CN101928886A

CN101928886A - 一种货油舱用耐腐蚀钢及其应用

Info

Publication number: CN101928886A
Application number: CN 201010228826
Authority: CN
Inventors: 尹雨群; 朱爱玲; 赵晋斌
Original assignee: Nanjing Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Nanjing Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2010-07-15
Filing date: 2010-07-15
Publication date: 2010-12-29

Abstract

本发明公开了一种货油舱用耐腐蚀钢及其应用，该货油舱用耐腐蚀钢含有化学成分的重量百分比为：C 0.01-0.2％，Si 0.05％-1.0％，Mn 0.1％-2.0％，P≤0.020％，S≤0.020％，Cu 0.1％-1.5％，Cr≤1.0％，Ni 0.01-1.0％，Al≤0.1％，Ti≤0.010％，其余为Fe。还含有W 0.05-1.0％，Mo 0.01-0.5％，Co 0.05-1.0％，Sb 0.01-0.3％，Sn 0.01-0.3％中的一种或两种以上或Nb 0.01-0.5％，V 0.005-0.1％，B 0.0005-0.005％中的一种或两种以上或稀土元素La≤0.50％，Ce≤0.50％中的一种或两种。本发明应用在原油船的货油舱中具有优异的耐全面腐蚀和局部腐蚀性能。

Description

一种货油舱用耐腐蚀钢及其应用

技术领域

本发明属于钢铁冶金领域，涉及一种耐腐蚀钢材，具体地说是一种用于原油船中的货油舱用耐腐蚀钢。

背景技术

船舶的压载舱根据载货状态等的变化而进行海水的注入和排出，因而所使用的钢材会反复处于海水的浸渍状态和含有盐分的湿润大气这样及其严酷的腐蚀环境中。此外，压载舱内由于有日光照射到上甲板上而成为高温。但是由于船体被海水冷却，从而产生温度梯度，这就使得钢材所处的环境更为严酷。而在原油贮罐底板上，由于在高浓度含有氯化物的原油贮罐底上滞留水分和来自原油的硫磺成分等，钢材受到强烈的局部腐蚀而产生孔洞。因此原油船货油舱用钢材既会受到严重的全面腐蚀，又会受到强烈的局部腐蚀。

由于货油舱的腐蚀有可能导致船舶的沉没事故和来自油轮的原油泄漏事故，从而有必要对钢材实施各种防腐措施。目前对此所进行的防腐措施主要有涂装和电化学防腐。但这两种防腐措施并不能对钢材起到理想的保护。研究表明，处于这种严重腐蚀环境下的压载舱的防腐蚀涂层的寿命一般约为10年，为船舶寿命20年的一半。因此，剩余的10年需要进行修补喷漆来维持耐腐蚀性。但是，由于压载舱处于严酷的腐蚀环境，因此即使进行修补喷漆也难以长时间维持其效果。

发明内容

为了克服现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种货油舱用耐腐蚀钢，该耐腐蚀钢可以直接应用在原油船的货油舱中，在原油腐蚀环境和海水腐蚀环境中，均具有优良的耐腐蚀性能，可以延长修补喷漆的时间，尽可能地减少修补喷漆操作，甚至不用表面涂膜，就能满足耐腐蚀要求。

本发明的目的通过以下技术方案来实现的：

一种货油舱用耐腐蚀钢，其特征在于：该货油舱用耐腐蚀钢含有化学成分的重量百分比为：C 0.01-0.2％，Si 0.05％-1.0％，Mn 0.1％-2.0％，P≤0.020％，S≤0.020％，Cu 0.1％-1.5％，Cr≤1.0％，Ni 0.01-1.0％，Al≤0.1％，Ti≤0.010％，其余为Fe。其中Cu/S为10-60。

本发明所述货油舱用耐腐蚀钢，以重量百分比计，还含有W 0.05-1.0％，Mo 0.01-0.5％，Co 0.05-1.0％，Sb 0.01-0.3％，Sn 0.01-0.3％中的一种或两种以上。

本发明所述货油舱用耐腐蚀钢，以重量百分比计，还含有Nb 0.01-0.5％，V 0.005-0.1％，B 0.0005-0.005％中的一种或两种以上。

本发明所述货油舱用耐腐蚀钢，以重量百分比计，还含有稀土元素，稀土元素为La≤0.50％，Ce≤0.50％中的一种或两种。

本发明所述的货油舱用耐腐蚀钢中Cu与S的重量百分比满足Cu/S为10-60。稀土元素与S的重量百分比满足RE(La，Ce)/S为10-30。

一种货油舱用耐腐蚀钢在原油船中的应用。采用本发明所述的货油舱用耐腐蚀钢能够提高货油舱在原油腐蚀环境和海水腐蚀环境中的耐全面腐蚀和局部腐蚀性能，并能够大幅度降低维修费用；甚至不用表面涂膜，就能满足耐腐蚀要求。

对本发明中钢成分的限定理由进行阐述：

C是确保材料强度的必要元素，含有量为0.01％以上。当碳含量＜0.4％时，随碳含量增加，钢的耐蚀性提高，但与Cu共存时，C又使钢的耐蚀性稍有下降。低碳含铜钢的耐蚀性最为优异。优选碳含量为0.01-0.2％

Cu对提高钢的耐蚀性具有重要作用，而S，P则是钢中的有害元素，含量越低越好。但是，对耐硫酸露点腐蚀来说，一定量的S存在，可以促使钢的表面形成Cu₂S钝化膜，从而抑制阳极反应和阴极的电化学反应。如果含S量不足，Cu₂S表面膜就不能形成，Cu只是堆积在表面，增大了阳极面积，反而加速腐蚀。所以Cu和S的含量应该符合一定的比例，最好为Cu/S为10-60。

Mn是低成本且对强化有效的元素，为了得到该效果，含有量为0.1％以上。但当其含量超过2％时，会使焊接性和耐腐蚀性能变差，优选锰含量为0.1％-2％。

Si是脱氧的必要元素，为了得到充分的脱氧效果而含有0.05％以上。但是如果含量超过1％，则损害钢材的韧性。优选硅含量为0.05-1％。

Cr对提高钢的耐蚀性有利，但钢中含Cr＞1.0％时，会使钢耐硫酸腐蚀性能下降。优选铬含量为≤1.0％

Ti在钢中除了细化晶粒、提高强度之外，还能改善钢的焊接性能，但对耐硫酸腐蚀不利。尤其当其含量超过0.1％，会使耐腐蚀性能变差，优选钛含量为≤0.010％。

Ni是提高干湿反复环境下的耐全面腐蚀的元素。具有在湿润硫化氢环境下形成防腐蚀性的硫化物保护膜来提高耐全面腐蚀和局部腐蚀性能。进而还可以提高在海水飞沫环境和海水浸泡环境下的腐蚀性能。为了达到上述效果，需要Ni含量达到0.01％以上，但当Ni含量超过1％时，所述效果饱和，从而只会增加成本。因此，优选镍含量为0.01-1.0％。

Al是对钢的脱氧有效的元素，但在本发明里，由于含有一定量的Si，可以由Si脱氧。所以没有必要添加Al进行脱氧处理。同时，添加Al会使钢的全面腐蚀性能下降，而且由于氮化物组大化而引起韧性下降。因此其含量最好在0.1％以下。

在本发明中，为了进一步提高钢材耐全面腐蚀性能，可以配合W，Mo，Co，Sb，Sn，Nb，V，B，La，Ce中的一种或多种。

W是提高干湿反复环境下的耐全面腐蚀的元素。具有在湿润硫化氢环境下形成防腐蚀性的硫化物保护膜来提高耐全面腐蚀和局部腐蚀性能。进而还可以提高在海水飞沫环境和海水浸泡环境下的腐蚀性能。W在和Cu，Ni共存时，与单独添加相比，耐腐蚀性能进一步提高。

Mo是提高不含有硫化氢的干湿反复环境下的耐全面腐蚀的元素。具有在湿润硫化氢环境下形成防腐蚀性的硫化物保护膜来提高耐全面腐蚀和局部腐蚀性能。进而，Mo还具有提高耐酸性的作用。另外，Mo还可以提高在海水飞沫环境和海水浸泡环境下的腐蚀性能。这些效果即使是杂质级别的含有量也能够达到，但为了得到更加显著地效果，优选钼的含量为0.01-0.5％。

Co可以稍稍提高钢的耐腐蚀性，因此，在想要进一步提高钢的耐腐蚀性能时，可以辅助的含有Co元素。当Co的重量含量高于0.05％时，可以达到上述效果。因此，优选钴含量为0.05-1.0％。

Sb具有如下作用：提高干湿反复环境下的耐全面腐蚀，且提高耐酸性。进而还具有提高耐点蚀性能的作用。这些效果即使是杂质级别的含有量也能够达到，但为了得到更加显著地效果，优选锑的含量为0.01％以上。但当锑的含量超过0.3％时，所述的效果就会饱和。因此，优选锑的含量为0.01-0.3％。

Sn与Sb同样，具有如下作用：提高干湿反复环境下的耐全面腐蚀，且提高耐酸性。进而还具有提高耐点蚀性能的作用。这些效果即使是杂质级别的含有量也能够达到，但为了得到更加显著地效果，优选锡的含量为0.01％以上。但当锡的含量超过0.3％时，所述的效果就会饱和。因此，优选锡的含量为0.01-0.3％。

Nb是具有提高钢的强度的作用的元素。该效果通过含有量在0.01％以上可以得到，但超过0.15％时，则会使韧性恶化。因此，优选铌含量为0.01％-0.15％。

V与Nb同样，是具有提高钢的强度的作用的元素。该效果通过含有量在0.005％以上可以得到，但超过0.10％时，则会使韧性和焊接性恶化。因此，优选钒含量为0.005％-0.10％。

B也与Nb、V同样，是具有提高钢的强度的作用的元素。该效果通过含有量在0.0005％以上可以得到，但超过0.005％时，则会使韧性和焊接性恶化。因此，优选硼含量为0.0005％-0.005％。

稀土(RE)可以提高钢的冲击韧性和耐腐蚀性能，不仅对钢中的低熔点金属和非金属成分有极大的亲和作用，而且有极强的脱硫和脱氧的能力，并能明显改善钢材的焊接性能。选用常用的稀土元素La和Ce做为添加元素，并优选其含量为≤0.5，且RE(La，Ce)/S控制为10-30。

本发明可以直接应用在原油船的货油舱中，在原油腐蚀环境和海水腐蚀环境中，均具有优良的耐腐蚀性能，可以延长修补喷漆的时间，尽可能地减少修补喷漆操作，甚至不用表面涂膜，就能满足耐腐蚀要求。

附图说明

图1为本发明模拟实际油船舱板背面腐蚀环境示意图。

图2为本发明模拟实际油船的货油舱底板腐蚀环境示意图。

具体实施方式

实施例1

一种本发明所述的货油舱用耐腐蚀钢，钢材的合金成分如表1所示。实验样品线切割为50mm×30mm×4.5mm的长方形样品，模拟实际油船舱板背面环境的腐蚀试验。如图1所示，图1为本发明模拟实际油船舱板背面腐蚀环境示意图。其中1为玻璃容器，2为0.3％NaCl水溶液，3为测试的钢铁样品，4为通气管，5为恒温槽。用一玻璃容器模拟货油舱，内部注入一部分0.3％NaCl水溶液，在其上部留有通气孔，供气口和排气口各一个，样品固定在玻璃容器的上部。将密闭后的玻璃容器放在恒温槽内。对其施加50℃×20小时+25℃×4小时的温度循环，实验时从通气孔向模拟环境中持续通入5％O₂+13％CO₂+0.02％SO₂+剩余N₂的混合气体，试验时间为3个月。

实验结束后，将试样取出，计算各个实验样品的腐蚀失重量，并计算全面腐蚀速度，如表2所示。

比较例1

比较例1材料的合金成分如表1所示。实验样品线切割为50mm×30mm×4.5mm的长方形样品，用与实施例1相同的方法模拟实际油船舱板背面环境的腐蚀试验。用一玻璃容器模拟货油舱，内部注入一部分0.3％NaCl水溶液，在其上部留有通气孔，供气口和排气口各一个，样品固定在玻璃容器的上部。将密闭后的玻璃容器放在恒温槽内。对其施加50℃×20小时+25℃×4小时的温度循环，实验时从通气孔向模拟环境中持续通入5％O₂+13％CO₂+0.02％SO₂+剩余N₂的混合气体，试验时间为3个月。

表1：本发明和比较例实验材料的化学成分(质量％)

样品	本发明1	本发明2	比较例1	比较例2
					C％	0.14	0.14	0.15	0.06
Si％	0.55	0.55	0.25	0.25
					Mn％	1.5	1.5	1.1	1.1
P％	0.01	0.01	0.02	0.02
					S％	0.02	0.02	0.002	0.002
Cu％	0.6	0.6	0.5	0.55
					Cr％	0.5	0.5	0.01	0.01
Ni％	0.22	0.22	0.25	0.22
					Al％	0.02	0.02	0.02	0.02
Ti％	0.001	0.001	0.01
					W％	0.22			0.21
Mo％	0.25
					Co％
Sb％	0.10

Sn％
			Nb％	0.10	0.01
V％	0.05	0.02
			B％	0.005	0.001
La％	0.2
			Ce％	0.3

表2：本发明和比较例实验材料的全面腐蚀速率(mm/a)

样品	本发明1	本发明2	比较例1	比较例2
					腐蚀速率	0.07	0.05	0.28	0.14

实施例2

按照发明内容所述的合金成分制造实验材料，材料的合金成分如表1所示。实验样品线切割为50mm×30mm×4.5mm的长方形样品，模拟实际油船的货油舱底板部所用钢材的腐蚀试验。图2为本发明模拟实际油船的货油舱底板腐蚀环境示意图，11为玻璃容器，12为人工海水溶液，13为测试的钢铁样品，14为通气管，15为恒温槽。

用一玻璃容器模拟货油舱，内部注入一部分人工海水，在其上部留有通气孔，供气口和排气口各一个，样品固定在玻璃容器的底部，浸泡在人工海水溶液中。将密闭后的玻璃容器放在恒温槽内，温度设定为40℃。实验时从通气孔向模拟环境中持续通入5％O₂+13％CO₂+0.02％SO₂+剩余N₂的混合气体，试验时间为1个月。

实验结束后，将试样取出，测量各个实验样品的最大点蚀坑深度。点蚀坑深度的测定是在腐蚀后的实验样品上，将点腐蚀产生部的深度，以没有产生点腐蚀的部分为基准利用千分尺测量的。在此，采用在点腐蚀产生部深度最大的值作为点蚀坑深度。根据各个试验样品的点蚀坑深度求出点腐蚀速度，如表3所示。

比较例2

比较例2材料的合金成分如表1所示。实验样品线切割为50mm×30mm×4.5mm的长方形样品，用与实施例2相同的方法模拟实际油船的货油舱底板部所用钢材的腐蚀试验。用一玻璃容器模拟货油舱，内部注入一部分人工海水，在其上部留有通气孔，供气口和排气口各一个，样品固定在玻璃容器的底部，浸泡在人工海水溶液中。将密闭后的玻璃容器放在恒温槽内，温度设定为40℃。实验时从通气孔向模拟环境中持续通入5％O₂+13％CO₂+0.02％SO₂+剩余N₂的混合气体，试验时间为1个月。

表3：本发明和比较例实验材料的点腐蚀速率(mm/a)

样品	本发明1	本发明2	比较例1	比较例2
					腐蚀速率	3.0	2.6	11.7	8.6

本发明所述的耐腐蚀钢可以直接应用在原油船的货油舱中，在原油腐蚀环境和海水腐蚀环境中，均具有优良的耐腐蚀性能，可以延长修补喷漆的时间，尽可能地减少修补喷漆操作，甚至不用表面涂膜，就能满足耐腐蚀要求。

Claims

1.一种货油舱用耐腐蚀钢，其特征在于：该货油舱用耐腐蚀钢含有化学成分的重量百分比为：C 0.01-0.2％，Si 0.05％-1.0％，Mn 0.1％-2.0％，P≤0.020％，S≤0.020％，Cu 0.1％-1.5％，Cr≤1.0％，Ni 0.01-1.0％，Al≤0.1％，Ti≤0.010％，其余为Fe。

2.根据权利要求1所述的货油舱用耐腐蚀钢，其特征在于：该货油舱用耐腐蚀钢以重量百分比计，还含有W 0.05-1.0％，Mo 0.01-0.5％，Co 0.05-1.0％，Sb 0.01-0.3％，Sn 0.01-0.3％中的一种或两种以上。

3.根据权利要求1所述的货油舱用耐腐蚀钢，其特征在于：该货油舱用耐腐蚀钢以重量百分比计，还含有Nb 0.01-0.5％，V 0.005-0.1％，B 0.0005-0.005％中的一种或两种以上。

4.根据权利要求1所述的货油舱用耐腐蚀钢，其特征在于：该货油舱用耐腐蚀钢以重量百分比计，还含有稀土元素，所述稀土元素为La≤0.50％，Ce≤0.50％中的一种或两种。

5.根据权利要求1所述的货油舱用耐腐蚀钢，其特征在于：该货油舱用耐腐蚀钢中Cu与S的重量百分比满足Cu/S为10-60。

6.根据权利要求4所述的货油舱用耐腐蚀钢，其特征在于：稀土元素与S的重量百分比满足RE(La，Ce)/S为10-30。

7.一种权利要求1所述货油舱用耐腐蚀钢在原油船中的应用。