不锈钢建造游艇的工艺参数
1.前言
进入21世纪，自2001年开始，我国是上不锈钢消耗国，生产量也逐渐上升，2005年成为不锈钢生产大国，太原钢铁公司是大不锈钢生产企业，其产量超过3000000t。由于镍价飞涨，省镍、强度又高，耐海水腐蚀性能又好的双相不锈钢便得到推广使用，在初级的、主流的和超级的三类双相钢中，约占使用总量80%的钢号是2205,本文将以2005为典型钢号，介绍建造时所需要的船体冷、热压力加工成型参数，焊接方法及其工艺参数的选择。顺便也回答2004年第九届本会议上有代表提出的双相不锈钢使用的高温度问题。
上用不锈钢建造游艇中，大的一艘如图1所示，玛内贝拉V （MirabellaV）号游艇是上大的单桅不锈钢游艇，它桅高91.4m艇长74.7m比大家熟知的哥德堡号（58.5m）长16.2m。图1所示为该艇建造好后准备下水进行后的码头舾装，正从不锈钢船体车间移出。
建造不锈钢游艇的工厂都有专用的氩弧焊车间。有的不锈钢船体车间兼作铝船体，例如广州黄埔船厂、周家渡船厂：有的将氩弧焊车间至于船体车间的一跨或一端，这就需要将车间进行防尘隔断，重新装修，例如新船厂。
2.双相不锈钢的特点
以前，人们将“铬13”和“铬18镍8”两个系列的不锈钢用于制造结构零件，前者（铁素体的）在海水中耐腐蚀性能不好，后者（奥氏体的）屈服强度性能不够高。于是发展了既高强又能在海水中耐腐蚀的双相（铁素体＋奥氏体）钢（见图2[6]）。
注：镍当量QNi =Ni%+30・C%+0.5Mn%
双相不锈钢在海水中耐蚀性不低于18-8系列，而屈服强度为它的2倍。铁素体-奥氏体双相不锈钢，其中铁素体占50%左右（金相组织结构见图3）。该图给出单相的Cr13和18-8两种钢系的各一个金相组织图作为对比。
双相钢是一个系列，有很多钢号，每个钢号有很多品种。在结构上应用的品种有4大类：钢板、管件、锻件和铸件。
双相不锈钢除了强度高之外，耐点蚀、抗晶间腐蚀、尤其是在氯离子环境下耐应力腐蚀，再加上其膨胀系数与碳素钢相似，与碳素钢构成焊接构件时内应力小，且焊接材料在国内外均有供应，铸件焊补也有成功的实践经验，所以推广应用具备条件。
图3单相和双相不锈钢轧件和铸件金相组织结构比较图[5][6]
双相不锈钢，因为它既高强又耐腐蚀，合金元素含铬多(比Crl3)含镍少（和18-8比），价格不会太贵（见下表）。游艇要求结构零件重量比较轻，在海水腐蚀和海洋大气腐蚀场合的，当然可以用双相不锈钢，所以双相不锈钢应该在游艇建造中得到应用。
注：1) LR, DNV，BV, CCS分别为英、挪、法，中四国的船级社的称号。
2）点蚀系数即：耐点腐蚀当量PRE值=Cr%+3.3Mo%+16N2%。此值越大越耐点腐蚀。
3)成本系数是以OCr18Ni9Ti作为1.0以国际一般原料价格计算的。
表1所示为新推荐资料，分别从初级的、大宗采用的和超级的三类双相钢中各选一种，初级 的双相钢点蚀系数较低。因而在海水环境不选用，四国（LR、DNV、BV、CCS）船规均认可的2205 钢号适合于建造船体，实际上这是目前使用多的双相不锈钢，除上钢5厂和太原钢铁公司之外，
近宝山钢铁总厂也宣布试制了该钢号的钢板，第三项为超级双相不锈钢的一种，抗点蚀性尤佳，成本系数（与OCr18Ni 9Ti相比）也高。表2是三种双相钢的成分。
在上次（2004年）会议是讨论双相钢建造游艇和军舰的时候。听众提出在艇上受热构件和压力容器的允许使用温度问题，在推荐的三种钢中，有美国的德国的压力容器规范规定的使用温度，这个表的制定是以实验为依据的，现将实验曲线集中绘在图4中，图中并给出了316L不锈钢在使用温度的屈服点以便与三类双相不锈钢对比，由图中可以看出3类双相不锈钢的高温使用下的屈服点均优于316L。
3.双相不锈钢造船体的工艺参数
3.1热弯温度范围
现在,由于冷压成型的发展,船体零件的热弯曲成型是愈来愈少了,只有在冷加工不易达到的场合才应用热加工,例如尾轴包板和双曲线马鞍形等一些局部的地方。
热弯成型的温度是用三种方法相辅而成地厘定的，1是用金属学方法测得的各种相变点；2是高温下的应力应变测定，通常作各种温度下的拉伸试验；3是一种专门的变形开裂实验―楔形轧制试验，以决定该温度下的大变形量，即侧面开裂时的压下量。
楔形轧制实验是将矩形截面的试样加热到试验温度下，在变高孔型轧辊内，尽快地（通常是零点几秒）通过，轧出楔形试样，然后测出楔形试样侧面开裂处的变形量，便得出该温度下（“++0”应力状态）的极限变形量。这个实验是M.N.朱叶夫于1954年公布的,我国建成于1957年,该试验轧机现位于洛阳船舶材料研究所。
图4可对一个矩形试样给以连续变压下量的偏心轧辊用这三种手段后综合得出的双相不锈钢加工温度如下表
双相不锈钢热成型性能优异，塑性较传统304、316等不锈钢为优，变形抗力较低，在上述范围内加工没有问题。若成型温度过低，变形会积聚在较弱而且塑性较低的铁素体，造成变形区内铁素体开裂。若成型温度过高，则铁素体变得非常软且可能发生热撕裂，表内给出的温度范围内铁素体和奥氏体都有良好的热塑性。
3.2冷压加工工艺参数
从实验得知，由于常温下强度较高，因此双相钢的成型抗力是304.316等钢的1.5倍，冷压设备相应加大，由于抗力大加工后的回弹也大，用图5表示2mm厚的双相钢的回弹角度。
3.3焊接方法及其工艺参数
双相不锈钢的焊接与奥氏体不锈钢的区别在于双相不锈钢由于有一半的铁索体存在，因而有非常好的抗热裂性，可以消除奥氏体不锈钢经常遇到的热裂，焊接双相不锈钢的重点是使其在“红热”温度范围内的总停留时间短。人们希望轧成的钢板在冷却时通过980-705oC这一区段内的时间不要大于1分钟，以防止有害的σ相析出，焊接后冷却的要求也是这样。但是研 究双相钢的人都知道，要完全消除σ析出是困难的，因此焊后检查，有点σ相析出也是允许的，
只要不是很严重，防腐蚀性能便可符合要求。
避免预热，若是为了去湿气，可预热至100οC 以下。对于厚板若发现热影响区由于急冷而形成过多的铁素体时，可以采用预热，这种情况较少出现。
双相不锈钢不应进行焊后消除应力处理，因为这是有害的，它可使双相不锈钢析出金属间的σ或a’（475οC）脆性相，降低韧性和耐蚀性。
双相不锈钢焊后的组织会使铁素体由原来的40～50%向25%方向变化，只要不低于25%应该允许，因为这会补偿韧性，有利于使焊接接头的韧性不致降低很多。可不介意它的铁素体己低于母材的交货值。
双相不锈钢板的对焊，可采用惰性气体保护钨极电弧焊(GTAW即TIG)、气体保护熔化极电弧焊（GMAW即MIG）、手工电弧焊（SMAW）和埋弧焊(SAW) 4种方法。接头坡口可采用V型、X型（双V型）、U型、双U型和无坡口5种方法。焊接方法和坡口组合可有17种情况，
每种情况的间隙d,钝边厚度k和坡口角度a视板厚而有不同的范围：在具体造船时可以选用，
正确的选用坡口可以避免在上述σ相析出温度区域的时间过长。
工艺上还有几点注意事项：建议不要使用铜垫板，以避免铜污染敏感；在焊接区内引弧，避免急冷焊点造成局部铁素体过高：全部采用气体保护下定位焊，以避免定位焊处引致的开裂；焊道之间应冷到150οC以下。下面就上述4种方法提出具体工艺参数：
TIG:一般使用φ1.6，2.4和3.2 mm的焊丝；焊棒应尽可能保持或接近垂直，以使在保护气体外吸入空气量少；输入热量控制在0.5～2.5kJ/mm范围内较好。
MIG：
填充金属，现在我国供应焊丝和焊接材料的工厂，多数可以按照中、外各国的验收技术条件供应，故将国际通用的牌号举例如下表6
4。结语：用双相不锈钢造船体零件建造游艇和军舰，在我国已开始使用。用于建造大型游艇，在国内尚未开始。因为这种游艇较贵，通常属于大财团，这需待游艇发展到一定程度。但我国造船业80％是建造出口的国外订货，造船业中较成熟的工厂对用双相不锈钢造船体和游艇的其他部分的技术和工艺应该及时给予重视，增加技术储备。
参考文献
1. 特殊钢协会不锈钢分会: 大的单桅不锈钢游艇 不锈2005(002)总27
2. 陈国虞、周金鸿：高速船用高强度双相不锈钢 热处理2006（21）4上12～16
3. G.Gedge: 结构用双相不锈钢2006年第二届北京国际双相不锈钢大会论文集
4. M.Benson、孙长庆：双相不锈钢―经久耐用、低维修成本的理想的钢结构材料2006年第二届北京国际双相不锈钢大会论文集
5. 上海交通大学: 船用材料金属图谱 国防工业出版社1986
6. 周金鸿: 双相不锈钢铸造海水蝶阀 不锈2003(4)
7. M.N朱叶夫等: 钢在高温下的塑性 中译1956重工业出版社 北京
8. B.荷尔蒙别格:现代双相不锈钢的焊接及使用经验2006年第二届北京国际双相不锈钢大会论文集
9. 法国船级社 NR216 DNC RO1 E 船舶和近海装置入级规范 材料分册1992
10. 挪威船级社 船舶入级规范 第二章 第二节 1996-01
11. 劳氏船级社 船舶入级规范 第2分册 材料的制造、试验和认证 1998-01
12. 船级社 材料与焊接规范2006版 交通出版社2006
作者简介: 陈国虞 男 研究员 广东新会人 01934年生1956年毕业于北京钢铁学院 压力加工专业 从事船舶材料应用研究凡50年。
