不锈钢焊接海船锚链的腐蚀失效分析
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材料断裂理论与失效分析不锈钢焊接海船锚链的腐蚀失效分析
专业:材料工程(锻压)
类型:应用型
姓名: ***
学号: 15S******
不锈钢焊接海船锚链的腐蚀失效分析
引言
锚链(cable)是连接锚和船体之间的链条,用来传递和缓冲船舶所受的外力。也能产生一部分的摩擦力。
锚链由许多个链环衔接而成,大小以链径约(毫米)表示。依据链环中间有无撑档,分为有档锚键和无档锚链。锚链可用锻造、铸造和焊接等法制成。船用锚链由若干“节”(shackle)组成,每节长25.0~27.5米,节与节之间用链环或卸扣相连。绞起锚后,锚链储存在船首部的锚链舱内。锚链的规格,依照船舶建造标准计算肯定。
1.简述Cr-Ni 系不锈钢的合金化原理
1、加入合金元素,提高钢基体的电极电位,从而提高钢的抗电化学腐蚀能力。一般钢中加入Cr、Ni、Si多元素均能提高其电极电位。由于Ni较缺,Si 的大量加入会使钢变脆,因此,只有Cr才是显著提高钢基体电极电位常用的元素;
2、加入合金元素使钢(不锈钢)的表面形成一层稳定的、完整的与钢的基体结合牢固的钝化膜。从而提高钢的耐化学腐蚀能力。如在钢中加入Cr、Si、Al 等合金元素,使钢的表层形成致密的Cr2O3,SiO2,Al2O3等氧化膜,就可提高钢(不锈钢)的耐蚀性;
3、加入合金元素使钢(不锈钢)在常温时能以单相状态存在,减少微电池数目从而提高钢的耐蚀性。如加入足够数量的Cr或Cr-Ni,使钢在室温下获得单相铁素体或单相奥氏体。
4、加入Mo、Cu等元素,提高抗腐蚀的能力。
5、加入Ti,Nb等元素,消除Cr的晶间偏析,从而减轻了晶间腐蚀倾向。
6、加入Mn、N等元素,代替部分Ni获得单相奥氏体组织,同时能大大提高铬不锈钢在有机酸中的耐蚀性。
2.锚链的结构特征有哪些,简要分析
锚链是连接锚和船体之间的链条,用来传递和缓冲船舶所受的外力。也能产生一部分的摩擦力。锚链可用锻造、铸造和焊接等法制成。船用锚链由若干“节”
组成,每节长25.0~27.5米,节与节之间用链环或卸扣相连。绞起锚后,锚链储存在船首部的锚链舱内。
船用锚链是连接于锚和船体之间的链条,用于传递和缓冲船舶所受的外力。
2.1船用锚链的分类与特点
船用锚链可按多种方法进行分类,但主要有以下几种:
1)按链环结构分类:船用锚链按链环结构的不同,可分为有档链和无档链两种。在尺寸和材质相同的情况下,有档链的强度比无档链大20%左右,且具有变形小、堆放时不易扭缠等优点,故海船广泛采用,而无档链一般仅用于小船。
2)按链环的制造方法分类:船用锚链按链环制造方法的不同,可分为焊接船用锚链、铸钢船用锚链和锻造船用锚链三种。焊接船用锚链由CCS认可的钢厂使用圆钢材料加工焊接而成。具有工艺先进、简单,制造成本低,质量超过其他种类船用锚链的特点,是海船广泛使用的船用锚链。铸钢船用锚链由CCS认可的钢厂用合格的钢水浇铸而成。具有强度较高、刚性好、撑档不会松动和使用寿命较长等优点,缺点是制造成本较高、船用锚链耐冲击负荷差。锻造船用锚链因具有工艺复杂、成本高等缺点,故商船已基本不用。
3)按船用锚链的公称抗拉强度分类:船用锚链根据其公称抗拉强度大小的不同,分为AM1、AM2和AM3三个等级。其中AM1级链强度最小,AM3级链强度最大。
4)按船用锚链链环所起作用分类:船用锚链链环按其所起作用的不同,分为普通链环、连接链环、加大链环、转环、末端卸扣和末端链环等几种。
2.2船用锚链强度的衡量标准与标准长度
1)船用锚链强度的衡量标准:链环的大小以链环的直径d表示,用来衡量船用锚链强度的标准链环是普通链环,其直径大小是衡量船用锚链强度的标准。若有档普通链环的截面直径为d,则有档普通链环本身的长度应是其截面直径d 的6倍,宽度是d的3.6倍;加大链环的长为6.6d,宽为4d;散合式连接链环的长为8d,宽为4d;肯特卸扣(连接链环)的长为6d,宽为4.2d;末端链环的长为7d,宽为4d;转环的总长为9.7d,宽为4.7d。
2)标准长度:船用锚链的长度以“节”为单位,CCS规范规定每节船用锚链的标准长度为27.5m,且每节船用锚链的链环数应为奇数。
3.服役环境的要素有哪些?
船锚的作用主要就是固定、稳定船。从以下几个方面来说。
1、锚链要起作用,最基本的条件是在海底等钩住东西。如果锚链不够长,锚不会起作用。如果海底是平坦的,或者是锚钩住的东西不是固定的,或者是钩的不太牢,如果是风平浪静还可以,一但海浪过大,造成锚钩不住东西,会使锚失去其作用,这叫“走锚”,船在抛锚期间,出现走锚,是非常危险的,因为船在抛锚的时候一般主机都停了,如果立即开船,需要时间,没有动力的船四处漂是非常危险的。所以,才有了锚地这个概念,锚地,言外之意,海底下比较粗糙,另外,要能避风。
2、锚链的重量对于船来说是可以忽略不计的,那点摩擦力,不会起多大作用的。一般来说,抛锚时的船,锚链都是笔直的,这是基本可以忽略摩擦力的作用。如果你在海边,会发现有很多的小渔船,她们的锚链是粗绳子。
3、在船上面看,锚链是直的,但是在水下有一段是和海床接近于平行(其实是贴着海底的)的。锚提供抓力,而后通过锚链传递给船舶借此抵抗海流、风浪的外载荷对于定位的影响,之所以有一段是贴着海底的是要考虑到受力的影响。想想看,一个锚,锚链直挺挺的一拉就容易走锚。而有一段贴着海底,可以提供一个裕度在一定范围内是可以的。
因此,综合考虑锚链的服役主要可能受以下影响:
1、在抛锚时,锚链要浸泡在海水中,所以首先是海水腐蚀;
2、当起锚时,锚链又被拉出水面,裸露在空气中,会发生大气腐蚀;
3、沿海工厂如核电厂等,会将工业水排入海水中。所以锚链解除的环境也包括工业介质。
4.有可能发生的失效类型是什么?
1、海水腐蚀:
沉积物下的局部腐蚀:这是海洋腐蚀的主要形态。局部沉积物造成金属表面不同部位氧浓度的严重差异,从而形成氧浓差电池;此时O的迁移、Cl-的迁移均会进一步加剧闭塞区域的腐蚀速度;此外阳极溶解区周围OH-和Fe2+汇聚,二次腐蚀产物Fe(OH)2大量形成,堆积有劲一步恶化氧浓度的不均匀现象,闭塞去的闭塞程度进一步加剧;
(1)接触腐蚀-电偶腐蚀:海水的电导率较高,腐蚀电阻较小,因此异种金属一旦相连并暴漏于海水就容易形成腐蚀电池;
(2)缝隙腐蚀:凡需要充足氧气不断弥合氧化膜破裂从而保持钝化态的金属,在海水中均对缝隙腐蚀敏感,不锈钢和铝合金最为典型;
(3)疲劳腐蚀:海洋工程结构除腐蚀之外还承受海浪、风暴、地震等载荷,因此海洋结构的腐蚀疲劳经常发生,是影响结构安全的主要因素;
(4)生物腐蚀:构件在海洋中数小时内表面形成细菌膜,3~5天形成微型生物粘膜,此后大型附着生物的幼体出现、长大,最终形成附着生物群体。生物的附着、生长、死亡过程中产生的物质均会直接或间接地影响金属的腐蚀;
(5)点蚀:当满足材料、介质和电化学三个方面的条件时,发生点蚀。点蚀多发生在表面容易钝化的金属材料上;不锈钢对卤素离子特别敏感,作用顺序是:Cl->Br->I-。这些阴离子在金属表面不均匀吸附易导致钝化膜的不均匀破坏;点蚀发生在特临界电位。
(6)应力腐蚀:不锈钢在氯化物水溶液、海水、海洋大气的环境中,当有足够大的拉应力时,会产生应力腐蚀。
2、大气腐蚀:
当锚链拖出水面时,海周围的空气非常潮湿,锚链受到潮的大气腐蚀:水汽存在但浓度低于临界湿度,此时金属表面有很稀薄的水膜存在,这层水膜是由于