高品質船舶及海洋工程用鋼的開發
2019-12-02 01:06:03
hualin
導讀
鋼材(cai)是造船(chuan)及(ji)海洋工程結構建(jian)造的(de)(de)主(zhu)要(yao)原材(cai)料，占據了船(chuan)體及(ji)海洋工程建(jian)造成本的(de)(de)20%-30%。船(chuan)舶及(ji)海洋石油工業的(de)(de)飛速發(fa)展對造船(chuan)及(ji)海洋工程用鋼提出(chu)了迫切需(xu)求。
1、背(bei)景
進入21世(shi)紀，我國船(chuan)舶及海洋(yang)(yang)石油(you)(you)工業(ye)迎來了高速(su)增長(chang)的新時(shi)期(qi)，2013年我國造(zao)船(chuan)三(san)大指(zhi)標(biao)（造(zao)船(chuan)完工量(liang)、新接訂單(dan)(dan)量(liang)、手持訂單(dan)(dan)量(liang)）分別占(zhan)世(shi)界(jie)(jie)總量(liang)的41.4%、47.9%、45.0%，位居(ju)世(shi)界(jie)(jie)第一，我國已成為世(shi)界(jie)(jie)造(zao)船(chuan)中(zhong)心。海洋(yang)(yang)石油(you)(you)工業(ye)領域，十一五期(qi)間我國海上油(you)(you)氣(qi)開發投入了1200億(yi)元，2010年海洋(yang)(yang)油(you)(you)氣(qi)產(chan)量(liang)實現了500萬t油(you)(you)當(dang)(dang)量(liang)。僅根據中(zhong)海油(you)(you)規(gui)劃(hua)，十二五期(qi)間將新建(jian)5000萬t油(you)(you)當(dang)(dang)量(liang)產(chan)能。預計“十二五”、“十三(san)五”海洋(yang)(yang)石油(you)(you)工業(ye)投入將分別達到6700億(yi)元和9500億(yi)元。目(mu)(mu)前我國船(chuan)廠能建(jian)造(zao)國際航運界(jie)(jie)所(suo)需船(chuan)型的95%左(zuo)右，包括17.5萬t散(san)貨船(chuan)、30萬t超大型油(you)(you)輪(lun)（VLCC）、30萬t浮式生產(chan)儲油(you)(you)船(chuan)（FPSO）、14.7萬m3LNG船(chuan)等(deng)，目(mu)(mu)前已有9座(zuo)30萬噸(dun)(dun)級造(zao)船(chuan)塢(wu)，并在規(gui)劃(hua)50萬噸(dun)(dun)級和100萬噸(dun)(dun)級船(chuan)塢(wu)。
船(chuan)舶及(ji)(ji)海(hai)(hai)(hai)洋石油(you)(you)工業的(de)(de)(de)飛速發(fa)展(zhan)對造(zao)船(chuan)及(ji)(ji)海(hai)(hai)(hai)洋工程(cheng)用(yong)鋼(gang)提(ti)(ti)出(chu)了(le)(le)迫切需(xu)求(qiu)。為適(shi)應船(chuan)體高(gao)效(xiao)化(hua)(hua)的(de)(de)(de)建造(zao)需(xu)求(qiu)，對船(chuan)板鋼(gang)提(ti)(ti)出(chu)了(le)(le)100-500KJ/cm的(de)(de)(de)大線能量焊接(jie)(jie)要(yao)求(qiu)，從而實現(xian)了(le)(le)船(chuan)板鋼(gang)的(de)(de)(de)一次焊接(jie)(jie)成型(xing)(xing)；為提(ti)(ti)高(gao)船(chuan)體運(yun)行安全性(xing)，延(yan)長鋼(gang)材使用(yong)壽命，對壓載艙、貨油(you)(you)艙船(chuan)板鋼(gang)提(ti)(ti)出(chu)了(le)(le)耐腐蝕(shi)的(de)(de)(de)要(yao)求(qiu)，提(ti)(ti)高(gao)運(yun)行壽命的(de)(de)(de)同(tong)時降低了(le)(le)維護成本；大型(xing)(xing)船(chuan)體建造(zao)提(ti)(ti)出(chu)了(le)(le)43號大規(gui)格(ge)的(de)(de)(de)D40球扁鋼(gang)的(de)(de)(de)需(xu)求(qiu)，突破了(le)(le)傳統型(xing)(xing)鋼(gang)生產開發(fa)的(de)(de)(de)極限(xian)；自升式海(hai)(hai)(hai)洋平臺(tai)樁腿構(gou)件需(xu)要(yao)127-210mm厚高(gao)強度(du)特厚板，突破了(le)(le)中厚板生產厚度(du)規(gui)格(ge)極限(xian)；油(you)(you)氣(qi)儲運(yun)設備提(ti)(ti)出(chu)了(le)(le)超(chao)低溫(wen)用(yong)鋼(gang)鐵(tie)材料，最低使用(yong)溫(wen)度(du)達到-196℃，服役環境極為苛刻。在(zai)此基(ji)礎上，根據液化(hua)(hua)天然(ran)氣(qi)（LNG）、液化(hua)(hua)石油(you)(you)氣(qi)（LPG）、液化(hua)(hua)乙烯氣(qi)（LEG）等(deng)低溫(wen)油(you)(you)氣(qi)的(de)(de)(de)不同(tong)使用(yong)溫(wen)度(du)要(yao)求(qiu)，研制開發(fa)了(le)(le)9Ni、5Ni或3.5Ni等(deng)Ni系(xi)低溫(wen)鋼(gang)。總(zong)之，高(gao)強度(du)、高(gao)韌性(xing)、易(yi)焊接(jie)(jie)性(xing)、良好的(de)(de)(de)耐腐蝕(shi)性(xing)以及(ji)(ji)大厚度(du)、大規(gui)格(ge)化(hua)(hua)是船(chuan)舶及(ji)(ji)海(hai)(hai)(hai)洋工程(cheng)用(yong)鋼(gang)的(de)(de)(de)發(fa)展(zhan)方向。
但(dan)是，我(wo)(wo)國(guo)(guo)(guo)(guo)(guo)和(he)世界上(shang)先進(jin)(jin)(jin)的(de)船(chuan)(chuan)舶制造(zao)(zao)(zao)及海(hai)洋(yang)工程裝(zhuang)備(bei)(bei)設計制造(zao)(zao)(zao)技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu)相比，還(huan)存在(zai)(zai)很大(da)差(cha)距。我(wo)(wo)國(guo)(guo)(guo)(guo)(guo)船(chuan)(chuan)企建造(zao)(zao)(zao)的(de)船(chuan)(chuan)舶中，60%-70%主(zhu)要(yao)以低技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu)含(han)量的(de)散貨船(chuan)(chuan)為(wei)(wei)(wei)主(zhu)，高技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu)含(han)量的(de)鉆(zhan)井船(chuan)(chuan)及液化(hua)天然(ran)氣(qi)船(chuan)(chuan)等(deng)承(cheng)接量少(shao)。在(zai)(zai)海(hai)洋(yang)工程裝(zhuang)備(bei)(bei)領域，我(wo)(wo)國(guo)(guo)(guo)(guo)(guo)尚(shang)處在(zai)(zai)歐美、新(xin)加坡/韓(han)國(guo)(guo)(guo)(guo)(guo)之后的(de)第(di)三陣(zhen)營，在(zai)(zai)產品(pin)設計、高端裝(zhuang)備(bei)(bei)技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu)與建造(zao)(zao)(zao)方面(mian)與國(guo)(guo)(guo)(guo)(guo)外差(cha)距較大(da)。如國(guo)(guo)(guo)(guo)(guo)外深水(shui)鉆(zhan)探最大(da)水(shui)深已達(da)3095m，我(wo)(wo)國(guo)(guo)(guo)(guo)(guo)為(wei)(wei)(wei)1480m。國(guo)(guo)(guo)(guo)(guo)外已開發(fa)油氣(qi)田最大(da)水(shui)深為(wei)(wei)(wei)2743m，我(wo)(wo)國(guo)(guo)(guo)(guo)(guo)為(wei)(wei)(wei)300m，其(qi)(qi)中自主(zhu)開發(fa)的(de)裝(zhuang)備(bei)(bei)采油能(neng)力不大(da)于200m水(shui)深，與國(guo)(guo)(guo)(guo)(guo)外有近10年的(de)距離。我(wo)(wo)國(guo)(guo)(guo)(guo)(guo)南海(hai)水(shui)深在(zai)(zai)500-2000m，我(wo)(wo)國(guo)(guo)(guo)(guo)(guo)目(mu)前還(huan)不具備(bei)(bei)在(zai)(zai)這種海(hai)域進(jin)(jin)(jin)行油氣(qi)勘探和(he)生產的(de)裝(zhuang)備(bei)(bei)技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu)。為(wei)(wei)(wei)此，必(bi)須要(yao)開發(fa)一系列高新(xin)技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu)和(he)產品(pin)作(zuo)為(wei)(wei)(wei)支持，而系列高品(pin)質船(chuan)(chuan)舶及海(hai)洋(yang)工程用鋼的(de)開發(fa)是其(qi)(qi)重要(yao)組成部分，它將為(wei)(wei)(wei)推進(jin)(jin)(jin)我(wo)(wo)國(guo)(guo)(guo)(guo)(guo)船(chuan)(chuan)舶工業及海(hai)洋(yang)石(shi)油工業的(de)發(fa)展，保障我(wo)(wo)國(guo)(guo)(guo)(guo)(guo)能(neng)源、運(yun)輸等(deng)行業的(de)安全奠定良好的(de)基(ji)礎。
2、造船及海洋工(gong)程用鋼的研究(jiu)進展
鋼(gang)(gang)材(cai)(cai)是(shi)造(zao)船及海洋(yang)工程結構(gou)建(jian)造(zao)的(de)主要原材(cai)(cai)料，占據了船體及海洋(yang)工程建(jian)造(zao)成本的(de)20%-30%。涉(she)及的(de)鋼(gang)(gang)材(cai)(cai)品種主要包(bao)括鋼(gang)(gang)板、型鋼(gang)(gang)（船用球扁鋼(gang)(gang)、H型鋼(gang)(gang)、角(jiao)鋼(gang)(gang)等）、鑄(zhu)鍛鋼(gang)(gang)以及配(pei)套焊(han)接材(cai)(cai)料等。其中船體建(jian)造(zao)耗用鋼(gang)(gang)材(cai)(cai)量約占全(quan)船重量的(de)60%左右，其中板材(cai)(cai)占88%左右。
高(gao)(gao)強(qiang)(qiang)(qiang)度(du)、高(gao)(gao)韌性(xing)是造船和(he)(he)海洋工(gong)程用(yong)(yong)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)基本要(yao)(yao)(yao)求(qiu)。早期大(da)型(xing)(xing)(xing)船體(ti)(ti)結構(gou)多采用(yong)(yong)235MPa級(ji)以下的(de)(de)鋼(gang)(gang)(gang)板(ban)，隨著船體(ti)(ti)結構(gou)的(de)(de)安全性(xing)要(yao)(yao)(yao)求(qiu)的(de)(de)不斷提高(gao)(gao)，船用(yong)(yong)鋼(gang)(gang)(gang)板(ban)的(de)(de)強(qiang)(qiang)(qiang)度(du)在(zai)(zai)逐步提高(gao)(gao)，由235MPa逐步升級(ji)到(dao)315MPa以及(ji)355MPa，鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)質量(liang)等級(ji)也從A級(ji)提高(gao)(gao)到(dao)E級(ji)甚至F級(ji)。到(dao)20世紀90年(nian)代，隨著船舶的(de)(de)大(da)型(xing)(xing)(xing)化、輕(qing)量(liang)化和(he)(he)高(gao)(gao)速化的(de)(de)要(yao)(yao)(yao)求(qiu)，日(ri)本和(he)(he)歐洲率先(xian)開發出屈(qu)服(fu)強(qiang)(qiang)(qiang)度(du)為390MPa級(ji)的(de)(de)TMCP型(xing)(xing)(xing)高(gao)(gao)強(qiang)(qiang)(qiang)船板(ban)（YP40K），主要(yao)(yao)(yao)用(yong)(yong)在(zai)(zai)船體(ti)(ti)受應力(li)比較大(da)的(de)(de)舷側(ce)、舷緣頂板(ban)和(he)(he)強(qiang)(qiang)(qiang)力(li)甲板(ban)上(shang)。目前，在(zai)(zai)大(da)型(xing)(xing)(xing)散裝(zhuang)貨船和(he)(he)集裝(zhuang)箱船中(zhong)(zhong)，390MPa級(ji)的(de)(de)高(gao)(gao)強(qiang)(qiang)(qiang)度(du)鋼(gang)(gang)(gang)已(yi)占主導地位(wei)，而(er)TMCP工(gong)藝(yi)生產的(de)(de)船體(ti)(ti)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)強(qiang)(qiang)(qiang)度(du)級(ji)別(bie)已(yi)經達(da)到(dao)550MPa級(ji)以上(shang)，在(zai)(zai)海洋平(ping)臺等大(da)型(xing)(xing)(xing)海洋結構(gou)中(zhong)(zhong)獲(huo)得廣泛應用(yong)(yong)。而(er)海洋工(gong)程中(zhong)(zhong)自升式鉆(zhan)井平(ping)臺的(de)(de)樁腿結構(gou)，如(ru)齒(chi)條板(ban)、半圓板(ban)和(he)(he)無縫支撐管(guan)等部位(wei)，均要(yao)(yao)(yao)求(qiu)屈(qu)服(fu)強(qiang)(qiang)(qiang)度(du)690MPa以上(shang)的(de)(de)高(gao)(gao)強(qiang)(qiang)(qiang)度(du)低(di)合金鋼(gang)(gang)(gang)，同時(shi)對(dui)低(di)溫(wen)沖擊(ji)(ji)韌性(xing)的(de)(de)要(yao)(yao)(yao)求(qiu)也極(ji)為苛刻，即使在(zai)(zai)普通工(gong)況(kuang)條件(jian)也要(yao)(yao)(yao)求(qiu)考(kao)(kao)核(he)-40℃（E級(ji)）的(de)(de)低(di)溫(wen)沖擊(ji)(ji)性(xing)能(neng)(neng)，在(zai)(zai)寒(han)冷或極(ji)寒(han)條件(jian)下考(kao)(kao)核(he)-60℃（F級(ji)）甚至-80℃的(de)(de)低(di)溫(wen)沖擊(ji)(ji)性(xing)能(neng)(neng)。而(er)一些低(di)溫(wen)油氣儲運用(yong)(yong)鋼(gang)(gang)(gang)對(dui)低(di)溫(wen)沖擊(ji)(ji)性(xing)能(neng)(neng)的(de)(de)要(yao)(yao)(yao)求(qiu)更為苛刻，如(ru)儲存LNG的(de)(de)9Ni鋼(gang)(gang)(gang)要(yao)(yao)(yao)求(qiu)考(kao)(kao)核(he)-196℃的(de)(de)低(di)溫(wen)沖擊(ji)(ji)功(gong)達(da)到(dao)100J以上(shang)，儲運LEG的(de)(de)5Ni鋼(gang)(gang)(gang)也要(yao)(yao)(yao)求(qiu)考(kao)(kao)核(he)-120℃沖擊(ji)(ji)功(gong)。
焊接(jie)性也是船(chuan)(chuan)體(ti)(ti)結構鋼(gang)關注的(de)(de)重(zhong)點問題之(zhi)一。20世紀(ji)30年(nian)代(dai)以前(qian)，船(chuan)(chuan)體(ti)(ti)結構大(da)(da)都采用(yong)鉚接(jie)或螺(luo)栓連接(jie)。二戰前(qian)后，焊接(jie)技術開始普遍應用(yong)在(zai)船(chuan)(chuan)體(ti)(ti)結構上，對船(chuan)(chuan)體(ti)(ti)鋼(gang)的(de)(de)焊接(jie)性和(he)焊接(jie)工(gong)藝也提(ti)出(chu)了(le)越來(lai)(lai)越高(gao)的(de)(de)要求(qiu)(qiu)。焊接(jie)時，鋼(gang)板的(de)(de)焊接(jie)熱影響區HAZ必須經受高(gao)溫熱循(xun)環，這很(hen)容易(yi)引(yin)起(qi)鋼(gang)板HAZ的(de)(de)組織粗(cu)化，顯著降低HAZ的(de)(de)韌性。特(te)別是近幾(ji)年(nian)來(lai)(lai)，為降低建(jian)造(zao)(zao)成(cheng)本(ben)、提(ti)高(gao)造(zao)(zao)船(chuan)(chuan)的(de)(de)生產率，造(zao)(zao)船(chuan)(chuan)廠強烈要求(qiu)(qiu)采用(yong)大(da)(da)線(xian)(xian)能(neng)量(liang)焊接(jie)。國外廣泛采用(yong)100-500KJ/cm大(da)(da)線(xian)(xian)能(neng)量(liang)焊接(jie)。為此，各國開發了(le)一系列(lie)大(da)(da)線(xian)(xian)能(neng)量(liang)焊接(jie)船(chuan)(chuan)體(ti)(ti)鋼(gang)，如日本(ben)于20世紀(ji)80年(nian)代(dai)初(chu)期(qi)研制(zhi)的(de)(de)YP335鋼(gang)、90年(nian)代(dai)中(zhong)期(qi)研制(zhi)的(de)(de)YP390鋼(gang)和(he)目(mu)前(qian)正在(zai)研制(zhi)的(de)(de)YP460鋼(gang)等(deng)。目(mu)前(qian)，在(zai)海洋工(gong)程用(yong)鋼(gang)領域如平臺(tai)用(yong)E36等(deng)，均要求(qiu)(qiu)采用(yong)大(da)(da)線(xian)(xian)能(neng)量(liang)焊接(jie)以提(ti)高(gao)施工(gong)建(jian)造(zao)(zao)效率。
近年來，船舶及海洋(yang)工(gong)程結構(gou)的(de)(de)(de)(de)耐(nai)腐(fu)(fu)蝕(shi)性越來越受(shou)到(dao)人們的(de)(de)(de)(de)關(guan)注，國際海事組織（IMO）先(xian)后通過了(le)壓(ya)載艙(cang)(cang)涂(tu)層防護標準（PSPC）以(yi)及貨油(you)艙(cang)(cang)用(yong)耐(nai)腐(fu)(fu)蝕(shi)鋼性能(neng)標準（MSC87），這使得相關(guan)的(de)(de)(de)(de)研究工(gong)作變得更加(jia)緊迫。在壓(ya)載艙(cang)(cang)環(huan)境下，船板鋼經受(shou)高(gao)溫、高(gao)濕以(yi)及Cl-的(de)(de)(de)(de)共同侵蝕(shi)，尤(you)其在壓(ya)載艙(cang)(cang)的(de)(de)(de)(de)潮差部位船板鋼發(fa)生(sheng)嚴重(zhong)的(de)(de)(de)(de)局部腐(fu)(fu)蝕(shi)。JFE鋼鐵公司開發(fa)出了(le)可(ke)抑(yi)制(zhi)船舶壓(ya)載艙(cang)(cang)涂(tu)膜劣(lie)(lie)化(hua)的(de)(de)(de)(de)新(xin)型高(gao)耐(nai)腐(fu)(fu)蝕(shi)性壓(ya)載艙(cang)(cang)用(yong)鋼“JFE一SIP-BT”。由于找(zhao)到(dao)可(ke)抑(yi)制(zhi)涂(tu)裝(zhuang)后涂(tu)膜劣(lie)(lie)化(hua)的(de)(de)(de)(de)元(yuan)素，提高(gao)了(le)基于腐(fu)(fu)蝕(shi)生(sheng)成物的(de)(de)(de)(de)鋼材保護性能(neng)，可(ke)將涂(tu)膜膨脹及剝離(li)等(deng)涂(tu)膜的(de)(de)(de)(de)劣(lie)(lie)化(hua)速(su)度減(jian)慢到(dao)原鋼材的(de)(de)(de)(de)一半(ban)左右。新(xin)日鐵等(deng)通過提高(gao)鋼材的(de)(de)(de)(de)純凈度、添(tian)加(jia)Ni、Cu、W、Mo等(deng)耐(nai)蝕(shi)合金元(yuan)素的(de)(de)(de)(de)方法研制(zhi)開發(fa)的(de)(de)(de)(de)D36貨油(you)艙(cang)(cang)用(yong)耐(nai)腐(fu)(fu)蝕(shi)鋼，將船體結構(gou)的(de)(de)(de)(de)使用(yong)壽命(ming)從15年提高(gao)到(dao)25年，該鋼腐(fu)(fu)蝕(shi)速(su)率約為傳(chuan)統鋼的(de)(de)(de)(de)1/4。
厚(hou)度(du)規(gui)(gui)格(ge)也是船(chuan)體鋼(gang)(gang)(gang)技(ji)術水平(ping)的(de)重要(yao)(yao)標志之一(yi)(yi)。雖然一(yi)(yi)般(ban)船(chuan)體結構中對船(chuan)體鋼(gang)(gang)(gang)厚(hou)板(ban)規(gui)(gui)格(ge)最(zui)多要(yao)(yao)求(qiu)到(dao)40mm，但我國新船(chuan)體鋼(gang)(gang)(gang)標準GB712-2010已(yi)將規(gui)(gui)格(ge)上限擴(kuo)大到(dao)100mm，厚(hou)規(gui)(gui)格(ge)船(chuan)體鋼(gang)(gang)(gang)主要(yao)(yao)用(yong)于(yu)(yu)海洋(yang)平(ping)臺等大型海洋(yang)結構中。在自升式(shi)鉆井(jing)平(ping)臺的(de)樁腿(tui)用(yong)齒條板(ban)，其厚(hou)度(du)普遍大于(yu)(yu)100mm，目前的(de)主力型號(hao)JU2000齒條板(ban)一(yi)(yi)般(ban)采用(yong)178mm厚(hou)鋼(gang)(gang)(gang)板(ban)。厚(hou)規(gui)(gui)格(ge)船(chuan)板(ban)和平(ping)臺用(yong)鋼(gang)(gang)(gang)重要(yao)(yao)的(de)性(xing)(xing)能指(zhi)標之一(yi)(yi)是抗層狀(zhuang)撕裂性(xing)(xing)能。由(you)于(yu)(yu)軋制變形(xing)量較(jiao)小(xiao)以及(ji)鑄(zhu)坯偏析的(de)影響，厚(hou)板(ban)厚(hou)度(du)方(fang)向性(xing)(xing)能一(yi)(yi)般(ban)顯著低于(yu)(yu)縱、橫向性(xing)(xing)能。GB5313-2010對有厚(hou)度(du)方(fang)向性(xing)(xing)能要(yao)(yao)求(qiu)的(de)鋼(gang)(gang)(gang)板(ban)進行了規(gui)(gui)定，其中最(zui)高(gao)級(ji)別(bie)的(de)235鋼(gang)(gang)(gang)要(yao)(yao)求(qiu)斷(duan)面(mian)收縮率(lv)≥35%。大型船(chuan)體結構不僅對鋼(gang)(gang)(gang)板(ban)提(ti)出了厚(hou)規(gui)(gui)格(ge)要(yao)(yao)求(qiu)，也對船(chuan)用(yong)型鋼(gang)(gang)(gang)提(ti)出了厚(hou)規(gui)(gui)格(ge)要(yao)(yao)求(qiu)。30萬噸(dun)級(ji)大型船(chuan)舶舭龍骨(gu)部位要(yao)(yao)求(qiu)使用(yong)43號(hao)大規(gui)(gui)格(ge)D40球扁鋼(gang)(gang)(gang)，腹(fu)板(ban)厚(hou)度(du)最(zui)大達20mm，是目前研制型鋼(gang)(gang)(gang)中強韌性(xing)(xing)要(yao)(yao)求(qiu)最(zui)高(gao)、截面(mian)尺寸最(zui)大的(de)型材(cai)。型材(cai)一(yi)(yi)般(ban)采用(yong)孔型軋制生產，由(you)于(yu)(yu)道次變形(xing)量低、終軋溫度(du)高(gao)、軋后(hou)無法實(shi)現快冷等特(te)點，因(yin)此大規(gui)(gui)格(ge)高(gao)強型鋼(gang)(gang)(gang)較(jiao)鋼(gang)(gang)(gang)板(ban)技(ji)術難(nan)度(du)更大。
船(chuan)(chuan)(chuan)舶用(yong)(yong)(yong)鋼(gang)(gang)板(ban)應具有良(liang)(liang)好的(de)(de)止(zhi)(zhi)裂(lie)(lie)特性(xing)。近年來(lai)，散裝(zhuang)貨船(chuan)(chuan)(chuan)的(de)(de)破損事(shi)故(gu)和巨型油(you)輪（VLCC）的(de)(de)觸礁事(shi)故(gu)不斷(duan)增多，除從設(she)計(ji)上進行改進外，在造船(chuan)(chuan)(chuan)用(yong)(yong)(yong)鋼(gang)(gang)方(fang)面(mian)，則要求船(chuan)(chuan)(chuan)的(de)(de)碰(peng)撞和觸礁產生較大塑性(xing)變形（10%）時，造船(chuan)(chuan)(chuan)用(yong)(yong)(yong)鋼(gang)(gang)板(ban)必須具有良(liang)(liang)好的(de)(de)抗脆(cui)性(xing)裂(lie)(lie)紋(wen)傳播的(de)(de)止(zhi)(zhi)裂(lie)(lie)特性(xing)。采用(yong)(yong)(yong)TMCP工(gong)(gong)藝可生產出表層具有超細晶粒組織的(de)(de)鋼(gang)(gang)板(ban)，厚度(du)方(fang)向性(xing)能均勻，具有良(liang)(liang)好的(de)(de)阻止(zhi)(zhi)脆(cui)性(xing)裂(lie)(lie)紋(wen)擴展(zhan)的(de)(de)能力。這種船(chuan)(chuan)(chuan)板(ban)板(ban)已成功(gong)地用(yong)(yong)(yong)于液化石油(you)氣（LPG）船(chuan)(chuan)(chuan)和散裝(zhuang)貨船(chuan)(chuan)(chuan)剪切應力最大的(de)(de)部位。隨(sui)造船(chuan)(chuan)(chuan)工(gong)(gong)業的(de)(de)發展(zhan)，船(chuan)(chuan)(chuan)舶對止(zhi)(zhi)裂(lie)(lie)鋼(gang)(gang)板(ban)的(de)(de)需求將(jiang)越來(lai)越多。
3、高品質(zhi)造船及海洋工程用鋼(gang)開(kai)發
3.1大(da)線(xian)能量焊接(jie)船(chuan)板鋼(gang)及(ji)平臺用鋼(gang)
對(dui)(dui)船板(ban)用(yong)鋼(gang)(gang)(gang)，要求(qiu)采(cai)用(yong)200KJ/cm以(yi)上(shang)大(da)(da)線能(neng)(neng)量焊接(jie)，從而實(shi)現(xian)18-36mm厚鋼(gang)(gang)(gang)板(ban)一次焊接(jie)成(cheng)形。采(cai)用(yong)“氧(yang)化(hua)物冶金”的(de)技術思路開(kai)(kai)展(zhan)了(le)大(da)(da)線能(neng)(neng)量焊接(jie)用(yong)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)研(yan)究(jiu)開(kai)(kai)發(fa)工作(zuo)。研(yan)究(jiu)開(kai)(kai)展(zhan)了(le)Ti處(chu)理、Zr處(chu)理、復(fu)(fu)合(he)Ti-Mg處(chu)理、復(fu)(fu)合(he)Ti-Zr處(chu)理對(dui)(dui)船體鋼(gang)(gang)(gang)大(da)(da)線能(neng)(neng)量焊接(jie)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)的(de)影(ying)響。對(dui)(dui)試(shi)驗鋼(gang)(gang)(gang)進(jin)行20-200KJ/cm的(de)焊接(jie)熱模擬(ni)(ni)試(shi)驗，焊接(jie)熱模擬(ni)(ni)最高(gao)(gao)加熱峰值(zhi)溫度(du)1350℃。結果表(biao)明，Ti-Mg、Ti-Zr復(fu)(fu)合(he)處(chu)理后(hou)(hou)，鋼(gang)(gang)(gang)中獲得了(le)大(da)(da)量細小(xiao)的(de)復(fu)(fu)合(he)含Ti氧(yang)化(hua)物粒(li)子，其直徑約1-2μm。比(bi)較(jiao)(jiao)各(ge)種脫(tuo)氧(yang)處(chu)理條件(jian)(jian)下(xia)焊接(jie)熱影(ying)響區(qu)(qu)的(de)低(di)(di)(di)溫韌性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)可(ke)以(yi)看出（見圖1），普通未進(jin)行任何(he)處(chu)理的(de)C-Mn鋼(gang)(gang)(gang)焊后(hou)(hou)熱影(ying)響區(qu)(qu)的(de)整體低(di)(di)(di)溫韌性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)水(shui)平較(jiao)(jiao)低(di)(di)(di)，其中線能(neng)(neng)量大(da)(da)于50KJ/cm時，低(di)(di)(di)溫韌性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)顯(xian)著降低(di)(di)(di)，僅(jin)為10J左右。經不同合(he)金脫(tuo)氧(yang)處(chu)理后(hou)(hou)，模擬(ni)(ni)焊接(jie)粗(cu)晶(jing)(jing)區(qu)(qu)的(de)低(di)(di)(di)溫韌性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)顯(xian)著提高(gao)(gao)。其中經Ti-Mg處(chu)理（低(di)(di)(di)Mg）后(hou)(hou)，粗(cu)晶(jing)(jing)區(qu)(qu)的(de)低(di)(di)(di)溫韌性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)水(shui)平最高(gao)(gao)，各(ge)種線能(neng)(neng)量下(xia)的(de)低(di)(di)(di)溫沖擊功(gong)值(zhi)均在300J以(yi)上(shang)，且隨線能(neng)(neng)量的(de)變化(hua)不敏(min)感。對(dui)(dui)比(bi)焊接(jie)熱影(ying)響區(qu)(qu)的(de)組織可(ke)看出，Al處(chu)理鋼(gang)(gang)(gang)中主要得到大(da)(da)量平行排(pai)列的(de)側(ce)板(ban)條鐵(tie)素(su)體組織，Ti-Mg復(fu)(fu)合(he)處(chu)理鋼(gang)(gang)(gang)中主要得到大(da)(da)量交錯排(pai)列的(de)晶(jing)(jing)內鐵(tie)素(su)體組織。采(cai)用(yong)Ti-Mg復(fu)(fu)合(he)脫(tuo)氧(yang)處(chu)理的(de)方法，在工業大(da)(da)生產條件(jian)(jian)下(xia)研(yan)制開(kai)(kai)發(fa)了(le)100-240KJ/cm大(da)(da)線能(neng)(neng)量焊接(jie)用(yong)鋼(gang)(gang)(gang)，鋼(gang)(gang)(gang)板(ban)最大(da)(da)厚度(du)為80mm。
對于(yu)海洋平臺(tai)(tai)用(yong)E36鋼(gang)，由(you)于(yu)采用(yong)正火態交(jiao)(jiao)貨(huo)，無(wu)法有(you)效利用(yong)TMCP及(ji)微合金(jin)化等技術(shu)，目前(qian)普遍采用(yong)50KJ/cm以(yi)下焊接線能量。平臺(tai)(tai)用(yong)鋼(gang)具有(you)以(yi)下特點：碳(tan)含(han)量及(ji)碳(tan)當(dang)量高、厚度(du)規格大(da)（30-100mm）、正火態交(jiao)(jiao)貨(huo)。因此，必須在現有(you)平臺(tai)(tai)鋼(gang)設計(ji)基礎上通過降(jiang)低碳(tan)含(han)量及(ji)碳(tan)當(dang)量，大(da)幅度(du)提高焊接性，并采用(yong)其他(ta)方式(shi)彌(mi)補強度(du)損失。
通過采用V-N-Ti合金設計，利用V（CN）的析出強化(hua)彌補鋼的強度(du)損失，并能(neng)大(da)幅度(du)降低(di)鋼碳(tan)含量(liang)和碳(tan)氮量(liang)。復合析出的V-N-Ti粒子還能(neng)起到細化(hua)原始奧氏體晶粒，并最(zui)終提高大(da)線能(neng)量(liang)焊(han)接熱影響(xiang)區低(di)溫韌性的作用。目(mu)前(qian)，工業(ye)試制(zhi)50mm以(yi)上(shang)平臺鋼可以(yi)實(shi)現100KJ/cm以(yi)上(shang)的大(da)線能(neng)量(liang)焊(han)接。
3.2油船貨油艙用耐腐(fu)蝕(shi)鋼
深(shen)入分(fen)析了船板(ban)(ban)(ban)(ban)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)在貨油(you)艙上(shang)甲板(ban)(ban)(ban)(ban)、內底(di)(di)板(ban)(ban)(ban)(ban)環境下的(de)(de)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)行為，研究(jiu)了提高船板(ban)(ban)(ban)(ban)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)耐(nai)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)性的(de)(de)不同技術思路。通過不同的(de)(de)耐(nai)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)合(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)設計，研究(jiu)了多種合(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)元素對(dui)船板(ban)(ban)(ban)(ban)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)在貨油(you)艙腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)環境下的(de)(de)耐(nai)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)性。圖2為三種不同合(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)元素對(dui)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)速率(lv)(lv)的(de)(de)影響(xiang)規律。從(cong)研究(jiu)結(jie)果(guo)可(ke)以(yi)(yi)看出，在內底(di)(di)板(ban)(ban)(ban)(ban)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)環境下，微量合(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)元素對(dui)船板(ban)(ban)(ban)(ban)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)耐(nai)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)性存(cun)在顯(xian)(xian)著影響(xiang)。添加0.1%以(yi)(yi)上(shang)的(de)(de)B和C耐(nai)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)合(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)元素可(ke)以(yi)(yi)使腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)速率(lv)(lv)顯(xian)(xian)著降(jiang)低(di)(di)到原來的(de)(de)1/4-1/30觀察腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)后的(de)(de)形(xing)貌可(ke)以(yi)(yi)看出，在IMO貨油(you)艙內底(di)(di)板(ban)(ban)(ban)(ban)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)環境下，傳(chuan)統(tong)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)表面(mian)主要(yao)形(xing)成大量直(zhi)徑大而深(shen)的(de)(de)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)點(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)坑，而開發的(de)(de)耐(nai)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)表面(mian)則出現少量小而淺的(de)(de)點(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)坑，點(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)坑的(de)(de)深(shen)度(du)/直(zhi)徑比顯(xian)(xian)著降(jiang)低(di)(di)。根(gen)據上(shang)述結(jie)果(guo)研制(zhi)開發的(de)(de)工業鋼(gang)(gang)(gang)(gang)（NSD32、NSD36）內底(di)(di)板(ban)(ban)(ban)(ban)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)速率(lv)(lv)均(jun)低(di)(di)于1mm/a的(de)(de)標準腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)速率(lv)(lv)要(yao)求(qiu)，其中(zhong)NSD36鋼(gang)(gang)(gang)(gang)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)速率(lv)(lv)最低(di)(di)可(ke)以(yi)(yi)達到0.38mm/a的(de)(de)超(chao)低(di)(di)水平，約為傳(chuan)統(tong)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)1/13。
同時，在(zai)(zai)上甲板腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)環境下，按照IMO標準(zhun)分別進(jin)行21天、49天、77天、98天的(de)(de)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)試驗，其(qi)試驗結(jie)果(guo)如圖3所示，從(cong)(cong)擬合25年后的(de)(de)結(jie)果(guo)來(lai)看(kan)，對(dui)比鋼腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)量達到(dao)9.34mm，而(er)開(kai)發的(de)(de)耐蝕(shi)鋼僅為1.512mm，完(wan)全(quan)滿(man)足IMO標準(zhun)不高于2.0mm的(de)(de)標準(zhun)要求。從(cong)(cong)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)機理來(lai)看(kan)，在(zai)(zai)干濕交(jiao)(jiao)替(ti)的(de)(de)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)氣(qi)體(ti)環境下，對(dui)比鋼表面銹層(ceng)疏松、易(yi)剝離，銹層(ceng)多為富硫的(de)(de)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)產物，而(er)在(zai)(zai)耐蝕(shi)鋼的(de)(de)銹層(ceng)結(jie)構(gou)中，形成了(le)致(zhi)密(mi)的(de)(de)內銹層(ceng)，其(qi)與基體(ti)結(jie)合強度高，有效(xiao)阻止了(le)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)介質與基體(ti)的(de)(de)接(jie)觸，從(cong)(cong)而(er)在(zai)(zai)長(chang)周期干濕交(jiao)(jiao)替(ti)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)條件下表現(xian)出良好(hao)的(de)(de)耐蝕(shi)性。
3.3大規(gui)格(ge)船用球扁鋼
綜(zong)合(he)利(li)用(yong)(yong)新型釩氮(dan)微合(he)金(jin)化(hua)設計+碳(tan)(tan)氮(dan)化(hua)釩控制析(xi)出(chu)軋制工藝（PCRP），集成創新開發(fa)出(chu)高(gao)韌性、大規(gui)格(ge)(ge)船(chuan)用(yong)(yong)球扁(bian)(bian)(bian)鋼(gang)(gang)(gang)品種(zhong)技術(shu)。依靠奧氏體中析(xi)出(chu)的(de)(de)(de)碳(tan)(tan)氮(dan)化(hua)釩促進晶(jing)內鐵(tie)素體形核，顯著(zhu)(zhu)細化(hua)了(le)最終的(de)(de)(de)鐵(tie)素體晶(jing)粒(li)尺寸(cun)，獲得顯著(zhu)(zhu)的(de)(de)(de)細晶(jing)強化(hua)效果。同(tong)時，依靠鐵(tie)素體中彌散析(xi)出(chu)的(de)(de)(de)碳(tan)(tan)氮(dan)化(hua)釩的(de)(de)(de)析(xi)出(chu)強化(hua)作用(yong)(yong)，顯著(zhu)(zhu)提(ti)高(gao)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)強度(du)。利(li)用(yong)(yong)上述技術(shu)思路，可在(zai)傳統(tong)孔型軋制條件下(xia)研究開發(fa)出(chu)屈(qu)(qu)服(fu)強度(du)355MPa、390MPa、440MPa級系列高(gao)韌性船(chuan)用(yong)(yong)球扁(bian)(bian)(bian)鋼(gang)(gang)(gang)品種(zhong)。其中研制開發(fa)的(de)(de)(de)D40極限規(gui)格(ge)(ge)43號(hao)（邊(bian)長(chang)430mm、腹(fu)板厚20mm）熱軋船(chuan)用(yong)(yong)球扁(bian)(bian)(bian)鋼(gang)(gang)(gang)屈(qu)(qu)服(fu)強度(du)高(gao)于410MPa，-40℃沖擊(ji)功達到200J。高(gao)韌性、高(gao)強度(du)、大規(gui)格(ge)(ge)船(chuan)用(yong)(yong)球扁(bian)(bian)(bian)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)開發(fa)解決了(le)高(gao)韌性艦船(chuan)用(yong)(yong)球扁(bian)(bian)(bian)鋼(gang)(gang)(gang)品種(zhong)技術(shu)難題，滿足了(le)我國(guo)船(chuan)體建(jian)造的(de)(de)(de)需要。
3.4高止裂韌性船(chuan)用鋼板(ban)
大(da)型(xing)集(ji)裝箱船(chuan)等在(zai)海上(shang)航(hang)行時，受波浪影響會(hui)產(chan)生彎曲，在(zai)船(chuan)體艙(cang)(cang)口強(qiang)(qiang)度甲板(ban)(ban)上(shang)產(chan)生較大(da)的(de)(de)應力(li)集(ji)中。為了便于(yu)裝卸貨物，集(ji)裝箱船(chuan)通常采(cai)用(yong)大(da)的(de)(de)艙(cang)(cang)口開(kai)口設計，這(zhe)就需要集(ji)裝箱船(chuan)具有大(da)型(xing)商(shang)船(chuan)中最(zui)高的(de)(de)縱向強(qiang)(qiang)度。從保證船(chuan)舶安全性(xing)(xing)，防(fang)止脆(cui)性(xing)(xing)斷裂(lie)的(de)(de)產(chan)生，要求在(zai)艙(cang)(cang)口圍板(ban)(ban)、上(shang)甲板(ban)(ban)等部位使(shi)用(yong)51-100mm的(de)(de)具有高止裂(lie)韌性(xing)(xing)的(de)(de)厚鋼板(ban)(ban)。
使用(yong)新型的TRRP軋制工(gong)藝（Temperature Reverting Rolling Process），可以在(zai)厚(hou)鋼(gang)板(ban)(ban)表(biao)(biao)層(ceng)(ceng)獲得(de)超(chao)細(xi)晶組(zu)織，與(yu)傳(chuan)統TMCP工(gong)藝相(xiang)比，其特點是在(zai)兩(liang)(liang)階段軋制間將鋼(gang)板(ban)(ban)加速冷卻(que)到(dao)(dao)(dao)Ac1以下，出水后鋼(gang)板(ban)(ban)內部(bu)的熱量(liang)加熱表(biao)(biao)層(ceng)(ceng)，表(biao)(biao)層(ceng)(ceng)處在(zai)兩(liang)(liang)相(xiang)區(qu)時(shi)進行(xing)控制軋制，在(zai)表(biao)(biao)層(ceng)(ceng)得(de)到(dao)(dao)(dao)超(chao)細(xi)晶組(zu)織。厚(hou)鋼(gang)板(ban)(ban)產生斷裂(lie)(lie)(lie)時(shi)，通常表(biao)(biao)層(ceng)(ceng)不(bu)發生脆性斷裂(lie)(lie)(lie)，而是產生與(yu)應力(li)方向(xiang)垂直(zhi)面(mian)成(cheng)45°角的塑(su)性變形，能夠吸收(shou)裂(lie)(lie)(lie)紋傳(chuan)播的能量(liang)，從而達(da)到(dao)(dao)(dao)阻止(zhi)裂(lie)(lie)(lie)紋傳(chuan)播的效果，有效提高止(zhi)裂(lie)(lie)(lie)性能，表(biao)(biao)層(ceng)(ceng)超(chao)細(xi)晶鋼(gang)板(ban)(ban)就是應用(yong)這個原理，通過(guo)增(zeng)加剪切唇(chun)的形成(cheng)來提高止(zhi)裂(lie)(lie)(lie)性。
數(shu)值模擬(ni)TRRP和TMCP工藝下鋼(gang)板(ban)內部(bu)溫(wen)(wen)度(du)(du)場，鋼(gang)板(ban)表(biao)面、1/4處和心部(bu)的(de)溫(wen)(wen)度(du)(du)隨時間變化如圖4所示(shi)。可以看(kan)到(dao)，空冷時表(biao)面到(dao)心部(bu)的(de)溫(wen)(wen)度(du)(du)差基本(ben)不變，而水冷回溫(wen)(wen)時，表(biao)面溫(wen)(wen)度(du)(du)先(xian)是迅速降低，出水后又(you)被迅速加(jia)熱到(dao)兩相區(qu)，此時精(jing)軋變形，表(biao)層形成超細晶組(zu)織。采用上述工藝開發的(de)高止裂韌性(xing)鋼(gang)板(ban)NDT溫(wen)(wen)度(du)(du)低于-70℃，Kca止裂韌性(xing)滿足止裂設(she)計標準要求。
3.5海洋平臺特厚齒條鋼
隨(sui)著(zhu)海洋石油工業的(de)(de)(de)(de)深入開展和(he)鉆采難度(du)(du)的(de)(de)(de)(de)加(jia)大(da)，自升式(shi)鉆井平臺用齒(chi)條鋼(gang)(gang)提(ti)出(chu)了大(da)厚(hou)度(du)(du)、高(gao)強度(du)(du)、高(gao)韌性(xing)的(de)(de)(de)(de)發(fa)展需求，這類產品一般使用調質熱(re)處(chu)(chu)理(li)(li)狀態交貨。但(dan)是，隨(sui)著(zhu)齒(chi)條鋼(gang)(gang)厚(hou)度(du)(du)的(de)(de)(de)(de)增加(jia)，截面厚(hou)度(du)(du)方向上組(zu)織、性(xing)能差異(yi)增大(da)，提(ti)高(gao)特厚(hou)齒(chi)條鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)淬透(tou)(tou)性(xing)成為(wei)這類產品開發(fa)的(de)(de)(de)(de)難點。研究了不同(tong)(tong)合(he)金元素(su)復合(he)處(chu)(chu)理(li)(li)對(dui)齒(chi)條鋼(gang)(gang)淬透(tou)(tou)性(xing)的(de)(de)(de)(de)影響，結果表明，采用微B+固(gu)N元素(su)的(de)(de)(de)(de)復合(he)處(chu)(chu)理(li)(li)可(ke)(ke)以在獲得良好強韌性(xing)的(de)(de)(de)(de)條件下(xia)大(da)幅(fu)度(du)(du)提(ti)高(gao)齒(chi)條鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)淬透(tou)(tou)性(xing)。同(tong)(tong)時，采用微Ti處(chu)(chu)理(li)(li)或(huo)稍(shao)過(guo)量(liang)的(de)(de)(de)(de)Al處(chu)(chu)理(li)(li)，均(jun)可(ke)(ke)使微量(liang)B的(de)(de)(de)(de)固(gu)溶比(bi)例達到50%以上，且偏聚于奧氏體晶(jing)界處(chu)(chu)，有效(xiao)的(de)(de)(de)(de)延緩(huan)了高(gao)溫相變，顯著(zhu)提(ti)高(gao)齒(chi)條鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)淬透(tou)(tou)性(xing)。
采取上述合金優(you)化思路(lu)，工業生產獲得了截(jie)面均(jun)勻的淬(cui)透組織(zhi)和(he)良好力(li)學(xue)性能的特(te)厚齒(chi)條鋼(gang)(gang)。對(dui)于152mm厚的齒(chi)條鋼(gang)(gang)，即使在(zai)鋼(gang)(gang)板(ban)的心部(bu)，淬(cui)火冷卻速率僅為0.8℃/s左右，通過上述合金設計和(he)工藝配(pei)合，也可獲得以馬(ma)氏(shi)體(ti)+下貝氏(shi)體(ti)為主的顯微組織(zhi)，開發齒(chi)條鋼(gang)(gang)和(he)國(guo)內外先(xian)進技(ji)術相比，具(ju)有較(jiao)高(gao)的強韌性水平。
3.6 9Ni低溫(wen)鋼(gang)
隨著LNG工業的(de)(de)迅猛(meng)發(fa)展，9Ni低溫(wen)(wen)(wen)鋼的(de)(de)研(yan)究和(he)開(kai)發(fa)熱(re)度(du)持(chi)續(xu)升溫(wen)(wen)(wen)。LNG儲(chu)存溫(wen)(wen)(wen)度(du)為-163℃，要求LNG儲(chu)罐內(nei)壁用9Ni鋼具有較(jiao)高的(de)(de)強度(du)、良好(hao)的(de)(de)低溫(wen)(wen)(wen)韌性(xing)(xing)和(he)較(jiao)小的(de)(de)波動(dong)。研(yan)究發(fa)現(xian)，采用QLT熱(re)處(chu)理（在QT調質處(chu)理中增加一道兩相(xiang)區淬(cui)火），可在強度(du)略微(wei)降(jiang)低的(de)(de)情況下，顯著提(ti)高9Ni鋼的(de)(de)低溫(wen)(wen)(wen)韌性(xing)(xing)，同時大大擴展9Ni鋼的(de)(de)熱(re)處(chu)理工藝窗口，提(ti)高9Ni鋼的(de)(de)性(xing)(xing)能穩(wen)定(ding)性(xing)(xing)。
進一(yi)步研究顯示，9Ni鋼(gang)的(de)(de)(de)良好(hao)低溫韌(ren)性(xing)與其中(zhong)(zhong)形(xing)成的(de)(de)(de)一(yi)定含(han)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)逆轉(zhuan)(zhuan)變(bian)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)有密(mi)切關(guan)系(xi)。在(zai)(zai)9Ni鋼(gang)中(zhong)(zhong)形(xing)成5%-15%左右(you)的(de)(de)(de)、熱穩定性(xing)高(gao)的(de)(de)(de)逆轉(zhuan)(zhuan)變(bian)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)，可韌(ren)化馬氏(shi)體(ti)(ti)基體(ti)(ti)，在(zai)(zai)受載(zai)變(bian)形(xing)過程中(zhong)(zhong)吸收能量(liang)(liang)，提高(gao)相變(bian)誘導(dao)塑性(xing)能力。在(zai)(zai)一(yi)定范圍內，9Ni鋼(gang)的(de)(de)(de)逆轉(zhuan)(zhuan)變(bian)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)含(han)量(liang)(liang)越(yue)(yue)高(gao)，低溫韌(ren)性(xing)越(yue)(yue)好(hao)。
9Ni鋼(gang)逆(ni)轉變奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)的(de)形成和(he)(he)穩定(ding)(ding)性，與C、Ni、Mn等奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)穩定(ding)(ding)元(yuan)素的(de)顯著富集(ji)具有密切的(de)關系。理(li)論(lun)計算和(he)(he)試驗(yan)結(jie)果顯示(shi)，采用適(shi)當的(de)工(gong)藝(yi)處理(li)，9Ni鋼(gang)逆(ni)轉變奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)中的(de)C、Ni、Mn元(yuan)素的(de)最(zui)高含量可(ke)分別達到0.5%、25%和(he)(he)2%左右，使(shi)熱(re)處理(li)過程形成的(de)奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)可(ke)穩定(ding)(ding)保持到室溫(wen)，即冷(leng)卻至(zhi)液氮溫(wen)度也不發生轉變。逆(ni)轉變奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)的(de)控制技術，也是改善和(he)(he)提高9Ni鋼(gang)低溫(wen)斷裂(lie)韌(ren)性尤其(qi)是止裂(lie)韌(ren)性的(de)關鍵工(gong)藝(yi)技術之一。
4、結語
高(gao)技術(shu)(shu)船(chuan)舶及海洋(yang)工(gong)(gong)程的(de)(de)國產化(hua)是建(jian)立在高(gao)端材料和技術(shu)(shu)大(da)量依賴進口的(de)(de)基礎(chu)之上。要實(shi)現(xian)我國成為世(shi)界(jie)造船(chuan)強國的(de)(de)戰略目標(biao)，還有大(da)量關鍵(jian)技術(shu)(shu)需(xu)要突破，其(qi)中的(de)(de)核心(xin)問(wen)題之一就(jiu)是高(gao)品質造船(chuan)及海洋(yang)工(gong)(gong)程用(yong)鋼的(de)(de)研(yan)發和推(tui)廣(guang)應用(yong)。
船(chuan)舶(bo)及海洋(yang)石油工(gong)業的(de)(de)(de)飛(fei)速(su)發展(zhan)給造(zao)船(chuan)及海洋(yang)工(gong)程用鋼(gang)提(ti)出(chu)了(le)高(gao)(gao)(gao)強度、高(gao)(gao)(gao)韌(ren)性(xing)、大(da)(da)線(xian)能最焊(han)(han)接及耐腐蝕性(xing)的(de)(de)(de)要求，同時(shi)(shi)還需要具備(bei)大(da)(da)厚(hou)度及大(da)(da)尺寸規(gui)格的(de)(de)(de)要求。采用V-N-Ti復合(he)處理(li)技(ji)(ji)術(shu)，開(kai)(kai)發了(le)100KJ/cm以上(shang)可(ke)大(da)(da)線(xian)能量(liang)焊(han)(han)接平臺鋼(gang)。采用Mg-Ti復合(he)處理(li)技(ji)(ji)術(shu)，開(kai)(kai)發出(chu)適合(he)100-200KJ/cm的(de)(de)(de)大(da)(da)線(xian)能量(liang)焊(han)(han)接船(chuan)體(ti)鋼(gang)，其中在200KJ/cm的(de)(de)(de)大(da)(da)線(xian)能量(liang)焊(han)(han)接時(shi)(shi)，焊(han)(han)接熱影響區粗(cu)晶(jing)區-20℃沖(chong)擊功(gong)高(gao)(gao)(gao)達350J。通(tong)過超(chao)純凈(jing)度及添加耐蝕合(he)金的(de)(de)(de)方法開(kai)(kai)發出(chu)NS-D32及NS-D36船(chuan)板(ban)鋼(gang)，下底板(ban)腐蝕速(su)率僅(jin)為(wei)傳統鋼(gang)的(de)(de)(de)1/130采用釩(fan)氮(dan)(dan)微合(he)金化+碳氮(dan)(dan)化釩(fan)控制(zhi)析出(chu)軋制(zhi)工(gong)藝(yi)開(kai)(kai)發出(chu)43號極限大(da)(da)規(gui)格D40球扁鋼(gang)。采用TRRP工(gong)藝(yi)獲得表層細晶(jing)粒組(zu)織，顯著提(ti)高(gao)(gao)(gao)厚(hou)鋼(gang)板(ban)止(zhi)裂韌(ren)性(xing)，滿足集裝箱(xiang)船(chuan)艙(cang)口圍等部位止(zhi)裂設(she)計(ji)要求。齒條鋼(gang)由過去的(de)(de)(de)100mm、127mm發展(zhan)為(wei)主力船(chuan)型用的(de)(de)(de)178mm，并逐步增加210mm齒條鋼(gang)的(de)(de)(de)使(shi)(shi)用，個(ge)別工(gong)況的(de)(de)(de)最大(da)(da)厚(hou)度達到259mm。服役工(gong)況也更(geng)為(wei)苛刻，要求的(de)(de)(de)強韌(ren)性(xing)匹配(pei)更(geng)高(gao)(gao)(gao)。油氣儲(chu)運設(she)備(bei)的(de)(de)(de)大(da)(da)型化趨勢也使(shi)(shi)用戶對Ni系(xi)低溫鋼(gang)安全裕量(liang)的(de)(de)(de)考核更(geng)加重視。20萬(wan)m3和(he)25萬(wan)m3巨型LNG儲(chu)罐的(de)(de)(de)設(she)計(ji)和(he)建造(zao)促進了(le)超(chao)級9Ni鋼(gang)的(de)(de)(de)研究和(he)開(kai)(kai)發，產(chan)品厚(hou)度達到50mm以上(shang)，在保持強度水平的(de)(de)(de)情況下，-196℃沖(chong)擊功(gong)由150-220J是(shi)高(gao)(gao)(gao)至250J以上(shang)，-163℃CTOD值達到0.3mm以上(shang)。