大型不锈钢化学品船船体建造特点分析

摘 要：在分析大型不锈钢化学品船舶的布置、结构特点的基础上，讨论了38000DWT双相不锈钢化学品船的设计、工艺、生产设备、钢材选用、焊接工艺等部分特点进行重点介绍与分析，为不锈钢船舶在设计、建造以及检验等领域提供指导性的意见。

关键词：化学品船；双相不锈钢；工艺；强度；焊接

中图分类号：U674.933 文献标识码：A 文章编号：1006―7973（2016）09-0042-02

双相不锈钢材料在化学品船中的初次应用，以及大型化学品船自身分舱多、不锈钢舱的作业保护等技术特点，让船舶的设计、建造及检验过程中遇到诸多困难。本文从实际出发，以韩通赢吉在建38000DWT双相不锈钢化学品船为例，从其布置特点、结构特点角度出发，分析了该船建造工艺特点及难点，为不锈钢船舶在设计、建造以及检验等领域提供指导性的意见。

1 布置特点

该船在压载泵舱和前部空舱区域中间为货舱区域，货舱的边界为泵舱前端壁，前空舱后端壁，内壳，内底和主甲板。本船可以同时载运30种货品，采用多舱制划分。货舱区域分割成30个独立重力式液货舱；中纵隔离舱后部设置一个20m?的残油舱，每个货舱/污油水舱设有液压式潜液泵。设置扫舱系统满足IBC规则满足残余量的要求。

船货舱区域的双底双壳形成“L”型，用作压载水舱（NO1-NO6）P/S、一对洗舱水舱。双层底设置管弄，部分首尖舱用作压载水舱，尾尖舱为空仓。在机舱前部设置1对燃油储存舱，在货舱前面设置有三个燃油储存舱。所有燃油储存舱不与货舱/污油水舱相连。在尾楼甲板上设有5层甲板室含驾驶室，首部设有电驱动的可调螺距首侧推，以提高操纵性。

2 结构特点

该船结构为Ⅱ型化学品船，装载的货品对环境或安全有相当严重的危险。需要有效的防护措施来消除破损漏泄，其液货舱必须是双壳双底结构，并有整体液货围护系统。

（1）由于该船设计同时装载不同化学性质、不同比重的货品又形成了各舱的不均匀装载。因此化学品船对总纵强度、局部强度和破舱稳性的要求比一般货船更高。

（2）同时装载多种货物应满足IBC规则对相互影响的货物分隔和残余影响的要求。对分隔和货舱内部接头来说，无论是垂向还是横向，要充分考虑残余液体的洗舱，采用双底、双舷，甲板骨架设置在上甲板上，箱型垂直光面纵壁和横向槽型仓壁使舱内形成无骨架结构，既满足货舱强度的要求，又充分考虑到货物清洁洗舱的需要。

（3）船舶设计过程中都不可避免地存在部分高应力区，这些区域将在船舶营运时受到各种整体和局部的应力以及腐蚀，进而影响船舶的生命周期。对于大型不锈钢化学品船来说，其结构的安全可靠，是其运输功能实现的根本保证，而CM 节点检验则是其结构安全的重要保障手段。韩通赢吉船厂在该船的建造过程中，采用LR&CCS 批准的《船体建造监控计划》（CMP）进行CM 节点进行检验，根据CMP的节点计划总共划分9类CM节点，采用100检验线法和卡板检验法进行检验（图1）。

（4）槽形舱壁设计特点。槽型舱壁占比整个货舱不锈钢总重40%以上，所以槽型舱壁的结构设计是否合理，就显得非常重要。建造规范对槽型舱壁板厚的计算采用分列计算，而剖面模数则需要校核单个槽型剖面，这点尤为需要注意。本船吨位较大，考虑到拼板和后期加工成型采用横向槽型的优化设计，本船槽型舱壁的特点是板厚从上到下由9mm分9级板缝拼版逐步加厚到19mm。既保证了舱壁强度的要求也减轻了空船重量。

（5）中纵隔舱以及I类货舱的设计特点。本船的中纵采用隔舱设计，舱壁版用S31803双相不锈钢，加强骨材在隔舱内，隔舱净宽1050mm，舱内平台版和纵向肋板的开口尺寸600mm*800mm满足SOLAS公约关于PMA的相关检验要求。本船在Fr135-Fr.151、Fr.157-Fr.168分为NO.4&NO.6货舱，由位于第4，6货舱的4道中纵隔舱壁将4，6货舱分成8个独立液货舱，其中NO4（CP&CS），NO6（CP&CS）四个液货舱满足装载I类化学品的要求，I类舱装载的货品对环境或安全有非常严重的危险，根据IBC规则的划分要求液货舱离船底壳板的距离不得小于B/15或6m（取小值），最小值为0.76m，舷侧双壳宽度不得小于B/5或11.5m（取小值），最小值为0.76m。所以本船通过增加隔舱设计使其中NO4（CP&CS），NO6（CP&CS）四个液货舱满足装载I 类化学品的要求。

3 货舱材料的特点

化学品船运输的较多货品带有较强的腐蚀性。常见的货舱不锈钢有316L 316LN S31803等。各种不锈钢在力学性能、耐腐蚀性、可焊性和价格上都有较大的差异；本船货舱采用LR UNS S31803也就是我们通常说的2205双相不锈钢。主要有以下优点：

（1）双相不锈钢具有更好的抗腐蚀能力；

（2） 较高的屈服强度，采用双相钢可以降低空船重量节约造船成本；

（3）双相钢具有较低的膨胀系数，接近结构钢，有利于降低热应力的影响；

（4）奥氏体不锈钢焊接性能要好一些，不容易发生脆化现象。但在相互之间焊接和与结构钢之间的焊接时需要不同的焊材而2205只需要一种焊材，使用效率更好全寿命维护成本较低。

4 生产设施以及施工特点

由于不锈钢船舱制作的特殊要求，该船的生产场地分为不锈钢专用加工车间，不锈钢分段组装专用车间。

不锈钢船体制作的重要特点之一就是体现在制作过程中的操作和保护；为了避免和碳钢的接触以及碳钢粉尘对不锈钢表面的污染，现在普遍的做法是设立不锈钢专用生产车间，主要有以下几个特点：

（1）采用不锈钢专用油压机 ，杜绝与碳钢的接触，保证足够的压力。

（2）采用不锈钢专用坡口加工设备， 既要避免碳钢的接触污染又要满足高强度的加工能力。

（3）采用专用吊运设备，避免划伤不锈钢板材，保护钢材表面的钝化膜。

（4）采用专用胎架，与不锈钢接触的部位采用不锈钢或者是硬质塑料，避免不锈钢板与碳钢直接接触。

（5）施工人员在不锈钢作业时应穿鞋套，对完成作业后不锈钢表面涂石灰水保护。

5 焊接工艺特点

双相不锈钢化学品船的焊接，关键是获得与母材相当的焊接接头，因此需要采用相应的焊材和相适应的焊接技术来实现。重点在于热影响区性能变化及接头铁素体含量控制。为了抑制焊缝中铁素体的过量增加，采用奥氏体占优势的焊缝金属是双相不锈钢的焊接趋势。根据研究和试验发现，影响双相钢双相组织平衡的影响因素主要有以下几个方面：

（1）合金元素的影响。一般采取在焊接材料中提高镍或是加氮这两条途径。通常镍的含量比母材高2%～4%，双相钢焊材的镍含量就高达8%～10%之间。如果用含氮的填充材料比只提高镍的填充材料效果更好，两种元素都可以增加奥氏体相的比例并使其稳定，加氮不仅能延缓金属间相的析出，而且还可提高焊缝金属的强度和耐蚀性能。

（2）热循环的影响。双相不锈钢焊接的最大特点是焊接热循环对焊接接头内的组织有影响，无论焊缝还是热影响区都会有相变发生，这对焊接接头的性能有很大影响。一般采用多层多道焊，后续焊道对前层焊道有热处理作用，焊缝金属中的铁素体能进一步转变为奥氏体，成为以奥氏体占优势的两相组织。为保证焊缝和接头有满意的力学与耐腐蚀综合性能，焊接时必须注意热输入量和层间温度，建议使用的热输入量0.5～2.5k J/m m，最高层间温度150℃。

（3）工艺措施的影响。焊接工艺参数即焊接线能量对双相组织的平衡也起着关键的作用。由于双相不锈钢在高温下是100%的铁素体，若线能量过小，热影响区冷却速度快，奥氏体来不及析出，过量的铁素体就会在室温下过冷保持下来。若线能量过大，冷却速度太慢，尽管可以获得足够的奥氏体，但也会引起热影响区的铁素体晶粒长大以及σ相等有害金属相的析出，造成接头脆化。为了避免上述情况的发生，最佳的措施是控制热输入值和层间温度，并使用填充金属。

6 结束语

该38000DWT不锈钢化学品船是目前国内船厂建造是南通韩通赢吉首次建造，也是在这个领域我们CCS和LR共同参与检验的重要尝试，根据现有建造计划，采用半串联式的方式连续建造，工期紧张，任何一个环节的延误对整个系列船的建造和检验都会影响。因此，针对该船的特点，技术难点进行充分的研讨，有针对的制定行之有效的措施，尤为重要。

参考文献：

[1]中国船级社《材料与焊接规范》人民交通出版社

[2]中国船级社《钢制海船入级规范》人民交通出版社

[3]国际钼协会出版《双向不锈钢加工实用指南》