中国高锰钢“猛”出圈

2022年4月22日，中国DNV(CCS)选用云颁证形式，为上海电气重工集团第725研究所(全称725所)的高锰钢冲压金属材料、河北钢铁公司及襄城钢铁有限责任公司(全称迁安东源)的高锰钢钢制以及中集长青的高锰钢油罐颁发了工厂普遍认可合格证书，这一组合格证书均为高锰莱氏体高温钢同类的亚洲地区第三张CCS普遍认可合格证书。标志着国产高锰莱氏体高温钢试制成功，为亚洲地区LNG动力船的金属材料创新提供了切实有效的软件系统，也是CCS联手业内把握新产业发展阶段、贯彻新产业发展理念、服务并融入新产业发展格局、促进高效率产业发展的成功实例。

高锰钢应用领域恰逢其时

在行业绿色生态产业发展的前奏下，洁净能源天然气天然气(LNG)成为促进绿色生态产业发展的主力队员。统计数据表明，2021年亚洲地区LNG贸易额达到3.8万吨，同比快速增长6%，增幅扩大超5个百分点。未来还将继续快速增长,预计到2040年亚洲地区LNG需求量将超过7万吨/年，比2021年增加90%。

LNG贸易需求的快速增长带动了LNG海运的繁荣，LNG船集运日租金一度暴涨至35万美元/日的历史高位。同时，随着造船业节能减排进程的推进，改用LNG等洁净代替推进剂以实现节能减排目标也成为业内共识。较之其他代替推进剂，LNG推进剂凭借其洁净操控性，以及相对完善的产业链和丰富应用领域经验等优势从促进造船业绿色生态产业发展的中坚力量队伍中十强。怀特森统计数据表明，2016年～2021年，亚洲地区LNG船舶系遇订单量分别是10艘、19艘、77艘、61艘、54艘、85艘，交付量分别为33艘、33艘、56艘、43艘、39艘、66艘。

LNG通常须要储存在-161.5℃、0.1MPa左右的高温储罐内，因此，与LNG接触的外层织物必须采用高温钢材。而对LNG登陆艇而言，昂贵的LNG设备生产成本是制约相关商品产业发展的非常大瓶颈，其中LNG油罐的价格就占了全套动力装置的三分之一。

燃气轮机LNG油罐金属材料是LNG油罐修建的关键技术之一。传统的LNG油罐修建金属材料选用的是昂贵的莱氏体钢制、莱氏体Fe-Ni钛、9石蜊(9Ni钢)和高温铝钛金属材料等，这些金属材料须要采用大量钛，锻造生产成本低不说，对环评非常大。

前几年，国外研制出采用22%～25%的锰钛来代替昂贵的镍钛等金属材料来锻造LNG船、LNG罐用高温钢，即高温莱氏体高锰钢。该商品因其低生产成本和优异的塑延展性而备受市场关注。研究表明，与目前广泛应用领域的9石蜊较之，燃气轮机LNG油罐所用高温高锰钢的高温强度、延展性、耐疲劳性、抗腐蚀等操控性均相差不大，且其脆性优于9石蜊。生产成本方面，22%～25%锰钢金属材料生产成本约为9石蜊的1/3，LNG油罐选用高锰钢可大幅降低锻造生产成本。据了解，2020年12月梅耶莫的在韩国现代造船订制的总值约10亿美元的6艘LNG动力23500TEU超大型集装箱船便选用开创性设计，安装由高锰钢锻造的18000立方米B型LNG推进剂舱。由于采用这种新型金属材料，每艘船最多可节省200万至300万美元生产成本。因此，业内普遍认为其将是LNG高温传统钢的最好代替者，具有较好的应用领域前景。

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莱氏体钢适用于《国际散装运输天然气气体船舶构造和设备规则》(《IGC规则》)和《采用气体或其它低闪点推进剂船国际安全规则》(《IGF规则》)。CCS武汉分社商品检验处处长贾思庆认为：这意味着采用高锰钢上船应用领域的检验依据正式得到国际海事组织普遍认可，采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领域到船舶上，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，但由于其具有锰钛含量高、浇注温度低、易偏析、高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领域，助推我国LNG水上应用领域，CCS立足行业需求和技术前沿，联手迁安襄城钢铁、725所、中集长青、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、用及相关配套商品的研发应用领域合作平台，并联合725所、迁安东源、中集长青等单位成立了高锰钢联合开发项目组，对高锰钢应用领域产业链关键技术联合研究攻关。

项目组目标是针对LNG船舶及油罐服役环境对高温金属材料的应用领域需求，通过开展高锰莱氏体高温钢应用领域技术研究，突破高锰莱氏体钢冶炼与轧制工艺优化、配套成形与冲压、服役操控性评价等关键技术，建立我国燃气轮机高锰莱氏体高温钢品种体系、生产体系、检测应用领域评价体系和标准规范体系，实现高锰莱氏体高温用钢在LNG油罐上的示范应用领域，钢制屈服强度不低于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领域的研发技术路线，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，突破全莱氏体高锰高温钢强韧化协同稳定性控制技术，实现了6mm、8mm、20mm和40mm四种规格高锰莱氏体高温钢批量生产，钢制强度、延伸率及冲击延展性均满足项目技术指标要求。完成高锰莱氏体高温钢配套冲压金属材料研制，突破冲压接头高温强延展性调控关键技术，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。完成高温环境服役操控性评价与应用领域技术研究，突破高温环境下服役操控性评价关键技术，完成高锰钢钢制及冲压接头高温静强度、高温抗断操控性、高温止裂操控性、腐蚀操控性及耐疲劳操控性评价。完成高锰钢典型商品样罐设计、修建及高温工况试验，5m3商品样罐成功用于双推进剂LNG动力船，实现了高锰莱氏体高温用钢在LNG油罐上示范应用领域。同时，制定了高锰钢金属材料技术标准及检验要求、LNG油罐锻造工艺及检验技术要求规范，形成《高锰莱氏体高温钢应用领域指南》，建立我国燃气轮机高锰莱氏体高温钢品种体系、生产体系、检测应用领域评价体系和标准规范体系。《高锰莱氏体高温钢应用领域指南》于2021年12月获批生效，已用于指导金属材料及商品认证工作。

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，解决了高锰钢高温冲击延展性稳定性差和力学操控性各向异性强烈等技术难题，实现多种规格高锰钢批量生产，钢制操控性达到国际先进水平，填补亚洲地区空白；基于高锰莱氏体强韧化机理的成分设计技术，确定合适的钛元素含量，，焊缝金属-196℃冲击延展性不小于27J，冲压接头强延展性匹配良好。贾思庆介绍称：我们不仅实现了项目研究目标，钢制及焊材实物水平达到国际先进水平，还创造了多项亚洲地区第一——高锰钢制材、冲压金属材料、燃气轮机LNG油罐亚洲地区首家通过CCS认证；亚洲地区首次建立-165℃高温环境应用领域操控性评价体系；研制修建的高锰钢LNG油罐成功用于双推进剂LNG动力船，实现亚洲地区高锰钢LNG船舶行业的首次应用领域。

合作开启新格局

随着亚洲地区经济的产业发展和各国对环保的日益重视，天然气天然气(LNG)的需求量与日剧增。据国际能源署(IEA)预测，到2023年，亚洲地区天然气天然气贸易额可望突破5000亿方，比2017年快速增长30%。我国是天然气消费大国，且是世界第一大LNG进口国。2021年LNG进口量为1089亿立方米(7893万吨)，占我国当年天然气总进口量的65%。因此，大力产业发展LNG海运，推进LNG行业采用高温高锰钢前景广阔。

贾思庆表示：通过开展燃气轮机LNG油罐高锰莱氏体高温钢及其配套冲压金属材料的应用领域研究，将大力促进国产高锰莱氏体高温钢及其配套冲压金属材料在我国LNG船锻造等领域的应用领域，大大增强我国船企在高端造船领域的竞争力，同时也为国产高端钢材和冲压金属材料走向国际市场打下坚实的基础。早在2016年，CCS就启动了高锰钢的相关研究与推广工作。

前期，CCS、725所和迁安东源等合作开展了高锰钢试制研究工作，初步掌握了成分设计、轧制热处理工艺等技术，试制钢制力学操控性达到韩国同类的实物水平。期间，CCS选派金属材料专家积极参与迁安东源的高锰钢研发工作，与钢厂技术人员交流IMO国际会议上相关议案内容，总结分析实际生产中出现的问题，协助钢厂不断改进、优化技术方案和工艺规程，进行冶炼及轧制工艺优化研究，开发出超纯净化冶炼及均质化铸造技术、组织细化与织构弥散化控轧技术等多项创新成果。2018年底，在多轮小炉试制的基础上，迁安东源成功在二轧钢生产线上轧制出厚度为20mm的亚洲地区第三张LNG油罐用高温莱氏体型高锰钢制。试验钢制经武汉分社验船师现场取样，并送725所进行理化操控性试验，商品操控性指标达到IMO最新普遍认可导则及ISO 21635-2018的要求，特别是金属材料的-196℃冲击延展性优良。这是亚洲地区第一成功实现工业化生产的高温用高锰钢制。迁安东源成功研发的高锰钢是该应用领域合作平台的首项成果，表明我国已完全自主掌握高锰钢生产技术，实现重大技术突破，为我国高温用高锰钢的生产起到示范和引领作用。目前该项目已获得国拨资金1850万。

之后，CCS配合725所完成了配套冲压金属材料研制和相关冲压工艺的研究，帮助荆门长青公司完成了封头压制成型，异种金属材料冲压等多项技术成果，并协助陆续修建生产了两台5立方米样罐，一台5立方米实船油罐和一台20英尺罐箱。后两台试验样罐的设计符合亚洲地区燃气轮机高锰莱氏体钢应用领域指南规范和其它相关标准，与介质接触的油罐内容器主体选用国产高锰莱氏体高温钢。两台样罐顺利通过了几千公里水陆路装运高温液体运行试验，同时5立方实船油罐在扬州运河一艘散货船上进行了1000公里的实船验证。

五年多来，大家同心协力，一起攻克了诸多技术难题，而这看似曲折的研发过程却充分体现了技术引领、合作共赢的精神，向世界展示出了中国工业内的实力。

中国钢铁工业钢铁产量已经雄踞世界第一多年，我们的装备水平也是世界一流，并且已经能够生产绝大多数规格、品种的钢材、燃气轮机钢材。725所的高锰钢冲压金属材料、迁安东源的高锰钢钢制以及中集长青的高锰钢油罐的研发、生产、试验成功，为将来高锰钢的实际应用领域打下了坚实的基础，也为我国参与国际标准制订，提供了实践基础。下一步，CCS及各合作伙伴将基于已在商品研发及商品认证等业务上所建立的合作基础，充分发挥各方优势资源，深化合作，继续深入开展高锰钢应用领域研发工作，包括开展高锰钢B型舱适应性研究，液氢/氨油罐研究等，进一步促进高锰钢在LNG、氢、氨等全产业链的应用领域，为我国的绿色生态产业发展作出贡献。同时，各方还将积极开展技术标准与规范的研究工作，力争为我国标准及国际标准的制定提供支撑，发出中国强音。