国产极地特种低温钢助力极地事业

11月7日，正在执行中国第36次南极考察任务的“雪龙2”号完成物资补给，驶离澳大利亚霍巴特港，奔赴中国南极中山站。在冰雪南极，考察队员可以使用衣物御寒，科考船也有自己的“御寒利器”——极地特种低温钢。

以前，我国极地考察船舶“御寒”钢材全靠进口。如今，这一局面已发生改变：由上海海事大学海洋材料科学与工程研究院和宝山钢铁股份有限公司共建的“海洋极端环境钢铁材料制备与蚀损控制”联合实验室成功研制出了国产极地特种低温钢，并批量生产近1000吨。在中国极地研究中心的支持下，国产极地特种低温钢被成功应用于“雪龙”号改造修理和“雪龙2”号建造，为探极“双龙”保暖御寒。

■ 本报记者 朱 彧

瞄准极地大洋考察需求

近年来，随着各国海洋考察研究向深海极地拓展，建造适应极寒与超低温环境的高技术船舶成为国际社会关注的焦点。为保障船舶可在极地冰海区域、极寒超低温环境、深海热液区、南海高湿热海域开展作业，船舶及海工用钢材料的研发和制备至关重要。

长期以来，我国材料制备科学和工艺研究较为滞后，一些特种材料依赖进口，海洋极端环境装备研发处于空白，成为制约我国探测深远海、研究极地科学的瓶颈。

为此，上海海事大学瞄准国家极地大洋考察需求，努力研发在极地低温等极端海洋环境下船舶及海洋工程用钢材料。2014年以来，该校与宝钢集团围绕极端海洋环境材料研究等方面开展密切合作，在上海市高原学科“船舶与海洋工程”建设项目推动下，充分发挥各自优势，开展中国极寒海洋环境高级别船舶用钢规模化生产技术的系统研究和开发，并承担了“十三五”国家重点研发计划项目——“极寒与超低温环境船舶用钢及应用”。

2017年3月，在国家重点研发计划、上海市高原学科、上海市军民融合发展资金、上海市创新行动计划等支持下，该校海洋材料科学与工程研究院，和宝钢股份有限公司在沪创建了国内首个“海洋极端环境钢铁材料制备与蚀损控制”联合实验室，重点研究极寒、极深、极湿热等海洋极端环境钢铁材料。

探索低温船舶用钢检测标准

上海海事大学海洋材料科学与工程研究院院长、教授尹衍升介绍说，联合实验室研发并首次批量生产的20吨“中国制造”极地特种低温钢用于“雪龙”号改造，并经受住了中国第8次北极科考的考验。

在我国第34次南极考察中，联合实验室研发的一些具备更强性能的特种钢样品被焊在“雪龙”号甲板、船舷等处进行随船试验。在南极考察返程期间，科研人员上船查看了这些用于表面、与海水接触的特种钢样品被撞击、被磨损、被腐蚀的情况，结果令人满意。如今，该研究成果已推广应用于“雪龙2”号。

据上海海事大学海洋材料科学与工程研究院常务副院长、教授董丽华介绍，针对低温环境下船用钢焊缝腐蚀和失效的严重问题，联合实验室开发了多种与低温钢相匹配的焊接材料，并取得了中国船级社的认证。在此基础上，针对焊接材料的腐蚀评价，还自主研发了一套宏观与微观相结合的综合测试方法和评价标准。

同时，联合实验室还积极探索适合低温船舶用钢的检测标准，自主设计并建立了国内首套“极地低温环境材料检测平台”，促进我国在低温船舶用钢性能检测方法、检测标准及检测设备方面的发展。其中，科研人员研制的“极地低温环境材料摩擦磨损试验机”为国内首台可在超低温环境下往复运行设备，为我国低温船舶用钢、低温材料开发检测提供技术支持。

期待更多船舶使用国产钢“御寒”

董丽华介绍，极寒环境船舶用钢服役环境严苛，除了装备材料要具备高强度和超低温高韧性外，更重要的是需要有优异的焊接性能和良好的耐腐蚀、耐疲劳性能等，确保破冰船航行安全。对此，联合实验室研究了载荷、摩擦速度、环境介质、环境温度对极寒环境船用钢板的摩擦性能影响，建立了极寒环境船用钢板的磨损数据库，探索了该钢板在海水及低温环境中的耐腐蚀性能和耐腐蚀机理，努力为常年航行于冰区的船舶提供技术指导。

一般而言，科考船在南极航行，遭遇的极端温度不会低过零下20摄氏度，国产极地特种低温钢已可在最低温为零下60摄氏度的环境中使用，可有效保证航行安全，被视为探极“双龙”的“御寒利器”。

“此次极地特种低温钢的批量生产，实现了我国极地低温钢材料的国产化，打破了长年制约我国深远海、极地技术与能源发展的瓶颈，将助力我国极地科学考察和极地船舶建造升级。”尹衍升表示。

据悉，极低温环境船舶用钢材料在关键技术、产业制造及工程应用上已经实现较大突破，将为建造更多的极地航行船舶提供保障。尹衍升预计，未来5年~6年，会有更多破冰船和往返于北极航线的船舶使用国产极地特种低温钢。