與陸地油氣開采相比，海洋環(huán)境洋流劇烈、海溫和壓力隨深度變化大、海底巖層結(jié)構(gòu)與陸地井迥異。海洋油氣中H2S、CO2和Cl-等的含量普遍較高，海底微生物種類復雜，化學腐蝕和微生物腐蝕能力都很強。因此，海洋油氣開采平臺用特殊鋼材料如不銹鋼、耐蝕合金等普遍要求高耐蝕、高強高韌和高耐磨等性能特點。國外先進的海洋油氣資源鉆采、加工、輸運等環(huán)節(jié)均應用了大量的超級不銹鋼和耐蝕合金材料。所謂的“超級”不銹鋼材料，與傳統(tǒng)不銹鋼材料相比，一般是指高Ni/Cr/Mo、高純凈度、采用N 金化或變形工藝強韌化的一類高性能不銹鋼材料，如超級奧氏體、超級鐵素體、超級雙相不銹鋼以及鎳基或鐵鎳基耐蝕合金等。本文通過對國外海洋平臺用先進高強度、高耐蝕性不銹鋼及耐蝕合金材料發(fā)展和應用現(xiàn)狀的系統(tǒng)調(diào)研，闡述了其商業(yè)化產(chǎn)品的分類及關鍵性能指標、應用領域、代表性企業(yè)及產(chǎn)業(yè)規(guī)模，其中先進特殊鋼代表性商業(yè)牌號和平臺典型件應用部位是重點討論的內(nèi)容。另一方面，對目前國內(nèi)該領域的材料研發(fā)、應用現(xiàn)狀以及存在的問題進行了剖析，揭示了國內(nèi)外生產(chǎn)及市場環(huán)節(jié)存在的巨大差異。在此基礎上，對我國未來海洋平臺用先進特殊鋼材料的發(fā)展提出了合理建議，對相關材料研發(fā)和生產(chǎn)發(fā)展方向、產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式等都具有參考意義。

一、國外海洋平臺用先進特殊鋼

材料分類及關鍵性能指標

與海洋平臺用微合金化結(jié)構(gòu)鋼材料不同，海洋平臺用特殊鋼材料普遍都是高合金體系的Ni-Cr 或Cr-Ni-Mo 基不銹鋼、超級不銹鋼或耐蝕合金材料，一般都具有高點蝕當量、高純凈度以及N 合金化等特點。使用這些高合金材料制備的海洋平臺典型件如儲運、工藝管道、脫鹽、換熱器、油井管、鉆探和樁腿等，為滿足其特殊的服役工況條件，普遍具備高強度、高耐蝕性或兼而有之。通常而言，耐蝕性和強度是海洋平臺用特殊鋼材料的兩個關鍵性能指標。目前國外海洋平臺用先進特殊鋼鋼種主要包括超級奧氏體不銹鋼、超級鐵素體不銹鋼、高強度奧氏體無磁不銹鋼、鎳基和鐵鎳基耐蝕合金等，這幾類特殊鋼材料因其合金成分體系設計不同而性能各有所長。

（1） Mo 端：Mo 端的典型代表為高Mo 含量的Cr-Ni-Mo超級奧氏體不銹鋼。對于超級奧氏體不銹鋼而言，普遍具有較高的Cr、Ni 含量、一定的Mo 含量（6%～7%），具有在較高溫度優(yōu)異的耐局部腐蝕和均勻腐蝕的能力，其點蝕當量PREN 值（Cr+3.3Mo+16N）一般都達到30以上，部分材料甚至高達50以上，這確保了此類材料優(yōu)異的耐蝕性能；同時合理的N合金化使其兼具了較高的強度和塑韌性。

（2） Ni 端：Ni 端的典型代表為鎳基或鐵鎳基耐蝕合金。對于鎳基或鐵鎳基耐蝕合金來說，其Cr、Ni、Mo 合金含量更高，在熱帶水域和離子介質(zhì)復雜的條件下比超級奧氏體不銹鋼具有更為突出的耐局部腐蝕、應力腐蝕性能?？蓮V泛應用于油氣媒介、油水分離或其他更為苛刻的化工工藝管道、泵閥和離心機等工礦條件。

（3） N端：對于高氮奧氏體不銹鋼來說，極高的N合金含量大幅度提升了材料的強度指標，使其具有室高溫條件下顯著優(yōu)異的強度性能，由于采用了Mn-N代Ni成為奧氏體穩(wěn)定元素，使其在性能優(yōu)異的同時具有較低的生產(chǎn)成本。由于近年來其合金體系的不斷優(yōu)化，以及一定的Mo元素加入，使其也具備了優(yōu)良的耐局部腐蝕性，Cr 含量的不斷提升以及C元素的進一步降低，改善了材料的耐晶間腐蝕性能。高性能的海洋平臺用特殊鋼材料在國外早已商業(yè)化生產(chǎn)多年，典型的生產(chǎn)廠商包括瑞典山特維克（Sandvik）、德國蒂森克虜伯（ThyssenKrupp）、芬蘭奧托昆普（Outokumpu）、日本冶金（Yakin）、美國阿里根尼（ATIAllegheny）、美國特種金屬（SMC）、奧地利伯樂（Bohler）、美國卡朋特（Carpenter）等，其中代表性的海洋油氣資源開發(fā)工程用高性能Cr-Ni-Mo-N 體系超級奧氏體不銹鋼和耐蝕合金材料。

二、國內(nèi)海洋平臺用特殊鋼材料發(fā)展現(xiàn)狀

生產(chǎn)和應用現(xiàn)狀

據(jù)中海油海洋油氣項目組（深圳）、采購部門的內(nèi)部資料顯示：國內(nèi)海洋油氣田項目的上述特殊鋼部件和裝備均直接從Bohler、Alfa-Laval、Butting、Cameron、IntecSEA、CladTek、Flowserve、Goulds、Heatric 等國外廠商采購。據(jù)中海油開發(fā)工程設計公司的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示：目前海洋平臺工藝設備中進口份額約占總造價的3%～5%；工藝管道和儲運管道約占總造價的15%～30%；因此單一平臺項目中進口份額目前要占到平臺總造價的30%～40%。這意味著僅COSL中海油服2013年下半年上馬的3個海洋油氣平臺項目，由于進口高性能特殊鋼關鍵部件而產(chǎn)生的費用就高達3～4億美元，約合人民幣20～25億元。由于我國海工用特殊鋼材料生產(chǎn)起步較晚、研制生產(chǎn)停滯不前，導致海工用特殊鋼及關鍵裝備絕大部分依賴進口，更不用提占據(jù)國際市場份額。以我國目前唯一一個自主開發(fā)的深海油氣田項目荔灣油田為例，平均水深僅為1500m，由于許多關鍵技術(shù)的欠缺，該項目3-1油氣田為我國與加拿大赫斯基能源合作開發(fā)，大部分關鍵裝備和部件如離心機、海底復合管道、泵閥等均從國外進口，租國外技術(shù)裝備采自己的海油氣，成為當前我國深海油氣資源開發(fā)的真實寫照。

三、國內(nèi)本領域新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展問題

我國目前海工用特殊鋼領域工業(yè)化生產(chǎn)及下游平臺用海工裝備部件的制造均已有一定程度的開展。部分典型部件如鉆具、管道、換熱器、泵閥等已在陸海油氣田以及石化工業(yè)中得到初步應用。但就材料制備、裝備制造等領域的具體工藝現(xiàn)狀來說，國內(nèi)相關行業(yè)、企業(yè)、應用等均存在較為典型的問題。

四、本領域新材料研發(fā)方向及發(fā)展模式

高強度無磁不銹鋼、超級奧氏體不銹鋼和耐蝕合金是未來我國海工用特鋼國產(chǎn)化需重點攻關的三大類鋼種，應用覆蓋海洋油氣的鉆采儲輸?shù)拳h(huán)節(jié)。在目前研制和生產(chǎn)現(xiàn)狀的基礎上，各鋼種均具有自身獨特的發(fā)展趨勢：

（1） 高強度無磁不銹鋼的發(fā)展趨勢是高強度、高耐蝕、無磁性和低成本。通過足夠的N 含量確保以上性能指標。國內(nèi)目前已有部分企業(yè)生產(chǎn)此類產(chǎn)品，但其合金體系設計落后，強度、晶間腐蝕性能、熱變形加工工藝與國外相比差距很大。如何提高該類產(chǎn)品性能、優(yōu)化合金體系是此類材料的研發(fā)重點。

（2） 超級奧氏體不銹鋼的發(fā)展趨勢是高強度和高耐蝕性。通過高Cr、Ni、Mo含量確保足夠的耐蝕性能，通過適量的N含量確保兼具優(yōu)異的力學性能，通過合理的熱變形工藝確保無開裂、高成材率。合金體系的創(chuàng)新和理論設計是此類材料的研發(fā)重點。

（3） 耐蝕合金的發(fā)展趨勢是極高的耐蝕性和良好的加工工藝性能。通過極高的Cr、Ni、Mo 含量保證優(yōu)異的耐局部和全面腐蝕性能，重點解決管材、板材的冶煉、熱擠壓、熱軋等制備技術(shù)，解決此類材料從無到有、有價無貨的問題。

五、總結(jié)

我國海洋工程用特殊鋼產(chǎn)業(yè)發(fā)展的模式也應當逐步走上良性軌道。海洋油氣平臺項目應當積極大膽地提出對主要關鍵部件最新、最前沿的需求、性能指標，通過設計部門和材料研發(fā)單位的通力配合，逐步實現(xiàn)材料和裝備國產(chǎn)化、規(guī)?；凸こ袒?，使我國海工用特殊鋼走上良性發(fā)展的模式。國家層面也應由項目、企業(yè)和科研院所牽頭，出臺相應的行業(yè)和材料標準，使海洋平臺用先進特殊鋼材料的產(chǎn)學研各個環(huán)節(jié)更加規(guī)范化和法制化。

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