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不銹鋼--低成本高效益的船舶建造材料

2018-07-30 17:55:23 作者：本網整理來源：不銹鋼分會分享至：

1 和平中的銹蝕

加拿大和世界上絕大多數國家和平相處，但其海軍卻有一個可怕的敵人：銹蝕。2014 年 6 月，加拿大的三艘驅逐艦之一報廢。在艦體上發現了大塊大塊的銹蝕之后，加拿大皇家海軍的 HMCS Iroquois 號驅逐艦不得不退出現役。在船體外表面和在固體壓載艙后面發現了6 塊銹蝕。由于腐蝕，驅逐艦的艦體鋼板的厚度損失平均達到 30%，而通常允許的銹蝕厚度僅為 20%。在加拿大海軍所擁有的 33 艘戰艦和潛水艇中，目前只有17 艘處于正常服役狀態。

2 腐蝕

本文說明了船舶制造商和海軍官兵為防腐而進行的一場持久戰。腐蝕以不同的形式產生。當金屬暴露于較高濃度的氯化物（鹽）中時通常發生點蝕；溫度也會造成點蝕。裂紋腐蝕會在任何有裂縫的地方，例如螺旋槳軸封和軸承，或者藤壺附著生長的地方發生。暴露在充氣海水中的部位通常會發生應力腐蝕裂紋，因此有必要使用比304和316標號更高的鋼種。此外，因為大多數船舶在建造時會使用各種不同的金屬材料，所以經常發生電化腐蝕。各類配件、艙面船室、緊固件、船殼板、螺旋槳、軸、閥組、冷凝器和管路都是容易發生電化腐蝕的地方。當兩種不同材質的金屬在與海水中發生電氣接觸時就會發生電化腐蝕。當其中一種金屬比另一種更 “高貴” 時，似乎腐蝕反應更加劇烈，即其中一種金屬具有更高的電位序。例如，如果鋁合金的船身板和青銅質螺旋槳發生電氣接觸，船身板會被腐蝕掉，因為鋁會變成青銅的陽極。白銅和鎳銅等所謂的防腐蝕合金也會發生同樣的問題。鎳銅合金常用于水箱、油箱，以及水下設備如螺旋槳軸和龍骨螺栓等。然而不僅因為其非常昂貴，同時也是因為不得不小心地將其同其它金屬如鋼進行絕緣處理，不然的話電解反應將會導致鋼材發生解體。

化學品運輸船“Xanthia”

既然腐蝕問題如此頑固，為什么多數船舶不采用高度防腐合金或特制金屬如鈦合金材料建造呢？答案是確實有些船只使用了這類材料，但成本較高。也已經有少數制造商嘗試采用不銹鋼作為船只和游艇的建造材料，特別是作為船體用鋼的材料。例子是瑞典鋼制游艇樣艇，全部采用Sandvik 所產的超級雙相鋼 SAF 2507TM。該鋼種原本是為海上石油和天然氣鉆井平臺開發，選擇它是因為它的抗鹽腐蝕能力遠遠高于其它雙相鋼。因為船體厚度更薄，它比鋁合金船更輕，油耗只有鋁合金船的一半。為便于清除附著的海洋生物，吃水線以下的金屬都進行了鏡面拋光。世界各地的警察、海軍和海上救援服務都對該樣艇很感興趣。對于大一些的船舶來說，絕大多數船舶的標準選擇仍然是采用焊接的低碳鋼船板。防腐措施是多樣化的。

專用的聚合涂層可以預防鋼板表面的離子擴散，從而避免腐蝕。陰極保護可以通過使用熱浸鍍鋅鋼實現，或者在船體表面貼一層鋁、鎂、鋅或上述金屬的合金制造的 “犧牲” 陽極來保護船身。簡而言之，常見的防腐保護措施是組合使用涂層或者陰極保護。

該船采用 Sandvik 公司的超級雙相不銹鋼 SAF 2507TM 建造

3 不銹鋼成本效益好

但造船業不銹鋼和 CRA 材料的用量日益增長。除了耐腐蝕性，一些不銹鋼特別是雙相不銹鋼，還具有優良的強度 - 重量比，可以減薄船身厚度從而降低燃耗。游艇、海洋構筑物和船用配件主要采用鋁合金或不銹鋼。雖然鋁合金的重量較輕，但在海水中的抗腐蝕性有限，所以維護量很大。而另一方面，不銹鋼則可以提供優秀的抗腐蝕性和良好的強度。

對于吃水線以上甲板上的設備，通常使用304和316鋼即可。這些鋼種常用于緊固件、索具、以及滑輪組、護欄、樓梯、艙門、窗框和裝配件等裝置。304 鋼還可應用于完全暴露的部件，只要保證該部件能夠頻繁被淡水沖洗。其它裝置最好使用316。對于長期接觸海水（長期浸泡在海水中）的部件，推薦使用超級奧氏體鋼（6%含鉬不銹鋼、雙相鋼或超級雙相鋼種）。這些鋼種可用于引擎部件、被烘烤的構架、泵、螺旋槳軸、排氣管、絞盤和熱交換器。標準雙相鋼 2205 還可作為低碳奧氏體鋼的代用品，用于索具和其它配件。

John Staluppi 所擁有的游艇 “鉆石恒永久”，大量使用了不銹鋼，表面閃閃發光

4 雙相不銹鋼

雙相不銹鋼一直用于建造化學品運輸船的液化艙——化學品運輸船的船體內側的內襯板。化學物品運輸船的建造主要集中在中國、日本和韓國。化學物品運輸船可配備 50 液化艙，為了避免交叉污染，每個液化艙均配有獨立的泵組和管路系統。當運載有毒化學物質時，液化艙便采用不銹鋼制造。過去常用的是奧氏體鋼如316LN 和 317L，但雙相鋼（主要是 2205）逐漸被采用，目前已經是受歡迎的材料了，因其罐壁更薄，減輕了重量，所以更節約燃料。

Outokumpu 公司瑞典 Degerfors 工廠生產的不銹鋼厚板用于化學品運輸船的內襯Outokumpu 公司已經在好幾年前就開始為化學品運輸船供應雙相鋼板。在 20 世紀 80 年代中期，意大利造船工程師 Leonardo Acciarri 是首先意識到雙相鋼2205 在化學品運輸船液化艙的應用潛力。Outokumpu 公司為他設計的幾艘貨輪提供了雙相鋼。最近，當 Acciarri 在設計將在遠東地區建造的化學品運輸船時，他選擇了Outokumpu公司的另一個產品， LDX 2101?。2013 年，Outokumpu 公司為Stolt 運輸集團在中國建造的 5 艘化學品運輸船提供了 12250 t 雙相不銹鋼 2205。同時，NSSC 還開發了另一種經濟型雙相鋼 NSSC?2120，作為奧氏體不銹鋼 304 的替代品用于化學物品運輸船。日本的兩家造船廠，Sasaki 和 Hakata 在建造化學物品貨船和原油油輪時，采用了NSSC?2120 雙相鋼。這是日本第一次使用雙相鋼建造船只。NSSC 還提供雙相鋼 DX1（與2205 類似）和317LN 和 260A 兩種奧氏體不銹鋼用于化學品運輸船。近的項目證實了雙相鋼在化學制品運輸船的建造中是如何不可或缺的。2013 年 7 月，南通明德重工有限公司宣稱其所建造的一艘亞洲目前大的不銹鋼內襯化學品運輸船正式下水。該運輸船可裝載 28 罐化學品，其內襯全部采用雙相不銹鋼 2205。

5 特殊應用

不同類型的船舶制造采用了不同系列不銹鋼和特殊合金：

一些破冰船配備了防磨損的爆炸焊不銹鋼冰塊輸送帶，不銹鋼可以減少摩擦，保護船身不被腐蝕。

愛沙尼亞破冰船 Botnica 擁有一條爆炸焊接的不銹鋼冰塊輸送帶和“鉸刀”

用于運輸氣體乙烯的運輸船采用的是圓柱形保溫不銹鋼儲液罐。

液化天然氣運輸船是一種特殊的運輸船。這些液化甲烷的存儲溫度為－ 163℃。這要求所用材質滿足低溫標準，有好的延展性，較強的抗脆化和抗斷裂性能。因此選用鎳鋼、高鎳合金鋼或鋁。液化天然氣運輸貨輪中主要的兩類是：采用鋁合金制造的 Moss 式存儲罐，采用不銹鋼或鎳合金制造的薄膜式存儲罐。薄膜式存儲罐的內壁厚度有兩種，使用 304L 波紋不銹鋼制造的存儲罐內壁厚度為1.2mm，而采用低膨脹鎳合金（含鎳 36%）制造的內壁厚僅為0.77mm，重量大大減輕。低溫閥組通常采用304LN 或 316LN 不銹鋼制造。低溫下焊接不銹鋼材料所用的焊條總是使用鎳合金制成。