不銹鋼焊接海船錨鏈的腐蝕失效分析

1、材料斷裂理論與失效分析不銹鋼焊接海船錨鏈的腐蝕失效分析 專業(yè)： 材料工程（鍛壓） 類型： 應(yīng)用型 姓名： * 學號： 15S*不銹鋼焊接海船錨鏈的腐蝕失效分析引言錨鏈(cable)是連接錨和船體之間的鏈條，用來傳遞和緩沖船舶所受的外力。也能產(chǎn)生一部分的摩擦力。錨鏈由許多個鏈環(huán)銜接而成，大小以鏈徑約（毫米）表示。依據(jù)鏈環(huán)中間有無撐檔，分為有檔錨鍵和無檔錨鏈。錨鏈可用鍛造、鑄造和焊接等法制成。船用錨鏈由若干“節(jié)”（shackle）組成，每節(jié)長25.027.5米，節(jié)與節(jié)之間用鏈環(huán)或卸扣相連。絞起錨后，錨鏈儲存在船首部的錨鏈艙內(nèi)。錨鏈的規(guī)格，依照船舶建造標準計算肯定。1. 簡述Cr-Ni 系不銹鋼的合

2、金化原理1、加入合金元素，提高鋼基體的電極電位，從而提高鋼的抗電化學腐蝕能力。一般鋼中加入Cr、Ni、Si多元素均能提高其電極電位。由于Ni較缺，Si的大量加入會使鋼變脆，因此，只有Cr才是顯著提高鋼基體電極電位常用的元素；2、加入合金元素使鋼(不銹鋼)的表面形成一層穩(wěn)定的、完整的與鋼的基體結(jié)合牢固的鈍化膜。從而提高鋼的耐化學腐蝕能力。如在鋼中加入Cr、Si、Al等合金元素，使鋼的表層形成致密的Cr2O3，SiO2，Al2O3等氧化膜，就可提高鋼(不銹鋼)的耐蝕性；3、加入合金元素使鋼(不銹鋼)在常溫時能以單相狀態(tài)存在，減少微電池數(shù)目從而提高鋼的耐蝕性。如加入足夠數(shù)量的Cr或CrNi，使鋼在室

3、溫下獲得單相鐵素體或單相奧氏體。4、加入Mo、Cu等元素，提高抗腐蝕的能力。5、加入Ti，Nb等元素，消除Cr的晶間偏析，從而減輕了晶間腐蝕傾向。6、加入Mn、N等元素，代替部分Ni獲得單相奧氏體組織，同時能大大提高鉻不銹鋼在有機酸中的耐蝕性。2. 錨鏈的結(jié)構(gòu)特征有哪些，簡要分析錨鏈是連接錨和船體之間的鏈條，用來傳遞和緩沖船舶所受的外力。也能產(chǎn)生一部分的摩擦力。錨鏈可用鍛造、鑄造和焊接等法制成。船用錨鏈由若干“節(jié)”組成，每節(jié)長25.027.5米，節(jié)與節(jié)之間用鏈環(huán)或卸扣相連。絞起錨后，錨鏈儲存在船首部的錨鏈艙內(nèi)。船用錨鏈是連接于錨和船體之間的鏈條，用于傳遞和緩沖船舶所受的外力。2.1 船用錨鏈的

4、分類與特點船用錨鏈可按多種方法進行分類，但主要有以下幾種：1）按鏈環(huán)結(jié)構(gòu)分類：船用錨鏈按鏈環(huán)結(jié)構(gòu)的不同，可分為有檔鏈和無檔鏈兩種。在尺寸和材質(zhì)相同的情況下，有檔鏈的強度比無檔鏈大20%左右，且具有變形小、堆放時不易扭纏等優(yōu)點，故海船廣泛采用，而無檔鏈一般僅用于小船。2）按鏈環(huán)的制造方法分類：船用錨鏈按鏈環(huán)制造方法的不同，可分為焊接船用錨鏈、鑄鋼船用錨鏈和鍛造船用錨鏈三種。焊接船用錨鏈由CCS認可的鋼廠使用圓鋼材料加工焊接而成。具有工藝先進、簡單，制造成本低，質(zhì)量超過其他種類船用錨鏈的特點，是海船廣泛使用的船用錨鏈。鑄鋼船用錨鏈由CCS認可的鋼廠用合格的鋼水澆鑄而成。具有強度較高、剛性好、撐檔不

5、會松動和使用壽命較長等優(yōu)點，缺點是制造成本較高、船用錨鏈耐沖擊負荷差。鍛造船用錨鏈因具有工藝復雜、成本高等缺點，故商船已基本不用。3）按船用錨鏈的公稱抗拉強度分類：船用錨鏈根據(jù)其公稱抗拉強度大小的不同，分為AM1、AM2和AM3三個等級。其中AM1級鏈強度最小，AM3級鏈強度最大。4）按船用錨鏈鏈環(huán)所起作用分類：船用錨鏈鏈環(huán)按其所起作用的不同，分為普通鏈環(huán)、連接鏈環(huán)、加大鏈環(huán)、轉(zhuǎn)環(huán)、末端卸扣和末端鏈環(huán)等幾種。2.2 船用錨鏈強度的衡量標準與標準長度1）船用錨鏈強度的衡量標準：鏈環(huán)的大小以鏈環(huán)的直徑d表示，用來衡量船用錨鏈強度的標準鏈環(huán)是普通鏈環(huán)，其直徑大小是衡量船用錨鏈強度的標準。若有檔普通鏈

6、環(huán)的截面直徑為d，則有檔普通鏈環(huán)本身的長度應(yīng)是其截面直徑d的6倍，寬度是d的3.6倍；加大鏈環(huán)的長為6.6d，寬為4d；散合式連接鏈環(huán)的長為8d，寬為4d；肯特卸扣（連接鏈環(huán)）的長為6d，寬為4.2d；末端鏈環(huán)的長為7d，寬為4d；轉(zhuǎn)環(huán)的總長為9.7d，寬為4.7d。2）標準長度：船用錨鏈的長度以“節(jié)”為單位，CCS規(guī)范規(guī)定每節(jié)船用錨鏈的標準長度為27.5m，且每節(jié)船用錨鏈的鏈環(huán)數(shù)應(yīng)為奇數(shù)。3. 服役環(huán)境的要素有哪些？船錨的作用主要就是固定、穩(wěn)定船。從以下幾個方面來說。1、錨鏈要起作用，最基本的條件是在海底等鉤住東西。如果錨鏈不夠長，錨不會起作用。 如果海底是平坦的，或者是錨鉤住的東西不是固定

7、的，或者是鉤的不太牢，如果是風平浪靜還可以，一但海浪過大，造成錨鉤不住東西，會使錨失去其作用，這叫“走錨”，船在拋錨期間，出現(xiàn)走錨，是非常危險的，因為船在拋錨的時候一般主機都停了，如果立即開船，需要時間，沒有動力的船四處漂是非常危險的。所以，才有了錨地這個概念，錨地，言外之意，海底下比較粗糙，另外，要能避風。2、錨鏈的重量對于船來說是可以忽略不計的，那點摩擦力，不會起多大作用的。一般來說，拋錨時的船，錨鏈都是筆直的，這是基本可以忽略摩擦力的作用。如果你在海邊，會發(fā)現(xiàn)有很多的小漁船，她們的錨鏈是粗繩子。3、在船上面看，錨鏈是直的，但是在水下有一段是和海床接近于平行（其實是貼著海底的）的。錨提供抓

8、力，而后通過錨鏈傳遞給船舶借此抵抗海流、風浪的外載荷對于定位的影響，之所以有一段是貼著海底的是要考慮到受力的影響。想想看，一個錨，錨鏈直挺挺的一拉就容易走錨。而有一段貼著海底，可以提供一個裕度在一定范圍內(nèi)是可以的。因此，綜合考慮錨鏈的服役主要可能受以下影響：1、在拋錨時，錨鏈要浸泡在海水中，所以首先是海水腐蝕；2、當起錨時，錨鏈又被拉出水面，裸露在空氣中，會發(fā)生大氣腐蝕；3、沿海工廠如核電廠等，會將工業(yè)水排入海水中。所以錨鏈解除的環(huán)境也包括工業(yè)介質(zhì)。4. 有可能發(fā)生的失效類型是什么？1、海水腐蝕：沉積物下的局部腐蝕：這是海洋腐蝕的主要形態(tài)。局部沉積物造成金屬表面不同部位氧濃度的嚴重差異，從而形

9、成氧濃差電池；此時O的遷移、Cl-的遷移均會進一步加劇閉塞區(qū)域的腐蝕速度；此外陽極溶解區(qū)周圍OH-和Fe2+匯聚，二次腐蝕產(chǎn)物Fe(OH)2大量形成，堆積有勁一步惡化氧濃度的不均勻現(xiàn)象，閉塞去的閉塞程度進一步加?。唬?）接觸腐蝕-電偶腐蝕：海水的電導率較高，腐蝕電阻較小，因此異種金屬一旦相連并暴漏于海水就容易形成腐蝕電池；（2）縫隙腐蝕：凡需要充足氧氣不斷彌合氧化膜破裂從而保持鈍化態(tài)的金屬，在海水中均對縫隙腐蝕敏感，不銹鋼和鋁合金最為典型；（3）疲勞腐蝕：海洋工程結(jié)構(gòu)除腐蝕之外還承受海浪、風暴、地震等載荷，因此海洋結(jié)構(gòu)的腐蝕疲勞經(jīng)常發(fā)生，是影響結(jié)構(gòu)安全的主要因素；（4）生物腐蝕：構(gòu)件在海洋中數(shù)

10、小時內(nèi)表面形成細菌膜，35天形成微型生物粘膜，此后大型附著生物的幼體出現(xiàn)、長大，最終形成附著生物群體。生物的附著、生長、死亡過程中產(chǎn)生的物質(zhì)均會直接或間接地影響金屬的腐蝕；（5）點蝕：當滿足材料、介質(zhì)和電化學三個方面的條件時，發(fā)生點蝕。點蝕多發(fā)生在表面容易鈍化的金屬材料上；不銹鋼對鹵素離子特別敏感，作用順序是：Cl->Br->I-。這些陰離子在金屬表面不均勻吸附易導致鈍化膜的不均勻破壞；點蝕發(fā)生在特臨界電位。（6）應(yīng)力腐蝕：不銹鋼在氯化物水溶液、海水、海洋大氣的環(huán)境中，當有足夠大的拉應(yīng)力時，會產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕。2、大氣腐蝕：當錨鏈拖出水面時，海周圍的空氣非常潮濕，錨鏈受到潮的大氣腐蝕：

11、水汽存在但濃度低于臨界濕度，此時金屬表面有很稀薄的水膜存在，這層水膜是由于毛細管作用，吸附作用和化學凝聚效應(yīng)而在金屬表面上形成的。5. 如何設(shè)計實驗確定失效的類型？1、現(xiàn)場調(diào)查保護腐蝕失效現(xiàn)場的一切證據(jù)，是保證腐蝕失效分析得以順利有效地進行的先決條件。要對腐蝕失效現(xiàn)場進行取證，并聽取相關(guān)設(shè)備負責人、操作者等介紹情況，了解服役條件，收集相關(guān)的背景信息(如介質(zhì)種類，溫度，壓力以及設(shè)備或管線的材質(zhì)等，并且收取適量的腐蝕產(chǎn)物)。在觀察和記錄時可用攝影、錄像、錄音和繪圖及文字描述等方式進行。2、實驗室分析只有在極少數(shù)的情況下，通過現(xiàn)場和背景材料的分析能得出腐蝕失效的原因。大多數(shù)失效案例都需根據(jù)現(xiàn)場取證和

12、背景材料的綜合分析結(jié)果來進一步制定實驗室的腐蝕失效分析計劃，確定進一步腐蝕失效分析試驗的目的、內(nèi)容、方法和實施方式。失效部件和殘留物上具有說服力的物證是十分有限的，因此試驗前，須對試驗項目和順序、取樣部位、取樣方法及試樣數(shù)量等均應(yīng)全面考慮，合理地確定切取試樣的位置、尺寸、數(shù)量和取樣方法。通常采用的分析手段有下列各項：(1)宏觀觀察：主要是憑借肉眼或其他簡單儀器，檢查腐蝕失效部件表面是否光滑、有無裂痕、有無腐蝕和腐蝕產(chǎn)物，記錄其大小、顏色形態(tài)和分布情況等。這種方法簡便、直觀，可以簡單確定腐蝕的類型。對于肉眼不能直接看到的設(shè)備或管道內(nèi)部表面，可采用內(nèi)窺鏡技術(shù)或者局部破壞等方式加以檢查。(2)微觀組

13、織分析：主要是用金相顯微鏡、電子顯微鏡觀察腐蝕失效部件的顯微組織，分析組織對性能的影響，檢查鑄、鍛、焊和熱處理等工藝是否恰當，從而由材料的內(nèi)在因素分析導致發(fā)生腐蝕失效的原因。(3)化學成分分析：主要是采用光譜法等測定腐蝕部件的材料是否符合技術(shù)要求，有無用錯材料或出現(xiàn)成分偏差，必要時可進行微量元素分析或微區(qū)成分分析。(4)腐蝕形貌觀察：腐蝕形貌真實地反映了材料被腐蝕的全過程，通過對材料腐蝕表面形貌的觀察，可以進一步詳細了解腐蝕過程，推測材料表面腐蝕特征的形成過程。因此對于腐蝕失效零部件，腐蝕形貌分析是最重要的一環(huán)。通過腐蝕形貌分析，不僅可以得到有關(guān)零部件使用條件和腐蝕失效特點的信息，還可以了解腐

14、蝕失效點附近的性質(zhì)和狀況，確定腐蝕的性質(zhì)和形式，從而找出腐蝕失效的主要原因。腐蝕形貌分析先用肉眼或低倍實體顯微鏡和立體顯微鏡從各個角度來觀察腐蝕表面的特征，并利用其中所帶的網(wǎng)格粗略估計腐蝕表面蝕點或蝕坑等的大小，然后用電子顯微鏡(特別是掃描電鏡)對有代表性的部位進行深入觀察，以了解腐蝕表面的微觀特征，同時可以利用電鏡附帶的X射線能譜儀或譜分析(EDX)功能對材料表面進行微區(qū)微量元素定性和定量分析，并進行元素點分布和面分布分析。(5)腐蝕產(chǎn)物分析：表面形貌觀察還要配合相應(yīng)的腐蝕產(chǎn)物分析結(jié)果，才能更有效地分析出材料失效的原因。對于腐蝕產(chǎn)物的分析，可以采用化學灼燒法、X 射線衍射儀或俄歇電子能譜(A

15、ES)及光電子能譜(XPS)進行元素或化合物分析。(6)介質(zhì)分析：對現(xiàn)場取得的失效零部件的環(huán)境介質(zhì)(如水樣或油樣)進行化學分析。(7)其他檢測項目：在必要時可以進行某些項目的力學性能試驗，包括材料的硬度試驗以及拉伸或彎曲試驗，以校驗該零部件的力學性能是否符合技術(shù)要求。(8)模擬試驗：重大的腐蝕失效分析項目，在初步確定失效原因后，還應(yīng)及時進行重現(xiàn)性試驗(模擬試驗)，以驗證初步結(jié)論的可靠性。利用介質(zhì)分析和材料化學成分分析的結(jié)果，在實驗室內(nèi)配置成分相同的腐蝕介質(zhì)，并選用和腐蝕失效部件相同的材質(zhì)，進行相同的熱處理，然后模擬現(xiàn)場環(huán)境(溫度、壓力)進行模擬腐蝕試驗，進一步驗證腐蝕形成過程和腐蝕機理。還可以

16、利用安裝在重點腐蝕設(shè)備上的在線旁路試驗釜對裝置的腐蝕狀況進行監(jiān)測(監(jiān)測時間約為3至6個月)，監(jiān)測結(jié)果可以排除裝置物料波動等短時期影響，通過選用不同材質(zhì)的試片，較為真實地反映裝置的實際腐蝕狀況。若該監(jiān)測系統(tǒng)中某部位發(fā)生了腐蝕失效，可以借助長期的監(jiān)測數(shù)據(jù)更好地進行腐蝕失效分析，并為后期選材提供可靠的試驗數(shù)據(jù)。完成上述試驗后，把現(xiàn)場調(diào)查的資料及各項試驗結(jié)果進行綜合分析，搞清失效的過程，確定失效的原因。在大多數(shù)情況下，失效原因可能有多種，應(yīng)努力分清主要原因和次要原因。如某零部件存在兩個以上的失效類型時，應(yīng)分析和找出主要的腐蝕失效類型及其主要的失效抗力的表征參量。因此推測船錨可能發(fā)生的腐蝕情況為：1、點

17、蝕：（1）點蝕蝕孔很小，形核時一般為20-30um，肉眼難于察覺，長大到30um之后金屬表面才出現(xiàn)宏觀可見的蝕孔；（2）蝕孔的深度往往大于孔徑，蝕孔通常沿重力或橫向發(fā)展，多在朝上的表面出現(xiàn)；（3）點蝕只出現(xiàn)在局部區(qū)域，分部密度因例而異；（4）點蝕伴隨有輕微/中度全面腐蝕時，蝕坑往往被腐蝕產(chǎn)物覆蓋，需要去除表面腐蝕產(chǎn)物才能觀察到點蝕坑。2、縫隙腐蝕：（1）能使縫隙內(nèi)介質(zhì)停滯的微小縫隙，寬度范圍一般為：0.0250.1mm，寬度超過0.1mm時不會發(fā)生縫隙腐蝕；（2）可發(fā)生在所有金屬和合金上，特別容易發(fā)生在靠鈍化耐蝕的金屬材料表面。3、應(yīng)力腐蝕：（1）宏觀特征：無明顯的塑性變形區(qū)，裂紋均發(fā)生于表面，具有明顯的局部性，與應(yīng)力狀況密切相關(guān)；應(yīng)力腐蝕裂紋源于表面、基本與拉應(yīng)力方向垂直，并呈不連續(xù)狀；裂紋具有分叉較多、局部較尖銳的特征；應(yīng)力腐蝕斷口的微觀形貌可為巖石狀，巖石表面有腐蝕痕跡。嚴重時整個都為腐蝕產(chǎn)物