对船板的质量需求与时俱进

国际造船行业认为，多年来，海运行业发生过的一系列严重事故，直接地或间接地是由船用钢板的脆性断裂、疲劳失效或腐蚀引起的。另外，在全球化的进程中，物流量不断增长，其对各种各样船舶的需求将相应增长，比如油轮、LNG船（低温下运输液化天然气专用船）、散货船、集装箱船、LPG船（运输液化石油气专用船）以及化学品运输船等。

上述发展态势，既导致船板的需求量快速增长，又导致船板的质量出现了下列变化趋势：

一是造船用钢材的规格范围变大，尺寸精度要求更高。通过调研，船厂普遍反映，船板越宽、越长越好。这主要是出于造船工艺的要求的考虑，船板宽而长有利于适应大分段等造船工艺要求，提高造船效率。

随着造船生产组织高效化、船舶大型化，为了减少焊接量、提高船体质量，造船厂对船板规格的要求有大型化的趋势，宽度≥3m的船板用量将大幅上升，最大的船板规格要求达到4.5m×22.5m。但船厂也指出，船板要求宽和长，并不单纯是因为船型变大，而是为了减少焊缝，提高造船效率。此外，船厂还要求船板生产厂能够提供按0.5mm进级、负公差轧制的船板，定尺最大可到24m，尤其是对强度和表面质量的要求更高。

二是高强度船板使用量越来越大。随着船舶吨位的提高，造船业感到普通强度船体钢强度不足。因为强度低，钢厂就必须增加船板厚度，这样不仅增加了制造过程中加工焊接的难度和成本，还增加了船体自重，降低了载重量。因此，造船厂提出了使用高强度船体钢的要求。船厂希望钢厂能够更多地提供采用TMCP（热机械控制工艺）技术生产的普碳船板，这种船板具有强度高、焊接性能好和应力小等特点。

三是低合金高强度钢的比例将大幅度增加。船舶的专业化发展趋势对轻量化提出了要求，因此，也将大量采用低合金高强度船板，尤其是微合金化高强度船板。低合金高强度船体钢是普通低合金高强度结构钢中的一个重要钢种。随着船舶和海洋工程的不断发展，特别是大陆架近海石油的开发，对船用钢特别是高强度船用钢提出了更多品种和更高质量的要求。所以，各国船级社都投入大量的资金对耐海水腐蚀的低合金高强度钢进行研制，而且基本上建立在本国富有且廉价的合金元素的基础上，并向微量合金化方向发展，形成强韧匹配的等级系列。低合金高强度钢在船舶建造中的用量呈不断增加趋势。

四是对船板性能及质量要求越来越高。过去，散货船一般要求船板质量级别在D级以下，品种有20多个。随着集装箱船等船型的发展，船板的品种几乎涵盖所有级别，品种达1200多个，并向F级、Z向钢船板和型材发展。针对船用钢板对耐海水腐蚀性能的高要求，目前钢厂多采取加大钢板厚度和增加涂层等方式予以解决。对此，船厂希望钢厂开发出能少用涂层甚至不用涂层，以及具有良好的耐海水腐蚀性能、薄一些的船用钢板，以减少钢板使用量和涂覆工作量。同时，表面质量好仍然是船厂特别强调的一个质量指标。另外，IMO（国际海事组织）提出了新的涂层标准要求，有关钢铁企业应给予关注。

五是对船板抗脆性破坏的要求更强烈。近年来，船舶触礁、碰撞等事故频频发生，造成重大人员伤亡、经济损失和环境污染。对此，一些发达国家对船体结构，如对舷侧板、甲板和加强筋，使用的高抗裂性能钢板制定了新的船舶等级标准。

为顺应上述发展趋势，国内外钢厂都积极实施新技术，全力为用户提供高性能的船板，从而提高生产率；通过改善材料的强度、断裂韧性、疲劳强度以及耐腐蚀耐候性能，提高钢板焊接的效率。

铌在TMCP中扮演重要角色

在船板的研发过程中，各钢厂十分注重精心设计合金成分，并运用在线形变热处理、轧制和冷却过程中的应变和热循环，以得到所期望的组织。TMCP技术结合了轧制和轧后冷却工艺，可以显著拓宽钢板生产的控制范围，并且可以使钢的晶粒尺寸明显减小。TMCP代表了一项控制工艺的革新，完全区别于传统的热轧和热处理工艺。

TMCP技术是以控轧和控冷技术的组合为特点，也就是控制轧制和在线热处理的综合处理手段。TMCP技术使传统的热处理工艺在形变强化的轧制生产中在线完成，从而轧制出高强度、高韧性、高焊接性的管线用钢和船板钢、高强度结构用钢。

铌和钛等微合金化元素在船板的控制组织方面扮演着重要的角色。事实上，往钢中添加微量的任何微合金化元素，都有助于钢板在加热、轧制、控制冷却各个环节中的晶粒细化，可以提高钢的强度。究其原因，是铌在钢中以固溶或与碳和氮结合形成析出相的形式存在，以及与再结晶间的交互作用。

在轧制之前的铸坯加热过程中，弥散的铌析出相通过钉扎作用阻止奥氏体晶粒长大粗化。在随后的轧制各工序中，当轧制温度达到900℃或更高时，奥氏体在再结晶过程中发生重组，并不断得到细化。同时，轧制过程中产生的应变能促使铌生成细小的析出相，在轧制后期钉扎奥氏体晶粒，阻止其再结晶，有效保证了奥氏体不断被扁平化，使应变和位错得以积累。所以，在轧制结束时，积累的应变和位错为铁素体转变提供了许多形核点（晶界突出部件、变形带等）。

在轧后冷却奥氏体向铁素体转变的过程中，钢中的铌通过推迟奥氏体向铁素体的转变增加了相变过饱和度，同时铁素体基体中铌析出相通过析出强化机制进一步提高钢的强度。因此，即使往钢中添加极少量（0.01%铌）的微合金化元素也是非常有用的。

努力阻止高强厚钢板脆性裂纹

近些年，随着物流业对运输效率要求的不断提高，大型船舶数量逐渐增加，对重载荷的高强度厚板的需求也在增加。对于集装箱船来说，400MPa的钢板用于可承载8000TEU集装箱的船舶，意味着钢板的厚度要超过70mm。

当前，大线能量单道次焊接的方法已经被广泛采用，使得船厂在采用更厚规格的钢板时的造船效率不至于下降。因此，通过综合优化合金成分和TMCP条件，开发在焊接热影响区（HAZ）高韧性的钢种，可以实施大线能量焊接。采用TMCP技术细化母材金属的组织和改善HAZ韧性，是目前防止脆性断裂的两项重要技术。随着船舶的大型化，阻止脆性裂纹的难度增加。尤其是对于集装箱船，从双重安全保证（既要阻止脆性裂纹开裂，又要防止裂纹扩展）的角度出发，船厂非常期望钢板具有足够的止裂性能。大部分的脆性裂纹起始于焊接区域，因此沿着焊接接头阻止裂纹扩展尤为重要。

目前，国内外已经研发出优质船板及其焊接方法，产品可用于巨型集装箱船，可以成功解决以下3个方面的问题：一是通过防止脆性裂纹发生和改善母材，阻止脆性裂纹扩展，提高断裂韧性；二是通过提高船体尺寸和强度（降低钢板厚度），提高运输和燃油效率；三是通过运用大热输入量焊接，提高造船生产率。

除了满足规范涉及的化学成分、机械性能等必要条件外，船体用钢板还应有强度、韧性、屈强比，以及焊接的适应性和优异的工艺性能等属性。要保证船板的属性，对钢铁行业来说是一个系统工程，其目的是满足用户明确与隐含的要求。