯净度要求。 钢材必须具有很低的P、S等杂质元素含量，对夹杂物的形态、类型和分布也有很高的要求，以防止海上平台受到台风和海流运动的影响。 受到影响时发生疲劳失效，确保生命财产安全。

(5)耐腐蚀要求。 由于海洋钢结构长期暴露在盐雾、潮湿、海水等环境中，受到海水和海洋生物的腐蚀，产生严重的电化学腐蚀。 漆膜容易发生严重的皂化和老化。 ，造成非常严重的结构腐蚀，不仅降低结构材料的力学性能，缩短其使用寿命，而且由于远离海岸，无法像船舶一样定期维修和保养。 因此，对其耐腐蚀性能的要求更高。

（6）针对海洋结构设施发生的一系列结构断裂灾害，国际工程领域对止裂性能钢板的生产和应用提出了要求，相关国际标准正在形成和推广。

2、船舶用钢

我国作为世界造船大国，正朝着轻量化、大型化、安全化、长寿化的趋势发展。 高技术船舶的设计、建造和材料应用已跻身世界先进行列。 船体结构用钢强度等级从235MPa～1000MPa，年需求量达到1200万吨以上。 具有高强度、高韧性、易焊接、高止裂性、耐低温、耐腐蚀、大厚度、宽规格等关键特性的钢板已成为船用钢的发展方向。 除处于研发阶段的冰级船舶、化学品船、LNG船、大型邮轮等船舶所需的特种钢材料外，我国已实现大部分船型所需材料的国产化。

3、海洋工程用钢未来发展趋势

随着深海和极地海洋平台建设的快速发展，海洋工程用钢的低温韧性显得更加重要。 因此，能够承受-60℃及以下低温的690MPa以上超高强度、高韧性、大厚度海洋平台用钢将是未来研发的重点。 这一趋势体现在以下几个方面：

（一）加快发展海洋平台用高强高韧钢材

采用高强/超高强高韧性钢材，可有效减轻平台结构自重，增加平台变载荷和自持能力，提高总位移与自重之比减轻平台钢结构重量，适应低温环境要求，显着降低平台的建设和施工成本。 安装费用。

（二）开发低成本高附加值产品

我国现有的690MPa级高强钢均采用大量添加的Ni、Mo等贵重合金元素。 如果能够实现“以Mn/C代Ni”的成分设计思路，可以大大降低成本，也能满足钢铁行业的需求。 未来深海和极地海洋平台对超高强钢安全性能的需求。

(3)低屈强比海洋平台钢的研发

海洋平台用钢不仅要求高强度，还要求良好的成形性和低屈强比，以确保塑性破坏前有足够的延展性，防止灾难性的脆性断裂。 “Mn/C”合金化学化可以有效调节高强钢的组织结构，降低钢材的屈强比，是发展新型海洋平台用钢的重要保障。

(4)具有止裂性能的高强度钢的开发

针对船舶、建筑物、储油罐、海洋结构物、管道等结构设施发生的一系列结构断裂灾害，国际工程领域对止裂性能钢板的生产和应用提出了要求，相关要求正在制定和推广中。 国际标准。 提高钢材止裂性能是高强海洋平台用钢的又一重要发展趋势。