本文關(guān)鍵詞：貨油艙用E36級船板鋼腐蝕行為和機理研究

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【摘要】：貨油艙(COT)等船體結(jié)構(gòu)因腐蝕失效而導(dǎo)致的重大安全事故,不但會造成巨大的經(jīng)濟損失,而且會嚴(yán)重污染海洋生態(tài)環(huán)境并威脅海運人員人身安全。傳統(tǒng)貨油艙防腐方式為涂裝涂層,該方法既提高了油船的維護(hù)成本,同時又難以保證防腐效果。國際海事組織(IMO)于2013年通過相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),規(guī)定耐蝕鋼為COT涂層的唯一等效替代方案。日本相關(guān)研究組織已經(jīng)進(jìn)行了貨油艙耐蝕鋼的實際試用。中國的少數(shù)幾家鋼鐵企業(yè)和科研院所初步開展了貨油艙耐蝕鋼的試制和實船試驗,但對貨油艙環(huán)境下鋼板的腐蝕機理及其影響因素等方面研究尚不夠系統(tǒng)和深入。通過深入研究相關(guān)機理攻破技術(shù)壁壘,對貨油艙耐蝕鋼的工業(yè)生產(chǎn)和實船應(yīng)用具有重要意義。 貨油艙服役環(huán)境由上甲板濕氣和下底板酸性溶液兩種截然不同的環(huán)境共同組成。本文應(yīng)用基于IMO標(biāo)準(zhǔn)自制的貨油艙上甲板和下底板環(huán)境腐蝕模擬裝置,采用掃描電鏡(SEM)、能譜(EDS)、電子背散射衍射(EBSD)、X射線衍射(XRD)、紅外光譜(IR)、電化學(xué)、夾雜物原位分析和失重分析等手段分別對E36級船板鋼在上甲板和下底板環(huán)境中的腐蝕行為和機理進(jìn)行了研究,得出了如下研究結(jié)果： 對上甲板環(huán)境研究結(jié)果表明：將C含量降低至0.035%左右,重要耐蝕合金元素Cr達(dá)到1%wt含量,配合少量微量合金元素,采用TMCP工藝獲得的單相鐵素體組織E36級船板鋼,其耐蝕性能較傳統(tǒng)E36級船板鋼顯著提高,同時25年外推腐蝕減薄量僅為1.69mm,較傳統(tǒng)E36級船板鋼的9.35mm降低了82%,滿足IMO標(biāo)準(zhǔn)小于2mm的要求。上甲板腐蝕形式為均勻腐蝕,腐蝕產(chǎn)物膜表層為α-FeOOH、γ-FeOOH與FeS2、Fe1-xS和S單質(zhì)組成的相間分布的結(jié)構(gòu),內(nèi)層主要為針狀α-FeOOH、γ-FeOOH組成的相對致密結(jié)構(gòu)。隨著Cr含量的增加,內(nèi)層腐蝕產(chǎn)物出現(xiàn)Cr的明顯富集,增加了腐蝕產(chǎn)物膜致密性,阻止了腐蝕介質(zhì)與基體間的離子交換,提高了近界面基體的電化學(xué)電位,同時大角度晶界比例的下降降低了腐蝕萌生和發(fā)展的趨勢,進(jìn)而提高耐蝕性能。 對下底板環(huán)境研究結(jié)果表明：下底板腐蝕形式以點蝕為主,在鋼基體與夾雜物直接毗鄰的交界處,以夾雜物與鋼基體為陽極,存在幾個微米范圍的微電池,夾雜物腐蝕脫落之后,金屬離子發(fā)生水解,蝕坑內(nèi)的pH值持續(xù)降低,導(dǎo)致點蝕繼續(xù)向縱向發(fā)展。其中MnS夾雜物較其它類型的夾雜物優(yōu)先誘發(fā)點蝕,夾雜物的溶解優(yōu)先從曲率半徑小的地方開始。隨之,晶界在夾雜物周圍的鋼基體中優(yōu)先被腐蝕,晶界組態(tài)和位錯密度共同作用影響鋼的耐腐蝕性能。Cu、Mo元素的加入和低C含量的成分設(shè)計能夠獲得最優(yōu)的耐腐蝕性能,腐蝕速率最低達(dá)0.299mm/a,較傳統(tǒng)E36級船板鋼(5.56mm/a)下降了95%,Cr元素在點蝕腐蝕情況下表現(xiàn)為負(fù)面影響因素。對于化學(xué)成分相同的鋼,單相組織相對于存在少量粒狀貝氏體的雙相組織的耐蝕性能要好,熱處理后鋼的腐蝕速率依次為退火態(tài)≈回火態(tài)淬火態(tài)TMCP態(tài)。 對焊接接頭的評價結(jié)果表明：應(yīng)用H08MnA焊絲焊接的焊接接頭上甲板腐蝕臺階深度為46.146μm(30μm≤r≤50μm),臺階角度為14.1°15°,滿足IMO標(biāo)準(zhǔn)和中國船級社指南要求。應(yīng)用H08Mn2MoA焊絲焊接獲得的焊接接頭焊縫處微觀組織更為細(xì)小,為多邊形鐵素體+針狀鐵素體,在下底板環(huán)境中腐蝕速率最低為0.1832mm/a,焊縫處腐蝕性能優(yōu)于母材。引入焊接接頭的減薄協(xié)同度R值概念,令R=CH/Cm×100%。R值在50%～200%之間為合格區(qū)域,在焊縫和母材絕對減薄量之差的評價基礎(chǔ)之上,突出了二者協(xié)同減薄的重要性,從而完善了焊接接頭評價指標(biāo)。
【關(guān)鍵詞】：貨油艙 E36級船板鋼 上甲板 下底板 腐蝕行為和機理
【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：U668.2;TG172
【目錄】：

• 致謝4-6
• 摘要6-8
• Abstract8-13
• 1 引言13-15
• 2 文獻(xiàn)綜述15-38
• 2.1 貨油艙用海洋工程裝備用鋼概述15-19
• 2.1.1 海洋工程裝備用鋼市場需求及技術(shù)方向15-17
• 2.1.2 貨油艙用耐蝕鋼的發(fā)展17-19
• 2.2 貨油艙用耐蝕鋼研究發(fā)展現(xiàn)狀19-22
• 2.2.1 國外貨油艙耐蝕鋼研究現(xiàn)狀19-21
• 2.2.2 國內(nèi)貨油艙耐蝕鋼研究現(xiàn)狀21-22
• 2.3 貨油艙服役環(huán)境及耐蝕性能標(biāo)準(zhǔn)要求22-27
• 2.3.1 貨油艙上甲板服役環(huán)境和耐蝕性標(biāo)準(zhǔn)要求23-25
• 2.3.2 貨油艙下底板服役環(huán)境和耐蝕性標(biāo)準(zhǔn)要求25-27
• 2.4 貨油艙環(huán)境腐蝕及影響因素27-33
• 2.4.1 貨油艙上甲板腐蝕及影響因素27-31
• 2.4.2 貨油艙下底板腐蝕及影響因素31-33
• 2.5 貨油艙用耐蝕鋼焊接接頭腐蝕性能研究33-37
• 2.5.1 焊接接頭腐蝕概述33-35
• 2.5.2 焊接接頭腐蝕性能及影響因素35-37
• 2.6 小結(jié)37-38
• 3 研究內(nèi)容和方法38-42
• 3.1 研究目的38
• 3.2 研究內(nèi)容38
• 3.3 研究方案38-39
• 3.4 實驗設(shè)備39-41
• 3.5 技術(shù)路線41-42
• 4 E36級船板鋼貨油艙上甲板和下底板環(huán)境腐蝕行為和機理42-59
• 4.1 實驗材料42-43
• 4.2 實驗方法43-44
• 4.3 上甲板腐蝕實驗44-54
• 4.3.1 腐蝕速率44-46
• 4.3.2 腐蝕宏觀形貌46-48
• 4.3.3 電化學(xué)48-49
• 4.3.4 腐蝕產(chǎn)物膜分析49-53
• 4.3.5 腐蝕機理53-54
• 4.4 下底板腐蝕實驗54-58
• 4.4.1 腐蝕速率和宏觀形貌54
• 4.4.2 腐蝕微觀形貌和腐蝕產(chǎn)物54-57
• 4.4.3 腐蝕機理57-58
• 4.5 本章小結(jié)58-59
• 5 合金元素對E36級船板鋼貨油艙上甲板環(huán)境腐蝕行為影響59-94
• 5.1 合金元素在上甲板短周期腐蝕中的作用59-65
• 5.1.1 實驗材料和實驗方法59-62
• 5.1.2 實驗結(jié)果62-63
• 5.1.3 分析和討論63-65
• 5.2 合金元素對上甲板全周期腐蝕的影響65-84
• 5.2.1 實驗材料和實驗方法66
• 5.2.2 實驗結(jié)果66-71
• 5.2.3 分析與討論71-84
• 5.3 Cr元素在上甲板環(huán)境腐蝕的作用機理84-93
• 5.3.1 實驗材料和實驗方法84-85
• 5.3.2 實驗結(jié)果85-90
• 5.3.3 分析與討論90-93
• 5.4 本章小結(jié)93-94
• 6 合金元素對E36級船板鋼貨油艙下底板環(huán)境腐蝕行為影響94-108
• 6.1 實驗材料和實驗方法94-98
• 6.1.1 E36船板鋼成分設(shè)計94-95
• 6.1.2 實驗鋼的力學(xué)性能和顯微組織95-96
• 6.1.3 實驗鋼的顯微組織96-97
• 6.1.4 下底板腐蝕實驗方法97-98
• 6.2 下底板腐蝕實驗結(jié)果98-100
• 6.3 腐蝕形貌分析100-102
• 6.3.1 腐蝕宏觀形貌觀察100-101
• 6.3.2 腐蝕微觀形貌觀察101-102
• 6.4 下底板腐蝕電化學(xué)分析102-106
• 6.5 本章小結(jié)106-108
• 7 夾雜物、組織和晶體結(jié)構(gòu)缺陷對E36級船板鋼貨油艙下底板環(huán)境腐蝕行為影響108-127
• 7.1 夾雜物對貨油艙下底板環(huán)境腐蝕行為的影響108-117
• 7.1.1 實驗材料和實驗方法108-109
• 7.1.2 實驗結(jié)果109-112
• 7.1.3 分析討論112-117
• 7.2 組織對貨油艙下底板環(huán)境腐蝕行為的影響117-121
• 7.2.1 實驗材料與熱處理工藝117
• 7.2.2 微組織117-118
• 7.2.3 腐蝕速率118-119
• 7.2.4 腐蝕形貌觀察119-121
• 7.3 晶體結(jié)構(gòu)缺陷對貨油艙下底板環(huán)境腐蝕行為的影響121-125
• 7.3.1 晶界對貨油艙下底板環(huán)境腐蝕行為的影響121-124
• 7.3.2 位錯對貨油艙下底板環(huán)境腐蝕行為的影響124-125
• 7.4 本章小結(jié)125-127
• 8 焊接接頭在貨油艙環(huán)境下腐蝕行為127-139
• 8.1 實驗材料127-129
• 8.2 焊接接頭下底板腐蝕行為評價129-132
• 8.2.1 實驗方法129
• 8.2.2 實驗結(jié)果129-132
• 8.3 焊接接頭上甲板腐蝕行為評價132-136
• 8.3.1 實驗方法132
• 8.3.2 實驗結(jié)果132-133
• 8.3.3 分析與討論133-136
• 8.4 貨油艙用鋼焊接接頭腐蝕實驗評價體系建議136-137
• 8.5 本章小結(jié)137-139
• 9 結(jié)論及創(chuàng)新點139-141
• 9.1 結(jié)論139-140
• 9.2 創(chuàng)新點140-141
• 參考文獻(xiàn)141-151
• 作者簡歷及在學(xué)研究成果151-154
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集154

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：814919