21世纪是海洋的世纪，海洋将成为国际竞争的主要领域。海洋之争主要取决于海洋科技创新能力之争，它的强弱决定了一个国家在海洋领域中的国际话语权。

    当前很多国家纷纷将目光转向海洋，日益激烈的海洋竞争主要涉及三大能力，即海洋认知能力、资源开发能力和占领空间能力。对于沿海国家来说，哪个国家掌握了高科技，哪个国家就抢占了这三大能力的制高点，这也是海洋国家在竞争中能不能取得主动权的重要基础。纵观世界主要沿海国家，在这三大能力竞争中，其主要精力大多投放在高科技上。

    《海洋科技创新总体规划》战略研究报告指出，世界海洋强国都非常重视海洋对可持续发展的作用，将海洋科技创新作为基本战略，纷纷制定中长期规划，不仅加大了海洋开发原始创新技术的研发，更注重以创新技术对海洋开发的支撑，以占领未来发展的制高点。美国在2011 年发布了海洋研究计划，英国出台了海洋科学战略，日本制定了新世纪的海洋政策，韩国颁布了海洋科学技术中长期发展计划。

    近年来我国海洋科技快速发展，取得了丰硕的成果，海洋科技综合实力显著增强。一是海洋知识创新取得明显进步，海洋调查能力显著提高，南北极科考和深海大洋勘探研究能力大幅提升，海洋观测、监测、卫星、海洋预报等领域取得重要进展。二是海洋技术创新能力得到较大提升。海洋生物资源开发技术取得重要突破，海水淡化开发技术取得较大发展，海洋能开发技术研发快速推进，海洋油气等矿产资源开发重大技术和装备取得重要进展。但从整体来看，我国海洋科学研究全球视野不够， 仍然存在盲区。

    学科的交叉与渗透还有待进一步加强， 海洋技术水平与国外差距很大。

    我国现有的海洋科技水平，尤其是创新能力难以适应海洋强国的战略需求，海洋科技创新意识和能力距国际先进水平相差悬殊。

    我国在实施“海洋强国”发展战略的过程中，在海洋国土安全、海洋油气资源开发、海洋基础设施建设和海洋交通等四个领域还面临着严峻挑战。加强海洋综合管理，发展海洋经济，提高海洋资源开发能力，保护海洋生态环境，维护国家海洋权益，离不开舰船、潜艇及海洋基础设施的建造，需要大量的海工钢，但我国海工钢的研究、生产及应用与国际先进水平还存在一定的差距，急需解决所面临的材料问题。

    海洋环境是一种严酷复杂的腐蚀环境。在这种环境中，海水本身是一种强的腐蚀介质，同时波、浪、潮、流又对金属构件产生低频往复应力和冲击，加上海洋微生物、附着生物及它们的代谢产物等都对海洋装备的腐蚀过程产生直接或间接的加速作用。目前我国每年腐蚀所造成的经济损失可达到 8000 多亿元人民币。因此，海洋重大工程在设计和使用过程中都必须考虑海洋环境的腐蚀问题，海洋防腐新技术、新材料的开发尤为重要。目前最重要的是找准突破口，从战略上抓住重点，强化海洋科技创新。全面提升我国海洋科技国际竞争力，争取在短时间内追赶超国际先进水平。

 

 

    海洋工程用钢铁材料篇

 

    海洋工程用钢铁材料主要包括：

    海洋国土安全领域用钢、海洋油气资源开发领域用钢、海洋基础设施建设领域用钢、海洋交通领域用钢。

    我国海洋工程用钢的发展对策及重点发展方向

 

    （一）高强韧、易焊接舰船用纳米相强化钢制造技术及其科学基础

 

    船体结构钢材料在舰船建造中用量最大，结构重量约占全船排水量的40%-50%。船体结构钢体系是否完整、合理，综合性能优劣直接影响舰船的作战性能和水平。大型水面水下舰船的抗爆抗冲击能力是决定舰船生命力的关键因素。为了提高舰船的抗爆抗冲击能力，一个有效的途径是增强舰船用结构钢的强度和韧性。同时，增强舰船用结构钢的强度和韧性也是舰船减重的最有效途径。

    随着钢材强度级别的提高，钢中合金元素增多，使得钢的碳当量和裂纹敏感性也随之大幅增加，这使得钢的焊接变得十分困难。而焊接对于舰船建造具有重要影响。其中焊接工作量约占船体建造总工作量的 30%-40%，焊接成本约占船体建造成本的 30％ -50％，因此高强度易焊接钢的开发对大型舰船性能稳定性和舰船经济性、建造周期以及造船量均具有重要影响。

    为了满足我国大潜深潜艇，尤其是航空母舰建设的要求，急需大量高强度、高韧性，同时具有高焊接性能和耐候性的低合金结构钢。

    沉淀强化代替碳强化是开发新型舰船用钢的新途径，现有研究表明，由高数量密度细小富铜纳米相代替碳强化，在较低合金含量的情况下可获得高强度，同时保持较好的韧性。

    通过大量降低碳含量，并避免使用高碳当量的合金元素 Cr 和 Mo 等可进一步降低合金中合金元素的总含量，来提高焊接性能；钢中适量的铜和其他合金元素对提高钢在海洋环境条件下的耐腐蚀性能具有良好的作用。美国海军 HSLA 系列钢的成分和工艺是公开的，我国有关单位根据 HSIA 钢的成分和工艺做了部分探索性工作。但是，铜沉淀强化钢的核心技术是通过工艺控制铜沉淀相成分、尺寸、分布等特性来获得优帛的综合性能。我国目前对于如何控制沉淀相的性能还没有足够认识，这严重阻碍了我国航母用钢的研究开发工作。

    因此，急需开展高强、易焊接舰船用纳米相强化钢生产技术及其科学基础研究项目。

航空母舰

 

    研究目标：

    掌握高强韧、易焊接纳米相强化钢的合金设计和冶金技术；从纳米尺度掌握影响钢材性能稳定的机制；掌握热机械处理等组织控制技术；掌握钢材的焊接工艺技术；掌握纳米相的析出行为和机制及其对力学性能的影响规律；完成工程示范应用。

 

 

    （二）深海钻井平台用钢的关键生产技术及冶金学原理研究

 

    充分开发和利用我国丰富的海洋能源和资源是我国经济可持续发展的命脉之一。深海石油天然气钻井平台是完成海洋深度探测和开采的关键装备，其工作环境恶劣、建设周期长且成本高、维护保养困难，服役时间要求比船舶长50%，因此深海海洋平台用钢既要有高强度和高韧性，又要具有良好的抗疲劳、抗层状撕裂性能、焊接性能及耐腐蚀性能。目前，我国海洋平台用钢级别较低，关键部位所用高强度、大厚度材料依赖进口，是受制于外国的“卡脖子”关键材料。为了满足我国深海资源开发的需要，迫切需要研究超高强度海洋平台用钢的冶金学原理并开发关键生产技术。

    未来针对高等级海洋平台用钢，将着重研究海洋平台用钢厚规格产品的组织与性能控制理论、“大热输入”氧化物冶金原理及高耐腐蚀合金与显微组织结构的设计机理等方面工作，为我国深海资源开发利用积累相关理论并提供关键工艺技术。
   
    掌握高强韧、易焊接纳米相强化钢的合金设计和冶金技术；从纳米尺度掌握影响钢材性能稳定的机制；掌握热机械处理等组织控制技术；掌握钢材的焊接工艺技术；掌握纳米相的析出行为和机制及其对力学性能的影响规律；完成工程示范应用。研究目标：

    掌握高强韧、易焊接纳米相强化钢的合金设计和冶金技术；从纳米尺度掌握影响钢材性能稳定的机制；掌握热机械处理等组织控制技术；掌握钢材的焊接工艺技术；掌握纳米相的析出行为和机制及其对力学性能的影响规律；完成工程示范应用。

    开发出极地条件下应用的 50mm厚、低温冲击性能满足 -60℃条件下CTOD 实验要求的海洋平台用钢；开发出超高强海洋平台用钢的高效焊接技术；给出合金元素、组织状态对耐腐蚀性能的影响规律，开发出高耐蚀海洋平台用超高强钢；通过创新轧制及热处理工艺技术和装备，开发出超薄（4-6mm）及超厚（259mm）规格海洋平台用钢。

 

海上钻井平台

 

 

    研究目标：

    开发出极地条件下应用的 50mm厚、低温冲击性能满足 -60℃条件下CTOD 实验要求的海洋平台用钢；开发出超高强海洋平台用钢的高效焊接技术；给出合金元素、组织状态对耐腐蚀性能的影响规律，开发出高耐蚀海洋平台用超高强钢；通过创新轧制及热处理工艺技术和装备，开发出超薄（4-6mm）及超厚（259mm）规格海洋平台用钢。

 

    （三）厚规格高耐蚀易焊接深海管线钢关键技术及冶金学原理

 

    21 世纪将是海洋的世纪，海洋资源开发和利用已经成为世界各国发展的重要战略方向，而海底油气资源是世界各国争夺的重要资源。随着海洋油气开采走向深海，厚规格高耐蚀易焊接深海管线钢需求量巨大，迫切需要厚规格、易悍接、耐腐蚀和止裂性能良好的深海管线用钢。

深水铺管起重船

 

 

    研究目标：

    掌握 X70 以上级别等厚规格深海管线钢组织细化及 DWTT 控制技术；厚向组织均匀化技术；适用于厚规格深海管线钢大线能量焊接的合金化和组织设计技术；大线能量焊接工艺技术；深海管线腐蚀行为表征；耐油气介质腐蚀的合金化技术；高塑性组织控制技术；完成工程示范应用。

 

    （四）耐海水腐蚀特厚板关键制造技术及其科学基础

 

    海洋工程用钢是我国海洋开发的重要钢种。国内外在海洋工程用钢领域对于 60-150mm 厚板有很大的市场需求，尤其是高钢级，具有重要的现实需要和良好的市场前景。

    海洋工程用钢厚板与特厚板生产的主要技术难点主要体现在：传统连铸坯存在的宏观和微观偏析所导致的厚板组织和力学性能的不均匀性，以及由此造成的产品性能不稳定性，尤其是低温冲击韧性、Z 向性能和板厚递减效应，低压缩比轧制特厚板造成的中心疏松、缩孔等，导致特厚板质量不能满足要求，对于武钢等钢企新品种的开发形成严重制约，给武船、719 等造船与军工用户的使用带来困难。

 

    研究目标：

    在钢铁企业现有工艺装备条件下，优化工艺技术，开发 20-100mm海洋工程用钢厚板与特厚板；提高钢材质量及其稳定性；在此基础上，采用结晶器喂钢带技术，制造 100-150mm 海洋工程用钢特厚板。

 

    钛合金材料篇

 

    钛金属质轻、高强、无磁、耐蚀，特别突出的是耐海水和海洋大气腐蚀，是优异的轻型结构材料，被称为“海洋金属”。钛及钛合金在海洋工程中具有广泛的用途，特别适于作轻型海工装备用材，对提高海洋工程装备的作业能力、安全性、可靠性及技战术水平具有十分重要的意义，是建设海洋强国的重要战略材料之一：钛金属材料是显著提升海军装备技战术性能，增强我国海洋安全保障能力的关键支撑材料；钛金属材料是提升海洋资源开发装备、提升海洋资源开发能力的首选和理想结构材料。

    我国海洋工程装备用钛的差距

 

    综观大局，我国海洋工程用钛金属材料起步晚，规模小，总体上还处于起步阶段，同美、俄、日等海洋强国相比，在应用领域，基础研究，钛材生产技术、设计与应用技术及相应配套技术等各个环节，大体有 15 ～ 30 年的差距，主要表现在以下三个方面：

    （1）海洋用钛的规模小。俄罗斯先进舰船用钛量占舰船结构重量的15％ -20％，而我国先进舰船的用钛量不足结构重量的 0.1％。

    （2）海洋工程用钛存在许多空白。

    我国有辽阔的领海，包括 18000km 大陆海岸线，但许多海岸、岛屿、船舶均见不到钛材应用的身影，海洋工程高端用钛还有许多核心技术尚未掌握，以钛作为主体结构材料的高端海洋工程装备存在极大的技术研发空间。

    （3）海洋工程用钛的基础性工作薄弱。钛合金在海洋复杂环境（深海高压、高低温交变、动静载荷交变、多种介质腐蚀等）的抗腐蚀性、疲劳、振动、氢脆、接触腐蚀、电偶腐蚀及海生物污损等问题缺乏深度基础研究；许多钛合金材料只做了短时间、小范围、小规格产品的研究，离大型工程应用要求还有很大的差距；钛在海洋工程装备中应用的设计规范和标准不完善，设计、应用与材料研发脱节现象严重等。

 

海洋工程装备

 

    我国海洋工程装备用钛需解决的关键技术

 

    海洋工程装备用钛合金设计、验证及评价技术、高性能钛合金材料的低成本加工制造技术、高性能钛合金材料的稳定化生产技术、高效可靠的大型钛合金部件的先进焊接技术、超大规格钛合金部件的成型制造技术、超大规格（厚度为 80 ～ 120mm）钛合金板材加工技术、超大规格（外径 600mm，壁厚 20-30mm，长度大于 15m）钛合金管材的加工生产技术、高效、稳定、可靠的钛合金接触腐蚀、电偶腐蚀防护技术及海生物污损防护技术。

 

    我国海洋工程装备用钛的发展目标

 

    形成完整的海洋工程装备用钛合金材料设计、验证、制造、加工、研究等产业体系，打造若干具有较强创新能力的海洋工程装备用钛合金配套、服务机构，全面掌握海洋工程装备用钛金属材料的设计技术、应用技术和生产加工技术，具备创新应用钛金属材料的技术能力，达到海洋工程装备钛合金应用技术和范围的国际先进水平，使我国海洋工程装备用钛及钛合金量达到15000-20000t，占全国钛加工材产量的10％～ 15％，为全面提升我国海洋工程装备的技术水平做出应有贡献。

 

    有色金属材料篇

 

    有色金属材料被认为是海洋工程材料中最具吸引力的材料之一，从有色金属材料在海洋工程的应用历史分析发现，技术进步是有色金属材料在海洋工程中应用的主要推动力，而随着社会的发展，有色金属材料设计思想将日趋成熟，加工成本将逐渐降低，新的连接技术与装配方法也将不断涌现，这些都将强有力地推进有色金属材料在海洋工程上的应用。 有色金属材料中， 在强调高速、节能、环保的海洋运输、海洋建筑和能源领域，以铝和镁为主体的轻质合金材料的使用量大增；铜及其合金以其优异的导热性、耐蚀性（包括抗生物污染）、耐磨性以及气密性，已成为海洋工程用结构功能材料中不可或缺的成员。

船舶与海上钻井平台

 

    我国海洋工程用有色金属需优先发展的方向

 

    近年来国家出台的一系列政策将有助于海洋工程产业的发展，进而推动海洋工程用有色金属材料的发展。具体到海洋工程中，需优先发展以下方向：

    （1）新材料研发

 

    高强、可焊、耐蚀、优良加工性能的海洋工程用铝合金材料；先进铝质船的焊接技术及高端焊接材料；高性能的牺牲阳极材料；海水淡化用铝换热管；OTEC热交换器铝合金；LNG球罐铝合金；海洋油气开采用超高强、耐蚀、耐磨铜合金泵管、钻探管；网箱研制用高耐蚀抗污环保型铝黄铜线材；高性能耐蚀大截面镁合金板材；高性能、高成品率铜合金冷凝管；大口径薄壁铜合金管。

    （2）新技术攻关

 

    铝合金宽幅厚板用高质量大铸锭制备工艺技术开发；宽幅挤压铝 / 镁型材制备技术；铝合金宽幅超厚板制备技术；高品质铝质钻探管的挤压技术；改进铜合金管传统挤压工艺，加强铜合金管短流程制备技术研究，重点发展熔体处理、铸造工艺、结晶器设计、轧辊设计等技术，并尽快实现其产业化；加强大口径薄壁海水管研发，焊接管、合管、高效散热管（U 形管、翅片管等）等研发；为适应船舶大型化、快速化、污染海域航行的需要，需要加强螺旋浆耐空泡腐蚀、增加机械强度、大型化等技术方面的研究；材料表面处理技术、防腐技术应用；合金的微生物腐蚀研究；稀土绿色缓蚀剂的研发；制造装备的改进、管理水平的提高等。

 

    复合材料篇

 

    复合材料作为新型结构功能材料，具有优越的可设计性，而且具有重量轻、比强度和比模量高、阻尼性能好、耐疲劳、耐化学腐蚀、耐磨性能好、热膨胀系数低以及射线透过性好等特点，并且在海洋湿热、多盐的环境条件下也能够表现出优异的性能。复合材料的应用情况能够反映一个国家海洋工程装备的先进程度和未来的发展趋势。

    海洋工程用复合材料的发展趋势

 

    未来 5-10 年的海洋油气资源勘探开发中，海洋平台、海底管道、系泊系统等的建设需求旺盛，并且随着我国海洋强国战略的进一步实施，包括军、民用船艇海洋工程装备面临前所未有的发展机遇，同时对材料的性能要求也越来越高。复合材料在替代传统金属材料方面还有很多空间。对于海洋工程用复合材料，尚有很多工作要做。未来将向三个方向发展：

    （1）向低成本、高性能、集成化生产的方向发展

 

    各种规格的船舶制造商们正寻找提高其竞争力的方法，以较低的成本将产品更快地推出市场是达到这一目标的关键所在。设计和制造质量的提高会促进上述目标的实现。船舶部件需要在极端气候条件下具备可靠性、安全性，因此性能在许多应用中都是关键因素。速度和稳定性是船舶设计的主要目标。例如赛艇、高速巡逻艇和特殊用途船舶以及某些快速渡轮。军用和商用船艇的上部结构也追求减重目标，重心的降低可以提高稳定性和安全性。最小化并精确控制复合材料层压板的质量可以获得更好的性能。

海洋重型装备

 

    （2）向虚拟设计、制造、验证一体化的方向发展

 

    复合材料设计软件正快速成为多个行业设计过程中的主要组成部分。设计和应力分析是设计过程中的两大重点，通常这两个学科之间的交流并不理想，因此会出现单调且缓慢的重复工作。最近几年，复合材料设计软件和结构分析软件之间的双向交流取得了良好的进展。制造商通过开发出的复合材料部件或组装件的完整详细的三维 CAD 模型，可以对复合材料模型进行精确性和完整性的定义，带来了更高的质量，并且可以预测潜在的制造问题，设计和分析同步进行，部件得以优化，不同部件拥有专门的设计方法。复合材料部件的设计越精确，结构的优化也就更好更快。采用复合材料设计软件可以使工程师在开发过程中大大减少变数，也让使用者可以立即记录下所有设计上的改变。在设计初期对复合材料部件进行完整详细的三维设计，制造过程中所有的层压板、层片和芯材信息都是始终不变的。

    Vistagy 公司的 FiberSIM 软件被用于此类大型玻璃纤维复合材料部件大的设计和开发。

    （3）向新型可靠生产工艺的方向发展

 

    受我国制造业水平落后的限制，加之采用先进复合材料进行大规模、一体化成型的核心技术被发达国家所掌握，我国在海洋工程用复合材料成型工艺方面与发达国家存在一定差距，材料性能的批次稳定性有待提升。自动化生产能力和大规模、一体化成型方面国内技术相对落后，在建造大型结构件或一体化成型舰船、石油工业等领域所用大型结构件中存在工艺瓶颈。新型可靠的生产工艺，保证产品不同批次的性能稳定，是目前和今后一段时间的主要工作之一。

 

    无机材料篇

 

    无机材料（主要是水泥混凝土）是目前海工建筑中使用最多的材料，对全球海洋经济和海洋产业的发展影响重大。水泥混凝土在海洋环境应用中展示出优异的抗海水腐蚀能力，并应用于越来越多的海工建筑中，如码头、桥梁、海底隧道、防浪堤、海上钻采平台等，21 世纪将是水泥混凝土在海洋工程中大规模应用的世纪。

    我国海工混凝土发展战略目标和重点发展方向

 

    推进水泥混凝土在海洋工程领域的应用，建立完善的标准和规范体系，完善配套原材料、工艺、技术、装备的开发和应用，提高我国的海上资源开发能力及海洋经济的竞争力是我国海工混凝土发展战略目标。

    重点发展方向

 

    （1）海工超高性能混凝土技术（如高强轻质混凝土）及相关原材料的研究开发及在海洋工程中的应用。高强度轻质骨料混凝土是现有海工混凝土材料发展的核心技术之一。虽然目前发达国家的离岸海工建筑如海上油气平台、海上风电基座等大规模使用高强度轻质骨料混凝土技术，但混凝土材料本身自重大的缺点无法避免，因而限制了如混凝土LNG 船、FPSO 等的进一步发展。目前以挪威为代表的海洋发达国家重点研究将现有高强度轻质骨料混凝土生产技术进一步提高，容重比力图达到 1500kg/m 3（设计强度 70MPa），现有技术大约在1900kg/m 3 （设计强度 70MPa）。

    （2）海水海砂拌合及珊瑚礁在远洋人工岛礁建设中的利用技术。利用海水、海砂、珊瑚礁等代替淡水、河砂等材料配制及应用混凝土的技术，对于在远离大陆的远洋、海岛等快速修建人工岛礁、离岸钻采平台及国防安全有着重要的现实意义极高的应用价值。

    （3）混凝土钢复合材料的研究开发及在海洋工程中的应用。离岸混凝土平台的自重过大仍然是影响其大规模推广的重要原因之一，虽然混凝土材料的进一步轻量化是其可选途径之一。结合水泥混凝土耐腐蚀、成本低的优点和钢材高强、自重低的优点，制造混凝土钢结合的材料用于海洋工程。

    （4）海工混凝土专用的高强高耐蚀钢的开发及应用。针对水泥混凝土在海洋中的环境特殊性，开发专用的高强耐蚀钢，如通过冶金双结合技术生产复合耐蚀钢，提高水泥混凝土在海洋环境中的耐久性。

    （5）离岸混凝土构建物（如油气钻采平台、海上风电混凝土基础）的设计和生产制造技术的开发。离岸平台的设计及生产制造技术是一项技术难度大、涉及行业广、跨领域的应用技术，目前在国内尚属空白。

    （6）海上混凝土油气钻探平台及多功能平台的制造相关技术装备的开发。国内对于海上混凝土施工专用的相关装备如泵送、吊装等机械的开发研究较少，海上施工环境及变化性与陆地区别很大，国内应加强该领域专用机械装备的开发及生产。

 

跨海大桥

 

    船舶与海洋工程的腐蚀与防护篇

 

    海洋工程构筑物大致分为海岸工程（钢结构、钢筋混凝土）、近海工程（海洋平台、 钻井、 采油、 储运） 、 深海工程 （海洋平台、钻井、采油、储运）、海水淡化、舰船（船体、压载舱、水线以上），简称为船舶与海洋工程结构。船舶与海洋工程结构的主要失效形式包括均匀腐蚀、点蚀、应力腐蚀、腐蚀疲劳、腐蚀 / 磨损、 海生物 （宏生物） 污损、 微生物腐蚀、H2S 与 CO2 腐蚀等。控制船舶和海洋工程结构失效的主要措施包括涂料、耐腐蚀材料、表面处理与改性、电化学保护、缓蚀剂、结构健康监测与检测、安全评价与可靠性分析及寿命评估。

    存在的问题与差距

 

    ①我国海洋涂料市场几乎完全被国外占领，特别是远洋船只涂料、海洋平台涂料、防污涂料等完全采用国外涂料。

    就技术水平而言，国内的部分涂料技术已达到可应用的水平，但缺少实际工程应用的机会，这不仅影响国内相关关键技术的发展，同时也影响我国建造的海洋平台在国外的应用。海洋平台的管节点防腐技术长期采购国外；海洋平台立管飞溅区防腐采用国外的氯丁橡胶相当昂贵，每平方米达万元以上。此外，传统防腐涂料含有重金属和一些难降解的有机物，无论在生产过程，还是使用过程中，都会危害环境。

    ②船舶与海洋平台的电化学保护方法中，我国在常规牺牲阳极中占世界份额的绝对优势，但高档稳定化牺牲阳极仍然在进口，这对深海防护尤其重要。

    大电流阴极保护系统完全在进口，我国目前没有生产这类装备的能力。

    ③海洋工程与船舶材料的表面改性等特殊防护技术，特别是关键重要部件的防护技术我国严重缺乏，从设备、材料到技术，几乎全部依赖进口，受到国外工业发达国家的制约。目前，国内部分国产化技术只限于较低端的应用，缺乏系统的基础研究和高端开发，长寿命表面改性技术被国外占领，特别是表面处理装备几乎大多是从国外进口。我国在陆地和航空行业中取得很大成功的表面处理技术应该在海洋工程中有推动的潜力。

    ④我国海洋油气田及船舶用缓蚀剂大多属于国内提供，但由于缺乏严格的评判体系，造成了巨大的腐蚀损失浪费。

    ⑤我国海洋工程结构健康监测与检测系统主要依靠国外，国内的相关系统只有在近海桥梁和海底隧道有初步应用，使用量很低。

    ⑥我国海洋工程和船舶设计中关于材料选择、防护方法选择的评价系统和软件几乎完全依靠国外。在保障海洋平台、海底管道等安全可靠工作的评价技术方面有不少研究结果，急需研究与应用部门有机结合，加速其应用以改变应用方法也完全依靠国外的局面。

    ⑦我国许多海洋防护相关标准缺失。例如：目前海上风电的防腐技术大多采用其他海洋环境下设备及设施的标准参考执行，针对海上风电的国家标准尚未建立，在我国首台海上风电设备运行过程中相关的防腐蚀数据也未建立。

    ⑧国内缺乏海洋防腐涂层的工业适应性检验权威机构，目前应用部门都送国外进行检测评定， 国外不仅收费相当昂贵，而且对国内产品的应用带来很大隐患。

 

    船舶工程材料篇

 

    在现代船舶发展过程中，美、俄（苏）、英、德、法、日等船舶强国，均将材料技术发展视作船舶发展的基础和先导。伴随着船舶发展，经过不断创新，与时俱进，人们不仅研制了满足船舶各发展时期所需的各种材料，而且已形成很强的材料技术的研究、生产能力和完整的门类齐全的配套体系，建立起了较完善的船舶材料体系和船舶材料技术的基本理论、方法、工艺等。

    着眼于当前船舶材料技术的发展状况，立足于 21 世纪前期（2035 年前）的高新技术发展，可以预见，21 世纪前期船舶材料技术的发展趋势将呈现出以下 “高” 、 “复” 、 “钛” 、 “隐” 、 “防” 、“有”、“无”、“前”、“用”、“低”等十大特征。

    “高”：船舶船体钢材仍向高性能化发展

 

    “复”：研发高性能多功能复合材料的趋势方兴未艾

 

    “钛”：高性能钛合金的研发与推广应用势在必行

 

    “隐”：仍将研发高性能隐身材料列为重要发展方向

 

    “防”：船舶防护材料以环保高寿命为重点正蓄势待发

 

    “有”：船舶用有色金属材料仍需加强推广应用

 

    “无”：开辟无机材料在船舶装备上应用的新领域

 

    “前”：船舶材料前沿技术呈现百花齐放的发展趋势

 

    “用”：加强材料应用技术的研究不可或缺

 

    “低”：船舶材料技术一如既往向低成本化的方向发展

 

船舶与海洋工程

 

    我国船舶工程材料技术的发展重点

 

    （1）高强度钢

 

    目前我国船体用钢制备及应用技术的不足，以及为适应我国船舶装备的发展需求，研发高性能的结构钢仍将是我国船舶装备材料技术的主要发展趋势之一。我国船舶装备用高强度钢未来主要向高性能化、提高加工制造工艺性、低成本、建立材料技术设计基本理论和方法等方面发展。

    高强度钢的研究重点：高强度钢 （如1000MPa 级）及其配套材料的设计、制备和应用技术研究；高强度钢不预热或低温预热及焊后不“预热”焊接技术研究；高强度钢焊接及冷热加工工艺研究；高强度钢焊缝无损检测技术研究；高强度钢耐海水腐蚀与耐疲劳性能研究；高强度钢提高经济性（降低成本）研究，等等。

    （2）复合材料

 

    我国船舶装备复合材料研制和应用水平相对落后，仅在声呐导流罩、雷达天线罩、水雷壳体、桅杆等专用构件有所应用，因此加大研发和应用复合材料的力度，将对我国船舶装备的总体性能提高具有重大意义。我国船舶装备用复合材料未来主要向低成本 / 高性能化、多功能型、优化连接、长寿期、安全可靠等方面发展。

    复合材料的研究重点：复合材料结构优化设计及连接技术研究；大型和复杂复合材料结构成型及修补技术研究；复合材料结构试验与评价技术研究；复合材料结构功能一体化研究；复合材料结构质量控制和无损检测技术研究；多功能型复合材料（兼具结构型、吸隔声、阻尼、雷达隐身等特性）研究，等等。

    （3）钛合金

 

    作为公认的“海洋金属”，钛合金凭借自身优良的综合性能，已成为理想的船舶用材料，各海军强国对钛合金材料技术一直非常重视。我国钛合金材料技术未来主要向低成本、提高综合性能、可靠焊接、复杂制造、推广应用、完善材料体系等方向发展。

    钛合金的研究重点：钛合金结构优化设计和应用标准化研究；钛合金材料焊接及其制造工艺（弯曲和成型）技术研究；钛合金材料耐高温性与抗海生物污损性能研究；钛合金与非钛合金接触的防腐蚀性能研究；钛合金与非钛合金之间的电绝缘技术和工艺研究；钛合金降低研制和应用成本研究，等等。

    （4）隐身材料

 

    船舶装备隐蔽性能的发展，离不开隐身材料技术的发展和支撑，船舶装备（尤其是潜艇）的隐蔽性能，已日益成为其最突出的性能指标之一，而反潜技术的发展对潜艇的隐蔽性又提出了新的更高要求。舶装备战术性能，尤其是提高潜艇的隐蔽性能的重要举措之一。我国船舶装备隐身材料未来主要向多功能化、主动减振、智能化、低成本化等方面发展。

    隐身材料的研究重点：兼具吸隔声、阻尼等特性的综合化、高性能减振降噪隐身材料技术研究；具有低频吸声和去耦作用的声学覆盖层（含消声瓦）材料技术研究；适用于主动振动噪声控制元器件的隐身材料技术研究；兼具吸收可见光及雷达波涂料的制备及应用技术研究；舰艇应用隐身材料试验与评估技术研究；多功能化隐身材料（兼具隔热、绝缘、防腐等功能一体化）技术研究，等等。

    （5）防护材料

 

    船舶用各种材料及其器件在海洋环境中使用，易发生腐蚀及附着海生物等，对船舶的使用寿命、维护费用、航行性能等都造成不利影响。因此，国内外船舶界均十分重视防护材料的研发。我国船舶装备防护材料（包括防腐、防污、防滑、耐高温密封防漏、舱室装饰等材料）未来主要向高效、低成本、可靠、环保、安全检测及控制等方面发展。

    防腐材料的研究重点：舰艇局部 （如海水管系、上层建筑、紧固件、液舱等）腐蚀特性、机理及高性能涂层防护技术研究；高效牺牲阳极材料设计及制备应用技术研究；电化学腐蚀防护机理及应用技术研究；防腐涂料耐蚀性能测试技术研究；低电磁特征阴极保护技术研究；腐蚀在线检测及控制技术研究，等等。

    防污材料的研究重点：含天然防污剂的硅基涂料制备技术研究；舰艇螺旋桨采用纳米无机防污涂料层制备技术研究；电解防污中氯的控制技术研究；无锡自抛光防污涂料技术研究；生物仿生防污涂料技术研究；低表面能防污涂料技术研究，等等。

    防滑材料的研究重点：防滑涂料优化配方设计与成形技术研究；激光诱导改善防滑涂料耐磨面层技术研究；水性防滑涂料设计及制备应用技术研究；无溶剂型防滑涂料设计及制备应用技术研究，等等。

    舱室装饰材料的研究重点：目前，船舶（尤其是潜艇）舱室装饰用材料的功能较为单一，未来研究重点应向强度高、质量轻、隔声减振、保温、无毒、阻燃或不燃、现场切割和装配工艺性好等综合性方面，特别向隔声减振、防火、保温、更环保方向发展。

    耐高温密封防漏材料的研究重点：

    船舶上动力系统用橡胶密封圈存在烧蚀现象严重、使用寿命短等问题，需要研发适应于船舶（尤其是潜艇）动力系统（如排气分系统）使用的耐高温、高寿命新型橡胶密封圈或其他新型材料制成的密封圈。

    （6）有色金属材料

 

    我国船用有色金属材料的研究和应用起步较晚，与世界先进水平存在一定差距，具体表现为：产品耐蚀性差（腐蚀速率可达国外同类产品的 10 倍）、寿命短（如铜合金管道设计寿命只有6 ～ 8 年，实际使用寿命则更短）、大口径薄壁海水管规格有限、合金管制造成品率有待提高、管道的焊接工艺缺乏统一标准等。

    有色金属材料的研究重点：高强、可焊、耐蚀、优良加工性能的铝合金材料研发；先进铝质船的焊接技术及高端焊接材料的研发；高品质铜合金冶炼质量控制技术研究；各种铜管制备技术的研究，如大口径薄壁海水管、焊接管、复合管、高效散热管等；镁包锌型、镁包铝型复合牺牲阳极的研究；研究结合力强、耐老化、绝缘、无渗透、环保的阻隔膜，提高有色金属材料的防腐技术水平。

    （7）无机材料

 

    我国船用无机材料品种不齐全，可供选择的范围不多；同时尚未建立相关的标准和规范体系，缺乏专业的设计和建造团队，施工及应用技术经验不足。

    无机材料研究重点：海洋工程用混凝土相关的原材料生产标准、设计及施工规范体系的建立和完善；海工超高性能混凝土技术（如高强轻质混凝土）及相关原材料的研究开发，以及在海洋工程中的应用技术研究；离岸混凝土构建物（如油气钻采平台、海上风电混凝土基础）的设计和生产制造技术的开发；新型无机材料制备、生产和应用技术的研究。

    （8）前沿材料技术

 

    我们应将对船舶装备发展有重大影响和重大军事应用前景的前瞻性材料技术，作为未来船舶材料技术发展的重要方面，激励创新，鼓励“奇思妙想”，提出新颖的探索性的船舶材料前沿技术，加强研发和应用，以提高我国船舶材料技术的原始创新能力。抛砖引玉，下面四种前沿材料技术供参考 : 压电阻尼新型减振材料技术、智能可见光隐身材料技术、潜艇液体隐身衣材料技术、纳米材料技术。

 

    海洋石油天然气工程材料篇

 

    石油、天然气，被人们称为“工业的血液”，既是重要的能源，又是重要的战略物资。随着陆上油气田逐步进入开采的中后期，勘探开发难度增大，成本升高，因此海洋油气资源的勘探开发越来越重要。海洋结构处于风、浪、流、蚀等恶劣环境下，特别在深海海域，对材料提出了更高的要求。同时，海洋设备的服役期一般都超过 20 年，设计要求免维护或者少维护，没有高性能材料作为保障，海洋石油天然气的开发将受到很大制约。近年来，我国材料技术虽然已取得长足进步，但与国际先进水平和我国发展需求相比，仍然存在诸多方面的不足。

    未来 5 ～ 10 年的海洋油气资源勘探开发中，对海洋平台、海洋钻井装备和海底管道的建设需求会更加旺盛，海洋工程材料产业发展前景十分广阔，尤其是对新材料、新工艺的需求日益强烈。

    （1）海洋平台材料发展建议

 

    对于平台用钢板、型钢、钢管，应提高国内生产水平，钢管生产商应该严格按照规格书和相关规范的要求提供合格的产品，严格按照相关质量控制标准和验货标准加强生产过程、验货过程和施工过程的质量控制。

    进一步提升我国海洋平台用钢的国产化率，加强目前仍需进口的钢材品种开发，包括满足 -60℃低温韧性要求的F 级高强度钢，屈服强度达到 620MPa、690MPa 级别的超高强度钢，适用于极地作业的海工平台 FH 级别钢材（FH32、FH36、 FH40） ， 以及部分特殊钢材 （齿条钢、悬臂梁用钢、殷瓦钢、双相不锈钢等）。

    （2）海洋钻井装备材料发展建议

 

    以产学研相结合的方式大力推进海洋装备材料的研究：开展深水海洋钻井设备的疲劳可靠性评价体系研究；开展海洋石油钻井装备材料的焊接接头CTOD研究，建立 CTOD 与疲劳寿命的关系曲线；开展海洋钻井装备材料、关键节点等断裂与疲劳、腐蚀疲劳等研究工作。

    国内目前海洋石油装备关键零部件用合金钢及耐蚀合金品种较少，来建立完整的材料标准体系。因此，我国在海洋装备用合金钢和耐蚀合金方面应加大开发力度，细化产品序列，建立我国海洋装备用合金钢和耐蚀合金的应用体系。

    建议由国内材料生产企业进行攻关并结合我国南海海域的特点进行有针对性的开发， 形成国产化产品的技术标准体系。

海上油气勘探

 

    （3）海底油气管道材料发展建议

 

    在海底油气管道主要用材（低碳微合金钢管）发展方面，抗大变形、高疲劳性能、大 t/D 比、高尺寸精度等海底管线钢管，以及高效焊接技术和高性能焊材开发是未来海底管道低碳微合金钢管材料发展的主要方向。

    在腐蚀环境用双金属复合管的研究方面，冶金复合管性能优异，但是成本较高，机械复合管内外层的结合较弱，但是可以通过管端堆焊等工艺加强内外层结合，同时保持较低的成本。未来冶金复合管和机械复合管的优选，需要根据两种产品的研究发展情况确定。

    在海底油气管道非金属材料发展方面，主要的发展方向是柔性管和非金属复合管。对于柔性管，考虑到目前国际上最大的三个生产商垄断了世界上绝大部分的市场份额，柔性管的生产具有大量的知识产权保护，建议加强对柔性管设计、生产装备的研究，提高柔性管的自主开发和制造能力。

    此外，钛合金具有高比强度、耐腐蚀和抗疲劳等优异的性能，被称为“深海金属”，但在我国海洋石油天然气领域的应用却非常少。因此，加强海洋石油天然气领域的钛合金产品开发与应用具有重要的意义，尤其应重点开发钛合金作为内层的双金属复合管、钛合金立管和钛合金锥形应力节点等产品。

 

    海洋综合利用工程装备材料篇

 

    海洋综合利用工程主要包括海水淡化和综合利用、海洋可再生能源开发，加速海水淡化和综合利用产业化、加强海洋可再生能源利用的前瞻性技术研发，是未来我国海洋工程装备产业发展的重要方向之一。海水淡化与海洋可再生能源开发方面的装备材料未来发展方向在哪里呢？

    国内海水淡化市场发展预期表现为：

    国家重视海水淡化产业发展，国内市场前景看好；多效蒸馏仍是我国海水淡化的重要发展方向，对金属材料需求较大；反渗透海水淡化市场发展迅速，对膜材料及各种工程材料需求不断增加。

    海水淡化装备用材的发展趋势

 

    （1）高强度、高耐蚀双相不锈钢材料的规模化应用

 

    最近几年，采用双相不锈钢材料代替 316L 不锈钢，作为热法淡化蒸发器壳体及其内构件的材料，已逐渐被热法淡化装备供应商和业主所接受。以常用的 2205 双相不锈钢为例，其耐蚀性能基本达到 904L 高合金奥氏体不锈钢的耐蚀水平，屈服强度更高，采用 2205不锈钢作为蒸发器壳体，较 316L 不锈钢可节省材料用量 35％ -40％。

    以发展趋势来看，在热法淡化项目中大规模使用高强度、高耐蚀双相不锈钢已逐渐成为主流。

海水淡化装备

 

    （2）钛合金传热材料的大规模应用以及全钛蒸发器的开发

 

    工业纯钛具有良好的耐海水腐蚀性能，非常适用于热法海水淡化的高温海水腐蚀环境。但考虑到其较高的价格，往往在腐蚀环境最为严酷的工况环境下使用，极大限制了这种材料在海水淡化行业中的应用。

    然而，钛合金的密度约为铜合金传热材料的 1/2，且其腐蚀速率要远低于铜合金材料，如果通过降低钛传热管的壁厚，使其应用成本和传热效率达到铜传热管的水平，那么无论从降低装置运行维护成本、提高装置使用寿命末期的材料回收利用价值，甚至是减小浓水排放的环境影响等角度考虑，采用钛管代替传统铜合金传热材料都具有显著的优势。

    在当前工业纯钛传热材料价格接近15 万元 / 吨的市场环境下，开发超薄壁钛合金传热材料将具有良好的市场应用前景。此外，则开发全钛蒸发器也将会受到国内外业主的青睐。

    （3）超级铁素体不锈钢传热材料的开发应用

 

    针对多效蒸馏海水淡化常用的钛合金、铜合金以及铝合金传热材料，目前主要研究的替换材料为超级铁素体不锈钢材料。超级铁素体不锈钢具有与工业纯钛相当的耐海水腐蚀性能，但其强度和刚度明显高于钛管材，可有效避免工作过程中的振动磨损以及其他机械损伤，减少蒸发器管板数量。2000 年以后大多数欧美电厂均已采用超级铁素体不锈钢管代替铜传热材料。

    在热法海水淡化领域， 法国VALTWET开展了超级铁素体不锈钢材料在工况环境下的耐蚀性能研究。结果显示，即使在高温150℃和氯离子含量达100000mg/L时，超级铁素体不锈钢腐蚀速率基本与工业纯钛相当， 完全满足热法海水淡化工况要求。

    目前，换热器用超级铁素体不锈钢材料生产企业法国 VAL-TIMET 公司（不锈钢牌号 S44735）和美国普利茅斯钢管公司（不锈钢牌号 S44660）均未实现不锈钢传热材料在热法海水淡化中的应用，主要是未能过经济关。但未来随着这种材料实现国产化，其价格可能出现明显下降，那么工程化、规模化应用也将成为可能。

    （4）混合机制反渗透膜的开发应用

 

    近年来，纳米技术在反渗透膜结构调控方面的研究与应用快速发展。这种反渗透膜改性技术主要分为两类：一种是借助纳米材料提供的亚纳米级孔道为水分子提供快速通道，同时屏蔽体积较大的水合离子，从而实现水分子与溶剂化离子的筛分分离，例如采用沸石、碳纳米管、石墨烯等纳米材料可形成直径1nm 以下的低摩擦水分子通道；另一方面，借助添加的纳米材料与聚合物间的强相互作用，调控反渗透膜结构、提升膜性能。目前发现具有该类纳米效应的材料主要有纳米二氧化钛、氧化锆、银等粉体材料。

    目前，由 NanoH 2 O 开发的沸石 / 聚酰胺纳米复合反渗透膜已经实现了商业化，可有效提升单位面积水通量，降低产水能耗。

    （5）膜蒸馏及正渗透膜材料的开发应用

 

    膜蒸馏是近十年迅速发展的一种以疏水性微孔膜两侧蒸汽压差为传质推动力的新型高效膜分离技术。目前，该项目技术正处于技术研究、 小规模工程验证阶段，结合余热利用，将在我国西部缺水地区的苦咸水淡化市场有较好的应用前景。

    当前研究较多的正渗透膜材料主要有醋酸纤维素、聚酰胺 - 聚砜复合、聚苯并咪唑、聚苯并咪唑 - 聚砜复合、聚醚砜、聚酰亚胺和聚醚酰亚胺等，其中醋酸纤维素和聚酰胺 - 聚砜复合材料制备的正渗透膜已经成功商业化，如美国HTI 公司的三层支撑型高强度膜。