[基础知识] 2205双相不锈钢化学品船货舱的建造经验

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2004年申佳船厂承接了中化国际股份公司4艘化学品船的建造任务, 根据船东要求, 该船货舱内材质全部均采用瑞典生产的2205双相不锈钢，约250 t, 240个部件全部由国外机械下料海运到沪。

    该材质首次用于化学品船，入中国船级社。由于在制造工艺上与传统的钢结构存在较大差异, 为此,通过前期近半年的技术准备, 近百次的焊接试验, 认识到用此种材料建造的船体内壳应彻底改变船厂以往的习惯做法, 同时为确保焊缝质量, 减少返修次数, 防止过大的焊接变形, 并考虑到材料为定尺下料, 没有一块多余的钢板, 必须做到一次成功, 装、焊合格率达到100%。为此, 在船体建造过程中, 编写了多项施工方案, 认证评审后确认最佳适用双相钢施工方法。

    开工前，船厂做了近100项焊接工艺评定, 覆盖了每一个不同部位、不同形式、不同规格焊接方法, 积累了一定的经验, 从而成功的指导和编写了双相钢的焊接工艺、双相钢的施工要领、双相钢与双相钢焊接方法、双相钢与316L 焊接方法、双相钢于B 级船板的焊接方法等。

    双相钢理想状态为50%的铁素体+ 50% 的奥氏体, 但经加工, 焊接后双相钢的成分起了很大的变化, 而双相钢中铁素体的含量对焊接后机械性能和抗腐蚀性有着重要的价值, 过高的铁素体降低了材料的韧性和抗点蚀能力, 而过低的铁素体将导致强度低和应力腐蚀开裂的危险, 因此通常控制在30% ～60%。

1　板材的维护保养

1. 1　板材合理存放

    从双相钢的入库→运输→吊运→划线→切割→安装等全过程做到黑白分开, 即黑色金属与不锈钢(货舱内壳) 严禁直接接触。国外资料中明确告知, 假设整个建造过程中没有额外的污染物, 即母材或母材的周围没有任何污染物, 那么母材和填充金属的化学成分是稳定和可靠的, 灰尘、油脂、油污、油漆、铁尘及任何形式的水分都影响焊接操作, 并对焊缝的耐蚀性和力学性能产生不利影响。

    如果不在焊前对焊缝区域进行彻底清理, 则任何好的工艺评定和完善的焊接参数均是无效的(当焊缝中铁素体大于70或小于25时) 。

1. 2　仓储及搬运

1) 设置能够存放不锈钢专用半成品仓库, 严禁同其它黑色金属材质混放。

2) 仓库地面应备有厚度为200 mm 的方木,并与墙面保持一定距离。

3) 不锈钢之间叠放时应采用非金属材质(或纸箱) 隔离, 严防划伤。槽形板堆放时, 禁止多重叠放, 以免造成形状变形。

4) 入库部件应建立逐块登记台帐, 发放部件应有记录, 并应校对部件上各种代号, 应建立双人复核制度。

5) 吊运或搬运不锈钢板材时, 严禁采用含有铁质的撬棒或含有铁质的夹具, 吊钩上的铁链条采用橡皮包扎, 吊卡具选用不锈钢。运输车辆上均应铺设方木或橡胶板等, 防止不锈钢与铁质相接触。

6) 各零部件上原塑贴均应保留并加以保护。

1. 3　现场制作要求

1) 对制作场地内行车(移动件) 进行全面除锈、涂装、除尘, 对整个作业地面原马脚进行平整处理。

2) 制作不锈钢专用胎架, 胎架的一端采用不锈钢管或不锈钢圆钢。

3) 制作场地内应划出临时存放不锈钢的专用地块, 地面应铺设木方料或橡胶垫板。

4) 对装配工具、切割工具、电焊工具、吊运工具进行全面黑白分离:

① 装配工具选用木质榔头, 划线采用色漆(严禁钢针) ；

②电焊龙头、皮带换新, 防止短路碰电现象；

③ 对带有铁质器材、工具、卡具应采用非金属材质包扎, 或采用加放不锈钢板材隔离, 或购买不锈钢工具和卡具等。

5) 生产人员在走不锈钢板时, 应更换工作鞋或穿上鞋套, 应保持工作服和手套上无油污和铁锈等有害杂质。任何含铁质的器具严禁带入液货舱内

侧板上。

6) 内场使用的不锈钢吊、卡具应同吊运黑色金属的区别使用, 不能混用。

7) 不锈钢部件上原保护塑贴在整个装、运过程中不可随意破坏, 并随时补贴完善。

8) 不锈钢分段建造完毕后, 在待合拢阶段时, 在不锈钢一侧采用油布或塑料纸加以防污保护。

9) 不锈钢施焊时, 在焊缝两侧各100 mm采用不锈钢丝刷出白并涂刷防飞溅保护涂料, 对局部受污染处可涂酸洗膏, 也可采用不锈钢丝刷清理。

10) 严禁在靠货舱内侧面点焊、引弧、烧焊马脚, 严禁采用钢针划线和采用洋冲打印标记, 严禁采用水火来校正。

11) 不锈钢可采用等离子切割下料, 坡口处可采用软质砂轮打磨(纤层叶片) 。

12) 货舱内侧脚手架应采用木架子或竹架子,与不锈钢接触处应包扎橡胶或加放橡胶垫块, 防止划伤不锈钢内侧(也可采用铝质或不锈钢梯子等) 。

13) 外场吊装不锈钢分段时, 吊具、卡具均应采用不锈钢卡具或不锈钢垫块来隔离黑色金属,以防污染。

14) 发放不锈钢焊条采用焊条回收制度, 入库焊条采用黑、白漆标注, 黑色表示施焊双相钢同A级钢焊缝, 白色表示施焊双相钢间的焊缝, 并建立回收、发放台帐。

2　焊后表面处理

双相钢焊后清理工作很重要, 如同控制层间温度和焊接中采用气体保护焊缝一样重要。如焊后不适当清理热影响区域或焊缝表面, 该区域会造成比母材低很多温度下或耐腐蚀性弱的环境下失效。对焊接飞溅物、焊接氧化色、色笔印、起弧点和咬边在水溶液(化学品货液) 环境中均可成为裂纹起源点, 会在不锈钢表面形成不同的电位差, 而发生电化学反应。消除这些对保护性钝化膜有破坏作用的缺陷非常重要。

2. 1　色笔、油漆、灰尘、油污

    这些表面污染物均成为缝隙和双相钢孔蚀和腐蚀的起点, 可采用干布擦洗或化学清洗。

2. 2　锈斑

    锈斑是由铁质粉尘物或铁制工具接触不锈钢表面未及时处理而留在钢表面所产生的锈斑, 可采用不含铁质的纤层片打磨掉, 并马上清除干净, 否则会影响母材的使用寿命。

2. 3　焊接飞溅、焊接变色等焊缝缺陷

    上述缺陷都可能在焊接过程中产生, 若不及时消除就可能成为腐蚀的起源点, 或在氯化物的环境下引起缝隙腐蚀。施焊前在焊缝两旁涂上防飞溅化合物, 采用气体保护焊减少飞溅, 对已形成的飞溅、变色部分采用机械清理方法打磨。打磨粗糙度不大于6μm。

2. 4　货舱内表面最后处理

    根据规格书要求: 货舱内侧粗糙度不大于6μm, 无油污, 无锈斑, 层色为银白色(双相钢本色) 。经船检和船东最后检验合格后, 货舱进行全面打磨、清理工作。双相钢的一个显著特点是焊缝氧化色薄、粘, 比奥氏体不锈钢更耐化学清理。

    用酸洗的方法对焊缝变色进行化学清理, 采用硝酸( 20%) —氢氟酸(5%) 溶液酸洗2205 钢材, 该溶液能够溶解氧化铬, 也能侵蚀不锈钢, 从而去掉了缺铬的氧化层。酸洗膏的作用相似, 但更易于处理大型工件, 因此可用来代替酸洗液。但是酸洗膏清洗时会产生一种有害溶液, 需制订适当的安全和废液处理措施。根据双相钢的耐蚀性, 需要采用侵蚀性更弱或更强的酸去除氧化色。研究表明, 进行机械清理后再使用化学清理法可获得最佳焊后耐蚀性，而采用酸洗钝化将彻底改善双相钢的表面耐腐蚀性能。制订打磨后酸洗钝化作业指导书, 并参照国际上对酸洗钝化后的检验标准( ISO15730 - 2000) ,经船东、船厂两方签字, 为最后的检测和验收标准。