高性能船用钢材

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以建造一艘万吨级超大型油轮40%〜45%,30（）为例，船体结构总用钢量近万吨，其中货油舱部VLCC4分用钢量约万吨，占整个船体结构总用钢量的L742%o殷瓦钢因瓦合金（invar,也称为殷钢），是一种镁铁合金，其成分为银铁碳它的热膨胀系数极低，能在36%,

63.8%,

0.2%,很宽的温度范围内保持固定长度艾林瓦合金（elinvar）,是一种银铁辂合金，成分为银33%铁辂鸨镒硅〜35%,53%〜61%,4%〜5%,1%〜3%,

0.5%〜2%,碳它在相当宽的温度范围内热弹性系数实

0.5%〜2%,

0.5%〜2%,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，的型钢和棒材50mm

一、高强度船体结构用钢的特点良好的力学和工艺性能

1.⑴高强度一般强度船体结构用钢的屈服强度而高6s=235N/mm2,强度船体结构用钢的屈服强度在以上；315N/mm2⑵良好的韧性和塑性为了防止断裂事故和低温下的脆断，高强度船体结构用钢具有较好的伸长率（B20%）,它在・40时的韧性（aK）不低于常温的50%,可以冷弯加工，能在严寒地区做工程结构；⑶良好的工艺性能作为船体结构用钢，具有优良的加工、焊接性能；良好的化学性能

2.⑴低碳为了保证较好的韧性、焊接性能和塑性，这类钢含碳量大都在以下

0.20%⑵低合金以锦为主要合金元素，能推迟奥氏体冷却时铁素体Mn的析出，有效地起到对铁素体固溶强化和细化晶粒当含镒量不超过时，在低碳条件下仍可保持较高的塑性及韧性

1.8%锯或钗为辅加合金元素，银或铀可生成碳化物或碳氮化物一方面在热轧时阻止奥氏体晶粒长大，另一方面在冷却过程中碳氮化物析出，进一步提高钢的强度为了提高耐锈蚀能力，还加进适量的铜和磷这类钢具有优良的

0.71〜

0.5%

0.05〜

0.10%抗腐蚀的能力良好的热处理性能这类钢多用热轧并经过正火或退火，以各

3.种规格的型材或板材供应通过冲压、焊接制造各种工程结构和零件，一般情况下不再进行热处理第四节奥氏体不锈钢和双相不锈钢能够抵抗大气腐蚀的钢叫不锈钢，通常不锈钢包括耐酸钢和耐热钢耐酸钢能抵抗某些酸性介质的腐蚀，耐热钢在高温下具有良好的抗氧化性和高温强度由于耐酸钢和耐热钢同时能抵抗大气的腐蚀，故习惯上也包括在不锈钢内一般的说，不锈钢不一定耐酸，而耐酸钢则往往都是具有抵抗大气腐蚀的能力但耐酸钢也不是无条件的总是不锈的，如铭银耐酸钢在硝酸和有机酸中有较好的耐蚀性，而在盐酸和硫酸中则容易被腐蚀又如含铭13%的不锈钢在室温下能抵抗硝酸的腐蚀，而将硝酸加热至沸腾，则这种钢就不耐蚀了因此，除了钢的化学成分以外，介质的种类、浓度、温度和压力等，对不锈钢的耐蚀性也有很大的影响按化学成分不同分不锈钢可分为铭不锈钢及铭银不锈钢两大类按显微组织不同分不锈钢又分为奥氏体型、铁素体型、马氏体型、奥氏体一铁素体型及沉淀硬化型五类不锈钢中，奥氏体不锈钢（构件使用温度不低于一）、奥氏体一铁素体型不锈钢（双165oC相不锈钢，构件使用温度在之间）比其它不锈钢具OoC〜300oC有更优良的耐腐蚀性、耐热性和塑性，可焊性良好，是化学品船和液化气体船的液货舱和油、气、水处理用受压容器或其它构件应用的材料，船用不锈钢显著的特点是超低碳年《材料与焊接》规范和、年规范修改通报CCS199820022004对奥氏体不锈钢和双相不锈钢的化学成分、力学性能、热处理作了规定第五节船体结构用其它钢材

一、复合钢扳.复合钢板系指由基体材料和在其单面或双面上整体结合的薄1层（覆层金属）所组成的板材适用于化学制品运输船的容器和液货舱⑴基体材料）凡适合采用轧制或爆炸复合方法结合的碳钢或碳镒钢均可作1为基体材料若板材拟用作船体结构的一部分（如液货舱）或拟用于受压容器，则基体材料应符合年《材料与焊接规CCS1998范》的规定）制造厂应提供基体材料的化学成分、力学性能等资料2）凡适合于预定用途的材料，均可作为覆层金属，如奥氏体（）12覆层金属不锈钢、铭钢、铝合金或铜银合金等制造厂应提供材料合格证书，并保证覆层金属的化学成分符合2有关规定，如验船师有疑问时，可要求进行化学成分的复查无论何种复合钢板，其覆层金属的厚度均应经认可3CCS.热处理2板材应以最适合于复合板两种材料的热处理状态交货热处理工艺应经本社认可.粘合3基体材料和覆层金属相互间应充分粘合除另有协议外，粘合1面积比例至少应达到如复合钢板在以后的焊接过程中发现95%焊接接头部位有未粘合的情况，应采取经同意的方法进行CCS粘合⑵覆层金属与基体材料的粘合质量应采用超声波检测来检查，板厚不小于者要逐张检查，板厚小于者由验船师确10mm10mm定对所有距四周边缘宽度不小于的区域应进行检50mm100%测检查，中间区域应沿间隔四方环线进行连续的检测检200mm查允许存在的单个未粘合区域面积应不超过且各单个50mm2,未粘合区域之间的距离应不小予500mmo⑶覆层金属与基体材料的粘合强度可用剪切试验来确定.力学性能试验4力学性能试验有拉伸、弯曲、剪切、冲击试验，试样和试验方法以及各种试验测得的强度数据均应符合规范CCS

二、向钢z向钢是在某一等级结构钢（称为母级钢）的基础上，经过特殊

1.Z冶炼、镇静处理和适当热处理钢材由于厚度方向承受拉伸载荷而对厚度方向有性能要求的厚度不小于的钢材与扁（简称向钢）向钢除符合本规15mm Z Z定外，还应符合其母级钢的所有要求.标记2向钢的标记是在母级钢的标记后面加上向钢等级向钢分ZZZ、和个等级，后面的数字为断面收缩率的指Z15Z25Z353Z3z标如标记表示母级钢为船体结构钢级的向钢，其E—Z35E z板厚方向的断面收缩率小不小于z35%向性能

3.Z向钢的化学成分除应符合母级钢的规定外，其含硫量还应不大Z予必要时，验船师可要求逐张进行含硫量检验

0.010%,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，是含银的合金钢，热膨胀系数低，在36%温度变化时，殷瓦钢几乎不变形，能适合常温至的温度变-163C化（液化天然气）船货舱围护系统多使用厚度为、LNG

0.5mm、、的殷瓦钢，的殷瓦钢也有局部

0.7mm

1.0mm

3.0mm

0.8mm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14o万立方米槽船的解说中，了解到”“殷瓦钢”的焊接是7LNG是槽船制造的五大关键技术之一，而且”“殷瓦钢”是一LNG种特殊的不锈钢材料，厚度只有需要全部进口仅知道07mm,这些！因瓦合金（也称为殷钢），是一种镖铁合金，其成分为银铁invar,36%,碳它的热膨胀系数极低，能在很宽的温度范围内保

63.8%,

0.2%,持固定长度艾林瓦合金（elinvar）,是一种银铁铭合金，成分为银铁铭33%〜35%,53%〜61%,4%〜它在相当宽的温度范围内热弹性系数实际上是零（即鸨2%,5%,镒硅碳1%〜3%,

0.5%〜2%,

0.5%〜2%,

0.5%〜杨氏模量不变），热膨胀系数也很低纪尧姆在研究铁银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高强度钢该钢种屈服强度为主要用于EH4747kgf/mm2,超大型集装箱船的舱口围板等部位目前正在开发的集装箱船，舱口围板厚度达到以上，13000TEU/14000TEU70mm用钢量约为吨/船以上随着集装箱船向大型化发展，EH471800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高强度钢板目前，这种钢材EH47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一一钢板的开发并投入生产的步伐，近日，重庆钢EH47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，已初步完成钢板剖析信息分析工作前EH47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，年重钢的船板产量达到了万吨，同比增加约2010170年初，重钢新区正火船板钢实物质量通过中国80%

2011、挪威、德国、日本、意大利船级社认CCS DNVGL NKRINA证本次认证申报的钢级为普通级别船钢、、、和高强A BD E度级别船钢、、、、、等AH32DH32EH32AH36DH36EH36个钢级，并覆盖了以上所有钢级的和等高附加值10Z25Z35Z向钢板，厚度规格不大于交货状态为正火态北龙中网50mm,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拉伸强度为比和EH47460MPa,EH36355MPa的拉伸强度分别提高了和在EH45390MPa30%

17.5%o EH47零下摄氏度的条件下通过了夏比冲击试验，并已获得德国劳40氏船级社、美国船级社和韩国船级社的认证证书GL ABSKR北龙中网6el83%h6v[浦项制铁表示，的厚板可替代传统厚的钢板EH4763mm75mm用于上甲板，厚板则可替代传统厚的钢板用于舱口74mm80mm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脆性以及导热系数高、超塑475℃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银不锈钢，用钢量约为吨/船目前我2000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（DuplexStainless Steel,简称DSS）,指铁素体与奥氏体各约占一般较少相的含量最少也需要达到的不锈50%,30%钢双相不锈钢-详情双相不锈钢从世纪年代在美国诞生以来，已经发展到2040第三代它的主要特点是屈服强度可达使普通不锈400-550MPa,钢的倍，因此可以节约用材，降低设备制造成本在抗腐蚀方2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（）,屈ASTMA517GRQ S690,EQ690服强度为要求低温冲击性能690MPa,-40℃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吨级多用途集装箱货船，单16000船体用钢材就需要吨，年我国造船量为万载重460020051200吨，消耗钢材多万吨，由此可见材料对发展造船工业的重要400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、向钢、铝合金、增强塑料等根据年《材料与焊接》Z CCS1998规范和、年规范修改通报要求，所有金属材料必须从20022004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.强度1强度一金属材料在外力作用下抵抗断裂和变形的能力.塑性2塑性一金属材料在外力作用下产生塑性变形而不破坏的能力冲击韧性

3.冲击韧性一金属材料抵抗冲击载荷和脆性破坏的能力.疲劳强度4疲劳强度一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，以表示6N硬度

5.硬度一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，据统计碳素钢为毫米/年，

0.1含银合金钢为毫米/年因此，船舶设计时必须增放腐蚀余

0.08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.毫米，角钢可以是不等边不等厚也只有5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、内容和目的应根据年《材料与焊接》规范和、年规范修改通报CCS199820022004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、、、四个等级A BD E级钢一一要求的冲击试验性能；A+20oC级钢一一要求的冲击试验性能；B0℃级钢一一要求的冲击试验性能；D-20℃级钢一一要求的冲击试验性能E-40℃.对脱氧和化学成分的要求1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.对热处理的要求2钢材的交货状态应符合相关的要求.对力学性能的要求3一般强度船体结构用钢的力学性能应符合相关的规定第三节高强度船体结构用钢高强度船体结构用钢是普通低合金高强度结构钢中一个重要钢种随着船舶吨位不断提高,因此就提出了使用高强度船体钢的要求世界上虽然在民船上高强度钢的使用从世纪已开始，但真正19获得应用的还是世纪年代我国国产船舶中江南造船厂制2060造的“东风”号万吨船上曾较多地使用过高强度钢年我1998国规范中划分了高强度船体结构用钢的品种高强度船体CCS结构用钢按其最小屈服点应力划分强度级别，每一强度级别又按其冲击韧性的不同分为、、、级规范规定适用于厚度A DE F4不超过的、、、、和等级的100mm A32D32E32A36D36E36钢板和宽扁钢以及厚度不超过的、、、、50mm A40D40E40F32和等级的钢板和宽扁钢；规范规定还适用于上述等级F36F40的厚度不大于。