高品质船舶及海洋工程用钢的开发.docx

高品质船舶及海洋工程用钢的开发 导读 钢材是造船及海洋工程结构建造的主要原材料，占据了船体及海洋工程建造成本的 20%-30%。船舶及海洋石油工业的飞速发展对造船及海洋工程用钢提出了迫切需求。 1、背景 进入 21 世纪，我国船舶及海洋石油工业迎来了高速增长的新时期，2013 年我国造船三大指标（造船完工量、新接订单量、手持订单量）分别占世界总量的 41.4%、47.9%、45.0%， 位居世界第一，我国已成为世界造船中心。海洋石油工业领域，十一五期间我国海上油气开 发投入了 1200 亿元，2010 年海洋油气产量实现了 500 万 t 油当量。仅根据中海油规划，十二五期间将新建 5000 万 t 油当量产能。预计“十二五”、“十三五”海洋石油工业投入将分别达到 6700 亿元和 9500 亿元。目前我国船厂能建造国际航运界所需船型的95%左右，包括 17.5 万 t 散货船、30 万 t 超大型油轮(VLCC)、30 万 t 浮式生产储油船(FPSO)、14.7 万m3LNG 船等，目前已有 9 座 30 万吨级造船坞，并在规划 50 万吨级和 100 万吨级船坞。 船舶及海洋石油工业的飞速发展对造船及海洋工程用钢提出了迫切需求。为适应船体高效化的建造需求，对船板钢提出了 100-500KJ/cm 的大线能量焊接要求，从而实现了船板钢的一次焊接成型；为提高船体运行安全性，延长钢材使用寿命，对压载舱、货油舱船板钢提出了耐腐蚀的要求，提高运行寿命的同时降低了维护成本；大型船体建造提出了43 号大规格的 D40 球扁钢的需求，突破了传统型钢生产开发的极限；自升式海洋平台桩腿构件需要 用钢铁材料，最低使用温度达到-196℃，服役环境极为苛刻。在此基础上，根据液化天然气(LNG)、液化石油气(LPG)、液化乙烯气(LEG)等低温油气的不同使用温度要求，研制开发了127-210mm 厚高强度特厚板，突破了中厚板生产厚度规格极限；油气储运设备提出了超低温 用钢铁材料，最低使用温度达到-196℃，服役环境极为苛刻。在此基础上，根据液化天然气 (LNG)、液化石油气(LPG)、液化乙烯气(LEG)等低温油气的不同使用温度要求，研制开发了 9Ni、5Ni 或 3.5Ni 等 Ni 系低温钢。总之，高强度、高韧性、易焊接性、良好的耐腐蚀性以及大厚度、大规格化是船舶及海洋工程用钢的发展方向。 但是，我国和世界上先进的船舶制造及海洋工程装备设计制造技术相比，还存在很大差距。我国船企建造的船舶中，60%-70%主要以低技术含量的散货船为主，高技术含量的钻井船及液化天然气船等承接量少。在海洋工程装备领域，我国尚处在欧美、新加坡/韩国之后的第三阵营，在产品设计、高端装备技术与建造方面与国外差距较大。如国外深水钻探最大水深已达 3095m，我国为 1480m。国外已开发油气田最大水深为 2743m，我国为 300m，其中自主开发的装备采油能力不大于 200m 水深，与国外有近 10 年的距离。我国南海水深在500-2000m，我国目前还不具备在这种海域进行油气勘探和生产的装备技术。为此，必须要开发一系列高新技术和产品作为支持，而系列高品质船舶及海洋工程用钢的开发是其重要组成部分，它将为推进我国船舶工业及海洋石油工业的发展，保障我国能源、运输等行业的安全奠定良好的基础。 2、造船及海洋工程用钢的研究进展 钢材是造船及海洋工程结构建造的主要原材料，占据了船体及海洋工程建造成本的20%-30%。涉及的钢材品种主要包括钢板、型钢（船用球扁钢、H 型钢、角钢等）、铸锻钢以及配套焊接材料等。其中船体建造耗用钢材量约占全船重量的60%左右，其中板材占 88% 左右。 高强度、高韧性是造船和海洋工程用钢的基本要求。早期大型船体结构多采用 235MPa 级以下的钢板，随着船体结构的安全性要求的不断提高，船用钢板的强度在逐步提高，由235MPa 逐步升级到 315MPa 以及 355MPa，钢的质量等级也从 A 级提高到 E 级甚至 F 级。到 20 世纪 90 年代，随着船舶的大型化、轻量化和高速化的要求，日本和欧洲率先开发出屈服强度为 390MPa 级的 TMCP 型高强船板(YP40K)，主要用在船体受应力比较大的舷侧、舷缘顶板和强力甲板上。目前，在大型散装货船和集装箱船中，390MPa 级的高强度钢已占主导地位，而 TMCP 工艺生产的船体钢的强度级别已经达到550MPa 级以上，在海洋平台等大型海洋结构中获得广泛应用。而海洋工程中自升式钻井平台的桩腿结构，如齿条板、半圆板和无缝 支撑管等部位，均要求屈服强度 690MPa 以上的高强度低合金钢，同时对低温冲击韧性的要求也极为苛刻，即使在普通工况条件也要求考核-40℃（E 级）的低温冲击性能，在寒冷或 上，储运LEG