汇总不锈钢和耐蚀合金在造船上的应用

海运作为成本最低的货运手段，在过去的这么多年一直占据着重要的贡献；舰船是海军最重要的装备，是海上运输、战斗的平台；而且随着远洋捕鱼、以及各种海洋资源的开发利用等各个方面的长足发展，轮船的作用必将越来越重要。说到轮船的制造，我们就不能不提这其中各种船体材料的应用，建造轮船的材料要能耐海水、海洋大气的腐蚀，比强度高，塑韧性及加工工艺性好。由于船体结构复杂，所使用的材料量大，且品种、规格非常多。今天就带大家了解一下在船体材料中最重要也是应用最广泛的两种材料：不锈钢和耐蚀合金。

图1 货轮和军舰

一、不锈钢在船体上的应用

近年来船舶装备迅猛发展，新型船舶、舰艇在新材料应用、船体建造工艺等方面都取到了长足进步，船体结构钢材在继续向高性能化发展的同时，更追求低成本的经济性。其中，不锈钢作为一种强度高、塑性好、耐腐蚀的材料，在船舶建造的应用不断扩大。船体上应用的不锈钢主要有奥氏体不锈钢316L、双相钢、马氏体不锈钢等。

（1）、奥氏体不锈钢

316L不锈钢属于奥氏体型不锈钢，它是在高铬不锈钢中添加适当镍而形成的。该钢含碳量为 0.025% ，属超低碳不锈钢，抗晶间腐蚀能力强，具有优良的耐腐蚀性和抗氧化性，其机械性能、加工性能及焊接性能均较好，目前在造船中得到了广泛应用。例如，船舶上一定腐蚀介质下工作的管道，就大量采用了冷轧成型后经固溶酸洗处理的316L不锈钢管，且焊接性能良好。

再如，为了防护磁性水雷攻击，国外用奥氏体不锈钢建造了潜艇和扫雷艇上的各种机械。因为奥氏体钢的导磁率非常小，几乎是无磁的。英、美、日、法、德均用无磁不锈钢制造了扫雷艇用无磁柴油机，日本用18Cr-9Ni钢氮化后做曲轴制造了YVIOZC型柴油机已用于中型扫雷艇。美国在军标中有许多用于扫雷艇的不锈钢标准。在大型潜艇上，为了防磁和耐蚀的要求，也有很多大部件采用不锈钢，如升降桅杆，潜望镜管、导航仪升降杆等。这些都是大口径无缝钢管，已采用1Cr18Ni9和2Cr18Ni9。但因为强度太低，现在发展了一些固溶强化和时效强化的无磁不锈钢。

（2）、双相不锈钢

双相不锈钢（DSS）具有强度高、低温韧性好、抗疲劳强度高和对应力腐蚀不敏感等优良特性，主要用作船用钢板、管材以及锻件等。近年来，双相不锈钢焊接件和焊接结构的应用尤其广泛，因为它具有高强度又耐腐蚀，合金元素用得多，价格就比较贵，所以其应用多在高速船、高性能船等特种船舶制造上，使用双相不锈钢建造的化学品船防腐能力非常强，后期维护费用低，船舶安全性得以大大提高。有 道日本用双相不锈钢(NTK-R4)制造了主机冷凝器，减薄管壁、提高流速，效果优于铜合金，已在一些商船上试用，取得了很好的结果。为提高强度和耐蚀性，最新发展了许多双相不锈钢，如瑞典 Avesta254SMO (20Cr18Ni6.1Mo0.7Cu0.2N)和高钼不锈钢IN812(24Ni21Cr5Mo)，做为海水泵材料，克服了间隙腐蚀问题。双相不锈钢是国外海上化学品船的最大用钢，化学品船与液化天燃气船、液化石油气船等同属于高技术含量、高附加值的特种船舶，市场前景十分广阔。目前，国际上只有美国、挪威、澳大利亚、日本及韩国等少数国家可以生产。近几年，我国的造船业已经攻克了双相不锈钢船舶建造的难关，成功建造了数条双相不锈钢化学品船

（3）、马氏体不锈钢

此外，还有马氏体和时效不锈钢由于具有高强度，而且具有良好的耐高速海水腐蚀性，已用于轴系材料、螺旋桨材料和水翼材料。如，日本现在用分叶片铸造再焊接组合的方法制成直径大于5米的高强度不锈钢螺旋桨，试验结果很好，同时研究了几种新材料。还有的专门用于海港的污染海水的不锈钢，耐腐蚀性比铜合金高得多。法国海军系统地试验了许多种不锈钢螺旋桨，均取得良好的效果。美国和前苏联用不锈钢制造了破冰船螺旋桨。再如Cr13不锈钢螺旋桨不但性能好，而且比铜合金便宜。美国海军研究所通过试验后在巡逻导弹水冀艇“飞马”号(PHM)上使用17-4PH做为支柱和水冀。用不锈钢制造泵体和叶轮的实例也很多。例如英国威尔泵公司的两级泵所有接触海水零件均选用了不锈钢；日本用不锈钢制造海水泵历史最长，据调查，在1966年一条15万吨油轮上，七台抽海水的泵的叶轮都是不锈钢制造的。其中有主循环泵、消防泵和舱底泵，所用钢为JIS316型。表1是各国使用的不锈钢螺旋桨材料。表2是船上海水泵用不锈钢部件及钢种。

表1 各国使用的不锈钢螺旋桨材料

表2 海水泵用不锈钢部件及钢种

在舰船上，除了上述不锈钢的重要用途外，还有许多其它部件使用不锈钢，如通海阀，轴承，消摆触和变速桨的机械部分，挠性接管（波纹管），海水中用弹簧、舰船和海洋工程仪表外壳，海水中电机，卫生设备和装饰等等。

二、耐蚀镍基合金在船体上的应用

随着国内外造船业迅速发展，所遭遇的海域环境愈加复杂，船舶的高速化和大型化越来越被重视，这也对船体材料的耐蚀性能提出了更高的要求，在此环境下船用镍基耐蚀合金得到越来越多的应用。

镍基耐蚀合金是重要的耐蚀材料，与一般不锈钢、其它耐蚀金属、非金属材料相比，它们在各种腐蚀环境（包括电化学腐蚀和化学腐蚀）中，具有耐各种形式腐蚀破坏（包括全面腐蚀、局部腐蚀以及应力腐蚀等）的能力，并且兼有很好的力学性能及加工性能，其综合耐蚀性能远比不锈钢和其它耐蚀金属材料优良.尤其适宜于现代工业技术下苛刻的介质环境，镍基耐蚀合金的研究与应用范围正不断扩大。镍基耐蚀合金以抗液体介质（室温，有时也可高于室温）腐蚀能力为其主要性能。含镍量一般不超过70%，主要添加Cu，Cr，Mo，W等，以适应各种不同化学性质的工作介质，加铜提高镍在还原性介质中的耐蚀性。常用的镍基高温合金有Ni-Cu，Ni-Mo及Ni-Cr等耐蚀合金。其中约含70%Ni和30%Cu的镍铜合金称为蒙乃尔（Monel）合金，该合金主要作为船体上的螺旋桨材料以及一些军舰设备上的特殊部件。此外，还有在LNG船用的9Ni钢等，不但具有优良的耐腐蚀性，而且也有很好的超低温韧性，在非常低的工作温度下，能够有效地防止恶性脆性断裂事故的发生。与随温度的降低，有着明显的塑—脆性断裂转变的低合金钢相比，低碳奥氏体不锈钢的这种性能在设计使用温度可达-196℃，甚至-269℃的LNG设备中有着特殊的优势。再如用于LNG运输船的因瓦合金，由于特有的低膨胀性能，使在海洋长途运输LNG产品中得到极大应用，在海洋运输中时间长、温差大，如果采用因瓦合金作为罐体材料，可以有效抵御高温照射、低温环境、昼夜温差带来的罐体体积变化和焊缝开裂危险，导致产生危险。因瓦合金具有很低的热膨胀系数，所以用作液化天然气的贮罐。

另外，船用柴油机作为在民用船舶和中小型舰艇推进装置中具有主导地位， 它功率范围大、效率高、能耗低、使用维修方便而优于蒸汽机、燃气轮机等。在船用柴油机的构件中，也有部位使用了镍基合金材料Monel400、Monel K500。如，进排气阀的材料为耐热合金钢，阀锥面上堆焊镍基合金，还有涡轮增压器的轮盘及叶片等。

图2 镍基船用螺旋桨 图3 LNG船

不锈钢和耐蚀合金是材料类的一个重要领域，通过上面的介绍，相信大家对不锈钢和耐蚀合金在船体上的应用已经有了一个清晰的认识了解吧。随着我国海洋战略的实施，造船工业的发展，制造出更好、更多的船舶走向深海领域，无疑少不了对高性能不锈钢及镍基耐蚀合金材料的依赖！