（船舶与海洋工程专业论文）不锈钢舱船舶建造工艺研究.pdf

大连理工大学工程硕士学位论文 摘要 不锈钢舱的建造工艺技术已经成为建造含不锈钢舱化学品船的瓶颈，整个造船行业 都很关注不锈钢舱的建造工艺技术研究，本论文研究目标是解决不锈钢舱建造的难题， 掌握不锈钢舱的建造工艺技术，为建造带有不锈钢舱化学品船提供技术保障。 本论文从不锈钢腐蚀机理出发，针对不锈钢特性，按照造船工艺流程逐项开展研究。 尤其对不锈钢舱船建造的难点、焊接收缩补偿值的确定及分段划分进行了深入研究，通 过数据分析，制订了切实可行的施工工艺，用于指导船舶建造。 在研究过程中将大连造船重工有限责任公司正在建造的3 0 0 0 0 吨多用途集装箱船驾 驶甲板半立体不锈钢分段作为实验对象，通过试验得出一些可靠的数据和经验，使研究 成果更具科学性和可行性。 大连造船重工有限责任公司在建的4 5 0 0 0 吨化学品成品油船的船东对建造这种可 装载多种化学品液货的不锈钢舱船表示出浓厚的兴趣和建造意向。本论文主要针对该种 船型开展研究，即第三、四代化学品船代表船型。总之，本论文尽可能包含建造中涉及 的问题，基本掌握了不锈钢舱建造工艺技术，为承接不锈钢舱化学品船打下了坚实的技 术基础。 关键词：化学品船；不锈钢舱；建造工艺 不锈钢舱船舶建造工艺研究 t h ec o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g yr e s e a r c ho fs t a i n l e s sc a r g o a b s t r a c t t h ec o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g yo fs t a i n l e s sc a r g oh o l dh a sb e e nb e i n gt h eb o t t l e n e c ko f c h e m i c a lp r o d u c t i o nv e s s e lw h i c hh a ss t a i n l e s sc a r g oh o l d t h ew h o l es h i pi n d u s t r yi sp a y a t t e n t i o nt ot h ec o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g yr e s e a r c ho ft h es t a i n l e s sc a r g oh o l d t h eg o a lo ft h e r e s e a r c hi st om a s t e rt h ec o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g yo fs t a i n l e s sc a r g oh o l dt op r o v i d eat e c h n i c a l g u a r a n t e e t h em o n o g r a p hs t a r t 丘o mt h em e c h a n i s mo fs t a i n l e s ss t e e l ，i nv i e wo ft h es p e c i a l p r o p e r t yo fs t a i n l e s ss t e e l i n v e s t i g a t i o ni su n d e r w a yo n eb yo n ea c c o r d i n g t ot h es h i p b u i l d i n g t e c h n o l o g i c a lp r o c e s s m a d ead e e pr e s e a r c hf o rt h ed i f f i c u l t i e so fc o n s t r u c t i o no fs t a i n l e s s s t e e lt a n ks h i p c o n f i r m a t i o no fw e l d i n gs h r i n k a g ec o m p e n s a t i o nv a l u ea sw e l la sb l o c k s c o n f i g u r a t i o n ，w o r k e do u tap r a c t i c a lc o n s t r u c t i o nw o r k m a n s h i p ，a n dd e s i g n a t e di t a sa g e n e r a lg u i d e l i n ef o rt h ea c t u a lc o n s t r u c t i o n d u r i n gt h ep r o c e s so fr e s e a r c h ，t h ey a r de m p l o y e das e m i s t e r e ot y p es t a i n l e s sb l o c kf o r t h en a v i g a t i o nd e c ko fam u l t i - p u r p o s ec o n t a i n e rs h i p 晰t 1 1ad e a d w e i g h to f3 0 ，0 0 0t o n n a g e ， c u r r e n t l yu n d e rc o n s t r u c t i o n ，a s i t se x p e r i m e n ts u b j e c t ，b yw h i c har e l i a b l ed a t ea n d e x p e r i e n c ew a s t h u so b t a i n e d ，t h i sr e n d e r e dt h er e s e a r c hr e s u l tm o r es c i e n t i f i c a la n dp r a c t i c a l ac h e m i c a la n dp r o d u c to i lt a n k e r ，4 5 0 0 0d w t ，i sn o wu n d e rc o n s t r u c t i o n ，a n di t so w n e r e x p r e s s e dt h e i rk e e ni n t e r e s t sa n di n t e n t i o nt o w a r d t h i st y p eo fs t a i n l e s ss t e e lc a r g o - h o l ds h i p c a p a b l eo fv a r i o u sl i q u i d c h e m i c a lc a r g o t h em o n o g r a p hp r i m a r i l yd i r e c t si t sa t t e n t i o n o n t o t h er e s e a r c hi n t ot h ea f o r e m e n t i o n e dt y p eo fs h i p ，i e s a m p l et y p eo ft h et h i r da n d o r f o u r t hg e n e r a t i o nc h e m i c a lv e s s e l i nb r i e f , t h i sm o n o g r a p hi n c o r p o r a t e sa sd e t a i la sp o s s i b l et h o s ep r o b l e m so c c u r r e d d u r i n gt h ec o n s t r u c t i o np r o c e s s ，a n db a s i c a l l ym a s t e r st h ec o n s t r u c t i o nw o r k m a n s h i p u t i l i z e d o nt h es t a i n l e s ss t e e lc a r g oh o l ds h i p ，t h e r e f o r e ，ac o n c r e t et e c h n o l o g i c a lb a s i si se s t a b l i s h e d f o ru n d e r t a k i n gt h ec o n s t r u c t i o no ft h i ss t a i n l e s ss t e e lc a r g o - h o l ds h i p k e yw o r d s ：c h e m i c a lp r o d u c ts h i p ；s t a i n l e s ss t e e lc a r g o - h o l d ；c o n s t r u c t i o n w o r k m a n s h i p i i 独创性说明 作者郑重声明：本硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得大连理 工大学或者其他单位的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志 对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 作者签名： 逢 么一蜂 不锈钢舱船舶建造工艺研究 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连理工大学硕士、博士学位 论文版权使用规定 ，同意大连理工大学保留并向国家有关部门或机构送交 学位论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连理工 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可 采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。 作者签名： 导师签名弛坠筮 大连理工大学专业学位硕士学位论文 1 绪论 1 1 工程背景 世界上第一艘化学品船是美国1 9 4 9 年用一艘t - 2 型油船改装成的。第一代化学品 船实际上是经过改装的油船。随着船运化学品数量及品种的增加，要求对管系及泵加以 分隔，因此，六十年代出现了第二代化学品船。其特点是各货舱使用独立的泵和管系， 并广泛使用特涂技术以保护船体和货舱结构材料，此种货舱成本较低，但是货舱特涂层 无法适应某些酸类液货的要求，因而限制了适装液货的品种。而且涂层容易受损，涂层 起泡和出现绣斑的现象时有发生，于是出现了第三代化学品船，即部分货舱是用不锈钢 或复合不锈钢制造。经过五十多年的发展，至今己发展到第五代，其特点是：吨位大、 自动化程度高、装卸系统更安全可靠、分舱多、袋式运输、可适应批量不大的多种小宗 特殊化学品运输，可运载的化学品多样化，大部分货舱为不锈钢舱，货舱防蚀适应能力 趋于更广泛更经济。 由此可见，不锈钢舱化学品船是根据航运市场的要求发展起来的，具有优良的市场 适应性。 当今世界上，同类化学品船中采用不锈钢复合钢的液货舱，其容积占总容积之比高 达7 0 以上。特别是近几年来，有不少化学品船采用了全不锈钢型货舱，其主要原因是： ( 1 ) 不锈钢板因加工工艺技术的不断提高，其与不锈钢复合钢钢板间的价格差大为缩 小； ( 2 ) 全不锈钢型货舱的安全保质可靠性好； ( 3 ) 全不锈钢型货舱的使用年限长，从而也延长了船舶使用寿命； ( 4 ) 货舱维修费用低廉。 1 2 国际海运量的需求 世界各国对化学品需求的增长，促进了世界化学品贸易的繁荣，即使在世界经济不 景气的情况下，化学品的贸易仍能保持稳定发展的局面。而化学品航运市场的兴旺又为 世界化学品市场的发展提供了保证。据英国里查森劳里咨询公司统计分析，2 0 0 2 年前， 北美出口到亚洲的各类化学品总量比1 9 9 9 年上升1 3 ，中东地区1 9 9 9 2 0 0 5 年期间的 液体化学品出口量将增加l 倍以上，1 9 9 9 的液体化学品出口量为1 0 7 0 万吨，到2 0 0 5 年 有望达到2 3 0 0 万吨。另据预测，在2 0 0 5 年前，有机化学制品的需求将进入新的增长阶 段。2 0 0 0 年有机化学制品的世界海运量达到5 4 6 0 万吨，年增长率约为7 - 8 。由于对中 东地区的廉价加工用原料的需求很大，此外，东亚、南亚，尤其是发展中国家经济发展 的恢复也将扩大运输需求。因而，2 0 0 2 年化学品运输量的年增长率可望达到3 ，2 0 0 5 不锈钢舱船舶建造工艺研究 年可望达到5 ，整个预测期内，海运量增长最大的是椰子油，1 9 9 6 2 0 0 5 年间将大幅增 长7 左右，达到1 6 5 0 万吨。2 0 0 0 2 0 0 5 年间，再增长7 3 ，达到1 7 7 0 万吨。 国内化学品海运量，也随着化工工业的发展不断增长。据报道，著名的德国马斯夫 公司投资4 0 亿美元在南京建设了一个巨型化工基地，该基地投产时，化学品的海运量 将会有更大的增长。 世界化学品航运市场自1 9 8 8 年起进入全面复苏阶段，从而激活了化学品船建造市 场，化学品海运市场的兴旺，促使化学品船舶需求量不断增加。据德鲁里航运咨询公司 的资料统计，世界化学品船队船舶拥有量从1 9 9 5 年的1 3 5 4 艘，计1 8 3 8 万载重吨增加 至2 0 0 0 年6 月底的1 5 8 6 艘，计2 2 5 7 万载重吨，分别增长了1 7 和2 3 。 化学品海运输市场的高峰期与亚洲的经济发展和化学品进口水平有着密切的关系。 随着亚洲的经济重新走上正轨，马来西亚、印度、以及中东加工新石油化工设备的陆续 投产，将会使石油化学制品的海上运输日趋活跃。因此，今后化学品船的需求将会上升， 航运公司在扩充船队时将会考虑加大对化学品船的投资力度。鉴于9 0 年代后半期亚洲 经济的强劲增长，为适应该地区内不断增加的运输需求，主要航运公司对不锈钢化学品 船进行了相当大的投资，使化学品船占世界商船队的比例逐年上升。 表1 11 9 7 7 到2 0 0 2 年的化学品船载重吨统计 来源( t h ed r e w r ym o n t m y ) 类别 1 9 9 71 9 9 81 9 9 92 0 0 02 0 0 12 0 0 2 重吨 艘数 d w t艘数d w t艘数d w t艘数d w t艘数d w t艘数d w t 1 54 4 81 2 2 64 5 61 2 5 94 6 01 2 7 34 6 21 2 8 04 6 31 2 8 44 6 91 3 0 3 5 1 04 2 03 0 0 54 4 13 1 7 24 5 23 2 5 14 5 53 2 7 24 5 63 2 7 84 5 63 2 7 8 1 0 21 9 92 8 1 22 2 23 1 3 l2 5 23 5 6 32 6 13 7 1 02 6 53 7 7 42 6 63 3 9 3 2 0 31 2 03 1 4 4 1 2 13 1 6 71 2 03 1 3 91 2 03 1 3 51 2 23 1 7 91 2 33 2 0 4 3 02 5 59 9 1 02 6 51 0 2 72 7 71 0 7 32 8 81 1 1 72 9 11 1 2 92 9 71 1 5 1 合计1 4 4 22 0 0 91 5 0 52 1 0 01 5 6 12 1 9 51 5 8 62 2 5 71 5 9 72 2 8 11 6 1 62 3 0 9 百分 1 0 6 1 0 9 1 1 1 1 1 4 1 1 1 51 1 9 1 1 7 1 2 3 1 1 8 1 2 4 1 1 9 1 2 6 d w t 1 3 9 41 3 9 6 1 4 0 71 4 2 31 4 2 81 4 3 4 表1 22 0 0 1 到2 0 0 2 年将建成的化学品船占世界商船队的比例 来源( n ed r e w r ym o n t h l y ) 类别 2 0 0 12 0 0 2 总计占船队的比例 载重吨千艘数千载重吨艘数千载重吨艘数千载重吨艘数千载重吨 1 51461 972 31 51 8 5 1 01616 o 20 1 8 大连理工大学专业学位硕士学位论文 1 0 2 046 411 958 31 9 2 2 2 0 3 024 412 536 92 52 2 3 0 31 2 462 1 993 4 33 13 1 合计1 l 2 4 21 42 8 22 55 2 41 _ 62 3 从上表可以看出，到2 0 0 2 年化学品船在世界商船队所占的比例为1 6 ，而1 9 9 3 年仅占1 1 ，1 9 9 7 年占1 2 ，1 9 9 7 - - 2 0 0 2 年间船舶数量年增长率达到2 5 ，而载重 吨的年增长率为3 ( 见表1 1 ) 。 据有关资料统计，从2 0 0 2 年起的近十年里，新船订造交付量将是前少后多。2 0 0 2 2 0 0 5 年间的年交付量最少为4 0 万载重吨，最多可达9 0 万载重吨。随着世界化学品贸 易的发展，化学品船的需求将保持较高的增长势头( 见表1 3 ) 。 表1 32 0 0 3 m 2 0 1 0 年化学品船交船量预测 单位：百万载重吨 年份最坏情况最好情况 2 0 0 3o 4 0 6 2 0 0 4o 6 o 7 2 0 0 5 o 70 9 2 0 0 61 o 1 2 2 0 0 71 2 1 4 2 0 0 81 3 1 6 2 0 0 91 o1 3 2 0 1 0 o 91 1 到目前为止，我国尚没有相应的化学品船队。随着我国化工工业的发展，无论是化 学品的进，出1 3 ，还是化学品的国内运输，都得需要一个相当规模的化学品船队，因此， 化学品船的国内市场也将非常看好。 近年来，我国在国际船舶市场上一直位居第三，但与世界第一、二造船大国日、韩 相比，在“质”与“量”方面都存在着相当大的差距，特别是在“双高”船舶产品方面， 市场所占份额很小，某些产品为空白。 我国要成为世界第一大国，不仅要把造船产量做大，在“双高”产品的开发方面也 必须下大力气，占据制高点。而日、韩与欧美的一些先进船厂出于自身利益的考虑，非 常重视对不锈钢化学品船等“双高”船舶产品核心技术的保护，特别是实船的建造技术。 对于这类技术，我国的造船企业即使花费很高的代价也未必能够引进。 不锈钢舱船舶建造工艺研究 因此，我国的造船企业应该立足自主，循序渐进，先选择有一定基础、难度适当的 项目，集中力量研究，率先突破。 1 3 国内外对化学品船中不锈钢板的使用情况 国外方面： 现今世界上使用的含不锈钢舱化学品船，大部分都是由欧洲先进船厂建造的，这些 船厂都享有建造专利权，不锈钢板主要由瑞典和法国生产，在不锈钢板运输及储藏、装 配方面都有专利。2 0 世纪9 0 年代在化学品船上仅仅使用奥氏体不锈钢，主要是3 1 6 l n 和3 1 7 l n 。近几年，在化学品船上才开始逐渐使用双相不锈钢。 国内方面： 仅仅武汉青山造船厂建造过2 万吨级的含不锈钢舱化学品船，青山造船厂使用的钢 板是法国生产的。国内国有大型船厂还没有建造过含不锈钢舱化学品船。按国家科研计 划安排大连造船重工有限责任公司正在开展对建造含不锈钢舱化学品船的研究工作。 1 4 本文的主要工作 按照造船工艺流程全面系统地研究了不锈钢舱制造技术，尤其对不锈钢舱建造的难 点，焊接收缩补偿量的确定和分段划分及独立舱分段建造方法进行了开发性研究，以准 确可靠的实践和测试数据为依据，制订了切实可行的施工工艺，直接可以用于指导不锈 钢舱船舶建造，科学性和实用性强。 大连理工大学专业学位硕士学位论文 2 不锈钢材料分类、特性及在化学品船上的使用 按照i m o 关于“国际散装运输危险化学品船舶结构和设备规范”( i b cc o d e ) 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3 7 8 。c 的温度时蒸汽压力不超过0 2 8 m p a 的化学品。i b c 规则根据所载运化 学品的危险程度将化学品船分为i 型、i i 型、型。i 型为所载运化学品的危险性较为 严重的化学品船，i i 型次之，型为装运危害较小货物的船舶。大多数化学品都可以采 用对碳钢表面进行特涂处理的液货舱进行装载，但一些特殊的化学品必须采用不锈钢舱 进行装载。据英国劳氏船级社( l r ) 化学品数据库的资料表明：有3 8 种化学品不适于普 通碳钢舱装载：有3 4 种化学品具有潜在的不适应性，如：硝酸胺溶液( a m m o n i u mn a t r a t e s o l u t i o n ) 、聚硫酸铁溶液( p o l y f e r r i cs u l p h a t es o l u t i o n ) 、甲酸( f o r m i ca c i d ) 等化学品必须采用不锈钢舱进行运输。目前国外一些研究机构正在研究替代不锈钢的特 涂技术，但现在尚处于试验阶段，因此当今国际上各航运公司仍在采用不锈钢舱船舶装 载以上所提到的特殊化学品。不锈钢舱有两种形式：一种是纯不锈钢舱结构，另一种是 不锈钢复合板结构。本文侧重对第一种结构进行研究。 2 1 不锈钢腐蚀机理和分类 一般所称的不锈钢，是至少含1 2 铬( c r ) 的合金钢，其良好的防腐性能是因为 铬元素与空气中的氧或其他专用氧化剂起反应后生成一层致密而牢固的氧化铬薄膜，即 我们所称的“钝化膜”或“钝化层 ，这层薄膜对其下面的金属有保护作用。氧化铬保 护膜的组成成份随合金成分的不同而异，并且受到不同加工方法( 如滚轧、酸洗与加热) 的影响，通常认为这层氧化膜有自愈能力，即：当这层膜因各种原因而局部损伤后，可 在氧化环境下重新生成。但在某种环境中或某些条件下，钝化膜遭到破坏后会发生腐蚀。 不锈钢的腐蚀类型一般有点蚀( 孔蚀) 、隙蚀、应力蚀、电解蚀和晶间蚀等。 点蚀：使钝化膜局部遭到破坏后进而使金属蚀成小洞，其尺度可以从小到肉眼难于 发现的针孔状，直到其直径与深度可达数毫米之巨。点蚀可以由存在于钢材表面的异质 微粒( 如焊接飞溅、尘污等) 引发，也可以因试验用海水在用完后未彻底用清水清洗干 净而造成。 隙蚀：这往往是一部分溶液被困于狭窄空间( 如在货舱沉淀物下，法兰衬垫下或螺 母螺纹内) 造成的( 见图2 1 ) 。这时氧不能达到这些地方的金属表面，短时间内就会造 成局部腐蚀。 应力裂纹腐蚀：这种裂纹一般发生在长期受高应力和处于某种特定的腐蚀介质之中 的材料上，这种形式的腐蚀对不锈钢来说在含有氯元素的介质中在7 0 以下的温度下很 少发生。 不锈钢舱船舶建造工艺研究 晶间腐蚀：这是一种沿晶界的严重腐蚀，当金属加热到5 5 0 - - 8 5 0 c 时即可发生，这 是由于碳化铬的析出和近晶界区的铬已被耗尽( 即铬含量己减少于1 2 ) 的结果( 见图 2 2 ) ，这些区域的抗蚀能力将 图2 1 间隙腐蚀 图2 2晶间腐蚀图2 3电化腐蚀 电化腐蚀：这种腐蚀发生于不锈钢与较低等级的钢( 例如碳钢) 相接触并存在电解 液时，相对等级较低的钢将发生腐蚀，腐蚀程度主要依赖于电势差与暴露于电解液中的 相对面积。典型的例子是边水舱中软钢( 一般碳钢) 的扶强材焊于不锈钢舱壁板的结构 ( 见图2 3 ) 。 大连理工大学专业学位硕士学位论文 根据不锈钢发生腐蚀的不同类型，在带有不锈钢舱化学品船的设计、施工中必须充 分考虑防止出现导致破坏不锈钢防蚀能力的情况，这不仅需要设计部门考虑周全、制订 完善工艺，更重要的是全体施工人员必须严格遵守施工工艺。因此，在整个建造施工过 程中，工厂的严格的施工管理是必不可少的。 2 2 不锈钢种类及特性 不锈钢是一个范围很大的特殊钢系列，它基本上是由铁和碳以及1 2 或1 2 以上的 铬构成。不锈钢按基体组织可分为四大类：铁素体不锈钢；马氏体不锈钢；奥氏 体不锈钢；铁素体奥氏体( 双相) 不锈钢。 碳钢和马氏体、铁素铁、奥氏体不锈钢的物理性能见表2 1 。 由表2 1 可看出，奥氏体不锈钢与碳钢相比，电阻率大、无磁场、线膨胀系数大及 导热率低，这些性能将大大地影响这种钢的加工及装配工艺。 不锈钢除了组成钢的基本元素铁以外，对不锈钢材的机械性能、耐蚀性能和可焊性 以及其组织影响最大的元素有：碳、铬、镍、锰、硅、钼、钛、铌、氮、铜、钴等。 碳：碳在不锈钢中具有两重性，即碳是稳定奥氏体的元素，其作用程度很大( 约为 镍的3 0 倍) ；碳和铬的亲合力很大，可形成一系列复杂的碳化物。从强度与耐腐蚀性能 两方面看，碳在不锈钢中的作用是互相矛盾的。因为大多数情况下不锈钢总是以耐腐蚀 为主要目的，因此大多数不锈钢的含碳量在0 1 0 4 之间，而且，低碳含量的不锈钢 还易于焊接和冷变形等。 铬：是提高钢的耐腐蚀性能的主要元素，当合金钢置于空气或溶液中时，它能使钢 材表面形成一层更稳定的起保护作用的氧化膜。不锈钢的含铬量必须在1 2 或1 2 以 上，低于这个数量的钢，一般不能称为不锈钢。 表2 1 碳钢与三种不锈钢的物理性能 类型物理性能 电阻比热 线膨胀平均系数 导热率 弹性模 密度 1 0 1 0 。2 c a l 数 j i s a i s i率 c a l g c m s e c g c m1 0 一 k s u 昏c m0 - 1 0 0 0 - i 0 00 - 3 1 60 - 5 3 80 - 6 4 90 - 8 1 61 0 05 0 0 - 2 叽 碳钢 7 8 61 50 1 21 1 4 1 1 51 1 22 1 0 s u s 4 1 04 1 07 7 55 70 1 19 91 0 11 1 51 1 75 9 56 8 6 2 0 4 马氏体 s u s 4 0 44 0 37 7 55 20 1 19 91 0 11 1 51 1 75 9 56 8 6 2 0 4 硼 髑4 2 0 j 2 4 2 07 7 55 5d 1 1 _ 5 9 52 0 4 不锈钢舱船舶建造工艺研究 s u s 4 3 l4 3 l7 7 57 20 1 11 1 71 2 1 4 8 4 2 0 4 诽s u s 4 0 54 0 57 7 56 0 o 1 1 6 4 52 0 4 硼s u s 4 3 04 3 07 7 06 0 d 1 l1 0 41 1 o1 1 31 1 91 2 4 6 2 46 8 62 0 4 5 u s 3 0 13 0 17 9 37 2d 1 21 6 91 7 11 8 2 1 8 7 3 8 95 1 31 9 7 s u s 3 0 23 0 27 9 37 2d 1 21 7 31 7 31 8 41 8 73 8 95 1 31 9 7 s u s 3 0 43 0 47 9 3 7 2 0 1 21 7 31 7 318 41 8 73 8 95 1 3 1 9 7 鼎s u s 3 2 1 3 2 17 9 37 20 1 21 6 71 7 11 8 51 9 32 0 23 8 l 5 2 9 1 9 7 棚s u s 3 4 73 4 77 9 87 3d 1 21 6 71 7 11 8 51 9 12 0 o3 8 l 5 2 91 9 7 s u s 3 1 63 1 67 9 87 4o 1 21 6 o1 6 21 7 51 8 5 2 0 o 3 8 95 1 3 1 9 7 5 u s 3 0 9 s3 0 9 s7 。9 87 8 0 1 21 4 91 6 71 7 31 8 03 3 94 4 6 2 0 4 s u s 3 1 0 s3 1 0 s7 9 87 80 1 21 4 41 6 21 6 91 7 53 3 94 4 62 0 4 镍：是优良的耐腐蚀材料，在钢中是形成奥氏体的元素。它对耐局部腐蚀的能力无 明显的影响。镍与铬同时存在于不锈钢中时，含镍的不锈钢才具有许多可贵性能。因此， 镍在不锈钢中的作用是在它与铬配合后才会发挥出来。 钼：是形成铁素体的元素。钼可以增加不锈钢的钝化作用，提高耐腐蚀性能，特别 是阻止点腐蚀的倾向。也就是说，在较强的腐蚀环境下，这种元素能够明显地增强钝化 膜防止局部破坏的稳定能力。不过，在受热条件下，过高的钼含量有助于形成金属间化 合物6 相( f e c r m o ) ，这种化合物能降低合金的抗局部腐蚀的能力。 氮：它在不锈钢中的作用也是稳定奥氏体，并且作用程度比镍大。具有很强的增加 耐局部腐蚀的能力，特别是对奥氏体不锈钢和双相不锈钢这种效能更显著。 锰：对于奥氏体的作用与镍相似，在这一条件下，锰和氮可以代替铬镍不锈钢中的 镍。锰的作用不在于形成奥氏体，而是在于它降低钢的临界淬火速度，在冷却时增加奥 氏体的稳定性，抑制奥氏体的分解，使高温下形成的奥氏体得以保持到常温。但是，在 提高钢的耐腐蚀性能方面，锰的作用不大。 钛和铌：这两种元素与碳的亲和力都比铬大，在不锈钢中，它们优先与碳结合， 因此，添加适当的钛、铌、可起到防止晶间腐蚀作用。 铜：是稳定奥氏体的元素，其作用的程度比锰还小。因此，加少量的铜以后不至引 起不锈钢组织发生明显的变化。 d n v 规范中的耐腐蚀奥氏体不锈钢材料有七种。即：3 0 4 l 、3 1 6 l 、3 1 6 l n 、3 1 7 l 、 3 1 7 i , n 、3 2 1 、3 4 7 等。对3 1 6 l 材料的耐腐蚀性试验表明，3 1 6 l n 不锈钢适合用作化学品 船的货舱结构材料，其化学成分及力学性能见表2 2 。本子专题选择3 1 6 l n ( 3 1 6 l n 中的n 是指含有较高的含氮量，含氮合金可以提高钢的屈服强度) 作为货舱结构材料进行研究。 大连理工大学专业学位硕士学位论文 表2 23 1 6 l n 不锈钢板化学成分及力学性能 延 名化学成份屈服强度抗拉强度 伸 称 m p am p a cm ns ispc rn im on 率 3 1 6 l no 0 2 21 3 1o 4 2o 0 0 2o 0 2 4l7 2 l1 1 2 22 0 4o 1 22 6 05 9 25 2 奥氏体不锈钢是一种最常用的钢种，可以在1 6 5 7 5 0 的温度范围使用，其用途非 常广泛。奥氏体不锈钢与铁素体系、马氏体系的主要成分及性能的比较如表2 3 所示。 表2 3 三种类型不锈钢的主要成分性能比较 基本成分( ) 分类 淬火性耐蚀性加工性可焊性磁性 cc rn i 奥氏体系 0 2 5 以下1 6 以下7 以上无优优优无 铁素体系0 3 5 以下 1 6 2 7 无 佳 尚佳 尚可有 马氏体系l - 2 0 以下1 1 1 5自硬性 可可工艺较复杂 有 从表中可得知，铁素体和马氏体不锈钢都各具有优点，在某些特定场合下也常被采 用，但这两类钢材一般不用于低温用途。 在奥氏体不锈钢中，铬元素必须存在于固溶体中，并且不能形成碳化物。因此重要 的是钢中的碳含量要低到不足以形成铬的碳化物的程度。也就是说，碳含量或者是应该 相当低( 2 0 0 0 3 0 0 0 1 9 9 9o + 1 0 一o + 1 0一0 + 1 5 2 0 0 03 9 9 90 + 2 00 ，+ 1 0一o 件1 5 4 0 0 05 9 9 9o + 3 0一o + 1 0 0 + 1 5 6 0 0 07 9 9 90 + 3 5一o + 1 5 一o + 2 0 8 0 0 09 9 9 90 + 4 0 一o ，+ 1 50 + 2 0 l 0 0 0 0- 0 + 4 0 一o + 2 0一0 + 2 5 制造不锈钢舱的分段在工艺设计时要考虑全方位无余量下料、组装和合拢。因此， 所有的零件必须保证无余量下料的尺寸精度。 欧洲通常采用的零件尺寸精度标准如表3 2 ： 表3 。2 零件尺寸精度标准 项目 公差( n u n ) 长 4m 1 5 4 6m2 0 度 6 1 4 m3 o 宽 0 2 0 8m 1 0 度0 8 3 2m1 5 边 坡口角度2 5 坡口留根 1 缘 直线度 1 槽 、瓦 b = 5 型h = 5 舱 壁 成型r - 6 0 _ - 7 0 钢厂包装不锈钢有合理的规定。对中厚板，原则在每张钢板之间都垫有木方，木方 的厚度应满足吊钩或叉车能比较容易的将其吊起：对于薄板，则对每张板都用防水纸包 大连理工大学专业学位硕士学位论文 覆，几张板为一组。对切割后的零件放置于简易包装箱中；对槽型舱壁，则采取类似包 装不锈钢中厚板的作法。不论何种包装方式，都应使不锈钢表面不易被机械划伤为原则。 板材一般会经过热轧、退火和酸洗处理，如果侧重于考虑板材表面质量，在购货订 单中就应注明所要求的条件，船规的要求也应被列入订单，而且如有任何超过或超出船 规检验要求的话，应特别注明。 对到厂保护的很好的不锈钢板材或零件，一般不需再进行钢板的预处理。若需进行预 处理，可采用喷砂方法。但喷砂处理必须使用清洁和不含铁的颗粒或砂子，如玻璃球或橄 榄石砂。另外，喷砂工艺也很重要，过重的喷砂会损坏不锈钢表面，使其粗糙。因此喷砂工 艺既要保证锈蚀被完全去除，又要保证对其表面损害最小。为了防止不锈钢板大面积锈蚀， 应减少储存时间。所以，船厂要按生产进度组织订货。一旦有点蚀( p i t t 协g ) 现象，采用砂 轮打磨完成。 ( 2 ) 储存 不锈钢具有良好的防锈抗蚀能力，它的这种能力，主要依靠不锈钢材表面形成的氧 化铬层，即称之为钝化膜来完成。这种层纯化膜的厚度一般为1 0 1 0 0 a ( 1 0 。1 0 m ) 。保护 好这一薄薄的纯化层是不锈钢在储存、搬运和保管中至关重要的问题。 不锈钢表面上的划痕、飞溅，尤其是碳钢粉尘等都会损坏纯化膜，使其丧失防锈抗 蚀的能力。因此，不锈钢应选择清洁、干燥的贮存场所和远离碳钢粉尘、沙粒及其他杂 质粉尘的工作场所。堆放不锈钢板材时，必须在地面上铺以木质垫方，板与板亦之间应 放入木质垫块，见图3 2 所示。 用钢制搁架存放不锈钢时，必须衬以木板，以防不锈钢与钢架直接接触。 图3 2 不锈钢板材堆放方法 对于不锈钢复合板的堆放，应使二板的基板金属或复合金属相对( 见图3 - 3 所示) 。 不锈钢舱船舶建造工艺研究 图3 3 不锈钢复合板材堆放方法 为防止碳钢粉尘及其他杂质对不锈钢的污损，不锈钢应尽量贮存在屋内或有顶棚的 舱室。如在室外贮存，可用防水材料加以罩盖，但应注意通风，防止潮气在罩内凝结水 露。 ( 3 ) 搬运 由于不锈钢属非磁性材料，因此不能用磁力起重设备吊运，最好使用真空吊进行吊 运。吊运不锈钢的吊钩，应使用包覆或加衬垫的吊钩。 吊运不锈钢的吊绳最好使用尼龙索。若使用钢丝绳索，则应采取适当措施，避免钢 丝绳索对不锈钢造成硬接触伤害。 在不锈钢板材或构件的吊运中，如需加焊吊鼻；一种采用带不锈钢吊鼻( 见图3 4 a ) ， 另一种采用带不锈钢底座的碳钢吊鼻( 见图3 4 b ) 。 图3 4 不锈钢材质的吊环形式 临时使用的吊鼻用完后切掉，对切割处应认真打磨及纯化处理。 大连理工大学专业学位硕士学位论文 不锈钢材料搬运时，如用卡车或电动平车运输，需在车上加铺胶皮或木方以隔离碳 钢。 为了使不锈钢材料不致和碳钢材料混淆使用，在生产设计时需要针对不锈钢材料制 定区别于碳钢材料的编码，在编码上体现出不锈钢材料的特性以示区分及管理。如可在 零件代码后加一个s 字母( s 为s t a i r d e s s 第一个字母) 。 不锈钢材料按生产设计的编码来确定下料方式，其零件都编成数控件，采用等离子 切割。不锈钢材料下料图单独成册，并应同碳钢图册分开，以便管理。 不锈钢材料下料的工作场地应洁净，没有碳钢铁粉及其他杂质。划线及下料时。要 注意保护好不锈钢表面的钝化膜。 不锈钢材料的下料划线采用手工而不使用机械划线，划线使用的墨汁要求为不含碳 的。 不锈钢材料的下料、划线工作中，不可将碳钢工具等物品带入使用，施工人员的着 装也应注意，不能粘带铁末粉尘，所穿的鞋底不能有铁钉或粘有其他杂物，最好使用耐 磨的鞋套。 不锈钢材料的下料不能用氧一乙炔火焰切割，这是因为不锈钢中铬的含量较高，当 切割时切口处表面将升成高熔点( 2 0 0 0 ) 的氧化铬，增大了溶渣的粘度，阻止了碳的 氧化和铁的燃烧，使气割不能连续进行，因此只能采用等离子设备切割。 另外，不锈钢材料也可用剪板机下料。但不论用何种方式，均要求较高的下料精度， 一次下准，不留切割余量。因此号料工作必须仔细认真，精确度要求较高，对号料人员 的要求也相对较高。 不锈钢复合板可以采用一般气割设备进行切割，气割从基板的一面进行。对于厚度 在1 2t o n i 以下的不锈钢复合板，可用剪板机切割，其切割方向与气割方向相反，即必须 从不锈钢复合板的复合金属一面进行切割。 3 3 不锈钢( 奥氏体) 材料的冷n - r 技术研究 不锈钢( 奥氏体) 材料制成的构件一般不能进行热压加工和火工矫正，因为在热压 加工或火工矫正时，必须长时间地将钢材加热至5 0 0 - - 一9 0 0 的温度，此温度正是奥氏体 不锈钢产生晶间腐蚀的敏化温度( 4 5 0 - 8 5 0 ) 范围，在此温度内受热时，奥氏体中超 饱和的碳就会迅速地向晶界扩散，并与铬形成碳化物c r 2 3 c 6 析出，由于铬的扩散速度 较慢，且得不到及时的补充，因此晶界周围将造成严重贫铬，当晶界周围的铬含量低于 钝化所需要铬的含量时，便成为电化学腐蚀的阳极区而遭受腐蚀，这种局部腐蚀会导致 不锈钢结构的损坏，危害性极大。所以对不锈钢结构件只能进行冷加工，并在冷加工时 预留出焊接收缩补偿量和模具压制的回弹量。平面分段和独立舱整体预制完后，不能进 行水火校正，只能在建造过程中采取反变形和其它防止变形的措施。为此必须制订相应 不锈钢舱船舶建造工艺研究 的工艺来保证质量如： ( 1 ) 不锈钢板的精确下料和大面积壁板的无余量拼装工艺； ( 2 ) 不锈钢壁板与普通碳钢型材的装配工艺； ( 3 ) 不锈钢构件曲线边缘的下料及加工工艺； ( 4 ) 平面分段预制和独立舱组装工艺程序； ( 5 ) 平面分段和独立舱体的反变形及防止变形措施。 3 。4 不锈钢( 奥氏体) 材料构件的装配j j d - r 研究 不锈钢构件的加工主要是不锈钢板的大面积拼接。 ( 1 ) 钢板拼接须在特制的碳钢平台上按以下三种方法进行： 在平台上加设木板或其他物体，使不锈钢和碳钢分开； 在平台上加设不锈钢垫块： 在平台上混合加设木板和不锈钢垫块。 ( 2 ) 板材的边缘需机械加工。许多钢板大面积的整块拼接，不仅要求钢板的直线性， 并且要求钢板纵边与横边的垂直度，通常剪板机无法达到这一要求，因此需要利用铣边 机对钢板进行边缘的机械加工。奥氏体不锈钢的切削性能不同于碳素钢，这是由其物理 性能决定的，所以必须调整原有铣刀的参数及电机功率。经机械加工的不锈钢板，在拼 装时若发现个别地方的间隙不符合要求，则须用砂轮修整，直至符合要求为止。 ( 3 ) 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，定位 焊的规格为长度2 0 - - 3 0 m m ，间距1 5 0 - - , 3 0 0 m m ，定位焊焊缝高度不应超过正式焊缝高 度的2 3 。定位焊焊条应与正式焊接用的焊条或焊丝成分相同。 ( 4 ) 大面积拼板的板缝采用双面自动埋弧焊，装配间隙小于l m m 。钢板拼板后，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；另一种是采用砂轮清根处 理。但人们普通关心的问题是采用碳弧气刨来清根和返修是否会因渗碳影响不锈钢的抗 晶间腐蚀性能? 通过对刨槽表层进行化学分析结果表明，碳弧气刨对不锈钢刨槽表层基 本上不发生渗碳现象，但如果操作不当，将含碳量相当高的粘渣渗入焊缝，则将显著增 加焊缝金属的含碳量。一旦产生粘渣，必须用砂轮打磨干净再焊接。碳弧气刨对不锈钢 焊接接头抗晶间腐蚀的影响，在用y b 4 4 6 4 b 方法的腐蚀试验中反映不出来。因此对碳 弧气刨方法尚没有掌握要领时，建议不要采用该法清根，以防渗碳。而采用砂轮打磨， 则会大大增加工作量，因此要在焊接坡口上作文章，以尽量减少拼板清根的工序。 每个立体分段由数个部件( 平面分段) 组成。在每个平面分段的装配中，可用传统 工艺方法在奥氏体不锈钢钢板上安装船用碳素钢的角钢球扁钢等防挠材，其注意事项如 下： 装配中尽量少用“压马 ： 大连理工大学专业学位硕士学位论文 “压马 的材料应与钢板的材料相同； 定位焊的焊接材料与正式焊接材料相同； “压马必须用碳弧气刨或等离子切割取下； 角钢、球扁钢等扶强材全部装焊妥当后，再装焊碳素钢桁材。当部件完成后，再 将其组装成立体分段。 化学品船的不锈钢舱为双壳体结构，内壳为不锈钢，即装载化学品的舱内结构为不 锈钢，其余外部结构均为碳钢。由于不锈钢的特殊性，从保护不锈钢出发，必须制定完 善的建造工艺，确保不锈钢舱的建造质量。 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。立体分段的划分是否合理，直接影响着船舶的建造周期、建造质量、生产效 率、生产成本、设备潜力的发挥和改善劳动条件等技术经济指标。不锈钢的特殊性，决 定了分段要按照有利于保护不锈钢分段制造及有利于减少不锈钢舱分段船台合拢缝的 形式划分，要最大限度地使高空作业地面化，使工序前移，进而减少船台工作量。不 锈钢舱分段基本可分为底部分段，舷侧分段，甲板分段，纵、横壁分段。每个分段分为 不锈钢结构组和碳钢结构组分别建造，不锈钢结构组应该在碳钢结构预合后并舾装、涂 装工事结束后，再进行组合。每个分段宜采用如下方法建造。 一、平直底部分段 为了使不锈钢结构尽量完整，将底部分段分为6 组建造，如图3 5 所示：