高品質(zhì)船舶及海洋工程用鋼的開(kāi)發(fā)
2019-12-02 01:06:03
hualin
導(dǎo)讀
鋼材是造船及海洋工程結(jié)構(gòu)建造的主要原材料，占據(jù)了船體及海洋工程建造成本的20%-30%。船舶及海洋石油工業(yè)的飛速發(fā)展對(duì)造船及海洋工程用鋼提出了迫切需求。
1、背景
進(jìn)入21世紀(jì)，我國(guó)船舶及海洋石油工業(yè)迎來(lái)了高速增長(zhǎng)的新時(shí)期，2013年我國(guó)造船三大指標(biāo)（造船完工量、新接訂單量、手持訂單量）分別占世界總量的41.4%、47.9%、45.0%，位居世界第一，我國(guó)已成為世界造船中心。海洋石油工業(yè)領(lǐng)域，十一五期間我國(guó)海上油氣開(kāi)發(fā)投入了1200億元，2010年海洋油氣產(chǎn)量實(shí)現(xiàn)了500萬(wàn)t油當(dāng)量。僅根據(jù)中海油規(guī)劃，十二五期間將新建5000萬(wàn)t油當(dāng)量產(chǎn)能。預(yù)計(jì)“十二五”、“十三五”海洋石油工業(yè)投入將分別達(dá)到6700億元和9500億元。目前我國(guó)船廠(chǎng)能建造國(guó)際航運(yùn)界所需船型的95%左右，包括17.5萬(wàn)t散貨船、30萬(wàn)t超大型油輪（VLCC）、30萬(wàn)t浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油船（FPSO）、14.7萬(wàn)m3LNG船等，目前已有9座30萬(wàn)噸級(jí)造船塢，并在規(guī)劃50萬(wàn)噸級(jí)和100萬(wàn)噸級(jí)船塢。
船舶及海洋石油工業(yè)的飛速發(fā)展對(duì)造船及海洋工程用鋼提出了迫切需求。為適應(yīng)船體高效化的建造需求，對(duì)船板鋼提出了100-500KJ/cm的大線(xiàn)能量焊接要求，從而實(shí)現(xiàn)了船板鋼的一次焊接成型；為提高船體運(yùn)行安全性，延長(zhǎng)鋼材使用壽命，對(duì)壓載艙、貨油艙船板鋼提出了耐腐蝕的要求，提高運(yùn)行壽命的同時(shí)降低了維護(hù)成本；大型船體建造提出了43號(hào)大規(guī)格的D40球扁鋼的需求，突破了傳統(tǒng)型鋼生產(chǎn)開(kāi)發(fā)的極限；自升式海洋平臺(tái)樁腿構(gòu)件需要127-210mm厚高強(qiáng)度特厚板，突破了中厚板生產(chǎn)厚度規(guī)格極限；油氣儲(chǔ)運(yùn)設(shè)備提出了超低溫用鋼鐵材料，最低使用溫度達(dá)到-196℃，服役環(huán)境極為苛刻。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)液化天然氣（LNG）、液化石油氣（LPG）、液化乙烯氣（LEG）等低溫油氣的不同使用溫度要求，研制開(kāi)發(fā)了9Ni、5Ni或3.5Ni等Ni系低溫鋼。總之，高強(qiáng)度、高韌性、易焊接性、良好的耐腐蝕性以及大厚度、大規(guī)格化是船舶及海洋工程用鋼的發(fā)展方向。
但是，我國(guó)和世界上先進(jìn)的船舶制造及海洋工程裝備設(shè)計(jì)制造技術(shù)相比，還存在很大差距。我國(guó)船企建造的船舶中，60%-70%主要以低技術(shù)含量的散貨船為主，高技術(shù)含量的鉆井船及液化天然氣船等承接量少。在海洋工程裝備領(lǐng)域，我國(guó)尚處在歐美、新加坡/韓國(guó)之后的第三陣營(yíng)，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、高端裝備技術(shù)與建造方面與國(guó)外差距較大。如國(guó)外深水鉆探最大水深已達(dá)3095m，我國(guó)為1480m。國(guó)外已開(kāi)發(fā)油氣田最大水深為2743m，我國(guó)為300m，其中自主開(kāi)發(fā)的裝備采油能力不大于200m水深，與國(guó)外有近10年的距離。我國(guó)南海水深在500-2000m，我國(guó)目前還不具備在這種海域進(jìn)行油氣勘探和生產(chǎn)的裝備技術(shù)。為此，必須要開(kāi)發(fā)一系列高新技術(shù)和產(chǎn)品作為支持，而系列高品質(zhì)船舶及海洋工程用鋼的開(kāi)發(fā)是其重要組成部分，它將為推進(jìn)我國(guó)船舶工業(yè)及海洋石油工業(yè)的發(fā)展，保障我國(guó)能源、運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)的安全奠定良好的基礎(chǔ)。
2、造船及海洋工程用鋼的研究進(jìn)展
鋼材是造船及海洋工程結(jié)構(gòu)建造的主要原材料，占據(jù)了船體及海洋工程建造成本的20%-30%。涉及的鋼材品種主要包括鋼板、型鋼（船用球扁鋼、H型鋼、角鋼等）、鑄鍛鋼以及配套焊接材料等。其中船體建造耗用鋼材量約占全船重量的60%左右，其中板材占88%左右。
高強(qiáng)度、高韌性是造船和海洋工程用鋼的基本要求。早期大型船體結(jié)構(gòu)多采用235MPa級(jí)以下的鋼板，隨著船體結(jié)構(gòu)的安全性要求的不斷提高，船用鋼板的強(qiáng)度在逐步提高，由235MPa逐步升級(jí)到315MPa以及355MPa，鋼的質(zhì)量等級(jí)也從A級(jí)提高到E級(jí)甚至F級(jí)。到20世紀(jì)90年代，隨著船舶的大型化、輕量化和高速化的要求，日本和歐洲率先開(kāi)發(fā)出屈服強(qiáng)度為390MPa級(jí)的TMCP型高強(qiáng)船板（YP40K），主要用在船體受應(yīng)力比較大的舷側(cè)、舷緣頂板和強(qiáng)力甲板上。目前，在大型散裝貨船和集裝箱船中，390MPa級(jí)的高強(qiáng)度鋼已占主導(dǎo)地位，而TMCP工藝生產(chǎn)的船體鋼的強(qiáng)度級(jí)別已經(jīng)達(dá)到550MPa級(jí)以上，在海洋平臺(tái)等大型海洋結(jié)構(gòu)中獲得廣泛應(yīng)用。而海洋工程中自升式鉆井平臺(tái)的樁腿結(jié)構(gòu)，如齒條板、半圓板和無(wú)縫支撐管等部位，均要求屈服強(qiáng)度690MPa以上的高強(qiáng)度低合金鋼，同時(shí)對(duì)低溫沖擊韌性的要求也極為苛刻，即使在普通工況條件也要求考核-40℃（E級(jí)）的低溫沖擊性能，在寒冷或極寒條件下考核-60℃（F級(jí)）甚至-80℃的低溫沖擊性能。而一些低溫油氣儲(chǔ)運(yùn)用鋼對(duì)低溫沖擊性能的要求更為苛刻，如儲(chǔ)存LNG的9Ni鋼要求考核-196℃的低溫沖擊功達(dá)到100J以上，儲(chǔ)運(yùn)LEG的5Ni鋼也要求考核-120℃沖擊功。
焊接性也是船體結(jié)構(gòu)鋼關(guān)注的重點(diǎn)問(wèn)題之一。20世紀(jì)30年代以前，船體結(jié)構(gòu)大都采用鉚接或螺栓連接。二戰(zhàn)前后，焊接技術(shù)開(kāi)始普遍應(yīng)用在船體結(jié)構(gòu)上，對(duì)船體鋼的焊接性和焊接工藝也提出了越來(lái)越高的要求。焊接時(shí)，鋼板的焊接熱影響區(qū)HAZ必須經(jīng)受高溫?zé)嵫h(huán)，這很容易引起鋼板HAZ的組織粗化，顯著降低HAZ的韌性。特別是近幾年來(lái)，為降低建造成本、提高造船的生產(chǎn)率，造船廠(chǎng)強(qiáng)烈要求采用大線(xiàn)能量焊接。國(guó)外廣泛采用100-500KJ/cm大線(xiàn)能量焊接。為此，各國(guó)開(kāi)發(fā)了一系列大線(xiàn)能量焊接船體鋼，如日本于20世紀(jì)80年代初期研制的YP335鋼、90年代中期研制的YP390鋼和目前正在研制的YP460鋼等。目前，在海洋工程用鋼領(lǐng)域如平臺(tái)用E36等，均要求采用大線(xiàn)能量焊接以提高施工建造效率。
近年來(lái)，船舶及海洋工程結(jié)構(gòu)的耐腐蝕性越來(lái)越受到人們的關(guān)注，國(guó)際海事組織（IMO）先后通過(guò)了壓載艙涂層防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)（PSPC）以及貨油艙用耐腐蝕鋼性能標(biāo)準(zhǔn)（MSC87），這使得相關(guān)的研究工作變得更加緊迫。在壓載艙環(huán)境下，船板鋼經(jīng)受高溫、高濕以及Cl-的共同侵蝕，尤其在壓載艙的潮差部位船板鋼發(fā)生嚴(yán)重的局部腐蝕。JFE鋼鐵公司開(kāi)發(fā)出了可抑制船舶壓載艙涂膜劣化的新型高耐腐蝕性壓載艙用鋼“JFE一SIP-BT”。由于找到可抑制涂裝后涂膜劣化的元素，提高了基于腐蝕生成物的鋼材保護(hù)性能，可將涂膜膨脹及剝離等涂膜的劣化速度減慢到原鋼材的一半左右。新日鐵等通過(guò)提高鋼材的純凈度、添加Ni、Cu、W、Mo等耐蝕合金元素的方法研制開(kāi)發(fā)的D36貨油艙用耐腐蝕鋼，將船體結(jié)構(gòu)的使用壽命從15年提高到25年，該鋼腐蝕速率約為傳統(tǒng)鋼的1/4。
厚度規(guī)格也是船體鋼技術(shù)水平的重要標(biāo)志之一。雖然一般船體結(jié)構(gòu)中對(duì)船體鋼厚板規(guī)格最多要求到40mm，但我國(guó)新船體鋼標(biāo)準(zhǔn)GB712-2010已將規(guī)格上限擴(kuò)大到100mm，厚規(guī)格船體鋼主要用于海洋平臺(tái)等大型海洋結(jié)構(gòu)中。在自升式鉆井平臺(tái)的樁腿用齒條板，其厚度普遍大于100mm，目前的主力型號(hào)JU2000齒條板一般采用178mm厚鋼板。厚規(guī)格船板和平臺(tái)用鋼重要的性能指標(biāo)之一是抗層狀撕裂性能。由于軋制變形量較小以及鑄坯偏析的影響，厚板厚度方向性能一般顯著低于縱、橫向性能。GB5313-2010對(duì)有厚度方向性能要求的鋼板進(jìn)行了規(guī)定，其中最高級(jí)別的235鋼要求斷面收縮率≥35%。大型船體結(jié)構(gòu)不僅對(duì)鋼板提出了厚規(guī)格要求，也對(duì)船用型鋼提出了厚規(guī)格要求。30萬(wàn)噸級(jí)大型船舶舭龍骨部位要求使用43號(hào)大規(guī)格D40球扁鋼，腹板厚度最大達(dá)20mm，是目前研制型鋼中強(qiáng)韌性要求最高、截面尺寸最大的型材。型材一般采用孔型軋制生產(chǎn)，由于道次變形量低、終軋溫度高、軋后無(wú)法實(shí)現(xiàn)快冷等特點(diǎn)，因此大規(guī)格高強(qiáng)型鋼較鋼板技術(shù)難度更大。
船舶用鋼板應(yīng)具有良好的止裂特性。近年來(lái)，散裝貨船的破損事故和巨型油輪（VLCC）的觸礁事故不斷增多，除從設(shè)計(jì)上進(jìn)行改進(jìn)外，在造船用鋼方面，則要求船的碰撞和觸礁產(chǎn)生較大塑性變形（10%）時(shí)，造船用鋼板必須具有良好的抗脆性裂紋傳播的止裂特性。采用TMCP工藝可生產(chǎn)出表層具有超細(xì)晶粒組織的鋼板，厚度方向性能均勻，具有良好的阻止脆性裂紋擴(kuò)展的能力。這種船板板已成功地用于液化石油氣（LPG）船和散裝貨船剪切應(yīng)力最大的部位。隨造船工業(yè)的發(fā)展，船舶對(duì)止裂鋼板的需求將越來(lái)越多。
3、高品質(zhì)造船及海洋工程用鋼開(kāi)發(fā)
3.1大線(xiàn)能量焊接船板鋼及平臺(tái)用鋼
對(duì)船板用鋼，要求采用200KJ/cm以上大線(xiàn)能量焊接，從而實(shí)現(xiàn)18-36mm厚鋼板一次焊接成形。采用“氧化物冶金”的技術(shù)思路開(kāi)展了大線(xiàn)能量焊接用鋼的研究開(kāi)發(fā)工作。研究開(kāi)展了Ti處理、Zr處理、復(fù)合Ti-Mg處理、復(fù)合Ti-Zr處理對(duì)船體鋼大線(xiàn)能量焊接性的影響。對(duì)試驗(yàn)鋼進(jìn)行20-200KJ/cm的焊接熱模擬試驗(yàn)，焊接熱模擬最高加熱峰值溫度1350℃。結(jié)果表明，Ti-Mg、Ti-Zr復(fù)合處理后，鋼中獲得了大量細(xì)小的復(fù)合含Ti氧化物粒子，其直徑約1-2μm。比較各種脫氧處理?xiàng)l件下焊接熱影響區(qū)的低溫韌性可以看出（見(jiàn)圖1），普通未進(jìn)行任何處理的C-Mn鋼焊后熱影響區(qū)的整體低溫韌性水平較低，其中線(xiàn)能量大于50KJ/cm時(shí)，低溫韌性顯著降低，僅為10J左右。經(jīng)不同合金脫氧處理后，模擬焊接粗晶區(qū)的低溫韌性顯著提高。其中經(jīng)Ti-Mg處理（低Mg）后，粗晶區(qū)的低溫韌性水平最高，各種線(xiàn)能量下的低溫沖擊功值均在300J以上，且隨線(xiàn)能量的變化不敏感。對(duì)比焊接熱影響區(qū)的組織可看出，Al處理鋼中主要得到大量平行排列的側(cè)板條鐵素體組織，Ti-Mg復(fù)合處理鋼中主要得到大量交錯(cuò)排列的晶內(nèi)鐵素體組織。采用Ti-Mg復(fù)合脫氧處理的方法，在工業(yè)大生產(chǎn)條件下研制開(kāi)發(fā)了100-240KJ/cm大線(xiàn)能量焊接用鋼，鋼板最大厚度為80mm。
對(duì)于海洋平臺(tái)用E36鋼，由于采用正火態(tài)交貨，無(wú)法有效利用TMCP及微合金化等技術(shù)，目前普遍采用50KJ/cm以下焊接線(xiàn)能量。平臺(tái)用鋼具有以下特點(diǎn)：碳含量及碳當(dāng)量高、厚度規(guī)格大（30-100mm）、正火態(tài)交貨。因此，必須在現(xiàn)有平臺(tái)鋼設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上通過(guò)降低碳含量及碳當(dāng)量，大幅度提高焊接性，并采用其他方式彌補(bǔ)強(qiáng)度損失。
通過(guò)采用V-N-Ti合金設(shè)計(jì)，利用V（CN）的析出強(qiáng)化彌補(bǔ)鋼的強(qiáng)度損失，并能大幅度降低鋼碳含量和碳氮量。復(fù)合析出的V-N-Ti粒子還能起到細(xì)化原始奧氏體晶粒，并最終提高大線(xiàn)能量焊接熱影響區(qū)低溫韌性的作用。目前，工業(yè)試制50mm以上平臺(tái)鋼可以實(shí)現(xiàn)100KJ/cm以上的大線(xiàn)能量焊接。
3.2油船貨油艙用耐腐蝕鋼
深入分析了船板鋼在貨油艙上甲板、內(nèi)底板環(huán)境下的腐蝕行為，研究了提高船板鋼耐蝕性的不同技術(shù)思路。通過(guò)不同的耐蝕合金設(shè)計(jì)，研究了多種合金元素對(duì)船板鋼在貨油艙腐蝕環(huán)境下的耐蝕性。圖2為三種不同合金元素對(duì)腐蝕速率的影響規(guī)律。從研究結(jié)果可以看出，在內(nèi)底板腐蝕環(huán)境下，微量合金元素對(duì)船板鋼的耐蝕性存在顯著影響。添加0.1%以上的B和C耐蝕合金元素可以使腐蝕速率顯著降低到原來(lái)的1/4-1/30觀(guān)察腐蝕后的形貌可以看出，在IMO貨油艙內(nèi)底板腐蝕環(huán)境下，傳統(tǒng)鋼表面主要形成大量直徑大而深的腐蝕點(diǎn)蝕坑，而開(kāi)發(fā)的耐蝕鋼表面則出現(xiàn)少量小而淺的點(diǎn)蝕坑，點(diǎn)蝕坑的深度/直徑比顯著降低。根據(jù)上述結(jié)果研制開(kāi)發(fā)的工業(yè)鋼（NSD32、NSD36）內(nèi)底板腐蝕速率均低于1mm/a的標(biāo)準(zhǔn)腐蝕速率要求，其中NSD36鋼腐蝕速率最低可以達(dá)到0.38mm/a的超低水平，約為傳統(tǒng)鋼的1/13。
同時(shí)，在上甲板腐蝕環(huán)境下，按照IMO標(biāo)準(zhǔn)分別進(jìn)行21天、49天、77天、98天的腐蝕試驗(yàn)，其試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示，從擬合25年后的結(jié)果來(lái)看，對(duì)比鋼腐蝕量達(dá)到9.34mm，而開(kāi)發(fā)的耐蝕鋼僅為1.512mm，完全滿(mǎn)足IMO標(biāo)準(zhǔn)不高于2.0mm的標(biāo)準(zhǔn)要求。從腐蝕機(jī)理來(lái)看，在干濕交替的腐蝕氣體環(huán)境下，對(duì)比鋼表面銹層疏松、易剝離，銹層多為富硫的腐蝕產(chǎn)物，而在耐蝕鋼的銹層結(jié)構(gòu)中，形成了致密的內(nèi)銹層，其與基體結(jié)合強(qiáng)度高，有效阻止了腐蝕介質(zhì)與基體的接觸，從而在長(zhǎng)周期干濕交替腐蝕條件下表現(xiàn)出良好的耐蝕性。
3.3大規(guī)格船用球扁鋼
綜合利用新型釩氮微合金化設(shè)計(jì)+碳氮化釩控制析出軋制工藝（PCRP），集成創(chuàng)新開(kāi)發(fā)出高韌性、大規(guī)格船用球扁鋼品種技術(shù)。依靠奧氏體中析出的碳氮化釩促進(jìn)晶內(nèi)鐵素體形核，顯著細(xì)化了最終的鐵素體晶粒尺寸，獲得顯著的細(xì)晶強(qiáng)化效果。同時(shí)，依靠鐵素體中彌散析出的碳氮化釩的析出強(qiáng)化作用，顯著提高鋼的強(qiáng)度。利用上述技術(shù)思路，可在傳統(tǒng)孔型軋制條件下研究開(kāi)發(fā)出屈服強(qiáng)度355MPa、390MPa、440MPa級(jí)系列高韌性船用球扁鋼品種。其中研制開(kāi)發(fā)的D40極限規(guī)格43號(hào)（邊長(zhǎng)430mm、腹板厚20mm）熱軋船用球扁鋼屈服強(qiáng)度高于410MPa，-40℃沖擊功達(dá)到200J。高韌性、高強(qiáng)度、大規(guī)格船用球扁鋼的開(kāi)發(fā)解決了高韌性艦船用球扁鋼品種技術(shù)難題，滿(mǎn)足了我國(guó)船體建造的需要。
3.4高止裂韌性船用鋼板
大型集裝箱船等在海上航行時(shí)，受波浪影響會(huì)產(chǎn)生彎曲，在船體艙口強(qiáng)度甲板上產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中。為了便于裝卸貨物，集裝箱船通常采用大的艙口開(kāi)口設(shè)計(jì)，這就需要集裝箱船具有大型商船中最高的縱向強(qiáng)度。從保證船舶安全性，防止脆性斷裂的產(chǎn)生，要求在艙口圍板、上甲板等部位使用51-100mm的具有高止裂韌性的厚鋼板。
使用新型的TRRP軋制工藝（Temperature Reverting Rolling Process），可以在厚鋼板表層獲得超細(xì)晶組織，與傳統(tǒng)TMCP工藝相比，其特點(diǎn)是在兩階段軋制間將鋼板加速冷卻到Ac1以下，出水后鋼板內(nèi)部的熱量加熱表層，表層處在兩相區(qū)時(shí)進(jìn)行控制軋制，在表層得到超細(xì)晶組織。厚鋼板產(chǎn)生斷裂時(shí)，通常表層不發(fā)生脆性斷裂，而是產(chǎn)生與應(yīng)力方向垂直面成45°角的塑性變形，能夠吸收裂紋傳播的能量，從而達(dá)到阻止裂紋傳播的效果，有效提高止裂性能，表層超細(xì)晶鋼板就是應(yīng)用這個(gè)原理，通過(guò)增加剪切唇的形成來(lái)提高止裂性。
數(shù)值模擬TRRP和TMCP工藝下鋼板內(nèi)部溫度場(chǎng)，鋼板表面、1/4處和心部的溫度隨時(shí)間變化如圖4所示。可以看到，空冷時(shí)表面到心部的溫度差基本不變，而水冷回溫時(shí)，表面溫度先是迅速降低，出水后又被迅速加熱到兩相區(qū)，此時(shí)精軋變形，表層形成超細(xì)晶組織。采用上述工藝開(kāi)發(fā)的高止裂韌性鋼板NDT溫度低于-70℃，Kca止裂韌性滿(mǎn)足止裂設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求。
3.5海洋平臺(tái)特厚齒條鋼
隨著海洋石油工業(yè)的深入開(kāi)展和鉆采難度的加大，自升式鉆井平臺(tái)用齒條鋼提出了大厚度、高強(qiáng)度、高韌性的發(fā)展需求，這類(lèi)產(chǎn)品一般使用調(diào)質(zhì)熱處理狀態(tài)交貨。但是，隨著齒條鋼厚度的增加，截面厚度方向上組織、性能差異增大，提高特厚齒條鋼的淬透性成為這類(lèi)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的難點(diǎn)。研究了不同合金元素復(fù)合處理對(duì)齒條鋼淬透性的影響，結(jié)果表明，采用微B+固N(yùn)元素的復(fù)合處理可以在獲得良好強(qiáng)韌性的條件下大幅度提高齒條鋼的淬透性。同時(shí)，采用微Ti處理或稍過(guò)量的Al處理，均可使微量B的固溶比例達(dá)到50%以上，且偏聚于奧氏體晶界處，有效的延緩了高溫相變，顯著提高齒條鋼的淬透性。
采取上述合金優(yōu)化思路，工業(yè)生產(chǎn)獲得了截面均勻的淬透組織和良好力學(xué)性能的特厚齒條鋼。對(duì)于152mm厚的齒條鋼，即使在鋼板的心部，淬火冷卻速率僅為0.8℃/s左右，通過(guò)上述合金設(shè)計(jì)和工藝配合，也可獲得以馬氏體+下貝氏體為主的顯微組織，開(kāi)發(fā)齒條鋼和國(guó)內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)相比，具有較高的強(qiáng)韌性水平。
3.6 9Ni低溫鋼
隨著LNG工業(yè)的迅猛發(fā)展，9Ni低溫鋼的研究和開(kāi)發(fā)熱度持續(xù)升溫。LNG儲(chǔ)存溫度為-163℃，要求LNG儲(chǔ)罐內(nèi)壁用9Ni鋼具有較高的強(qiáng)度、良好的低溫韌性和較小的波動(dòng)。研究發(fā)現(xiàn)，采用QLT熱處理（在QT調(diào)質(zhì)處理中增加一道兩相區(qū)淬火），可在強(qiáng)度略微降低的情況下，顯著提高9Ni鋼的低溫韌性，同時(shí)大大擴(kuò)展9Ni鋼的熱處理工藝窗口，提高9Ni鋼的性能穩(wěn)定性。
進(jìn)一步研究顯示，9Ni鋼的良好低溫韌性與其中形成的一定含量的逆轉(zhuǎn)變奧氏體有密切關(guān)系。在9Ni鋼中形成5%-15%左右的、熱穩(wěn)定性高的逆轉(zhuǎn)變奧氏體，可韌化馬氏體基體，在受載變形過(guò)程中吸收能量，提高相變誘導(dǎo)塑性能力。在一定范圍內(nèi)，9Ni鋼的逆轉(zhuǎn)變奧氏體含量越高，低溫韌性越好。
9Ni鋼逆轉(zhuǎn)變奧氏體的形成和穩(wěn)定性，與C、Ni、Mn等奧氏體穩(wěn)定元素的顯著富集具有密切的關(guān)系。理論計(jì)算和試驗(yàn)結(jié)果顯示，采用適當(dāng)?shù)墓に囂幚恚?Ni鋼逆轉(zhuǎn)變奧氏體中的C、Ni、Mn元素的最高含量可分別達(dá)到0.5%、25%和2%左右，使熱處理過(guò)程形成的奧氏體可穩(wěn)定保持到室溫，即冷卻至液氮溫度也不發(fā)生轉(zhuǎn)變。逆轉(zhuǎn)變奧氏體的控制技術(shù)，也是改善和提高9Ni鋼低溫?cái)嗔秧g性尤其是止裂韌性的關(guān)鍵工藝技術(shù)之一。
4、結(jié)語(yǔ)
高技術(shù)船舶及海洋工程的國(guó)產(chǎn)化是建立在高端材料和技術(shù)大量依賴(lài)進(jìn)口的基礎(chǔ)之上。要實(shí)現(xiàn)我國(guó)成為世界造船強(qiáng)國(guó)的戰(zhàn)略目標(biāo)，還有大量關(guān)鍵技術(shù)需要突破，其中的核心問(wèn)題之一就是高品質(zhì)造船及海洋工程用鋼的研發(fā)和推廣應(yīng)用。
船舶及海洋石油工業(yè)的飛速發(fā)展給造船及海洋工程用鋼提出了高強(qiáng)度、高韌性、大線(xiàn)能最焊接及耐腐蝕性的要求，同時(shí)還需要具備大厚度及大尺寸規(guī)格的要求。采用V-N-Ti復(fù)合處理技術(shù)，開(kāi)發(fā)了100KJ/cm以上可大線(xiàn)能量焊接平臺(tái)鋼。采用Mg-Ti復(fù)合處理技術(shù)，開(kāi)發(fā)出適合100-200KJ/cm的大線(xiàn)能量焊接船體鋼，其中在200KJ/cm的大線(xiàn)能量焊接時(shí)，焊接熱影響區(qū)粗晶區(qū)-20℃沖擊功高達(dá)350J。通過(guò)超純凈度及添加耐蝕合金的方法開(kāi)發(fā)出NS-D32及NS-D36船板鋼，下底板腐蝕速率僅為傳統(tǒng)鋼的1/130采用釩氮微合金化+碳氮化釩控制析出軋制工藝開(kāi)發(fā)出43號(hào)極限大規(guī)格D40球扁鋼。采用TRRP工藝獲得表層細(xì)晶粒組織，顯著提高厚鋼板止裂韌性，滿(mǎn)足集裝箱船艙口圍等部位止裂設(shè)計(jì)要求。齒條鋼由過(guò)去的100mm、127mm發(fā)展為主力船型用的178mm，并逐步增加210mm齒條鋼的使用，個(gè)別工況的最大厚度達(dá)到259mm。服役工況也更為苛刻，要求的強(qiáng)韌性匹配更高。油氣儲(chǔ)運(yùn)設(shè)備的大型化趨勢(shì)也使用戶(hù)對(duì)Ni系低溫鋼安全裕量的考核更加重視。20萬(wàn)m3和25萬(wàn)m3巨型LNG儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)和建造促進(jìn)了超級(jí)9Ni鋼的研究和開(kāi)發(fā)，產(chǎn)品厚度達(dá)到50mm以上，在保持強(qiáng)度水平的情況下，-196℃沖擊功由150-220J是高至250J以上，-163℃CTOD值達(dá)到0.3mm以上。