大型不銹鋼化學品船船體建造特點分析

張超　崔連瓊

摘 要：在分析大型不銹鋼化學品船舶的布置、結構特點的基礎上，討論了38000DWT雙相不銹鋼化學品船的設計、工藝、生產設備、鋼材選用、焊接工藝等部分特點進行重點介紹與分析，為不銹鋼船舶在設計、建造以及檢驗等領域提供指導性的意見。

關鍵詞：化學品船；雙相不銹鋼；工藝；強度；焊接

中圖分類號：U674.933 文獻標識碼：A 文章編號：1006—7973（2016）09-0042-02

雙相不銹鋼材料在化學品船中的初次應用，以及大型化學品船自身分艙多、不銹鋼艙的作業保護等技術特點，讓船舶的設計、建造及檢驗過程中遇到諸多困難。本文從實際出發，以韓通贏吉在建38000DWT雙相不銹鋼化學品船為例，從其布置特點、結構特點角度出發，分析了該船建造工藝特點及難點，為不銹鋼船舶在設計、建造以及檢驗等領域提供指導性的意見。

1 布置特點

該船在壓載泵艙和前部空艙區域中間為貨艙區域，貨艙的邊界為泵艙前端壁，前空艙后端壁，內殼，內底和主甲板。本船可以同時載運30種貨品，采用多艙制劃分。貨艙區域分割成30個獨立重力式液貨艙；中縱隔離艙后部設置一個20m?的殘油艙，每個貨艙/污油水艙設有液壓式潛液泵。設置掃艙系統滿足IBC規則滿足殘余量的要求。

船貨艙區域的雙底雙殼形成“L”型，用作壓載水艙（NO1-NO6）P/S、一對洗艙水艙。雙層底設置管弄，部分首尖艙用作壓載水艙，尾尖艙為空倉。在機艙前部設置1對燃油儲存艙，在貨艙前面設置有三個燃油儲存艙。所有燃油儲存艙不與貨艙/污油水艙相連。在尾樓甲板上設有5層甲板室含駕駛室，首部設有電驅動的可調螺距首側推，以提高操縱性。

2 結構特點

該船結構為Ⅱ型化學品船，裝載的貨品對環境或安全有相當嚴重的危險。需要有效的防護措施來消除破損漏泄，其液貨艙必須是雙殼雙底結構，并有整體液貨圍護系統。

（1）由于該船設計同時裝載不同化學性質、不同比重的貨品又形成了各艙的不均勻裝載。因此化學品船對總縱強度、局部強度和破艙穩性的要求比一般貨船更高。

（2）同時裝載多種貨物應滿足IBC規則對相互影響的貨物分隔和殘余影響的要求。對分隔和貨艙內部接頭來說，無論是垂向還是橫向，要充分考慮殘余液體的洗艙，采用雙底、雙舷，甲板骨架設置在上甲板上，箱型垂直光面縱壁和橫向槽型倉壁使艙內形成無骨架結構，既滿足貨艙強度的要求，又充分考慮到貨物清潔洗艙的需要。

（3）船舶設計過程中都不可避免地存在部分高應力區，這些區域將在船舶營運時受到各種整體和局部的應力以及腐蝕，進而影響船舶的生命周期。對于大型不銹鋼化學品船來說，其結構的安全可靠，是其運輸功能實現的根本保證，而CM 節點檢驗則是其結構安全的重要保障手段。韓通贏吉船廠在該船的建造過程中，采用LR&CCS 批準的《船體建造監控計劃》（CMP）進行CM 節點進行檢驗，根據CMP的節點計劃總共劃分9類CM節點，采用100檢驗線法和卡板檢驗法進行檢驗（圖1）。

（4）槽形艙壁設計特點。槽型艙壁占比整個貨艙不銹鋼總重40%以上，所以槽型艙壁的結構設計是否合理，就顯得非常重要。建造規范對槽型艙壁板厚的計算采用分列計算，而剖面模數則需要校核單個槽型剖面，這點尤為需要注意。本船噸位較大，考慮到拼板和后期加工成型采用橫向槽型的優化設計，本船槽型艙壁的特點是板厚從上到下由9mm分9級板縫拼版逐步加厚到19mm。既保證了艙壁強度的要求也減輕了空船重量。

（5）中縱隔艙以及I類貨艙的設計特點。本船的中縱采用隔艙設計，艙壁版用S31803雙相不銹鋼，加強骨材在隔艙內，隔艙凈寬1050mm，艙內平臺版和縱向肋板的開口尺寸600mm*800mm滿足SOLAS公約關于PMA的相關檢驗要求。本船在Fr135-Fr.151、Fr.157-Fr.168分為NO.4&NO.6貨艙，由位于第4，6貨艙的4道中縱隔艙壁將4，6貨艙分成8個獨立液貨艙，其中NO4（CP&CS），NO6（CP&CS）四個液貨艙滿足裝載I類化學品的要求，I類艙裝載的貨品對環境或安全有非常嚴重的危險，根據IBC規則的劃分要求液貨艙離船底殼板的距離不得小于B/15或6m（取小值），最小值為0.76m，舷側雙殼寬度不得小于B/5或11.5m（取小值），最小值為0.76m。所以本船通過增加隔艙設計使其中NO4（CP&CS），NO6（CP&CS）四個液貨艙滿足裝載I 類化學品的要求。

3 貨艙材料的特點

化學品船運輸的較多貨品帶有較強的腐蝕性。常見的貨艙不銹鋼有316L 316LN S31803等。各種不銹鋼在力學性能、耐腐蝕性、可焊性和價格上都有較大的差異；本船貨艙采用LR UNS S31803也就是我們通常說的2205雙相不銹鋼。主要有以下優點：

（1）雙相不銹鋼具有更好的抗腐蝕能力；

（2） 較高的屈服強度，采用雙相鋼可以降低空船重量節約造船成本；

（3）雙相鋼具有較低的膨脹系數，接近結構鋼，有利于降低熱應力的影響；

（4）奧氏體不銹鋼焊接性能要好一些，不容易發生脆化現象。但在相互之間焊接和與結構鋼之間的焊接時需要不同的焊材而2205只需要一種焊材，使用效率更好全壽命維護成本較低。

4 生產設施以及施工特點

由于不銹鋼船艙制作的特殊要求，該船的生產場地分為不銹鋼專用加工車間，不銹鋼分段組裝專用車間。

不銹鋼船體制作的重要特點之一就是體現在制作過程中的操作和保護；為了避免和碳鋼的接觸以及碳鋼粉塵對不銹鋼表面的污染，現在普遍的做法是設立不銹鋼專用生產車間，主要有以下幾個特點：

（1）采用不銹鋼專用油壓機 ，杜絕與碳鋼的接觸，保證足夠的壓力。

（2）采用不銹鋼專用坡口加工設備， 既要避免碳鋼的接觸污染又要滿足高強度的加工能力。

（3）采用專用吊運設備，避免劃傷不銹鋼板材，保護鋼材表面的鈍化膜。

（4）采用專用胎架，與不銹鋼接觸的部位采用不銹鋼或者是硬質塑料，避免不銹鋼板與碳鋼直接接觸。

（5）施工人員在不銹鋼作業時應穿鞋套，對完成作業后不銹鋼表面涂石灰水保護。

5 焊接工藝特點

雙相不銹鋼化學品船的焊接，關鍵是獲得與母材相當的焊接接頭，因此需要采用相應的焊材和相適應的焊接技術來實現。重點在于熱影響區性能變化及接頭鐵素體含量控制。為了抑制焊縫中鐵素體的過量增加，采用奧氏體占優勢的焊縫金屬是雙相不銹鋼的焊接趨勢。根據研究和試驗發現，影響雙相鋼雙相組織平衡的影響因素主要有以下幾個方面：

（1）合金元素的影響。一般采取在焊接材料中提高鎳或是加氮這兩條途徑。通常鎳的含量比母材高2%～4%，雙相鋼焊材的鎳含量就高達8%～10%之間。如果用含氮的填充材料比只提高鎳的填充材料效果更好，兩種元素都可以增加奧氏體相的比例并使其穩定，加氮不僅能延緩金屬間相的析出，而且還可提高焊縫金屬的強度和耐蝕性能。

（2）熱循環的影響。雙相不銹鋼焊接的最大特點是焊接熱循環對焊接接頭內的組織有影響，無論焊縫還是熱影響區都會有相變發生，這對焊接接頭的性能有很大影響。一般采用多層多道焊，后續焊道對前層焊道有熱處理作用，焊縫金屬中的鐵素體能進一步轉變為奧氏體，成為以奧氏體占優勢的兩相組織。為保證焊縫和接頭有滿意的力學與耐腐蝕綜合性能，焊接時必須注意熱輸入量和層間溫度，建議使用的熱輸入量0.5～2.5k J/m m，最高層間溫度150℃。

（3）工藝措施的影響。焊接工藝參數即焊接線能量對雙相組織的平衡也起著關鍵的作用。由于雙相不銹鋼在高溫下是100%的鐵素體，若線能量過小，熱影響區冷卻速度快，奧氏體來不及析出，過量的鐵素體就會在室溫下過冷保持下來。若線能量過大，冷卻速度太慢，盡管可以獲得足夠的奧氏體，但也會引起熱影響區的鐵素體晶粒長大以及σ相等有害金屬相的析出，造成接頭脆化。為了避免上述情況的發生，最佳的措施是控制熱輸入值和層間溫度，并使用填充金屬。

6 結束語

該38000DWT不銹鋼化學品船是目前國內船廠建造是南通韓通贏吉首次建造，也是在這個領域我們CCS和LR共同參與檢驗的重要嘗試，根據現有建造計劃，采用半串聯式的方式連續建造，工期緊張，任何一個環節的延誤對整個系列船的建造和檢驗都會影響。因此，針對該船的特點，技術難點進行充分的研討，有針對的制定行之有效的措施，尤為重要。

參考文獻：

[1]中國船級社《材料與焊接規范》人民交通出版社

[2]中國船級社《鋼制海船入級規范》人民交通出版社

[3]國際鉬協會出版《雙向不銹鋼加工實用指南》