造船用高性能钢jfe钢铁公司拥有的减少使用周期费技术

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1、造船用高性能钢JFE钢铁公司拥有的减少使用周期费技术摘要本文就有关减少船舶使用周期费的船用钢材产品设计思路和产品开发性能进行介绍。原油油轮上层甲板用耐腐蚀NAC5与日前使用钢相比，耐腐蚀性约提高了10%,底漆寿命约为原來的2倍。综合两方面的效果，因磨损而必须更换上层甲板的船龄预计将延长5年。高疲劳特性钢板AFD的疲劳裂纹扩展寿命可提高2倍以上。1.前言近年，随着长期服役船的增加，因腐蚀或疲劳诱发的船体损伤成为目前面临的问题。船体寿命主要由腐蚀和疲劳的发展情况决定。为降低现有船的LCC（使用周期费），迫切希望通过正确评估预期寿命，进

2、行合理修补，同时开发具有耐腐蚀性和疲劳性的材料。油轮原油罐的空隙部曝露在为防爆而填充的燃烧废气和原油挥发的H2S的混合气氛屮，尤其是上层甲板背面处于昼夜温差大而干湿交替反复的严酷腐蚀环境中。但是，由于对有关腐蚀没有足够的定量了解，目前没有实行切实的防腐措施。作为致力于建立快速防腐措施的机构，1999年以来，钢铁、造船、船业几家携手组建（社团法人）H本造船研究协会第242研究部会（SR242）。本公司利用迄今为止以“NAC（新型耐腐蚀钢）系列而产业化生产各种低合金耐腐蚀钢积累起来的知识经验，与预涂底漆组合，开发了面向原油油轮上层甲板

3、的具有足够耐腐蚀性的“NAC5”钢，并实现了商业化生产。另一方面，由于船体结构件受到波浪反复应力的作用，从应力集中的大量形状不连续部位或焊接固定端部等产生疲劳裂纹并扩展，最终引发导致贯穿、断裂等严重事故。对由于这种疲劳引起的损伤，从防止增加LCC的观点岀发，设定适当的设计寿命和安全系数并如何加以保证，是要解决的一大课题。以2001年度开始起动的245研究部会（SR245）为契札根据钢材的裂纹扩展性能，开展正确评估距焊接部假想初期缺陷的预期寿命，力图合理提高使用周期费中船体结构安全性的活动。最近，（财团法人）口本海事协会（NK）和挪

4、威船级协会（DNV）、劳埃得船级协会（LR）等各个船级规定了以对疲劳裂纹扩展特性优秀钢材为对象的新附注符号。应对造船业界的这一动向，本公司开发并商业化生产了具有优秀疲劳扩展性能的钢板“AFD（抗疲劳损伤）”。本文对适应上述造船业界对降低LCC要求而开发的供原油油轮上层甲板用耐腐蚀钢和船体结构用具有高疲劳特性钢板，从产品特性和性能方面进行阐述，同时，对有关降低LCC的评估技术也作一定介绍。2.原油油轮上层甲板用耐腐蚀钢“NAC5”2.1.原油油轮上层甲板背面的腐蚀2丄1・实际用船的腐蚀情况燃烧废气的代表性化学成分如表1所列，为：14

5、%的CO?;8%的02；0.03%的SOx-bal.N2o并且，上层甲板的温度全年昼夜在最低5-25°C,最高35-60°C之间循环往复。上层甲板背面发生的腐蚀反应物与通常的大气腐蚀反应相同，一般是受S2O和原油挥发的H?S而加速反应。进而在含有H?S和H2O的气氛中,当存在氧化铁（FeOOH）后，固体S析出。由于析出的固体S呈层状分布，腐蚀生成物容易剥落。由于锈蚀层不具有保护性，腐蚀连续扩展，腐蚀速度丝毫不减缓。——InertgasEx.89®Ch^SSOk・RiI.N3Crudeal蒸汽空间睛性气体Fig.lCrosssect

6、ionofoiltankerandoorrosiwenvironmerdincrudeoiltank原油图1原油油轮的横截面和原油舱的腐蚀环境2丄2在实验室中再现腐蚀环境为评估上层甲板背面腐蚀环境屮的腐蚀性，制作了腐蚀试验装置。该装置再现环境依据的是SR242研究结果，是在腐蚀形态和腐蚀生成物与实际环境非常一致的条件下制作的。试验装置的概要示于图2。试验槽内的温度和露点恒定不变，通过使用水冷板改变试样温度，再现了干湿反复的环境。并且，试验气氛使用了模拟燃烧废气和H2S混合气氛的CO2-O2-SO2-H2S-N2混合气体。试样Sp^

7、imeD水冷却盘Fkr.2Corrosionsimulationsvstum图2腐蚀模拟系统2.2.上层甲板用耐腐蚀钢“NAC5”的开发2.2.1NAC5耐腐蚀合金设计NAC5是在上述上层甲板背面曝露环境中有效发挥耐腐蚀性，并且在机械性质和焊接施工性方面作为船用钢材具有优良性能的耐腐蚀钢。在进行成分设计时，着眼于在固体S析出环境中发挥耐腐蚀性的合金元素的同时，还考虑了延长作为一次防锈涂敷的预涂底漆寿命达到防腐的效果。除对未涂漆材料外，对预涂底漆材料也进行了耐腐蚀性评估。试验条件如下：气氛：12%C02-5%02-0.01%SO20

8、」%H2Sbal.N2温度：30-50°C（露点40°C）干湿循环：干燥1小时一转移3小时一结露1小时一转移3小时试验时间：720小时（3天）腐蚀试验完后，对未涂漆材除去锈蚀，求出重量减少量；对涂有底漆的材料,除去底漆，测量腐蚀从横切部位扩展的宽度