不锈钢--低成本高效益的船舶建造材料

2018-07-30 17:55:23 作者：本网整理来源：不锈钢分会分享至：

1 和平中的锈蚀

加拿大和世界上绝大多数国家和平相处，但其海军却有一个可怕的敌人：锈蚀。2014 年 6 月，加拿大的三艘驱逐舰之一报废。在舰体上发现了大块大块的锈蚀之后，加拿大皇家海军的 HMCS Iroquois 号驱逐舰不得不退出现役。在船体外表面和在固体压载舱后面发现了6 块锈蚀。由于腐蚀，驱逐舰的舰体钢板的厚度损失平均达到 30%，而通常允许的锈蚀厚度仅为 20%。在加拿大海军所拥有的 33 艘战舰和潜水艇中，目前只有17 艘处于正常服役状态。

2 腐蚀

本文说明了船舶制造商和海军官兵为防腐而进行的一场持久战。腐蚀以不同的形式产生。当金属暴露于较高浓度的氯化物（盐）中时通常发生点蚀；温度也会造成点蚀。裂纹腐蚀会在任何有裂缝的地方，例如螺旋桨轴封和轴承，或者藤壶附着生长的地方发生。暴露在充气海水中的部位通常会发生应力腐蚀裂纹，因此有必要使用比304和316标号更高的钢种。此外，因为大多数船舶在建造时会使用各种不同的金属材料，所以经常发生电化腐蚀。各类配件、舱面船室、紧固件、船壳板、螺旋桨、轴、阀组、冷凝器和管路都是容易发生电化腐蚀的地方。当两种不同材质的金属在与海水中发生电气接触时就会发生电化腐蚀。当其中一种金属比另一种更 “高贵” 时，似乎腐蚀反应更加剧烈，即其中一种金属具有更高的电位序。例如，如果铝合金的船身板和青铜质螺旋桨发生电气接触，船身板会被腐蚀掉，因为铝会变成青铜的阳极。白铜和镍铜等所谓的防腐蚀合金也会发生同样的问题。镍铜合金常用于水箱、油箱，以及水下设备如螺旋桨轴和龙骨螺栓等。然而不仅因为其非常昂贵，同时也是因为不得不小心地将其同其它金属如钢进行绝缘处理，不然的话电解反应将会导致钢材发生解体。

化学品运输船“Xanthia”

既然腐蚀问题如此顽固，为什么多数船舶不采用高度防腐合金或特制金属如钛合金材料建造呢？答案是确实有些船只使用了这类材料，但成本较高。也已经有少数制造商尝试采用不锈钢作为船只和游艇的建造材料，特别是作为船体用钢的材料。例子是瑞典钢制游艇样艇，全部采用Sandvik 所产的超级双相钢 SAF 2507TM。该钢种原本是为海上石油和天然气钻井平台开发，选择它是因为它的抗盐腐蚀能力远远高于其它双相钢。因为船体厚度更薄，它比铝合金船更轻，油耗只有铝合金船的一半。为便于清除附着的海洋生物，吃水线以下的金属都进行了镜面抛光。世界各地的警察、海军和海上救援服务都对该样艇很感兴趣。对于大一些的船舶来说，绝大多数船舶的标准选择仍然是采用焊接的低碳钢船板。防腐措施是多样化的。

专用的聚合涂层可以预防钢板表面的离子扩散，从而避免腐蚀。阴极保护可以通过使用热浸镀锌钢实现，或者在船体表面贴一层铝、镁、锌或上述金属的合金制造的 “牺牲” 阳极来保护船身。简而言之，常见的防腐保护措施是组合使用涂层或者阴极保护。

该船采用 Sandvik 公司的超级双相不锈钢 SAF 2507TM 建造

3 不锈钢成本效益好

但造船业不锈钢和 CRA 材料的用量日益增长。除了耐腐蚀性，一些不锈钢特别是双相不锈钢，还具有优良的强度 - 重量比，可以减薄船身厚度从而降低燃耗。游艇、海洋构筑物和船用配件主要采用铝合金或不锈钢。虽然铝合金的重量较轻，但在海水中的抗腐蚀性有限，所以维护量很大。而另一方面，不锈钢则可以提供优秀的抗腐蚀性和良好的强度。

对于吃水线以上甲板上的设备，通常使用304和316钢即可。这些钢种常用于紧固件、索具、以及滑轮组、护栏、楼梯、舱门、窗框和装配件等装置。304 钢还可应用于完全暴露的部件，只要保证该部件能够频繁被淡水冲洗。其它装置最好使用316。对于长期接触海水（长期浸泡在海水中）的部件，推荐使用超级奥氏体钢（6%含钼不锈钢、双相钢或超级双相钢种）。这些钢种可用于引擎部件、被烘烤的构架、泵、螺旋桨轴、排气管、绞盘和热交换器。标准双相钢 2205 还可作为低碳奥氏体钢的代用品，用于索具和其它配件。

John Staluppi 所拥有的游艇 “钻石恒永久”，大量使用了不锈钢，表面闪闪发光

4 双相不锈钢

双相不锈钢一直用于建造化学品运输船的液化舱——化学品运输船的船体内侧的内衬板。化学物品运输船的建造主要集中在中国、日本和韩国。化学物品运输船可配备 50 液化舱，为了避免交叉污染，每个液化舱均配有独立的泵组和管路系统。当运载有毒化学物质时，液化舱便采用不锈钢制造。过去常用的是奥氏体钢如316LN 和 317L，但双相钢（主要是 2205）逐渐被采用，目前已经是受欢迎的材料了，因其罐壁更薄，减轻了重量，所以更节约燃料。

Outokumpu 公司瑞典 Degerfors 工厂生产的不锈钢厚板用于化学品运输船的内衬Outokumpu 公司已经在好几年前就开始为化学品运输船供应双相钢板。在 20 世纪 80 年代中期，意大利造船工程师 Leonardo Acciarri 是首先意识到双相钢2205 在化学品运输船液化舱的应用潜力。Outokumpu 公司为他设计的几艘货轮提供了双相钢。最近，当 Acciarri 在设计将在远东地区建造的化学品运输船时，他选择了Outokumpu公司的另一个产品， LDX 2101?。2013 年，Outokumpu 公司为Stolt 运输集团在中国建造的 5 艘化学品运输船提供了 12250 t 双相不锈钢 2205。同时，NSSC 还开发了另一种经济型双相钢 NSSC?2120，作为奥氏体不锈钢 304 的替代品用于化学物品运输船。日本的两家造船厂，Sasaki 和 Hakata 在建造化学物品货船和原油油轮时，采用了NSSC?2120 双相钢。这是日本第一次使用双相钢建造船只。NSSC 还提供双相钢 DX1（与2205 类似）和317LN 和 260A 两种奥氏体不锈钢用于化学品运输船。近的项目证实了双相钢在化学制品运输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称其所建造的一艘亚洲目前大的不锈钢内衬化学品运输船正式下水。该运输船可装载 28 罐化学品，其内衬全部采用双相不锈钢 2205。

5 特殊应用

不同类型的船舶制造采用了不同系列不锈钢和特殊合金：

一些破冰船配备了防磨损的爆炸焊不锈钢冰块输送带，不锈钢可以减少摩擦，保护船身不被腐蚀。

爱沙尼亚破冰船 Botnica 拥有一条爆炸焊接的不锈钢冰块输送带和“铰刀”

用于运输气体乙烯的运输船采用的是圆柱形保温不锈钢储液罐。

液化天然气运输船是一种特殊的运输船。这些液化甲烷的存储温度为－ 163℃。这要求所用材质满足低温标准，有好的延展性，较强的抗脆化和抗断裂性能。因此选用镍钢、高镍合金钢或铝。液化天然气运输货轮中主要的两类是：采用铝合金制造的 Moss 式存储罐，采用不锈钢或镍合金制造的薄膜式存储罐。薄膜式存储罐的内壁厚度有两种，使用 304L 波纹不锈钢制造的存储罐内壁厚度为1.2mm，而采用低膨胀镍合金（含镍 36%）制造的内壁厚仅为0.77mm，重量大大减轻。低温阀组通常采用304LN 或 316LN 不锈钢制造。低温下焊接不锈钢材料所用的焊条总是使用镍合金制成。