Materiale og materialeegenskaber for varmvalset skibsplade

Introduktion til klassificering af varmvalset skibsplade

Varmvalsete skibsplader er konstruktionsstålplader, der specifikt fremstilles til bygning af skibsrumpen, skodder, dæk og andre maritime konstruktioner, og de fremstilles i streng overensstemmelse med reglerne fra klassifikationsorganisationer og internationale standarder . Disse plader er tilgængelige i et omfattende udvalg af dimensioner, typisk med tykkelser fra 3 mm til 300 mm, bredder fra 600 mm til 4200 mm og længder op til 18.000 mm . Den mest anerkendte specifikation, der regulerer skibsplader, er ASTM A131/A131M, som dækker konstruktionsstålplader, profiler, stænger og bølger primært beregnet til brug i skibsbyggeri materialer i henhold til denne specifikation er inddelt i to hovedgrupper: stål med almindelig styrke og stål med højere styrke .

Kategorien med almindelig styrke omfatter kvaliteterne A, B, D og E, hvor hver kvalitet adskilles ved deres specificerede mindste Charpy V-notch-impaktstyrkeegenskaber ved forskellige temperaturer kategorien med højere styrke omfatter kvaliteterne AH, DH, EH og FH, som forekommer i flere styrkeniveauer med specificerede mindste flydegrænser på 46 ksi (315 MPa), 51 ksi (350 MPa) eller 57 ksi (390 MPa) denne systematiske klassificering gør det muligt for skibsdesignere og ingeniører at vælge den passende stålkvalitet ud fra den specifikke konstruktionsplacering, de forventede driftsbelastninger og de miljømæssige forhold, som skibet vil blive udsat for.

Skibsplade af almindelig styrke – materialer og egenskaber

Almindelige stærke skibsplader – kvaliteterne A, B, D og E – deler fælles krav til mekaniske egenskaber, men adskiller sig primært ved deres slagstyrkeegenskaber. Alle fire kvaliteter har en minimumsspecificeret flydegrænse på 34 ksi (235 MPa) og et trækstyrkeområde på 58-75 ksi (400-520 MPa) . Kvalitet A er den mest grundlæggende kvalitet og kræver ikke slagstyrketests. Kvalitet B er en almindelig trækstyrkekvalitet med god slagstyrke, god korrosionsbestandighed samt fremragende bearbejdelses- og svejsegenskaber . Kvalitet D udsættes for slagstyrketests ved -20 °C, mens kvalitet E – den højeste almindelige styrkekvalitet – testes ved -40 °C. For plader med en tykkelse på op til og inklusive 40 mm er luftafkøling og kontrolleret valning almindelige leveringstilstande . For plader med en tykkelse over 40 mm kræves normalisering eller termomekanisk kontrolleret proces (TMCP) for at forbedre styrke og slagstyrke .

Den kemiske sammensætning af almindelige skibsplader med normal styrke er strengt kontrolleret for at sikre konstante mekaniske egenskaber og svejseegenskaber. Klasse A indeholder typisk maksimalt 0,21 % kulstof, 0,50 % silicium og 0,60 % mangan, mens fosfor og svovl er begrænset til hver 0,035 %. Klasserne B, D og E har lignende grænser for kulstof og urenheder, mens manganindholdet justeres for at opnå de krævede mekaniske egenskaber. Forholdet mellem mangan og kulstof opretholdes over 2,5 for at sikre tilstrækkelig styrke og slagfasthed. Pladerne udviser fremragende svejseegenskaber, og den strenge kontrol af kemisk sammensætning og mekaniske egenskaber sikrer konstant og pålidelig kvalitet til krævende maritime anvendelser ved svejsning forudsættes det, at der anvendes en svejseprocedure, der er egnet til ståltypen og den tilsigtede anvendelse eller brugsformål .

Skibspladematerialer og -egenskaber med højere styrke

Plader af højstyrke til skibskonstruktion – kvaliteterne AH, DH, EH og FH – har fremragende mekaniske egenskaber til krævende konstruktionsanvendelser i skibsbygning. Disse kvaliteter er tilgængelige i flere styrkeniveauer: 32 (minimums flydegrænse på 315 MPa), 36 (minimums flydegrænse på 355 MPa) og 40 (minimums flydegrænse på 390 MPa) for eksempel har stålpladerne AH36, DH36 og EH36 en minimums flydegrænse på 51 ksi (355 MPa) og et trækstyrkeområde på 71–90 ksi (510–650 MPa) den højere styrke i disse kvaliteter gør det muligt at anvende tyndere skrogsplader, hvilket reducerer det samlede skibsvægt uden at kompromittere den strukturelle integritet hver styrkeklasse er yderligere inddelt efter kvalitetsgrader, der svarer til slagprøvetemperaturer: Klasse A (0 °C), Klasse D (-20 °C), Klasse E (-40 °C) og Klasse F (-60 °C). Dette omfattende klassificeringssystem sikrer, at den passende stålkvalitet kan vælges til hver enkelt konstruktionskomponent – fra ikke-kritiske indre skodder til de mest påvirkede ydre skrogssektioner, der opererer i arktiske miljøer.

Den kemiske sammensætning af højstyrke skibsplader indeholder mikrolegeringselementer for at opnå forbedrede mekaniske egenskaber. Disse kvaliteter indeholder kulstof op til 0,18 %, mangan fra 0,90 % til 1,60 %, silicium fra 0,10 % til 0,50 %, mens fosfor og svovl er begrænset til hver 0,035 % kontrollerede tilsætninger af niobium (0,02–0,05 %), vanadium (0,05–0,10 %), titan (op til 0,02 %) og andre elementer bidrager til kornfinforening og udfældningshærdning . Til anvendelser, der kræver modstand mod lagvis revning, er Z-kvalitetsstål (f.eks. Z35) tilgængeligt med en minimumsspecificeret gennemsnitlig reduktion af tværsnitsareal på 35 % ved trækprøvning i tykkelsen . Leveringsbetingelsen for skibsplader med højere styrke er afgørende: levering i rullet tilstand er generelt ikke tilladt. I stedet skal pladerne leveres i normaliseret, normaliseret rullet eller TMCP-tilstand. TMCP omfatter kontrolleret valseri efterfulgt af accelereret afkøling, hvilket frembringer en fin-kornet mikrostruktur med fremragende slagsejhed, især ved lave temperaturer. Varmebehandlingsbetingelsen angives tydeligt på hver plade – "N" for normaliseret og "TMCP" for termomekanisk kontrolleret proces. Den strenge kontrol med forarbejdningsbetingelserne sikrer, at skibsplader med højere styrke leverer den krævede kombination af styrke, slagsejhed og svejbarehed, som er afgørende for sikker og pålidelig konstruktion af moderne skibe og offshorekonstruktioner .