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1、Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date国内外钢厂的耐海水腐蚀钢现状国内外钢厂的耐海水腐蚀钢现状国内外钢厂的耐海水腐蚀钢现状 班级：材化11-2班 姓名：李志鹏 学号：120113201026国内外钢厂的耐海水腐蚀钢现状摘要：船舶与海洋工程装备具有高技术、高投入、高产出、高附加值、高风险的特点，同时也要求高安全性和高可靠性。船舶与海洋工程结构主要采用金属材料。在海洋环境这种高腐蚀环境中长期服役的金属材料必须
2、采取腐蚀防护措施。随着陆地资源日趋枯竭，海洋资源的开发与利用被列为2l 世纪的重点目标之一。耐海水腐蚀材料的研究和应用是海洋开发的基础和前提，其中海洋耐蚀钢研究应用成为热点。在总结油船货油舱内部腐蚀环境及机理的基础上，综述了日本、韩国、乌克兰、俄罗斯和中国在油船货油舱用耐蚀钢方面的研究开发现状；比较了美国、日本、法国和中国研发的耐海水耐蚀钢的特点；指出了我国在油船货油舱用耐蚀钢及耐海水腐蚀钢方面存在的问题、差距和对策；提出了我国发展海洋耐蚀钢需要解决的关键技术与核心科学问题。关键词：钢铁材料；海洋耐蚀钢；涂层；低合金高强度钢；海洋工程；腐蚀防护1 前言海洋是人类资源的宝藏、国家安全的重地和科学
3、考察的前沿。近年来，随着我国经济实力的增强和科技水平的提高，以及对能源的强劲需求，海洋资源引起了国家的高度重视。高技术船舶及海洋工程装备被列入重大技术装备自主创新指导目录。近年来，国家工业和信息化部每年都发布高技术船舶科研项目指南和海洋工程装备科研项目指南，以加速我国海洋工程技术的发展。总之，国家把发展海洋科技、经略海洋、建设海洋强国放在了国家战略的高度。随着海洋耐腐蚀钢替代标准不断得到认可，将逐渐取代涂层钢成为海洋腐蚀保护方式的主流。本文重点分析了油船货油舱用耐蚀钢和耐海水腐蚀钢这2大类低合金高强度钢的发展现状及需求，不涉及不锈钢、特种合金等钢铁材料。2油船货油舱用耐蚀钢2.1 重大需求分析
4、进入 21 世纪，中国船舶及海洋石油工业迎来了高速增长期，成为中国国民经济发展的重要支柱。据英国克拉克松研究数据表明，中国已成为世界造船中心1。2013 年，中国造船 3 大指标市场份额继续保持世界领先，其中造船完工量、新接订单量、手持订单量分别占世界总量的40. 3% 、47. 6% 和 45. 8%。根据我国钢铁工业“十二五”发展规划2对 2015年关键钢材品种消费预测，未来 5 年，仅船板用钢消费量将从 2010 年的1 300 万 t 提高到 2015 年的1 600 万 t，其中油船货油舱用钢量占油船用钢总量的30% 45% 。以建造一艘 30 万 t 级的超大型油轮(VLCC)为例
5、，船体结构总用钢量近4万t，其中油船货油舱部分用钢约 1. 7万 t。据中国船舶工业行业协会对我国目前手持油船订单统计，油船货油舱用钢量每年达 200 万 t 左右。如果能推广使用到海洋工程领域，其市场需求将更大。2.2 海洋腐蚀的规律和特点海洋环境按照腐蚀性划分为大气区、浪花飞溅区、潮差区、全浸区、海泥区。不同区域的腐蚀速率存在着明显差别(如图1所示)3。浪花飞溅区的腐蚀速率最高，潮差区次之。据国外统计分析，船舶燃料增耗 40% 以上，经济损失高达75亿美元; 沿海发电厂的生物污损损失高达 160 亿美元; 海洋养殖业的经济损失可达 10 亿美元。仅美国海军每年为应对海洋生物污损就要耗费约1
6、0亿美元。此外，海洋生物污损还会对环境和健康造成严重的影响。据分析其每年向海洋排放2000 t有毒固体污垢沉积物; 每年污损船只的燃料将额外增耗7.06Mt; 每年产生 CO2气体 210 Mt、SO2气体 5.6 Mt; 而中毒的牡蛎与发生性畸变的海洋生物对海洋生物链也会造成影响。在全浸区内，海水的温度、盐度、溶解氧浓度和pH 值随深度而变化( 如图 2 所示)4。由于腐蚀环境的变化，材料的腐蚀速率随海深的变化而明显不同。浪花飞溅区通常是指海水的飞沫能够喷溅到材料表面，但在涨潮时又不能被海水所浸没的部位。国内外大量研究表明，海洋腐蚀最严重的部位约位于平均海平面以上的0.61.4 m 左右。同
7、一种材料在浪花飞溅区的腐蚀速率比全浸区高310倍5。虽然海洋工程在浪花飞溅区所占面积很小，以直径1m的海洋钢桩为例，其飞溅区腐蚀区域约为2 m，腐蚀表面积约12 m2(与不同海区等有关)，但由于该区域腐蚀最为严重，如果不加以有效防护，将导致该部位的严重腐蚀，造成整个海工设施出现严重事故。图 1 海洋不同腐蚀环境区带腐蚀速度图图 2 不同海水深度的环境参数变化2.3我国海洋工程和防腐的现状我国有1.8万公里海岸线，300万平方公里的海洋面积。随着经济的不断发展，海洋油气平台、海底管线、海上风电、船舶运输、跨海大桥、海洋交通设施等不断增加。沿海更拥有大量的海港码头、滨海电厂等设施。图 3 海洋平台
8、结构中的腐蚀现象海洋工程设施通常由金属材料(特别是钢铁)、钢筋混凝土材料等制造而成。如果没有有效的腐蚀防护措施，海洋工程设施在几年内就会因腐蚀而严重破坏。因此，认识海洋腐蚀防护的重要性，并大力发展海洋工程设施专用防腐材料，推进海洋工程设施的全寿命周期维护，具有极其重要的经济价值和社会意义。然而，我国海洋工程的防腐措施薄弱，亟需加强腐蚀保护。2.4 国内外研究开发现状2.4.1 日本和韩国目前走在前列、技术较成熟的国家是日本。早在1999 年，日本造船协会的 S242 项目组利用实船测试、实验室模拟等手段对超大型油船(VLCC)进行了为期 3 a的研究，成功揭示了货油舱内的腐蚀状况、腐蚀机理及过
9、程6。他们通过实验获得了货油舱内部的腐蚀环境，如图 1 所示。在货油舱顶部，由于原油中的挥发成分、混入的海水、油田盐水的盐分、为防止爆炸而输入的惰性气体(5% O2，13% CO2，0. 01% SO2，余量为 N2，体积分数)以及从原油中挥发的 H2S 等腐蚀性气体会在油轮货油舱的顶部内表面富集。同时，由于甲板温度在白天和夜晚的交替变化，上甲板内表面湿度大小会发生周期性变化。湿的 H2S 和 O2以及 SO2等发生反应，会在上甲板内表面析出单质 S: 4H2S+S2O+O2=4H2O+5S腐蚀了的钢板表面的铁锈也是催化剂，能加速 SO2和 H2S 向单质 S 的反应。钢板腐蚀导致新铁锈的生成
10、以及固体 S 的析出交替发生，由于固体单质 S 层较脆，容易产生剥离、脱落，如图 4所示。货油舱内底板有一层油膜，通过分析发现油膜由原油和混合沉淀物组成，同时包含大量的 H2S 和氯离子(酸性介质)，具有很强的阻抗作用，比焦油环氧树脂涂层的阻抗作用要显著。因此油膜的存在可以显著增长。 图4油船货油舱内部腐蚀环境及实船上下底板的腐蚀形貌2.4.2 乌克兰与俄罗斯钢铁冶金是乌克兰经济中的支柱性产业之一，工业部门齐全，产品产量居世界前列，苏联解体以前曾达到全国人均 1 t 钢的水平。乌克兰继承了前苏联惟一的航母制造基地，造船业特别是军舰制造业，具有很高的水平，有能力建造包括航空母舰在内的一切舰艇。黑
11、海造船厂作为前苏联时代惟一的航母建造总装厂，集中了很强的舰船科研和生产力量，曾被誉为“前苏联大型水面舰艇的摇篮”。前苏联几艘航母“莫斯科”号、“列宁格勒”号、“基辅”号、“明斯克”号、“戈尔什科夫”号、“库兹涅佐夫”号、“乌里扬诺夫斯克”号全部在此建造。乌克兰和俄罗斯的海洋耐蚀钢制造体系不同于日本和欧美，采用低 C、低 Mn 和微合金化的成分设计，较高的 Cr 含量，Cu，Ni，P 等耐蚀元素较少加入。其核心技术是钢包精炼、中间包精炼、结晶器电磁制动等，达到有效去除钢中低熔点有色金属、非金属等腐蚀性元素和夹杂物。采用结晶器喂钢带等技术有效抑制连铸坯中心偏析和中心疏松，实现铸坯均质化。2.4.3
12、 中国 由于日本在该领域具有明显的技术优势，正在中国设置专利障碍，并作出各种承诺以维持其技术垄断地位7。为了防止国外可能形成的垄断性供应或技术壁垒，2008 年中国提出研发船用耐蚀钢。2010 年，国家科技部将“大型油轮货油舱用高品质耐腐蚀钢”列入国家科技支撑计划的重点开发项目，研究高硫、高酸油气环境中，低合金钢在 H2S、SO2、Cl和酸性盐水介质，以及上述各种复杂混合介质条件下的腐蚀规律，开发腐蚀合金钢成分体系、生产工艺及相关配套焊接材料，形成油船用耐蚀钢的腐蚀评价体系与标准，解决油气开采、输送和储运过程中的钢铁材料腐蚀问题，形成具有我国自主知识产权的油气开采与储运用耐腐蚀钢生产技术体系和
13、评价标准规范。2012 年，武钢、宝钢、南钢及湘钢等钢厂相继开发成功油船货油舱用耐蚀钢。武钢经过对高硫高酸油气环境下耐腐蚀钢的腐蚀机理、腐蚀条件、合金元素耐蚀性规律以及钢的洁净度、夹杂物、显微组织对耐蚀性的影响机理等方面的研究，确立了新钢种合金设计方案以及生产工艺，并将实验室研究成果运用到工业试制中，成功实现了油船货油舱用耐蚀钢及其腐蚀试验对比钢的批量试制，钢板性能均满足相关标准要求。南钢与东北大学、北京科技大学、武汉科技大学等高校进行合作，成功研发出高效焊接海洋工程用钢、原油船货油舱用耐蚀钢板 EH36-NS 以及专用焊接材料，并申请了相关专利8。3 海洋腐蚀防护技术的研究进展与发展趋势海洋
14、工程构筑物大致分为: 海岸工程(钢结构、钢筋混凝土)、近海工程( 海洋平台、钻井、采油、储运)、深海工程(海洋平台、钻井、采油、储运)、海水淡化、舰船(船体、压载舱、水线以上)，简称为船舶与海洋工程结构。船舶与海洋工程结构的主要失效形式包括: 均匀腐蚀、点蚀、应力腐蚀、腐蚀疲劳、腐蚀/磨损、海生物(宏生物)污损、微生物腐蚀等等。从腐蚀控制的主要类型看(表1)9，涂料(涂层)是最主要的控制方法、耐腐蚀材料次之，表面处理与改性是常用的腐蚀控制方法，电化学保护(牺牲阳极与外加电流)是海洋结构腐蚀控制的常用手段，缓蚀剂在介质相对固定的内部结构上经常使用，结构健康监测与检测技术是判定腐蚀防护效果、掌握腐
15、蚀动态以及提供进一步腐蚀控制措施决策和安全评价的重要依据，腐蚀安全评价与寿命评估是保障海洋工程结构安全可靠和最初设计时的重要环节。建立全寿命周期防护理念，结合海洋工程设施的特点及预期耐用年数，在建设初期就重视防腐蚀方法，通过维修保养实现耐用期内整体成本最小化并保障安全性，是重大海洋工程结构值得重视的问题。 表 1 腐蚀防护方法及中国的防腐蚀费用比例3. 1 防腐涂料( 涂层)涂料是船舶和海洋结构腐蚀控制的首要手段。海洋涂料分为海洋防腐涂料和海洋防污涂料两大类。按防腐对象材质和腐蚀机理的不同，海洋防腐涂料又可分为海洋钢结构防腐涂料和非钢结构防腐涂料。海洋钢结构防腐涂料主要包括船舶涂料、集装箱涂料、海上桥梁涂料和码头钢铁设施、输油管线、海上平台等大型设施的防腐涂料; 非钢结构海洋防腐涂料则主要包括海洋混凝土构造物防腐涂料和其他防腐涂料。海洋防腐蚀涂料包括车间底漆、防锈涂料、船底防污涂料、压载舱涂料、油舱涂料、海上采油平台涂料、滨海桥梁保护涂料以及相关工业设备保护涂料。
