胡曉娜 ，吳彼 ，陳威 ，鄒晉 ，段德莉

（1.江西省科學(xué)院應(yīng)用物理研究所，江西 南昌 330096；2.中國科學(xué)院金屬研究所，遼寧 沈陽 110016）

隨著常規(guī)可開采油氣能源逐漸枯竭，北極地區(qū)豐富的資源受到越來越多國家的關(guān)注。美國地質(zhì)勘探局評(píng)估報(bào)告顯示北極區(qū)域油氣儲(chǔ)量約占全球未探明儲(chǔ)量的22%。北極航線的開通將為國內(nèi)能源供應(yīng)提供更加多元化的選擇，確保國家能源安全和穩(wěn)定。2017年7月4日，中俄領(lǐng)導(dǎo)人會(huì)晤，首次提出開展北極航道合作，共同打造“冰上絲綢之路”。新航線開辟能夠大幅度提高國內(nèi)海運(yùn)行業(yè)和全球貿(mào)易競爭力。隨著北極資源開發(fā)的競爭日益激烈，發(fā)達(dá)國家在極地船舶研究方面進(jìn)行了大量投入，這對(duì)國內(nèi)發(fā)展能夠適應(yīng)極地惡劣服役環(huán)境的極地船舶提出了迫切要求。而極地船舶建造離不開低溫鋼等關(guān)鍵材料，高性能鋼材及其防護(hù)涂料是極地船舶安全航行的基本保障。 目前，除少數(shù)環(huán)歐美國家已積累一些極地低溫鋼及其防護(hù)涂料的實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)外，其他大部分國家都普遍缺少這方面的研究。本文綜述了有關(guān)極地船舶用低溫鋼開發(fā)及其耐磨性的國內(nèi)外研究成果與發(fā)展趨勢(shì)，為國內(nèi)極地船舶用低溫鋼材料開發(fā)與耐磨性研究提供參考與借鑒。

1 極地船舶用低溫鋼的發(fā)展

北極地區(qū)環(huán)境惡劣，冬季溫度可達(dá)-60℃，低溫是影響極地用鋼的主要因素，會(huì)導(dǎo)致鋼材易發(fā)生脆性斷裂，因此，要求極地用鋼具有良好的低溫韌性。結(jié)合實(shí)際應(yīng)用條件，還要求其具有較高的強(qiáng)度、組織結(jié)構(gòu)各向同性，以及良好的耐蝕性、延展性和焊接性。

1.1 國外極地船舶用低溫鋼的發(fā)展

在極地船舶低溫鋼研制方面，俄羅斯、日本、美國、韓國、芬蘭等國走在前列。國外極寒環(huán)境船舶用鋼發(fā)展分為三階段。

第一階段，20世紀(jì)50-60年代，俄羅斯和美國開發(fā)了以AK-25和HY-80等為代表的調(diào)質(zhì)高強(qiáng)鋼，用于極寒環(huán)境船舶制造。英國以美國HY-80合金為原型開發(fā)了Q1N鋼，日本開發(fā)了NS46、NS63、NS80 等 NS 系列艦船用鋼。這一階段主要通過低碳高強(qiáng)鋼的合金化和調(diào)質(zhì)處理，抑制鋼鐵材料脆性斷裂，降低其韌脆轉(zhuǎn)變溫度。通過向鋼中加入Ca、稀土硫化物等，與雜質(zhì)反應(yīng)生成穩(wěn)定析出物，抑制沿晶斷裂。通過添加Ni元素，細(xì)化晶粒并改變非金屬夾雜物形態(tài)，抑制低溫鋼中穿晶斷裂的發(fā)生，顯著降低韌脆轉(zhuǎn)變溫度，使調(diào)質(zhì)處理后的馬氏體組織獲得優(yōu)異的強(qiáng)度和韌性。AK-25、HY-80、Q1N和NS63等低溫用調(diào)質(zhì)高強(qiáng)鋼的機(jī)械性能一般能夠滿足極寒環(huán)境需求，但由于其碳含量和合金元素含量較高，可焊性較差，為避免氫致開裂，焊接前需預(yù)熱，焊道之間要保持一定溫度，還要采用低氫焊條，船舶裝配成本居高不下。因此，研究者將重點(diǎn)工作轉(zhuǎn)向降低C含量和合金元素含量，也就是C當(dāng)量控制方面。

第二階段，20世紀(jì)70-80年代，隨著超低碳、超純凈鋼冶煉、微合金化及控軋控冷等冶金技術(shù)的發(fā)展，俄羅斯、美國和日本等國開發(fā)了以АБ7A、HSLA-80、HSLA-100、NS80、NS90 以 及 NS110鋼為代表的高強(qiáng)鋼。英國以美國HY-100和HY-130 為原型仿制了 Q2N 和 Q3N 鋼；法國研制出了HELS-80鋼，并在HLES-80基礎(chǔ)上又研制出 HLES-100高鎳鋼， 相當(dāng)于 HY-130。HSLA鋼與HY系列鋼的綜合機(jī)械性能相當(dāng)，焊接性能更優(yōu)良，焊接前無需預(yù)熱或僅需低溫預(yù)熱，成本更低。通過降低C含量，加入強(qiáng)化元素Cu，以及添加Ti、Nb和V等合金元素等方法使HSLA鋼具有優(yōu)良的機(jī)械性能和焊接性能。 HSLA 鋼的C含量少于0.15%，Mn含量約為1%，Si含量約為0.5%，微合金化元素約為0.1%，在保證塑性和韌性前提下，大幅提高了材料的強(qiáng)度和可焊性。美國于1985年開始陸續(xù)采用HSLA-100沉淀硬化低溫鋼替代HY-100調(diào)質(zhì)高強(qiáng)鋼，其組織為馬氏體或貝氏體，韌脆轉(zhuǎn)變溫度約為-134℃，低溫?cái)嗔秧g性是HY-100鋼的兩倍以上。此外，在鋼材成分與性能的關(guān)系，工藝方法等研究成果的基礎(chǔ)上，日本進(jìn)行了更高強(qiáng)度鋼的研究試制，并于1983年開發(fā)出了屈服強(qiáng)度為1 100 MPa的可焊接新鋼種 NS110 鋼。

第三階段，20世紀(jì)90年代以后，國外先進(jìn)鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)在鋼鐵材料結(jié)構(gòu)復(fù)合化、控軋控冷工藝（TMCP）升級(jí)和合金化設(shè)計(jì)方向持續(xù)加大投入。美國相繼開發(fā)了HSLA-65和HSLA-115及10Ni鋼。俄羅斯開發(fā)了具備優(yōu)異耐蝕性和低溫性能的復(fù)合鋼，該鋼種外層為不銹鋼，內(nèi)層為低溫鋼，外層起到防腐蝕作用，內(nèi)層防止低溫下脆性斷裂。日本JFE公司采用HOP在線熱處理工藝以及能夠以接近水冷理論極限的最高冷卻速度進(jìn)行均勻加速冷卻的Super-OLAC超速加速冷卻裝置鋼板在線超快速冷卻工藝，可在低C當(dāng)量條件下，獲得均勻的高性能組織結(jié)構(gòu)，提高低溫用鋼的焊接性和船舶結(jié)構(gòu)件的可靠性。此外，JFE公司開發(fā)了以25%Cr-4.5%Mo-0.2%N作為基本成分，適量添加Ni和微量B，以JSL310Mo作為覆層材料的耐海水腐蝕不銹鋼JSL310Mo，該不銹鋼復(fù)合板已用于制造南極科考船船體。

國外各發(fā)達(dá)國家開發(fā)了種類多樣、質(zhì)量優(yōu)良的極地船舶用低溫鋼，逐步形成了相應(yīng)的設(shè)計(jì)規(guī)范和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。目前，極地船舶的結(jié)構(gòu)冰區(qū)設(shè)計(jì)以國際船級(jí)社協(xié)會(huì) （IACS）的“REQUIREMENTS CONCERNING POLAR CLASS” （POLAR CLASS）和俄羅斯船級(jí)社 （RMRS）的冰區(qū)規(guī)范最為權(quán)威，POLAR CLASS形成較晚，于2017年1月1日正式生效，RMRS冰區(qū)規(guī)范則形成較早，可以追溯到19世紀(jì)末，且應(yīng)用廣泛。IACS在制定 POLAR CLASS時(shí)也大量參考了RMRS冰區(qū)規(guī)范。

1.2 國內(nèi)極地船舶用低溫鋼的發(fā)展

國外已經(jīng)建立完善的低溫鋼體系，品種繁多，質(zhì)量優(yōu)良，而國內(nèi)的低溫鋼品種開發(fā)尚未形成體系，國內(nèi)大部分低溫鋼市場被國外壟斷。國內(nèi)鋼鐵企業(yè)關(guān)于極寒環(huán)境船舶用鋼的研究雖然起步較晚，但借助后發(fā)優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)取得一定研究成果。

寶武集團(tuán)采用低碳微合金化的成分設(shè)計(jì)和控軋 控 冷 工 藝,研 制 生 產(chǎn) 的 DH40、EH40、FH40 TMCP船板具有高強(qiáng)度和良好的低溫沖擊韌性。濟(jì)鋼采用低C，以及Nb、Ti微合金化，結(jié)合TMCP工藝，開發(fā)出組織細(xì)小、強(qiáng)韌性匹配良好，焊接性能優(yōu)良的高強(qiáng)度EH36中厚板造船用鋼。沙鋼工業(yè)化試制了新型低成本高焊接性能船板鋼EH36，其力學(xué)性能滿足 EH36級(jí)別船板要求。

2016年，由寶山鋼鐵股份有限公司領(lǐng)銜的國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目——“極寒與超低溫環(huán)境船舶用鋼及應(yīng)用”，首先通過對(duì)低溫鋼強(qiáng)韌化機(jī)制及斷裂機(jī)理基礎(chǔ)研究，超低溫船用鋼板成分工藝設(shè)計(jì)、制造流程等關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用研究，實(shí)現(xiàn)極寒環(huán)境高技術(shù)船舶用低溫鋼板及配套焊材國產(chǎn)化突破。2017年，上海海事大學(xué)海洋材料科學(xué)與工程研究院與寶鋼股份有限公司共建的“海洋極端環(huán)境鋼鐵材料制備與蝕損控制”聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室取得了階段性研發(fā)成果。同年生產(chǎn)的首批20 t低溫鋼用于“雪龍”號(hào)科考船的內(nèi)部改造，2019年，近1 000 t極地特種低溫鋼用于“雪龍”2號(hào)建造。

鞍鋼在海洋工程結(jié)構(gòu)用鋼方面有豐富的研究經(jīng)驗(yàn)，其開發(fā)的TMCP系列船體及海洋工程結(jié)構(gòu)用鋼128個(gè)鋼種于2006年率先通過九國船級(jí)社認(rèn)證，填補(bǔ)了國內(nèi)此類產(chǎn)品的空白。鞍鋼通過Nb、V、Ti等元素微合金化，采用先進(jìn)純凈鋼冶煉連鑄技術(shù)和TMCP工藝，現(xiàn)已開發(fā)出符合九國船級(jí)社認(rèn)證的海洋平臺(tái)用鋼EH40-Z35。該產(chǎn)品具有優(yōu)異的抗層狀撕裂性、低冷裂紋敏感性以及良好的焊接性能和低溫韌性。

舞鋼開發(fā)的低合金調(diào)質(zhì)高強(qiáng)度鋼WQ960E，填補(bǔ)了高級(jí)別調(diào)質(zhì)鋼開發(fā)的空白，WQ960E鋼板力學(xué)性能優(yōu)良,具有較低碳當(dāng)量、較高的低溫沖擊韌性和良好的焊接性能。

目前，國內(nèi)鋼鐵工藝裝備技術(shù)水平已達(dá)到國際一流水平，積累了大量先進(jìn)鋼產(chǎn)品開發(fā)與工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，取得了一批國際領(lǐng)先的重大技術(shù)創(chuàng)新，完全具備了極地船舶用低溫鋼的裝備基礎(chǔ)與技術(shù)研發(fā)能力。中國船級(jí)社（CCS）先后頒布了《鋼制海船入級(jí)規(guī)范》《極地船舶指南》等規(guī)范要求，基本構(gòu)建了CCS冰區(qū)水域航行各類船舶的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)體系。然而，國內(nèi)缺乏極寒環(huán)境船舶用鋼配套焊接材料和工藝、超低溫?cái)嗔研袨楹湍Σ聊p性能等系統(tǒng)評(píng)價(jià)研究。

極地船舶，如破冰船船體和海洋鉆井平臺(tái)等采用的涂裝鋼板除具有高強(qiáng)度、高低溫韌性、良好的焊接性能等一般低溫鋼的特性外，因長期受到風(fēng)浪、海冰的動(dòng)載荷沖擊，涂層和鋼板體系還應(yīng)具備一定的減摩特性和足夠的耐磨性。因此，對(duì)于海冰載荷條件下耐低溫船舶用鋼的摩擦學(xué)服役性能評(píng)價(jià)，一方面應(yīng)關(guān)注鋼板自身在低溫環(huán)境下，由于力學(xué)性能衰減引起的摩擦與磨損行為的變化；另一方面也應(yīng)重點(diǎn)評(píng)價(jià)涂層和鋼板體系在海冰載荷條件下的摩擦學(xué)特性。

2 極地船舶用低溫鋼的低溫摩擦學(xué)研究

加拿大國家水利研究中心的Frederking等使用大型低溫冰槽實(shí)驗(yàn)設(shè)備測(cè)量無涂層表面腐蝕態(tài)鋼鐵材料與海冰在大載荷（20 kN）下相對(duì)滑動(dòng)的摩擦系數(shù)，用于極寒環(huán)境船舶設(shè)計(jì)過程中的數(shù)值模擬。圖1為冰槽摩擦系數(shù)測(cè)量實(shí)驗(yàn)裝置，行車帶動(dòng)海冰在冰槽中心樣品軌道上往復(fù)滑動(dòng)，軌道上可安裝不同材料樣品。實(shí)驗(yàn)表明，無涂層表面腐蝕狀態(tài)鋼鐵材料與海冰在滑動(dòng)初始靜摩擦系數(shù)為0.20，滑動(dòng)過程中動(dòng)摩擦系數(shù)為0.14。Saeki等研究不同鋼鐵材料與海冰間摩擦系數(shù)，受接觸應(yīng)力、溫度和相對(duì)速度影響，其摩擦系數(shù)介于0.05～0.30。因此，應(yīng)根據(jù)極寒環(huán)境艦船設(shè)計(jì)用途與船級(jí)，選取合適的低溫鋼。

圖1 冰槽摩擦系數(shù)測(cè)量實(shí)驗(yàn)裝置Fig.1 Experimental Device for Measuring Friction Coefficient of Ice Trough

王東勝等采用往復(fù)摩擦磨損實(shí)驗(yàn)機(jī)測(cè)試10CrMn2NiSiCuAl破冰船低溫用鋼在不同環(huán)境溫度下（-20～20℃）與AlO小球?qū)δΦ哪p特性。往復(fù)磨損實(shí)驗(yàn)在低溫腔中進(jìn)行，圖2給出低溫摩擦磨損實(shí)驗(yàn)低溫腔結(jié)構(gòu)圖。

圖2 低溫摩擦磨損實(shí)驗(yàn)低溫腔結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Structural Diagram of Cryogenic Cavity for Carrying out Low Temperature Friction and Wearing and Tearing Experiments

實(shí)驗(yàn)表明，相同載荷下，破冰船用鋼的比磨損率隨溫度降低驟增，磨損產(chǎn)物由20℃時(shí)的FeO和FeO轉(zhuǎn)變?yōu)棣?Fe基體材料磨屑，磨屑形貌由帶狀變?yōu)榍驂K狀。

馬蕾等研究低溫（-60 ℃）環(huán)境下鋼鐵材料滾動(dòng)磨損行為。室溫和低溫（-60℃）條件下磨痕表面形貌分別見圖3和圖4。在室溫下，對(duì)磨副磨痕表面可見明顯犁溝和微切削特征，磨損機(jī)制為磨粒磨損。而低溫（-60℃）環(huán)境下，對(duì)磨副磨痕均出現(xiàn)粘著轉(zhuǎn)移層，磨損機(jī)制以粘著磨損為主，且摩擦系數(shù)和磨損率均高于室溫。

圖3 室溫條件下磨痕表面形貌Fig.3 Surface Appearance of Wear Marks at Room Temperature

圖4 低溫（-60℃）條件下磨痕表面形貌Fig.4 Surface Appearance of Wear Marks at Low Temperature（-60℃）

鋼鐵材料摩擦學(xué)行為不僅受材料本身力學(xué)性能影響，也與其服役環(huán)境密切相關(guān)。低溫條件下，隨環(huán)境溫度的降低，磨損率激增。常溫大氣環(huán)境下，空氣相對(duì)濕度約為40%，在磨損過程中，低溫用鋼磨痕表面吸附空氣中的水和氧氣，形成氧化膜并起到潤滑作用，表現(xiàn)出較低的摩擦系數(shù)和磨損率。

總結(jié)以上研究可發(fā)現(xiàn)，目前對(duì)于低溫鋼摩擦學(xué)行為研究主要關(guān)注點(diǎn)為低溫對(duì)鋼材摩擦磨損機(jī)制的影響，均未將海冰接觸載荷所產(chǎn)生濕度和腐蝕介質(zhì)對(duì)鋼材磨損的耦合作用考慮其中。其摩擦學(xué)工況與實(shí)際極地船舶航行環(huán)境存在一定差異。因此，低溫干摩擦條件下的摩擦磨損實(shí)驗(yàn)無法全面準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)極地船舶用低溫鋼的耐磨性。

3 極地船舶用耐磨冰區(qū)漆低溫摩擦學(xué)研究

北極地區(qū)惡劣的環(huán)境要求極地船舶用低溫鋼的防護(hù)涂層具有良好的耐蝕性、抗沖擊性、融冰性、硬度，與基材有良好的結(jié)合力。北極地區(qū)船舶實(shí)際溫度可低至-60℃，然而國際通用的海洋平臺(tái)保護(hù)涂層體系性能標(biāo)準(zhǔn) （ISO 20340,Norsok M-501）要求測(cè)試溫度為-20℃，目前，對(duì)于更低溫度下防護(hù)涂層的開發(fā)、行為機(jī)理和性能的相關(guān)研究很少。

國外對(duì)極地船舶用耐磨冰區(qū)漆也僅有為數(shù)不多的研究。Hattori等經(jīng)過長達(dá)13年的研究發(fā)現(xiàn)富鋅涂料、環(huán)氧富鋅涂料、聚氨酯富鋅涂料在低溫下具有良好的耐蝕性。Bjoergum等研究了材料在-60～-10℃下的性能，發(fā)現(xiàn)增強(qiáng)型聚酯涂層和硫化橡膠涂層具有較好的耐蝕性和抗沖擊性。Momber等的研究表明，隨著溫度降低，涂層的抗沖擊性、耐磨性和耐蝕性下降，涂層與基體之間的結(jié)合力提高，肖氏硬度提高，潤濕性與涂層類型關(guān)系不大，不同類型涂層的白霜吸積量不同，冰塊最易粘附于橡膠和增強(qiáng)型聚酯涂層表面，且隨著溫度降低，附著力變大。一種厚度達(dá)1 400 μm，由兩層玻璃鱗片增強(qiáng)環(huán)氧樹脂涂層和一層聚氨酯面漆構(gòu)成的三層復(fù)合涂層具有最好的綜合性能。

在美國軍方資助下，研究者設(shè)計(jì)多種摩擦磨損實(shí)驗(yàn)裝置評(píng)價(jià)海冰載荷下涂層和鋼基體體系材料摩擦學(xué)服役性能。 圖5給出海冰破碎磨損實(shí)驗(yàn)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖，實(shí)驗(yàn)機(jī)置于冷室內(nèi)，避免海冰熔化。噴涂涂層的耐低溫鋼樣品安裝于破碎夾鉗底端，破碎夾鉗在偏心輪帶動(dòng)下開合運(yùn)動(dòng)。海冰對(duì)摩塊由實(shí)驗(yàn)機(jī)上端開口處加入，在碎冰夾鉗擠壓下海冰將被破碎并由夾鉗間隙掉出，連續(xù)添加海冰，每組實(shí)驗(yàn)加入海冰對(duì)摩塊總重量以及實(shí)驗(yàn)時(shí)間一致。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后通過對(duì)比分析樣品表面粗糙度變化和形貌評(píng)價(jià)涂層在海冰載荷條件下的摩擦磨損性能。使用該實(shí)驗(yàn)方法測(cè)試幾種常見艦船涂層，其中非熱固性聚氨酯和環(huán)氧樹脂粗糙度變化最小，等離子體噴涂碳化鎢涂層出現(xiàn)部分脫落，表面存在大量孔洞。

圖5 海冰破碎磨損實(shí)驗(yàn)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.5 Structural Schematic Diagram of Test Machine for Carrying out Sea Ice Crushing and Wear Tests

使用改造的巖石拋磨機(jī)測(cè)試涂裝耐低溫鋼耐磨性，滾筒內(nèi)安裝框架用于固定涂層樣品，對(duì)磨副為摻入氧化硅磨粒的海冰，根據(jù)需求可調(diào)整磨粒粒度和含量，滾筒內(nèi)海冰添加量以半桶為宜，改造的巖石拋磨機(jī)結(jié)構(gòu)如圖6所示。實(shí)驗(yàn)裝置置于冷室內(nèi)，實(shí)驗(yàn)分段進(jìn)行，磨損一段時(shí)間后將樣品取下測(cè)量涂層厚度或鋼板磨痕深度，同時(shí)添加海冰。表1給出聚氨酯和環(huán)氧樹脂涂覆的耐低溫鋼板樣品1 300 h磨損實(shí)驗(yàn)結(jié)果。結(jié)果表明，非熱固性聚氨酯表現(xiàn)出較強(qiáng)的耐低溫海冰磨損性能。

圖6 改造的巖石拋磨機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.6 Structural Schematic Diagram of Modified Rock Polishing Mill

表1 涂層耐低溫鋼板樣品1 300 h磨損實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 1 Experimental Results of Wear Tests of Coated Low Temperature Resistant Steel Plates for Lasting 1 300 h

國內(nèi)在極地船舶用低溫鋼涂料方面的研究很少，主要依賴進(jìn)口。國內(nèi)“雪龍”號(hào)破冰船使用挪威佐敦涂料集團(tuán)的Marathon IQ冰區(qū)專用環(huán)氧漆，“雪龍”2號(hào)破冰船使用荷蘭阿克蘇諾貝爾國際油漆旗下最強(qiáng)效的冰區(qū)漆產(chǎn)品耐磨環(huán)氧漆Intershield 163 Inerta 160。耐磨環(huán)氧漆 Intershield 163 Inerta 160的漆膜表面光滑度極高，可有效防止冰層粘附在涂層表面，確保 “雪龍”2號(hào)能最大限度提高破冰效率。阿克蘇諾貝爾的耐磨環(huán)氧漆的抗沖擊、耐腐蝕性、耐磨性和耐開裂性能極強(qiáng)，可使涂料在-50℃下保持穩(wěn)定的性能并提高破冰船的燃油效率，深受北歐及俄羅斯等破冰船大國的青睞。

4 極地船舶用低溫鋼未來發(fā)展方向

極地船舶用低溫鋼未來的發(fā)展方向主要有以下幾個(gè)方面：

（1）采用控軋控冷和復(fù)雜的多級(jí)熱塑性加工工藝獲得超細(xì)晶，這種納米結(jié)構(gòu)可以同時(shí)提高低合金結(jié)構(gòu)鋼的耐低溫性能和強(qiáng)度。

（2）研發(fā)新型鋼種，例如納米結(jié)構(gòu)鋼、高強(qiáng)鋼和特殊結(jié)構(gòu)功能復(fù)合鋼等，復(fù)合鋼可以滿足某些特定需求，例如耐蝕性、耐磨性和超高的表面強(qiáng)度；與此同時(shí)，要不斷完善相應(yīng)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。目前，針對(duì)極地材料的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范還不完善，尤其缺乏可靠性試驗(yàn)方面的準(zhǔn)則。

（3）通過對(duì)生產(chǎn)過程加強(qiáng)質(zhì)量管控，改善鋼材批量生產(chǎn)工藝，提高現(xiàn)有鋼種質(zhì)量，降低經(jīng)濟(jì)成本。

5 結(jié)論與展望

北極航道的開辟與該區(qū)域能源開發(fā)利用使得極地航行船舶建造需求與日俱增。極寒環(huán)境船舶用鋼及其防護(hù)涂料是極地航行船舶建造的基礎(chǔ)保障。北極地區(qū)環(huán)境惡劣，海冰、風(fēng)浪的沖擊和低溫要求極地船舶用鋼具有較高的強(qiáng)度以及良好的低溫韌性、耐蝕性、延展性和焊接性；此外，要求其防護(hù)涂層具有良好的耐蝕性、抗沖擊性、融冰性、硬度，與基材有良好的結(jié)合力。

國外先進(jìn)鋼鐵企業(yè)已經(jīng)通過幾十年的不斷發(fā)展完善，開發(fā)了種類豐富的低溫鋼，建立起系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)制造體系，并形成了以國際船級(jí)社協(xié)會(huì)（IACS）的“REQUIREMENTS CONCERNING POLAR CLASS”（POLAR CLASS）和俄羅斯船級(jí)社（RMRS）的冰區(qū)規(guī)范為核心的系列設(shè)計(jì)規(guī)范和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。低溫鋼的新品種開發(fā)朝著超細(xì)晶、納米化、復(fù)合化和控軋控冷技術(shù)升級(jí)的方向進(jìn)一步發(fā)展。

國內(nèi)鋼鐵企業(yè)關(guān)于極寒環(huán)境船舶用低溫鋼的研究雖然起步較晚，但借助后發(fā)優(yōu)勢(shì)，已具備EH和FH級(jí)別高強(qiáng)船舶用鋼生產(chǎn)能力，開發(fā)出一系列性能優(yōu)異的耐低溫調(diào)質(zhì)高強(qiáng)鋼和低合金高強(qiáng)鋼。此外，中國船級(jí)社（CCS）先后頒布了《鋼制海船入級(jí)規(guī)范》《極地船舶指南》等規(guī)范要求，基本構(gòu)建了CCS冰區(qū)水域航行各類船舶的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)體系。但國內(nèi)目前缺乏對(duì)配套焊接材料和工藝、超低溫?cái)嗔研袨?，低溫和風(fēng)浪、海冰等動(dòng)載荷沖擊引起的摩擦學(xué)服役性能改變以及綜合服役性能的研究，使得低溫鋼在實(shí)際海冰載荷服役條件下的使用壽命往往低于設(shè)計(jì)預(yù)期。

目前研究者主要關(guān)注環(huán)境溫度對(duì)低溫鋼與耐磨冰區(qū)漆摩擦學(xué)性能的影響，僅討論低溫對(duì)鋼鐵材料磨損機(jī)制的改變，而忽視海冰載荷中濕度和腐蝕介質(zhì)對(duì)磨損的耦合作用。因此，需要建立一套系統(tǒng)全面的極寒海冰載荷下涂裝鋼板摩擦學(xué)服役性能評(píng)價(jià)方法和標(biāo)準(zhǔn)，用以助力高強(qiáng)度耐低溫鋼材新品種開發(fā)與極寒環(huán)境船舶設(shè)計(jì)用涂層和鋼板的選型。