尚成嘉 ，李秀程 ，謝振家

（1.北京科技大學(xué)鋼鐵共性技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心，北京100083；2.鞍鋼集團(tuán)鋼鐵研究院海洋裝備用金屬材料及其應(yīng)用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 鞍山114009）

隨著人類對(duì)海洋研究和探索進(jìn)程的不斷加速，一場(chǎng)以海洋開(kāi)發(fā)為標(biāo)志的“藍(lán)色革命”已經(jīng)悄然興起。鋼鐵材料因其顯著的性價(jià)比優(yōu)勢(shì)，被廣泛地應(yīng)用于海洋相關(guān)的眾多工程領(lǐng)域，用量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其他金屬材料。然而，世界范圍內(nèi)海域廣闊，環(huán)境及氣候條件多樣，面對(duì)極其復(fù)雜的海洋環(huán)境，海洋工程裝備需要在波浪、海潮、風(fēng)暴及流冰等嚴(yán)峻的海洋環(huán)境中服役，承受復(fù)雜的載荷和嚴(yán)酷的腐蝕環(huán)境，因此要求海洋工程用鋼具備高強(qiáng)度、高韌性、低韌脆轉(zhuǎn)變溫度、抗疲勞、耐腐蝕、抗裂紋擴(kuò)展及良好的可焊性等眾多特性。不僅如此，從經(jīng)濟(jì)角度考慮，當(dāng)代海洋工程的設(shè)計(jì)理念對(duì)鋼鐵材料提出了更大的挑戰(zhàn)，即減輕整體重量和延長(zhǎng)使用壽命。一方面，通過(guò)提升強(qiáng)度和降低密度等方式來(lái)提高鋼鐵材料的比強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)減重，有利于降低裝備制造和運(yùn)行成本；另一方面，要求鋼鐵材料自身兼?zhèn)淠透g性能，減少維護(hù)費(fèi)用，延長(zhǎng)服役壽命周期，同時(shí)還要保證鋼結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性。為了滿足日益增長(zhǎng)的海洋工程建設(shè)需求，需要不斷推出適應(yīng)海洋工程需求的新產(chǎn)品，保證新產(chǎn)品性能的穩(wěn)定性；同時(shí)還需要對(duì)新材料開(kāi)展全面的服役性能研究，積累服役性能數(shù)據(jù)，確保服役安全。面對(duì)品種規(guī)格多、性能要求高、開(kāi)發(fā)周期短且成本有限的壓力，鋼鐵企業(yè)必須變革當(dāng)前的研發(fā)模式，建立更為高效的研發(fā)體系。

1 海洋用鋼力學(xué)性能方面存在的問(wèn)題

鋼材的力學(xué)性能與成分、工藝、組織密切相關(guān)。通過(guò)添加和優(yōu)化合金元素以及改進(jìn)工藝，很多新型的高強(qiáng)度等級(jí)鋼鐵產(chǎn)品相繼問(wèn)世，但是隨著強(qiáng)度級(jí)別的提升，性能波動(dòng)越發(fā)明顯，這不僅會(huì)提高鋼結(jié)構(gòu)力學(xué)設(shè)計(jì)的難度，還會(huì)在很大程度上形成安全隱患，如何控制工藝，降低強(qiáng)度波動(dòng)已經(jīng)成為海洋工程用鋼產(chǎn)品的重要需求。

圖1是文獻(xiàn)[1]中統(tǒng)計(jì)的高強(qiáng)度鋼強(qiáng)度波動(dòng)情況，從圖中可以看出，對(duì)于450 MPa級(jí)的鋼鐵材料而言，其屈服強(qiáng)度分布在420～530 MPa，存在多于100 MPa的波動(dòng)，最高超過(guò)設(shè)計(jì)屈服應(yīng)力近20%，平均屈服強(qiáng)度也達(dá)到500 MPa以上。雖然強(qiáng)度達(dá)到檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，但是強(qiáng)度的大幅度波動(dòng)仍可能在某種程度上給鋼結(jié)構(gòu)帶來(lái)一些安全隱患。

圖1 屈服強(qiáng)度355、420和450 MPa級(jí)別鋼屈服強(qiáng)度波動(dòng)情況

由于用途特殊以及使用環(huán)境嚴(yán)苛，海洋工程用鋼的技術(shù)要求相比其它鋼種要嚴(yán)格得多，也需要更高的安全設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，以及在結(jié)構(gòu)過(guò)載情況下盡可能降低事故造成的損失。結(jié)構(gòu)過(guò)載時(shí)，鋼鐵材料會(huì)發(fā)生屈服及塑性形變，不同強(qiáng)度級(jí)別的鋼材，在其發(fā)生屈服到斷裂的過(guò)程中，所表現(xiàn)出的形變行為是不一樣的。通常情況下，用屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度之比，即屈強(qiáng)比，反映材料從發(fā)生屈服到斷裂的過(guò)程。屈強(qiáng)比越低，材料在過(guò)載條件下的穩(wěn)定性越好，鋼結(jié)構(gòu)的安全性也就越高。圖2中列出了一系列海洋平臺(tái)用鋼的屈強(qiáng)比范圍[2]，從圖中可以看出，隨著屈服強(qiáng)度的升高，屈強(qiáng)比通常也會(huì)不斷升高。500 MPa級(jí)的鋼材，屈強(qiáng)比一般在0.85左右，而690 MPa級(jí)的鋼材，屈強(qiáng)比會(huì)升高到0.9以上，甚至達(dá)到0.95。

圖2 海洋平臺(tái)用鋼不同強(qiáng)度級(jí)別屈強(qiáng)比分布情況

最初海洋平臺(tái)用鋼主要為345 MPa級(jí)別，因此對(duì)屈強(qiáng)比的要求一般按照中等強(qiáng)度鋼材的要求進(jìn)行設(shè)定，屈強(qiáng)比的設(shè)計(jì)為0.7[3]。隨著海工鋼強(qiáng)度的不斷增加，對(duì)于高強(qiáng)度鋼屈強(qiáng)比的設(shè)計(jì)一直是一個(gè)研究的重點(diǎn)。從1996年以來(lái)，為了起草新的海洋工程用鋼ISO標(biāo)準(zhǔn)，許多學(xué)術(shù)團(tuán)體對(duì)大于等于500 MPa的高強(qiáng)鋼屈強(qiáng)比限制進(jìn)行了深入的研究[4]，結(jié)論是“根據(jù)大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，屈強(qiáng)比的設(shè)計(jì)甚至要限制在0.8以下”。

2 海洋用鋼服役安全方面存在的問(wèn)題

抗疲勞設(shè)計(jì)是海洋工程結(jié)構(gòu)的重要需求之一，特別是焊接接頭等容易產(chǎn)生高應(yīng)力集中的部位。對(duì)于Q345以下強(qiáng)度級(jí)別的鋼，通過(guò)設(shè)計(jì)規(guī)范中已經(jīng)有的S-N曲線，即可進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。但是對(duì)高強(qiáng)度級(jí)別鋼材而言，由于氫致開(kāi)裂敏感性高，所以，其在海洋環(huán)境中的疲勞性能難以確定。一般認(rèn)為，鋼材屈服強(qiáng)度增加會(huì)增加氫致裂紋敏感性，如果鋼結(jié)構(gòu)采用了陰極保護(hù)，那么陰極保護(hù)過(guò)程也會(huì)產(chǎn)生氫，從而導(dǎo)致裂紋尖端擴(kuò)展速率增加，縮短部件疲勞壽命。因此，更加系統(tǒng)深入地認(rèn)識(shí)高強(qiáng)鋼的疲勞行為，進(jìn)一步準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)其壽命是非常必要的。但是由于目前所掌握的數(shù)據(jù)還比較少，不足以指導(dǎo)設(shè)計(jì)。

腐蝕疲勞也是導(dǎo)致海工結(jié)構(gòu)鋼斷裂的一個(gè)主要原因，綜合考慮接頭尺寸、海水環(huán)境和陰極保護(hù)過(guò)程，可以很好地預(yù)測(cè)鋼結(jié)構(gòu)的抗疲勞行為。目前，由于高強(qiáng)度鋼的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不足，疲勞設(shè)計(jì)規(guī)范只能涵蓋屈服強(qiáng)度低于500 MPa級(jí)鋼材，對(duì)于高于500 MPa級(jí)鋼材，則要根據(jù)具體項(xiàng)目和具體材料確定其疲勞設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。ISO標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)調(diào)，700～800 MPa超高強(qiáng)度鋼在海水中的疲勞強(qiáng)度只能按中等強(qiáng)度鋼設(shè)計(jì)，因?yàn)槌邚?qiáng)鋼在海水中更容易產(chǎn)生氫致裂紋；此外，由于陰極保護(hù)導(dǎo)致出現(xiàn)析氫現(xiàn)象，也會(huì)促進(jìn)裂紋萌生。因此，在陰極保護(hù)條件下，超高強(qiáng)鋼的疲勞性能還需要進(jìn)行深入研究。

對(duì)于屈服強(qiáng)度在550 MPa以上的超高強(qiáng)度海洋工程用鋼，對(duì)其氫致裂紋的控制也是一項(xiàng)重要挑戰(zhàn)。由于陰極保護(hù)會(huì)促進(jìn)氫致裂紋產(chǎn)生，因此，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了較為嚴(yán)格的陰極保護(hù)電位。對(duì)于存在氫致裂紋風(fēng)險(xiǎn)的鋼材要求做慢拉伸實(shí)驗(yàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，屈服強(qiáng)度大于650 MPa的鋼還要評(píng)價(jià)母材和焊縫的氫致裂紋傾向性。為了減重，海洋平臺(tái)對(duì)高強(qiáng)度鋼的需求越來(lái)越強(qiáng)烈，550～690 MPa高強(qiáng)度鋼廣泛應(yīng)用在自升式海洋平臺(tái)，雖然氫脆并不常見(jiàn)，但是由于固定樁腿平臺(tái)不能定期回船塢檢修，因此氫脆的潛在危險(xiǎn)更大。一般認(rèn)為，高強(qiáng)鋼的氫脆敏感性會(huì)隨著強(qiáng)度的增加而增加，但是，即使強(qiáng)度級(jí)別相同，其氫脆敏感性也會(huì)因合金成分、工藝、熱處理制度等不同而有所差異。目前除了強(qiáng)度級(jí)別外，還不能較為明確地由鋼材的成分、組織等判定其氫脆敏感性大小，因此，有關(guān)高強(qiáng)度級(jí)別氫脆問(wèn)題還有待進(jìn)行更為系統(tǒng)深入的研究。當(dāng)然，隨著對(duì)氫脆認(rèn)識(shí)的深入以及當(dāng)代鋼鐵工業(yè)中冶金質(zhì)量的不斷提升，高強(qiáng)度鋼材的應(yīng)用領(lǐng)域也必然會(huì)得到不斷的拓展。

3 高性能海洋用鋼材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)

人類對(duì)鋼鐵材料的認(rèn)識(shí)與應(yīng)用由來(lái)已久，工業(yè)革命使鋼鐵材料成為了真正的工業(yè)產(chǎn)品。 隨著20世紀(jì)初現(xiàn)代物理學(xué)的發(fā)展，在原子層次認(rèn)識(shí)鋼鐵材料的顯微結(jié)構(gòu)逐步具備條件,并開(kāi)展了廣泛的理論與實(shí)驗(yàn)研究。鋼鐵材料已經(jīng)建立了以晶體學(xué)為基礎(chǔ)的固溶體、合金相、晶體缺陷、擴(kuò)散與相變、塑性形變行為、強(qiáng)化、斷裂等一系列理論和模型。在鋼鐵材料研究中所發(fā)現(xiàn)的熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)規(guī)律，逐漸與原子甚至電子層次的理論相匹配，特別是鋼鐵材料經(jīng)過(guò)100多年的發(fā)展與應(yīng)用，其合金體系、組織結(jié)構(gòu)類型、影響性質(zhì)與性能的基本因素已經(jīng)逐步明晰。鋼鐵材料種類繁多，應(yīng)用領(lǐng)域?qū)拸V，相關(guān)理論的豐富程度已經(jīng)使鋼鐵材料具備了根據(jù)性能需求和服役特性進(jìn)行有目的智慧化設(shè)計(jì)、生產(chǎn)及服務(wù)的階段。

1978年P(guān)ickering撰寫(xiě)了名為 《物理冶金學(xué)——鋼的材料設(shè)計(jì)》專著[5]，通過(guò)對(duì)各類鋼鐵材料成分-組織-性能之間物理冶金現(xiàn)象和規(guī)律進(jìn)行總結(jié)與提煉[6-9]，闡明了鋼鐵材料已經(jīng)可以根據(jù)物理冶金原理進(jìn)行設(shè)計(jì)，即按照材料的基因認(rèn)識(shí)鋼鐵、設(shè)計(jì)鋼鐵、生產(chǎn)鋼鐵以及應(yīng)用鋼鐵。

1997年Olsen提出利用計(jì)算機(jī)手段設(shè)計(jì)鋼鐵材料的創(chuàng)新概念[10]，建立在現(xiàn)代物理學(xué)和工程學(xué)基礎(chǔ)之上的多尺度材料設(shè)計(jì)模型在鋼鐵材料中得到了長(zhǎng)足的發(fā)展；以熱力學(xué)為基礎(chǔ)積累了大量的相結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，并發(fā)展形成相應(yīng)的熱力學(xué)軟件，可以用于設(shè)計(jì)、預(yù)測(cè)各類平衡態(tài)的相結(jié)構(gòu)；結(jié)合動(dòng)力學(xué)理論和相關(guān)數(shù)據(jù)，鋼鐵材料中的各類動(dòng)態(tài)過(guò)程也可以模型化描述并指導(dǎo)工藝過(guò)程的設(shè)計(jì)[11]；建立在第一性原理基礎(chǔ)上的理論計(jì)算可用于納米析出相的界面結(jié)構(gòu)表征及描述納米尺度析出相的形成與演變過(guò)程；介觀尺度的分子動(dòng)力學(xué)和相場(chǎng)理論對(duì)于描述缺陷、液-固相變、固-固相變等起到了模型化的作用；基于彈塑性理論的有限元分析則可以建立微觀力學(xué)模型和宏觀力學(xué)模型，闡述組織與性能之間的關(guān)系。

2006年，美國(guó)學(xué)者提出利用信息學(xué)理論、方法和技術(shù)將材料中的眾多因素進(jìn)行有效關(guān)聯(lián)的 “材料信息學(xué)”概念[12]。所謂材料信息學(xué)是將信息學(xué)的理論應(yīng)用于材料科學(xué)與工程領(lǐng)域，使我們能夠更高效、更準(zhǔn)確地認(rèn)識(shí)材料、選擇材料、研發(fā)材料和發(fā)現(xiàn)新材料，即利用信息學(xué)理論和方法建立成分-工藝-組織-性能（性質(zhì)）多變量之間的聯(lián)系，這種聯(lián)系的建立與傳統(tǒng)意義上用函數(shù)建立唯象理論關(guān)系的方法類似，但是在利用材料信息學(xué)所建立的聯(lián)系中，包含的變量因素不僅廣泛，而且量化方法也更加科學(xué)，所以在計(jì)算結(jié)果的精準(zhǔn)度上有著質(zhì)的提升。

由此可見(jiàn)，鋼鐵材料基因工程（即物理冶金、化學(xué)冶金和力學(xué)冶金相關(guān)理論）的建立為鋼鐵材料的合金設(shè)計(jì)、組織設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)以及服役行為預(yù)測(cè)提供了基本條件；借助現(xiàn)代化的實(shí)驗(yàn)表征手段和不斷完善的材料數(shù)據(jù)庫(kù)，完全可以實(shí)現(xiàn)鋼鐵材料的智慧化研發(fā)與制造。

縱覽鋼鐵材料的發(fā)展歷程，100年前是在材料工程范疇內(nèi)進(jìn)行成分、工藝與性能的研究；20世紀(jì)40年代開(kāi)始發(fā)展的物理冶金更關(guān)注材料成分工藝對(duì)組織的影響，進(jìn)而形成了材料科學(xué)，并于20世紀(jì)50、60年代確立成為材料科學(xué)與工程學(xué)科體系；當(dāng)今的鋼鐵材料已經(jīng)發(fā)展到了利用鋼鐵材料的基因設(shè)計(jì)材料的時(shí)代，而未來(lái)鋼鐵材料的發(fā)展必將進(jìn)入智慧設(shè)計(jì)、智慧生產(chǎn)與智慧服務(wù)的新時(shí)代。關(guān)鍵鋼鐵材料的研發(fā)與制造將更緊密地結(jié)合重大裝備、重大工程、特殊環(huán)境、特殊工藝、嚴(yán)酷競(jìng)爭(zhēng)的客觀條件，開(kāi)展材料正向設(shè)計(jì)，實(shí)行材料生產(chǎn)逆向追溯，并建立材料全壽命周期的環(huán)境、資源、能源、經(jīng)濟(jì)型、高性能的評(píng)價(jià)。

4 海洋用鋼智慧化研發(fā)框架

智慧化研發(fā)是指利用現(xiàn)代材料科學(xué)既有的知識(shí)和原理，材料科學(xué)已經(jīng)發(fā)展較完善的理論和模型，以及利用材料信息學(xué)對(duì)實(shí)驗(yàn)和工業(yè)數(shù)據(jù)的挖掘三方面智慧結(jié)晶，實(shí)現(xiàn)對(duì)材料合金成分、工藝的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，同時(shí)對(duì)服役性能進(jìn)行科學(xué)有效的預(yù)判。智慧研發(fā)的優(yōu)勢(shì)在于對(duì)所開(kāi)發(fā)產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程更精細(xì)、更精準(zhǔn)，所開(kāi)發(fā)產(chǎn)品的性能更加穩(wěn)定和可靠。海工鋼智慧制造工藝流程-不同尺度顯微組織-力學(xué)性能關(guān)系神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)如圖3所示。

圖3 海工鋼智慧制造工藝流程-不同尺度顯微組織-力學(xué)性能關(guān)系神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

由圖3可見(jiàn)，海工鋼的智慧制造要以知識(shí)和原理、理論和模型、大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，針對(duì)鋼鐵材料的合金成分和冶金工藝流程、材料熱成型、熱處理等精準(zhǔn)的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)、模擬及預(yù)測(cè)，從偏析、晶粒度、相比例、晶體取向（變體選擇）和多尺度析出等顯微組織角度，控制強(qiáng)度、韌性、塑性、屈強(qiáng)比和韌性（DBTT、DWTT、NDT、Kca）等指標(biāo)。

合金成分的設(shè)計(jì)應(yīng)著重從物理冶金原理出發(fā)[5，13,14]。 為了實(shí)現(xiàn)高韌性和易焊接的目的，低碳設(shè)計(jì)是目前低合金高強(qiáng)度鋼的最基本理念，隨著C含量降低到0.1%以下，高強(qiáng)度鋼的韌性可大幅度提高，同時(shí)可保證最佳的焊接性能。從固溶強(qiáng)化角度出發(fā)，低碳合金體系高強(qiáng)鋼強(qiáng)度的提升，最首選的低成本合金元素是Mn，1.0%～2.0%Mn含量已經(jīng)是較常規(guī)成分范圍；其他最常用的置換固溶強(qiáng)化元素有Cr、Mo、Ni等，Cr與Mn有類似的強(qiáng)化作用，并且也比較廉價(jià)，Mo、Ni等合金元素有良好的綜合作用，但是合金化成本較高；還可以利用B元素增加淬透性，B-Mo-Cr的協(xié)同作用能夠有效提高厚鋼板的淬透性；此外，為了在低碳合金體系中實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化，Nb、V、Ti等元素的碳氮化物析出以及Cu析出成為常用的析出強(qiáng)化手段。上述合金成分設(shè)計(jì)在工業(yè)產(chǎn)品中的應(yīng)用很大程度上還停留在經(jīng)驗(yàn)的層面。不過(guò)，基于熱力學(xué)的定量化表述已經(jīng)可以為合金設(shè)計(jì)提供一定的理論基礎(chǔ)，而以熱力學(xué)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的“遺傳算法”也已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用于合金設(shè)計(jì)的優(yōu)化。

工藝的設(shè)計(jì)與實(shí)施主要包括煉鋼、連鑄、軋鋼、熱處理等方面。煉鋼過(guò)程對(duì)微量元素的精準(zhǔn)控制在現(xiàn)代煉鋼流程中已經(jīng)運(yùn)用的相當(dāng)成熟，對(duì)夾雜物的控制也具備相當(dāng)完備的理論與技術(shù)基礎(chǔ)，但是關(guān)于夾雜物與海洋用鋼服役性能的針對(duì)性、定量化描述還不十分清晰，主要表現(xiàn)在耐腐蝕性和疲勞性能兩個(gè)方面，在夾雜物與初期腐蝕及長(zhǎng)期腐蝕的關(guān)系方面，雖然發(fā)現(xiàn)了一些規(guī)律，還沒(méi)有形成完整的理論體系；夾雜物尺寸和分布與疲勞的關(guān)系幾乎可以用模型來(lái)描述，但是關(guān)于海洋環(huán)境的數(shù)據(jù)還十分匱乏?？梢?jiàn)，煉鋼的質(zhì)量與高服役安全之間的關(guān)系還缺乏科學(xué)基礎(chǔ)，在該方面開(kāi)展大數(shù)據(jù)積累并進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘是實(shí)現(xiàn)未來(lái)智慧研發(fā)的可行方向。連鑄質(zhì)量對(duì)力學(xué)性能及服役安全性的影響雖然還停留在經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，但是在海洋用鋼的技術(shù)要求方面已經(jīng)普遍受到關(guān)注，并建立了較嚴(yán)格的企業(yè)和用戶評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，如曼內(nèi)斯曼標(biāo)準(zhǔn)和RAPP標(biāo)準(zhǔn)。不過(guò)這些評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的依據(jù)還停留在經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)之上，既沒(méi)有理論也沒(méi)有模型，一般企業(yè)更沒(méi)有大數(shù)據(jù)的積累，只有碎片式的認(rèn)知。因此，建立海洋用鋼的偏析程度對(duì)性能和服役安全影響的大數(shù)據(jù)，可以為基于材料信息學(xué)的大數(shù)據(jù)分析奠定數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。軋鋼和熱處理包括再結(jié)晶和相變等多個(gè)過(guò)程，該方面的物理冶金理論已經(jīng)相當(dāng)成熟[15]，再結(jié)晶和相變理論模型也較完善，可以基于熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)建立各種解析式或其他各種模型，析出相也可用多尺度模型加以表述。軋鋼過(guò)程的溫度場(chǎng)與應(yīng)變場(chǎng)的耦合及其對(duì)相變的作用以及利用模型加以描述也一直是研究的熱點(diǎn)。

鋼鐵材料成分與工藝決定組織，組織決定性能，這是材料科學(xué)認(rèn)知的基礎(chǔ)，由圖3可以看出，對(duì)于不同的產(chǎn)品，合金設(shè)計(jì)與工藝路線會(huì)影響夾雜物、偏析、晶粒度、相結(jié)構(gòu)、析出類型等，按照已經(jīng)建立的鋼鐵材料科學(xué)與工程理論，已經(jīng)發(fā)展了Hall-Petch 關(guān)系，以及 Cottroll-Petch 關(guān)系[16-19]等唯象的晶粒尺寸與強(qiáng)度和韌脆轉(zhuǎn)變溫度的解析方程。然而，這些表述基本上是在一定的簡(jiǎn)化條件下的單變量或少變量的關(guān)系，但事實(shí)上影響性能和性質(zhì)的因素眾多并且彼此相互作用，顯然這種簡(jiǎn)化處理的方式已經(jīng)不能滿足當(dāng)今鋼鐵材料研究的需求，如何建立基于成分、工藝、組織、性能的多變量相關(guān)性是未來(lái)智慧研發(fā)的重要挑戰(zhàn)。

為了建立多變量之間的關(guān)聯(lián)，一方面要有足夠的數(shù)據(jù)，另一方面還要建立強(qiáng)關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以保證數(shù)據(jù)利用的真實(shí)性和高效性。毋庸置疑，顯微組織結(jié)構(gòu)作為成分/工藝與性能關(guān)聯(lián)的重要橋梁，其關(guān)鍵作用不可忽視。因此，應(yīng)著重建立顯微組織定量化、數(shù)字化的描述方法，實(shí)現(xiàn)成分、工藝、組織、性能全鏈條數(shù)字化，找到組織與性能的強(qiáng)關(guān)聯(lián)基因，以及工藝與組織的理論模型，形成基于知識(shí)、模型、大數(shù)據(jù)分析的智慧研發(fā)體系。

智慧研發(fā)體系的最高目標(biāo)是建立海洋用鋼的基因與知識(shí)庫(kù)，包括成分設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、性質(zhì)與服役性能相關(guān)的熱力學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)字化知識(shí)庫(kù)，演變過(guò)程解析模型，挖掘數(shù)據(jù)形成知識(shí)的工具，以及基于數(shù)字化知識(shí)的智慧引擎。海洋用鋼基因知識(shí)庫(kù)的建設(shè)及完善將會(huì)極大地推動(dòng)智慧研發(fā)進(jìn)程，加速新產(chǎn)品的研發(fā)速度，縮小研發(fā)周期，降低研發(fā)成本。

5 結(jié)語(yǔ)

海洋用鋼對(duì)材料的高強(qiáng)度化、高性能穩(wěn)定性、高服役安全性有更高的需求，然而目前材料的性能波動(dòng)，服役安全數(shù)據(jù)匱乏嚴(yán)重制約了海洋用鋼向高強(qiáng)度化的發(fā)展。智慧化研發(fā)是信息時(shí)代材料科學(xué)發(fā)展的新方向，其中最突出的是基于材料信息學(xué)的數(shù)據(jù)分析方法及多變量成分、工藝、組織、性能關(guān)系。智慧研發(fā)并不只局限于數(shù)據(jù)分析，材料科學(xué)與工程所建立的理論和形成的知識(shí)是智慧研發(fā)的重要組成部分，基于材料多尺度計(jì)算、高通量表征以及高通量實(shí)驗(yàn)的材料基因與知識(shí)庫(kù)建設(shè)是未來(lái)智慧研發(fā)的基礎(chǔ)，智慧研發(fā)體系的建立將極大提高新產(chǎn)品的研發(fā)速度、降低研發(fā)周期，滿足海洋用材的新需求。

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(編輯 田玉婷)

鞍鋼高合金焊絲鋼走出國(guó)門(mén)

“鞍鋼的產(chǎn)品質(zhì)量太好了，感謝你們提供的產(chǎn)品。”近日，一外方客戶收到鞍鋼供貨的高合金焊絲鋼后，大加贊賞。

此次鞍鋼供應(yīng)的高合金焊絲鋼主要用作建筑用鋼的焊接材料。使用該種材料焊接，不僅可以提升焊接效率，還可以有效減小焊接過(guò)程中的飛濺率，因具有這樣的特點(diǎn)，該材料備受客戶青睞。

高合金焊絲鋼在生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)鋼種成分要求非常高，具有合金含量高、成分范圍窄、殘余元素要求極為嚴(yán)格的特點(diǎn)，試制難度大。為此，鞍鋼集團(tuán)鋼鐵研究院冶金工藝所攜手鞍鋼股份產(chǎn)品發(fā)展部、煉鋼總廠、線材廠，持續(xù)優(yōu)化轉(zhuǎn)爐、精煉工藝及連鑄工藝參數(shù)。為確保該鋼種試制成功，課題組加班加點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)跟蹤，并與現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員溝通交流，及時(shí)檢測(cè)分析。在反復(fù)試驗(yàn)論證之后，提出了一系列有效辦法，解決了一個(gè)又一個(gè)難題，保證了該鋼種的順利生產(chǎn)。

目前，鞍鋼已成功出口高合金焊絲鋼2000多噸，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。