Εισαγωγή στην ταξινόμηση της επίπεδης λαμαρίνας πλοίου με θερμή κύλιση
Η επίπεδη λαμαρίνα πλοίου με θερμή κύλιση είναι δομική λαμαρίνα χάλυβα που κατασκευάζεται ειδικά για την κατασκευή του καρίνα, των διαχωριστικών τοίχων, των καταστρωμάτων και άλλων θαλάσσιων δομών, σύμφωνα αυστηρά με τους κανονισμούς των ταξινομητικών εταιρειών και τα διεθνή πρότυπα . Αυτές οι λαμαρίνες διατίθενται σε εκτενή γκάμα διαστάσεων, με πάχος που κυμαίνεται συνήθως από 3 mm έως 300 mm, πλάτος από 600 mm έως 4200 mm και μήκος μέχρι 18.000 mm . Το πιο ευρέως αναγνωρισμένο πρότυπο που διέπει τις λαμαρίνες πλοίου είναι το ASTM A131/A131M, το οποίο καλύπτει δομικές λαμαρίνες χάλυβα, προφίλ, ράβδους και καρφιά που προορίζονται κυρίως για χρήση στην κατασκευή πλοίων . Τα υλικά που καλύπτονται από την παρούσα προδιαγραφή κατηγοριοποιούνται σε δύο κύριες ομάδες: χάλυβες κανονικής αντοχής και χάλυβες υψηλότερης αντοχής .
Η κατηγορία χαλύβων κανονικής αντοχής περιλαμβάνει τους βαθμούς A, B, D και E, ο καθένας εκ των οποίων διακρίνεται από τις καθορισμένες ελάχιστες ιδιότητες αντοχής σε κρούση με εντομέα Charpy V σε διαφορετικές θερμοκρασίες . Η κατηγορία χαλύβων υψηλότερης αντοχής περιλαμβάνει τους βαθμούς AH, DH, EH και FH, οι οποίοι διατίθενται σε πολλαπλά επίπεδα αντοχής με καθορισμένα ελάχιστα όρια υπολειμματικής τάσης 46 ksi (315 MPa), 51 ksi (350 MPa) ή 57 ksi (390 MPa) . Αυτή η συστηματική κατηγοριοποίηση επιτρέπει στους σχεδιαστές και τους μηχανικούς να επιλέγουν τον κατάλληλο βαθμό χάλυβα με βάση τη συγκεκριμένη δομική τοποθεσία, τα προβλεπόμενα φορτία λειτουργίας και τις περιβαλλοντικές συνθήκες που θα αντιμετωπίσει το πλοίο.
Υλικά και ιδιότητες πλακών πλοίων κανονικής αντοχής
Οι πλάκες πλοίων κανονικής αντοχής—βαθμοί Α, Β, Δ και Ε—έχουν κοινές απαιτήσεις μηχανικών ιδιοτήτων, ενώ διαφέρουν κυρίως ως προς τα χαρακτηριστικά της αντοχής τους σε κρούση. Όλοι οι τέσσερις βαθμοί παρουσιάζουν ελάχιστη καθορισμένη όριο διαρροής 34 ksi (235 MPa) και εύρος αντοχής σε εφελκυσμό 58–75 ksi (400–520 MPa) . Ο χάλυβας βαθμού Α είναι ο πιο βασικός βαθμός και δεν απαιτεί δοκιμή κρούσης. Ο χάλυβας βαθμού Β, ένας συνηθισμένος χάλυβας αντοχής σε εφελκυσμό, διαθέτει καλές ιδιότητες ταυτόχρονης αντοχής, ισχυρή αντίσταση στη διάβρωση και εξαιρετικές ιδιότητες επεξεργασίας και συγκόλλησης . Ο χάλυβας βαθμού Δ υπόκειται σε δοκιμή κρούσης στους -20°C, ενώ ο χάλυβας βαθμού Ε—ο υψηλότερος βαθμός κανονικής αντοχής—υπόκειται σε δοκιμή κρούσης στους -40°C. Για πλάκες με πάχος έως και 40 mm, η κατασκευή με αέρα και η ελεγχόμενη κύλινδρωση είναι συνηθισμένες καταστάσεις παράδοσης . Για πλάκες με πάχος μεγαλύτερο των 40 mm, απαιτείται εξυπνοποίηση ή θερμομηχανική ελεγχόμενη επεξεργασία (TMCP) για τη βελτίωση της αντοχής και της ταυτόχρονης αντοχής .
Η χημική σύνθεση των πλακών πλοίου κανονικής αντοχής ελέγχεται αυστηρά για να διασφαλιστεί η σταθερότητα των μηχανικών ιδιοτήτων και η ευκολία συγκόλλησης. Η κατηγορία Α περιέχει συνήθως μέγιστο 0,21% άνθρακα, 0,50% πυριτίου και 0,60% μαγγανίου, ενώ η φωσφορική και θειώδης περιεκτικότητα περιορίζεται σε 0,035% εκάστη. Οι κατηγορίες Β, Δ και Ε έχουν παρόμοια όρια άνθρακα και ακαθαρσιών, με την περιεκτικότητα σε μαγγάνιο να προσαρμόζεται ώστε να επιτευχθούν οι απαιτούμενες μηχανικές ιδιότητες. Ο λόγος μαγγανίου προς άνθρακα διατηρείται πάνω από 2,5 για να εξασφαλιστεί επαρκής αντοχή και ταχύτητα. Οι πλάκες παρουσιάζουν εξαιρετική ευκολία συγκόλλησης, ενώ ο αυστηρός έλεγχος της χημικής σύνθεσης και των μηχανικών ιδιοτήτων διασφαλίζει σταθερή και αξιόπιστη ποιότητα για απαιτητικές ναυτιλιακές εφαρμογές κατά τη συγκόλληση, υποτίθεται ότι θα χρησιμοποιηθεί μια διαδικασία συγκόλλησης κατάλληλη για την κατηγορία του χάλυβα και για την προτεινόμενη χρήση ή λειτουργία .
Υλικά και ιδιότητες πλακών πλοίου υψηλής αντοχής
Πλάκες υψηλής αντοχής για κατασκευή πλοίων—Βαθμοί AH, DH, EH και FH—προσφέρουν ανώτερες μηχανικές ιδιότητες για απαιτητικές δομικές εφαρμογές στην κατασκευή πλοίων. Αυτοί οι βαθμοί διατίθενται σε πολλαπλά επίπεδα αντοχής: 32 (ελάχιστη όριο υποστολής 315 MPa), 36 (ελάχιστη όριο υποστολής 355 MPa) και 40 (ελάχιστη όριο υποστολής 390 MPa) για παράδειγμα, οι πλάκες χάλυβα AH36, DH36 και EH36 έχουν ελάχιστη τιμή ορίου υποστολής 51 ksi (355 MPa) και εύρος τάσης θραύσης 71–90 ksi (510–650 MPa) η υψηλότερη αντοχή αυτών των βαθμών επιτρέπει τη χρήση λεπτότερων πλακών για το κύτος, μειώνοντας το συνολικό βάρος του πλοίου ενώ διατηρείται η δομική ακεραιότητα . Κάθε επίπεδο αντοχής διαιρείται περαιτέρω σε βαθμίδες ποιότητας, που αντιστοιχούν σε θερμοκρασίες δοκιμής κρούσης: Βαθμίδα Α (0°C), Βαθμίδα D (-20°C), Βαθμίδα Ε (-40°C) και Βαθμίδα F (-60°C). Αυτό το εκτενές σύστημα ταξινόμησης διασφαλίζει ότι η κατάλληλη βαθμίδα χάλυβα μπορεί να επιλεγεί για κάθε δομικό στοιχείο, από μη κρίσιμες εσωτερικές διαχωριστικές πλάκες μέχρι τις πιο φορτωμένες εξωτερικές τομείς του καρίνα που λειτουργούν σε αρκτικά περιβάλλοντα.
Η χημική σύνθεση των πλακών πλοίου υψηλότερης αντοχής περιλαμβάνει μικροκράματα για την επίτευξη βελτιωμένων μηχανικών ιδιοτήτων. Αυτές οι βαθμίδες περιέχουν άνθρακα έως 0,18 %, μαγγάνιο από 0,90 % έως 1,60 %, πυρίτιο από 0,10 % έως 0,50 %, ενώ η φωσφόρος και θείο περιορίζονται σε 0,035 % το καθένα. . Ελεγχόμενες προσθήκες νιοβίου (0,02–0,05 %), βαναδίου (0,05–0,10 %), τιτανίου (έως 0,02 %) και άλλων στοιχείων συμβάλλουν στην λεπτύνση του κόκκου και στην ενίσχυση μέσω καθίζησης. . Για εφαρμογές που απαιτούν αντίσταση σε στρωματώδη ρήξη, διατίθεται χάλυβας ποιότητας Z (π.χ. Z35) με ελάχιστη καθορισμένη μέση μείωση της διατομής σε εφελκυστικές δοκιμές διαμέσου του πάχους 35% . Η κατάσταση παράδοσης για πλάκες πλοίων υψηλότερης αντοχής είναι κρίσιμη: η παράδοση σε κατάσταση όπως εκυλίνθηκαν δεν επιτρέπεται γενικά. Αντ’ αυτού, οι πλάκες πρέπει να παρέχονται σε κατάσταση εξυπνημένης θερμικής κατεργασίας (normalized), εξυπνημένης εκύλινσης (normalized rolled) ή TMCP. Η διαδικασία TMCP περιλαμβάνει ελεγχόμενη εκύλινση ακολουθούμενη από επιταχυνόμενη ψύξη, παράγοντας μικροκρυσταλλική δομή με εξαιρετική τανυστότητα, ιδιαίτερα σε χαμηλές θερμοκρασίες. Η κατάσταση θερμικής κατεργασίας αναγράφεται σαφώς σε κάθε πλάκα: «N» για εξυπνημένη (normalized) και «TMCP» για θερμομηχανικά ελεγχόμενη κατεργασία (thermo-mechanical controlled processed). Αυτός ο αυστηρός έλεγχος των συνθηκών κατεργασίας διασφαλίζει ότι οι πλάκες πλοίων υψηλότερης αντοχής παρέχουν τον απαιτούμενο συνδυασμό αντοχής, τανυστότητας και συγκολλησιμότητας, ο οποίος είναι απαραίτητος για την ασφαλή και αξιόπιστη κατασκευή σύγχρονων πλοίων και θαλάσσιων υποδομών .
