我国海洋工程用钢铁材料的性能要求及未来趋势
近年来,我国造船业发展迅猛,截至2019年1-10月,我国造船完工量、新接订单量、手持订单量分别占世界市场份额的37.1%、41.8%和44.1%,继续领跑全球,占据世界第一。经过多年的发展,我国初步建立了较完备的船舶与海洋工程用钢体系,海洋工程用钢品种出现极大的多元化----厚板、高强板、耐腐蚀板、耐低温板都能生产,但高端海洋工程用钢依然有所欠缺。
钢材是高品质船舶与海洋工程建造的主要原材料。因此,高品质船舶与海洋工程用钢的发展一直是海洋工程相关领域和钢铁工业十分关心的问题。船舶与海洋工程用钢发生诸多新变化,新变化的大趋势是对“高强度、高韧性、易焊接性、耐腐蚀性及大厚度、大规格、多品种规格”提出了更高、更严、更精的要求。
海洋工程用钢主要种类可分为:海洋油气开发装备、舰船用钢、桥梁基础设施用钢、海洋特殊装备(包括深潜器、海水淡化、深海资源勘探)用钢等。
一、海洋平台用钢
海洋油气开发主要装备是海洋平台,海洋平台服役期一般为20-40年,比普通船舶高约50%,由于海洋平台处于深水、浪涌、低温等多重复杂而苛刻的服役环境,平台建造所采用的钢板需要具有高强度、高韧性、抗疲劳、抗层状撕裂、良好可焊性和可加工性等综合性能。其材料级别从355-690MPa,最大厚度可达259mm。并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。随着我国海洋开发的不断发展,对海洋平台用钢的需求量不断扩大,预计年用钢需求量在300万吨以上。
船舶及海洋工程用钢材料级别
海洋工程用钢的性能要求
海洋平台由于常年浸泡在海水中,要承受各种恶劣海况,因此,海洋平台用钢的各项技术指标要求极高,不仅要有很高的耐大气腐蚀和耐海水腐蚀性能,还要求良好的力学和加工性能等。海洋平台用钢的性能要求包括:
(1)具有较高的强度,抵抗水面以上的风流冲击。具有良好的抗层状撕裂能力,避免钢材在受到厚度方向外力时,发生撕裂;
(2)具有良好的低温冲击性能,有的海洋平台用钢需要在-60℃环境下具有良好的冲击性能,可以在极寒环境下服役;
(3)具有良好的焊接性能,焊接接头性能具有和母材相同或相近的力学性能,保证海洋平台整体结构的安全性;
(4)钢质纯净度要求,钢材需具有很低的P、S等杂质元素含量,并对夹杂物的形貌、类型和分布均有很高的要求,避免海洋平台在受到台风和水流运动影响时发生疲劳失效,保障人生和财物安全。
(5)耐腐蚀性能的要求,由于海洋用钢结构长期处于盐雾、潮气和海水等环境中, 受到海水及海生物的侵蚀作用而产生剧烈的电化学腐蚀, 漆膜易发生剧烈皂化、老化, 产生非常严重的结构腐蚀, 不仅降低了结构材料的力学性能, 缩短其使用寿命, 而且又因远离海岸, 不能像船舶那样定期进行维修、保养。所以对其耐腐蚀性能的要求更高。
(6)针对海洋结构设施所发生的一系列的结构件断裂灾难事故,国际工程领域提出了生产和应用止裂性性能钢板的要求,且正在形成并推广相关的国际标准。
二、船舶用钢
我国作为世界造船大国,正向着轻量化、大型化、安全化、长寿化的趋势发展,在高技术船舶方面的设计建造及材料应用已跻身世界先进行列,船体结构用钢的强度级别从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、耐腐蚀及大厚度、宽规格等关键特性的钢板成为船用钢的发展方向。除冰级船舶、化学品船、LNG船、大型邮轮等船舶所需特种钢材正处于研发阶段以外,我国已经实现绝大部分船型所需材料的国产化。
三、海洋工程用钢的未来发展趋势
随着深海及极地海洋平台建设的快速发展,海洋工程用钢的低温韧性更显重要,因此,690MPa以上级别的超高强度、耐-60℃及以下低温的高韧性、大厚度海洋平台用钢将是今后研发的重点。趋势体现在以下几方面:
(1)加快开发高强度、高韧性的海洋平台用钢
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