货油舱用E36级船板钢腐蚀行为和机理研究

发布时间：2017-09-08 15:49

  本文关键词：货油舱用E36级船板钢腐蚀行为和机理研究

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【摘要】：货油舱(COT)等船体结构因腐蚀失效而导致的重大安全事故,不但会造成巨大的经济损失,而且会严重污染海洋生态环境并威胁海运人员人身安全。传统货油舱防腐方式为涂装涂层,该方法既提高了油船的维护成本,同时又难以保证防腐效果。国际海事组织(IMO)于2013年通过相关标准,规定耐蚀钢为COT涂层的唯一等效替代方案。日本相关研究组织已经进行了货油舱耐蚀钢的实际试用。中国的少数几家钢铁企业和科研院所初步开展了货油舱耐蚀钢的试制和实船试验,但对货油舱环境下钢板的腐蚀机理及其影响因素等方面研究尚不够系统和深入。通过深入研究相关机理攻破技术壁垒,对货油舱耐蚀钢的工业生产和实船应用具有重要意义。 货油舱服役环境由上甲板湿气和下底板酸性溶液两种截然不同的环境共同组成。本文应用基于IMO标准自制的货油舱上甲板和下底板环境腐蚀模拟装置,采用扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)、电子背散射衍射(EBSD)、X射线衍射(XRD)、红外光谱(IR)、电化学、夹杂物原位分析和失重分析等手段分别对E36级船板钢在上甲板和下底板环境中的腐蚀行为和机理进行了研究,得出了如下研究结果： 对上甲板环境研究结果表明：将C含量降低至0.035%左右,重要耐蚀合金元素Cr达到1%wt含量,配合少量微量合金元素,采用TMCP工艺获得的单相铁素体组织E36级船板钢,其耐蚀性能较传统E36级船板钢显著提高,同时25年外推腐蚀减薄量仅为1.69mm,较传统E36级船板钢的9.35mm降低了82%,满足IMO标准小于2mm的要求。上甲板腐蚀形式为均匀腐蚀,腐蚀产物膜表层为α-FeOOH、γ-FeOOH与FeS2、Fe1-xS和S单质组成的相间分布的结构,内层主要为针状α-FeOOH、γ-FeOOH组成的相对致密结构。随着Cr含量的增加,内层腐蚀产物出现Cr的明显富集,增加了腐蚀产物膜致密性,阻止了腐蚀介质与基体间的离子交换,提高了近界面基体的电化学电位,同时大角度晶界比例的下降降低了腐蚀萌生和发展的趋势,进而提高耐蚀性能。 对下底板环境研究结果表明：下底板腐蚀形式以点蚀为主,在钢基体与夹杂物直接毗邻的交界处,以夹杂物与钢基体为阳极,存在几个微米范围的微电池,夹杂物腐蚀脱落之后,金属离子发生水解,蚀坑内的pH值持续降低,导致点蚀继续向纵向发展。其中MnS夹杂物较其它类型的夹杂物优先诱发点蚀,夹杂物的溶解优先从曲率半径小的地方开始。随之,晶界在夹杂物周围的钢基体中优先被腐蚀,晶界组态和位错密度共同作用影响钢的耐腐蚀性能。Cu、Mo元素的加入和低C含量的成分设计能够获得最优的耐腐蚀性能,腐蚀速率最低达0.299mm/a,较传统E36级船板钢(5.56mm/a)下降了95%,Cr元素在点蚀腐蚀情况下表现为负面影响因素。对于化学成分相同的钢,单相组织相对于存在少量粒状贝氏体的双相组织的耐蚀性能要好,热处理后钢的腐蚀速率依次为退火态≈回火态淬火态TMCP态。 对焊接接头的评价结果表明：应用H08MnA焊丝焊接的焊接接头上甲板腐蚀台阶深度为46.146μm(30μm≤r≤50μm),台阶角度为14.1°15°,满足IMO标准和中国船级社指南要求。应用H08Mn2MoA焊丝焊接获得的焊接接头焊缝处微观组织更为细小,为多边形铁素体+针状铁素体,在下底板环境中腐蚀速率最低为0.1832mm/a,焊缝处腐蚀性能优于母材。引入焊接接头的减薄协同度R值概念,令R=CH/Cm×100%。R值在50%～200%之间为合格区域,在焊缝和母材绝对减薄量之差的评价基础之上,突出了二者协同减薄的重要性,从而完善了焊接接头评价指标。
【关键词】：货油舱 E36级船板钢 上甲板 下底板 腐蚀行为和机理
【学位授予单位】：北京科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U668.2;TG172
【目录】：

• 致谢4-6
• 摘要6-8
• Abstract8-13
• 1 引言13-15
• 2 文献综述15-38
• 2.1 货油舱用海洋工程装备用钢概述15-19
• 2.1.1 海洋工程装备用钢市场需求及技术方向15-17
• 2.1.2 货油舱用耐蚀钢的发展17-19
• 2.2 货油舱用耐蚀钢研究发展现状19-22
• 2.2.1 国外货油舱耐蚀钢研究现状19-21
• 2.2.2 国内货油舱耐蚀钢研究现状21-22
• 2.3 货油舱服役环境及耐蚀性能标准要求22-27
• 2.3.1 货油舱上甲板服役环境和耐蚀性标准要求23-25
• 2.3.2 货油舱下底板服役环境和耐蚀性标准要求25-27
• 2.4 货油舱环境腐蚀及影响因素27-33
• 2.4.1 货油舱上甲板腐蚀及影响因素27-31
• 2.4.2 货油舱下底板腐蚀及影响因素31-33
• 2.5 货油舱用耐蚀钢焊接接头腐蚀性能研究33-37
• 2.5.1 焊接接头腐蚀概述33-35
• 2.5.2 焊接接头腐蚀性能及影响因素35-37
• 2.6 小结37-38
• 3 研究内容和方法38-42
• 3.1 研究目的38
• 3.2 研究内容38
• 3.3 研究方案38-39
• 3.4 实验设备39-41
• 3.5 技术路线41-42
• 4 E36级船板钢货油舱上甲板和下底板环境腐蚀行为和机理42-59
• 4.1 实验材料42-43
• 4.2 实验方法43-44
• 4.3 上甲板腐蚀实验44-54
• 4.3.1 腐蚀速率44-46
• 4.3.2 腐蚀宏观形貌46-48
• 4.3.3 电化学48-49
• 4.3.4 腐蚀产物膜分析49-53
• 4.3.5 腐蚀机理53-54
• 4.4 下底板腐蚀实验54-58
• 4.4.1 腐蚀速率和宏观形貌54
• 4.4.2 腐蚀微观形貌和腐蚀产物54-57
• 4.4.3 腐蚀机理57-58
• 4.5 本章小结58-59
• 5 合金元素对E36级船板钢货油舱上甲板环境腐蚀行为影响59-94
• 5.1 合金元素在上甲板短周期腐蚀中的作用59-65
• 5.1.1 实验材料和实验方法59-62
• 5.1.2 实验结果62-63
• 5.1.3 分析和讨论63-65
• 5.2 合金元素对上甲板全周期腐蚀的影响65-84
• 5.2.1 实验材料和实验方法66
• 5.2.2 实验结果66-71
• 5.2.3 分析与讨论71-84
• 5.3 Cr元素在上甲板环境腐蚀的作用机理84-93
• 5.3.1 实验材料和实验方法84-85
• 5.3.2 实验结果85-90
• 5.3.3 分析与讨论90-93
• 5.4 本章小结93-94
• 6 合金元素对E36级船板钢货油舱下底板环境腐蚀行为影响94-108
• 6.1 实验材料和实验方法94-98
• 6.1.1 E36船板钢成分设计94-95
• 6.1.2 实验钢的力学性能和显微组织95-96
• 6.1.3 实验钢的显微组织96-97
• 6.1.4 下底板腐蚀实验方法97-98
• 6.2 下底板腐蚀实验结果98-100
• 6.3 腐蚀形貌分析100-102
• 6.3.1 腐蚀宏观形貌观察100-101
• 6.3.2 腐蚀微观形貌观察101-102
• 6.4 下底板腐蚀电化学分析102-106
• 6.5 本章小结106-108
• 7 夹杂物、组织和晶体结构缺陷对E36级船板钢货油舱下底板环境腐蚀行为影响108-127
• 7.1 夹杂物对货油舱下底板环境腐蚀行为的影响108-117
• 7.1.1 实验材料和实验方法108-109
• 7.1.2 实验结果109-112
• 7.1.3 分析讨论112-117
• 7.2 组织对货油舱下底板环境腐蚀行为的影响117-121
• 7.2.1 实验材料与热处理工艺117
• 7.2.2 微组织117-118
• 7.2.3 腐蚀速率118-119
• 7.2.4 腐蚀形貌观察119-121
• 7.3 晶体结构缺陷对货油舱下底板环境腐蚀行为的影响121-125
• 7.3.1 晶界对货油舱下底板环境腐蚀行为的影响121-124
• 7.3.2 位错对货油舱下底板环境腐蚀行为的影响124-125
• 7.4 本章小结125-127
• 8 焊接接头在货油舱环境下腐蚀行为127-139
• 8.1 实验材料127-129
• 8.2 焊接接头下底板腐蚀行为评价129-132
• 8.2.1 实验方法129
• 8.2.2 实验结果129-132
• 8.3 焊接接头上甲板腐蚀行为评价132-136
• 8.3.1 实验方法132
• 8.3.2 实验结果132-133
• 8.3.3 分析与讨论133-136
• 8.4 货油舱用钢焊接接头腐蚀实验评价体系建议136-137
• 8.5 本章小结137-139
• 9 结论及创新点139-141
• 9.1 结论139-140
• 9.2 创新点140-141
• 参考文献141-151
• 作者简历及在学研究成果151-154
• 学位论文数据集154

【参考文献】

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1 马凤辉 ,李春范 ,王亚;中国焊接材料的生产与应用[J];焊接;2002年08期

2 刘克俭,王祖宽,杨桂荣;钢中硫化物夹杂的产生及其形态控制[J];河北理工学院学报;2001年01期

3 王仪康,杨柯,单以银,赵明纯;高压输气管线用钢[J];焊管;2002年01期

4 王建民,陈学群,李国民,胡裕龙;低合金船体钢点蚀敏感性的研究[J];海军工程大学学报;2003年05期

5 陈学群,常万顺,陈德斌;碳钢中夹杂物诱发点蚀的规律和特性研究[J];海军工程大学学报;2004年06期

6 唐伯钢;我国焊接材料的发展趋势和应关注的问题[J];焊接技术;2002年06期

7 王新江;李晓刚;杨体绍;郭世宝;李静宇;董超芳;;X70管线钢表面点蚀成因及机理分析[J];钢铁研究学报;2010年06期

8 冯向阳;齐彦昌;彭云;田志凌;薛群虎;;货油舱用耐蚀钢焊接接头的耐腐蚀性能[J];钢铁研究学报;2012年03期

9 王冰;李勇;;国外船舶焊接技术发展近况[J];舰船科学技术;2009年05期

10 王树涛;杨善武;高克玮;贺信莱;;低合金耐候钢在含氯离子环境中的耐腐蚀性能[J];材料热处理学报;2008年04期

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本文编号：814919