船舶螺旋桨用不锈钢的发展

文章编号:100321545(2002)0620043204船舶螺旋桨用不锈钢的发展

方正春(洛阳船舶材料研究所　洛阳　471039)

摘　要　概述了船舶螺旋桨用不锈钢的发展,给出了几种性能优良的不锈钢螺旋桨材料,阐述了不锈钢作为螺旋桨材料的优缺点。

关键词　不锈钢　铜合金　螺旋桨

中图分类号:TG142.71,U664.34 文献标识码:A

Development of the Stainless Steel of Marine Propeller

Fang Zhengchun(Luoyang Ship Material Research Institute,Luoyang471039,China)

Abstract　The development of the stainless steel for marine propeller is reviewed.S ome types of stainless steel used in propeller have good properties.And in this paper,author also give the comparison between stainless steel and cop2 per alloy for marine propeller and show the advantages and disadvantages of stainless steel.

K eyw ords　Stainless steel　Copper alloy　Propeller

长期以来船用螺旋桨材料多选用铜合金,其

中镍铝青铜又是首选材料。其原因主要是:(1)铜合金的耐腐蚀性好,基本上可满足海水中螺旋桨的使用要求;(2)铜合金的熔点低,便于熔炼和铸造,铸件不需要进行热处理,经加工便可使用。

由于铜合金材料强度的大幅度提高受到限制,随着船舶的大型化和单轴功率的增大,迫切需要开发强度更高的螺旋桨材料。此外,近年来港湾和江河水域的海水污染加剧,铜合金螺旋桨的耐蚀性能也开始出现问题。因工业废水和城市污水的排放,使海水中的有机物大量增加,导致厌气性硫酸盐还原菌大量繁殖。海水中的硫酸盐被还原后产生了对铜合金具有强烈腐蚀作用的硫离子。因此,铜合金螺旋桨因这种腐蚀所造成的破坏常有发生,甚至仅使用数日螺旋桨表面便发黑且粗糙不堪。

取代铜合金的不锈钢螺旋桨材料便成为螺旋桨材料开发的新方向。本文就船舶螺旋桨用不锈钢的发展及其优缺点概要地加以论述。

收稿日期:20022022071　螺旋桨用不锈钢的发展

1.1　13%Cr和18%Cr钢

13%Cr钢是最早用于螺旋桨的马氏体型不锈钢[1],名义成分为13Cr21Ni21Mo。这种钢在海水中有良好的耐蚀性,在0℃的海水中不会产生间隙腐蚀和点蚀,非常适用于冰区航行的船舶螺旋桨,北欧各国和前苏联已大量采用此钢。但是,这种不锈钢在含中性盐类的海水中使用耐蚀性不佳,有产生间隙腐蚀和点蚀的倾向。此外,这种钢铸件必须进行固熔热处理,给整体铸造螺旋桨的生产带来困难。

18%Cr钢属于铁素体型不锈钢[2],在退火状态下使用。由于其强度不高,尤其是腐蚀疲劳强度较低,这是使用中的致命缺点。

1.2　1828和1724p H钢

1828不锈钢为奥氏体型不锈钢。这种钢用于大型螺旋桨时,不仅强度不足,而且晶间腐蚀和点蚀非常敏感,在海水中使用存在着各式各样的问题。

第17卷第6期 材　料　开　发　与　应　用 2002年12月

1724p H钢是美国Armco公司开发的析出硬化型不锈钢[3]。由于含有δ2铁素体相,对缓冷的大型铸件易导致脆化,不进行复杂的热处理,不能作为螺旋桨材料使用。

1.3　MCF不锈钢

MCF(Mitsubishi Cupro2Ferrous alloy)不锈钢是日本三菱重工开发的在污染海水环境下使用的螺旋桨材料[1]。在确定成分时,为保证对污染海水的耐蚀性,添加了必要的铬,以形成钝态膜;为防止局部腐蚀的发生和发展,添加了必要的镍、锰和钼。MCF不锈钢的化学成分见表1,力学性能见表2。

表1　MCF的化学成分(w) %　Fe Mn Ni Cr Cu Mo Si C

余量15～3010～205～12<7.53～6<1.0<0.08

表2　MCF的力学性能

编号σbΠMPaσ0.15ΠMPaδ5Π%HB壁厚Πmm 151518864.811130 250218362.011660 348819165.4111100

MCF不锈钢的金相组织为单一的面心立方的γ相。显然,单相组织对材料的耐蚀性是有利的。只要含碳量不超过0.08%,便不会出现有损于MCF耐蚀性的碳化铬和σ相。

MCF不锈钢具有以下特点:

(1)MCF的静态强度与高强度黄铜大体相当,但作为螺旋桨设计应力标准的动态腐蚀疲劳强度和抗空泡剥蚀性却与镍铝青铜一样。

(2)MCF的熔点较一般铸钢都低,固相温度为1270℃,液相温度为1325℃,因此便于熔炼和铸造。采用现有的熔铜中频或工频感应电炉便可生产,而且铸造状态也可保持其力学性能和腐蚀疲劳强度。

MCF不锈钢适用于一般商船螺旋桨,并以中、小桨为主。到1974年止,已有100多只桨装船使用,未曾出现任何事故。

1.4　MSS不锈钢

MSS(Mitsubishi Special Steel)不锈钢是三菱重工开发的用于大型螺旋桨的高强度特殊钢[4]。确定化学成分时,为提高强度,使之成为沉淀硬化型钢,基体组织为马氏提组织,抑制钢析出δ2铁素体相;为提高耐蚀性,尽量添加较多的铬。最终确定的化学成分见表3,力学性能见表4。

表3　MCRS的化学成分(w) %　

C Si Mn Cr Ni Mo Co Cu B Fe

<0.150.01～0.90.1～1.58.0～13.0 2.0～8.0 1.0～5.0 2.0～5.00.5～5.00.001～0.005余量

表4　MSS的力学性能

状态σ0.2ΠMPaσbΠMPaδΠ%HB

急冷6230.4363 12℃Πh缓冷772118815.2370 6℃Πh缓冷650107917.6341

缓冷和时效1052112310.4363

MSS钢即使在非常缓慢的冷却速度下也可淬成马氏体组织,强度和韧性都较优异,很适合制作诸如螺旋桨这样的大型铸件。特别是如果在500～600℃加热,会产生所谓的“时效硬化”,使强度和韧性进一步提高。如表4所示,MSS钢的拉伸强度是现用镍铝青铜螺旋桨的1.7倍,屈服强度和硬度则是镍铝青铜的2倍多。

当冷却速度过快时,MSS钢的强度和塑性都有下降的趋势,这时应进行缓冷热处理。显然,当进行单叶片组合焊桨施工或桨的补焊后也需缓冷热处理。

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