不锈钢舱化学品船制造.ppt

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1、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,世界上第一艘

2、化学品船是美国于1949年由一艘T2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，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，增加成本。

3、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

4、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

5、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。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

6、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。,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组织与分类有三种分类方法。通常是按金

7、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

8、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。,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

9、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

10、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。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

11、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%，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：采用超低碳不锈钢及其焊接材料，或

12、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，CrNi奥氏体钢焊接时有较大的热裂倾向，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、Sn、Sb之类的杂

13、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以下平衡相比例50/50左右的双相不锈钢，

14、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。表

15、2 316L不锈钢板化学成分及力学性能,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。表3 NC-36L焊条熔敷金属的化学成分,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,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,不锈钢SMAW工艺试验a.试板焊接的技术要求 b.焊接工艺参数试板的规格见图11，试板的焊接采用直流反接。试板的坡口形式见图12，焊接参数见表6。,150150 350 500 350（a）对接试板（b）T型接头图11 不锈钢焊接工艺试验的试板规格,图1

16、2 不锈钢SMAW试板坡口型式,表6 不锈钢SMAW试板焊接参数,c.试板的检验 完成焊接的试板按DNV规范认可试验的要求进行下述项目的检验。焊缝外观检验焊缝外观成型良好，过渡光顺。图13例示了其中试板A7（衬垫单面焊）焊缝的背面成型。图13 试板A7焊缝外观（背面）,对接试板的X光探伤检验 完成焊接的试板进行了X光探伤检验，所有试板的焊接质量符合JISZ3104标准的级水平。T型全焊透接头的超声波探伤检验 完成焊接的T型全焊透接头进行了超声波探伤检验，所有接头的焊接质量均符合JISZ3060标准的级水平。焊缝金属的化学成分分析,力学性能试验试样按图14所示的位置从试板上截取，试板的力学性能结

17、果见表7。图14 不锈钢试样截取位置,表7 不锈钢SMAW试板对接接头的机械性能结果,硬度试验焊接接头的宏观检验图15 不锈钢SMAW试板的宏观组织,不锈钢FCAW工艺试验,不锈钢FCAW工艺试验a试板焊接的技术要求保护气体为CO2，与SMAW相同的要求在此不再重述，其它应注意的问题有：焊丝伸出长度，即导电嘴与母材间的距离为15 20mm。气流量为2025Lmin，风速超过1ms时应采用上限并防风。b焊接工艺参数FCAW工艺试验以衬垫单面焊为主，这种工艺省掉清根且背面成形良好而大大提高焊接效率，节省成本。试板坡口型式见图16，焊接参数略。,图16 不锈钢FCAW试板坡口形式,c.试板检验 完成

18、焊接的试板按DNV规范认可试验的要求进行了检验，检验项目及标准与SMAW试验相同。图17图19例示了部分试板的焊缝外观。图17 图18 图19,接头的宏观组织照片见图20,不锈钢的SAW工艺试验,a.概述不锈钢的埋弧自动焊(SAW)由于熔深大，熔敷速度快，焊道少（特别在双面单道焊情况下），用于化学品船建造拼板焊接是很合适的。b.试板技术焊接要求不清根情况下的坡口角度与钝边尺寸应与焊接规范很好地匹配。焊接电流不能过大，否则回引起晶粒长大，使热影响区的耐腐蚀性恶化，也因此而限定了双面单道焊的使用范围。焊接电压过低会导致烧穿或两侧的熔合不良，而过高则可能熔深不足导致未焊透。焊剂的散布覆盖量以不露电弧

19、为好，不要过多。,c.试板的焊接参数焊接电流为交流。双面单道焊参数见表8。多道焊的焊接参数见表9。表8 双面单道焊的焊接参数,表9 多道焊的焊接参数,d.试板检验 完成焊接的试板按DNV规范认可试验的要求进行了检验，其检验项目亦与SMAW试验相同。焊缝外观成型良好，过渡光顺。图21例示试板A1a的焊缝外观。图21 A1a的焊缝外观,接头的宏观组织照片见图22。图22 不锈钢SAW试板的接头宏观组织,不锈复合钢的焊接工艺试验试验用材料a.复合钢板 不锈复合钢（以下简称为复合钢）板覆层为Avesta Sheffield公司制造的316L钢，其基体板为重庆钢铁公司生产的船用A级板，由大连造船重工爆炸

20、加工研究所将二者爆炸加工成316L+A复合板。其等级、化学成分和力学性能见表10和表11,表10 316L+A复合钢化学成分,表11 316L+A复合钢力学性能,b.焊接材料 基体所用的焊条为BH507，覆层焊条为NC-36L（参照表2）。过渡层焊条为NC309MoL，其熔敷金属的化学成分见表12，制造厂为日本神户制钢株氏会社。表12 NC309MoL熔敷金属的化学成分,基体所用的药芯焊丝为DW100，覆层为DW316L（参照表3），过渡层所用药芯焊丝为DW309MoL，其熔敷金属的化学成分见表13。表13 DW309MoL熔敷金属的化学成分,复合钢的SMAW工艺试验 a.试板的焊接程序与参数

21、 坡口形式见图23，焊道布置见图24，焊接程序与参数见表14。图23不锈复合钢SMAW试板坡口型式,图24 复合钢SMAW试板的焊道布置,表14 复合钢SMAW试板的焊接程序与参数,图25 B1试板（覆层侧）的焊缝外观,b.试板检验 完成焊接的试板按DNV规范对焊接程序认可试验的要求进行了下述项目的检验。焊缝外观检验 焊缝外观成型良好，过渡光顺。图25例示其中B1试板（覆层侧）的焊缝外观,对接试板的X光探伤检验 完成焊接的试板进行了X光探伤检验，所有试板的焊接质量均符合JISZ3104标准级水平。T型全焊透接头的超声波探伤检验 完成焊接的T型全焊透接头进行了超声波探伤检验，所有接头质量均符合J

22、IS Z3060标准级水平,表15 复合钢SMAW试板覆层焊缝金属的化学成分,焊缝金属的化学成分 对试板的覆层焊缝金属化学成分分析结果见表15。,表16 复合钢SMAW对接接头的力学性能结果,接头力学性能试验 对接试板接头的力学性能试验结果见表16。,B-1 B-2,焊接接头的宏观检验接头的宏观组织照片见图26。,B-3 B-4 B-5,图26 复合钢SMAW试板接头宏观组织,图27 复合钢FCAW试板的焊道布置,硬度试验 复合钢的FCAW工艺试验 试板焊接程序与参数 试板的焊道布置见图27，试板的焊接程序与参数略,图28 B7试板(覆层侧)焊缝外观,b.试板检验完成焊接的试板按DNV规范对焊

23、接程序认可试验的要求进行了检验，检验项目及标准与复合钢的SMAW试验相同。图28 30示例了部分试板（覆层侧）的焊缝外观。,图29 B8试板(覆层侧)焊缝外观,图30 B9试板（覆层侧）焊缝外观,图31 复合钢FCAW试板的接头宏观组织,接头的宏观组织照片见图31。,复合钢的SAW工艺试验,a.应用范围SAW由于熔深大，稀释率高，通常难以单独完成复合钢的焊接。但应用于基体的焊接，再利用FCAW或SMAW焊接过渡层和覆层，这种组合方式非常适合于复合钢的拼板焊接。以下的试验研究中，采用埋弧自动焊分别与SMAW或FCAW组合，完成试板的焊接。,b.试板的焊接程序与参数试板坡口型式与焊道布置见图32，

24、试板的焊接程序与参数见表17。表17 复合钢SAW试板的焊接程序与参数,图32 复合钢SAW试板的坡口与焊道布置,图33 B12试板（覆层侧）的焊缝外观,c.试板的检验 完成焊接的试板按DNV规范对焊接程序认可试验进行了下述项目的检验，检验的项目和标准与复合钢SMAW试验相同。图33例示了B12试板（侧覆层）的焊缝外观。,图34 复合钢SAW试板的接头宏观组织,接头的宏观组织照片见图34。,焊接接头的进一步讨论及焊接试验小结,焊接接头的晶间腐蚀试验 化学品船用液货舱结构材料及其焊接接头的耐化学介质腐蚀性能是化学品船安全服役的首要条件之一。其中焊接接头的耐晶间腐蚀性能是评定接头使用性能的重要参考

25、项目。本专题的试验研究按国家标准GB4334.584不锈钢硫酸-硫酸铜腐蚀试验方法，每块焊接试板各取两件试样进行晶间腐蚀试验，试验结果均为合格,图35 Delong组织图,焊缝金属的铁素体含量的测定a.采用Delong图的测定结果 采用如图35所示的Delong图。Delong图与Schaeffler图的差别，在于把N作为奥氏体化元素折算成镍当量，并在形状和斜率上均做了修改，与Schaeffler图相比，提高了309、316、317、318型不锈钢对铁素体予测的准确渡，这正适合于本专题的研究。,表18 焊接接头铁素体含量测结果（Delong图法）,其测定结果见表18。b.金属组织的点计数法点计

26、数的图象分析结果与Delong图法基本一致。,焊接技术的试验研究小结,我们先后对不锈钢和不锈复合钢共完成了35组不同的试板的焊接，获得了1000余个试验数据，其研究结论如下：对316L钢进行了手工电弧焊、药芯焊丝CO2气体保护焊及埋弧焊三种焊接方法的系列工艺试验，获得良好的操作性能、美观的焊缝成型与合格的接头使用性能，材料匹配合适，工艺上可行。对316L+A复合钢进行了手工电弧焊、药芯焊丝CO2气体保护焊及埋弧焊三种焊接方法的系列工艺试验，获得良好的操作性能、美观的焊缝成型与合格的接头使用性能，材料匹配合适，工艺上可行。各工艺试板均通过DNV规范对焊接程序认可试验规定的各项检验项目，表明上述工

27、艺已完全达到DNV规范对程序认可试验的要求。上述试验说明，手工电弧焊、药芯焊丝CO2气体保护焊和埋弧自动焊均可以作为建造不锈钢（或不锈复合钢）液舱化学品船的主要焊接方法，满足建造此类化学品船的要求。,船体建造工艺流程,与常规船型最大的区别是船体建造工艺流程的变化，其中主要有：不锈钢材料的订货方法、下料与加工方式、特殊的组立与焊接要求、不锈钢舱的表面处理。生产技术准备和建造工艺流程要按图36所示进行。不锈钢材料的订货 国外船厂制造化学品船不锈钢舱时，其号料与下料大多委托不锈钢加工厂承担。订货时应该遵循“定尺定货”的原则，正确的作法是在详细设计图纸经船东、船检认可后，按生产设计的套料图（切割软盘）

28、订货。,图36 船体建造工艺流程,另外，要注意生产不锈钢板厂家的供货条件。以著名的Avesta Sheffield公司为例，不锈钢板的供货尺寸精度见表19。表19 不锈钢板供货尺寸精度 单位:mm,从表19可以着出，供货只允许正公差，这样，订货时每个边缘比套料尺寸大5 10mm就足够了。不锈钢舱的分段在生产设计时要考虑全方位无余量下料、组装、合拢。这些零件必须保证无余量下料的尺寸精度。表20列出了欧洲通常采用的标准。表20 零件下料尺寸精度,不锈钢板材的下料与加工,下料 下料的工作现场应洁净，没有碳钢粉尘及其它杂质。施工人员不能随意践踏不锈钢板，最好使用耐磨的鞋套。当采用手工下料方式时，不允许

29、使用碳钢或含碳的工具（如弯尺、小锤、冲子、划线墨等）。尽量采用数控切割下料方式，焊接坡口与削斜采用铣床或刨床加工，以保证零件尺寸精度。切割 不锈钢材料不能用氧乙炔火焰切割，只能采用等离子设备切割。另外，不锈钢板材也可用剪板机剪切。不锈钢复合板可以采用一般的氧乙炔气割设备进行切割，气割从基板的一面进行。对于厚度在12mm以下的不锈钢复合板，可用剪板机剪切，其剪切方向与气割方向相反。,冷加工 对不锈钢结构通常只能进行冷加工，并在冷加工时留出焊接收缩量和模具压制的回弹量。在加工过程中，要始终注意保护不锈钢的钝化膜不被破坏。冷加工时还要考虑不同材质的不锈钢板常温下的机械性能对冷加工的影响。目前，化学品

30、船不锈钢舱最常用的材料牌号为316L、316LN和S31803。由于S31803的机械强度高但韧性低，所以冷加工的难度要大一些。,部件组立 按照我们设定的装配流程，不锈钢舱的形成应先进行拼板和框架组立，然后进入到分段组装，最后上船台合拢。对于较小的组立件应在不锈钢平台上装焊。平面拼板只能在碳钢模板或支柱上装焊不锈钢条的平台上进行。在拼装过程中如发现拼板间隙不符合要求，要用砂轮进行局部边缘打磨，并且该砂轮不得与碳钢混用。钢板拼接一般不准用“压马”之类的夹具。板缝齐平对准后即可点焊定位。大面积拼板的板缝采用双面自动埋弧焊，装配间隙小于1mm。若需清根处理时，可采用两种方法：一种是碳弧气刨清根处理；

31、另一种是采用砂轮清根处理。拼板后，应进行结构划线，然后装焊纵骨（球扁钢、角钢或T型材），装配时应注意尽量少用“压马”。,分段装配带有不锈钢舱的化学品船都是双壳体结构，即舱内结构为不锈钢，其余外部结构均为碳钢。带有不锈钢舱的化学品船的船体制造是一项复杂的系统工程，其中立体分段的划分至关重要。不锈钢的特殊性，决定了分段要按照有利于不锈钢分段制造及有利于减少不锈舱分段船台合拢缝的形式划分。不锈钢舱基本可分为底部分段，舷侧分段，甲板分段，纵、横壁分段几大块。每个分段又可分为不锈钢结构组和碳钢结构组分别建造，其装配顺序为：碳钢结构组装 内部舾装 不锈钢结构组装。,胎架形式 胎架形式基本上与碳钢分段胎架形

32、式相同，只不过当分段基面是不锈钢时，胎架的表面也必须是不锈钢材料。因此，分段建造基面应尽量回避不锈钢。当不可避免地选择不锈钢材料作为分段建造基面时，宜采用以下几种比较经济的胎架形式（见图38）。(a)适合组装平直立体分段（b）适合组装线型曲率小且 重量不大的分段（c）适合与（a）胎架 形式混用（d）适合组装槽型舱壁图38 适合组装不锈钢分段的四种胎架形式,底部分段装配程序,为了使不锈钢结构尽量完整，宜将底部分段分为6组组装，如图39所示。其中A、B、C组为碳钢结构，D、E、F组含有不锈钢结构，建造时以碳钢的外底板为基面正造，主要步骤如下：在碳钢胎架上完成A、B、C子分段的组装和焊接；安装分段内

33、部的舾装件；装配在部件装配阶段形成的D、E、F不锈钢子分段；完成分段的全部装焊工作；装焊内底板上的管支架、特涂脚手架焊接座等舾装件；装焊供船台合拢使用的吊环,图39 底部分段装配程序,舷侧分段装配程序,根据舷侧分段的结构特点，也应分成6组组装，如图40所示。其中A、B组为碳钢结构，C、D、E、F组含有不锈钢结构，建造时以碳钢的舷侧外板为基面卧造，主要步骤如下：在碳钢胎架上完成A、B子分段的组装与焊接；安装分段内部的舾装件；装配在部件装配阶段形成的C、D、E、F子分段；完成分段的全部焊接工作；装焊供船台合拢使用的吊环。,图40 舷侧分段装配程序,纵、横舱壁分段装配要点 纵横舱壁分段都应以不锈钢壁

34、板为基面卧造，胎架应选择图38中的（a）和（d）的组合，以适合壁墩和槽形舱壁的组装。甲板分段装配要点 甲板分段适合以不锈钢甲板为基面正造，胎架形式可以选择图38中的（a）或（c）。需要指出的是：含有不锈钢材料的底部、舷侧、纵横舱壁、甲板分段等，由于焊接变形比全部是碳钢材料的分段大一些，因此，在生产设计时要考虑反变形措施，并将反变形补偿值计入到下料和胎架制作中去。同样，在部件组立时提到的施工要注意的问题，应在分段装配时继续贯彻。,船台合拢,准备工作与常规船舶不同，当液舱为不锈钢材料的分段在船台合拢前要准备好下列物品：用不锈钢材料制成的花篮螺丝（俗称“平三套”）和撬杠；用不锈钢板切割的装配“马板”

35、和大锤等不锈钢工具；便携式等离子切割机和砂轮机；铺设在内底板上用于保护不锈钢表面的木板或其它不含碳的保护材料；吊装分段时采用的不锈钢卡环及包覆过的吊索；与正式焊接相同的焊丝或焊条。,船台合拢顺序按照塔式建造法的合拢顺序应为：连续吊装3 5个底部分段，使其在船台形成“平台”；在底部分段上竖起纵壁分段和横壁分段；同时吊装左、右舷侧分段；吊装甲板分段使液舱封闭。,不锈钢液舱的表面处理技术,不锈钢的钝化机理研究目前，有两种主要的钝化理论或机理，即：吸附理论和薄膜理论。吸附理论 该理论认为，引起金属钝化的主要因素并不是金属表面形成的成相膜，而是由于在金属整个表面或部分表面上产生了氧或含氧粒子的吸附层。吸

36、附理论认为金属的钝化是由于金属表面产生吸附层之后，使得金属本身的反应能力显著降低而不是什么膜的机械隔离作用。薄膜理论（成相膜理论）该理论认为，钝化状态是由于金属和介质作用时在金属表面上生成一种非常薄的、致密的、覆盖性能良好的保护膜（厚度为几十埃），这层保护膜成独立相存在，通常是氧和金属的化合物。,图41 有钝性的金属的阳极极化曲线（恒电位法）示意图,有钝化作用的极化曲线 Ecorr A Ecp B Ef C Eb F G Et H Eo02 D K E ip icp,钝化金属的恒电位阳极极化曲线如图41。A点为自腐蚀电位Ecorr，以此作为起始电位开始外加电流阳极极化，电位升高时电流亦增加。金

37、属处于活化溶解状态。当电位升到Ecp，曲线到达B点。再升高电位时电流已不再增加，开始钝化。当电位升高到超过C点所示电位时，进入稳定钝化状态，电流稳定在很小的iP水平上。B点电位Ecp称为钝化临界电位，简称致钝电位。当不锈钢电位达到H点以后钝态开始破坏，曲线沿HK变化。这种现象就叫过钝化。过钝化状态下，金属以较高的腐蚀速率发生全面腐蚀。,不锈钢的表面处理通常的表面处理方法有三种：打磨、喷沙、酸洗钝化不锈钢酸洗钝化技术的试验研究对不锈钢液舱的表面修补与钝化处理应按照下述程序进行：用钢丝刷、打磨或喷砂等工艺清除所有焊渣，如果焊接轮廓不够平滑，将其打磨成平滑的轮廓；用研磨式不锈钢丝团、酸洗材料或局部蘸

38、酸洗液擦拭等方法来消除焊接变色；用强力清洗剂来刷洗液舱以除去油脂、铁屑、涂料污染、油污等，将舱内加热有助于提高处理效果；用酸洗钝化溶液或酸洗钝化膏处理液舱表面，反复进行直至所有可见的杂质被除掉；水洗可彻底除去舱内保留的酸迹。根据上述程序，我们采用淋洗法和喷涂酸洗钝化膏法分别进行模拟试验。,淋洗法试验 淋洗法是针对不锈钢舱的整体处理而言，在进行除油及打磨等处理后，配置合适的酸洗钝化液，采用专用的喷淋设备来进行，清洗时应保持足够的喷淋时间，以确保表面处理效果。淋洗试验装置：由316L不锈钢模拟试验舱、不锈钢样片若干、耐蚀泵、JZP-40A洗罐器等组成（见图42）。溶液的选择：采用我厂现用的JLC特

39、种除油剂进行除油处理，钝化液为大连摩西公司生产的不锈钢酸洗钝化液。试验程序如下：用未经铁污染的不锈钢刷或砂轮打磨焊缝和焊接飞溅物等。采用JLC特种除油剂喷淋除油，保持除油时间为2小时，表面应无油脂、油污。然后进行彻底水洗，直至整个不锈钢模拟舱表面呈中性。将不锈钢酸洗钝化液用耐蚀泵通过洗罐器喷射到不锈钢模拟舱舱壁上，通过洗罐器喷射角度的转换，保证整个舱体表面都被处理到，无任何死角存在，整体处理时间为5小时（保证酸洗钝化液在表面累积时间为60分钟）。酸洗钝化后彻底水洗，除去整个不锈钢舱壁上的残留酸液。取出不锈钢样片进行检测。,图42 淋装置,喷涂酸洗钝化膏法试验,与淋洗法表面处理的前期工作相同，经

40、过打磨和除油剂除油后，在液舱表面喷涂酸洗钝化膏（大连富田化工有限公司），厚度为23mm，并使钝化膏在其表面保留60分钟。最后彻底水洗，避免残留酸污染，然后通过悬挂样片来检验酸洗钝化效果。,不锈钢表面处理效果检测,a.电化学性能测试（ASTMG75-78）通过电化学方法研究316L不锈钢经过酸洗钝化后的电化学行为，通过阳极极化曲线验证其酸洗钝化效果。测试条件测试介质：0.5M NaCl温度：20C状态：静态敞开体系参比电极：饱和甘汞电极（SCE）辅助电极：Pt 测试方法采用动电位扫描的方法，Eb为i=100v/cm2所对应的电位值。扫描速度：30mvmin。,测试结果测试结果见表21。表21 吊

41、挂在模拟舱内各处试验样片测试结果,各试验样片的极化曲线例示于图43（a）、（b）。图43（a）图43（b）图43 试验样片极化曲线,b.孔隙率试验（蓝点试验）自由铁的孔隙率试验是一种高灵敏度试验，用于检测不锈钢上的铁污染，铁痕迹，酸洗钝化溶液的残留铁盐、焊缝中的铁沉积物、嵌入的铁或铁的氧化物等，这种试验是检测不锈钢表面处理后的清洁状态及是否处于钝化状态的依据，具体如下：配置溶液应首先在蒸馏水中加入硝酸，然后加入铁氰化钾，其比例如下：蒸馏水 94%1000cm3 硝酸 3%20cm3 铁氰化钾 3%30g 用铝、塑料、玻璃等不含有铁或金属部件的橡胶喷嘴或试纸将溶液涂于模拟舱表面，如在15秒内有蓝

42、色污点出现，表明酸洗钝化后的表面存在铁污物、钝化效果不好。在经过淋洗法或喷涂钝化膏法处理后的不锈钢表面进行试验，15s内，钝化样片表面均无蓝色污点出现，表明钝化膜较致密。蓝点试验后应用水（必要时用醋或5%20%的醋酸溶液）使用丝刷擦拭，并用水反复冲洗。,c.盐雾试验（GB10125-88）通过316L不锈钢供货状态和钝化状态盐雾试验结果的对比(见表22)，观察不锈钢钝化后耐蚀性能提高效果。表22 316L不锈钢裸露态和钝化态试样片中性盐雾试验对比,通过以上三种检测手段极化曲线测试、蓝点试验和盐雾试验测试后，发现经过淋洗法或喷涂酸洗钝化膏法处理后的316L不锈钢表面的耐腐蚀性能得到了大幅度的提高，证明此两种试验方法对整个不锈钢舱的大面积表面处理是完全可行的。从综合效益分析，由于不锈钢酸洗钝化膏的价格较高，且不能进行循环使用。但出于降低成本的考虑，不适于大面积使用，而只适合用于修补。相比之下，淋洗法更适合对不锈钢舱进行大面积表面处理，且有处理效果好，表面处理完整性高、酸洗钝化液可重复利用、节约成本等优点。以上是我们在2001年对不锈钢舱化学品船建造技术的研讨，由于没有经过实践检验，许多方面可能存在谬误，欢迎各位同行给与纠正。谢谢！大连造船重工有限责任公司 刘善德 2005年3月9日,