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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 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[ 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 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1200万载重吨，消耗钢材400多万吨，由此可见材料对发展造船工业的重要性。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бN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。 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1 9世纪已开始，但真正获得应用的还是20世纪60年代。我国国产船舶中江南造船厂制造的“东风”号万吨船上曾较多地使用过高强度钢。1998年我国CCS规范中划分了高强度船体结构用钢的品种。高强度船体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A、D、E、F 4级。规范规定适用于厚度不超过100mm的A32、D32、E32、A36、D36和E36等级的钢板和宽扁钢以及厚度不超过50mm的A40、D40、E40、F32、F36和F40等级的钢板和宽扁钢；规范规定还适用于上述等级的厚度不大于50mm的型钢和棒材。
一、高强度船体结构用钢的特点 1.良好的力学和工艺性能 ⑴高强度 一般强度船体结构用钢的屈服强度бs=235 N/mm2，而高强度船体结构用钢的屈服强度在315 N/mm2以上; ⑵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（δ>20%），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； 2.良好的化学性能 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0.20%以下。 ⑵低合金 以锰为主要合金元素，Mn能推迟奥氏体冷却时铁素体的析出，有效地起到对铁素体固溶强化和细化晶粒。当含锰量不超过1.8%时，在低碳条件下仍可保持较高的塑性及韧性。 铌或钒为辅加合金元素，铌或钒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（0.71～0.5%）和磷（0.05～0.10%）。这类钢具有优良的抗腐蚀的能力。 3.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，如铬镍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。又如含铬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: 不锈钢可分为铬不锈钢及铬镍不锈钢两大类。 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—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－165oC）、奥氏体—铁素体型不锈钢(双相不锈钢, 构件使用温度在0oC～300oC之间)比其它不锈钢具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。 CCS 1998年《材料与焊接》规范和2002、2004年规范修改通报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 1.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。 (1)基体材料 1)凡适合采用轧制或爆炸复合方法结合的碳钢或碳锰钢均可作为基体材料。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CCS1998年《材料与焊接规范》的规定。 2)制造厂应提供基体材料的化学成分、力学性能等资料。 (2)覆层金属 1)凡适合于预定用途的材料，均可作为覆层金属，如奥氏体不锈钢、铬钢、铝合金或铜镍合金等。 2)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有关规定，如验船师有疑问时，可要求进行化学成分的复查。 3)无论何种复合钢板，其覆层金属的厚度均应经CCS认可。 2.热处理 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。 3.粘合 (1)基体材料和覆层金属相互间应充分粘合。除另有协议外，粘合面积比例至少应达到95％。如复合钢板在以后的焊接过程中发现焊接接头部位有未粘合的情况，应采取经CCS同意的方法进行粘合。 (2)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l0mm者要逐张检查，板厚小于l0mm者由验船师确定。对所有距四周边缘宽度不小于50mm的区域应进行100％检测检查，中间区域应沿间隔200mm四方环线进行连续的检测检查。允许存在的单个未粘合区域面积应不 超过50mm2，且各单个未粘合区域之间的距离应不小予500mm。 (3)覆层金属与基体材料的粘合强度可用剪切试验来确定。 4.力学性能试验 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CCS规范。 二、Z向钢 1.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15mm的钢材与扁（简称Z向钢）。Z向钢除符合本规定外，还应符合其母级钢的所有要求。 2.标记 Z向钢的标记是在母级钢的标记后面加上Z向钢等级。Z向钢分：Z15、Z25和Z35 3个等级，Z后面的数字为断面收缩率ψz的指标。如标记E－Z35表示母级钢为船体结构钢E级的z向钢，其板厚方向的断面收缩率ψz不小于35％。 3.Z向性能 Z向钢的化学成分除应符合母级钢的规定外，其含硫量还应不大予0.010％，必要时，验船师可要求逐张进行含硫量检验。 |
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