專利名稱：一種貨油艙用耐腐蝕鋼及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鋼鐵冶金領(lǐng)域，涉及一種耐腐蝕鋼材，具體地說(shuō)是一種用于原油船中 的貨油艙用耐腐蝕鋼。
背景技術(shù)：
船舶的壓載艙根據(jù)載貨狀態(tài)等的變化而進(jìn)行海水的注入和排出，因而所使用的鋼 材會(huì)反復(fù)處于海水的浸漬狀態(tài)和含有鹽分的濕潤(rùn)大氣這樣及其嚴(yán)酷的腐蝕環(huán)境中。此外， 壓載艙內(nèi)由于有日光照射到上甲板上而成為高溫。但是由于船體被海水冷卻，從而產(chǎn)生溫 度梯度，這就使得鋼材所處的環(huán)境更為嚴(yán)酷。而在原油貯罐底板上，由于在高濃度含有氯化 物的原油貯罐底上滯留水分和來(lái)自原油的硫磺成分等，鋼材受到強(qiáng)烈的局部腐蝕而產(chǎn)生孔 洞。因此原油船貨油艙用鋼材既會(huì)受到嚴(yán)重的全面腐蝕，又會(huì)受到強(qiáng)烈的局部腐蝕。由于貨油艙的腐蝕有可能導(dǎo)致船舶的沉沒(méi)事故和來(lái)自油輪的原油泄漏事故，從而 有必要對(duì)鋼材實(shí)施各種防腐措施。目前對(duì)此所進(jìn)行的防腐措施主要有涂裝和電化學(xué)防腐。 但這兩種防腐措施并不能對(duì)鋼材起到理想的保護(hù)。研究表明，處于這種嚴(yán)重腐蝕環(huán)境下的 壓載艙的防腐蝕涂層的壽命一般約為10年，為船舶壽命20年的一半。因此，剩余的10年 需要進(jìn)行修補(bǔ)噴漆來(lái)維持耐腐蝕性。但是，由于壓載艙處于嚴(yán)酷的腐蝕環(huán)境，因此即使進(jìn)行 修補(bǔ)噴漆也難以長(zhǎng)時(shí)間維持其效果。
發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種貨油艙用耐腐蝕鋼，該 耐腐蝕鋼可以直接應(yīng)用在原油船的貨油艙中，在原油腐蝕環(huán)境和海水腐蝕環(huán)境中，均具有 優(yōu)良的耐腐蝕性能，可以延長(zhǎng)修補(bǔ)噴漆的時(shí)間，盡可能地減少修補(bǔ)噴漆操作，甚至不用表面 涂膜，就能滿足耐腐蝕要求。本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的一種貨油艙用耐腐蝕鋼，其特征在于該貨油艙用耐腐蝕鋼含有化學(xué)成分的重量 百分比為C 0. 01-0. 2%, Si 0. 05% -1. 0%,Μη 0. 1 %-2. 0%,P ^ 0. 020%, S ^ 0. 020%, Cu 0. 1% -1. 5%, Cr ^ 1. 0%,Ni 0. 01-1. 0%,Α1 ^ 0. l%,Ti ^ 0. 010%，其余為 Fe。其 中 Cu/S 為 10-60。本發(fā)明所述貨油艙用耐腐蝕鋼，以重量百分比計(jì)，還含有W 0. 05-1.0%, Mo 0. 01-0. 5%, Co 0. 05-1. 0%, Sb 0. 01-0. 3%, Sn 0. 01-0. 3%中的一種或兩種以上。本發(fā)明所述貨油艙用耐腐蝕鋼，以重量百分比計(jì)，還含有Nb 0.01-0.5%, V 0. 005-0. 1%, B 0. 0005-0. 005%中的一種或兩種以上。本發(fā)明所述貨油艙用耐腐蝕鋼，以重量百分比計(jì)，還含有稀土元素，稀土元素為 La ^ 0. 50%, Ce ^ 0. 50%中的一種或兩種。本發(fā)明所述的貨油艙用耐腐蝕鋼中Cu與S的重量百分比滿足Cu/S為10-60。稀 土元素與S的重量百分比滿足RE (La，Ce)/S為10-30。
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一種貨油艙用耐腐蝕鋼在原油船中的應(yīng)用。采用本發(fā)明所述的貨油艙用耐腐蝕鋼 能夠提高貨油艙在原油腐蝕環(huán)境和海水腐蝕環(huán)境中的耐全面腐蝕和局部腐蝕性能，并能夠 大幅度降低維修費(fèi)用；甚至不用表面涂膜，就能滿足耐腐蝕要求。對(duì)本發(fā)明中鋼成分的限定理由進(jìn)行闡述C是確保材料強(qiáng)度的必要元素，含有量為0.01%以上。當(dāng)碳含量<0.4%時(shí)，隨碳 含量增加，鋼的耐蝕性提高，但與Cu共存時(shí)，C又使鋼的耐蝕性稍有下降。低碳含銅鋼的耐 蝕性最為優(yōu)異。優(yōu)選碳含量為0.01-0. 2%Cu對(duì)提高鋼的耐蝕性具有重要作用，而S，P則是鋼中的有害元素，含量越低越好。 但是，對(duì)耐硫酸露點(diǎn)腐蝕來(lái)說(shuō)，一定量的S存在，可以促使鋼的表面形成Cu2S鈍化膜，從而 抑制陽(yáng)極反應(yīng)和陰極的電化學(xué)反應(yīng)。如果含S量不足，Cu2S表面膜就不能形成，Cu只是堆 積在表面，增大了陽(yáng)極面積，反而加速腐蝕。所以Cu和S的含量應(yīng)該符合一定的比例，最好 為 Cu/S 為 10-60。Mn是低成本且對(duì)強(qiáng)化有效的元素，為了得到該效果，含有量為0. 以上。但當(dāng)其 含量超過(guò)2%時(shí)，會(huì)使焊接性和耐腐蝕性能變差，優(yōu)選錳含量為0. 1% -2%。Si是脫氧的必要元素，為了得到充分的脫氧效果而含有0.05%以上。但是如果含 量超過(guò)1%，則損害鋼材的韌性。優(yōu)選硅含量為0. 05-1%。Cr對(duì)提高鋼的耐蝕性有利，但鋼中含Cr > 1. 0%時(shí)，會(huì)使鋼耐硫酸腐蝕性能下降。 優(yōu)選鉻含量為< 1.0%Ti在鋼中除了細(xì)化晶粒、提高強(qiáng)度之外，還能改善鋼的焊接性能，但對(duì)耐硫酸腐蝕 不利。尤其當(dāng)其含量超過(guò)0. 1%，會(huì)使耐腐蝕性能變差，優(yōu)選鈦含量為<0.010%。Ni是提高干濕反復(fù)環(huán)境下的耐全面腐蝕的元素。具有在濕潤(rùn)硫化氫環(huán)境下形成防 腐蝕性的硫化物保護(hù)膜來(lái)提高耐全面腐蝕和局部腐蝕性能。進(jìn)而還可以提高在海水飛沫環(huán) 境和海水浸泡環(huán)境下的腐蝕性能。為了達(dá)到上述效果，需要Ni含量達(dá)到0. 01%以上，但當(dāng) Ni含量超過(guò)時(shí)，所述效果飽和，從而只會(huì)增加成本。因此，優(yōu)選鎳含量為0. 01-1. 0%。Al是對(duì)鋼的脫氧有效的元素，但在本發(fā)明里，由于含有一定量的Si，可以由Si脫 氧。所以沒(méi)有必要添加Al進(jìn)行脫氧處理。同時(shí)，添加Al會(huì)使鋼的全面腐蝕性能下降，而且 由于氮化物組大化而引起韌性下降。因此其含量最好在0. 以下。在本發(fā)明中，為了進(jìn)一步提高鋼材耐全面腐蝕性能，可以配合1^0，&)，513，511，他， V, B, La, Ce中的一種或多種。W是提高干濕反復(fù)環(huán)境下的耐全面腐蝕的元素。具有在濕潤(rùn)硫化氫環(huán)境下形成防 腐蝕性的硫化物保護(hù)膜來(lái)提高耐全面腐蝕和局部腐蝕性能。進(jìn)而還可以提高在海水飛沫環(huán) 境和海水浸泡環(huán)境下的腐蝕性能。W在和Cu，Ni共存時(shí)，與單獨(dú)添加相比，耐腐蝕性能進(jìn)一
步提尚。Mo是提高不含有硫化氫的干濕反復(fù)環(huán)境下的耐全面腐蝕的元素。具有在濕潤(rùn)硫 化氫環(huán)境下形成防腐蝕性的硫化物保護(hù)膜來(lái)提高耐全面腐蝕和局部腐蝕性能。進(jìn)而，Mo還 具有提高耐酸性的作用。另外，Mo還可以提高在海水飛沫環(huán)境和海水浸泡環(huán)境下的腐蝕性 能。這些效果即使是雜質(zhì)級(jí)別的含有量也能夠達(dá)到，但為了得到更加顯著地效果，優(yōu)選鉬的 含量為 0. 01-0. 5%。Co可以稍稍提高鋼的耐腐蝕性，因此，在想要進(jìn)一步提高鋼的耐腐蝕性能時(shí)，可以
4輔助的含有Co元素。當(dāng)Co的重量含量高于0.05%時(shí)，可以達(dá)到上述效果。因此，優(yōu)選鈷含 量為 0. 05-1. 0%oSb具有如下作用提高干濕反復(fù)環(huán)境下的耐全面腐蝕，且提高耐酸性。進(jìn)而還具 有提高耐點(diǎn)蝕性能的作用。這些效果即使是雜質(zhì)級(jí)別的含有量也能夠達(dá)到，但為了得到更 加顯著地效果，優(yōu)選銻的含量為0.01%以上。但當(dāng)銻的含量超過(guò)0.3%時(shí)，所述的效果就會(huì) 飽和。因此，優(yōu)選銻的含量為0.01-0. 3%。Sn與Sb同樣，具有如下作用提高干濕反復(fù)環(huán)境下的耐全面腐蝕，且提高耐酸性。 進(jìn)而還具有提高耐點(diǎn)蝕性能的作用。這些效果即使是雜質(zhì)級(jí)別的含有量也能夠達(dá)到，但為 了得到更加顯著地效果，優(yōu)選錫的含量為0.01%以上。但當(dāng)錫的含量超過(guò)0.3%時(shí)，所述的 效果就會(huì)飽和。因此，優(yōu)選錫的含量為0. 01-0. 3%。Nb是具有提高鋼的強(qiáng)度的作用的元素。該效果通過(guò)含有量在0. 01%以上可以得 到，但超過(guò)0. 15%時(shí)，則會(huì)使韌性惡化。因此，優(yōu)選鈮含量為0.01% -0. 15%。V與Nb同樣，是具有提高鋼的強(qiáng)度的作用的元素。該效果通過(guò)含有量在0.005% 以上可以得到，但超過(guò)0. 10%時(shí)，則會(huì)使韌性和焊接性惡化。因此，優(yōu)選釩含量為 0. 005% -0. 10%。B也與Nb、V同樣，是具有提高鋼的強(qiáng)度的作用的元素。該效果通過(guò)含有量在 0. 0005%以上可以得到，但超過(guò)0. 005%時(shí)，則會(huì)使韌性和焊接性惡化。因此，優(yōu)選硼含量為 0. 0005% -0. 005% ο稀土(RE)可以提高鋼的沖擊韌性和耐腐蝕性能，不僅對(duì)鋼中的低熔點(diǎn)金屬和非 金屬成分有極大的親和作用，而且有極強(qiáng)的脫硫和脫氧的能力，并能明顯改善鋼材的焊接 性能。選用常用的稀土元素La和Ce做為添加元素，并優(yōu)選其含量為< 0. 5，且RE (La，Ce) / S控制為10-30。本發(fā)明可以直接應(yīng)用在原油船的貨油艙中，在原油腐蝕環(huán)境和海水腐蝕環(huán)境中， 均具有優(yōu)良的耐腐蝕性能，可以延長(zhǎng)修補(bǔ)噴漆的時(shí)間，盡可能地減少修補(bǔ)噴漆操作，甚至不 用表面涂膜，就能滿足耐腐蝕要求。
圖1為本發(fā)明模擬實(shí)際油船艙板背面腐蝕環(huán)境示意圖。圖2為本發(fā)明模擬實(shí)際油船的貨油艙底板腐蝕環(huán)境示意圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1一種本發(fā)明所述的貨油艙用耐腐蝕鋼，鋼材的合金成分如表1所示。實(shí)驗(yàn)樣品線 切割為50mmX30mmX4. 5mm的長(zhǎng)方形樣品，模擬實(shí)際油船艙板背面環(huán)境的腐蝕試驗(yàn)。如圖1 所示，圖1為本發(fā)明模擬實(shí)際油船艙板背面腐蝕環(huán)境示意圖。其中1為玻璃容器，2為0. 3% NaCl水溶液，3為測(cè)試的鋼鐵樣品，4為通氣管，5為恒溫槽。用一玻璃容器模擬貨油艙，內(nèi)部 注入一部分0. 3% NaCl水溶液，在其上部留有通氣孔，供氣口和排氣口各一個(gè)，樣品固定在 玻璃容器的上部。將密閉后的玻璃容器放在恒溫槽內(nèi)。對(duì)其施加50°C X20小時(shí)+25°C X4 小時(shí)的溫度循環(huán)，實(shí)驗(yàn)時(shí)從通氣孔向模擬環(huán)境中持續(xù)通入5% 02+13% C02+0 . 02% SO2+剩余N2的混合氣體，試驗(yàn)時(shí)間為3個(gè)月。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，將試樣取出，計(jì)算各個(gè)實(shí)驗(yàn)樣品的腐蝕失重量，并計(jì)算全面腐蝕速 度，如表2所示。比較例1比較例1材料的合金成分如表1所示。實(shí)驗(yàn)樣品線切割為50mmX30mmX4. 5mm 的長(zhǎng)方形樣品，用與實(shí)施例1相同的方法模擬實(shí)際油船艙板背面環(huán)境的腐蝕試驗(yàn)。用一玻 璃容器模擬貨油艙，內(nèi)部注入一部分0. 3% NaCl水溶液，在其上部留有通氣孔，供氣口和 排氣口各一個(gè)，樣品固定在玻璃容器的上部。將密閉后的玻璃容器放在恒溫槽內(nèi)。對(duì)其施 加50°C X20小時(shí)+25°C X4小時(shí)的溫度循環(huán)，實(shí)驗(yàn)時(shí)從通氣孔向模擬環(huán)境中持續(xù)通入5% 02+13% C02+0 . 02% SO2+剩余N2的混合氣體，試驗(yàn)時(shí)間為3個(gè)月。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，將試樣取出，計(jì)算各個(gè)實(shí)驗(yàn)樣品的腐蝕失重量，并計(jì)算全面腐蝕速 度，如表2所示。表1 本發(fā)明和比較例實(shí)驗(yàn)材料的化學(xué)成分(質(zhì)量％ ) 表2 本發(fā)明和比較例實(shí)驗(yàn)材料的全面腐蝕速率(mm/a) 實(shí)施例2按照發(fā)明內(nèi)容所述的合金成分制造實(shí)驗(yàn)材料，材料的合金成分如表1所示。實(shí)驗(yàn) 樣品線切割為50mmX30mmX4. 5mm的長(zhǎng)方形樣品，模擬實(shí)際油船的貨油艙底板部所用鋼材 的腐蝕試驗(yàn)。圖2為本發(fā)明模擬實(shí)際油船的貨油艙底板腐蝕環(huán)境示意圖，11為玻璃容器，12 為人工海水溶液，13為測(cè)試的鋼鐵樣品，14為通氣管，15為恒溫槽。用一玻璃容器模擬貨油艙，內(nèi)部注入一部分人工海水，在其上部留有通氣孔，供氣 口和排氣口各一個(gè)，樣品固定在玻璃容器的底部，浸泡在人工海水溶液中。將密閉后的玻璃 容器放在恒溫槽內(nèi)，溫度設(shè)定為40°C。實(shí)驗(yàn)時(shí)從通氣孔向模擬環(huán)境中持續(xù)通入5% 02+13% C02+0 . 02% SO2+剩余N2的混合氣體，試驗(yàn)時(shí)間為1個(gè)月。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，將試樣取出，測(cè)量各個(gè)實(shí)驗(yàn)樣品的最大點(diǎn)蝕坑深度。點(diǎn)蝕坑深度的測(cè) 定是在腐蝕后的實(shí)驗(yàn)樣品上，將點(diǎn)腐蝕產(chǎn)生部的深度，以沒(méi)有產(chǎn)生點(diǎn)腐蝕的部分為基準(zhǔn)利 用千分尺測(cè)量的。在此，采用在點(diǎn)腐蝕產(chǎn)生部深度最大的值作為點(diǎn)蝕坑深度。根據(jù)各個(gè)試 驗(yàn)樣品的點(diǎn)蝕坑深度求出點(diǎn)腐蝕速度，如表3所示。比較例2比較例2材料的合金成分如表1所示。實(shí)驗(yàn)樣品線切割為50mmX30mmX4. 5mm 的長(zhǎng)方形樣品，用與實(shí)施例2相同的方法模擬實(shí)際油船的貨油艙底板部所用鋼材的腐蝕試 驗(yàn)。用一玻璃容器模擬貨油艙，內(nèi)部注入一部分人工海水，在其上部留有通氣孔，供氣口和 排氣口各一個(gè)，樣品固定在玻璃容器的底部，浸泡在人工海水溶液中。將密閉后的玻璃容 器放在恒溫槽內(nèi)，溫度設(shè)定為40°C。實(shí)驗(yàn)時(shí)從通氣孔向模擬環(huán)境中持續(xù)通入5% 02+13% C02+0 . 02% SO2+剩余N2的混合氣體，試驗(yàn)時(shí)間為1個(gè)月。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，將試樣取出，測(cè)量各個(gè)實(shí)驗(yàn)樣品的最大點(diǎn)蝕坑深度。點(diǎn)蝕坑深度的測(cè) 定是在腐蝕后的實(shí)驗(yàn)樣品上，將點(diǎn)腐蝕產(chǎn)生部的深度，以沒(méi)有產(chǎn)生點(diǎn)腐蝕的部分為基準(zhǔn)利 用千分尺測(cè)量的。在此，采用在點(diǎn)腐蝕產(chǎn)生部深度最大的值作為點(diǎn)蝕坑深度。根據(jù)各個(gè)試 驗(yàn)樣品的點(diǎn)蝕坑深度求出點(diǎn)腐蝕速度，如表3所示。
表3 本發(fā)明和比較例實(shí)驗(yàn)材料的點(diǎn)腐蝕速率(mm/a) 本發(fā)明所述的耐腐蝕鋼可以直接應(yīng)用在原油船的貨油艙中，在原油腐蝕環(huán)境和海 水腐蝕環(huán)境中，均具有優(yōu)良的耐腐蝕性能，可以延長(zhǎng)修補(bǔ)噴漆的時(shí)間，盡可能地減少修補(bǔ)噴 漆操作，甚至不用表面涂膜，就能滿足耐腐蝕要求。
權(quán)利要求
一種貨油艙用耐腐蝕鋼，其特征在于該貨油艙用耐腐蝕鋼含有化學(xué)成分的重量百分比為C 0.01 0.2％，Si 0.05％ 1.0％，Mn 0.1％ 2.0％，P≤0.020％，S≤0.020％，Cu 0.1％ 1.5％，Cr≤1.0％，Ni 0.01 1.0％，Al≤0.1％，Ti≤0.010％，其余為Fe。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的貨油艙用耐腐蝕鋼，其特征在于該貨油艙用耐腐蝕鋼以重 量百分比計(jì)，還含有 W 0. 05-1. 0%, Mo 0. 01-0. 5%, Co 0. 05-1. 0%, Sb 0. 01-0. 3%, Sn 0. 01-0. 3%中的一種或兩種以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的貨油艙用耐腐蝕鋼，其特征在于該貨油艙用耐腐蝕鋼以重 量百分比計(jì)，還含有Nb 0.01-0. 5%，V 0. 005-0. 1%,B 0. 0005-0. 005%中的一種或兩種以 上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的貨油艙用耐腐蝕鋼，其特征在于該貨油艙用耐腐蝕鋼以重 量百分比計(jì)，還含有稀土元素，所述稀土元素為L(zhǎng)a < 0. 50 %，Ce < 0. 50 %中的一種或兩種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的貨油艙用耐腐蝕鋼，其特征在于該貨油艙用耐腐蝕鋼中Cu 與S的重量百分比滿足Cu/S為10-60。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的貨油艙用耐腐蝕鋼，其特征在于稀土元素與S的重量百分 比滿足 RE (La，Ce)/S 為 10-30。
7.—種權(quán)利要求1所述貨油艙用耐腐蝕鋼在原油船中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種貨油艙用耐腐蝕鋼及其應(yīng)用，該貨油艙用耐腐蝕鋼含有化學(xué)成分的重量百分比為C 0.01-0.2％，Si 0.05％-1.0％，Mn 0.1％-2.0％，P≤0.020％，S≤0.020％，Cu 0.1％-1.5％，Cr≤1.0％，Ni 0.01-1.0％，Al≤0.1％，Ti≤0.010％，其余為Fe。還含有W 0.05-1.0％，Mo 0.01-0.5％，Co 0.05-1.0％，Sb 0.01-0.3％，Sn 0.01-0.3％中的一種或兩種以上或Nb 0.01-0.5％，V 0.005-0.1％，B 0.0005-0.005％中的一種或兩種以上或稀土元素La≤0.50％，Ce≤0.50％中的一種或兩種。本發(fā)明應(yīng)用在原油船的貨油艙中具有優(yōu)異的耐全面腐蝕和局部腐蝕性能。
文檔編號(hào)C22C38/16GK101928886SQ20101022882
公開(kāi)日2010年12月29日 申請(qǐng)日期2010年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月15日
發(fā)明者尹雨群, 朱愛(ài)玲, 趙晉斌 申請(qǐng)人:南京鋼鐵股份有限公司