高性能船用钢材.doc

高性能船用钢材近年来，高性能钢材在造船工程实践应用中得到了较大发展，钢材的强度、耐腐蚀性能、可焊性、韧性、抗疲劳性能等都取得了长足的进步，在高技术船舶和海洋工程领域有着广泛的应用前景。

其中，主要钢种包括以下几种：耐腐钢。

油船货油舱的耐腐蚀船板用钢量大约占到油船用钢总量的 40%~45% ，以建造一艘 30 万吨级超大型油轮（VLCC ）为例，船体结构总用钢量近 4 万吨，其中货油舱部分用钢量约 1.7 万吨，占整个船体结构总用钢量的42%。

殷瓦钢。

因瓦合金（invar ，也称为殷钢），是一种镍铁合金，其成分为镍 36%，铁 63.8%，碳 0.2%，它的热膨胀系数极低，能在很宽的温度范围内保持固定长度。

艾林瓦合金（ elinvar ），是一种镍铁铬合金，成分为镍33%～35%，铁 53%～61%，铬 4% ～ 5%，钨 1%～ 3%，锰0.5%～ 2%，硅0.5%～ 2%，碳 0.5%～ 2%，它在相当宽的温度范围内热弹性系数实际上是零（即杨氏模量不变），热膨胀系数也很低。

它是 1896年法国物理学家 C.E.Guialme 发现的一种奇妙的合金，这种合金在磁性温度即居里点附近热膨胀系数显著减少,出现所谓反常热膨胀现象,从而可以在室温附近很宽的温度范围内 , 获很小的甚至接近零的膨胀系数 ,呈面心立方结构 , 其牌号为 4J36,该钢种也称不膨胀钢，是含36%镍的合金钢，热膨胀系数低，在温度变化时，殷瓦钢几乎不变形，能适合常温至 -163℃的温度变化。

LNG （液化天然气）船货舱围护系统多使用厚度为 0.5mm 、 0.7mm、 1.0mm、3.0mm 的殷瓦钢， 0.8mm 的殷瓦钢也有局部使用。

一次听到“殷瓦材料” “殷瓦钢”这个名词是在中央电视台的新闻联播中介绍我国上海沪东造船厂已经能够成功制造 14。

7 万立方米 LNG 槽船的解说中，了解到”“殷瓦钢”的焊接是是 LNG 槽船制造的五大关键技术之一，而且”“殷瓦钢”是一种特殊的不锈钢材料，厚度只有 0。

7mm，需要全部进口。

仅知道这些！因瓦合金（invar ，也称为殷钢），是一种镍铁合金，其成分为镍 36％，铁 63.8％，碳 0.2％，它的热膨胀系数极低，能在很宽的温度范围内保持固定长度。

艾林瓦合金（ elinvar ），是一种镍铁铬合金，成分为镍 33％～ 35％，铁 53％～ 61％，铬 4％～5％，钨 1％～ 3％，锰 0.5％～ 2％，硅 0.5％～ 2％，碳 0.5％～2％，它在相当宽的温度范围内热弹性系数实际上是零（即杨氏模量不变），热膨胀系数也很低。

纪尧姆在研究铁镍合金的过程中偶然发现其热膨胀系数极低，于是就对整个合金系列展开了研究，从而发现了因瓦合金和艾林瓦合金以及其它一些有用的合金。

人们很快认识到因瓦合金的用处，它被用于测地基线的快速测量法。

这种合金在精密仪器中也得到了广泛的应用，如用来制造恒温器和天文钟的摆。

纪尧姆还利用艾林瓦合金游丝制成了高级表和精密时钟中的无二次误差的全补偿摆。

EH47 高强度钢。

该钢种屈服强度为47kgf/mm2 ，主要用于超大型集装箱船的舱口围板等部位。

目前正在开发的13000TEU/14000TEU 集装箱船，舱口围板厚度达到70mm 以上， EH47 用钢量约为1800 吨 /船以上。

随着集装箱船向大型化发展，这种高强度钢的应用领域将越来越广泛，需求量会明显增长。

日本、韩国等地的造船企业为了控制船舶的空船重量，在一些比较小的集装箱船上也尝试使用EH47 高强度钢板。

目前，这种钢材国内还不能生产，有条件的钢厂可以考虑开发此品种。

为了加快新产品——EH47 钢板的开发并投入生产的步伐，近日，重庆钢铁股份公司钢研所金相室抽调技术骨干，集中精力做好了前期的资料搜集等工作，已初步完成 EH47 钢板剖析信息分析工作。

前期通过酸洗低倍分析后，该钢板的总体质量较好，未发现明显的偏析、裂纹、疏松、夹杂等缺陷。

对应钢板的化学成分，技术人员又进行了显微金相分析，结果显示：该钢板为贝氏体钢。

北龙中网 6el83%h6v[据了解， 2010 年重钢的船板产量达到了170 万吨，同比增加约 80% 。

2011 年初，重钢新区正火船板钢实物质量通过中国CCS、挪威 DNV 、德国 GL 、日本 NK 、意大利 RINA 船级社认证。

本次认证申报的钢级为普通级别船钢(A 、B、D、E)和高强度级别船钢(AH32 、 DH32 、 EH32 、AH36 、DH36 、EH36) 等10 个钢级，并覆盖了以上所有钢级的Z25 和Z35 等高附加值Z 向钢板，厚度规格不大于50mm，交货状态为正火态。

北龙中网6el83%h6v[另据媒体报道，浦项制铁最近已开发出用于超大型集装箱货轮的超厚高强中厚板EH47 拉伸强度为460MPa ，比EH36(355MPa) 和 EH45(390MPa) 的拉伸强度分别提高了 30% 和 17.5% 。

EH47 在零下 40 摄氏度的条件下通过了夏比冲击试验，并已获得德国劳氏船级社GL 、美国船级社ABS 和韩国船级社 KR 的认证证书。

北龙中网6el83%h6v[浦项制铁表示， EH47 的 63mm 厚板可替代传统 75mm 厚的钢板用于上甲板， 74mm 厚板则可替代传统 80mm 厚的钢板用于舱口围板。

钢板厚度的减少可降低船的焊接和原料成本以及燃油消耗，并可提高生产效率。

双相不锈钢。

该钢种具有极高的强度，与铁素体相比，塑性、韧性更高，无室温脆性，耐晶间腐蚀性能和焊接性能均显著提高，同时还保持有铁素体不锈钢的475℃脆性以及导热系数高、超塑性等特点；与奥氏体不锈钢相比强度更高，且耐晶间腐蚀和耐氯化物应力腐蚀性能有明显提高。

双相不锈钢也是一种节镍不锈钢，用钢量约为2000 吨 /船。

目前我国能生产这种钢的厂家还比较少。

双相不锈钢- 简介双相不锈钢双相不锈钢（ Duplex Stainless Steel，简称 DSS），指铁素体与奥氏体各约占 50%，，一般较少相的含量最少也需要达到3O%的不锈钢。

双相不锈钢- 详情双相不锈钢从20 世纪 40 年代在美国诞生以来，已经发展到第三代。

它的主要特点是屈服强度可达 400-550MPa ，使普通不锈钢的 2 倍，因此可以节约用材，降低设备制造成本。

在抗腐蚀方面，特别是介质环境比较恶劣（如海水，氯离子含量较高）的条件下，双相不锈钢的抗点蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀及腐蚀疲劳性能明显优于普通的奥氏体不锈钢，可以与高合金奥氏体不锈钢媲美。

双相不锈钢具有良好的焊接性能，与铁素体不锈钢及奥氏体不锈钢相比，它既不像铁素体不锈钢的焊接热影响区，由于晶粒严重粗化而使塑韧性大幅降低，也不像奥氏体不锈钢那样，对焊接热裂纹比较敏感。

双相不锈钢由于其特殊的优点，广泛应用于石油化工设备、海水与废水处理设备、输油输气管线、造纸机械等工业领域，近年来也被研究用于桥梁承重结构领域，具有很好的发展前景。

齿条构件钢。

该钢种主要用于风车安装船等海工产品升降系统的齿条构件，牌号为 ASTMA517GRQ（S690，EQ690），屈服强度为 690MPa ，要求 -40℃低温冲击性能。

随着造船工业的不断发展,造船工业所用的材料，品种越来越多，数量越来越大。

例如建造一艘16000 吨级多用途集装箱货船，单船体用钢材就需要4600 吨，2005 年我国造船量为万载重吨，消耗钢材 400 多万吨，由此可见材料对发展 1200造船工业的重要性。

这仅仅是量，而里面的科技含量也不低。

造船材料分为金属材料和非金属材料两大类现代船舶的船体结构制造所用材料主要是一般强度船体结构用钢、高强度船体结构用钢、奥氏体不锈钢和双相不锈钢、复合钢板、 Z 向钢、铝合金、增强塑料等。

根据CCS 1998 年《材料与焊接》规范和 2002、 2004 年规范修改通报要求，所有金属材料必须从力学性能 (强度、塑性、硬度、蠕变 )、工艺性能（弯曲、焊接性）、化学成分、脱氧方法、交货状态（热处理）等方面符合规范要求。

第一节船体结构对其金属材料的基本要求由于船舶工作条件的特殊性和复杂性，因而对制造船体结构的金属材料提出了较高的要求，大致有以下几方面：一、良好的力学性能1.强度强度—金属材料在外力作用下抵抗断裂和变形的能力。

2.塑性塑性—金属材料在外力作用下产生塑性变形而不破坏的能力。

3.冲击韧性冲击韧性—金属材料抵抗冲击载荷和脆性破坏的能力。

4.疲劳强度疲劳强度—金属材料抵抗外力反复作用下的能力，即在交变载荷无限次作用下不致引起破坏的能力，以б N 表示。

5.硬度硬度—金属材料抵抗比它更硬物体压入表面内的能力。

二、优良的工艺性能所谓工艺性能是指材料对各种加工方法的适应性。

在现代造船中，采用最多的金属材料加工方法是焊接与弯曲。

因此，作为船体结构材料必须具有良好的焊接性和优良的承受弯曲加工的性能。

三、良好的耐腐蚀性能船体结构用金属材料在海水中具有较高的耐腐蚀性能，而目前的一般强度船体结构用钢和高强度船体结构用钢还不能完全满足要求，在海水中的腐蚀都比较严重，据统计碳素钢为 0.1 毫米 /年，含镍合金钢为 0.08 毫米 /年。

因此，船舶设计时必须增放腐蚀余量，这就增加了船体自重和材料消耗。

从耐腐蚀观点出发，奥氏体不锈钢和双相不锈钢作为造船材料是比较理想的。

四、要经济可行造船材料要成本低、品种多、质量好、保证大量供应。

要满足这些要求，必须立足于国内，国产材料应有良好的供应经济性，如船板厚度进级可为 o.5 毫米，角钢可以是不等边不等厚。

也只有这样，才能保证充足的货源，满足我国造船工业的需要。

五、良好的试验性能船体结构用金属材料只有经过严格的、全面的性能试验，才能保证船舶的建造质量和航行安全。

其试验项目包括有：拉伸试验、冲击试验、冷弯试验 ,脱氧、晶粒度、化学成分检验，焊接认可试验等。

这些试验项目的试验条件、方法、内容和目的应根据 CCS 1998 年《材料与焊接》规范和 2002、 2004 年规范修改通报要求执行。

第二节一般强度船体结构用钢内河与近海船舶（化学品船除外）的船体结构用钢材，采用一般强度船体结构用钢。

根据《钢质内河船舶入级与建造规范》 (2002)的规定 ,将一般强度船体结构用钢分为A 、B、 D、E四个等级。

A 级钢——要求 +20oC 的冲击试验性能;B 级钢——要求0℃的冲击试验性能;D 级钢——要求 -20℃的冲击试验性能;E 级钢——要求 -40℃的冲击试验性能。

1.对脱氧和化学成分的要求船体结构用钢材的脱氧方法和桶样化学成分应符合相关的规定。

2.对热处理的要求钢材的交货状态应符合相关的要求。

3.对力学性能的要求一般强度船体结构用钢的力学性能应符合相关的规定。