海洋交通用钢铁材料及其冶金制备技术的发展现状与趋势

干勇， 刘中秋， 肖丽俊

（1.中国钢研科技集团有限公司，北京 100081； 2.东北大学冶金学院，辽宁 沈阳 110819）

引 言

海洋交通运输占国际贸易总运量的2/3以上、占中国进出口货运总量的约90%，是连通世界、加强经济内外双循环的重要纽带和基石，在维护国家安全、促进经济高质量发展、推动科研创新等方面发挥着不可替代的作用［1］。

从连接东西方的古代海上丝绸之路、郑和七下西洋到国产航空母舰巡游海疆、港珠澳大桥顺利通车、全球最大集装箱船“长益号”投入运营、“蛟龙号”海底深潜器探寻海洋奥秘，中国海洋交通发展历史悠久，并在新时代迸发出强大的力量。截至2022年末，中国海运船队运力规模跃居世界第二，达3.7亿载重吨，年港口货物吞吐量、年港口集装箱吞吐量分别达到了156.8亿吨和近3亿标箱［2］。中国船舶制造行业的国际市场份额不但连续13年蝉联桂冠，更是在高技术船舶领域，如液化天然气（Liquefied Natural Gas， LNG）船、超大集装箱船等不断取得突破。在科学考察领域，“奋斗者”号全海深载人潜水器完成国际首次环大洋洲载人深潜科考航次任务；“海斗一号”全海深自主遥控潜水器实现了无人万米潜航的挑战。

建设海洋交通强国，离不开钢铁材料的有力支撑。作为船舶、桥梁、隧道、特种设备的主要材料之一，钢铁材料及冶金制备技术的发展具有基础性、先导性、战略性和服务性的作用［3］。由于海洋装备长期服役于大负载、高盐雾环境中，从经济性、加工性、环境友好性等多角度考虑，运用多种先进冶金技术制备大尺寸、高强度、高韧性、高耐蚀性和具有良好焊接性能的钢铁材料是目前海洋交通行业的主要发展需求之一。这些钢铁材料及冶金制备技术的不断创新与应用，将进一步促进海洋交通的高安全、高质量、低能耗发展，为国家的安全、经济发展、科技进步提供强有力的支撑和保障。

1 钢铁材料在海洋交通领域的应用现状

自步入21世纪以来，中国的钢铁材料产业迅猛发展， 2021年中国钢铁出口量位居全球第一位。钢铁材料的高速发展带动了中国高端装备及制造业体系的建设，对中国的国防安全、科学考察、资源开采等领域产生了重大影响。中船重工自主设计建造的“蛟龙号”成功下潜至马里亚纳海沟7062 m深度；中国第一艘完全自主设计的弹射型航空母舰“福建舰”首次海试成功，以及世界最先进的钻井平台A5000的顺利交付，这一系列事迹均标志着中国海洋交通用钢铁材料已达到世界前列水平，海洋交通用钢铁材料的迅猛发展对中国海洋交通行业的发展及相关设施的建设起到了重要的支撑和保障作用。

1.1 高性能船舶

高性能船舶是指采用先进的设计理念、材料和技术制造的具有出色性能和效率的船舶，广泛应用于国防安全、海洋交通等领域。航空母舰、液化天然气船与大型邮轮并称为世界造船业三颗“明珠”。其中，航空母舰是一种以空中作战为主要任务的大型军舰，是现代海上军事力量的核心之一。甲板是航母舰体结构的关键部位，不仅要承受舰载机在起飞和降落过程中产生的高强度冲击，还要承受喷气式飞机高达几千度的火焰的灼烧，因此甲板钢厚度需达到50～80 mm；此外，钢材数量过多会导致航母表面出现大量的焊缝，降低甲板强度，因此甲板钢材尺寸应尽可能宽大，同时保证每米甲板钢的不平度小于5 mm。例如，中国首艘国产航母山东舰的特种钢材由5.5 m超宽轧机所制造，其-84 ℃低温冲击韧性大于250 J，屈服强度达到了690 MPa，甲板钢两侧之间的耐压强度偏差小于10 MPa，其耐受抗压性能达到全球顶尖水平。液化天然气船是在-162 ℃低温条件下运输液化气的专用船舶，被喻为世界造船“皇冠上的明珠”。目前液化天然气船按液货舱的结构形式可分为独立储罐式和膜式。独立储罐式可细分为1HI-SPB棱柱型货舱和Moss Rosenberg球型独立货舱，两者均使用带有加强结构的铝合金或9%Ni钢板构成货舱边界。薄膜货舱主要分为法国TechniGaz公司开发的TechniGaz薄膜型货舱和法国Gaz Transport公司开发的Gaz Transport薄膜型货舱。由36% 镍、63.8% 铁和0.2% 碳所构成的镍铁合金（殷瓦钢），其热膨胀系数无限趋近于零，使得殷瓦钢能够在低温条件下保持稳定和强度。因此，殷瓦钢通常作为核心舱的建造钢材。液化天然气燃料储罐作为液化天然气船的核心部件，通常采用屈服强度680 MPa的9% Ni钢作为燃料储罐的钢材。韩国大宇造船海洋工程在世界上首次将抗拉强度为1200～1800 MPa的高锰钢用于液化天然气动力超大型油轮的燃料箱建造，保证其即使在零下两百度超低温的环境下，也能保持稳定工作。最近，由江南造船有限责任公司为PETREDEC公司建造的93000 m³超大型液化气船（Very Large Gas Carrier，VLGC）系列船第三艘“Hyperion”号正式签字交付。该船总长230 m，型宽36.6 m，服务航速16.5节。大型邮轮是一种巨大的豪华客运船，通常用于提供海上人员运输和游轮旅行服务，对于提高国际贸易交易量以及促进当地文化建设有着巨大的作用。通常在建造大型船舶时，钢板平均厚度需要达到20 mm左右以确保船体质量，然而采用常规电焊焊接的钢板焊缝粗大难以保持结构的完整性。最近，由中国制造的首艘国产大型邮轮“爱达·魔都号”，其采用的4～8 mm厚的薄形钢板占比达到了总钢板量的80%，同时使用了先进的激光复合焊接技术使焊缝更细更平，并将焊接速度提升了4倍多。它的出现实现了国产大型邮轮从零到一的突破，标志着中国成为全球第五个有能力建造大型邮轮的国家。

1.2 跨海大桥

跨海大桥被用于跨越海洋、海湾、海峡等水域，从而促进区域经济发展以及文化交流。其中，桥梁主体、支撑柱、横梁等结构部件通常都是使用高强度钢材制造，以确保桥梁的稳定性和承载能力。例如，连接丹麦哥本哈根和瑞典第三大城市马尔默的厄勒海峡大桥全长16 km，是全球第10大桥，其引桥主桁主要采用屈服强度为460 MPa的S460N钢材，独特的结构设计以及先进钢铁材料的结合使其成为世界上承重量最大的斜拉桥。中国的港珠澳大桥是世界上最长的跨海大桥，在其建造过程中，不仅消耗钢材数量巨大，同时也是一个多钢种荟萃的典范，鞍钢集团有限公司提供近17万吨桥梁钢用于大桥主体；宝钢股份提供钢材合计约34万吨；河北钢铁集团提供含钒高强抗震螺纹钢筋及精品板材产品约24万吨；太钢自主研发的双相不锈钢钢筋大幅延长了桥梁使用寿命，其发生点蚀的临界氯离子浓度为3.9～3.95 mol/L，耐点蚀性约为普通碳钢钢筋的60倍；燕山大学王青峰课题组与中铁山桥集团有限公司合作，将耐候钢应用于港珠澳大桥索塔锚固，这也是耐候钢首次在中国跨海桥工程亮相。

1.3 海底隧道

海底隧道是指在水下或海床下建设的隧道，海底隧道可以连接两个水域难以跨越的地区，缩短交通距离，提高了区域经济发展以及人员流动。然而，海底隧道需要长时间承受海水的冲击和腐蚀，这对钢材性能提出了巨大的挑战。世界海底隧道长度排名第一的英吉利海峡隧道，全长50.5 km，水下长度37.9 km，铁路桥梁的覆层和支架都使用了铬含量至少为10.5%，碳含量不超过1.2%的不锈钢；位于挪威的埃克松隧道是世界上最深的海底隧道，隧道深达海平面以下287 m。港珠澳大桥海底隧道是世界最长的公路沉管隧道以及唯一的深埋沉管隧道，其由33节巨型沉管和1个合龙段接头共同组成，沉管结构采用了大量屈服强度为400 MPa的HRB400钢。隧道全长6.7 km，每节沉管长180 m，宽37.95 m，高11.4 m，重约7.4万吨，最大排水量达8万吨，通航吨级为30万吨，埋入海底最深处近50 m；大连湾海底隧道是中国最大直径的地铁海底隧道，在其建造过程中，通钢公司供应的直径为36 mm及40 mm规格HRB400E热轧抗震带肋钢筋以及津西自主研发的U600系列宽体钢板桩均对工程建设提供了巨大的帮助；翔安海底隧道是世界最大断面的海底隧道，同时也是世界上岩土覆盖层最浅的海底隧道，其隧道总长5.9 km，跨越海域宽约4.2 km，最深位于海平面约70 m，整个建造工程耗费支护用锚杆、钢架、钢筋网、衬砌钢筋等钢材约5万吨。

1.4 海上钻井平台

海上钻井平台用于在海洋中进行石油和天然气的勘探和生产活动，它们通常被安放在深水或浅水区域，因此对钢材的强度、耐腐蚀性及耐低温性能都有着相当大的要求［4］。欧洲作为海洋资源开发较早的区域，其海洋工程用钢性能已达到国际领先水平，欧洲的海洋平台用钢种主要是S355，S420，S460及S690。挪威埃科菲斯克Ⅱ号海洋钻井平台是欧洲第一座使用改进韧性S690Q钢板的海洋平台。目前中国海洋平台主要使用的屈服强度为355～460 MPa的D，E及F级钢板已基本实现国产化。中国首次自主设计建造的深水半潜式钻井平台“海洋石油981”所用钢包括屈服强度大于690 MPa的EQ70级超高强度钢以及高强度钢AH36/DH36/EH36等。“蓝鲸1号”是中国建造的全球首座超深水半潜式海上钻井平台，钻探深度、工作水深都堪称世界之最。为满足该深水钻井平台对钢板厚度的特殊要求，鞍钢股份通过热机械控制（Thermo Mechanical Control Process）工艺，研发生产出一系列厚度为8～80 mm的TMCP态FH420、FH460、FH550等级别的超高强海工钢产品。其具有低碳当量易焊接、超高强度、低屈强比、超低温冲击韧性等优异特性。同时“蓝鲸1号”使用了大约4000吨抗拉强度达到772～940 MPa的NVF690超强超厚钢。在“蓝鲸1号”的基础上，于2019年交付的“蓝鲸2号”海上钻井平台，其型长117 m，型宽92.7 m，型高118 m，最大作业水深3658 m，最大钻井深度15240 m，其采用了100 mm厚的NVF690超厚钢板，使“蓝鲸2号”拥有极强的抗扭曲能力，可在全球大部分深海海域钻井工作。

1.5 港口设施

在港口处通常需要完成对货物以及重型设备的起重、搬运、施工和装配，这时就需要龙门吊的帮助。龙门吊由两根立柱与一个横梁组成，形成一个框架结构，可以在立柱之间移动，完成起重和搬运任务。世界上最大的龙门吊“宏海号”是完全由上海振华重工自主制造的，“宏海号”高度为148 m，因其在钢材的应用方面，“宏海号”采用了大型钢筋结构的高强度焊接，其承重能力可达到22000吨。除了传统港口货物的输送，中国在钻井平台起吊装备的研发也达到了世界前列。由中集来福士制造的泰山吊总体高度为118 m，主体采用高低双梁结构，起升高度分别为113 m和83 m，最大起升重量高达20160吨，是目前为止世界上起重量最大的起重机。这也进一步标志着中国在海洋交通装备制造领域的又一个进步。

2 海洋交通用钢铁材料冶金制备技术的发展现状

随着海洋经济的快速发展，海洋交通用钢铁材料的冶金制备技术也在不断创新发展。目前广泛采用的冶金制备技术包括模铸、连铸、特种冶炼和增材制造等，这些先进工艺不仅提高了钢铁材料的制备质量和性能，还促进了海洋交通设备制造方式的创新和发展。

2.1 模 铸

模铸是通过将熔融金属直接注入预制模具中，进而冷却凝固形成零件或构件。虽然模铸的总产能规模在逐年减少，但模铸技术仍是成本最低的铸造工艺，具有良好的灵活性以及多样性，可针对新钢种做小规模的生产，因此对于小批量、特殊钢生产、大型厚材或特厚板以及大型圆材生产，模铸技术仍具有不可取代的优势。此外，模铸技术具有良好的压缩比，所生产的钢锭具有良好的质量以及较高的强度，适用于各种高强度生产或工作环境中。

在海洋交通设备制造中，模铸技术被广泛应用于复杂形状或大型构件的制造，如船体结构、承载机构等，例如自升式海洋平台中的齿条用钢［5］。齿条钢厚度和单重大，厚度多为127～210 mm，用抗拉强度为690～800 MPa的调质型高强度钢制造。目前，国外生产大规格齿条钢的企业主要是德国的迪林根、日本的新日铁和法国的阿赛洛，主要应用于各大钻井平台。由美国 F&G公司设计建造，中海油采购的JU2000型CP-400自升式钻井平台，所用齿条钢厚178 mm。随着采油深度和难度的加大，齿条钢的厚度不断增加，目前世界上齿条钢的最大厚度已达到259 mm。国内开发ASTM A514/A517Gr.Q系列产品的企业主要有宝钢、舞阳钢厂和鞍钢等。其中，宝钢采用模铸坯生产的钢板最大厚度为178 mm，舞钢先后研发了114，127，152.4和177.8 mm厚度的齿条钢，渤海装备辽河重工在建的自升式平台CP-300齿条钢的厚度达到127和152.4 mm，CP-400齿条钢的厚度则达到 178 mm。通过模铸技术获得耐压、耐蚀性能，进而在海洋环境中稳定工作，同时优化造型，有效助力了船舶制造、海洋设备、港口建设、海洋能源、深海探测以及跨海大桥等领域取得更高性能的成果。

2.2 连 铸

近年来，随着中国海洋工程的快速发展，对高性能钢的需求量大幅增加，连铸技术是一种将熔融金属连续地铸造成坯料或板材的方法，可以用于生产大型、高强度的钢板，具有投资少、能耗低、效率高、环境友好等优点。此外，连铸还可以提高材料的均匀性和性能一致性，通过连铸技术，可以生产高强度、高耐腐蚀性的船体结构和零部件，提高船舶、桥梁、港口设施的承载能力、耐用性和安全性，同时减轻重量，提高设施稳定性、安全性和可维护性［6］。

在海洋交通设备制造中，连铸技术作为高性能钢的有效生产方式被广泛应用。美国纽柯克劳福兹维尔 （Crawfordsville ）的连铸产线可生产的高强钢产品涵盖结构钢、HSLA 钢、API 钢、合金钢、AHHS 钢、硼钢和耐磨钢等系列产品；德国蒂森-克虏伯的产线可生产 50 种以上产品，其中包括高强捆带、HSLA 钢、调质钢、多相钢、API钢、SCALUR®热轧酸洗钢等系列高强钢，该系列钢被广泛应用于海洋交通等产业。中国的唐钢、涟钢、武钢等都已在薄板坯连铸连轧产线上实现了 30CrMo，50Mn2V，75Cr1，65Mn和60Si2Mn等系列中高碳特殊钢的批量化生产，支撑了船体及海工钢的应用。珠钢、武钢、涟钢等典型的薄板坯连铸连轧产线也已经实现了系列高强钢的批量生产，其中最具代表性的是钛微合金化高强集装箱用钢［7］。随着海洋交通设施的快速发展，对海洋交通用钢的性能要求愈加严苛，通过连铸技术获取高性能的钢材是目前海洋交通的发展重点之一。

2.3 特种冶炼

特种冶炼技术是通过调整钢材的合金元素含量，提高材料的耐腐蚀性和强度，以满足对强度、耐腐蚀性、耐磨性和低温性能等方面的要求。该技术包括真空感应熔炼（Vacuum Induction Melting，VIM）、电渣重熔（Electroslag Remelting， ESR）、真空电弧重熔（Vacuum Arc Remelting， VAR）等。其中，VIM技术在真空环境下利用中频电磁感应在金属材料中产生涡流热使材料熔化，电磁搅拌过程使金属材料的化学成分得到精确控制，是目前对金属材料加热效率最高、速度最快的低耗节能环保型的感应加热技术。ESR技术具有金属纯净、组织致密、力学性能优异等特点，目前使用的新技术包括熔速控制的保护气氛电渣炉、真空电渣炉、加压电渣重熔设备及高氮钢制备技术、电渣重熔超大扁锭技术、电渣重熔空心钢锭技术、导电结晶器技术以及电渣液态浇注技术等。VAR技术主要应用于获得低偏析、高洁净、组织致密及力学性能较优的合金铸锭，是高端金属材料冶炼过程的关键环节［8-9］。

目前国内外大多高品质海洋交通用钢等特种材料主要通过双联的方法，即通过真空感应+电渣重熔（VIM+ESR）或双真空熔炼（VIM+VAR）来生产，VIM+ESR双联方法可以精确控制成分，但工艺要求较高。VIM+VAR有效减少疏松和缩孔，降低杂质元素含量。此外，部分高要求产品采用VIM+ESR+VAR三联生产，但生产成本将显著提高。目前，美国、德国和日本报道采用三联工艺制备汽轮机转子所需的材料，德国报道直径为980 mm，日本的为1300 mm，锻造后直径大于1 m，重量超10 t。美国GE与Allvac公司联合开发出了碳化物及夹杂物含量较低的Φ915 mm 的超大规格铸锭，并成功用于后续开坯锻造。中国现有的真空炉包括宝钢的10 t级，攀钢和抚钢的12 t级真空自耗炉，但由于生产工艺的复杂性，国内通过双真空熔炼获得铸锭的最大尺寸为660 mm，仍待进一步发展［10］。利用特种冶炼技术可有效提高钢的洁净度，有助于提高船舶的航行性能、安全性和经济性等耐高压、耐腐蚀和高强度的特性，保障海洋交通设施的稳定性和持久性，对延长严苛工作环境下海洋交通设施的使用寿命具有重要意义。

2.4 增材制造

金属增材制造技术，从20世纪90年代中期开始，成为了金属快速成型领域的研究热点和发展方向，正在海洋交通设备制造中崭露头角。区别于传统机械加工的减材制造技术和铸造、锻造的等材制造技术，金属增材制造通过逐层堆积材料来制造零件，从而实现复杂形状和定制化设计，例如船舶发动机的螺旋桨、舵或者深潜器的外壳等复杂几何形状和精确尺寸需求的零件，从而优化性能和可维护性，并减少废料和材料浪费，大大提高了结构的轻量化，增加了设备的操控性和燃油效率。因此，增材制造技术可以用于制造小批量、高性能的零部件，从而提高整体装备的性能和可维护性。此外，海洋环境对设备造成的腐蚀和损伤常常需要及时的修复与维护，增材制造技术可以用于海洋交通设备的现场修复，使得设备能够在海上进行临时或紧急维护，缩短维护停机时间［11-12］。

增材制造技术在国内外海洋交通方面得到广泛的应用。目前，海洋交通用增材制造技术主要有两种应用形式：一是在岸打印，例如新加坡的威尔森船舶服务公司配置了3D打印设备，按需生产3D打印的零件，为船舶提供配件；德国西门子公司和日本三菱电机使用EOS金属打印机制备燃气轮机部件和部分汽轮机末端叶片，极大削减了制造成本。二是船载打印，马士基邮轮公司早在2014年对316L不锈钢等金属粉末颗粒进行3D打印。目前，钢铁材料增材制造工艺主要以不锈钢为主，其中，南洋理工大学、美国加利福尼亚国家实验室等通过改进增材制造技术工艺，获得更高性能的不锈钢。中国船舶领域对于增材制造技术的应用还处于探索阶段，例如中国船舶及海洋工程设计研究院使用增材制造进行螺旋桨的试制，中国船舶集团注重于柴油机新品研发和关键零部件的研制，中国船舶重工集团有限公司则主要关注导航支架、陀螺仪和舰载仪表，以及框架型零件的减重应用［12］。此外，在钢铁材料研发方面，中国钢研集团钢铁研究总院研发了一种应用于超低温增材制造的高强不锈钢GY130，具备了极佳的室/低温综合力学性能［13］。归功于其高自由度的特性，利用增材制造技术制备和修复海洋交通用高精密零件正成为当下国内外重点发展的热点方向。

3 海洋交通用钢铁材料的发展趋势

海洋交通平台及设施大多应用在波浪、海潮、风暴及寒流等严峻的海洋环境中［14］。这些使用特征决定了海洋交通用钢铁材料必须具有大厚度、高强度、高韧性、良好的可焊性以及耐海水腐蚀等性能，这对于保证航运安全，提高海洋交通用钢使用寿命以及开发海洋资源具有重要意义。目前中国海洋交通用钢铁材料在强度和性能上已经能够满足国内市场的大部分需求，但是一些高性能特种钢材仍依赖进口，这些钢材具有非常严格的生产工艺，同时对设备要求较高，开发难度大［15］。为此，急需开发一系列高性能、大尺寸的船舶及海洋工程用钢。

3.1 大厚度

随着海洋交通运输技术的不断进步，现代高性能船舶、海洋平台以及跨海大桥等交通设施逐渐趋于大型化发展。不断增加的船舶主尺寸、船舶吨位以及桥梁跨度等，对高强度结构钢的厚度提出了更高的要求。在桥梁用钢方面，当前研究阶段的钢板厚度已经能够达到100 mm，例如日本NKK公司研发的570 MPa级SM570Q-H-EX和SMA570WQ-HEX钢板，而国内已经得到应用的Q390E和Q420E桥梁用钢板厚度也分别达到了60 mm和80 mm。与此同时，厚度规格也是船舶及海洋平台用钢技术水平的重要标志。目前中国新的船体钢标准GB712—2011已经将钢板厚度规格提高到了150 mm，而海洋平台用钢板厚度也普遍大于100 mm，例如目前钻井平台用的JU2000齿条板大多采用178 mm厚钢板。此外，随着钢板厚度增加，钢板的Z向（厚度方向）性能成为海洋交通用钢铁材料不可忽视的问题，目前钢板Z向性能主要分3个级别，分别为Z15，Z25和Z35，其中Z35钢要求断面收缩率不小于35%。随着海洋交通设施向大型化发展，大厚度钢板的需求逐渐增多，受制于钢板抗撕裂性、焊接性能的影响，大规格海洋交通用钢的开发应用是一个急需攻克的难题。

3.2 高强度

在建造高性能船舶、跨海大桥以及海洋平台等海洋交通设施的过程中，使用高强度特种钢材可以减轻钢板厚度和结构重量［16］。早期的大型船舶及海洋平台结构大多采用235 MPa级以下的钢板，随后为了应对不断提高的结构安全性，船体及海工钢的应用强度逐渐提高到315 MPa以上，同时钢板的质量等级也从A级提高到E级甚至F级［17］。近些年，日本和欧洲率先开发出屈服强度为390 MPa级的热机械控制工艺（Thermo Mechanical Control Process， TMCP）型高强船板（YP40K），主要用在船体受应力较大的舷侧舷缘顶板和强力甲板上。在大型散装货船和集装箱船中，390 MPa级的高强度钢已经占据主导地位，海洋平台等大型海洋工程建筑结构中广泛应用的TMCP工艺船体钢，其强度级别已经达到550 MPa级以上。

在桥梁用钢方面，随着桥梁建设向大跨度、多元化等方向不断发展，对桥梁钢的性能要求也将不断提高，其中高强度是未来桥梁结构钢的一个发展趋势。早在20世纪中期，屈服强度为345，500，600，700和800 MPa级的高强钢逐渐在桥梁建造过程中得到应用，高强度钢材的使用大大减轻了钢梁的自重。自20世纪50年代起，中国就开始了一系列桥梁结构钢的研发和应用。长期以来，中国钢桥采用的低合金高强度钢主要是345 MPa级，如16Mnq和S355N等。更高强度级别桥梁用钢的应用相对较少。屈服强度为390 MPa和420 MPa的桥梁用钢仅在少量钢桥中得以应用。目前，中国最新研究开发出了Q690qE高强钢，通过TMCP控制技术，使钢板成分和组织均匀化，得到了屈服强度达690 MPa级的高强度桥梁用钢。随着大型钢结构船舶及海洋平台向全焊接结构和高参数方向发展，对钢结构的安全可靠性要求越来越严格，这将对钢板强度提出更高的要求。

3.3 高韧性

钢板的冲击韧度关乎结构的安全性，近些年随着高性能海洋交通用钢的快速发展，在钢板强度不断增加的同时，对于钢结构的韧性和屈强比也提出较高的要求。一般要求考核-40 ℃的低温冲击性能，而在寒冷或极寒条件下则需考核-60 ℃甚至-80 ℃的低温冲击性能。例如，在最初的第一代A3桥梁钢中，对韧性和屈强比等均没有要求，直至第五代和第六代桥梁钢 Q420qE和Q500qE，已经能够做到低温冲击功在-40 ℃时不低于120 J［17］。未来将主力发展综合性能优良的高性能船舶及海洋交通用钢，除了强度要求高于690 MPa级外，屈强比将从最初代的没有要求到要求低于0.85～0.88，同时低温韧性要求-40 ℃冲击功高于120 J。

3.4 高耐蚀性

由于海洋环境腐蚀的破坏性强，造成的损失较大，船舶及海洋工程结构的耐腐蚀性近年来越来越受到人们的关注。国际海事组织（IMO）先后通过了压载舱涂层防护标准（PSPC）以及货油舱用耐腐蚀钢性能标准（MSC7），这使得相关的研究工作日益迫切。在压载舱环境下，船板钢在高温、高湿以及Cl-的协同作用下，尤其在压载舱的潮差部位船板钢经常发生严重的局部腐蚀［18］。

在跨海大桥等海洋交通基础设施上，为了提高钢桥的使用寿命，减少维修维护成本，通常对钢梁等结构涂装耐腐蚀的涂层。但是，解决船舶及海洋交通基础设施的耐腐蚀问题，最根本的措施是提高钢材本身的耐腐蚀性能。普通的耐候钢在非沿海地区不涂装防腐蚀涂料就可以使用，在高腐蚀性的气候条件下，必须开发具有高耐腐蚀性的钢板，使之在沿海地区也可以不涂装。在此之前，JFE钢铁开发出了“JFE-SIP-BT”钢，可抑制船舶压载舱涂膜劣化行为，同时提高了腐蚀产物对钢基体的保护性能。新日铁等开发的货油舱用耐蚀钢，通过加入耐蚀合金元素，显著降低腐蚀速率。因此，为了提高海洋结构物的寿命，急需开发出耐海水腐蚀性以及耐海洋微生物腐蚀性良好的钢板，以适应高湿热、强辐射、高Cl-海洋环境［19］。

3.5 良好的焊接性能

对于船舶与海洋工程用钢，其加工重点及难点都在焊接成形方面。焊接的难易及焊接质量的好坏，决定了海洋钢结构物的最终使用性能，同时钢的可焊性能也是保证船体和海洋工程结构整体质量及安全性能的关键。随着钢板厚度规格的增加，开发具有高焊接热输入适应性的钢板以提高焊接效率成为海洋交通设施建造过程中重点关注的问题。随着碳及合金元素加入量增大，在提高钢板强度级别的同时，也容易引起焊接热影响区的脆化和形成冷热裂纹［20］。此外，焊接接头热影响区软化也是细晶粒钢焊接时普遍存在的问题。因此，提高热输入量的焊接技术以及适用于大热输入量焊接的钢种的开发研制已经成为国内外关注的热点技术问题。

4 结 语

交通是兴国之要、强国之基。海洋交通作为综合交通体系的重要一环，其发展离不开钢铁材料的有力支撑。本文回顾了国内外海洋交通用钢铁材料的发展现状，梳理了各钢铁材料冶金制备技术具备的特点，并从维护国家安全、促进经济高质量发展、推动科研创新等方面分析了海洋交通行业对钢铁材料的新时代发展需求及方向，为海洋交通与钢铁材料的协同发展提出了一些建议。

当今世界正经历百年未有之大变局，全球产业格局正经历着重构和调整，贸易全球化正面临着严峻的挑战。为此，钢铁材料必须牢牢把握高性能、轻量化、智能化、绿色化的行业发展方向，聚焦海洋交通行业需求变化，大力推进产学研一体化，着力破除钢铁材料和冶金制备技术的瓶颈制约，不断补上海洋交通业的发展短板，向传统海洋运载交通设施赋能，具体举措包括：集中多机构、多资源攻克国家重大战略与民生需求重点领域卡脖子问题，提高海洋交通用钢铁材料国产化率；积极开发、使用、推广海洋交通用钢铁材料新产品，并加强知识产权保护意识，推动新品类或产品行业标准的制定；构建海洋交通用钢铁材料的材料数据库及服役性能评价系统，制定材料性能表征参量与技术指标，促进材料性能的不断提升；打造产学研用多方交流平台，加快科技成果产出、转化与产业化。海洋交通与钢铁材料的多层次、多领域、多形式、多措并举的融合发展，将更好的发挥两者的协同效应和整体优势，为中国的海洋强国战略建设贡献新的力量。