一块钢板，十年路程。近日，中国造船工程学会公布2023年科学技术奖评审结果，中国船级社（CCS）作为主要单位参与的“高强度止裂钢关键技术及评价方法研究”项目荣获科技进步奖特等奖。立足于满足市场需求和提高我国在国际船舶与海洋工程领域的地位和影响力，CCS、中国船舶集团有限公司第七二五研究所（以下简称“中船七二五所”）和国内钢铁冶炼企业等单位直面集装箱船船体结构材料“卡脖子”难题，围绕止裂钢相关技术研发和性能评价方法开展数年攻关。从“小荷才露尖尖角”到“映日荷花别样红”，一块钢板串联起我国船舶与海洋工程领域开拓创新、水滴石穿的厚重故事。

列入国家规划的攻关项目

奖项光环背后，要从故事开头说起。随着全球贸易的快速发展，海上货物运输量不断增加，为提高船舶运输效率，集装箱船逐渐向大型化和超大型化发展。而与之俱来的，则是行业对海上运输安全的深度考量。自上世纪50、60年代开始，船舶断裂事故时有发生，船舶结构断裂评定也成为保障海上人命安全所需要重点关注的方面。从提高船舶安全性、防止脆性断裂的角度来看，一旦船舶结构产生裂纹，相关材料需具备阻止裂纹扩展的能力，这对于确保工程结构安全来说也是十分必要的一环。而止裂钢作为超大型集装箱船船体结构的重要组成部分和关键建造材料，其止裂性能直接影响到船舶安全。开发高强度止裂钢，同时对材料的止裂性能评价方法进行研究，变得日益重要和紧迫。

放眼国际市场，日本和韩国已针对止裂钢开展大量工作，并各自建立起止裂性能评价试验方法。2020年之前，只有日本第二大钢铁集团JFE公司能够生产100mm厚高强度止裂钢，而很长时间以来，评价船用钢板止裂性能行之有效的试验方法也仅有日本船级社提出的ESSO试验法。与国外相比，尽管国内钢铁企业已成功开发出止裂钢产品，但还未能完全满足市场需求，且性能水平与国际先进水平相比还存在一定差距。在高强度超厚钢板止裂性能评价方法和技术指标研究方面，我国也尚处于起步阶段。鉴于国内生产100mm厚船用高强度止裂钢的技术空白，以及止裂钢止裂性能评价标准和试验方法的有限进展，高强度止裂钢关键技术及评价方法成为中国开发、建造超大型集装箱船的“卡脖子”难题。

2019年，在全国冷轧板带生产技术交流会上，来自中国钢铁工业协会的“钢铁行业运行情况及钢铁产品创新发展”报告，就国家规划中需要重点突破、下游应用领域所急需的七大类钢铁新材料进行了归纳总结，排在第一的是“海洋工程装备及高技术船舶用材料”，其中“加快高止裂厚钢板”等材料产业化技术开发赫然在列。而在此之前，国内科研单位和钢铁企业就已经有所行动，在开发国产高强度止裂钢、建立止裂钢评估方法之路上钻研探索、负重前行。

早在2008年，CCS在了解到国外正在研发高强度止裂钢新材料时，就第一时间与中国工业界沟通。随后，CCS、中船七二五所和国内钢铁企业等合作开启高强度止裂钢前期研究。为保证这一关键材料自主可控，CCS一方面组织协调工业界开展止裂钢相关技术研发，另一方面联合科研机构研究止裂钢性能评价方法，正式拉开止裂钢国产化序幕。2015年，“高强度止裂钢关键技术及评价方法研究”项目立项，并于同年1月份启动。CCS、中船七二五所、钢铁研究总院、宝山钢铁股份有限公司、鞍钢股份有限公司等单位齐头并进，致力于推进国产高强度止裂钢工程化开发及应用。

十年磨一剑。在项目团队的同心协力下，我国终于成功在国际上提出止裂性能相关性表达式，形成止裂性能预测算法，鞍钢、宝钢、南钢、湘钢等国内主力钢铁企业也在此助力下成功研发出超大型集装箱船高强度止裂钢，彻底解决这一关键材料的“卡脖子”难题。与此同时，CCS联合项目团队首次在国际船级社协会（IACS）提出高强度结构钢止裂性能大尺寸双重拉伸试验方法和侧面落锤小尺寸检验方法，得到各船级社专家的一致认可，上述技术方法也成功纳入IACS统一要求，我国更是成为国际上唯一同时具备开展大尺寸双重拉伸试验和ESSO试验能力、全面掌握比对试验数据的国家，CCS在这一领域的技术影响力得到极大提升。

提出止裂性能表达式

大型集装箱船对于高强度止裂厚钢板的需求量很大，而止裂钢作为全新材料，掌握相关技术需要一个摸索、试错的过程。国外凭借其在此领域的先发优势，有力巩固了在大型集装箱行业的技术影响。高耸的技术壁垒对我国钢铁企业乃至船舶行业产生着严重冲击。为提升我国钢铁企业竞争力，为国内大型集装箱行业提供充分技术支撑，同时将国产高强钢厚板是否具有止裂性能、能否用于大型集装箱船设计和建造的技术决定权牢牢掌握在自己手中，国内船舶、钢铁行业加紧创新攻关，全力探索全面、可靠、经济的破局途径，以坚定前行的姿态展现中国发展的力量。

在止裂钢研发技术方面，“高强度止裂钢关键技术及评价方法研究”项目组系统分析止裂性能的影响因素，在国际上首次探明止裂韧性的影响机理，并提出止裂韧性与碳当量、磷含量、晶粒尺寸、板厚等因素的相关性表达式，基于数据库技术建立止裂性能预测算法，为止裂钢的研发和改进提供技术指导，进而助推我国多家钢铁企业相继掌握止裂钢关键制造技术。

在止裂钢止裂性能评价方面，为开发出适应国内行情的止裂性能评价方法，CCS联合中船七二五所及行业相关单位，开展高强度止裂钢评价技术系统攻关。面对全新的评价对象和应用场景，以及试样如何设计、如何取样、试验怎么做、结果怎么评判等一系列技术难点，项目组大胆假设、小心求证，通过理论分析、数值计算和试验验证等方法，先后耗材500余吨，开展万余条核心数据的反复推演与迭代，终于成功提出高强度止裂钢双重拉伸试验方法，有效评价结构钢的止裂性能，同时针对止裂钢批量试验的难题，在国际上首创侧面落锤试验方法。中国式试验方法为止裂钢的评价和应用贡献宝贵的中国智慧、中国方案。

据CCS船用产品业务处王都丽介绍，CCS在项目中的主要任务是通过建立大型工程止裂试验与小型工程止裂试验之间的关系，制定高强度止裂厚钢板使用要求相关规范，为钢铁企业止裂钢质量一致性检验提供理论和试验依据，进而为我国钢铁企业进军止裂钢国际市场创造良好条件。为便于钢铁和造船企业在生产和建造过程中实现对钢板性能的控制、改进和检验，需给出钢板止裂性能的检验参量和技术指标，而为实现后者，又必须建立双重拉伸试验或ESSO试验得到的止裂温度和止裂韧性，与常规试验得到的韧脆转变特征温度和止裂韧度之间的相关性规律。由于双重拉伸试验和ESSO试验在试样尺寸、试样形式、加载条件等方面，与常规试验存在较大差异，因此需考虑不同试验条件及试验机理的影响。针对这一难点，CCS和中船七二五所联合攻关，在数学统计分析的基础上，结合各个试验的具体物理机制和试样变形特点，将理论分析和试验相结合建立不同止裂性能表征参量的相关性规律。

荣耀加身，载誉前行。“高强度止裂钢关键技术及评价方法研究”项目立项前，CCS、中船七二五所等单位“不等、不要、不靠”，自主开展高强度止裂钢试验方法研究。项目立项后，项目组集结全行业力量以刻苦钻研的精神和坚韧不拔的毅力投入到研发创新工作中。此次荣誉加身，是对过往的见证，也是全新的起点。据中船七二五所宫旭辉博士介绍，基于目前大型集装箱船对于500MPa和550MPa级止裂钢的迫切需求，相关材料研发以及相应止裂性能指标制定是后续研究的重要方向。另外，随着船海装备的绿色化发展趋势，LNG储存和运输设施需求迫切，行业对9Ni钢、高锰奥氏体低温钢等储运用钢的性能要求也日益提高，而-165℃超低温环境下材料的止裂性能就是其中重要方面，今后也应开展针对性研究。CCS将不负使命，继续引领行业攻关。

强力助推产业链韧性提升

后，助力项目成果顺利应用是又一关键。“高强度止裂钢关键技术及评价方法研究”项目的丰硕成果，除了使我国船舶与海洋工程领域的技术实力和国际影响力大幅提升，更涉及到相关产业链数以亿计的经济利益。目前，在全产业链的协同合作下，国产止裂钢供货量超18万吨，经济效益超14.5亿元，并入选国家《产业基础领域先进技术产品转化应用目录》，实现了该高品质钢的国产化应用。而继国内钢铁企业成功开发出大型集装箱船高强度止裂钢之后，我国成功打破国外关键技术垄断，在大型集装箱船领域实现反超。2021年，我国大型集装箱船在国际市场占比位居第一，并在2022年继续保持领先地位。项目成果有效助力我国“造船强国”战略实施。

据介绍，项目建立的止裂性能控制表达式，有效支撑宝钢、沙钢、鞍钢、南钢、舞钢等国内钢铁企业成功开发出高强度止裂钢厚板。双重拉伸止裂性能评价方法已应用于对宝钢、鞍钢、南钢、舞钢、湘钢、兴澄特钢、首钢、沙钢等8家钢铁企业生产的71批40公斤级和47公斤级止裂钢的摸底和认证试验，试验结果得到多国船级社认可。另外，侧面落锤小尺寸替代试验方法也已用于国产止裂钢的供货检验。国产止裂钢在15000至24000TEU超大型集装箱船建造领域实现对该高品质钢种的进口替代。

除了在集装箱船领域的应用，项目所建立的止裂性能评价试验方法已用于武钢、宝钢、南钢、舞钢、湘钢、兴澄特钢、山东钢铁、首钢、沙钢等9家钢铁企业生产的40批Q500qE桥梁钢的止裂性能评价，为国内大型桥梁结构的安全可靠性设计提供了有力支撑。目前，该钢种已在世界首座千米级跨距沪苏通长江大桥、世界跨度最大甬州铁路西侯门公铁大桥等多个桥梁工程中投入使用，大力推动国产桥梁装备发展。

谈到CCS在项目中的贡献，宫旭辉称：“在整个项目策划及实施过程中，CCS发挥了核心引领作用。”首先是联合业界在2012年IACS年度会议上将国内提出的双重拉伸试验方法写入UR S33，后来又成功将国内提出的侧面落锤小尺寸检验方法纳入UR W31。而在国产止裂钢开发和应用过程中，CCS积极推动认证工作，全力为国内钢铁企业颁发认证证书，同时多次组织专业研讨会议，促进行业内技术交流。2017年，CCS与中船七二五所在洛阳成功召开“大型集装箱船用高强度止裂钢国际研讨会”，扩大了国内相关技术的国际影响力。

2018年4月10日，20000TEU集装箱船“中远海运双子座”轮命名交付。该船舱口围和主甲板采用85毫米厚止裂钢板材，是国内首艘采用国产止裂钢材料的集装箱船，一举打破日韩船厂技术垄断。2023年3月9日，24116TEU超大型集装箱船系列船首制船“地中海泰萨”轮在中船长兴造船基地命名交付，由鞍钢供货止裂钢。同时，中船集团成功拿到法国达飞、瑞士地中海、加拿大塞斯潘等国际班轮巨头的批量集装箱船订单，国产止裂钢有力支撑我国在全球超大型集装箱船市场的领先地位。同年3月15日，24188TEU超大型集装箱系列船首制船“东方西班牙”轮顺利交付。作为世界上尺度最大的船舶之一，“东方西班牙”轮由中国宝钢独家供应止裂钢。这些项目的顺利展开，离不开CCS认证、检验的身影。

驻足回望，“高强度止裂钢关键技术及评价方法研究”项目成果推动我国大型集装箱船用止裂钢实现跨越式发展，为我国全面实现超大型集装箱船用止裂钢国产化提供了坚实保障；砥砺前行，未来CCS将继续与中国工业界合作，将项目成果进一步推广应用到极地船舶、LNG储运装备、海工平台等领域，而面对船舶和海洋工程新材料应用的关键共性技术问题，CCS也将与行业合力，持续开展高质量、绿色低碳材料方面的研究，推动国产材料在船舶和海洋工程的应用从“跟跑”到“领跑”。

来源：《中国船检》杂志