此外,在国际公约规范方面,2021年底,IMO货物与集装箱运输分委会第7次会议上批准了高锰奥氏体钢适用于《国际散装运输液化气体船舶构造和设备规则》(《IGC规则》)和《使用气体或其它低闪点燃料船国际安全规则》(《IGF规则》)。CCS武汉分社产品检验处处长贾思庆认为:“这意味着使用高锰钢上船应用的检验依据正式得到国际海事组织认可,使用推广不再存在障碍。未来,谁能提前一步研制生产出高锰钢并将其应用到船舶上,谁将抢得市场先机。”
创新赋能技术研发
高锰钢虽然优势明显,但由于其具有锰合金含量高、浇注温度低、易偏析、低温变形抗力大等特点,冶炼、轧制生产难度非常大,目前只有极少数国家掌握其生产技术。为了推进高锰钢研发和应用,助推我国LNG水上应用,CCS立足行业需求和技术前沿,携手河钢舞阳钢铁、725所、中集宏图、大西洋焊材、钢铁研究总院、东北大学、哈尔滨工程大学等单位,以国家重点项目为依托,形成了产、学、研、检、用及相关配套产品的研发应用合作平台,并联合725所、河钢舞钢、中集宏图等单位成立了高锰钢联合开发项目组,对高锰钢应用产业链关键技术联合研究攻关。
项目组目标是针对LNG船舶及储罐服役环境对低温材料的应用需求,通过开展高锰奥氏体低温钢应用技术研究,突破高锰奥氏体钢冶炼与轧制工艺优化、配套成形与焊接、服役性能评价等关键技术,建立我国船用高锰奥氏体低温钢品种体系、生产体系、检测应用评价体系和标准规范体系,实现高锰奥氏体低温用钢在LNG储罐上的示范应用,钢板屈服强度不低于400MPa,-196 冲击功不低于41J。
五年多的研发,尽管过程曲折不易,但成果喜人。据项目组介绍,按照共同制定的高锰钢生产与应用的研发技术路线,项目组完成超纯净化冶炼及均质化铸造技术优化、轧制和冷却工艺优化研究,突破全奥氏体高锰低温钢强韧化协同稳定性控制技术,实现了6mm、8mm、20mm和40mm四种规格高锰奥氏体低温钢批量生产,钢板强度、延伸率及冲击韧性均满足项目技术指标要求。完成高锰奥氏体低温钢配套焊接材料研制,突破焊接接头低温强韧性调控关键技术,解决焊材制备工艺技术难点,实现了手工焊条、氩弧焊丝、气保焊丝、埋弧焊材四种焊材的批量生产。完成低温环境服役性能评价与应用技术研究,突破低温环境下服役性能评价关键技术,完成高锰钢钢板及焊接接头低温静强度、低温抗断性能、低温止裂性能、腐蚀性能及耐疲劳性能评价。完成高锰钢典型产品样罐设计、建造及低温工况试验,5m3产品样罐成功用于双燃料LNG动力船,实现了高锰奥氏体低温用钢在LNG储罐上示范应用。同时,制定了高锰钢材料技术标准及检验要求、LNG储罐制造工艺及检验技术要求规范,形成《高锰奥氏体低温钢应用指南》,建立我国船用高锰奥氏体低温钢品种体系、生产体系、检测应用评价体系和标准规范体系。《高锰奥氏体低温钢应用指南》于2021年12月获批生效,已用于指导材料及产品认证工作。
此外,项目组在研发过程中还进行了诸多创新探索。包括基于高锰钢的热变形行为研究、轧制及冷却工艺优化,解决了高锰钢低温冲击韧性稳定性差和力学性能各向异性强烈等技术难题,实现多种规格高锰钢批量生产,钢板性能达到国际先进水平,填补国内空白;基于高锰奥氏体强韧化机理的成分设计技术,确定合适的合金元素含量,,焊缝金属-196 冲击韧性不小于27J,焊接接头强韧性匹配良好。贾思庆介绍称:“我们不仅实现了项目研究目标,钢板及焊材实物水平达到国际先进水平,还创造了多项国内第一——高锰钢板材、焊接材料、船用LNG储罐国内首家通过CCS认证;国内首次建立-165 低温环境应用性能评价体系;研制建造的高锰钢LNG储罐成功用于双燃料LNG动力船,实现国内高锰钢LNG船舶行业的首次应用。”