船用316L不锈钢管耐海水腐蚀研究_李杰.pdf

-92-作者简介：李杰（1970-），男，高级工程师，机械设计与制造。周江维（1972-），男，工程师，船舶与海洋工程专业。船用船用 316L316L 不锈钢管耐海水腐蚀研究不锈钢管耐海水腐蚀研究李杰周江维（广船国际质量管理部）摘要：通过 316L 不锈钢管海水腐蚀试验和原因分析，提出不锈钢管材质管控、钝化质量控制、制作安装过程保护和使用维护过程控制等防腐措施。关键词：316L 不锈钢管；海水腐蚀；防腐措施DOI：10.3969/j.issn.2095-4506.2023.01.0250前言316L 不锈钢管在远洋船舶上广泛使用，特别是MR 型化学品/成品油船的货油及洗舱系统、除硫装置的海水管路系统。从船舶使用营运的状况反馈，管路介质为海水的船用 316L 不锈钢管路破损、泄漏的故障反复发生，给正常使用带来较大隐患。怎样才能有效防止 316L 不锈钢管的海水腐蚀，保证船舶的正常营运，成为船厂、船东的重要任务。1不锈钢材料介绍1.1不锈钢材料的耐腐蚀原理不锈钢的不锈性和耐蚀性是由于其表面上富铬氧化膜（钝化膜）的形成。其中 Cr、Ni、Mo 对不锈钢材料的耐蚀性起关键作用。Cr 在不锈钢中起决定作用，向钢中添加 12%以上的 Cr 后，钢表面自动形成一致非常薄的无色、透明且非常光滑的一层富铬的氧化膜（即钝化膜），这层膜形成大大减缓了钢的氧化。Ni 在不锈钢中的作用在于改变钢的晶体结构，形成奥氏体结构，从而改善和加强铬的钝化机理，其抗晶间腐蚀能力得到提高，同时加工性、可焊接性和韧性等力学性能得到的提高。Mo 可提高钝化膜的强度，增强耐局部腐蚀性，如点蚀、缝隙腐蚀特别是在卤盐或海水中有氯离子的情况下，提高对氯化物应力腐蚀断裂的抵抗能力。1.2316L 不锈钢的特点不锈钢材料种类繁多，性能各异。316L 不锈钢是一种加钼的奥氏体不锈钢，具有良好的焊接性能，可采用所有标准的焊接方法进行焊接，不需要进行焊后热处理。由于添加了 23%的 Mo 元素，316L不锈钢具有良好的耐点蚀性能，常用于船舶的海水管路，国标以及各船级社规范均有推荐。2316L 不锈钢管海水耐腐蚀浸泡试验2.1316L 不锈钢管腐蚀穿孔的情况统计近三年船舶保修反馈信息：MR 油船海水系统的 316L 不锈钢管有腐蚀穿孔情况。经取样进行化学成分分析，得到以下结果，如表 1 所示。与 GB 国标进行比较，可以发现：凡是腐蚀穿孔的 316L 不锈钢管，其 Ni、Cr、Mo 三种合金元素的含量均接近 GB 标准下限。对照 ABS、DNVGL 等船级社规范中“Mo 含量小于2.5%的 316 和 316L 不锈钢不得用于海水管路和部件”“316 L 不锈钢 Mo 含量不得小于 2.5%”等明确规定，因此，我们怀疑 Mo 含量的减少可能影响这些 316L 不锈钢管路的耐海水腐蚀能力，并通过开展 316L 不锈钢管海水浸泡试验进行验证。2.2试验准备2.2.1316L 不锈钢管材料选择不同厂家生产的 316L 不锈钢管，其化学成分往往存在差异。根据 316L 不锈钢管出厂材质报告，特意选取两个厂家生产的 316L 不锈钢管进行浸泡对李杰周江维：船用 316L 不锈钢管耐海水腐蚀研究表 1腐蚀穿孔的 316L 不锈钢管复验化学成分编号代号C%Si%Mn%P%S%Ni%Cr%Mo%N%1316L0.0220.621.450.0240.00610.116.482.08/2316L0.020.231.40.0360.00610.1816.162.04/3316L0.0150.421.070.0340.00610.0916.282.05/4316L0.0210.471.080.0410.0610.0716.162.05/GB 标准值316L0.030.7520.0450.0310141618230.1-93-比试验。A 公司生产的 316L 不锈钢管，其 Ni、Cr、Mo 三种合金元素的含量均接近 GB 标准下限，与已发生腐蚀穿孔的不锈钢管化学成分相近。B 公司生产的 316L 不锈钢管,其 Ni、Cr、Mo 三种合金元素的含量均接近 GB 标准范围的中间值，特别是 Mo 含量大于 2.5%。对比如表 2 所示。随后对 A 公司、B 公司生产的 316L 不锈钢管分别取样进行材质化学成分复验，确认其材质，如表3 所示。将表 2 和 3 所列数值与国标进行比较，出厂值和复验值基本一致，均为 316L 不锈钢管。2.2.2制定 316L 不锈钢管海水浸泡试验方法从 A、B 公司的 316L 不锈钢管上各切割两段，一段不做钝化处理，另一段做钝化处理，共有四个试样。将试样进行海水浸泡试验，浸泡时间为其 4周。浸泡 4 周后取出试样进行目视检查，根据观测情况进行分析。2.3海水浸泡试验结果2.3.1316L 不锈钢管海水浸泡试验目视检查1#试样，为 A 公司 316L 不锈钢管，经过钝化处理，浸泡海水四周后未出现明显的锈蚀和腐蚀点穿现象，保持钝化后的状态。2#试样，为 A 公司 316L 不锈钢管，未进行钝化处理，浸泡海水四周后海水浑浊，管子表面出现少量浮锈。B 公司的 316L 不锈钢管 2 个试样在海水浸泡过程始终保持稳定，表面没有出现任何变化。2.3.2海水浸泡试验结果分析B公司的316L不锈钢管不需钝化处理就有良好的耐海水腐蚀性能，A 公司的 316L 不锈钢管必须结合钝化处理措施才能达到相同的状态，说明 Mo 含量大于 2.5%的 316L 不锈钢管，其耐海水腐蚀的能力比 Mo 含量接近标准下限值（2%）的 316L 不锈钢管强。海水浸泡试验发现 A 公司的 316L 不锈钢管，经过良好的钝化处理，浸泡海水四周后未出现明显的锈蚀和腐蚀点穿现象；未进行钝化处理的管材，浸泡海水四周后海水浑浊，管子表面出现少量浮锈。说明良好的钝化处理可以提高 Mo 含量接近标准下限值（2%）的 316L 不锈钢管的耐海水腐蚀能力。3316L 不锈钢管腐蚀穿孔原因分析结合海水浸泡试验结果，对近三年船舶保修反馈MR油船海水系统316L不锈钢管腐蚀穿孔的原因分析如下：（1）这些 316L 不锈钢管中 Ni、Cr、Mo 三种合金元素的含量均接近 GB 标准下限，特别是 Mo 的含量变化最大（下降达到约 20%），导致 316L 不锈钢管自身耐点蚀能力的不足，容易出腐蚀穿孔的情形。（2）316L 不锈钢管施工过程中，钝化质量参差不齐及钝化膜局部厚度不足，管子制作、转运和安装过程中管口保护不当，铁粉、灰尘等沉积在管子内部，导致不锈钢管表面不能得到“良好的钝化处理效果”，无法承受海水腐蚀。（3）这些 316L 不锈钢管路在接触、使用海水后，如未用淡水冲洗干净，海水残留在管道底部，形成了“停滞海水”的环境，也会造成 316L 不锈钢管路局部点蚀，这与出现穿孔漏点位置均为管子底部是一致的。4316L 不锈钢管腐蚀穿孔的应对措施上述原因分析显示：316L 不锈钢管腐蚀穿孔与不锈钢管材质、钝化施工、安装过程保护相关，也与运营期间船方的使用和维护相关。由于 316L 不锈钢管钝化施工、安装过程保护、船方使用维护均易受各种因素影响，只能尽量做好，无法达到 100%的效果，因此 316L 不锈钢管材质的选择就变得至关重要，不是所有的 316L 牌号不锈钢管均具有优秀的耐点蚀性能，只有选择合适的 316L不锈钢管才能应对海水腐蚀穿孔的问题。今后，我们需要结合实际情况选用合适的不锈钢材质。对于海水管路使用的 316L 不锈钢，需要补充签订供货技术协议，明确规定其 Mo2.5%；或者针对市场常用 316L 不锈钢的化学成分中 Ni、Cr、Mo 三种合金元素的含量按标准规定下限供货的做法，签订技术协议补充要求厂家按 GB 标准规定 Ni、表 2试验用 316L 不锈钢管化学成分对照表（出厂）编号C%Si%Mn%P%S%Ni%Cr%Mo%A 公司0.0240.400.910.0360.00210.0416.132.10B 公司0.0190.390.760.0280.00112.0717.232.62表 3试验用 316L 不锈钢管化学成分对照表（复验）编号C%Si%Mn%P%S%Ni%Cr%Mo%A 公司0.0210.360.940.0290.00210.0316.352.07B 公司0.0200.410.760.0290.00212.2017.452.62GSI SHIPBUILDING TECHNOLOGY广船科技2023 年第 1 期(总第 164 期)-94-Cr、Mo 合金元素含量范围的中间值，这样的 316L不锈钢管才能满足使用要求。再通过适当做好不锈钢管钝化施工、制作和安装过程不锈钢管保护、使用维护时按要求用淡水冲洗管路，就可以解决海水管路 316L 不锈钢管路腐蚀穿孔的问题。5结束语导致海水系统 316L 不锈钢管腐蚀穿孔的原因比较复杂，必须通过材质管控并加强不锈钢管钝化质量控制、制作安装过程不锈钢管保护和使用维护等过程控制，才能降低海水对管路腐蚀的影响。其中，在标准和规范的规定范围内，对影响不锈钢耐海水腐蚀能力的合金元素含量进行补充规定，是从源头提高不锈钢管耐海水腐蚀的重要因素。参考文献：1方志刚，高性能船舶用金属材料M，北京：化学工业出版社，2010.投稿日期：2021-6-2李杰周江维：船用 316L 不锈钢管耐海水腐蚀研究（上接第 85 页）图 17 为球鼻艏分段的一个横向非水密结构，单独调出该结构并将其自身结构树上的所有元素进行显示后的结果，可以看出，该 PANEL 引用到了外板曲面等元素，导致该 PANEL 结构树下包含了远超自身大小和复杂度的元素。艏部区域的大部分结构都会引用外板曲面，这就导致了艏部每一个 PANEL 的结构数据量都极其庞大，整个分段包含了许多重复且臃肿的数据。本分段在进行数据生成和计算的时候，就会变得特别缓慢和卡顿，十分影响建模出图的效率。6结束语3DE 平台作为一个全新的系统，与我公司以往所使用的软件在设计理念上也有很大不同，需要花费大量的时间和精力进行摸索，才能确保该软件的顺利应用。本软件在使用的过程中，开阔了使用者的设计思路，带给使用者全新的体验。同时，本软件在船舶制造应用方面仍然存在着一些不足，需要软件设计方与使用方密切沟通合作，以现场生产需求为本，以确保设计模型的准确性和软件环境的稳定性为目标，保证本系统的实船应用项目顺利完成。投稿日期：2020-8-21图 1A 公司 1#试样海水浸泡后表面状态图 2A 公司 2#试样海水浸泡后表面状态