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管勇:拓展研究视野 加强船舶腐蚀控制

2018-01-26 14:55:56
作者:刘洋
来源:《腐蚀防护之友》

翻开世界船舶发展史,中华民族有着引以为傲的辉煌篇章,从远古时期的独木舟,数百年前的郑和七次下西洋,到当代造船业的每一次探索,一步步引领并见证着船舶制造的材料变革和技术创新。

    翻开世界船舶发展史,中华民族有着引以为傲的辉煌篇章,从远古时期的独木舟,数百年前的郑和七次下西洋,到当代造船业的每一次探索,一步步引领并见证着船舶制造的材料变革和技术创新。


    船舶工业是为国防建设提供技术装备的现代综合性和军民融合战略性产业,是国家实施海洋强国和制造强国战略的重要支撑。随着我国船舶装备制造业的快速发展,船舶装备的腐蚀控制问题越来越受到人们重视,对船舶腐蚀机理、腐蚀成本、材料技术、防护措施的探索也不断深入。为了进一步科普船舶装备的腐蚀状况、加强腐蚀控制,记者特邀海军装备研究院博士后科研工作站的管勇老师做相关精彩解读。


    管勇,中国科学院金属研究所副研究员,主要从事海洋材料腐蚀与防护研究。2014年进入海军装备研究院博士后科研工作站,从事船舶材料及腐蚀防护论证研究等相关工作。

 

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    管勇 中国科学院金属研究所 副研究员


    记者:请您谈谈在军用船舶的腐蚀控制方面,国内外研究有哪些差异,该如何取长补短?


    管勇:
腐蚀控制是维系船舶装备服役安全可靠性及战斗力的重要保障,近十年来我国军用船舶的腐蚀控制逐步受到了高度重视,并在行业单位的共同努力下取得了长足进步。与世界海军强国相比,一是我国海军船舶装备正处于快速发展阶段,大部分船舶装备服役时间相对较短,而发达国家(以美、俄为例)则以维持当前舰队规模为主,许多型号已经过大修期或面临退役。二是装备研制及维护保障体制也有所区别,反映在船舶装备腐蚀控制研究领域的差距主要体现在下述三个方面。一是在战略层面,经过多年发展和经验教训积累,美国等海军强国对于船舶装备腐蚀控制重要性的认识日益深刻,已逐步意识到了装备腐蚀控制对于提升军队战斗力及控制军费的重要性,并将军用装备腐蚀控制列入国家战略,以此平衡日益激增的军费压力与维持军队战力之间的深刻矛盾。二是在管理层面,腐蚀控制系统工程及技术体系也已趋于成熟完善,全寿命周期腐蚀控制的理念得到强化和贯彻落实,将腐蚀控制引入从装备设计、建造到服役、维护的整个流程。三是在技术层面,研发并采用降低全寿命周期成本的腐蚀控制新技术,来减缓装备腐蚀,延长装备服役寿命,尽量降低腐蚀成本占维护成本的比重。总之,国外海军强国已以系统工程的思想初步建立起较为完善的船舶腐蚀控制机制及技术体系,这也是我国行业内今后的努力方向。


    我国该领域对于上述问题目前正处于探索阶段,对于船舶装备腐蚀控制的认识有待深入,诸多问题尚未全面暴露,技术措施的可靠性和长效性也有待检验。但已初步改变了此前船舶装备腐蚀控制“头疼医头,脚疼医脚”的弊端,正努力开展从顶层要求到技术细则的船舶腐蚀控制技术体系建设。与国外相比我国在船舶腐蚀控制研究领域需要改进提高的方向,个人认为主要包括下述几点:一是需加强船舶装备材料在特定服役环境下的腐蚀特性及控制对策研究,建立满足船舶设计、服役和维护需求的材料腐蚀数据库。此前国内虽然已经开展了大量相关研究工作,但往往偏重于机理,对控制对策的研究偏弱,另外材料腐蚀数据较为零散、单一,在针对性、系统性、完整性和长期性等方面与国外相比差距明显,尤其缺乏船舶装备在特定服役环境下的长期数据,难以为军方、设计所和船厂提供有力支撑。 二是需加强降低全寿命周期腐蚀成本的长效防腐防污、高效快速维护等新技术预研攻关。目前我国国内该领域技术水平仍难以满足新型船舶全寿命周期腐蚀控制需求,另外对腐蚀控制经济学方面的研究偏少。腐蚀成本是船舶装备维护成本的主要组成,并且会随装备服役年限的延长而大幅增加,如何有效降低船舶装备全寿期腐蚀控制成本,应是行业内今后应该引起重视的研究课题。三是需加强新型船舶装备材料腐蚀试验平台、评价方法及指标体系建设。随着近年来新型船舶装备的陆续服役,所应用的新材料(如超材料)也越来越多,然而某些新装备的模拟腐蚀试验平台及新材料的考核指标体系仍然缺乏,阻碍了新材料的上船应用,由此应成为国内腐蚀防护研究领域应引起关注的问题。


 
   记者:船舶腐蚀在不同海域会呈现哪些不同的特点?这方面的研究在国防建设中有怎样的意义?


    管勇:
近年来,随着我国军用船舶执行各项任务尤其是远洋任务的频次逐步增多,在航率大幅提升,船舶装备所遇到的防腐防污问题也日益凸显。另外,随着新型船舶装备的陆续服役,各系统装备越来越复杂,对材料在不同海洋环境和服役工况下的使役性能要求也越来越高。由于材料腐蚀及海生物污损的地域性和时域性差异所引起的材料失效和装备安全可靠性问题,就成为近年来的我国船舶行业的突出问题,例如铝合金、铜合金等在特定海域的异常腐蚀问题、复杂系统的耦合腐蚀问题、钛合金和复合材料等的防污问题,等等。由此应当引起国内防腐防污研究领域的高度重视,并要求我们的研究视野由此前的二维(近海、浅海)向三维(远海、深海)及四维(时间等因素)扩展。同时,研究过程中还应紧紧围绕为船舶装备设计建造及使用维护提供理论及技术支撑这一核心目标,切实解决部队、设计所及船厂关心的问题,这对于船舶材料的设计选型、装备服役安全性及部队使用信心的提升等均具有重要意义。

 

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    记者:在船舶材料技术方面,近年来国内外有哪些突破性、创新性的研究?


    管勇:
在船舶装备材料技术方面,国外海军强国围绕降低船舶全寿命周期建造、使用及维护成本,提升舰队快速反应能力这一核心目标,开展了大量研究及工程应用工作。在船体结构方面,重点开发了低成本高强易焊接钢、超高强度铝合金、激光焊夹层板等结构材料,低锰药芯焊丝、高抗弹性能电弧焊条等焊接材料,以及高线能量不预热焊接、低强匹配焊接激光/电弧复合焊、大功率搅拌摩擦焊等高效焊接工艺,这些新材料及新工艺的应用,可在提高焊接质量的同时大大缩短船舶建造、维护周期,节约大量建造及维护费用。在系统装备材料方面,重点开发了钛合金、镍基合金等的近净成形、电子束成形、闭塞冷锻、激光熔覆、3D打印等高效加工工艺,大幅提高了材料加工质量及效率,降低了加工成本。与发达国家相比,我国船舶材料领域虽然整体技术水平有待提升,但近年来行业单位通过小步快跑,在某些领域也逐渐向国际先进水平看齐,并取得了可喜成绩。


 
   记者:您认为大型船舶的腐蚀与防护方面,目前遇到的最大的瓶颈和障碍是什么?


    管勇:
近年来,我国大型船舶的建造数量逐步增多。船舶全寿命周期也有原来的20-30年提高至40年以上,维修周期也相应延长,因此对于防腐防污材料的服役寿命大幅提高,例如对于某些舱内涂层的防护寿命要求提升至10-20年,防污涂层的要求提升至8-12年。而鉴于国内当前的技术水平,单一防护措施手段很难满足大型船舶全寿命周期腐蚀控制顶层要求,因此成为制约大型船舶建造和维护的瓶颈和障碍,应当引起船舶腐蚀防护研究领域的广泛关注。


    
记者:“一带一路”、“海洋强国战略”的提出和海洋开发的不断深入,给船舶的腐蚀与防护提出了哪些新的要求,您觉得未来将朝着怎样的方向发展?


    管勇
“一带一路”和“海洋强国”战略的提出,促进了我国海洋开发的持续深入进行,对于大型化、高性能船舶装备的需求量将不断加大,由此为船舶装备行业提供了新的增长点。对于船舶腐蚀防护领域而言,除对于上述长效防腐防污等新技术的迫切需求外,一是由于材料服役环境的拓展,对材料防腐防污性能考核评价范围也相应的由我国周边扩展至世界范围内不同海洋环境。二是装备材料在高温高湿、极寒、盐度异常海区等多种严酷服役环境下的腐蚀特性及其对装备服役安全性的影响,应当成为今后我国船舶腐蚀防护领域深入思考的问题。另外,鉴于海洋材料防腐防污研究工作的复杂性和艰巨性,在一些开放性研究领域加强国际合作,对于我国该领域研究能力及效率的提升无疑会起到有益的推动作用。


   
 后记:腐蚀控制是船舶安全服役的重要保障之一。进一步开拓研究视野,积累腐蚀数据,控制腐蚀成本,挖掘先进材料,使我国的船舶工业由大到强,让我们一起为国防事业贡献力量吧!


   
 人物简介

 

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    管勇,男,中国科学院金属研究所副研究员,主要从事海洋材料腐蚀与防护研究。2014年进入海军装备研究院博士后科研工作站,从事船舶材料及腐蚀防护论证研究等相关工作。

标签: 管勇, 船舶, 腐蚀控制, 海军装备研究院, 中国科学院金属研究所

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