Meriseokset: Laivanrakennus ja offshore-alustat

Oikean metalliseoksen valinta laiva- ja offshore-sovelluksiin on yksi kriittisimmistä suunnittelupäätöksistä laivanrakennuksessa ja laiturin rakentamisessa. Säälimätön altistuminen merivedelle, suolasuihkulle, korkealle paineelle, hapankaasulle (H2S) ja äärimmäisille mekaanisille kuormituksille vaatii materiaaleja, jotka menevät paljon tavallista hiiliterästä pidemmälle.

Tässä oppaassa esitellään yleisimmin käytetyt -meren ruostumattomat teräkset ja nikkeliseokset, selitetään niiden tärkeimmät ominaisuudet selkeällä kielellä ja kartoitetaan kunkin seoksen tiettyihin laivan komponentteihin ja offshore-alustan osiin, joissa ne tarjoavat parhaan suorituskyvyn ja pitkän ajan{1}}arvon.

Olitpa kokenut metallurgi, hankintaasiantuntija tai alalle ensimmäistä kertaa saapuva opiskelija, tämä viite antaa sinulle selkeän ja tietoihin perustuvan-perustanmateriaalin valinta meriympäristöissä.

Miksi tavallinen teräs epäonnistuu merellä

Tavallinen hiiliteräs syöpyy nopeasti meriympäristöissä. Merivesi on noin 3,5 painoprosenttia natriumkloridia (NaCl), ja tämä suola{2}}rikas elektrolyytti kiihdyttää sähkökemiallista korroosiota 1 000 kertaa nopeammin kuin makean veden olosuhteissa. Offshore-alustat ja laivat kohtaavat myös:

Kloridin{0}}aiheuttama piste- ja rakokorroosio ahtaissa tiloissa, kuten laipoissa ja liitoksissa

Stress Corrosion Cracking (SCC), jonka aiheuttaa vetojännitys yhdistettynä syövyttävään ympäristöön

Mikrobiologisesti vaikuttanut korroosio (MIC) painolastisäiliöissä olevista sulfaattia-pelkistävistä bakteereista

Eroosio-korroosio nopean{1}}nestejärjestelmissä, kuten meriveden jäähdytyssilmukoissa

Korkean{0}}paineen ja korkean{1}}lämpötilan käyttöolosuhteet merenalaisissa kaivonpäissä ja nousujoissa

Happamat palveluympäristöt, jotka sisältävät rikkivetyä (H2S) ja hiilidioksidia (CO2)

Ratkaisu on käyttää tarkoitukseen suunniteltuja -teknisiä seoksia - ruostumattomia teräksiä ja nikkeliseoksia -, jotka on formuloitu sisältäen kromia (Cr), molybdeeniä (Mo) ja nikkeliä (Ni), jotka muodostavat passiivisen oksidikalvon, mikä hidastaa merkittävästi korroosiota.

Korroosionkestävyyden ymmärtäminen: PREN-indeksi

Pitting Resistance Equivalent Number (PREN) on standardi, jota insinöörit käyttävät vertaamaan metalliseoksen kestävyyttä pistekorroosioon kloridiympäristöissä, kuten merivedessä. Se lasketaan seuraavasti:

PREN=%Cr + 3.3 × %Mo + 16 × %N

Korkeampi PREN-arvo tarkoittaa parempaa piste- ja rakokorroosionkestävyyttä. Nyrkkisääntönä:

PREN < 25: Soveltuu vain lievästi syövyttäviin tai ilmakehän aiheuttamiin meriympäristöihin

PREN 25–40: Soveltuu roiskevyöhykkeisiin, kansilaitteistoihin ja makean merivesijärjestelmiin

PREN > 40: Suositellaan jatkuvaan meriveteen upotukseen, vedenalaiseen huoltoon ja aggressiivisiin kemiallisiin ympäristöihin

Merilaatuisen metalliseoksen yleiskatsaus

Seuraavassa taulukossa on yhteenveto yhdestätoista yleisimmin käytetystä metalliseoksesta laivanrakennuksessa ja offshore-alustasovelluksissa. Jokainen seos tunnistetaan sen yleisen kauppa- tai sukunimen, sen standardoidun UNS (Unified Numbering System) -tunnuksen ja sen ensisijaisen merisovelluksen perusteella.

Taulukko 1: Yleiskatsaus merilaatuisiin metalliseoksiin ja niiden ensisijaisiin sovelluksiin

Kemiallisen koostumuksen viite

Kemiallinen koostumus säätelee suoraan lejeeringin korroosiokäyttäytymistä, lujuutta ja hitsattavuutta. Kromi rakentaa passiivisen kerroksen; molybdeeni parantaa vastustuskykyä piste- ja rakohyökkäykselle; nikkeli stabiloi austeniittista rakennetta ja parantaa sitkeyttä alhaisissa lämpötiloissa. Alla oleva taulukko sisältää likimääräiset nimelliskoostumusalueet yleisimmille meriseoksille.

Taulukko 2: Keskeisten meriseosten arvioitu kemiallinen koostumus (paino-%)

*PREN=%Cr + 3.3×%Mo + 16×%N † Nikkeli-pohjaiset seokset: PREN ei ole vakiomittari; korroosionkestävyys arvioidaan metalliseosspesifisillä testimenetelmillä (esim. ASTM G28, G48).

Mekaaniset ominaisuudet

Mekaaninen suorituskyky on yhtä tärkeä kuin korroosionkestävyys - offshore-rakenteiden ja laivojen runkojen on kestettävä valtavia staattisia kuormia, dynaamisia aaltovoimia ja syklistä väsymistä tyypillisesti yli 25 vuotta kestävän käyttöiän aikana. Alla oleva taulukko sisältää tyypilliset mekaaniset ominaisuudet tässä oppaassa käsitellyille avainseoksille.

Taulukko 3: Merikäyttöisten metalliseosten tyypilliset mekaaniset ominaisuudet (hehkutettu kunto, ellei toisin mainita)

Seos---komponenttien kartoitus: Laivanrakennus

Seuraavassa taulukossa on kuvattu jokainen metalliseos kaupallisen tai laivaston aluksen tiettyihin osiin, joissa se on yleisimmin määritelty. Kunkin valinnan perustelut kuvastavat tasapainoa korroosionkestävyyden, mekaanisen lujuuden, hitsattavuuden, kustannusten ja sovellettavien luokituslaitoksen sääntöjen välillä.

Taulukko 4: Suositellut metalliseokset laivanrakennuskomponenttien mukaan

Seos---komponenttien kartoitus: Offshore-alustat

Offshore-öljy- ja kaasunporauslautat -, mukaan lukien kiinteät vaipparakenteet, puoli{1}}sukellusajoneuvot, FPSO:t (Floating Production Storage and Offloading Unit) ja vedenalaiset laitokset - altistavat materiaalit joillekin maan ankarimmista olosuhteista. Hapan kaasupalvelu (H2S + CO2), ultra-korkeat paineet ja jatkuva upotus meriveteen syvyydessä vaativat tehokkaimpia saatavilla olevia-seoksia.

Taulukko 5: Suositellut metalliseokset offshore-alustakomponenttien mukaan

Yksityiskohtaiset seosprofiilit

Luokka 316Lon meriteollisuudessa eniten käytetty ruostumaton teräs. Sen alhainen hiilipitoisuus (vähemmän tai yhtä suuri kuin 0,03 %) minimoi herkistymisen hitsauksen aikana ja estää rakeiden välisen korroosion hitsauslämmön{2}}vaikutusalueilla. Sen PREN-arvo on noin 24, joten se soveltuu vesirajan yläpuolelle-, kohtalaisen-suolaista vettä kuljettaviin putkiin ja kaikkiin yleisiin merenkulun laitteisiin, jotka ovat alttiina meren roiskeelle ja ilmakehälle.

Paras:Kannen varusteet, kaiteet, kiinnikkeet, saniteettiputket, ei--upotettavat rakenneosat.

Rajoitus:Ei suositella jatkuvaan upotukseen seisovassa merivedessä tai{0}}halkeamalle geometrialle ilman lisäsuojatoimenpiteitä.

Duplex 2205 - Vahvuus kohtaa korroosionkestävyyden

Duplex 2205tarjoaa kaksi-vaiheisen mikrorakenteen (noin 50 % austeniittia + 50 % ferriittiä), joka tuottaa suunnilleen kaksinkertaisen myötölujuuden 316 litran ruostumattomasta teräksestä vastaavalla korroosionkestävyydellä. Sen noin 35 PREN tekee siitä sopivan meri- tai murtovettä käsitteleviin putkistojärjestelmiin, paineastioihin ja offshore-lauttojen yläpuolisiin rakenteisiin.

Paras:Yläpuolen putket, paineastiat, nousuputket, suolanpoistolaitoksen komponentit, rakenteelliset vahvistukset roiskevyöhykkeillä.

Keskeinen etu:Ylivoimainen jännityskorroosionkestävyys (SCC) verrattuna tavallisiin austeniittisiin luokkiin - kriittinen etu, kun lämmintä kloridia-kantava vesi ja vetojännitys kohtaavat.

Super Duplex 2507 - Merenalainen työhevonen

PREN yli 42 ja kromipitoisuus 25 %Super Duplex 2507on seos, kun Duplex 2205 ei riitä. Se on määritelty laajasti vedenalaisissa jakoputkissa, napaputkissa, pumppujen akseleissa ja kaikissa laitteissa, joiden on kestettävä vuosia jatkuvaa meriveteen upottamista ilman katodisuojauksen rajoituksia.

Paras:Vedenalaiset jakoputket, ohjauslinjat, pumpun siipipyörät ja akselit, korkeapaineiset -meriveden ruiskutusjärjestelmät, joustava nousuputken jännityspanssari.

Alloy 625 (Inconel 625) - Offshore Premium -standardi

Seos 625on nikkeli-kromi-molybdeeniseos, jolla on poikkeuksellinen lujuus, valmistettavuus ja korroosionkestävyys. Sen molybdeenipitoisuus (8–10 %) ja niobiumlisäykset antavat sille erinomaisen kestävyyden piste- ja rakokorroosiota vastaan ​​kloridiväliaineissa, kun taas sen korkea nikkelipohja varmistaa immuniteetin kloridi-indusoitua SCC:tä vastaan. Se on myös täysin NACE MR0175/ISO 15156 -standardin mukainen hapankaasupalveluille.

Paras:Vedenalaiset kaivonpäät, joustavat nousuputkien sisävuoraukset, päällystetyt putkistot, soihdutusjärjestelmät, korkeapaineen -virtauksen ohjauslaitteet, roiskevyöhykkeiden vaippa.

Erikoiskyky:Käytetään hiiliteräsputkilinjojen hitsauspäällysmateriaalina korroosionkestävän -sisäpinnan aikaansaamiseksi edullisemmin kuin kiinteä metalliseos 625 -rakenne.

Seos 825 (Incoloy 825) - happo ja merivesi yhdistetty

Seos 825on suunniteltu erityisesti kestämään korroosiota sekä hapettavassa että pelkistävässä ympäristössä. Sen nikkelin (38–46 %), kromin (19,5–23,5 %), molybdeenin (2,5–3,5 %) ja kuparin (1,5–3,0 %) yhdistelmä tekee siitä erityisen tehokkaan rikkihappoa (H2SO4) ja fosforihappoa (H3PO4) vastaan ​​sekä kuuman veden pistesyöpymistä ja SCC:tä vastaan. Sitä käytetään laajasti tuotetuissa vedenkäsittely- ja offshore-pesujärjestelmissä.

Paras:Lämmönvaihtimet FPSO:lla, hapankaasupesurit, tuotetun vedenkäsittely, kemikaalien ruiskutuslinjat, offshore-suolanpoistolaitteet.

Seos C-276 (Hastelloy C-276) – Suurin kemikaalinkestävyys

Seos C276on yksi korroosiota{0}}kestävimmistä kaupallisesti saatavilla olevista seoksista. Sen erittäin korkea molybdeenipitoisuus (15–17 %) ja volframilisäaineet antavat sille erinomaisen kestävyyden sekä hapettavassa että pelkistävässä happamassa ympäristössä, mukaan lukien märkä kloori, rautakloridi, kloorivetyhappo ja rikkiyhdisteet. Se on suositeltava materiaali offshore-savukaasujen rikinpoistojärjestelmissä (FGD) ja aggressiivisissa tuotetuissa vesiympäristöissä.

Paras:Savukaasupesurit, märkä{0}}kaasun käsittely, hapankaasun kaivonpäät, aggressiiviset kemialliset prosessilinjat, hapettava happohuolto FPSO:ssa ja kemikaalisäiliöaluksissa.

Alloy 400 ja K-500 (Monel-perhe) – merivesiasiantuntijat

Nikkeli{0}}kupariseosten Monel-perhettä on käytetty merisovelluksissa yli vuosisadan.Seos 400sillä on poikkeuksellinen kokemus merivesipalveluista, se kestää biologista likaantumista ja tarjoaa hyvän sitkeyden jopa pakkasessa{0}}. Alloy K500 lisää sakkakovettumista (alumiinin ja titaanin lisäysten avulla), kolminkertaistaa Alloy 400:n lujuuden säilyttäen samalla erinomaisen meriveden korroosionkestävyyden - ja kriittisesti, se pysyy ei--magneettisena, mikä tekee siitä arvokkaan miinanraivausaluksissa ja herkissä instrumentointisovelluksissa.

Alloy 400 sopii parhaiten:Merivesiputket, venttiilit, lauhdutinputket, pumppukotelot, potkuriakselin holkit.

Alloy K-500 sopii parhaiten:Potkuriakselit (erityisesti laivaston alukset), kiinnikkeet meriveden alla, pumppuakselit offshore-ruiskutusjärjestelmissä.

6Mo ruostumaton teräs (254 SMO) - Superaustenitic merivedelle

6 % molybdeeni superausteniittiset ruostumattomat teräkset, joista254 SMO (UNS S31254)on laajimmin määritelty, umpeen tavallisten dupleksiseosten ja nikkeli{0}}perusmateriaalien välisen kuilun. Noin 43 254 SMO:n PREN-arvolla kestää piste- ja rakokorroosiota laimentamattomassa merivedessä ja se on täysin hitsattavissa käyttämällä yhteensopivia tai haalareilla päällystettyjä täyteaineita. Se tarjoaa erinomaisen sitkeyden alhaisissa lämpötiloissa verrattuna duplex-laatuihin.

Paras:Offshore-merivesiputket, suolanpoistolaitosten putket, palonsammutusvesijärjestelmät, offshore-kannen putkistot, FPSO-merivesipumppujen kotelot.

Sovellettavat standardit ja sertifioinnit

Kaikkien meri- ja offshore-sovelluksissa käytettävien metalliseosten on oltava kansainvälisesti tunnustettujen materiaalistandardien mukaisia ​​ja soveltuvin osin tunnustetun luokituslaitoksen (kuten ABS, DNV, Bureau Veritas, Lloyd's Register tai ClassNK) hyväksymiä. Seuraavassa taulukossa on yhteenveto tärkeimmistä standardeista:

Taulukko 6: Meri- ja offshore-lejeerinkien keskeiset standardit ja sertifikaatit

Usein kysytyt kysymykset (FAQ)

"L" tarkoittaa Low Carbon{0}}L sisältää enintään 0,03 % hiiltä verrattuna standardin 316:n 0,08 prosenttiin. Alhaisempi hiilipitoisuus estää kromikarbidien muodostumisen raerajoilla hitsauksen aikana, mikä vähentäisi korroosionkestävyyttä lämpö{4}}vyöhykkeellä. Merisovelluksissa 316L on lähes aina parempi kuin standardi 316 hitsattujen kokoonpanojen osalta.

K: Miksi Duplex ruostumaton teräs on parempi kuin 316 litraa offshore-putkistoissa?

Duplex 2205 tarjoaa noin kaksinkertaisen myötörajan kuin 316L, mikä mahdollistaa ohuempien seinäosien määrittämisen, mikä vähentää painoa ja materiaalikustannuksia. Se tarjoaa myös erinomaisen SCC-kestävyyden ja PREN-arvon ~35 vs. ~24 316 litralle, mikä tekee siitä huomattavasti kestävämmän meriveden pistesyöpymistä - ratkaiseva etu offshore-putkistopalveluissa.

K: Mitä "päällystetty putkisto" tarkoittaa ja miksi Alloy 625:tä käytetään?

Päällystetyssä putkilinjassa on hiiliteräksestä valmistettu rakenteellinen ulkokuori (joka tarjoaa lujuutta ja kustannustehokkuutta) ja ohut sisävuori -, tyypillisesti 3–5 mm - korroosionkestävästä-seoksesta, kuten metalliseoksesta 625, joka on levitetty hitsauspäällyskerroksella tai räjähdysmäisellä liimauksella. Alloy 625 -sisäpinta suojaa syövyttäviltä nesteiltä (sisältää CO2, H2S, klorideja ja vettä), kun taas hiiliteräs kantaa mekaaniset kuormat. Tämä hybridilähestymistapa tarjoaa kiinteän Alloy 625 -putkiston suorituskyvyn huomattavasti alhaisemmilla kustannuksilla.

K: Onko ruostumaton teräs magneettinen?

Se riippuu tyypistä. Austeniittiset ruostumattomat teräkset (kuten 316L-, 317L- ja 6Mo-laadut) eivät ole -magneettisia hehkutetussa tilassa. Duplex- ja superduplex-laadut ovat heikosti magneettisia ferriittisen faasinsa vuoksi. Nikkeli-kupariseokset, kuten Alloy 400, eivät ole-magneettisia. Seos K-500 on hehkutetussa tilassaan myös ei--magneettinen – keskeinen etu miinanraivausaluksissa ja magneettikentille herkissä instrumenteissa.

Johtopäätös

Meri- ja offshore-ympäristöt ovat vaativimpia kaikessa suunnittelussa. Materiaalivaurion - seuraukset rakenteiden romahtamisesta, ympäristön saastumisesta, tuotannon menetyksestä tai ihmishenkien menetyksestä - tekevät metalliseoksen valinnasta tärkeän tehtävän-.

Tässä oppaassa profiloidut seokset - Workhorse 316L ruostumattomasta teräksestä Alloy 625:n ja Hastelloy C:n huippuluokkaan276 - edustavat vuosikymmeniä jatkunutta metallurgista kehitystä, joka on kohdistettu erityisesti meriveden, hapan kaasun, korkean paineen ja mekaanisen väsymisen haasteisiin. Oikein käytettynä nämä materiaalit mahdollistavat laivojen ja offshore-lauttojen luotettavan toiminnan koko 25–30 vuoden suunnittelun ajan ja vähäisellä huollolla.

Tärkeimmät poiminta tästä oppaasta:

Käytä PRENiä ensimmäisenä-passitarkistustyökaluna - vaadi PREN > 40 kaikissa jatkuvassa meriveteen upotussovelluksissa

Duplex- ja superduplex-laadut tarjoavat paremman lujuuden ja paremman SCC-kestävyyden kuin austeniittiset SS-laadut vertailukelpoisin kustannuksin

Nikkeliseokset (seos 625, 825, C-276) ovat välttämättömiä, kun sekä happohyökkäystä että kloridikorroosiota on estettävä samanaikaisesti

Tarkista aina NACE MR0175/ISO 15156 -standardin noudattaminen kaikissa happamissa palvelusovelluksissa

Vaadi EN 10204 tyyppi 3.1 tai 3.2 tehdassertifiointi kriittisten komponenttien täydelliselle materiaalin jäljitettävyydelle

Kun offshore-etsintä siirtyy yhä-syvempiin veteen ja syövyttävämpiin säiliöympäristöihin ja kun merenkulkuala vaatii kevyempiä, vahvempia ja kestävämpiä aluksia, kehittyneillä metalliseoksilla on jatkossakin ratkaiseva rooli turvallisen, kestävän ja taloudellisesti kannattavan valtameritoiminnan mahdollistamisessa.

Keskeisten termien sanasto

PREN(Pistting Resistance Equivalent Number): Laskettu indeksi, joka ennustaa lejeeringin kestävyyttä pistekorroosiota vastaan ​​kloridiympäristöissä. Suuremmat arvot osoittavat parempaa vastusta.

SCC(Stress Corrosion Cracking): Vikamekanismi, jossa vetojännitys ja syövyttävä ympäristö yhdessä aiheuttavat halkeilua materiaaleissa, jotka muuten kestäisivät molempia erikseen.

Hapan palvelu:Ympäristöt, jotka sisältävät vetysulfidia (H2S), joka aiheuttaa vetyhaurautta ja sulfidijännityshalkeilua herkissä seoksissa. Hallinnoi NACE MR0175/ISO 15156.

UNS(Unified Numbering System): Pohjois-Amerikan standardien mukainen metallien ja metalliseosten merkintäjärjestelmä, jota ASTM International ja SAE International ylläpitävät yhdessä.

FPSO:Kelluva tuotannon varasto- ja purkuyksikkö - öljyn ja kaasun offshore-tuotantoalus, joka voi käsitellä ja varastoida tuotettuja hiilivetyjä merellä.

Verhous:Prosessi, jossa ohut kerros korroosiota{0}}kestävästä metalliseoksesta liimataan perusmetalliin (yleensä hiiliteräkseen), jotta saavutetaan sekä mekaaninen suorituskyky että korroosiosuoja pienemmillä kustannuksilla.

Austeniittiset / duplex / ferriittiset:Termit, jotka kuvaavat ruostumattoman teräksen kidemikrorakennetta. Austeniittinen (yksi-faasi, FCC) on sitkein; ferriittinen (yksi-vaihe, BCC) on magneettinen ja edullisempi; duplex yhdistää molemmat vaiheet parantaakseen lujuutta ja SCC-vastusta.