21世紀(jì)是海洋世界的時(shí)代,海洋占地球表面積的71%,而人類(lèi)可以利用的陸地面積僅有12%,200米水深之內(nèi)的大陸架面積約占地球總面積的5%,相當(dāng)于陸地可利用面積的40%.由于海洋中蘊(yùn)藏著巨大的資源財(cái)富,因此海洋開(kāi)發(fā)有著極其廣闊的前景。海洋開(kāi)發(fā)首先要面對(duì)惡劣的海洋環(huán)境,由于海水是一種強(qiáng)電解質(zhì)溶液,因此金屬材料在海洋中會(huì)遭受?chē)?yán)重的腐蝕。金屬材料在海洋環(huán)境中的腐蝕損失相當(dāng)嚴(yán)重,據(jù)估計(jì),海洋腐蝕的損失約占總腐蝕損失的1/3。
海水是一種含鹽量很高的腐蝕性電解質(zhì),鹽分中主要是氯化鈉,約占總鹽度的77.8%,其次是氯化鎂。海水呈弱堿性,海水中的氧和氯離子含量是影響海水腐蝕的主要環(huán)境因素。金屬在海水中的腐蝕形式可分為均勻腐蝕和局部腐蝕兩大類(lèi),局部腐蝕又包括點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕、電偶腐蝕、應(yīng)力腐蝕、腐蝕疲勞、磨蝕、氣蝕等不同形式。活性較大且在海水中不鈍化的金屬發(fā)生均勻腐蝕;在海水中有鈍化傾向的金屬,如果局部鈍化膜破壞,將發(fā)生局部腐蝕。
以前,人們將鉻13和鉻18鎳8兩個(gè)系列的不銹鋼用于制造船體零件,前者(鐵素體鋼)在海水中耐腐蝕性能不好;后者(奧氏體鋼)強(qiáng)度性能不夠高。于是發(fā)展了既高強(qiáng)度又能在海水中耐腐蝕的雙相(鐵素體+奧氏體)不銹鋼。雙相不銹鋼在海水中耐腐蝕性不低于18-8系列鋼,而強(qiáng)度為它的兩倍。鐵素體-奧氏體雙相鋼種中鐵素體占50%左右。雙相鋼是一個(gè)系列,有很多鋼號(hào),每個(gè)鋼號(hào)有很多品種。在高速船上應(yīng)用的品種有三大類(lèi):船體鋼板和軋制鋼管、鍛件(包括管接頭)與鑄件。
雙相不銹鋼除了強(qiáng)度高之外,還耐點(diǎn)腐蝕、抗晶間腐蝕性能,尤其是在氯離子環(huán)境下耐應(yīng)力腐蝕,因而對(duì)船體鍛件和鑄件都合適;再加上其膨脹系數(shù)和碳素鋼相似,與碳素鋼構(gòu)成焊接構(gòu)件時(shí)內(nèi)應(yīng)力小,且焊接材料在國(guó)內(nèi)外均有供應(yīng),鑄件焊補(bǔ)也有成功的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),所以在這三方面推廣都具備條件。
因?yàn)殡p相不銹鋼具有高強(qiáng)度又耐腐蝕等特點(diǎn),合金元素用得多,價(jià)格就比較貴。高速船要求零件重量特別輕,所以首先在高速船上得到推廣。其他的高性能船(如小水線(xiàn)面船)在海水腐蝕場(chǎng)合當(dāng)然也可以用雙相不銹鋼。只要價(jià)格能承受,在其他艦船上也可以推廣應(yīng)用。
近10年來(lái),中國(guó)制造的船舶80%已經(jīng)出口到世界各國(guó),我國(guó)承建很多船,它的設(shè)計(jì)來(lái)自外國(guó),所以世界上最先進(jìn)的船舶設(shè)計(jì)用材料必然也會(huì)在中國(guó)船廠使用。因此,所介紹的雙相不銹鋼將會(huì)在我國(guó)船舶建造業(yè)推廣。
由于船舶結(jié)構(gòu)件用量較大,如果用雙相不銹鋼做船體構(gòu)件,一艘萬(wàn)噸輪就需要用上千噸的雙相不銹鋼。2002年湖北青山船廠建造的載重為18500噸的化學(xué)液貨船是按雙殼雙底設(shè)計(jì)的,雙相不銹鋼板除了受液貨載荷之外兼受一點(diǎn)船體外載,所以與陸上貯油罐相比就顯得又重又厚。該船使用了美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)鋼號(hào)USNS31803 雙相不銹鋼1200噸,占該年全國(guó)雙相不銹鋼使用量1/3。這樣就使船舶工業(yè)成為我國(guó)雙相不銹鋼的一個(gè)大戶(hù)。
船用雙相不銹鋼的提供第一艘船用雙相不銹鋼是由法國(guó)阿塞洛公司供貨的,2003年續(xù)建第二艘同型船,所需1200噸雙相不銹鋼改由瑞典阿維斯塔公司供貨。該廠還將續(xù)建6艘同型船。我國(guó)有電弧爐和中厚板軋機(jī)的合金鋼企業(yè)如山西太鋼集團(tuán)、上海寶鋼集團(tuán)浦鋼公司等能提供船用雙相不銹鋼。