مواد و خواص مواد صفحات کشتی‌سازی نورد گرم

معرفی طبقه‌بندی صفحه‌های فولادی نورد گرم کشتی

صفحه‌های فولادی نورد گرم کشتی، صفحه‌های فولادی سازه‌ای هستند که به‌طور خاص برای ساخت بدنه کشتی‌ها، دیواره‌های عرضی، سطوح عرشه و سایر سازه‌های دریایی تولید می‌شوند و دقیقاً مطابق قوانین مراکز طبقه‌بندی و استانداردهای بین‌المللی ساخته می‌شوند. این صفحه‌ها در محدوده گسترده‌ای از ابعاد موجود هستند؛ ضخامت معمولاً از ۳ میلی‌متر تا ۳۰۰ میلی‌متر، عرض از ۶۰۰ میلی‌متر تا ۴۲۰۰ میلی‌متر و طول تا ۱۸۰۰۰ میلی‌متر است. معمول‌ترین مشخصه‌ی استاندارد حاکم بر صفحه‌های کشتی، ASTM A131/A131M است که شامل صفحه‌های فولادی سازه‌ای، شکل‌های فولادی، میله‌ها و پرته‌ها می‌شود که عمدتاً برای استفاده در ساخت کشتی‌ها تعریف شده‌اند. مواد مورد این مشخصات در دو گروه اصلی طبقه‌بندی می‌شوند: فولادهای با مقاومت معمولی و فولادهای با مقاومت بالاتر .

دسته‌بندی مقاومت معمولی شامل درجه‌های A، B، D و E است که هر یک با خواص حداقل تعیین‌شده‌ی شکل‌پذیری ضربه‌ای چارپی V-notch در دماهای مختلف از یکدیگر متمایز می‌شوند دسته‌بندی مقاومت بالاتر شامل درجه‌های AH، DH، EH و FH است که در سطوح مقاومت مختلفی موجود بوده و دارای نقطه تسلیم حداقل مشخص‌شده به ترتیب برابر با ۴۶ ksi (۳۱۵ MPa)، ۵۱ ksi (۳۵۰ MPa) یا ۵۷ ksi (۳۹۰ MPa) هستند این طبقه‌بندی سیستماتیک به طراحان و مهندسان کشتی امکان می‌دهد تا درجه فولاد مناسب را بر اساس محل ساختاری خاص، بارهای عملیاتی پیش‌بینی‌شده و شرایط محیطی که کشتی با آن مواجه خواهد شد، انتخاب نمایند.

مواد و خواص صفحات فولادی کشتی با مقاومت معمولی

صفحات فولادی کشتی‌ها با استحکام معمولی — درجه‌های A، B، D و E — دارای مشخصات مشترکی از نظر خواص مکانیکی هستند، اما عمدتاً از نظر ویژگی‌های مقاومت ضربه‌ای با یکدیگر تفاوت دارند. تمام این چهار درجه دارای حداقل استحکام تسلیم مشخص‌شده‌ای برابر با ۳۴ کسی (معادل ۲۳۵ مگاپاسکال) و محدوده استحکام کششی بین ۵۸ تا ۷۵ کسی (معادل ۴۰۰ تا ۵۲۰ مگاپاسکال) هستند. فولاد درجه A ساده‌ترین درجه است و نیازی به آزمون ضربه‌ای ندارد. فولاد درجه B که یک فولاد رایج با استحکام کششی است، دارای خواص مقاومت ضربه‌ای مناسب، مقاومت عالی در برابر خوردگی و قابلیت‌های عالی در پردازش و جوشکاری می‌باشد. فولاد درجه D در دمای ۲۰- درجه سانتی‌گراد تحت آزمون ضربه‌ای قرار می‌گیرد، در حالی که فولاد درجه E — بالاترین درجه فولادی با استحکام معمولی — در دمای ۴۰- درجه سانتی‌گراد آزمون می‌شود. برای صفحاتی با ضخامت کمتر یا مساوی ۴۰ میلی‌متر، حالت‌های رایج تحویل، نورد هوایی و نورد کنترل‌شده هستند. برای صفحاتی با ضخامت بیش از ۴۰ میلی‌متر، عملیات نرمالیزه‌کردن یا پردازش کنترل‌شده ترمو-مکانیکی (TMCP) برای افزایش استحکام و مقاومت ضربه‌ای الزامی است. .

ترکیب شیمیایی صفحات کشتی‌سازی با استحکام معمولی به‌دقت کنترل می‌شود تا خواص مکانیکی یکنواخت و قابلیت جوش‌پذیری تضمین گردد. درجه A معمولاً حداکثر شامل ۲۱/۰ درصد کربن، ۵۰/۰ درصد سیلیسیوم و ۶۰/۰ درصد منگنز بوده و فسفر و گوگرد هر کدام حداکثر تا ۰۳۵/۰ درصد محدود شده‌اند. درجات B، D و E نیز محدودیت‌های مشابهی در محتوای کربن و ناخالصی‌ها دارند، در حالی که محتوای منگنز برای دستیابی به خواص مکانیکی مورد نیاز تنظیم می‌شود. نسبت منگنز به کربن بالاتر از ۲٫۵ نگه داشته می‌شود تا استحکام و شکل‌پذیری لازم تأمین گردد. این صفحات قابلیت جوش‌پذیری عالی‌ای از خود نشان می‌دهند؛ کنترل دقیق ترکیب شیمیایی و خواص مکانیکی، کیفیتی یکنواخت و قابل اعتماد را برای کاربردهای دریایی پیچیده تضمین می‌کند. در هنگام جوش‌کاری، پیش‌فرض این است که از روش جوش‌کاری مناسب برای درجه فولاد و کاربرد یا سرویس مورد نظر استفاده می‌شود. .

مواد صفحات کشتی‌سازی با استحکام بالاتر و خواص آن‌ها

صفحات فولادی کشتی با استحکام بالا—درجه‌های AH، DH، EH و FH—ویژگی‌های مکانیکی برتری را برای کاربردهای سازه‌ای پرتنش در ساخت کشتی ارائه می‌دهند. این درجات در سطوح مختلف استحکام در دسترس هستند: ۳۲ (حداقل تسلیم ۳۱۵ مگاپاسکال)، ۳۶ (حداقل تسلیم ۳۵۵ مگاپاسکال) و ۴۰ (حداقل تسلیم ۳۹۰ مگاپاسکال) به‌عنوان مثال، صفحات فولادی AH36، DH36 و EH36 دارای حداقل مقاومت تسلیم ۵۱ کسی (معادل ۳۵۵ مگاپاسکال) و محدوده مقاومت کششی ۷۱ تا ۹۰ کسی (معادل ۵۱۰ تا ۶۵۰ مگاپاسکال) هستند استحکام بالاتر این درجات امکان استفاده از صفحات بدنه با ضخامت کمتر را فراهم می‌کند و در نتیجه وزن کلی شناور کاهش می‌یابد، در حالی که استحکام سازه‌ای آن حفظ می‌شود . هر سطح استحکام به‌طور بیشتری بر اساس درجه‌های کیفیت متناظر با دمای آزمون ضربه تقسیم‌بندی می‌شود: درجه A (صفر درجه سانتی‌گراد)، درجه D (منفی بیست درجه سانتی‌گراد)، درجه E (منفی چهل درجه سانتی‌گراد) و درجه F (منفی شصت درجه سانتی‌گراد). این سیستم طبقه‌بندی جامع اطمینان حاصل می‌کند که درجه فولاد مناسب برای هر مؤلفه سازه‌ای — از دیواره‌های داخلی غیرحرجی تا بخش‌های پوسته خارجی که بیشترین تنش را تحمل می‌کنند و در محیط‌های قطبی شمال کار می‌کنند — انتخاب شود.

ترکیب شیمیایی صفحات فولادی کشتی با استحکام بالاتر، عناصر ریزآلیاژی را برای دستیابی به خواص مکانیکی بهبودیافته شامل می‌شود. این درجات حداکثر ۰٫۱۸ درصد کربن، منگنز در محدوده ۰٫۹۰ تا ۱٫۶۰ درصد، سیلیسیم در محدوده ۰٫۱۰ تا ۰٫۵۰ درصد و فسفر و گوگرد هر کدام حداکثر تا ۰٫۰۳۵ درصد دارند. . افزودن کنترل‌شده نیوبیوم (۰٫۰۲ تا ۰٫۰۵ درصد)، وانادیوم (۰٫۰۵ تا ۰٫۱۰ درصد)، تیتانیوم (تا ۰٫۰۲ درصد) و سایر عناصر به ریزدانه‌سازی و تقویت رسوبی کمک می‌کند. . برای کاربردهایی که نیازمند مقاومت در برابر پارگی لاملا‌ری هستند، فولاد با کیفیت Z (مانند Z35) در دسترس است که حداقل میانگین مشخص‌شده کاهش سطح مقطع در آزمون کششی در جهت ضخامت ۳۵٪ است. . شرایط تحویل صفحات کشتی‌سازی با استحکام بالا از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است: تحویل در حالت نوردشده معمولاً مجاز نیست. بلکه این صفحات باید در حالت نرمالایزه، نوردشده-نرمالایزه یا TMCP تأمین شوند. فرآیند TMCP شامل نورد کنترل‌شده و سپس خنک‌سازی تسریع‌شده است که سبب ایجاد ریزساختار دانه‌ریز و دارای استحکام ضربه‌ای عالی، به‌ویژه در دمای پایین، می‌شود. شرایط عملیات حرارتی به‌وضوح روی هر صفحه مشخص می‌شود— «N» برای نرمالایزه و «TMCP» برای پردازش ترمو-مکانیکی کنترل‌شده. این کنترل دقیق بر شرایط فرآوری، اطمینان حاصل می‌کند که صفحات کشتی‌سازی با استحکام بالا، ترکیب مطلوبی از استحکام، استحکام ضربه‌ای و جوش‌پذیری را برای ساخت ایمن و قابل‌اطمینان کشتی‌ها و سازه‌های دریایی فراهم کنند. .