為探極"雙龍"保暖御寒——國產極地特種低溫鋼研發(fā)紀實

　　11月7日，正在執(zhí)行中國第36次南極考察任務的“雪龍2”號完成物資補給，駛離澳大利亞霍巴特港，奔赴中國南極中山站。在冰雪南極，考察隊員可以使用衣物御寒，科考船也有自己的“御寒利器”——極地特種低溫鋼。

　　以前，我國極地考察船舶“御寒”鋼材全靠進口。如今，這一局面已發(fā)生改變：由上海海事大學海洋材料科學與工程研究院和寶山鋼鐵股份有限公司共建的“海洋極端環(huán)境鋼鐵材料制備與蝕損控制”聯合實驗室成功研制出了國產極地特種低溫鋼，并批量生產近1000噸。在中國極地研究中心的支持下，國產極地特種低溫鋼被成功應用于“雪龍”號改造修理和“雪龍2”號建造，為探極“雙龍”保暖御寒。

　　瞄準極地大洋考察需求

　　近年來，隨著各國海洋考察研究向深海極地拓展，建造適應極寒與超低溫環(huán)境的高技術船舶成為國際社會關注的焦點。為保障船舶可在極地冰海區(qū)域、極寒超低溫環(huán)境、深海熱液區(qū)、南海高濕熱海域開展作業(yè)，船舶及海工用鋼材料的研發(fā)和制備至關重要。

　　長期以來，我國材料制備科學和工藝研究較為滯后，一些特種材料依賴進口，海洋極端環(huán)境裝備研發(fā)處于空白，成為制約我國探測深遠海、研究極地科學的瓶頸。

　　為此，上海海事大學瞄準國家極地大洋考察需求，努力研發(fā)在極地低溫等極端海洋環(huán)境下船舶及海洋工程用鋼材料。2014年以來，該校與寶鋼集團圍繞極端海洋環(huán)境材料研究等方面開展密切合作，在上海市高原學科“船舶與海洋工程”建設項目推動下，充分發(fā)揮各自優(yōu)勢，開展中國極寒海洋環(huán)境高級別船舶用鋼規(guī)?；a技術的系統(tǒng)研究和開發(fā)，并承擔了“十三五”國家重點研發(fā)計劃項目——“極寒與超低溫環(huán)境船舶用鋼及應用”。

　　2017年3月，在國家重點研發(fā)計劃、上海市高原學科、上海市軍民融合發(fā)展資金、上海市創(chuàng)新行動計劃等支持下，該校海洋材料科學與工程研究院，和寶鋼股份有限公司在滬創(chuàng)建了國內首個“海洋極端環(huán)境鋼鐵材料制備與蝕損控制”聯合實驗室，重點研究極寒、極深、極濕熱等海洋極端環(huán)境鋼鐵材料。

　　探索低溫船舶用鋼檢測標準

　　上海海事大學海洋材料科學與工程研究院院長、教授尹衍升介紹說，聯合實驗室研發(fā)并首次批量生產的20噸“中國制造”極地特種低溫鋼用于“雪龍”號改造，并經受住了中國第8次北極科考的考驗。

　　在我國第34次南極考察中，聯合實驗室研發(fā)的一些具備更強性能的特種鋼樣品被焊在“雪龍”號甲板、船舷等處進行隨船試驗。在南極考察返程期間，科研人員上船查看了這些用于表面、與海水接觸的特種鋼樣品被撞擊、被磨損、被腐蝕的情況，結果令人滿意。如今，該研究成果已推廣應用于“雪龍2”號。

　　據上海海事大學海洋材料科學與工程研究院常務副院長、教授董麗華介紹，針對低溫環(huán)境下船用鋼焊縫腐蝕和失效的嚴重問題，聯合實驗室開發(fā)了多種與低溫鋼相匹配的焊接材料，并取得了中國船級社的認證。在此基礎上，針對焊接材料的腐蝕評價，還自主研發(fā)了一套宏觀與微觀相結合的綜合測試方法和評價標準。

　　同時，聯合實驗室還積極探索適合低溫船舶用鋼的檢測標準，自主設計并建立了國內首套“極地低溫環(huán)境材料檢測平臺”，促進我國在低溫船舶用鋼性能檢測方法、檢測標準及檢測設備方面的發(fā)展。其中，科研人員研制的“極地低溫環(huán)境材料摩擦磨損試驗機”為國內首臺可在超低溫環(huán)境下往復運行設備，為我國低溫船舶用鋼、低溫材料開發(fā)檢測提供技術支持。

　　期待更多船舶使用國產鋼“御寒”

　　董麗華介紹，極寒環(huán)境船舶用鋼服役環(huán)境嚴苛，除了裝備材料要具備高強度和超低溫高韌性外，更重要的是需要有優(yōu)異的焊接性能和良好的耐腐蝕、耐疲勞性能等，確保破冰船航行安全。對此，聯合實驗室研究了載荷、摩擦速度、環(huán)境介質、環(huán)境溫度對極寒環(huán)境船用鋼板的摩擦性能影響，建立了極寒環(huán)境船用鋼板的磨損數據庫，探索了該鋼板在海水及低溫環(huán)境中的耐腐蝕性能和耐腐蝕機理，努力為常年航行于冰區(qū)的船舶提供技術指導。

　　一般而言，科考船在南極航行，遭遇的極端溫度不會低過零下20攝氏度，國產極地特種低溫鋼已可在最低溫為零下60攝氏度的環(huán)境中使用，可有效保證航行安全，被視為探極“雙龍”的“御寒利器”。

　　“此次極地特種低溫鋼的批量生產，實現了我國極地低溫鋼材料的國產化，打破了長年制約我國深遠海、極地技術與能源發(fā)展的瓶頸，將助力我國極地科學考察和極地船舶建造升級。”尹衍升表示。

　　據悉，極低溫環(huán)境船舶用鋼材料在關鍵技術、產業(yè)制造及工程應用上已經實現較大突破，將為建造更多的極地航行船舶提供保障。尹衍升預計，未來5年~6年，會有更多破冰船和往返于北極航線的船舶使用國產極地特種低溫鋼。（記者 朱彧）

　　轉自：中國海洋報

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