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海洋材料:一个关乎民族工业基础命运的科学话题
发布时间:2018-07-12 15:10:09 访问量:756


中国海洋报记者 张向冰

 

 

近日,由中国海洋材料产业技术创新联盟主办、南京工业大学承办的第三届中国海洋材料产业高峰论坛在南京召开。来自中国工程院化工冶金与材料工程学部、中国海洋学会、中国船舶工业行业协会、中国腐蚀与防护学会、中船重工、中海油研究总院、西北有色金属研究院等一百多家单位200多位专家和业内人士,纷纷就共同关心的话题,畅所欲言,提出许多关于海洋材料与我国民族工业基础发展相关的新问题。

 

“海洋材料产业要有精细制造的工匠精神”

 

一部叫《怒海救援》的美国电影,再现了发生在1952218日凌晨时分的一个真实故事:在从美国新奥尔良驶向波士顿的航线上,“彭德尔顿”号船体突然开裂,引起一连串爆裂的声响……

由海洋腐蚀引发的灾难性事故,给人类造成了极其巨大的损失。2010年,英国石油公司墨西哥湾“深水地平线”钻井平台海底阀门失效导致爆炸,导致美国海域最严重的环境灾难。

与会的中国工程院院士周廉告诫国内从事海洋材料的研究者与生产者,“电影中的船体开裂源自现实生活,并非艺术加工,它时刻提醒我们必须重视海洋材料工业基础研究,特别是在产业化生产中,必须具有精细制造的工匠精神,用科学精神不断提升海洋材料质量。否则,这样的悲剧还会重演。”

周廉院士称,海洋腐蚀也是海洋材料面临的世界性难题。所谓海洋腐蚀,就是构件在海洋环境中发生的腐蚀。海洋环境是一种复杂的腐蚀环境。在这种环境中,海水本身是一种强的腐蚀介质,同时波、浪、潮、流又对金属构件产生低频往复应力和冲击,加上海洋微生物、附着生物及它们的代谢产物等都对腐蚀过程产生直接或间接的加速作用。海洋腐蚀主要是局部腐蚀,即从构件表面开始,在很小区域内发生的腐蚀,如电偶腐蚀、点腐蚀、缝隙腐蚀等。

30位院士在内的5大领域,开展了一次腐蚀成本和防护策略的调查研究。结果表明,2014年我国腐蚀总成本约为2.1万亿元,占当年国内生产总值(GDP)3.34%

该项目首席科学家、中国工程院院士侯保荣在接受媒体记者采访时说,“与其他腐蚀相比,海洋腐蚀尤为严重。”他指出,海洋腐蚀损失约占总腐蚀损失的1/3,达7000亿元。这也反映了我国现阶段海洋腐蚀成本现状。

在我国,绝大多数抗腐蚀性海洋材料仍依赖进口,很容易被“卡脖子”,对发展我国海工制造业极为不利。在周廉院士看来,造成差距的主要原因是中国海洋材料基础工业还很薄弱,尚未形成一种体系。特别在海洋材料生产环节,我国虽有上万多家生产抗腐蚀海洋材料企业,也各具技术优势,但由于技术标准不高,尚不足以跟国外同类公司相抗衡。

西安材料某海洋材料公司总经理叶建林对此感同身受,“前不久,我去德国考察一家全球化海洋材料企业,当即决定用合资形式引入该公司一项新技术。因为我看到德国海洋材料工厂从设计生产到管理销售与售后服务,都有一整套工业技术标准和管理体系。标准就是他们的企业文化,标准就是他们的利润点,标注就是他们驰骋全球海洋材料界的资本。而对比中国一些企业,只顾赚钱,哪里还顾得上培育和建立自己的海洋材料技术标准体系。”

 

 “因为不能造特钢,只好把订单给了韩国”

 

近年来,我国重点钢铁企业其实也在不断加大科技研发投入力度,高端船舶及海洋工程装备用钢研制取得突破并实现装船,助力我国船舶工业向高质量发展。

据中国船舶工业行业协会副秘书长谭乃芬介绍,宝钢特钢是世界第二家可供应薄膜型LNG船用殷瓦合金的合格供应商。LNG船是国际公认的高技术、高难度、高附加值产品,是在零下163摄氏度低温下运输液化气的专用船舶,被喻为“海上超级冷冻车”,是世界造船“皇冠上的明珠”,目前世界上只有美国、中国、日本、韩国和欧洲的少数几个国家13家船厂能够建造。

作为LNG船最核心的材料——殷瓦合金,又被称作明珠中的明珠,此前,全世界只有一家国外企业可以生产。在这样的背景下,宝钢特钢承担了我国液化天然气船关键材料殷瓦合金的研制工作。在宝钢中央研究院特钢技术中心、焊接与腐蚀研究所等多家部门共同努力,打破国外技术壁垒,成功完成了该合金的工业化试制,实现了超低温条件下(-196℃)稳定的物理性能和良好的强度和韧性。经过2015年和2017年两轮严格认证,圆满完成了工厂认证和LNG实船模拟验证,成为世界第二家可供应薄膜型LNG船用殷瓦合金的合格供应商。

然而,随着国际海事组织(IMO)不断出台的有关绿色环保新条款,对高端船舶用钢提出了新的要求。尽管我国钢铁企业在船舶及海工研制方面取得多项突破,但目前仍有少品种的钢材不能满足国内高端船舶及海洋工程用钢的需求。

“如工银租赁在韩国大宇造船订造的冰区LNG船,就是由于特殊钢材我国目前尚不能制造,所以订单只能下到韩国船厂。”谭乃芬不无遗憾地说。

国家海洋局天津海水淡化所研究员徐克也遇到了类似困惑,“我国在最初的海水淡化研究中,使用的海洋材料全部依赖国外进口。比如铜管、壳体、网芯。随着我国海水淡化技术进步,这种“拿来主义”的思路,已不能适应我国现阶段发展需求。”2014年,该所通过与中国工程院联合调查后,开始尝试自主研发海洋材料某些关键部件,并取得阶段性成果。

“纵观美、日、德等发达国家,海洋材料工业体系和海工制造体系十分完备,一项海工工程从设计到完工都有着良好的管理体制和保存完整的原始技术资料。”在南京工业大学材料科学与工程学院院长沈晓冬看来,为海洋材料和海工工程建立一套完整的“出生档案”和后期维护保养管理体系,体现着一个国家海工基础工业体系的实力,但我国尚有很大差距,“只管建,不管养”,只顾眼前利益,不顾海工工业基础体系建设,似乎已成为海洋材料与海工制造领域的诟病。

“我国的现状是海洋工程装备制造业走在了海洋材料基础研究的前面,由于国内海洋材料工业基础体系跟不上,造成海洋材料数量和质量落均后于国际同类水平,导致大量远洋船舶、钻井平台等海工设备关键性海洋材料大量依赖进口。但就地取材的海工混凝土材料除外,不仅不需要进口,而且我国的研究成果和应用已达到国际先进水平。海工混凝土融合了钢材和涂料等抗腐蚀技术,在港口、海岸、海岛、海防工程建设中发挥着积极作用,有着广泛的发展空间。”沈晓冬说。

 

海洋材料是民族工业基础的一个缩影”

 

走向海洋,必须依靠海工装备。而建造高质量海工装备,就必须研发出能够适应其环境的海洋材料。中国工程院院士、宝钢股份中央研究院副院长毛新平也指出,“中国在海洋材料领域没有进行过系统研究,缺乏一个包括海洋材料在内的各种材料在海洋条件下建立一个技术体系,包括海洋材料基础研究和基础理论十分缺乏。没有技术标准支持,就没有办法工程化、装备化、系统化。因此,我国亟待建立国家海洋材料标准体系。”

“我国在海洋材料基础研究领域明显不足的主要原因在于缺乏对该领域重要性的认识。而在国外发达国家则非常重视海洋材料标准体系建设,特别是在日本、德国、美国,布局早、数据全、体系完善,一旦在该海域有海洋材料需求,很快就能调阅出所需要的大数据。可见,建立一套国家海洋材料标准体系,对于完善民族工业基础大有裨益。”毛新平院士说。

当今世界,人类已迈入开发利用深海的新时代,对材料特别是海洋材料提出了更高的要求,而钢是制造海工装备最基础、应用最广泛的材料,也是船体结构、海洋平台、海底油气管线及桥梁等海工工程主体最主要的海洋材料。

据毛新平院士介绍,19世纪到21世纪,船体结构钢跨越了从碳含量仅有0.25%~0.35%的中碳钢,到“低碳+微合金化”的碳素钢,再到“低碳+合金化”的高强度低合金钢两个多世纪的发展历程。船体结构钢的发展趋势,越来越容易焊接、耐腐蚀、高止裂,具有高强度高韧性。

“我国的海洋工程用钢铁材料的制造流程和装备具备了制备生产高品质产品的条件,而我们材料的性能、成型与控制、腐蚀与防护、焊接材料与工艺等应用技术的研究还有待于提高和加强。”毛新平院士认为,在关注表面防护技术的同时,材料本质耐腐蚀能力的提高应引起业界的关注。

“海洋材料是民族工业基础的一个缩影,甚至关乎着一个民族工业基础的命运。”中国科学与科技政策研究会副理事长李新男告诉记者中国海洋材料产业技术创新联盟把国内最优秀的海洋材料企业、高校和社会科研机构的科技资源、人才资源有机整合起来,引导中国海洋材料产业技术创新方向与国家战略利益相得益彰,不断完善海洋材料技术创新链,打造了一支拥有自主知识产权、知名品牌,以及具有国际竞争优势的产业技术创新型中国海洋材料“联合舰队”。面对未来的挑战,必将为加快海洋强国建设提供有力的工业技术体系支撑。