Material og materialeegenskaper for varmvalset skipsplater

Introduksjon til klassifisering av varmvalset skipsplate

Varmvalset skipsplater er strukturstålplater som spesifikt er fremstilt for bygging av skipsskrog, skott, dekk og andre marine konstruksjoner, og produseres i streng overholdelse av reglene fra klassifiseringsforeninger og internasjonale standarder disse platene er tilgjengelige i et omfattende utvalg av dimensjoner, med tykkelser som vanligvis varierer fra 3 mm til 300 mm, bredder fra 600 mm til 4200 mm og lengder opp til 18 000 mm den mest kjente spesifikasjonen for skipplater er ASTM A131/A131M, som dekker strukturstålplater, profiler, stenger og natter beregnet hovedsakelig for bruk i skipsbygging materialer under denne spesifikasjonen inndeles i to hovedgrupper: stål med vanlig styrke og stål med høyere styrke .

Kategorien for stål med vanlig styrke omfatter grader A, B, D og E, hvor hver grad skiller seg ut ved sine angitte minimale Charpy V-notch-slagtoughness-egenskaper ved ulike temperaturer kategorien for stål med høyere styrke omfatter grader AH, DH, EH og FH, som er tilgjengelige i flere styrkenivåer med angitte minimale flytegrenser på 46 ksi (315 MPa), 51 ksi (350 MPa) eller 57 ksi (390 MPa) . Denne systematiske klassifiseringen gjør det mulig for skipsdesignere og ingeniører å velge riktig stålkvalitet basert på den spesifikke strukturelle plasseringen, de forventede driftslastene og de miljøforholdene skipet vil møte.

Skipplater av vanlig styrke – egenskaper og materialer

Skipplater av vanlig styrke – kvaliteter A, B, D og E – deler felles krav til mekaniske egenskaper, men skiller seg hovedsakelig fra hverandre når det gjelder slagfasthetsegenskaper. Alle fire kvalitetene har en minimumsspesifisert flytspenning på 34 ksi (235 MPa) og et strekkfasthetsområde på 58–75 ksi (400–520 MPa) . Kvalitet A er den grunnleggende kvaliteten og krever ikke slagtest. Kvalitet B er en vanlig strekkfasthetskvalitet med god slagfasthet, god korrosjonsbestandighet samt utmerkede bearbeidings- og sveieegenskaper . Stål i kvalitetsklasse D gjennomgår slagseighetsprøving ved -20 °C, mens stål i kvalitetsklasse E – den høyeste vanlige styrkekvaliteten – testes ved -40 °C. For plater med tykkelse opp til og med 40 mm er luftavstiving og kontrollert valsing vanlige levertilstander . For plater med tykkelse over 40 mm kreves normalisering eller termomekanisk kontrollert prosessering (TMCP) for å forbedre styrke og slagseighet .

Den kjemiske sammensetningen av skipplater med vanlig styrke er strengt regulert for å sikre konsekvent mekanisk egenskaper og sveibarhet. Kvalitet A inneholder typisk maksimalt 0,21 % karbon, 0,50 % silisium og 0,60 % mangan, mens fosfor og svovel er begrenset til henholdsvis 0,035 %. Kvaliteter B, D og E har tilsvarende grenser for karbon og urenheter, mens manganinnholdet justeres for å oppnå de nødvendige mekaniske egenskapene. Forholdet mellom mangan og karbon holdes over 2,5 for å sikre tilstrekkelig styrke og tøyeighet. Platene har utmerket sveibarhet, og streng kontroll av den kjemiske sammensetningen og mekaniske egenskapene sikrer konsekvent og pålitelig kvalitet for kravfylte maritime anvendelser ved sveising antas det at en sveiprosedyre som er egnet for stålkvaliteten og den planlagte bruken eller driftsformålet vil bli brukt .

Skipplater med høyere styrke – materialer og egenskaper

Plater av høyere styrke for skip—kvaliteter AH, DH, EH og FH—har overlegne mekaniske egenskaper for krevende strukturelle anvendelser i skipsbygging. Disse kvalitetene er tilgjengelige i flere styrkenivåer: 32 (minimumsflytespenning på 315 MPa), 36 (minimumsflytespenning på 355 MPa) og 40 (minimumsflytespenning på 390 MPa) for eksempel har stålplater i kvalitetene AH36, DH36 og EH36 en minimumsflytespenning på 51 ksi (355 MPa) og et strekkfasthetsområde på 71–90 ksi (510–650 MPa) den økte styrken i disse kvalitetene gjør det mulig å bruke tynnere skrogbelag, noe som reduserer totalvekten til fartøyet uten å påvirke strukturell integritet . Hvert styrkenivå er videre delt inn i kvalitetsgrader som svarer til temperaturer for slagprøver: Klasse A (0 °C), klasse D (−20 °C), klasse E (−40 °C) og klasse F (−60 °C). Dette omfattende klassifiseringssystemet sikrer at den riktige ståltypen kan velges for hver enkelt strukturell komponent, fra ikke-kritiske indre skott til de mest belastede ytre skrogbordene som opererer i arktiske miljøer.

Den kjemiske sammensetningen av skipplater med høyere styrke inneholder mikrolegeringselementer for å oppnå forbedrede mekaniske egenskaper. Disse typene inneholder karbon opp til 0,18 %, mangan fra 0,90 % til 1,60 %, silisium fra 0,10 % til 0,50 %, mens fosfor og svovel begge er begrenset til 0,035 %. . Kontrollerte tilsetninger av niob (0,02–0,05 %), vanadium (0,05–0,10 %), titanium (opp til 0,02 %) og andre elementer bidrar til kornfinering og utfellingsharding. . For applikasjoner som krever motstand mot lagvis revning er Z-kvalitetsstål (f.eks. Z35) tilgjengelig med en minimumsspesifisert gjennomsnittlig reduksjon av tverrsnittsareal ved tverrtykketensilprøving på 35 % . Leveringsbetingelsene for skipplater med høyere styrke er kritiske: levering i rullet tilstand tillates vanligvis ikke. I stedet må platene leveres i normalisert, normalisert-rullet eller TMCP-tilstand. TMCP innebär kontrollert valsing etterfulgt av akselerert avkjøling, noe som gir en fin-kornet mikrostruktur med utmerket toughhet, spesielt ved lave temperaturer. Varmebehandlingsbetingelsen er tydelig merket på hver plate – «N» for normalisert og «TMCP» for termomekanisk kontrollert prosessert. Denne strenge kontrollen av prosesseringsbetingelsene sikrer at skipplater med høyere styrke leverer den nødvendige kombinasjonen av styrke, toughhet og svekbarehet som er avgjørende for trygg og pålitelig konstruksjon av moderne skip og offshore-strukturer .