不锈钢舱化学品船制造

➢ 埋弧焊丝和焊剂的牌号、规格、熔敷金属的化学 成分及力学性能见表5。
➢
➢ 表5 埋弧焊焊丝和焊剂之熔敷金属的化学成分
同时又缺少Ti、Nb等能控制碳的元素，处于腐蚀介质中往
往就能见到晶间腐蚀现象。
➢
如图9所示，对于某一含碳量和加热条件（温度和时间）正处于曲
线包围的影线区时，钢便出现晶间腐蚀倾向，若加热条件偏离曲线包
围的影线区时，晶间腐蚀倾向很小，或根本不发生。
➢ 图9 18-8钢的晶间腐蚀敏感温度－时间曲线
➢ 为防止奥氏体钢焊接接头的晶间腐蚀，通 常有如下几种对策：
比例50/50左右的双相不锈钢，随着温度的升高，奥氏体
逐步减少而铁素体逐步增多。被加热到1350℃以上至固相
线温度区间，其平衡组织的体积分数为100%的铁素体。
这样的物理冶金本质是分析研究双相不锈钢性的一个基本
根据。
图10 双相不锈钢相图
➢
除了通过合金化达到一定的相比例之外，还要考虑焊
缝组织的粗细和其中两个相的相对分布情况。尽可能通过
焊接工艺（例如小的热输入）来获取比较细小的一次结晶
组织，形成奥氏体和铁素体相都比较细小、比较均匀的两
相混合组织，有利于提高焊缝多方面的性能
不锈钢的焊接工艺试验
➢ 试验用材料
➢ a. 不锈钢板 ➢ 不锈钢板为Avesta Sheffield公司制造的316L钢，厚度t = 14mm，其化
学成分、力学性能见表2。
不锈钢舱化学品船制造 技术探讨
前言
➢ 化学品运输船（简称“化学品船”）是目前世界造船、 航运界公认的高技术、高附加值船型之一。能够建造化学 品船－－尤其是带有不锈钢液货舱的化学品船，不仅标志 着该企业应有的技术水平，同时也显示出这个企业具备的 管理能力。
➢
随着化学工业的发展，尤其是石油化学工业的快速发
因而限制了液货的种类。并且尚有硝酸胺溶液（Ammonium
natrate solution）、聚硫酸铁溶液（Polyferric
sulphate solution）、甲酸（Formic acid）等化学品目
前还找不到合适的涂层而只能使用不锈钢液舱运输的化学
品。另外，涂层容易受损，需经常维修，费工费时，增加
散发生高度的局部腐蚀，常见蚀点的尺寸小于1.0mm，深
度往往大于表面孔径。
➢
阻止不锈钢点蚀破坏最有效的方式是在不锈钢中加入
Cr、Mo、N等合金元素，其效能常用耐点蚀当量来表示。
➢ 耐点蚀当量PRE=%Cr+3.3%Mo+16%N
➢ 其对策是根据介质选择合适的抗点蚀材料，在焊接及其它 施工时，加强对母材钢板的保护也是至关重要的。
➢ c. 间隙腐蚀
➢
间隙腐蚀亦称缝隙腐蚀，常发生在垫圈等堆积的金
属片间或铆接、螺钉联接、搭接的焊接接头、带垫板对接
接头的缝隙处。
➢ 为了防止间隙腐蚀，除材料与介质因素外，不锈钢舱 的设计应避免整体间隙，尤其在装配和建造过程中有效地 控制间隙是非常重要的。
➢ d. 晶间腐蚀
➢
钢材晶界发生的腐蚀破坏就是晶间腐蚀。由于晶间处碳化铬的沉
数比碳钢大40%，这使得奥氏体不锈钢的焊接变形远较碳
钢为大。且由于奥氏体不锈钢的导热率约为碳钢的1/3，
在焊接过程中热量输入并聚集在焊缝周围，因而形成很陡
的热梯度，使变形加重。
➢ 在焊接奥氏体不锈钢时，应充分考虑变形问题。双相 钢的热膨胀系数和导热率介于奥氏体不锈钢与碳钢之间， 其焊接变形低于奥氏体钢但高于普通碳钢。其焊接变形问 题也不能忽视，如果产生超标的焊接变形，热矫形的方法 可能会导致有害相的析出而无法采用。
淀导致晶粒边界形成贫铬区，贫铬区的抗蚀性很低，在酸性环境中就
会有选择性地发生腐蚀破坏，从而引起晶间腐蚀，如图6所示。
➢
➢ 图6 晶间腐蚀
➢
晶间腐蚀与加热过程有关，而焊接就是一个加热过程。因此，晶
间腐蚀是与焊接最为相关的一种腐蚀形态，也是不锈钢焊接性能中很
重要的一个方面。
➢ e. 应力腐蚀开裂
➢ 这类腐蚀的特征是由于奥氏体钢暴露于氯化物中，受 材料内在或机械应力影响且温度升高而导致局部开裂，其 形态如图7所示。
➢
世界上第一艘化学品船是美国于1949年由一艘T－2型
油船改装而成。经历了半个多世纪的发展，化学品船的设
计、建造水平有了很大的提高，目前已发展至第五代。
➢
初期建造的化学品船，其液舱广泛使用舱壁涂层以保
护货舱结构材料，这种货舱的缺点在于不同涂层对不同的
液货适应性不同，故某种特定的涂层只能适应某几种液货，
➢ 不锈钢的组织与分类
➢
有三种分类方法。通常是按金相组织进行分类，即：
铁素体型不锈钢、马氏体型不锈钢、奥氏体型不锈钢、奥
氏体--铁素体双相不锈钢。
➢ 不锈钢的物理性能与焊接变形
➢
不锈钢与碳钢在物理性能的很多方面存在较大的差异，
在此需特别强调是与焊接变形密切相关的两个特点，即大
的膨胀系数与低的热导率。其中奥氏体不锈钢的线膨胀系
➢
采用超低碳不锈钢及其焊接材料，或采用含稳定化
元素的不锈钢及其焊接材料。
➢
使焊缝组织存在少量的δ铁素体相。
➢ 所采用的焊接工艺应能减少热影响区处于敏化温度的 时间。
➢ b. 奥氏体不锈钢焊接接头的热裂纹
➢ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
奥氏体钢焊接时在焊缝及近缝区均可见到热裂纹，但
最常见的主要是焊缝凝固裂纹。
➢
与一般结构钢相比，Cr－Ni奥氏体钢焊接时有较大的
展，它所需要的原料及其产品的运输量将日益增加，这就
为化学品船建造提供了广阔的空间。按照IMO关于“国际
散装运输危险化学品船舶结构和设备规范”（IBC Code）
中的定义，化学品船主要是指运载除石油、成品油及气体
以外的液体货物的船舶，这种液体通常指在37.8℃的温度
时蒸汽压力不超过0.28MPa的化学品
图4 前处理模块
图4 前处理模块
图5 剩余计划调整结果
➢ 该软件以化学品／成品油船的设计为主线， 贯穿建造直至交船全过程的任务管理，本 着设计、工艺、生产、管理一体化的原则， 按照现代造船管理模式，分阶段、按区域 对设计项目和施工项目进行合理优化，取 得了很好的效果。
不锈钢的焊接技术
➢ 化学品船不锈钢舱结构材料的特性
➢不锈钢的耐腐蚀性能
➢ a. 全面腐蚀
➢
全面腐蚀又称均匀腐蚀，是指接触腐蚀介质
的金属表面全部产生腐蚀的现象。
➢ 主要对策是增加Cr和Mo的含量，以增强钝化膜。
➢ 实际应用中，应根据腐蚀介质选择合适的钢种。 在确定板厚时还应考虑腐蚀的速率，这些工作属 于设计的范畴。
➢ b. 点蚀
➢
点蚀是指在金属表面大部分不腐蚀或腐蚀轻微，而分
成本。由于以上原因，近年来设计建造的化学品船舶开始
在部分液货舱采用不锈钢或不锈钢复合板作为结构材料，
以及全部都是不锈钢液货舱的化学品船。
➢ 大连造船重工自1985年建造69,000t成品油／化学品 船以来，已先后建造了40余艘化学品船（含成品油／化学 品船），目前已经成为我国建造与出口大型化学品船的主 要造船企业之一。近年来，船厂接到过国外船东很多关于 不锈钢化学品船的询价，至今尚未承接建造，其原因有多 个方面。首先，在不锈钢舱的建造方面缺少足够的技术储 备；其次，还缺乏有效的管理方法支持。因此，需要我们 在这两方面同时进行深入细致的研究，学习国内外船厂的
➢ 在早期，晶间腐蚀问题曾经给焊接奥氏体钢带来很大 困难，但随着科学技术的发展，该问题已得到很好的解决， 但仍不容忽视。
➢
典型的18-8型不锈钢（304、316等）母材一般是在
固溶处理状态下使用，在常温下于腐蚀介质中工作，通常
看不到晶间腐蚀现象。但如果再次加热到450-850℃后或
在此温度区域内工作，并且钢中含碳量超过0.02-0.03%，
的设计条件以及不锈钢材料的订货方式。 ➢ 基础设施保障
➢ 是指不锈钢舱建造的场地要求、堆放方法、设备要求、 吊运要求。不锈钢的防锈抗蚀能力主要依靠不锈钢材表 面形成的氧化铬层，亦称之为“钝化膜”。保护好这层 钝化膜是不锈钢在储存、搬运和保管中至关重要的问题。
➢ 堆放不锈钢板时，必须在地面上铺以木质垫方，板与
➢ 表2 316L不锈钢板化学成分及力学性能
化 学 成 分%
屈服 抗拉 延伸
强度 强度 率
C Mn Si
S
P
Cr
Ni
Mo
N MPa
MPa
%
0.022 1.31 0.42 0.002 0.024 17.12 11.22 2.04 0.031 260 592 52
➢ b. 焊接材料
➢ 手工焊条的牌号、规格、熔敷金属的化学成分见 表3。
Sn、Sb之类的杂质可形成易熔夹层，一些合金因溶解度
有限，也能形成有害的易熔夹层。其中Si就很有代表性，
在Ni量高的条件下很易偏析而产生凝固裂纹。
➢
防止对策如下：
➢
严格限制有害杂质。
➢
尽可能避免形成单相的奥氏体组织。
➢
尽量减少焊缝过热。
➢ 双相钢的可焊性
➢
总的说来，双相不锈钢具有优良的耐腐蚀性，机械性
其功能和使用方法如下：
➢ 前处理模块主要功能是对计划管理系统的任务进行操作， 主要包括：
➢ 任务的添加、删除； ➢ 对指定任务的前置任务进行添加、删除操作； ➢ 任务查询对计划管理系统的所有任务按照给定的关键字进行查询。 ➢ 查询模块功能主要包括： ➢ 查询在指定时间内所有需要完工的任务。 ➢ 时间与部门组合查询。 ➢ 设置时间零点。 ➢ 调整剩余计划。
板之间应放入木质垫块 ：
➢ 人力保障
➢
是指各种施工与管理人员必须具备的能力与条件。
➢ 设计和计划管理的优化技术
➢
根据建造不锈钢化学品船的特点，为了保证设计工作
的准确性和及时性，根据船舶设计工作流程，将所有设计
图纸分专业在Project98建库，把每张图纸作为一项任务，
研究并确定每项任务的输入和输出关系、每项任务的前置
热裂倾向，主要与下列几个特点有关：
➢
(1) 奥氏体钢的导热系数小和线膨胀系数大，在焊接
局部加热 和冷却条件下，接头在冷却过程中可形成较大
的拉应力。
➢
(2) 奥氏体钢容易形成方向性强的柱状晶，这导致有
害杂质的偏析而促使形成晶间液态夹层，显然易于促使产
生焊缝凝固裂纹
➢
(3) 奥氏体钢及其焊缝的合金组成较复杂，不仅S、P、
任务、以及完成每项任务所需的工期和完成时间。在此基
础上，在Microsoft Project 98上应用Visual Basic
for Application（VBA）语言编程建立了船舶设计生产
管理模板。
➢
该软件是以大连造船重工建造的45000吨化学品／成品油轮的计划
管理为模板。系统主要包括两大模块，即：前处理模块和查询模块。
能和良好的可焊性，其双相的比例及分布状态决定其性能。
➢
奥氏体型不锈钢或铁素体型不锈钢受热循环时，通
常没有激烈的组织变化，只是有可能析出少许的第二相，
如碳化物、氮化物和σ相等。在某些非稳定奥氏体钢中可
能出现百分之几的铁素体相。奥氏体-铁素体双相不锈钢
则不同，如图10所示的相图表示，在1000℃以下平衡相
➢
➢ 应力腐蚀破坏
➢ 图7 应力腐蚀开裂
f. 翼舱的电化学腐蚀
不同的材料处于电化接触或暴露于腐蚀介质中时，有可 能发生电化腐蚀，在化学品船中，电化腐蚀发生在翼舱中碳
钢和不锈钢同时暴露的地方，如图8所示。
图8 翼舱中的电化学腐蚀
不锈钢的可焊性机理研究
➢ 奥氏体不锈钢的可焊性
➢ a. 奥氏体不锈钢焊接接头的晶间腐蚀
➢ 表3 NC-36L焊条熔敷金属的化学成分
焊条
牌号
直径
(mm) C Mn Si
化 学 成 分%
S
P
Cr Ni Mo N
NC-36L φ3.2 0.02 1.56 0.56 0.006 0.027 18.70 12.23 2.22 0.12
NC-36L φ4.0 0.02 1.55 0.54 0.004 0.022 18.96 11.78 2.17 0.13
制造与管理经验，以便尽快进入高附加值的世界造船市场。
主要研讨内容
➢ 不锈钢舱的设计与制造保障条件 ➢ 化学品船设计与建造管理方法 ➢ 不锈钢的焊接技术 ➢ 不锈钢化学品船船体建造工艺流程 ➢ 不锈钢液舱的表面处理技术研究
设计与制造保障条件
➢ 技术保障
➢ 是指设计人员对化学品船的掌握程度，开展不锈钢舱
NC-36L φ5.0 0.02 1.55 0.53 0.004 0.026 19.04 11.94 2.26 0.12
➢ 药芯焊丝的牌号、规格、熔敷金属的化学成分见 表4。
➢ 表4 DW-316L药芯焊丝熔敷金属的化学成分
焊条
牌号
直径
C
Mn
Si
mm
化 学 成 分%
S
P
Cr
Ni
Mo Cu
DW-316L φ1.2 0.029 1.68 0.59 0.010 0.020 19.45 12.28 2.31 —