CN103469101A

CN103469101A - 一种高Nb原油船货轮舱底板用耐蚀钢

Info

Publication number: CN103469101A
Application number: CN2013104457115A
Authority: CN
Inventors: 王学敏; 尚成嘉; 徐翔宇; 田龙
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2013-09-25
Filing date: 2013-09-25
Publication date: 2013-12-25
Anticipated expiration: 2033-09-25
Also published as: CN103469101B

Abstract

本发明一种用于原油船货轮舱底部腐蚀环境，能够降低底板处发生的局部腐蚀的高 Nb 原油船货轮舱底板用耐蚀钢。其成分组成含有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%、W：0.01~0.5%、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。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。

Description

一种高Nb原油船货轮舱底板用耐蚀钢

技术领域

本发明涉及一种原油船货轮舱用耐蚀钢，尤其作为货轮舱底板用钢材时，能够降低底板处的局部腐蚀。

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。

附图说明

图1 是原油船货轮舱底板腐蚀机理示意图。

图2是本发明模拟实际原油船货轮舱底板腐蚀环境的示意图。

图3是试验钢腐蚀初期原位观察图。

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。

Claims

1.一种高Nb原油船货轮舱底板用耐蚀钢，其特征在于，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。

2.如权利要求1所述的高Nb原油船货轮舱底板用耐蚀钢，其特征在于，，该耐蚀钢的各组分以质量百分比计，含有0.06~0.2%、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。

3.如权利要求1或2所述的的高Nb原油船货轮舱底板用耐蚀钢，其特征在于，该耐蚀钢的组分包含有Cr：0.2%以下。