化学品船制造中不锈钢的应用

化学品船制造中不锈钢切割、成型&焊接目录1简介2不锈钢及其腐蚀3货舱的使用要求4存贮及处理5切割6成形7焊接8打磨9货舱最终清洁和酸洗10液货舱的最终检查化学品船不锈钢液舱建造经验总结——不锈钢的切割、成形及焊接液态化学品的海上运输是一项复杂的商贸活动，在这上面有很高的要求。关键问题是要求安全、经济。随着使用要求的提高，越来越多的化学品船上采用不锈钢材料的液货舱。1、简介由于材料表面可以天然形成一层保护层，不锈钢具有良好的抗腐蚀性。表面的完好对于保持不锈钢的抗腐性是最重要的。从轧钢厂运出的不锈钢表面可能在施工建造过程中受到损伤。重要的是在船出厂以前这样的损伤要从新修复好，表面质量及抗腐蚀性要保证。为了避免最后一分钟出现问题，不应把船舶交验看作一个独立的阶段，要从设计及整个建造过程中加以考虑。要遵守特殊的工艺方法及注意事项。主要是清洁及良好的维护工作。虽然这些规矩有时认为不必要，但是从许多船厂的长期经验来看，这样可以节省花在修理及表面处理工作上的财力。2、不锈钢及其腐蚀2.1不锈钢原理2.1.1钝化及抗腐蚀性化学品船采用不锈钢作为货舱材料是利用它的钝化特性。钝化层是一层薄的，致密的保护层，隔离金属与腐蚀环境。保护层主要含有比钢材本身抗腐蚀的铬氧化物。如果钝化层遭到机械或化学损伤，如果条件允许，钝化层重新复原，钢板恢复到原来状态，清洁的不锈钢表面暴露在空气当中将产生一层天然的钝化层。因为保护层含有氧化物，不锈钢为形成及保持钝化层需要氧化。为了重新修复已被破坏了的钝化层，不锈钢表面要重新氧化，因此不锈钢表面要不停的消耗氧化剂。通常大多数化学品的氧化能力足以维持钝化层，并且一旦保护层破坏，可以使钢材重新钝化。在一些特殊环境下（如热强酸及其它化学品）氧化能量不足以维持钝化层，钝化层将溶解，暴露的金属表面处于活性状态，将遭到腐蚀。这种腐蚀称之为常规腐蚀。钝化层也可能被特定的介质破坏，如含有氯离子的溶液。所有的钝化层含有正常情况下不会损伤保护层的微观缺陷。然而卤离子（如氯离子）可以局部地损伤钝化层并且阻碍新的保护膜的生成，在这种情况下其它钝化层发生局部的、迅速的破坏。在化学品船上经常发现表面点蚀和裂隙腐蚀这样类型的局部腐蚀，位置是在堆积物和垫圈下面、螺纹连接处和其它间隙处。2.1.2合金元素的影响生产不锈钢时加入多种合金元素，这些合金元素的加入比例通常决定钢材的抗腐蚀性和其它一些性能。在生产中纯净度的控制、正确的热处理等其它一些因素也大大影响钢材的最终性能。但是常规性能是依靠加入合金元素获得的。铬（Cr）—不锈钢中的主加合金元素，主要负责钝化层的生成。Cr含量越高，抗腐蚀性越强。钼（Mo）—提高抗腐蚀性，尤其对于局部腐蚀（例如点蚀、裂隙腐蚀）有特殊作用，它的作用受氮的影响面增强。氮（N）—提高奥氏体钢和复相钢的强度，提高抗点蚀和其它局部腐蚀性能，它促进了奥氏体组织的生成。镍（Ni）—提高了抗常规腐蚀的能力，但主要目的是促进奥氏体生成，镍在奥氏体不锈钢中，例如316L、317L，加入镍是为了获得所需要的奥氏体，在复相钢中如2205（UNSS31803）当中，加入镍是为了获得合适的微观组织匹配。2.1.3用于建造化学品船的AvestaSheffield不锈钢材料AvestaSheffield已经开发出用于建造化学品船货舱的许多牌号的钢材。这些钢材具有良好的抗腐蚀性、高强度、良好的焊接性。需要指出的是这些钢材的成分和性能与相应的标准牌号有很大区别。AvestaSheffield生产的钢材的性能数据不完全适用于相应的标准牌号。AvestaSheffield牌号典型的化学成分（%）标准CCrNiMoNAISI/UNSW.—Nr.SKR-40.02017.511.02.00.14316LN1.4435SNR-40.02018.513.53.50.14316LN1.443822050.02022.05.53.00.17S318031.44622.2腐蚀及其原因2.2.1常规腐蚀这种类型腐蚀破坏表面大部分的材料均匀性，通常发生在无机酸、非氧化性酸溶液或热强腐蚀性溶液中。在这些情况下，钝化被破坏，钝化层溶解，使金属遭到腐蚀性破坏，在钢材抗腐蚀性降低的区域，这种类型的腐蚀会加强，如有残留的焊接氧化物或打磨处。2.2.2点蚀卤素离子，比如氯化物和溴化物可能渗透到钝化层中去，引起钝化破坏，卤素离子阻碍钝化层的重新修复，这样就造成了快速的、集中的点蚀破坏。点蚀从小的缝隙开始，但可能深入到金属的内部。点蚀形成后，腐蚀加快，在近表面形成一个又深又大的空穴。点蚀一开始很难被发现，判断其腐蚀程度也相当困难。不锈钢表面的钝化层有一些凹痕或擦伤等缺陷，不锈钢上沾有铁质微粒或灰尘、焊缝上的弧坑、气孔、飞溅，这些都可能形成钝化层的薄弱环节。2.2.3隙间腐蚀在狭小的间隙处比如法兰或螺纹连接处，在缝隙内钝化层可能被破坏，这样钢材将遭到腐蚀，在卤离子的作用下腐蚀加快，因此在不锈钢舱室里要避免间隙的存在。在设计的时候应避免组合间隙，同时要注意在建造过程中不能产生间隙，设计者应尽可能避免采用法兰或螺纹连接。2.2.4晶间腐蚀在晶界区域铬碳化物析出，沿晶界发生铬区域，造成抗腐蚀性下降，在强酸性环境下被腐蚀。晶间腐蚀造成表面粗糙，复合钢（cladsteel）上面被称做“象皮”。如果不锈钢已经发生敏化，易于发生晶间腐蚀，那么不锈钢只有加热到1050以上，然后在水中急冷，才能重新恢复抗腐腐蚀性。在实际生产中如果材料已经发生敏化，要重新恢复抗腐蚀性就得更换材料。奥氏体不锈钢和铁素体—奥氏体不锈钢在550—800长时间受热会容易产生这种腐蚀。化学品船上面的不锈钢含碳量低于0。030%，正常情况下不会发生这种腐蚀。然而，钢材表面如果受到油、油脂、涂料或油漆笔的污染，受热以后含碳量增加，易于发生晶间腐蚀。因此所有受热部位无论是焊接、等离子切割或火工矫正，这些区域在受热前都须仔细清理，晶间腐蚀也可能发生在复合钢中，此时碳从碳钢层熔解到不锈钢中。2.2.5应力腐蚀裂纹应力腐蚀裂纹是奥氏体不锈钢在氯离子、机械应力和温升作用下产生的局部开裂，在60以下和货舱内很少发生应力腐蚀裂纹。它偶而出现在受热的盘管中（加热盘管氯离子的半因体油或暴露在含有氯离子的海水压载舱中）。复相钢和奥氏体钢相比，实际上不会发生氯离子应力腐蚀裂纹。2.2.6边舱的电化学腐蚀异种材料因为电解液相连可能会发生电化学腐蚀，当碳钢与不锈钢焊接时活性金属碳钢发生加速腐蚀。这种情况发生在不锈钢与碳钢表面一齐暴露的边舱当中，碳钢发生剧烈腐蚀。在电解电压驱动下，两构件之间的电解电流引发电化学腐蚀。为了切断电解电流，采用涂装加以隔离。大面积的涂装表面和小的气孔、针孔及碳钢涂装层的裂纹之间，形成了面积比，在这些部位将发生强烈的腐蚀因此不锈钢表面也要涂装。由于腐蚀碳钢上的涂剥落腐蚀面积增加，使用正确的涂装技术可以解决这些问题。涂层的选择主要取决这些舱室的用途，货舱舱室内主要使用的是环氧涂层和硅酸锌涂层，压载舱使用树脂涂层，无论使用何种涂料，都要求覆盖和粘着表面，这就要求仔细的表面处理及良好的涂坟技术。2.3物理性能不锈钢与普通碳钢相比物理性能有显著的不同，在设计建造中有两个性能需要注意：热膨胀性及热导率。不锈钢的热膨胀性大与普通碳钢，奥氏体钢SKR-4及SNR-4尤其显著，而复相钢2205判别就小的多。不锈钢的热导率要比普通碳钢低，焊接时产生的热量就大量的集中在焊接接头附近。AvestaSheffieldgradeSKR-4/SNR-42205普通碳钢热导率20℃(W/M2℃)λ13.520.042热膨胀系数20--100℃(℃-1)α16.5*10-613*10-612.5*10-6高的热膨胀率材料在加热、与氏的热导率材料连接时，会产生高应力和焊接变形。当热的货物装进舱室或蒸汽通入管道加热舱室时，高热膨胀率也会产生应力。在设计和安排生产计划的时候应考虑这种热膨胀的影响。3货舱的使用要求化学品船在使用当中，可能要运输几百种甚至上千种不同的货物，有些货物具有腐蚀性或毒性，有一些货物可能易燃或易爆，有一些可能危害环境。为了安全经济的运输，货舱必须满足一定的要求。这些要求归结起来是抗腐蚀性、结构完整性和易清理。抗腐蚀性对于保证货物的安全存放和货物不其它腐蚀货物污染是必要的。这就要求在舱室的建造过程当中不锈钢的抗腐蚀不能遭到破坏。钢材的抗腐蚀性会因为污染、不正确的处理或错误的建造方法而被损害或降低。然而采用正确的技术，遵守必要的注意事项，舱室可以使用很多年而不损坏。结构的完整性对于船舶的安全性和环境都至关重要，这里好的设计和正确施工同样重要。采用正确的焊接及处理工艺，危害结构完整性的缺陷都可能避免。快速简便的货舱清理对于经济因素有重要影响。货舱清理的方便性部分取决于舱室的设计（如不能有任何难到清理的角落和任何难到达到的死角0，部分取决于表面收尾工作。为了确保舱室容易清理，舱室表面应该光滑，没有难以清理的粗糙的点及角落。为了达到这样的标准，在材料的保管及处理、舱壁的预成形、建造及零部件的装配焊接过程中应采取必要的预防措施。最后要考虑舱室的外观成形，尽管从纯技术的角度看，对于舱室的功能不是完全必要，但实际证明是相当重要的。因为舱室是由货主指派的检验员来检验，很重要的一点是要避免对舱室的标准争论不休，外观很差可能导致检验员在装货以前要求额外的清理工作，这样，舱室的外观就会影响到经济效益。一个干净整洁的舱室应当没有许多不必要的订磨痕迹、质量差的焊缝和修理凹痕，它表明了一个工厂的工艺技术质量水平。4、存贮及处理4.1通则不锈钢货舱必须是抗腐蚀的，良好的抗腐蚀性是领先干净光滑、没有任何缺陷的表面来保证。因此从网厂运来的钢板要经过严格的酸洗、清理。为了保护钢材的抗腐蚀性，在不锈钢的储存和运输处理过程当中，要采取必要的注意事项。有两种方法可以保证已完工的舱室具有良好的抗腐蚀性，一种办法是通过修复表面所有在储存建造过程中不当心引起的缺陷，这种修复方法依靠打磨以形成光滑的表面，既费时又不经济，不是理想的方法。实际证明在最坏的情况下舱室内表面可能要求全部打磨和抛光。所要修复缺陷的检验与标识要花费大量时间，修理工作结束后，又要进行第二次检验以确保修理工作合格。尽管这样，仍有存在缺陷的危险，在船厂与船东之间争论不休，损害船厂的声誉。这种大范围的修理和收尾工作花费巨大。从抗腐蚀性和经济效益两方面考虑，如果在建造修理过程当中涉及到每个人心中都有最终要求标准而投入工作，那么修理打磨的工作量就可能减少到最小。不锈钢在建造过程当中的储存和处理的目标是防止钢材表面受到机械损伤和污染。钢板表面的所有缺陷，如划痕、凹痕及由碳钢造成的污染，在最终的酸洗清理之前都应去除。其它类型的缺陷例如油污、油漆、油脂包括鞋印等，要从所有的受热区域去除掉（如在焊接接头附近区域）。所有这些“额外”的工作浪费时间金钱，应尽量将此类工作量减少到量小。为此可以采取一些简单的措施。4.2不锈钢存贮不锈钢的常规存贮很简单：单独存放，防止机械划伤及污染，下面是一些更详细的规则。A不锈钢放在受保护的区域不锈钢板、管子和棒材，放置的时候应防止机械损伤及污染。不锈钢上面应该有覆盖，并且不能受到碳钢杂质的影响，存贮应选在室内或遮棚下面，如果不锈钢产品放在室外外，它们应该用帆布或类似的遮盖物来防护。B不锈钢勿靠近污染源不锈钢严禁靠近碳钢工作区域，也应远离等离子切割、打磨或进行涂装的作业区域。C不锈钢与碳钢不能混合存放不锈钢不能与碳钢混合或堆叠，因为这样不锈钢会受到碳钢污染。同样不允许把碳钢棒材、链环或工具存放或临时搁置在不锈钢制品上。D防止污染不锈钢不能放在桁车或其它可能滴落油或油脂的设备下面。不能在不锈钢板上面放置碳钢棒材、链条或其它工具。E钢板放置在运输货厢中为了保护不锈钢表面,最好是把不锈钢放进运输货厢中直接投入工作使用,一旦从运输货厢中取出,钢板上面应覆盖帆布、塑料或其它类似的保护物以防止油、油脂、油漆的污染。F在钢板下面或钢板之间使用木质板条板条应有足够的厚度，在用行车或叉车吊运钢板时不需要再在钢板之间强行加入超重设备。在没