海洋工程装备长期处于恶劣海洋环境中，所用钢材须具备高强韧、抗疲劳、耐腐蚀等综合性能。“十三五”之前，我国90%以上海工钢已经国产化，但质量稳定性与国际先进水平差距较大，关键部位高端海工钢如高级别特厚板、大线能量焊接用钢、大壁厚无缝管、大规格型钢等仍依赖进口，制约了我国高端海工装备发展。 针对高端海工钢瓶颈，科技部在2016年启动了重点基础材料技术提升与产业化重点专项项目——“高强度、大规格、易焊接海工钢及应用（2016YFB0300600）”。项目凝练出三个关键科学问题：1） 高强度特厚钢板尺寸效应形成机理与控制原理；2） 基于“氧化物冶金”技术的大线能量焊接粗晶热影响区韧化机制；3） 多场耦合服役环境下海工钢的腐蚀机理及失效行为。针对科学问题，提出了拟解决的四项关键技术：1） 高强度特厚钢板性能均匀性控制技术；2） 海洋工程用厚钢板大线能量焊接技术；3） 高性能大规格管材/型材合金设计、控制轧制与热处理技术；4） 高性能大规格管材/型材合金设计、控制轧制与热处理技术。 项目任务具有技术和市场双重挑战性，除了研制涵盖板、型、棒、管、铸、粉、焊材等几乎所有类型产品研制外，还面临执行期间海工装备极度低迷市场的严峻形势。团队发挥研发、生产与应用的协同机制，积极迎接挑战，掌握了系列关键技术，实现多个高端海工钢批量应用。在关键技术方面，攻克大断面制锭/坯、高渗透性轧制、特厚板高强均匀淬火、一体化组织性能调控、厚板大线能量焊接、大规格管棒型材等异性断面钢材制备等关键共性技术，自主研制出世界首套300mm超厚断面高强度辊式淬火装备，有力支撑了特厚海工钢开发。在产品方面，开发出高强韧特厚齿条钢、大线能量焊接用高强钢、大壁厚无缝管、大规格型钢、高级别系泊链钢、大型铸造节点、钛-钢复合板、高耐蚀粉末冶金制品系列关键海工钢产品或原型产品。在产品认证方面，完成了690MPa级210mm特厚板、HE1000B大规格H型钢、R6级系泊链圆钢、大线能量焊接用海工钢的船级社认证，其中宝钢研制R6级钢是世界上获得DNV·GL和中国船级社认证的最高级别系泊链圆钢产品。在示范应用方面，180-210mm厚齿条钢、大规格耐低温H型钢、R6级系泊链圆钢以及大线能量海工钢均实现批量应用。项目实施有力提升了国产化高端海工钢技术水平（表1）。 2 项目关键技术进展 2.1大规格、高强度海工钢组织性能均匀性技术 2.1.1高强度特厚海工钢 项目团队采用“装备-工艺-材料”一体化研究方案，突破了高洁净度精炼与大单重钢锭制备、厚向组织均匀性高渗透轧制、世界上最大断面300mm超厚板辊式淬火机成套设备等高强度特厚海工钢关键工艺技术与装备，成功开发180mm厚785MPa级、210mm厚690MPa级和256mm厚690MPa级海工特厚钢板。其中210mm厚齿条钢获得美国ABS船级社认证，实现了分段建造示范应用。785MPa级齿条钢屈服强度达到845MPa、抗拉强度达到903MPa、断后伸长率达到19.5%，-60℃平均冲击功达到131J，达到F级别指标，并通过了精确切齿和造船适应性焊接性能试验。 2.1.2超高强度高韧性R6级系泊链用钢 世界上最高级别系泊链是国际船级社规范《DNVGL-OS-E302 Offshore mooring chain》中的R6级别，必须经过超高强度、高韧性、低屈强比、耐海水腐蚀、抗氢脆、抗疲劳等系列严格考核。项目执行前世界上没有成功研制和应用先例，研发难度极大。R6级圆钢工业化技术瓶颈最先被团队的宝钢股份突破，掌握了高淬透性、强韧化成分设计、循环热处理等多项关键技术，产品规格达到Φ110mm、屈服强度达到1000MPa以上、-20℃冲击功100J以上，链条SSRT、KIEAC、破断试验、耐电流条件下的海水腐蚀、强度、屈强比、低温冲击功等数十项指标均满足船级社规范严格要求，产品获得DNV·GL和中国船级社等船级社证书，并独家获得5000余吨供货合同，实现了R6级系泊链的商业化应用。 2.1.3大规格耐低温H型钢 大规格耐低温H型钢是北极极寒海工项目的急需产品，由团队的山钢莱钢成功开发供应。通过V-N-Ti-Ni复合微合金化工艺，突破了热轧大规格H型钢高强韧成分设计、H型截面均匀化、H型形状尺寸精确控制等关键技术难题，成功开发出国内最大规格H1000×300×19×36mm耐低温产品，屈服和抗拉强度分别达400MPa和542MPa、延伸率达31%、-50℃冲击功达167J，通过国际船级社认证和俄罗斯北极亚马尔海工项目系列严格指标考核，实现独家批量供货（图1）。 图 1 典型高强大规格海工钢产品与示范应用：（a） 210mm厚690MPa级齿条钢；（b）180mm厚785MPa级齿条钢；（c）210mm厚齿条钢示范段；（d） HE1000B大规格耐低温型钢；（e） HE1000B大规格型钢在亚马尔项目模块中批量应用 2.2海洋工程用大线能量焊接热影响区韧性调控技术 焊接是海工装备主要建造工艺，大线能量焊接工艺极大提高了焊接效率，但要求钢板适应高效焊接工艺，粗晶热影响区强度和韧性须满足指标，因此需要开发适应大线能量焊接的新海工钢。团队系统研究了氧化物冶金原理及其对大线能量焊接热影响区组织调控机理，明确了Ti-Zr/Mg-O复合氧化物在精炼、连铸、控轧、大线能量焊接的全流程演变规律，掌握了大热输入量焊接热影响区高韧性组织调控关键技术，开发出最厚60mm的EH420至EH550级别大线能量焊接用海工钢，完成了实际造船工艺200kJ/cm线能量气电立焊工艺焊接评价。基于项目团队关键技术，南钢成功开发高强度大线能量焊接海工钢，并在国产海工装备中应用4000余吨，显著提升了我国高端海工装备焊接建造效率。 2.3多场耦合服役环境下海洋平台用钢腐蚀机理及防护原理 在我国南海高低温、干湿急剧变化交替的服役环境中，海工装备承受更恶劣的电化学、应力、微生物等腐蚀条件，腐蚀机制复杂，亟需开展多场耦合复杂海洋环境下的腐蚀机理及防护和服役性能评价技术研究，为高耐蚀长寿命海工钢产品应用提供指导。团队建立了多场耦合海洋服役环境下海洋平台用钢腐蚀的力学-电化学、微生物-电化学、摩擦损伤-电化学交互作用机制模型，明确了力学因素对电化学特性的影响、钢及其焊缝的应力腐蚀规律与机理，评价了多场耦合海洋环境下的耐腐蚀性能，建立了新型深海平台用钢腐蚀性能评价方法、阴极保护准则及防腐涂料设计原理，使新开发EH690海工钢抗腐蚀寿命提升约90%。通过建立模拟深海环境腐蚀试验方法，完成了E690钢在深海环境下的腐蚀性能评价研究，开展了深海环境实海试验，建立了平台钢阴极保护数值模拟边界条件和典型平台结构模型。