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艦船鋁合金材料的提升,為未來中國郵輪發展提供

來源:中鋁協      發布日期: 2022年11月22日
信息摘要:目前,普遍使用的鋼制鉆桿在水平井、高腐蝕介質井、超深井等施工中經常遇到鉆桿摩擦熱裂、氫脆、應力腐蝕斷裂、鉆井速度和效率降低、大鉤負載過大等問題。
目前,普遍使用的鋼制鉆桿在水平井、高腐蝕介質井、超深井等施工中經常遇到鉆桿摩擦熱裂、氫脆、應力腐蝕斷裂、鉆井速度和效率降低、大鉤負載過大等問題。上述問題均是由合金鋼材料本身的理化特性所決定,如要從根本上提高鉆桿的性能,就必須改進鉆桿管體的原材料。
1、提高鉆深能力
  鋁合金鉆桿的密度大約是鋼質鉆桿的1/3,鋁合金鉆桿強度與質量之比是鋼質鉆桿的1.5~2.0倍,在鉆機能力一定的情況下,應用鋁合金鉆桿能夠達到鋼質鉆桿無法達到的井深。
2、耐腐蝕性好
  鋁及其合金元素化學特性比較活躍,當其與氧反應后會在表面形成穩定的氧化膜,阻止其與周圍環境進一步反應。鋁合金鉆桿在飽和CO2溶液里長期侵泡也不腐蝕。經過實際使用,鋁合金鉆桿在任何溫度下都可有效防止H2S和CO2腐蝕。
   鋁合金鉆桿分為鋼接頭和鋁合金接頭2種。雖然鋁合金鉆桿鋼接頭不具有抗H2S和CO2的能力,但鉆桿的薄弱環節在管體,接頭一般不容易發生H2S應力腐蝕斷裂。另外,鋼接頭與鋁合金管體接觸,后者對它會起到陰極保護的作用,因此,鋁合金鉆桿鋼接頭的腐蝕速率低。
新材料研發方向:
  1.高強、可焊、耐蝕、優良加工性能的海洋工程用鋁合金材料;
  2.鋁質船的焊接技術及焊接材料;
  3.高性能的犧牲陽極材料;
  4.海水淡化用鋁換熱管;
  5.OTEc熱交換器鋁合金;
  6.LNG球罐鋁合金;
鋁合金用于造船業已有近百年的歷史。隨著國內外造船業的高速發展,船舶的輕量化正日益被重視。由于鋁的密度低,強度高,耐腐蝕性強,適合海洋的惡劣使用環境。鋁的加工成本較低,因而使用鋁材制造船舶更具有經濟性。從船舶設計者的角度來看,使用鋁合金制造的船舶在同等動力條件下能有更快的速度,并且還具有更長的使用壽命。因而船舶用鋁合金在近年來技術突飛猛進,并為大量鋁材提供了廣闊的市場。
船舶用鋁合金以鋁-鎂系合金、鋁-鎂-硅系合金和鋁-鋅-鎂系合金為主,依據所用的位置,分為上層舾裝用鋁合金、船體結構用鋁合金,其中棲裝包括桅桿、舷窗、煙筒、操舵室等,船體結構包括隔壁、肋板、龍骨、船底外板以及船側等。船舶上層結構中舷窗常用的鋁合金型材為6063鋁合金,桅桿、舷梯常使用6063與6061鋁合金型材。另外,壁板使用擠壓成型的鋁-鎂合金,可防止焊接中變形的同時,確保應力分布更加合理。船體結構中鋁-鎂系合金應用率較高,其中5454、5052鋁合金是制造甲板的主要材料。
鋁及鋁合金上的氧化膜對其電極電位影響很大,4N鋁在5.3%NaCl+0.3%H2O2溶液中對甘汞電極的電位為-0.87+0.0lV,凡是對氧化膜有影響的因素都對電位有影響。因此,氧化膜對鋁及鋁合金的抗蝕性有著決定性的意義:凡是能改善氧化膜致密性、增加氧化膜厚度、提高氧化膜絕緣性能的因素都有助抗蝕性的提高。為此,在海洋環境中應用的一切鋁材都必須經過適當的表面處理。
鋁及鋁合金在海水中的抗蝕性按遞降次序排列如下:鋁-鎂合金(5xxx系)、鋁(1xxx系)、鋁-錳合金(3xxx系)、鋁-鎂-硅合金(6xxx系)、鋁-鋅-鎂合金(7xxx系)、鋁-硅合金(4xxx系)、鋁-鋅-銅-鎂合金(7xxx系)、鋁-銅-鎂合金(2xxx系)及鋁-銅合金(2xxx系)。因此,在選擇海洋結構材料時,應選5xxx系合金,同時,合金的鎂含量宜≤5%,以便有良好的成形性能。
目前,鋁合金主要應用在小型、輕量、高速船艇等船型,如穿浪雙體船、高速巡邏艇、軍輔船、公務船等?!颁X材是快速渡船、水翼艇、漁船、工作艇、高速汽車渡船等高速船舶設計者的材料?!薄叭X制快速船舶例如穿浪型雙體船、水翼艇以及多體船的速度已經達到35~50節,這大大改變了水路運輸的狀況,其航行時間和傳統的船舶相比節省了一半。為了提升船舶的續航能力和航行速度,未來都將更多采用鋁材造船?!睆沫h保方面來看,湖泊、內河等水域的船舶目前面臨因柴油泄漏導致的環保壓力逐漸增大,其船舶動力發展趨勢是電動逐漸代替柴油動力,因此湖泊、內河等水域的船舶輕量化需求將逐漸上升;在軍用艦船方面,軍用艦船使用鋁合金既可以減輕船體重量,又能達到降低重心、提高艦船航行穩定性的目的。
2019年10月18日開工的這艘大型郵輪,總噸位約13.55萬,總長323.6米,型寬37.2米,最多可容納乘客5246人,擁有客房2125間。船東為中船嘉年華郵輪有限公司,由中船芬坎蒂尼郵輪產業發展有限公司設計,入級英國勞氏船級社和中國船級社,計劃于2023年下半年交付運營。
中國船舶集團旗下外高橋造船建造的國產首制大型郵輪一個總段L4吊裝搭載,標志著全船總段制作暨搭載順利完工。L4是全船一個鋁合金總段,總段長30米,寬13.7米,高5.9米,對應郵輪艏部甲板室。
我國造船企業共接下了全球約56%的新訂單,超大型集裝箱船等訂單已排到了2023年的6個月之后,足可見需求量之大。同時隨著人民生活水平的提升以及人均可支配收入的逐年增長,尤其是中產階級的崛起帶來的消費需求增長,提升了郵輪、游艇產業的發展,對焊接材料的需求與要求也不斷攀升。
       以上就是常熟國強和茂管材有限公司為你總結的艦船鋁合金材料的提升,為未來中國郵輪發展提供,如果還有什么相關知識不明白的,可以咨詢我們,本文轉載于“中鋁協”。
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