鋼鐵作為海洋工程裝備的關鍵結構材料，廣泛應用于鉆井平臺、生產(chǎn)平臺以及海底管道等。由于海洋裝備長期服役于苛刻海洋腐蝕環(huán)境中，裝備材料的腐蝕損傷、磨蝕失效和生物污損無法回避，且每年給國家造成近萬億元的經(jīng)濟損失和30%以上海中航行體的能源浪費，已成為嚴重制約重大海洋工程技術和裝備發(fā)展的技術瓶頸之一。隨著黨的十八大提出的“建設海洋強國”的宏偉戰(zhàn)略目標，船舶與海洋工程裝備和技術迎來了千載難逢的發(fā)展機遇，同時對海洋裝備的結構、材料、防護技術與措施等提出更高的要求。

    為了全面了解我國海洋鋼鐵材料研發(fā)現(xiàn)狀及未來趨勢，探秘我國大型鋼鐵集團是如何順應國家的發(fā)展戰(zhàn)略的？值此第九屆全國腐蝕大會來臨之際，記者特邀請到鞍鋼集團鋼鐵研究院任子平院長做相關方面的精彩解讀。

    鞍鋼集團鋼鐵研究院任子平院長

    記者：請您大致談談我國海洋工程用鋼鐵材料研發(fā)現(xiàn)狀及未來趨勢？

    任院長：海洋工程用鋼主要種類可分為：海洋油氣開發(fā)裝備、艦船用鋼、橋梁基礎設施用鋼、海洋特殊裝備（包括深潛器、海水淡化、深海資源勘探）用鋼等。

    1、海洋平臺用鋼

    海洋油氣開發(fā)主要裝備是海洋平臺，海洋平臺服役期一般為20-40年，比普通船舶高約50%，由于海洋平臺處于深水、浪涌、低溫等多重復雜而苛刻的服役環(huán)境，平臺建造所采用的鋼板需要具有高強度 、高韌性、抗疲勞、抗層狀撕裂、良好可焊性和可加工性等綜合性能。海洋平臺按作業(yè)方式可分為鉆井平臺和生產(chǎn)平臺兩大類。材料級別從355-690MPa，最大厚度可達259mm。EH36及以下級別平臺用鋼基本實現(xiàn)國產(chǎn)化，占平臺用鋼量的90%，但關鍵部位所用超高強度（600MPa以上）、大厚度（100mm以上）、高韌性（－40℃以下）、適應50kJ/cm以上大焊接熱量輸入的鋼材還需進口。平臺主要遵循的通用標準包括BS/EN系列歐標、美標API、北海NOSOK及國際船級社規(guī)范等。我國的海洋平臺用鋼標準體系還需要進一步完善。隨著我國海洋開發(fā)的不斷發(fā)展，對海洋平臺用鋼的需求量不斷擴大，預計年用鋼需求量在300萬噸以上。

    2、海底油氣管線用鋼

    隨著陸地及近海油氣資源的日漸枯竭，深海和超深海的油氣資源的勘探開發(fā)已經(jīng)成為世界油氣開采的重點領域。隨著海上油氣田、極地油氣田、深水氣田的開發(fā)，面對惡劣的海洋服役環(huán)境，對海底管線提出了比陸地管線更高的質量要求，如鋼管高鋼級、大厚度、各向同性、低屈強比、低溫下的高韌性、高止裂性、良好焊接性、抗大應變性能及抗酸性介質腐蝕等性能。在目前國際上普遍執(zhí)行的美國協(xié)會API標準中，管線用鋼級別涵蓋了X42-X80的焊接高強度鋼。國內每年需建設原油管線6000km，至少需要17萬噸的海底管線鋼。如果國內南海油氣資源大規(guī)模開發(fā)，則需要的管線鋼數(shù)量將大幅度上升。

    3、船舶用鋼

    我國作為世界造船大國，正向著輕量化、大型化、安全化、長壽化的趨勢發(fā)展，在高技術船舶方面的設計建造及材料應用已躋身世界先進行列，船體結構用鋼的強度級別從235MPa-1000MPa，年需求量達到1200萬噸以上。具有高強度、高韌性、易焊接、高止裂性、耐低溫、耐腐蝕及大厚度、寬規(guī)格等關鍵特性的鋼板成為船用鋼的發(fā)展方向。除冰級船舶、化學品船、LNG船、大型郵輪等船舶所需特種鋼材正處于研發(fā)階段以外，我國已經(jīng)實現(xiàn)絕大部分船型所需材料的國產(chǎn)化。

    隨著我國海洋戰(zhàn)略的實施，以及人類開發(fā)利用深海時代的到來，對高性能海洋平臺用鋼的需求量將不斷增加，海洋平臺用鋼也將成為未來幾年國內鋼鐵企業(yè)重點研發(fā)和生產(chǎn)的產(chǎn)品。綜合分析我國海洋工業(yè)的市場需求及現(xiàn)有海洋平臺用鋼與國外產(chǎn)品的差距，可以看到，目前海洋平臺用樁腿、懸臂梁及半圓板等結構件急需升級換代，特厚規(guī)格齒條用鋼、極地低溫用鋼、高耐蝕性特種鋼等均需開展細致的研究工作，同時應與設計單位和下游用戶密切合作，積極推進高端裝備材料的工程化應用，盡快健全材料體系，建立完備的國際認可的標準規(guī)范和材料應用評價準則。

    海洋裝備用鋼未來具體發(fā)展趨勢體現(xiàn)在以下幾方面：

    1、實現(xiàn)高性能海洋平臺用鋼的國產(chǎn)化

    海洋平臺用鋼的高性能包括高強度、高韌性、耐腐蝕等特點，從海洋平臺結構設計角度出發(fā)，采用高強度和超高強度鋼可以有效減輕平臺結構自重，增加平臺可變載荷和自持能力，提高總排水量與平臺鋼結構自重比。而隨著深海及極地海洋平臺建設的快速發(fā)展，海洋工程用鋼的低溫韌性更顯重要，因此，690MPa以上級別的超高強度、耐-60℃及以下低溫的高韌性、大厚度海洋平臺用鋼將是今后研發(fā)的重點。

    全面提升材料的綜合性能，如良好的力學性能，滿足鋼結構的強度、韌性、耐疲勞性、耐海水腐蝕等設計要求；良好的加工工藝性，如冷熱加工工藝性、可焊性等，以保證設計目標的實現(xiàn)。

    2、開發(fā)海洋工程用鋼生產(chǎn)新工藝

    為實現(xiàn)海洋平臺用高強度特厚規(guī)格鋼板的國產(chǎn)化應用，開展鋼板冶金質量、組織性能穩(wěn)定化控制等關鍵生產(chǎn)工藝技術研究，包括大斷面鑄坯（錠）凝固與冶金質量控制、基于大厚度鋼板組織性能均勻化的控制軋制及熱處理技術，系統(tǒng)掌握大厚度鋼板的強韌性變化機制、微觀組織與力學性能控制的冶金學規(guī)律與控制技術。

    3、系統(tǒng)化的海洋工程用鋼應用技術研究

    可焊性、抗疲勞和耐腐蝕是實現(xiàn)海洋平臺工程化應用的關鍵應用特性。以導管架平臺為例，所采用的易焊接高強鋼要求實現(xiàn)“焊前不預熱，焊接高輸入、焊后免熱處理”。我國急需在大線能量焊接的基礎原理及關鍵技術上實現(xiàn)突破，以滿足海洋裝備領域的高效化生產(chǎn)需求，推進高端裝備材料的升級換代。面對復雜的海洋腐蝕環(huán)境，開展系統(tǒng)的腐蝕實驗及研究，開發(fā)具有高強、高韌、耐浪涌、耐海洋環(huán)境腐蝕和長壽命用高性能低合金耐蝕鋼、不銹鋼等高性能特殊鋼，形成系列化，滿足海洋環(huán)境對鋼材的耐腐蝕、長壽命要求。

    4、研發(fā)低成本高附加值產(chǎn)品

    產(chǎn)品海洋平臺是由鋼結構焊接而成，其中高強鋼所占比例高達 60%～90%，如果在高強鋼合金設計上實現(xiàn)減量化，將會大大降低海洋平臺的建設成本。 國內現(xiàn)有的 690 級高強鋼均采用添加大量的Ni、Mo 等貴重合金元素，如能通過合金設計，實現(xiàn)“以 Mn/C 代 Ni”的成分設計思路，可以大幅度降低成本。首先，Mn 是一種強奧氏體穩(wěn)定元素，其價格只是Ni的 1/5-1/20，其次，高 Mn 鋼具有優(yōu)異的強度和塑性的綜合性能以及優(yōu)異的低溫韌性。 高Mn 鋼本身的優(yōu)異綜合性能可以解決目前海洋平臺用 690 MPa 級超高強鋼的低溫韌性差、屈強比高等問題， 能夠滿足未來深海和極地海洋平臺對超高強鋼安全性能和建造成本需求， 這也是今后高強、高韌海洋平臺用鋼的重要發(fā)展方向。

    5、良好成形性能的低屈強比

    海洋平臺用鋼開發(fā)從海洋平臺底部結構設計出發(fā)， 如果采用先進的樁腿（包括樁靴）結構和升降機構，將會增加平臺的承重能力、抗沖擊能力及耐久性。目前，升降齒條用鋼采用了 690 MPa 級超高強鋼，但其他樁腿結構用鋼一般僅為 550 MPa 級別高強鋼。 主要原因在于， 其他結構用鋼不僅要求具有較高的強度，同時需要良好的成形性能，因而對屈強比進行了嚴格限制， 海洋平臺安全設計中結構件用鋼的屈強比不允許超過 0.85， 以確保塑性失效前有足夠的延展性來防止發(fā)生災難性的脆性斷裂。

    6、止裂性能高強鋼開發(fā)

    針對船舶、建筑、儲油罐、海洋結構、管線等結構設施所發(fā)生的一系列的結構件斷裂災難事故，國際工程領域提出了生產(chǎn)和應用止裂性性能鋼板的要求，且正在形成并推廣相關的國際標準。 鋼中存在一定量的殘余奧氏體時， 在裂紋擴展時可以使其沿殘余奧氏體發(fā)生偏轉， 或者因裂紋尖端的應力集中引發(fā) “殘余奧氏體→馬氏體” 相變的TRIP 效應而產(chǎn)生相變韌化，從而提高鋼材的止裂性能。由于“Mn/C”合金化可以有效調控鋼中殘余奧氏體含量， 因此通過合理的成分設計以及組織性能控制，實現(xiàn)鋼中殘余奧氏體含量、大小、分布的精確控制，從而有效提高鋼材的止裂性能，這是高強韌海洋平臺用鋼的又一重要發(fā)展趨勢。

    記者：鞍鋼海洋材料國家重點實驗室是此次會議的協(xié)辦單位，請您詳細地介紹一下鞍鋼海洋材料國家重點實驗室，并談談它的特色和優(yōu)勢？

    任院長：海洋裝備用金屬材料及其應用國家重點實驗室是國家科技部于2015年9月批準建設的第三批企業(yè)國家重點實驗室之一，是我國首個在海洋裝備用金屬材料及其應用領域設立的國家重點實驗室。海洋裝備用金屬材料及其應用國家重點實驗室根據(jù)國際和行業(yè)的發(fā)展需求，針對海洋裝備用金屬材料急需解決的技術瓶頸與關鍵裝備材料，設置了海洋裝備用金屬材料冶金技術、海軍裝備用金屬材料制備技術、海洋工程用金屬材料制備技術、海洋裝備用特種金屬材料制備技術以及海洋裝備用金屬材料應用技術五個研究方向，主要從事海洋裝備用金屬材料的應用基礎研究、關鍵技術和共性技術研究。 實驗室現(xiàn)有固定人員113人，研究人員106人，科研用房面積4.3萬平方米，擁有基礎及共性技術、應用技術和工業(yè)制備生產(chǎn)三個試驗平臺，中試生產(chǎn)線4條，各類大型科研儀器設備近百臺（套）。實驗室聘請了國內15名知名院士、專家為實驗室學術委員，中國工程院翁宇慶院士擔任實驗室學術委員會主任，侯保榮院士和曾恒一院士擔任實驗室學術委員會副主任。實驗室的建設將有力推動海洋裝備用金屬材料領域前沿技術和和共性技術的研究，促進海洋裝備用金屬材料的基礎研究成果轉化和科研成果的產(chǎn)業(yè)化，提高行業(yè)技術水平和企業(yè)自主創(chuàng)新能力，成為引領和推動海洋裝備用金屬材料領域的“產(chǎn)、學、研、檢、用”相結合的重要平臺。

    實驗室特點與優(yōu)勢

    創(chuàng)建基礎性、跨學科和開放式的海洋裝備用金屬材料及應用國家重點實驗室，其主要目的是瞄準我國海洋裝備制造業(yè)對材料的戰(zhàn)略需求與發(fā)展方向，搭建我國海洋裝備用金屬材料“產(chǎn)、學、研、檢、用”技術平臺，以核心技術帶動產(chǎn)業(yè)發(fā)展，對我國海洋裝備用金屬材料應用形成有力的技術支撐，推進更新?lián)Q代，大幅度提高海洋裝備用金屬材料的國產(chǎn)化率。

    海洋裝備用金屬材料及其應用國家重點實驗室形成了功能完備、具有國際先進水平的金屬材料研發(fā)支撐平臺。一方面，冶金性能實驗室、煉鋼實驗室、冶金水力模型實驗室、軋鋼實驗室、材料腐蝕實驗室、焊接實驗室等十余個專業(yè)實驗室以及四套/條冶金工藝與材料實驗裝置/生產(chǎn)線，具備從原料、煉鐵、煉鋼、軋鋼到產(chǎn)品開發(fā)一整套具有國際先進水平的基本滿足創(chuàng)新工作需求的試驗、實驗檢測手段。另一方面鞍鋼具有以世界先進5500軋機為核心的功能完備、品種規(guī)格齊全的海洋裝備用金屬材料生產(chǎn)裝備及技術。因此，海洋裝備用金屬材料及其應用國家重點實驗室落戶鞍鋼，為鞍鋼進一步拓展該領域市場創(chuàng)造了良好條件。一是重點實驗室將發(fā)揮研究開發(fā)中心和國際性學術交流中心的作用，吸引、凝聚和培養(yǎng)更多優(yōu)秀技術人才，走出一條屬于自己的自主創(chuàng)新之路，助力國家實現(xiàn)“海洋強國”的夢想。二是實驗室將重點打造三個實驗平臺，即基礎及共性技術實驗室平臺、工藝流程中間實驗平臺、應用技術實驗平臺，通過三個平臺的建設，在海洋裝備用金屬材料基礎研究、材料制備關鍵技術及工程化應用、材料檢測評價要求及相關技術標準制定等方面達到國際先進水平。三是實驗室將助推鞍鋼對接海洋裝備制造業(yè)發(fā)展需求，研發(fā)出更多更高端海洋裝備用金屬材料，進一步拓展鞍鋼品牌市場占有率，鞍鋼制造將跨洋越海駛向蔚藍色的海洋。

    記者：請您談談鞍鋼海洋材料國家重點實驗室做出過哪些重要成果？發(fā)揮了哪些經(jīng)濟效益和社會效益？

    任院長：海洋裝備用金屬材料及應用重點實驗室以鞍鋼為依托，圍繞我國“海洋強國”建設、《中國制造2025》 “海工裝備及高技術船舶”在突破性發(fā)展中所涉及的海洋裝備金屬材料的重大需求與制約瓶頸，深入開展研究，先后承擔完成了一系列重大基礎性科學研究項目、國家級重大科技攻關課題、國家科技支撐課題，使鞍鋼在耐腐蝕船舶用鋼、軍工艦船與潛艇及深海管線等高端產(chǎn)品的基礎理論和應用技術研究方面積累了豐富研究經(jīng)驗并保持國內領先水平，使鞍鋼在海洋工程用金屬材料方面，取得了強度級別最高、品種規(guī)格最齊全、市場占有率最高、連續(xù)創(chuàng)造了多項全國第一的輝煌業(yè)績。

    近年，實驗室加強核心技術和關鍵產(chǎn)品的自主創(chuàng)新，在海洋裝備用金屬材料及應用領域取得豐碩成果。

    750mm×550mm高剛度二輥熱軋試驗機

    EPMA 1610電子探針

    2006年鞍鋼Q420q耐候橋梁鋼應用于重慶朝天門大橋

    鞍鋼挺進市場冰海，致力于船舶和海工低溫用鋼產(chǎn)品開發(fā)工作。經(jīng)過努力，鞍鋼開創(chuàng)了破冰船用鋼國產(chǎn)化的先河，5000噸鋼板應用于我國首次自主設計、自主建造的破冰船項目，為鞍鋼船板產(chǎn)品進軍高端船舶海工制造領域打下了堅實的基礎。

    在油船貨油艙用船板開發(fā)方面，鞍鋼通過三年的研制，系統(tǒng)掌握了耐蝕鋼的成分、組織及工藝因素等對耐腐蝕性能影響規(guī)律，開發(fā)出了油船貨油艙用耐腐蝕鋼板，獨家供貨我國首艘耐蝕鋼示范油輪“大慶435”號，打破了日本在該項產(chǎn)品上的技術封鎖，鞍鋼也成為國內首家在該產(chǎn)品上通過7國船級社認可的鋼企。

    以鞍鋼獨家供貨的F級超高強海工鋼板為主要承重件加工制作的全球最深半潛式鉆井平臺--Frigstad D90超深水半潛式鉆井平臺，在山東煙臺中集來福士建造基地順利實現(xiàn)上下部大合攏。這意味著“鞍鋼制造”的F級超高強海工用鋼成功替代進口，撐起世界頂級鉆井平臺。鞍鋼再次填補國內空白，成為國內唯一一個具備F級超高強海工用鋼供貨資質的鋼鐵企業(yè)。由鞍鋼供貨的全球最先進超深水鉆井平臺“藍鯨1號”命名交付，鞍鋼成為國內唯一具備TMCP態(tài)F級超高強海工鋼供貨資質的鋼企。

    鞍鋼自主研制開發(fā)的超大型集裝箱船用止裂鋼板，國內首家通過最大厚度90mm的多國船級社認證，實現(xiàn)20000箱集裝箱船用鋼板整船供貨，替代進口，在高端海洋裝備用鋼的研發(fā)、生產(chǎn)及應用方面躋身國際先進行列。

    鞍鋼搶占海底油氣管線用鋼市場，積極與用戶合作開展海底管線用鋼研究，實現(xiàn)了X70鋼級海底管線鋼由鞍鋼獨家供貨，用于制作水深1500米的輸送管道，鞍鋼成為國內首批具備厚壁海底管線鋼產(chǎn)品供貨能力的鋼企。

    鞍鋼率先開展大線能量焊接的核心技術、焊接工藝及配套焊材的研究開發(fā)，用于船體及海洋采油平臺制造，填補了國內空白。與此同時，鞍鋼在國內創(chuàng)新性地開發(fā)了超快速冷卻技術、DQ與ACC結合的新一代TMCP技術，并實現(xiàn)船舶、海工、橋梁、管線等多個品種的工業(yè)化應用，實現(xiàn)了組織精細控制和強韌性的大幅度提升。

    橋梁鋼研發(fā)團隊參與中馬友誼大橋的設計，成功研發(fā)出一種具有原創(chuàng)性、為馬爾代夫定制的新產(chǎn)品，使鞍鋼成為援馬爾代夫中馬友誼大橋唯一供應商。中馬友誼大橋是中馬兩國開展的第一項合作，是世界首座建在珊瑚礁上的跨海大橋，也是馬爾代夫的第一座橋梁，項目的實施對促進中馬兩國關系、促進馬爾代夫社會經(jīng)濟發(fā)展意義重大。

    記者：請您談談貴單位未來的發(fā)展規(guī)劃？尤其是鞍鋼海洋材料國家重點實驗室的發(fā)展規(guī)劃。

    任院長：未來，重點實驗室將在國家和依托單位的支持下，充分利用依托單位在海洋裝備用金屬材料及應用領域形成多學科發(fā)展的綜合研究優(yōu)勢，以制約我國海洋工程裝備發(fā)展的關鍵材料、技術瓶頸為研究對象，圍繞海洋裝備用金屬材料冶金技術、海軍裝備用金屬材料制備技術、海洋工程用金屬材料制備技術、海洋裝備用特種金屬材料制備技術、海洋裝備用金屬材料的應用技術等五個研究方向，針對海洋裝備用金屬材料的發(fā)展現(xiàn)狀、產(chǎn)業(yè)化需求以及海洋裝備用金屬材料急需解決的關鍵核心技術開展研究，建立特殊性能檢測標準評價體系，形成開放式的海洋裝備用金屬材料研發(fā)、應用評價示范性平臺，推動我國海工裝備制造用材全面實現(xiàn)國產(chǎn)化，同時打造一只專業(yè)從事海洋裝備金屬材料研發(fā)的高水平的研究團隊，為我國的海洋裝備制造業(yè)材料領域的技術進步提供基礎理論與應用實踐支持。

    記者：兩年一度的全國腐蝕大會都會帶來許多的精彩報告和前沿科技的分享，貴單位作為第九屆全國腐蝕大會的協(xié)辦單位，請您談談對會議的看法和期許？

    任院長：全國腐蝕大會是國內腐蝕科學領域學術水平最高、范圍最廣、影響最大的學術會議。兩年一度大會是對我國材料腐蝕與防護領域前沿科技創(chuàng)新成果的集中展示，也是該領域重要的產(chǎn)、學、研、用交流平臺。歷屆全國腐蝕大會對推動我國腐蝕與防護技術創(chuàng)新及成功轉化發(fā)揮了不可替代的重要作用。海洋材料腐蝕與防護技術是我國海洋戰(zhàn)略的重要支撐性技術，基于這一點，作為第九屆全國腐蝕大會的協(xié)辦單位的海洋裝備金屬材料及其應用國家重點實驗室期望本屆大會在繼續(xù)發(fā)揮交流平臺和展示窗口作用的同時，著重關注海洋材料腐蝕與防護領域新思路、新觀點、新成果、促進相關科研院所及企業(yè)間的交流合作，為提升我國海洋材料研究及應用水平、推進“海洋強國”戰(zhàn)略貢獻力量。

    后記：秉承“21世紀海上絲綢之路”的宏偉構想，中國人民正在以前所未有的決心和速度，努力實現(xiàn)從海洋大國向海洋強國的“藍色跨越”。相信在國際上“藍色圈地”愈演愈烈的大環(huán)境下，在新一輪“大國崛起”的洪流中，中國人必將勇立潮頭，劈波斬浪！為此，發(fā)展海洋鋼鐵材料，研發(fā)新技術、新產(chǎn)品勢必掀開我國海洋強軍、海洋強國、海洋經(jīng)濟大發(fā)展的新篇章！

    人物簡介

    任子平，博士，鞍鋼股份有限公司總工程師，教授級高級工程師。他畢業(yè)于東北大學鋼鐵冶金專業(yè)，獲博士學位。任先生于一九九零年加入鞍鋼，現(xiàn)任鞍鋼集團鋼鐵研究院院長，曾任鞍山鋼鐵集團公司第三煉鋼廠廠長、第二煉鋼廠廠長、鞍鋼股份有限公司技術中心常務副主任、鞍山鋼鐵集團公司科技發(fā)展部部長、鞍山鋼鐵集團公司科技質量部部長。

聲明： 本網(wǎng)原創(chuàng)，轉載時請務必標明文章來源和作者信息。未經(jīng)允許， 嚴禁用于商業(yè)用途。