螺旋槳是船舶動力系統的核心部件,它的作用是將船舶主機發出的功率轉變為推動船舶運動的推力。螺旋槳的制造、修理和裝配的質量將直接影響船舶航行性能和安全。
螺旋槳材料隨著造船工業、合金化技術及熔煉和鑄造技術的進步,在21世紀有了突飛猛進的發展。
100多年來,制造螺旋槳的材料經歷了木材、鑄鐵、鑄鋼、巴森青銅到鋁青銅的發展,材料的性能也經歷了從低到高的轉變。其中,鋁青銅材料因其具有高強度、高腐蝕疲勞強度、不易出現脫鋅腐蝕和應力腐蝕開裂等優點,在世界各國被廣泛應用。
近年來,隨著船舶大型化和高速化的發展,螺旋槳往往會承受過重的載荷;此外,海水污染日趨嚴重及船舶艉軸不均勻流場的加重,使得銅質螺旋槳發生嚴重的空蝕和槳葉變形。
為了使當代的船用螺旋槳具有更高的機械性能、耐海水腐蝕性能和更高的腐蝕疲勞強度,還有在全球氣候變暖、北極冰區航線開通以及各國船東竭力節省更多時間和能源消耗的背景下,不銹鋼材料逐漸登上了制造大型船用螺旋槳的舞臺。
不銹鋼螺旋槳相對于銅合金制螺旋槳具有更高的強度(見表),因此,可用減薄葉片厚度的方法來減輕旋轉阻力,提高推進效率和降低噪聲在同等設計條件下,不銹鋼螺旋槳的質量比銅合金螺旋槳輕,可以減少螺旋槳轉動慣量,防止船尾軸承磨損。
船級社規定的制造螺旋槳材料的力學性能表
不銹鋼螺旋槳還具有高腐蝕疲勞強度、抗空泡腐蝕和耐氯化物應力腐蝕的能力,其腐蝕速率通常為0.1~1.0mm/a,僅次于銅合金0.02~0.10mm/a的腐蝕速率。而雙相不銹鋼還具有優良的焊接性能,葉片可單獨澆注,焊接組合可制造超大型螺旋槳,熱裂傾向較小,不需要進行焊后熱處理,此外還可節約成本。
但不銹鋼材料熔點及澆注溫度高,造型必須采用高耐火度材料,而且需要進行熱處理來保證材料的力學性能,但在熱處理過程中螺旋槳易發生無規律的變形,增加鑄造方案制定難度;其中,馬氏體不銹鋼材料機械加工困難,主要以磨削為主,增加勞動強度,降低加工效率。而雙相不銹鋼熱處理過程在鐵素體和奧氏體的晶界處易析出有害的σ相,會導致材料韌性及耐腐蝕性能急劇下降。
目前,世界九大船級社規定,用于制造船用螺旋槳的不銹鋼材料其微觀組織主要有3種,即馬氏體、奧氏體和鐵素體-奧氏體(雙相不銹鋼)。
資料來源網絡,中興溢德不銹鋼整理。