專利名稱：一種油輪貨油艙下底板用鋼的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于船板鋼技術領域，特別是涉一種油輪貨油艙下底板用鋼，在涂布防護層或裸露狀態(tài)下使用的油輪貨油艙下底板用鋼材，能顯著提高在高濃度cr，高酸度環(huán)境下的耐點狀局部腐蝕性能。
背景技術：
近年來，船舶運輸所帶來的石油污染海洋環(huán)境的事件頻發(fā)，油輪的腐蝕，尤其是貨油艙的腐蝕問題日益受到人們的關注。貨油艙是承載原油的主體結(jié)構(gòu)，其底板的保護是預防原油泄漏的關鍵。近幾年一些研究發(fā)現(xiàn)，在實際大型油輪貨油艙中，下底板出現(xiàn)嚴重的點狀腐蝕，多數(shù)直徑為10 30mm，深1 6mm，其擴展速度達到2 3mm/年，嚴重威脅了原油的運輸安全。通過研究發(fā)現(xiàn)，造成貨油艙下底板嚴重局部腐蝕的因素如下在貨油艙的底部有大量的鹽水滯留，據(jù)分析，該滯留鹽水中Cl—的濃度在5 30%。同時，由于腐蝕產(chǎn)物、淤渣等附著物破壞了鋼板表面的均勻狀態(tài)，下底板與這些附著物形成局部電池，從而在鋼板表面發(fā)生局部腐蝕，基體金屬陽離子的水解導致PH急劇降低至1.0以下，因而在高濃度Cl—的酸性環(huán)境下點蝕坑迅速擴展。還有研究認為，在貨油艙底部有一層沉淀的油膜，其絕緣性較好，對底板有一定的保護作用，但是，洗艙破壞了油膜的連續(xù)性，在不連續(xù)處優(yōu)先發(fā)生點蝕并迅速擴展。此外，還有研究表明，原油中H2S和防爆氣體中02、C02、S&均對底板的點蝕有影響。目前，主要采用底漆涂裝或金屬噴涂的方法減輕底板的腐蝕，但是，由于貨油艙的體積龐大，采用涂裝和噴涂的方法必然會帶來施工時間長，維護成本高的問題，而且在進行防護層施工的過程中，同樣會帶來表層的微觀缺陷，這些微觀缺陷反而會成為局部腐蝕的隱患，點蝕不可避免地發(fā)生與擴展。當防護層遭到破壞，鋼板的腐蝕破壞程度與使用裸鋼沒有太大差別，因此，采用涂裝和噴涂的方法雖然減輕了鋼板的腐蝕，但并沒有從根本上解決底板的腐蝕，特別是局部腐蝕問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種油輪貨油艙下底板用鋼，解決了上述底板的腐蝕，特別是局部腐蝕問題，其在高濃度Cl—，高酸度環(huán)境下具有優(yōu)異的耐點蝕性能，并且在涂布防護層或裸露狀態(tài)下能夠顯著延長鋼板的使用壽命，大大降低了貨油艙的維護成本，提高了運輸安全性。本發(fā)明的成分設計以質(zhì)量百分比計化學成分為C :0. 01 0.3%、Si :0. 02 2%、Mn :0. 1 2. 0%、S 彡 0. 01%、P 彡 0. 02、Ni :0. 05 2. 0%，Cu :0. 05 2. 0%、Cr 0. 005 1. 0%, Se 0. 0005 0. 3%,Ge 0. 0005 0. 3%，其余為 Fe。本發(fā)明所述的貨油艙下底板用鋼中(Cu+Ni+Cr)/S為200 480。本發(fā)明所述的貨油艙下底板用鋼以質(zhì)量百分比計，該鋼中還含有Sn :0. 0005 0. 3%, Sb :0. 0005 0. 3%, Te :0. 0005 0. 3%中的一種或兩種以上。本發(fā)明所述的貨油艙下底板用鋼以質(zhì)量百分比計，該鋼中還含有W :0. 0005 0. 3%,Mo 0. 0005 0. 3%,Co :0. 0005 0. 3%,REM :0. 0005 0. 3%、中的一種或兩種以上。本發(fā)明所述的貨油艙下底板用鋼以質(zhì)量百分比計，該鋼中還含有Ca :0. 0001 0. 2%, Mg 0. 0001 0. 2%、Sr :0. 0001 0. 2%、Ba :0. 0001 0. 2%中的一種或兩種以上。本發(fā)明所述的貨油艙下底板用鋼以質(zhì)量百分比計，該鋼中還含有V 0. 001 0. l%,Ti :0. 005 0. 2%,Nb :0. 003 0. 3%,B :0. 0001% 0. 05%中的一種或兩種以上。對于本發(fā)明中鋼的化學成分范圍(以質(zhì)量百分比計)，進行如下說明C是提高鋼材強度的有效元素。本發(fā)明中為了獲得所需要的強度，C含量需要在 0.01%以上，但是當其含量超過0.3%時，會使鋼的韌性和焊接性降低，因此，C的范圍是 0. 01 0. 3%。為了同時兼顧強度和韌性，C的優(yōu)先范圍是0. 02 0. 2%。Si是通常采用的脫氧元素，而且能提高鋼的強度。為了確保脫氧效果和所需要的強度，Si含量需要在0. 02%以上，但是當其含量超過2. 0%時，會導致熱軋鋼板鱗皮難以剝離，引起表面缺陷，從而對耐局部腐蝕性能不利。同時，Si含量過高會使鋼的韌性和焊接性變差。因此，為了保證船體鋼的耐蝕性，韌性和焊接性，優(yōu)先考慮Si的上限為0. 5%。Mn是提高鋼強度的元素，本發(fā)明中為了獲得所需要的強度，Mn含量需要在0. 1% 以上，但是當其含量超過2.0%時，會使鋼的韌性和焊接性降低，因此，Mn的范圍是0. 1 2.0%。為了在確保強度的同時，抑制使耐蝕性變差的夾雜物形成，優(yōu)先為0.3 1.6%的范圍。P是鋼中的雜質(zhì)元素，當鋼中P含量超過0. 05%時，會導致局部腐蝕速率的加劇， 而且會使鋼的韌性和焊接性變差，所以P的上限為0. 02%。少量P對鋼的耐蝕性有利，優(yōu)選 P含量為0.010%。S是鋼中不可避免存在的有害元素，會形成MnS夾雜物，作為局部腐蝕的起點，而且S的存在會降低鋼的韌性和焊接性，因此，其含量要盡可能地減少。特別是S含量超過 0.01%時，會導致鋼的耐局部腐蝕性急劇降低，所以S的含量應在0.01%以下。另外，當S 含量低于0. 002%時會導致鋼的成本增加，因此優(yōu)先選擇的下限為0. 002%。Cu是提高鋼耐點蝕性能的必須添加元素，其在鋼的表面形成致密的硫化物薄膜， 阻礙了 Cl_的侵入，從而抑制了點蝕的擴展。為了達到保護效果，Cu含量應高于0.05%。但當Cu含量超過2. 0%以后，會使鋼的熱加工性能和焊接性惡化。因此Cu的含量范圍應為
0.05 2. 0%。Ni同樣是提高耐蝕性的元素，通常與Cu配合使用。為了達到保護效果，Ni含量應在0. 05%以上。但是當Ni含量超過2. 0%以后，其效果達到飽和，不僅會帶來成本的增加， 而且使鋼的加工性能和焊接性惡化。因此Ni含量的范圍應為0. 05 2. 0%。Cr是對鋼耐蝕性有利的元素，其在鋼表面形成致密保護膜，阻礙了 Cl—的侵入，從而抑制了點蝕的擴展。為了達到保護效果，Cr的含量應在0.005%以上，但當Cr含量超過
1.0%以后，會使鋼的加工型和焊接性變差，所以Cr含量的范圍應該為0. 005 1. 0%。本發(fā)明中，為了同時滿足耐蝕性，加工性，焊接性，要求(Cu+Ni+Cr)/S高于200，當(Cu+Ni+Cr) /S超過480后，鋼的加工性和焊接性變差，而且會帶來成本的增加，所以 (Cu+Ni+Cr)/S的范圍要求滿足200 480。Se和Ge是本發(fā)明的重要元素，能顯著提高鋼在酸性介質(zhì)中的耐蝕性，尤其是在酸性Cl—腐蝕環(huán)境下，具有優(yōu)異的耐點蝕作用，其在鋼表面形成致密的保護膜，同時通過提高鋼板表面PH值，從而大大提高了鋼的耐點蝕性能。此外，義和Ge還可以顯著提高鋼的耐晶間腐蝕效果。為確保貨油艙環(huán)境下的腐蝕防護要求，要求％和Ge含量要大于0. 0005%。 但是當Se、Ge含量大于0. 3 %時會使鋼的加工性和焊接性降低，因此Se、Ge含量應在 0. 0005 0. 3%。Sn, Sb，Te有效地通過提高點蝕部位的PH值來提高耐點蝕性，而且在鋼的表面形成對應的氧化物，致密地覆蓋在鋼的表面，抑制了腐蝕的進行。上述效果即使在雜質(zhì)級別的含量也能夠達到，但為了獲得更顯著的添加效果，其含量在0. 01 %以上，但當含量超過 0. 3%以后，上述的效果會達到飽和，所以Sn，Sb，Te的含量范圍是0. 01 0. 3%。W、Mo、Co對降低局部腐蝕擴展速度有顯著的效果。在腐蝕的過程中形成致密的銹層，阻礙了 Cl—的侵入，從而抑制了點蝕的擴展，減緩了鋼板的腐蝕。W、Mo、Co含量在 0. 0005%以上時能達到上述的效果，但超過0.3%時，反而會使鋼的耐局部腐蝕性能降低， 而且增加了成本。因此其成分范圍是0.0005 0.3%。Ca、Mg、Sr、Ba都對鋼的耐蝕性有利，其在腐蝕反應時溶于水而成為堿，從而抑制了鋼材表面PH值的下降，顯著提高了鋼的耐局部腐蝕性。此外，這些元素還能對鋼中的惡性硫化物夾雜進行改性處理，進一步提高耐局部腐蝕性能。因此為了達到保護效果，Ca、Mg、 Sr、Ba含量應在0. 0005 %以上，但含量超過0. 2 %以后，會使鋼的加工型和焊接性變差，所以其含量范圍應該為0. 0005 0. 2%。REM能有效地控制夾雜物的形態(tài)，對提高鋼的耐局部腐蝕性有利。此外，REM通過控制夾雜物形態(tài)可以提高鋼的延展性和韌性。本發(fā)明中選用稀土元素La和/或Ce作為添加元素，其含量為0. 0005 0. 3%。V、Nb、Ti是主要的微合金元素，可以根據(jù)需要的強度選擇含有。其中V、Nb是提高鋼強度的有效元素，該效果通過V含量在0. 01 %以上、Nb含量在0. 003%以上而得到，但如果V含量超過0. 1 %、Nb含量超過0.3%，則鋼的韌性就會惡化；Ti除了提高鋼的強度外，還有利于改善鋼的焊接性，優(yōu)先選擇其范圍是0. 005 0. 2%。B同樣是為了提高鋼的強度而添加的元素。另外，B還能顯著提高鋼板的淬透性。 為了獲得上述的效果，B的含量要求在0. 0001%以上，但B含量高于0. 05%時，過剩的B會使鋼的韌性惡化。因此B的成分范圍是0.0001% 0.05%。采用本發(fā)明鋼材，能顯著提高鋼板在高濃度Cl—，高酸度環(huán)境下的耐局部腐蝕性能。主要通過合金元素的添加，抑制鋼在腐蝕介質(zhì)中PH值的降低，并在表面形成致密的保護膜，從而抑制局部腐蝕的發(fā)生與擴展，有效地延長了鋼板在涂布防護層或裸露狀態(tài)下的使用壽命，大幅度降低了貨油艙底板的維護成本，而且保證了原油運輸?shù)陌踩浴?br>

圖1為模擬貨油艙點蝕法示意圖。其中，氣體進入導管1、氣體排出導管2、試樣3、 實船貨油艙底板油泥4、質(zhì)量分數(shù)為10%的NaCl水溶液5、恒溫水浴鍋6、預置φ 2mm的裸露小孔7。
具體實施方案試驗鋼通過真空感應爐冶煉而成，10爐鋼的化學成分如表1所示，將鋼錠鍛造成 80mm厚的鋼坯，將鋼坯加熱至1150°C并保溫2小時，然后軋制成16mm厚的鋼板，試驗鋼的終軋溫度控制為800°C，終軋結(jié)束后以10°C /s的冷卻速度噴水冷卻至550°C，隨后空冷。表2為上述各種鋼的力學性能，包括強度和韌性。本發(fā)明實施方案包括兩個方面模擬貨油艙點蝕法和實驗室掛片試驗實施例1 (模擬貨油艙點蝕法)圖1為模擬貨油艙下底板點蝕。對上述各鋼種40mm (長)X 40mm (寬)X 15mm (厚) 的正方試樣各3塊，對試驗面進行打磨至600#，用酒精、丙酮進行清洗。對試樣的一個 40mmX 40mm面進行試驗，先將非試驗面用環(huán)氧樹脂進行涂封，只在試驗面上均勻涂布實際油船貨油艙底部的油泥，并留出4個Φ 2mm小孔裸露(見圖1中7位置)，以模擬局部腐蝕的起點。試驗時，將試樣按照圖1中的方法置于反應容器底部，在容器5中注入一定量10 % 的NaCl水溶液，并將恒溫水浴鍋6中的水溫設定為40°C，并在導管1中將以下兩種氣體按 1 1混合通入(以體積百分比計):A氣體8% 02+26% C02+200ppmS02+剩余N2 ；B氣體 IOOOppm 剩余隊。試驗周期為30天。試驗結(jié)束后，除去試樣表面的銹層，測量局部腐蝕部位的深度。上述試驗的試驗結(jié)果如表3所示。實施例2 (實驗室掛片)本試驗為實驗室加速腐蝕掛片試驗，以模擬鋼表面在高濃度Cl—、高酸度環(huán)境下發(fā)生局部腐蝕的擴展速率。對上述各鋼種50mm(長)X25mm(寬)X5mm(厚)的正方試樣各 5片，對試樣各個面進行打磨至600#，用酒精和丙酮清洗后，測量試樣的尺寸和重量，對試樣的兩個50mmX25mm面進行試驗，其他非試驗面用環(huán)氧樹脂進行密封。試驗溶液為10% NaCl水溶液，用HCl將PH值調(diào)整至0. 6，試驗溫度為40°C，浸泡時間為72小時。試驗結(jié)束后，清除腐蝕產(chǎn)物，測量腐蝕失重，評價腐蝕速率。試驗結(jié)果見表3。
權利要求
1.一種油輪貨油艙下底板用鋼，其特征在于，以質(zhì)量百分比計化學成分為c :0. 01 0. 3%, Si 0. 02 2%、Mn :0. 1 2. 0%、S 彡 0. 01%、P 彡 0. 02、Ni :0. 05 2. 0%，Cu 0. 05 2. 0%,Cr :0. 005 1. 0%, Se 0. 0005 0. 3%,Ge 0. 0005 0. 3%，其余為 Fe。
2.根據(jù)權利要求1所述的下底板用鋼，其特征在于該貨油艙下底板用鋼中 (Cu+Ni+Cr)/S 為 200 480。
3.根據(jù)權利要求1所述的下底板用鋼，其特征在于，計以質(zhì)量百分比計，該鋼中還含有 Sn 0. 0005 0. 3%, Sb :0. 0005 0. 3%, Te :0. 0005 0. 3%中的一種或兩種以上。
4.根據(jù)權利要求1所述的下底板用鋼，其特征在于，計以質(zhì)量百分比計，該鋼中還含有 W 0. 0005 0. 3%、Mo 0. 0005 0. 3%、Co 0. 0005 0. 3%、REM :0. 0005 0. 3%中的一種或兩種以上。
5.根據(jù)權利要求1所述的下底板用鋼，其特征在于，計以質(zhì)量百分比計，該鋼中還含有Ca :0. 0001 0. 2%,Mg 0. 0001 0. 2%,Sr 0. 0001 0. 2%,Ba 0. 0001 0. 2%中的一種或兩種以上。
6.根據(jù)權利要求1所述的下底板用鋼，其特征在于，計以質(zhì)量百分比計，該鋼中還含有 V 0. 001 0. 1%, Ti 0. 005 0. 2%, Nb :0. 003 0. 3%, B :0. 0001% 0. 05%、中的一種或兩種以上。
全文摘要
一種油輪貨油艙下底板用鋼，屬于船板鋼技術領域。該鋼以質(zhì)量百分比計，含有C0.01～0.3％、Si0.02～2％、Mn0.1～2.0％、S≤0.01％、P≤0.02、Ni0.05～2.0％，Cu0.05～2.0％、Cr0.005～1.0％，Se0.0005～0.3％、Ge0.0005～0.3％，其余為Fe；優(yōu)選(Cu+Ni+Cr)/S為200～480。還可含有Sn0.0005～0.3％、Sb0.0005～0.3％、Te0.0005～0.3％中的一種或兩種以上和/或W0.0005～0.3％、Mo0.0005～0.3％、Co0.0005～0.3％、REM0.0005～0.3％中一種或兩種以上和/或Ca0.0001～0.2％、Mg0.0001～0.2％、Sr0.0001～0.2％、Ba0.0001～0.2％中一種或兩種以上。優(yōu)點在于，在高濃度Cl-，高酸度下顯示出優(yōu)異的耐局部腐蝕性能，有效地延長了鋼板在涂布防護層或裸露狀態(tài)下的使用壽命。
文檔編號C22C38/60GK102492897SQ20111044947
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月29日 優(yōu)先權日2011年12月29日
發(fā)明者李麗, 楊才福, 柴鋒, 梁豐瑞, 沈俊昶, 潘濤, 王卓, 王瑞珍, 羅小兵, 蘇航, 薛東妹 申請人:鋼鐵研究總院