不銹鋼建造游艇的工藝參數
1.前言
進入21世紀，自2001年開始，我國是上不銹鋼消耗國，生產量也逐漸上升，2005年成為不銹鋼生產大國，太原鋼鐵公司是大不銹鋼生產企業，其產量超過3000000t。由于鎳價飛漲，省鎳、強度又高，耐海水腐蝕性能又好的雙相不銹鋼便得到推廣使用，在初級的、主流的和超級的三類雙相鋼中，約占使用總量80%的鋼號是2205,本文將以2005為典型鋼號，介紹建造時所需要的船體冷、熱壓力加工成型參數，焊接方法及其工藝參數的選擇。順便也回答2004年第九屆本會議上有代表提出的雙相不銹鋼使用的高溫度問題。
上用不銹鋼建造游艇中，大的一艘如圖1所示，瑪內貝拉V （MirabellaV）號游艇是上大的單桅不銹鋼游艇，它桅高91.4m艇長74.7m比大家熟知的哥德堡號（58.5m）長16.2m。圖1所示為該艇建造好后準備下水進行后的碼頭舾裝，正從不銹鋼船體車間移出。
建造不銹鋼游艇的工廠都有專用的氬弧焊車間。有的不銹鋼船體車間兼作鋁船體，例如廣州黃埔船廠、周家渡船廠：有的將氬弧焊車間至于船體車間的一跨或一端，這就需要將車間進行防塵隔斷，重新裝修，例如新船廠。
2.雙相不銹鋼的特點
以前，人們將“鉻13”和“鉻18鎳8”兩個系列的不銹鋼用于制造結構零件，前者（鐵素體的）在海水中耐腐蝕性能不好，后者（奧氏體的）屈服強度性能不夠高。于是發展了既高強又能在海水中耐腐蝕的雙相（鐵素體＋奧氏體）鋼（見圖2[6]）。
注：鎳當量QNi =Ni%+30?C%+0.5Mn%
雙相不銹鋼在海水中耐蝕性不低于18-8系列，而屈服強度為它的2倍。鐵素體-奧氏體雙相不銹鋼，其中鐵素體占50%左右（金相組織結構見圖3）。該圖給出單相的Cr13和18-8兩種鋼系的各一個金相組織圖作為對比。
雙相鋼是一個系列，有很多鋼號，每個鋼號有很多品種。在結構上應用的品種有4大類：鋼板、管件、鍛件和鑄件。
雙相不銹鋼除了強度高之外，耐點蝕、抗晶間腐蝕、尤其是在氯離子環境下耐應力腐蝕，再加上其膨脹系數與碳素鋼相似，與碳素鋼構成焊接構件時內應力小，且焊接材料在國內外均有供應，鑄件焊補也有成功的實踐經驗，所以推廣應用具備條件。
圖3單相和雙相不銹鋼軋件和鑄件金相組織結構比較圖[5][6]
雙相不銹鋼，因為它既高強又耐腐蝕，合金元素含鉻多(比Crl3)含鎳少（和18-8比），價格不會太貴（見下表）。游艇要求結構零件重量比較輕，在海水腐蝕和海洋大氣腐蝕場合的，當然可以用雙相不銹鋼，所以雙相不銹鋼應該在游艇建造中得到應用。
注：1) LR, DNV，BV, CCS分別為英、挪、法，中四國的船級社的稱號。
2）點蝕系數即：耐點腐蝕當量PRE值=Cr%+3.3Mo%+16N2%。此值越大越耐點腐蝕。
3)成本系數是以OCr18Ni9Ti作為1.0以國際一般原料價格計算的。
表1所示為新推薦資料，分別從初級的、大宗采用的和超級的三類雙相鋼中各選一種，初級 的雙相鋼點蝕系數較低。因而在海水環境不選用，四國（LR、DNV、BV、CCS）船規均認可的2205 鋼號適合于建造船體，實際上這是目前使用多的雙相不銹鋼，除上鋼5廠和太原鋼鐵公司之外，
近寶山鋼鐵總廠也宣布試制了該鋼號的鋼板，第三項為超級雙相不銹鋼的一種，抗點蝕性尤佳，成本系數（與OCr18Ni 9Ti相比）也高。表2是三種雙相鋼的成分。
在上次（2004年）會議是討論雙相鋼建造游艇和軍艦的時候。聽眾提出在艇上受熱構件和壓力容器的允許使用溫度問題，在推薦的三種鋼中，有美國的德國的壓力容器規范規定的使用溫度，這個表的制定是以實驗為依據的，現將實驗曲線集中繪在圖4中，圖中并給出了316L不銹鋼在使用溫度的屈服點以便與三類雙相不銹鋼對比，由圖中可以看出3類雙相不銹鋼的高溫使用下的屈服點均優于316L。
3.雙相不銹鋼造船體的工藝參數
3.1熱彎溫度范圍
現在,由于冷壓成型的發展,船體零件的熱彎曲成型是愈來愈少了,只有在冷加工不易達到的場合才應用熱加工,例如尾軸包板和雙曲線馬鞍形等一些局部的地方。
熱彎成型的溫度是用三種方法相輔而成地厘定的，1是用金屬學方法測得的各種相變點；2是高溫下的應力應變測定，通常作各種溫度下的拉伸試驗；3是一種專門的變形開裂實驗―楔形軋制試驗，以決定該溫度下的大變形量，即側面開裂時的壓下量。
楔形軋制實驗是將矩形截面的試樣加熱到試驗溫度下，在變高孔型軋輥內，盡快地（通常是零點幾秒）通過，軋出楔形試樣，然后測出楔形試樣側面開裂處的變形量，便得出該溫度下（“++0”應力狀態）的極限變形量。這個實驗是M.N.朱葉夫于1954年公布的,我國建成于1957年,該試驗軋機現位于洛陽船舶材料研究所。
圖4可對一個矩形試樣給以連續變壓下量的偏心軋輥用這三種手段后綜合得出的雙相不銹鋼加工溫度如下表
雙相不銹鋼熱成型性能優異，塑性較傳統304、316等不銹鋼為優，變形抗力較低，在上述范圍內加工沒有問題。若成型溫度過低，變形會積聚在較弱而且塑性較低的鐵素體，造成變形區內鐵素體開裂。若成型溫度過高，則鐵素體變得非常軟且可能發生熱撕裂，表內給出的溫度范圍內鐵素體和奧氏體都有良好的熱塑性。
3.2冷壓加工工藝參數
從實驗得知，由于常溫下強度較高，因此雙相鋼的成型抗力是304.316等鋼的1.5倍，冷壓設備相應加大，由于抗力大加工后的回彈也大，用圖5表示2mm厚的雙相鋼的回彈角度。
3.3焊接方法及其工藝參數
雙相不銹鋼的焊接與奧氏體不銹鋼的區別在于雙相不銹鋼由于有一半的鐵索體存在，因而有非常好的抗熱裂性，可以消除奧氏體不銹鋼經常遇到的熱裂，焊接雙相不銹鋼的重點是使其在“紅熱”溫度范圍內的總停留時間短。人們希望軋成的鋼板在冷卻時通過980-705oC這一區段內的時間不要大于1分鐘，以防止有害的σ相析出，焊接后冷卻的要求也是這樣。但是研 究雙相鋼的人都知道，要完全消除σ析出是困難的，因此焊后檢查，有點σ相析出也是允許的，
只要不是很嚴重，防腐蝕性能便可符合要求。
避免預熱，若是為了去濕氣，可預熱至100οC 以下。對于厚板若發現熱影響區由于急冷而形成過多的鐵素體時，可以采用預熱，這種情況較少出現。
雙相不銹鋼不應進行焊后消除應力處理，因為這是有害的，它可使雙相不銹鋼析出金屬間的σ或a’（475οC）脆性相，降低韌性和耐蝕性。
雙相不銹鋼焊后的組織會使鐵素體由原來的40～50%向25%方向變化，只要不低于25%應該允許，因為這會補償韌性，有利于使焊接接頭的韌性不致降低很多?？刹唤橐馑蔫F素體己低于母材的交貨值。
雙相不銹鋼板的對焊，可采用惰性氣體保護鎢極電弧焊(GTAW即TIG)、氣體保護熔化極電弧焊（GMAW即MIG）、手工電弧焊（SMAW）和埋弧焊(SAW) 4種方法。接頭坡口可采用V型、X型（雙V型）、U型、雙U型和無坡口5種方法。焊接方法和坡口組合可有17種情況，
每種情況的間隙d,鈍邊厚度k和坡口角度a視板厚而有不同的范圍：在具體造船時可以選用，
正確的選用坡口可以避免在上述σ相析出溫度區域的時間過長。
工藝上還有幾點注意事項：建議不要使用銅墊板，以避免銅污染敏感；在焊接區內引弧，避免急冷焊點造成局部鐵素體過高：全部采用氣體保護下定位焊，以避免定位焊處引致的開裂；焊道之間應冷到150οC以下。下面就上述4種方法提出具體工藝參數：
TIG:一般使用φ1.6，2.4和3.2 mm的焊絲；焊棒應盡可能保持或接近垂直，以使在保護氣體外吸入空氣量少；輸入熱量控制在0.5～2.5kJ/mm范圍內較好。
MIG：
填充金屬，現在我國供應焊絲和焊接材料的工廠，多數可以按照中、外各國的驗收技術條件供應，故將國際通用的牌號舉例如下表6
4。結語：用雙相不銹鋼造船體零件建造游艇和軍艦，在我國已開始使用。用于建造大型游艇，在國內尚未開始。因為這種游艇較貴，通常屬于大財團，這需待游艇發展到一定程度。但我國造船業80％是建造出口的國外訂貨，造船業中較成熟的工廠對用雙相不銹鋼造船體和游艇的其他部分的技術和工藝應該及時給予重視，增加技術儲備。
參考文獻
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作者簡介: 陳國虞 男 研究員 廣東新會人 01934年生1956年畢業于北京鋼鐵學院 壓力加工專業 從事船舶材料應用研究凡50年。
