你所不知道的“海洋工程用钢” - 海洋工程材料

我是钢铁材料大家庭中的一员，我的家族叫做海洋工程用钢。我们可是海洋工程装备的关键结构材料哦，钻井平台、生产平台以及海底管道中都有我们的身影，是不是很厉害！我们的工作环境很艰苦，要长期抵抗恶劣的风浪条件，这就要求我和我的小伙伴儿要有很高的结构强度、良好的低温韧性、耐大气腐蚀和耐海水腐蚀性能，以及良好的加工性能。为了保证工作时间和工作质量，我们时刻为自己充电，努力向高强度、厚规格、高韧性、易焊接性以及良好的耐腐蚀性方向发展。

对于这样努力的我，你了解多少？

2 R \6 G8 A6 `. ^ r( C

我的家族国际发展史

我的家族诞生和发展与二战后推行海洋发展战略以及苏美两大阵营对抗的军事需求密不可分，以美国、俄罗斯、日本、德国等为代表的海洋强国开展了大规模的舰船、海洋运输、海洋油气开发、海洋建筑等领域用钢研究，形成了相应的合金标准与技术体系。

4 p1 E3 m( r8 ~ b$ D" G

舰船用钢领域

以美国、俄罗斯、日本等发达国家为例的舰船用钢总体经历了由普通碳钢—高强钢—易焊高强钢—易焊耐蚀钢等几代的发展，支撑起了包括深水潜艇、核动力航母在内的庞大的现代化海军舰队。

( C; l- W* w8 }+ a

高强钢以美国的HY系列、俄罗斯的АБ系列、日本NS系列为代表，最高屈服强度可达1175MPa以上，可用于制造潜水深度达900米的潜艇壳体。新一代高强度易焊接HSLA系列钢种和ULCA系列则是为降低舰船建造成本、缩短建造周期而开发新型钢种，该类钢突出的特点之一是在保持高屈服强度的前提下，同时具有优良的低温韧性和焊接性，例如HSLA80钢在0℃以上焊接无需预热和焊后热处理。目前美国海军的航母甲板最高使用HSLA115钢（屈服强度785MPa）。

: j: W9 X; ^& D7 c) q

海洋油气开采输送领域

日本、德国、法国等已经掌握适用各种深度海洋钻采、油气运输等海工装备适用的大厚规格、高性能钢材。

w. x7 l/ `+ r4 j# o

目前我已经拥有了3000米深水区域使用的塑性、强韧性、耐蚀性、抗疲劳性、抗挤毁性要求苛刻的油气管线钢伙伴。钻采领域，除了陆地所需的高性能油套管，海洋钻井用隔水管也是整个海洋钻采装置中核心部件，需要承受海水、管内流体的振动和轴向失稳，也需要长期承受船体和隔水管的交复共振，具有良好的结构强度、韧性水平、抗疲劳性能和管体的良好尺寸精度等，制造难度大。

+ f" m/ M/ J" M K

; o2 d' `% ~9 i. }* ]% k' E* _% Q- D

海洋平台领域

; R7 H; [: r5 U4 h2 I7 K; E

( t7 o5 k. R( X4 ?3 o/ L

日本对海洋平台用钢的研究比较早，已开发出耐海水腐蚀、大线能量焊接及低温用等系列的高强钢板，局部应用的强度级别已达980MPa，焊接线能量100kJ/cm以上。

- w: r& j% c6 P+ O

欧洲作为海洋资源开发较早的区域，其海洋平台用钢的研发、应用、品种系列化及标准化处于领先地位，已可生产A，B，D，E级的屈服强度在235～690MPa之间的各种钢板。目前欧洲用于海洋平台建设的钢种应用最广泛的为S355，S420，S460及S690，耐腐蚀性能良好。

1 O% k- `6 d- _: a

进入21世纪，我的家族在海洋平台用途上发展迅猛，涌现出很多优秀的小伙伴，比如：

! ^) Y8 U2 x# `9 P5 t+ z

德国迪林根生产的355MPa级正火钢，可以在保证焊接性能的条件下达到120mm的厚度。

日本和欧洲阿赛洛集团分别开发的含Ni海洋平台用钢厚度达到210mm以上（最大达256mm）、屈服强度要求为690MPa（实物可达750MPa以上），可用于500英尺以上自升式平台桩腿结构的建造。

8 x! o( w6 C2 O4 E

还有新日铁采用TMCP生产的厚度为可达90mm，屈服强度为460-500MPa， -40℃冲击功大于200J的平台用钢。

国际海洋平台用高强度钢的主要级别为屈服强度：

355、420、460、500、550、620、690MPa。

对低温性能要求至少-40℃，甚至-60℃，抗层状撕裂性能达Z向35%，耐腐蚀性能良好，主要交货方式为TMCP、正火以及调质。

现今在海洋平台建设中也出现了更高强度级别的小伙伴，主要通过调质工艺生产，钢板屈服强度可达1100MPa，而由于焊接困难和耐腐蚀开裂问题，超高强钢在海洋建设中应用较少。

我的家族在中国

$ t9 [: a3 b1 y/ a+ y

我的家族几十年前开始在中国发展，虽然时间很短，但是在舰船用钢、海工用钢等方面的发展取得了巨大进步。国内初步建立了自己的海洋工程用钢铁材料体系以及具有很强生产能力的钢铁企业。海工用钢国产化率已达到95%以上，有力的支撑了海洋经济及国防建设需求。

' V0 y. A2 \ B. w; O/ n7 b

我国到20世纪80年代才建成自己的海洋石油平台。目前我国海洋平台主要使用屈服强度为355～460MPa的D，E及F级钢板，基本实现国产化。我国首次自主设计建造的3000m深水半潜式钻井平台“海洋石油981”所用钢的强度已达到690MPa；北海油区海洋自升式平台固定结构已使用500MPa以上，甚至750MPa高强度钢。

目前我国在导管架平台、自升式平台、半潜式平台和浮式生产储油装置FPSO等方面均占据全球较大市场份额，并形成了环渤海、长三角、珠三角及海南等多个海工装备制造基地。

从普通E36中厚板发展到大厚度齿条板、大规格高强型钢、大壁厚深海管线、隔水管等，品种国产化势头迅猛，某些方面还有反超国际先进水平的趋势。

☑ 强度提升幅度大：从以前355MPa以上级别主要依赖进口，到现在已经形成能够自主生产355~690MPa强度系列的高强海工用钢；

' @( I0 o' r1 D+ u! A T

☑ 厚度规格覆盖广：由以前的自主供应50mm以下，到生产200mm以上特厚板，尤其是690MPa级大厚度齿条板，我国发展迅速，已经从零供应到实现“认证210mm、小批量试制178mm、批量生产152mm”的飞跃，深海管线更是研发与生产达到33mm（最厚40mm）以上，属国际领先水平；

☑ 韧性水平级别高：不仅能生产F级甚至适应-80℃极寒环境的超低温钢板，型钢领域也实现了大规格EH550海工用高强低温H型钢的生产和供货；

☑ 双金属复合材料是我国新型海工用材开发和应用的又一特点，例如海底强腐蚀介质用钛-钢单层、钛-钢-钛双层复合管线、海洋建筑用不锈钢复合钢筋等。

总体上海工装备制造在我国的快速发展仅十余年历史，海工钢的规范、设计、选材、制造及应用仍是具有相当技术难度的课题，在海工钢性能稳定性、产品应用技术、极限规格品种的开发与生产等方面的水平参差不齐，差距很大，限制了我国自主开发海洋资源的能力。

* Z/ F( f2 @9 W2 L. e

我和我的小伙伴们不断努力，向高强度、厚规格、高韧性、易焊接性以及良好的耐腐蚀性方向发展。为人类开发海洋资源做出更大的贡献。