صفحات فولادی ساخت کشتی: طبقه‌بندی جامع، خواص مواد و کاربردهای دریایی

مقدمه‌ای بر صفحه‌های فولادی برای ساخت کشتی

صفحه‌های فولادی برای ساخت کشتی که معمولاً به‌عنوان صفحه‌های فولادی دریایی شناخته می‌شوند، محصولات فولادی نورد گرم ویژه‌ای هستند که با رعایت دقیق قوانین و مشخصات ساخت ارائه‌شده توسط موسسات بین‌المللی طبقه‌بندی، برای استفاده در سازه‌های بدنه کشتی تولید می‌شوند این صفحات معمولاً از فولاد کربنی با کیفیت بالا و فولادهای کم‌آلیاژ ساخته می‌شوند و برای مقاومت در برابر محیط دریایی سخت طراحی شده‌اند که شامل خوردگی شیمیایی، خوردگی الکتروشیمیایی و حمله‌ی زیستی موجودات دریایی و میکروارگانیسم‌ها می‌شود. صفحات کشتی باید ترکیبی از ویژگی‌های حیاتی زیر را داشته باشند: استحکام و شکل‌پذیری کافی، عملکرد مناسب در دماهای پایین، مقاومت عالی در برابر خوردگی و جوش‌پذیری فوق‌العاده این صفحات توسط کارخانه‌های فولاد بزرگ سراسر جهان تولید می‌شوند و مواد اساسی برای ساخت تقریباً همه‌ی بخش‌های یک شناور — از بدنه و سطح عرشه تا دیواره‌های عرضی و کیل — محسوب می‌شوند .

سیستم‌های طبقه‌بندی استحکام عمومی و استحکام بالا

فولادهای سازه‌ای کشتی‌سازی بر اساس حداقل استحکام تسلیم آن‌ها در دو دسته اصلی تقسیم می‌شوند: فولاد سازه‌ای با استحکام عمومی و فولاد سازه‌ای با استحکام بالا فولاد سازه‌ای با استحکام عمومی به چهار درجه کیفیت تقسیم می‌شود: A، B، D و E —تمامی چهار درجه استحکام تسلیم یکسانی (حداقل ۲۳۵ نیوتن بر میلی‌متر مربع) و استحکام کششی یکسانی (۴۰۰ تا ۵۲۰ نیوتن بر میلی‌متر مربع) دارند . تفاوت بین این درجات در شکل‌پذیری ضربه‌ای آن‌ها در دماهای مختلف است: درجه A نیازی به آزمون ضربه‌ای ندارد (آزمون در دمای اتاق انجام می‌شود)؛ درجه B در دمای صفر درجه سانتی‌گراد آزمون می‌شود؛ درجه D در دمای منفی ۲۰ درجه سانتی‌گراد و درجه E در دمای منفی ۴۰ درجه سانتی‌گراد آزمون می‌شود . فولاد سازه‌ای پرمقاومت از نظر سطوح استحکام و درجات کیفیت به‌صورت بیشتری تقسیم‌بندی می‌شود. سطوح استحکام با اعداد مشخص می‌شوند: ۳۲ (حداقل استحکام تسلیم ۳۱۵ نیوتن بر میلی‌متر مربع)، ۳۶ (حداقل استحکام تسلیم ۳۵۵ نیوتن بر میلی‌متر مربع) و ۴۰ (حداقل استحکام تسلیم ۳۹۰ نیوتن بر میلی‌متر مربع) . هر سطح استحکام در چهار درجه کیفیت—A، D، E و F—در دسترس است که به‌ترتیب نشان‌دهنده دمای آزمون ضربه‌ای صفر، منفی ۲۰، منفی ۴۰ و منفی ۶۰ درجه سانتی‌گراد هستند. از رایج‌ترین درجات پرمقاومت می‌توان به موارد زیر اشاره کرد: AH32، DH32، EH32، AH36، DH36، EH36، AH40، DH40 و EH40 پیشوندهای حروف نشان‌دهنده سطح مقاومت هستند: «A» برای ۰ درجه سانتی‌گراد، «D» برای ۲۰- درجه سانتی‌گراد، «E» برای ۴۰- درجه سانتی‌گراد و «F» برای ۶۰- درجه سانتی‌گراد؛ که درجه F بالاترین مقاومت را ارائه می‌دهد.

استانداردهای بین‌المللی و تأییدیه‌های موسسات طبقه‌بندی

ورق‌های فولادی کشتی‌سازی باید توسط موسسات طبقه‌بندی بین‌المللی شناخته‌شده تأیید شوند تا از انطباق با استانداردهای دقیق ایمنی و کیفیت اطمینان حاصل شود. از جمله مهم‌ترین موسسات طبقه‌بندی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد: ABS (آمریکن بورو اف شیپینگ) LR (لویدز رجیستر) DNV (دت نورسه وریتاس) BV (برو وریتاس) CCS (سازمان طبقه‌بندی چین) GL(گرمنیشر لوید) NK (نیپون کایجی کیوکای), کی‌آر (ثبت کره‌ای)، و رینا (ثبت ایتالیایی کشتی‌ها) استانداردهای بین‌المللی اصلی حاکم بر صفحات کشتی شامل ASTM A131 (معمول‌ترین استاندارد آمریکایی برای فولاد سازه‌ای کشتی‌ها)، GB/T 712 (استاندارد چینی برای فولاد ساخت کشتی)، و EN 10225 (استاندارد اروپایی برای فولادهای سازه‌ای دریایی) . استاندارد ASTM A131 درجات A، B، D، E، AH32، DH32، EH32، AH36، DH36، EH36، AH40، DH40 و EH40 را پوشش می‌دهد . استاندارد چینی GB/T 712 درجات عمومی مقاومت CCSA، CCSB، CCSC و CCSD و همچنین درجات مقاومت بالا CCS-A32 و CCS-A36 را مشخص می‌کند . صفحات ممکن است بسته به درجه، در شرایط مختلفی از قبیل نورد کنترل‌شده، نرمالیزه یا پردازش‌شده با کنترل ترمومکانیکی (TMCP) تحویل داده شوند .

مشخصات ابعادی و محدوده‌های ضخامت

صفحات فولادی کشتی‌سازی در محدوده گسترده‌ای از ابعاد تولید می‌شوند تا نیازهای متنوع اندازه کشتی‌ها و الزامات سازه‌ای را برآورده سازند. معمولاً محدوده ضخامت از ۴ میلی‌متر تا ۲۶۰ میلی‌متر ، عرض از ۱۲۰۰ میلی‌متر تا ۴۰۰۰ میلی‌متر و طول از از ۳۰۰۰ میلی‌متر تا ۱۸۰۰۰ میلی‌متر . برای کاربردهای تخصصی، ورق‌ها را می‌توان تا ضخامت ۳۰۰ میلی‌متر یا حتی ۴۵۰ میلی‌متر تولید کرد. درجه‌های استحکام عمومی A، B، D و E معمولاً در ضخامت‌هایی تا ۲۲ میلی‌متر موجود هستند. درجه‌های استحکام بالا AH32 و AH36 معمولاً در محدوده‌های مختلف ضخامت عرضه می‌شوند و ورق‌های با ضخامت بیش از ۳۰ میلی‌متر به‌راحتی قابل تأمین هستند . خواص مکانیکی ورق‌های کشتی با ضخامت تغییر می‌کنند و قوانین مراجع طبقه‌بندی حداکثر ضخامت مجاز را برای هر درجه مشخص می‌کنند. برای ضخامت‌های بیش از ۳۰ میلی‌متر، معمولاً قبل از جوشکاری نیاز به پیش‌گرم‌کردن تا دمای ۱۲۰ تا ۱۵۰ درجه سانتی‌گراد است .

کاربردها در انواع مختلف شناورها و اجزای سازه‌ای

ورق‌های فولادی ساخت کشتی مواد اساسی هستند که در ساخت تقریباً تمام بخش‌های یک شناور استفاده می‌شوند درجه‌های کلی مقاومت A و B عمدتاً برای اجزای سازه‌ای کم‌اهمیت‌تر استفاده می‌شوند و حدود ۹۰ درصد از تولید کل صفحات کشتی را تشکیل می‌دهند. این درجات معمولاً در ساخت عرشه‌های بالایی، دیواره‌های عرضی، پوشش‌های دریچه‌ها و بخش‌های غیرحرجی بدنه به کار می‌روند. صفحات درجه D و E با مقاومت عالی‌تر در برابر شکست در دماهای پایین، برای کاربردهای پرتنش‌تری مانند پوسته خارجی بدنه، عرشه‌های مقاوم و اجزای سازه‌ای حیاتی که در محیط‌های سردتر عمل می‌کنند، مشخص شده‌اند. .

درجات مقاومت بالا AH32، DH32، EH32، AH36، DH36 و EH36 برای اجزای سازه‌ای اصلی از جمله بدنه، عرشه‌ها، دیواره‌های طولی و پوشش‌های دریچه‌ها به کار می‌روند. نافت‌کش‌ها، کشتی‌های حامل مواد شله‌ای، کانتینرها و ناقله‌های LNG این صفحات مقاومت بالا به دلیل جوش‌پذیری عالی‌شان مورد تقدیر قرار می‌گیرند و اغلب برای ساخت حیاتی‌ترین اجزای تحمل‌کننده بار در کشتی‌ها استفاده می‌شوند. برای مثال، فولاد AH36 (مقاومت تسلیم ≥۳۵۵ مگاپاسکال) امکان استفاده از صفحات کم‌ضخامت‌تر برای بدنه را فراهم می‌کند و وزن فولاد را در کشتی‌های بزرگ حامل کانتینر ۱۵ تا ۲۰ درصد کاهش می‌دهد. کاربردهای خاص این فولاد شامل صفحات دیواره‌های طولی، نوارهای بالایی متصل به عرشه‌های مقاوم و سایر مناطقی است که تحت تنش‌های شدید قرار دارند. در بخش فراساحلی، صفحات کشتی برای پلتفرم‌های حفاری نفت فراساحلی , اتصالات لوله‌های پلتفرم و سایر سازه‌های دریایی استفاده می‌شوند. برای ناقلات گاز طبیعی مایع (LNG) که مواد مقاوم در برابر دمای ۱۶۲- درجه سانتی‌گراد را می‌طلبد، از فولاد نیکل‌دار ۹ درصدی برای مخازن غشایی و از درجات ASTM A131 برای سازه‌های ثانویه که آزمون ضربه در دمای ۴۰- درجه سانتی‌گراد را نیاز دارند، استفاده می‌شود. صفحات کشتی همچنین برای کشتی‌های حامل کانتینر، کشتی‌های حمل کالاهای عمده، کشتی‌های گردشگری، فری‌ها و یاخته‌ها ضروری هستند. انتخاب درجات مناسب فولاد بستگی به محل سازه‌ای، بارهای پیش‌بینی‌شده و محیط عملیاتی کشتی دارد تا عملکرد ایمن و قابل اطمینان در طول عمر خدمات کشتی تضمین شود.