船舶用耐腐蝕鋼材簡(jiǎn)介

摘 ?要：船體結(jié)構(gòu)外部處于海洋環(huán)境，內(nèi)部受壓載水或者貨艙侵蝕，影響船舶的結(jié)構(gòu)完整性，增加船舶維修成本腐蝕。為此國(guó)內(nèi)外開發(fā)系列耐蝕鋼，提高船體結(jié)構(gòu)構(gòu)件的耐腐蝕性能，已經(jīng)在多條實(shí)船建造得到應(yīng)用。。

關(guān)鍵詞：船舶腐蝕;防腐;耐蝕鋼

中圖分類號(hào)： ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ?DOI：

工業(yè)和信息化部“耐蝕鋼在大型船舶應(yīng)用研究項(xiàng)目”資助項(xiàng)目

0 ? 引言

船舶航行在海上，長(zhǎng)期處于高濕、高鹽的海洋環(huán)境中，極易發(fā)生腐蝕。船體結(jié)構(gòu)如果受到嚴(yán)重的腐蝕，會(huì)降低船舶的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，縮短船舶的使用壽命，直接影響到船舶的安全性和可靠性。為此，世界各國(guó)都在大力發(fā)展船舶防腐材料和技術(shù)，保障船舶的服役安全與可靠性，降低重大災(zāi)害性事故的發(fā)生。船舶常用的防腐蝕措施包括選用耐腐蝕的船體材料、涂層保護(hù)措施、陰極保護(hù)等。其中耐腐蝕的船體材料，提高材料本身的耐腐蝕性能，降低腐蝕速率，減少甚至免除船舶涂裝，不僅減少船舶的維護(hù)頻率，而且可以降低涂料的揮發(fā)物物質(zhì)排放，成為船舶防腐蝕的一種選擇。

目前，船舶上有應(yīng)用的耐腐蝕材料主要有：原油油船貨油艙耐蝕鋼、延緩?fù)繉邮У匿摬摹⒚禾窟\(yùn)輸船貨艙耐蝕鋼，本文就目前船舶上應(yīng)用的耐腐蝕鋼材進(jìn)行介紹。

1 ? 原油油船貨油艙耐蝕鋼

一些研究表明，在原油油船貨油艙中，經(jīng)常發(fā)生上甲板的剝離狀均勻腐蝕和內(nèi)底板的點(diǎn)狀腐蝕。貨艙區(qū)域內(nèi)甲板下結(jié)構(gòu)的腐蝕可能降低縱向強(qiáng)度，從而導(dǎo)致發(fā)生更嚴(yán)重結(jié)構(gòu)故障，內(nèi)底板的點(diǎn)蝕可導(dǎo)致原油泄漏至雙層底空間，從而增加爆炸和污染風(fēng)險(xiǎn)。

1.1貨油艙上甲板耐蝕鋼

原油油船頂部存在防止爆炸的惰性氣體和大量原油揮發(fā)的H2S，對(duì)氣體成分分析后，H2S氣體濃度較高，O2、H2O和CO2共存。同時(shí)貨油艙上甲板受陽光照射晝夜產(chǎn)生溫度變化。實(shí)船檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)貨油艙上甲板腐蝕產(chǎn)物主要是含有硫元素的銹層，腐蝕形式通常是均勻腐蝕。

雖然抗硫化氫腐蝕的材料已經(jīng)在石油等行業(yè)廣泛應(yīng)用，但是原油油船貨油艙上甲板的腐蝕環(huán)境與石油行業(yè)并不相同。為此，國(guó)內(nèi)外開發(fā)原油油船貨油艙耐蝕鋼，通過合金元素的添加提高鋼材在貨油艙環(huán)境下的耐腐蝕性能。

為了評(píng)價(jià)鋼材在貨油艙上甲板環(huán)境下的耐腐蝕性能，根據(jù)原油油船貨油艙上甲板的腐蝕環(huán)境，建立模擬貨油艙上甲板的鋼材耐腐蝕試驗(yàn)。用蒸餾水和模擬貨油艙氣體（4% O2 - 13% CO2 - 100ppm SO2 - 500ppm H2S - 83% N2），試樣在25℃到50℃兩個(gè)溫度之間轉(zhuǎn)換。測(cè)算得到鋼材在貨油艙上甲板腐蝕環(huán)境下的年腐蝕率[1] 。

開發(fā)的貨油艙頂部耐蝕鋼在上述腐蝕環(huán)境下，年腐蝕速率約為常規(guī)鋼的1/4左右。該耐蝕鋼實(shí)際應(yīng)用于原油油船貨油艙頂部，且無保護(hù)涂層，暴露結(jié)果表明，該耐蝕鋼的腐蝕速率與實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)結(jié)果相近。

1.2貨油艙內(nèi)底板耐蝕鋼

理論上，原油的腐蝕性很小，但是貨油艙內(nèi)的原油不是100%的原油，實(shí)際上貨油艙內(nèi)底板有一定NaCl含量且酸性的溶液。實(shí)船檢驗(yàn)內(nèi)底板的腐蝕形式通常是點(diǎn)蝕。

根據(jù)原油油船貨油艙內(nèi)底板的腐蝕環(huán)境，建立模擬貨油艙內(nèi)底板的鋼材耐腐蝕試驗(yàn)。將試樣浸沒于含有10%（重量比）的NaCl溶液，pH值調(diào)節(jié)到0.85酸性，測(cè)量耐蝕鋼在這種腐蝕環(huán)境下的腐蝕速率[1]。

開發(fā)的貨油艙內(nèi)底板耐蝕鋼在上述腐蝕環(huán)境下，點(diǎn)蝕密度遠(yuǎn)小于常規(guī)鋼。

耐蝕鋼力學(xué)性能和焊接性能和常規(guī)鋼類似，相比常規(guī)鋼具有優(yōu)異的耐腐蝕性能，不需要涂裝，理論上在整個(gè)船舶壽命（25年）期間無需更換鋼板。

3 ? 延長(zhǎng)涂層壽命鋼

船體結(jié)構(gòu)多數(shù)由鋼材建造，由于船舶長(zhǎng)期處于海洋環(huán)境中，腐蝕極為嚴(yán)重，目前船體結(jié)構(gòu)主要由涂層防腐蝕。一般涂層的目標(biāo)壽命在5-15年左右，取決于涂料類型、鋼材表面處理、涂裝工藝、涂層檢驗(yàn)及維護(hù)。以船舶25年目標(biāo)壽命計(jì)算，至少需要重新涂裝一次。由于涂層修補(bǔ)維護(hù)的操作環(huán)境不如新造船階段，涂層修補(bǔ)難以長(zhǎng)時(shí)間保證防腐蝕效果。因此，期待開發(fā)出延緩?fù)繉邮А⒈M可能減少涂層修補(bǔ)的鋼材。日本JFE鋼鐵公司開發(fā)出可抑制涂層劣化的新型耐腐蝕鋼。該耐蝕鋼適當(dāng)添加Cu-Ni-Sn-W等元素，在耐腐蝕元素的作用下，耐蝕鋼在漆膜下形成保護(hù)層，保護(hù)層可抑制涂層起泡和剝落。JFE通過實(shí)驗(yàn)室加速根腐蝕試驗(yàn)和實(shí)船掛片驗(yàn)證耐蝕鋼的耐腐蝕效果。加速腐蝕試驗(yàn)估算的重新噴漆間隔是傳統(tǒng)鋼材的1.7倍，耐蝕鋼應(yīng)用于壓載水艙頂部掛片顯示耐蝕鋼有效將涂層失效面積抑制到常規(guī)鋼的75%，耐蝕鋼的腐蝕深度降低到常規(guī)鋼的84%延長(zhǎng)涂層壽命[2]。如果將延長(zhǎng)涂層壽命耐蝕鋼應(yīng)用于壓載水艙，可以將單次涂裝的涂裝壽命延長(zhǎng)到25年，減少重新噴漆的次數(shù)，降低船舶的維護(hù)修理成本。

4 ? 煤炭運(yùn)輸船貨艙耐蝕鋼

煤炭運(yùn)輸船貨艙由于煤炭中的硫與水發(fā)生反應(yīng)，生成稀硫酸溶液，對(duì)貨艙鋼板產(chǎn)生嚴(yán)重腐蝕。為此國(guó)際船級(jí)社協(xié)會(huì)（IACS）在散貨船和油船結(jié)構(gòu)共同規(guī)范規(guī)定散貨船內(nèi)底板腐蝕增量最大增厚3.7mm。即使貨艙艙底采用涂層保護(hù)，可是裝卸貨時(shí)鏟車或者抓斗經(jīng)常造成涂層的破壞，造成涂層失效，發(fā)生腐蝕。為此日本開發(fā)出耐煤炭腐蝕的鋼材。實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的煤炭腐蝕試驗(yàn)表明，該耐蝕鋼對(duì)于煤炭的腐蝕速度明顯下降[3]。因此，可以預(yù)期，煤炭運(yùn)輸船貨艙采用耐蝕鋼將會(huì)降低運(yùn)煤船貨艙的維護(hù)費(fèi)用。自2014年開發(fā)以來，日本煤炭運(yùn)輸船貨艙耐蝕鋼已經(jīng)在九條船舶得到應(yīng)用，主要應(yīng)用于貨艙內(nèi)肋骨和部分內(nèi)底板。

5 ? 結(jié)語

近年來，日本先后開發(fā)原油油船貨油艙耐蝕鋼、延長(zhǎng)涂層壽命耐蝕鋼、煤炭運(yùn)輸貨艙耐蝕鋼，實(shí)驗(yàn)室模擬試驗(yàn)和實(shí)船試驗(yàn)表明，耐蝕鋼相比傳統(tǒng)鋼材，腐蝕速率明顯下降。耐蝕鋼提高了船體結(jié)構(gòu)的耐腐蝕性，降低船舶涂裝成本，已經(jīng)在多條船舶得到應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]國(guó)際海事組織，MSC.289（87）決議原油油船貨油艙防腐蝕替代方法性能標(biāo)準(zhǔn)，2010.

[2]SHIOTANI Kazuhiko.NAKAMURA Masayoshi.Coating Deterioration and Corrosion Behavior of Ship Using Corrosion Resistant Steel for Ballast Tank “JFE-SIPTM-BT”[R].JFE TECHNICAL REPORT，2015（3） ：40-46.

[3]世界金屬導(dǎo)報(bào).耐蝕性系列船用鋼板JFE-SIP[EB/OL].（2020-11-10）[2020-11-17].http：//www.worldmetals.com.cn/viscms/bianjituijianxinwen1277/20201117/253112.html.

基金項(xiàng)目：工業(yè)和信息化部“耐蝕鋼在大型船舶應(yīng)用研究項(xiàng)目”資助項(xiàng)目

作者簡(jiǎn)介：黑明（1979-），男，碩士研究生，研究方向?yàn)榇昂秃Ｉ显O(shè)施材料與焊接規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。