背景技术
在油轮船舱底部的污水中有大量的氯离子,在底板上残留的原油在表面形成一层保护膜,保护着底板不受腐蚀。油膜上有一些污泥,其中含有大量的单质硫。经实验发现,油膜的防腐效果跟涂层的效果一样。底板的点腐蚀发生在油膜的破损处,而这些破损部分来自于原油的冲洗。在油膜破损处,底板暴露在严重的腐蚀环境中,形成了腐蚀原电池。破损处作为阳极,油膜覆盖下的钢作为阴极, 如图1。
阳极反应:Fe → Fe2+ + 2e-
阴极反应:O2 + 2H2O +4e- → 4OH-
污泥中的硫元素是从上甲板脱落下来的,在腐蚀中,通过反应:S + 2H2O →H2S + 2OH- 加速点腐蚀的产生。
局部腐蚀腐蚀所处的环境不同于周围的环境。特别是pH值为理解此局部腐蚀最基本最重要的参数。腐蚀坑内的pH值非常的低,范围为1.5~2, 而腐蚀坑临近环境的pH值范围为5~10,处于中性或弱碱性环境。
目前使用的防腐措施主要为涂装和电化学防腐,可是由于原油船的涂布面积庞大,而且约10年就需要重新涂布一次,其花费的成本很大,另外,在货轮舱底板环境下,涂布的厚涂层反而促进了涂膜损伤部分的腐蚀。此外,在地板上定期地实施检查,对于点腐蚀深度大的部分通过堆焊进行修补,但问题是维护成本过高。2010年国际海事组织第87次海上安全委员会通过了《原油船货油舱替代图层防腐措施性能标准》,此标准具有强制性,是油船货油舱涂层的唯一替代方案。因此,开发一种符合标准的耐蚀钢很有必要的。
发明内容
本发明的目的在于开发一种作为货轮舱底板用钢材时,能够降低底板处的局部腐蚀,其年腐蚀速率符合《原油船货油舱替代图层防腐措施性能标准》的高Nb原油船货轮舱底板用耐蚀钢。
本发明的技术方案是:一种高Nb原油船货轮舱底板用耐蚀钢,该耐蚀钢的各组分以质量百分比计,含有Nb:0.04~0.2%、C:0.01~0.2%、Mn:0.05~2%,Si:0.05~1%、P:0.01%以下、S:0.01%以下、Ni:0.01~0.6%、Cu:0.05~0.8%,Al:0.1%以下,Ti:0.015%以下、Cr:0.2%以下、Mo:0.002~0.4%及W:0.01~0.5%中的一种或两种,余量由Fe和不可避免的杂质构成。
进一步,该耐蚀钢的各组分以质量百分比计,含有Nb:0.06~0.2%、C:0.05~0.2%、Mn:0.05~2%,Si:0.05~1%、P:0.01%以下、S:0.01%以下、Ni:0.01~0.6%、Cu:0.05~0.8%,Al:0.1%以下,Ti:0.015%以下、Cr:0.2%以下、Mo:0.002~0.4%及W:0.01~0.5%中的一种或两种,余量由Fe和不可避免的杂质构成。
进一步该耐蚀钢的组分还包含有Cr:0.2%以下。
对于热轧条件,做为耐蚀钢虽然没有特别限定的条件,但是从作为原油船货轮舱底板用钢材所要求的机械性能的角度考虑,需要选择设定的热轧温度及压下比。热轧后,根据所需的机械性能控制冷却速度。本发明中涉及的A32级船板钢,所采用的TMCP工艺为:加热到1200℃,保温一小时后,在1100℃开轧,终轧温度850℃,总压下量为85%,而后空冷。
对于如上限定的耐蚀钢成分组成进行说明(以质量百分比计):
C:C是提高强度的必要元素,随着C含量的提高,促进了钢种渗碳体的生成,在腐蚀环境中作为阴极,加速了腐蚀过程。同时,若C含量超过0.2%将导致焊接性能恶化。
Si:Si通常为脱氧的必要元素,为了得到成分的脱氧效果而含有0.01%以上。但是,含量超过1%时,使钢的韧性降低。优选的范围为0.05~1%。
Mn:Mn是低成本且具有提高钢强度的元素,本发明中为了得到所需的强度,需要添加0.05%以上。但是,如果添加了超过2%的Mn元素,会降低钢的韧性与焊接性能。优选的范围为0.05~2%。
P:P偏析于晶界,是降低钢的韧性的有害元素,优选尽可能的少。
S:S在钢中形成非金属夹杂物MnS,作为局部腐蚀的起点,是降低耐局部腐蚀性能的有害元素,优选尽可能地减少。
Al:Al是对钢脱氧的有效元素,可是含量超过1%会恶化钢的韧性。另一方面,Al在钢中形成氧化物杂质Al2O3,成为局部腐蚀的起点,降低耐局部腐蚀的能力。
Cr:Cr是提高钢耐蚀性能的有益元素,而当含量超过1%会恶化钢的耐蚀性能,故本发明优选范围为0.2%以下。
Cu:Cu能提高钢在酸性环境下的耐蚀性能,并抑制钢的局部腐蚀。Cu在钢表面富集,在腐蚀环境中生成Cu的氧化物,形成一层保护膜。另外,还具有提高海水飞沫环境、海水浸渍环境下的耐腐蚀效果。优选范围为0.05~0.8%。
Ni:Ni是一种比较稳定的元素,加入Ni 能使钢的自腐蚀电位向正方向变化,提高了钢在酸性环境下的耐蚀性能。同时,还可提高海水飞沫环境、海水浸渍环境下的耐腐蚀性能。优选范围0.01~0.6%。
Nb:Nb能够提高钢的强度,同时提高Nb含量增加了钢在酸性环境下的耐蚀性能。Nb在表面生成Nb的氧化物,形成一层保护膜,提高了钢的耐局部腐蚀性能。优选范围为0.02~0.2%。
Mo:Mo可提高钢的耐酸性腐蚀性能,同时,还会提高海水飞沫环境、海水浸渍环境下的耐腐蚀性能。优选范围为0.002~0.4%。
W:W可提高钢的耐酸性腐蚀性能,在钢表面生成一层氧化物保护膜,增强耐局部腐蚀能力。另外,还能提高海水飞沫环境、海水浸渍环境下的耐腐蚀性能。优选范围为0.01~0.5%。
对本发明中涉及的钢材的制造方法的说明:
本发明中涉及的钢材通过转炉、电炉或真空脱气装置等通常的方法,调节主要的5中元素(C、Si、Mn、P、S)至本发明范围内,并根据要求的特性添加其他合金元素进行熔炼,然后,将上述钢材通过连续铸造法等制成钢坯,之后立即冷却或在冷却后再加热钢坯并进行热轧。
本发明的有益效果是:由于采用上述技术方案,本发明的耐腐蚀钢制备工艺简单,可在钢表面生成一层氧化物保护膜,增强耐局部腐蚀能力,还能提高海水飞沫环境、海水浸渍环境下的耐腐蚀性能。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步说明。
实施例1
在真空感应炉中熔炼如表1所示的各种成分组成的钢,将这些钢坯再加热至1200℃后,在1100℃开轧,终轧温度850℃,制成钢板。从钢板上切出尺寸为50mm×40mm×5mm的矩形腐蚀挂片,放入图1所示的试验装置中,恒温30℃,浸泡72小时。该试验装置为恒温槽1,烧杯2,烧杯中为PH= 0.85,10%NaCl的腐蚀溶液3,腐蚀挂片4悬挂浸入腐蚀性溶液中。此试验方法为国际海事协会发布的《原油船货油舱替代图层防腐措施性能标准》中规定的用于评价油轮船耐蚀底板耐蚀性能的试验方法。试验结束后,将试样取出,计算各个样品的腐蚀失重量,并计算平均腐蚀速率,如表2所示。
表2中所示的平均腐蚀速率表明,发明例钢板的平均年腐蚀速率小于1mm/year,耐蚀性能优异。对比发明例No.1~No.4和比较例No.5试验钢,添加符和要求范围的合金元素Ni、Cu、Nb和W元素可以有效的提高试验钢板的耐腐蚀性能。对比发明例试验钢No.2和No.3,提高Nb含量可以有效的提高试验钢耐酸性腐蚀的能力。对比发明例No.4和比较例No.6,添加Mo元素可以提高试验刚的耐蚀性能。
对试验钢腐蚀初期进行原位观察,如图3所示, b、c、d分别为发明例 No.1,No.2,No.3试验钢,从左到右分别为腐蚀 0 h、0.25、1 h后的形貌。试验钢浸没在腐蚀溶液0.25h后,被侵蚀出来,表面出现了大量细小的坑,分布比较均匀。1h后,只有少量的点蚀坑长大。经对比,腐蚀0.25 h时,高Nb钢的晶界未被侵蚀出来,而低Nb钢的组织已经看得比较清晰,而这两组实验钢的腐蚀速率均在0.4~0.6之间,相差不是很大。这表明高Nb钢的晶界未被优先腐蚀,Nb 原子富集在界面处,阻止了腐蚀溶液对界面的腐蚀。