Einführung in die Klassifizierung von warmgewalzten Schiffsplatten
Warmgewalzte Schiffsplatten sind Baustahlplatten, die speziell für den Bau von Schiffsrümpfen, Schotten, Decks und anderen maritimen Konstruktionen hergestellt werden und streng nach den Vorschriften der Klassifikationsgesellschaften sowie internationalen Normen gefertigt werden . Diese Platten sind in einer umfassenden Palette an Abmessungen erhältlich, wobei die Dicke typischerweise zwischen 3 mm und 300 mm, die Breite zwischen 600 mm und 4200 mm und die Länge bis zu 18.000 mm beträgt . Die am weitesten verbreitete Spezifikation für Schiffsplatten ist ASTM A131/A131M, die Baustahlplatten, Profile, Stäbe und Nieten für den primären Einsatz im Schiffbau abdeckt . Werkstoffe gemäß dieser Spezifikation sind in zwei Hauptgruppen unterteilt: Stähle mit normaler Festigkeit und Stähle mit höherer Festigkeit .
Die Gruppe mit normaler Festigkeit umfasst die Güteklassen A, B, D und E, die sich jeweils durch ihre vorgeschriebene Mindest-Charpy-V-Festigkeit bei unterschiedlichen Temperaturen unterscheiden . Die Gruppe mit höherer Festigkeit umfasst die Güteklassen AH, DH, EH und FH, die in mehreren Festigkeitsstufen erhältlich sind, mit vorgeschriebenen Mindeststreckgrenzen von 46 ksi (315 MPa), 51 ksi (350 MPa) oder 57 ksi (390 MPa) . Diese systematische Einteilung ermöglicht es Schiffskonstrukteuren und Ingenieuren, die geeignete Stahlgüte entsprechend der jeweiligen strukturellen Lage, den erwarteten Betriebslasten und den Umgebungsbedingungen auszuwählen, denen das Schiff ausgesetzt sein wird.
Schiffsbau-Plattenstähle mit normaler Festigkeit – Werkstoffe und Eigenschaften
Schiffsbau-Stahlplatten mit normaler Festigkeit – Sorten A, B, D und E – weisen gemeinsame Anforderungen an die mechanischen Eigenschaften auf, unterscheiden sich jedoch hauptsächlich durch ihre Kerbschlagzähigkeit. Alle vier Sorten weisen eine minimale spezifizierte Streckgrenze von 34 ksi (235 MPa) und eine Zugfestigkeit im Bereich von 58–75 ksi (400–520 MPa) auf . Sorte A ist die grundlegendste Sorte und erfordert keine Kerbschlagbiegeprüfung. Sorte B ist eine gängige Stahlsorte mit hoher Zugfestigkeit und zeichnet sich durch gute Zähigkeitseigenschaften, hohe Korrosionsbeständigkeit sowie ausgezeichnete Umform- und Schweißeigenschaften aus . Sorte D wird bei −20 °C auf Kerbschlagzähigkeit geprüft, während Sorte E – die höchste Sorte mit normaler Festigkeit – bei −40 °C geprüft wird. Für Platten mit einer Dicke bis einschließlich 40 mm sind Luftabkühlung und kontrolliertes Walzen übliche Lieferzustände . Für Platten mit einer Dicke über 40 mm ist eine Normalglühbehandlung oder eine thermomechanisch gesteuerte Verarbeitung (TMCP) erforderlich, um Festigkeit und Zähigkeit zu verbessern .
Die chemische Zusammensetzung von Schiffplatten mit normaler Festigkeit wird streng kontrolliert, um konsistente mechanische Eigenschaften und Schweißbarkeit sicherzustellen. Die Güteklasse A enthält typischerweise maximal 0,21 % Kohlenstoff, 0,50 % Silizium und 0,60 % Mangan; Phosphor und Schwefel sind jeweils auf 0,035 % begrenzt. Die Güteklassen B, D und E weisen ähnliche Grenzwerte für Kohlenstoff und Verunreinigungen auf, wobei der Mangangehalt angepasst wird, um die erforderlichen mechanischen Eigenschaften zu erreichen. Das Verhältnis von Mangan zu Kohlenstoff wird oberhalb von 2,5 gehalten, um ausreichende Festigkeit und Zähigkeit sicherzustellen. Die Platten zeichnen sich durch hervorragende Schweißbarkeit aus; eine strenge Kontrolle der chemischen Zusammensetzung und der mechanischen Eigenschaften gewährleistet eine konsistente und zuverlässige Qualität für anspruchsvolle maritime Anwendungen. beim Schweißen wird vorausgesetzt, dass ein für die Stahlgüte und die vorgesehene Verwendung oder Einsatzart geeignetes Schweißverfahren angewendet wird. .
Hochfeste Schiffplatten – Materialien und Eigenschaften
Hochfeste Schiffplatten – Sorten AH, DH, EH und FH – bieten überlegene mechanische Eigenschaften für anspruchsvolle Konstruktionsanwendungen im Schiffbau. Diese Sorten sind in mehreren Festigkeitsklassen erhältlich: 32 (Mindeststreckgrenze 315 MPa), 36 (Mindeststreckgrenze 355 MPa) und 40 (Mindeststreckgrenze 390 MPa) beispielsweise weisen Stahlplatten der Sorten AH36, DH36 und EH36 eine Mindeststreckgrenze von 51 ksi (355 MPa) und eine Zugfestigkeit von 71–90 ksi (510–650 MPa) auf die höhere Festigkeit dieser Sorten ermöglicht dünnere Außenhüllenplatten, wodurch das Gesamtgewicht des Schiffes reduziert wird, ohne die strukturelle Integrität zu beeinträchtigen jede Festigkeitsstufe ist zudem nach Qualitätsklassen unterteilt, die sich an den Prüftemperaturen für den Kerbschlagversuch orientieren: Klasse A (0 °C), Klasse D (−20 °C), Klasse E (−40 °C) und Klasse F (−60 °C). Dieses umfassende Klassifizierungssystem gewährleistet, dass für jedes strukturelle Bauteil – von nichttragenden Innenschotten bis hin zu den am stärksten beanspruchten Außenhüllenabschnitten in arktischen Umgebungen – der geeignete Stahlwerkstoff ausgewählt werden kann.
Die chemische Zusammensetzung hochfester Schiffsbbleche enthält mikrolegierende Elemente, um die verbesserten mechanischen Eigenschaften zu erreichen. Diese Güteklassen enthalten Kohlenstoff bis zu 0,18 %, Mangan von 0,90 % bis 1,60 %, Silizium von 0,10 % bis 0,50 %; Phosphor und Schwefel sind jeweils auf 0,035 % begrenzt. gezielte Zusätze von Niob (0,02–0,05 %), Vanadium (0,05–0,10 %), Titan (bis zu 0,02 %) sowie weiterer Elemente tragen zur Kornfeinung und zur Ausscheidungshärtung bei. für Anwendungen, bei denen eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen lamellare Rissbildung erforderlich ist, steht Z-Qualitätsstahl (z. B. Z35) zur Verfügung, dessen spezifizierte Mindestmittelwertschwindung bei der Zugprüfung in Durchdicke-Richtung 35 % beträgt. der Lieferzustand für hochfeste Schiffplatten ist entscheidend: Die Lieferung im warmgewalzten Zustand ist im Allgemeinen nicht zulässig. Stattdessen müssen die Platten im normalgeglühten, normalgeglüht-gewalzten oder TMCP-Zustand geliefert werden. TMCP umfasst ein kontrolliertes Walzen gefolgt von einer beschleunigten Kühlung und erzeugt eine feinkörnige Gefügestruktur mit ausgezeichneter Zähigkeit, insbesondere bei niedrigen Temperaturen. Der Wärmebehandlungszustand ist deutlich auf jeder Platte gekennzeichnet – „N“ für normalgeglüht und „TMCP“ für thermo-mechanisch kontrolliert verarbeitet. Diese strenge Kontrolle der Verarbeitungsbedingungen stellt sicher, dass hochfeste Schiffplatten die erforderliche Kombination aus Festigkeit, Zähigkeit und Schweißbarkeit liefern, die für den sicheren und zuverlässigen Bau moderner Schiffe und Offshore-Anlagen unerlässlich ist. .
