我国高品质船舶、海洋工程用钢研究进展（2）

２ 原油船货油舱用耐蚀钢

油船作为船舶的特殊品种之一，在海水环境中的服役情况具有代表性。而由于海上原油泄漏事故频发，造成严重的环境污染和安全隐患，海上原油船货油舱的耐腐蚀性能受到越来越多的关注。而低合金耐蚀钢由于具有优异的环境友好特性以及较低的维护成本，已成为油船货油舱用钢的研究热点。２０１０年，国际海事协会（ＩＭＯ）将低合金耐蚀钢作为现行防腐涂层体系的唯一有效替代方案。随后，中国船级社于２０１３年发布了《原油船货油舱耐蚀钢检验指南》，明 确 指出了耐蚀钢可以作为原油船防腐涂层的替代措施，使货油舱的耐腐蚀性能满足目标使用寿命要求。

而日本从１９９９年就启动了油轮原油船货油舱用耐蚀钢的研究，通过协会、钢厂、造 船 厂、航运公司等多家机构联合协作的运行机制开展船用耐腐钢的研发、生产和应用工作。其研究表明在钢中加入 Ｗ 和 Ｃｒ对于致密锈层的形成有较明显的促进作用，可提高钢材耐点蚀及均匀腐蚀能力，辅 以一定量的 Ｍｏ、Ｓｂ等合金元素可以使得钢材耐蚀性进一步提高。新日铁、ＪＦＥ、住友金属、神户制钢等钢企先后开发出了货油舱用低合金耐蚀钢产品，其耐腐蚀性能显着提升，普 遍达到了普通船板钢的４～７倍（见表１）。

相对而言，我国原油船货油舱用耐蚀钢的研究工作起步较晚。从２００８年开始，鞍钢、宝钢、首钢、武钢、南钢、钢研院等单位开始了原油船货油舱用低合金耐腐蚀钢产品的研制和开发工作。经过多年研究探索，我国在原油船货油舱用耐蚀钢领域取得了显着进步。通过实船跟踪和实验室研究，基本掌握了钢在货油舱环境中的腐蚀行为规律及腐蚀机理。在此基础上，国内多家钢厂成功开发了原油船货油舱用耐蚀钢，各项性能指标达到ＩＭＯ 标准要求，具备了进一步实船应用的条件。

２.１ 货油舱的腐蚀环境及腐蚀特征

大量研究结果已经指出，原油船货油舱内上甲板和下底板所处的腐蚀环境及腐蚀特征存在显着差异。在货油舱中，含有从原油中挥发的 Ｈ２Ｓ腐蚀性气体，在昼夜温度交变情况下，上甲板的内表面始终处于干湿交替变换的环境中，并 由于结露形成水膜，舱体中的腐蚀性气体溶于水膜中引发上甲板的腐蚀，为均匀腐蚀。对于上甲板的保护，通 常 在 货 油 舱中填充由 Ｏ２、ＣＯ２、ＳＯ２ 和 Ｎ２ 组成的惰性气体。在下底板表面覆盖了一层油膜，通常情况下会对下底板起到一定的保护作用。但由于高盐度海水的作用使得下底板处于强酸环境中（ｐＨ 值低至０.８５），并且在洗舱过程中会导致局部油膜破坏，因此下底板表面的腐蚀主要为点蚀。

２.２ 我国货油舱耐蚀钢的开发和研究现状

针对油船货油舱上甲板和下底板的腐蚀特征，多家钢企和高校对货油舱用耐蚀钢进行了研究。结 果 表 明，在 钢中加入适量的 Ｃｕ元素可以有效提高钢的耐蚀性，这是因为Ｃｕ元素在钢的表 面 富 集，通过抑制阳极溶解过程降低钢的腐蚀速率，提高其在酸性 Ｃｌ－ 环境中的耐腐蚀性能；当 Ｃｕ元素添加量为０.５ｗｔ％时，低合金钢在腐蚀介质中产生的腐蚀产物中含有一层 Ｃｕ元素的富集层，这种腐蚀产物层对钢基体提供有效的保护，抑制其发生进一步的腐蚀。郝雪卉等在研究 Ｃｕ元素对下底板耐蚀钢表面微观电偶腐蚀行为的作用规律时，发现 Ｃｕ以元素形式弥散分布于试样表面，可以同时降低铁素体表面的阳极溶解速率以及渗碳体表面的氢还原速率，从而降低钢表面铁素体晶粒和残余渗碳体之间的电偶效应。由此可见，适当加入 Ｃｕ元素有利于提高低合金耐蚀钢在下底板环境中的耐腐蚀性能。另外，Ｍｏ元素可以通过细化组织、促进 Ｃｕ在锈层中富集等作用，提高钢板在货油舱下底板环境中的腐蚀均匀性，抑 制 局 部 腐 蚀，提 高 下 底 板耐蚀 钢 的 耐 腐 蚀 性 能；但 需 注 意 的 是，当 Ｍｏ 含 量 超 过０.１ｗｔ％时，组织过分 细 化，由于整体表面反应自由能降低，耐腐蚀性能 有 所 降 低。梁 金 明等 的 研 究 结 果 表 明，Ｃｒ元素对上甲板和下底板的腐蚀行为具有不同的影响规律。

在货油舱下底板环境中，当 Ｃｒ含量为１％～３％时，点蚀倾向随着 Ｃｒ含量的增加而逐渐增加，腐蚀速率也增大；但在上甲板环境中，由于 Ｃｒ元素可以降低钢中大角度晶界的含量，且在腐蚀产物中具有一定的富集作用，因此可以提高其耐腐蚀性能。

综上可知，可以向低合金钢中添加适量的 Ｃｕ、Ｃｒ和 Ｍｏ元素来提高货油舱用耐蚀钢的耐蚀性能；同时提高夹杂物控制水平及焊缝质量也可有效提升货油舱用耐蚀钢的耐腐蚀性能。

杨建炜等开发了一种能够同时满足货油舱上甲板和下底板使用要求的 Ｄ３６－ＲＣＷ 耐腐蚀钢及配套焊材。在满足力学性能和焊接性能要求的基础上，Ｄ３６－ＲＣＷ 耐 蚀 钢 具 有优良的耐腐蚀性能，在上甲板腐蚀 环 境 下２５年 外 推 腐 蚀 量小于２ｍｍ，在下底板腐蚀环境中的腐蚀速率为０.３ｍｍ／ａ左右，满足ＩＭＯ 对货油舱用低合金耐蚀钢的综合性能要求。

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