Materiał i właściwości materiałowe gorącowno walcowanych blach okrętowych

Wprowadzenie do klasyfikacji płyt statkowych walcowanych na gorąco

Płyty statkowe walcowane na gorąco to płyty stalowe konstrukcyjne przeznaczone specjalnie do budowy kadłubów statków, przegród i pokładów oraz innych konstrukcji morskich, wytwarzane zgodnie z surowymi przepisami klasifikatorów i międzynarodowymi normami . Płyty te są dostępne w szerokim zakresie wymiarów, przy czym ich grubość zwykle mieści się w przedziale od 3 mm do 300 mm, szerokość – od 600 mm do 4200 mm, a długość może sięgać nawet 18 000 mm . Najbardziej powszechnie uznawaną specyfikacją określającą płyty statkowe jest ASTM A131/A131M, obejmująca płyty stalowe konstrukcyjne, kształtowniki, pręty oraz nity przeznaczone głównie do budowy statków materiały objęte niniejszą specyfikacją są podzielone na dwie główne grupy: stali o zwykłej wytrzymałości i stali o wyższej wytrzymałości .

Kategoria stali o zwykłej wytrzymałości obejmuje gatunki A, B, D i E, które różnią się od siebie określonymi minimalnymi wartościami udarności przy próbie Charpy z karbem w kształcie litery V, mierzonymi w różnych temperaturach kategoria stali o wyższej wytrzymałości obejmuje gatunki AH, DH, EH i FH, dostępne w wielu poziomach wytrzymałości z określonymi minimalnymi granicami plastyczności wynoszącymi 46 ksi (315 MPa), 51 ksi (350 MPa) lub 57 ksi (390 MPa) ta systematyczna klasyfikacja umożliwia projektantom i inżynierom zajmującym się konstrukcją statków dobór odpowiedniego gatunku stali w oparciu o konkretne położenie elementów konstrukcyjnych, przewidywane obciążenia eksploatacyjne oraz warunki środowiskowe, w jakich statek będzie funkcjonował.

Materiały i właściwości blach okrętowych o zwykłej wytrzymałości

Płyty statkowe o zwykłej wytrzymałości — gatunki A, B, D i E — mają wspólne wymagania dotyczące właściwości mechanicznych, różnią się jednak przede wszystkim charakterystyką odporności na uderzenie. Wszystkie cztery gatunki wykazują minimalną określoną granicę plastyczności wynoszącą 34 ksi (235 MPa) oraz zakres wytrzymałości na rozciąganie od 58 do 75 ksi (400–520 MPa) gatunek A jest najbardziej podstawowym gatunkiem i nie wymaga badań udarności. Stal gatunku B, będąca powszechnie stosowaną stalą o wytrzymałości na rozciąganie, charakteryzuje się dobrą odpornością na uderzenie, silną odpornością na korozję oraz doskonałymi właściwościami obróbki i spawalności stal gatunku D podlega badaniom udarności przy temperaturze –20 °C, natomiast stal gatunku E — najwyższy gatunek stali o zwykłej wytrzymałości — podlega badaniom udarności przy temperaturze –40 °C. Dla płyt o grubości do 40 mm włącznie typowymi stanami dostawy są toczenie powietrzne i toczenie kontrolowane dla płyt o grubości przekraczającej 40 mm wymagane są procesy normalizacji lub termomechanicznej obróbki kontrolowanej (TMCP), aby zwiększyć wytrzymałość i odporność na uderzenie .

Skład chemiczny zwykłych blach statkowych o średniej wytrzymałości jest ściśle kontrolowany, aby zapewnić spójne właściwości mechaniczne i zgrzewalność. Gatunek A zawiera zazwyczaj maksymalnie 0,21 % węgla, 0,50 % krzemu oraz 0,60 % manganu, przy czym zawartość fosforu i siarki jest ograniczona do 0,035 % każdego z tych pierwiastków. Gatunki B, D i E mają podobne limity zawartości węgla i zanieczyszczeń, przy czym zawartość manganiu jest dostosowywana w celu osiągnięcia wymaganych właściwości mechanicznych. Stosunek manganu do węgla jest utrzymywany powyżej 2,5, aby zapewnić odpowiednią wytrzymałość i odporność na uderzenia. Blachy charakteryzują się doskonałą zgrzewalnością; surowe kontrolowanie składu chemicznego oraz właściwości mechanicznych gwarantuje spójną i niezawodną jakość w wymagających zastosowaniach morskich. podczas spawania zakłada się stosowanie procedury spawania odpowiedniej dla danego gatunku stali oraz przeznaczenia lub warunków eksploatacji. .

Materiały i właściwości blach statkowych o podwyższonej wytrzymałości

Wyższej wytrzymałości blachy statkowe — klasy AH, DH, EH i FH — oferują doskonałe właściwości mechaniczne do wymagających zastosowań konstrukcyjnych w budowie statków. Te klasy są dostępne w wielu poziomach wytrzymałości: 32 (minimalna wytrzymałość na rozciąganie 315 MPa), 36 (minimalna wytrzymałość na rozciąganie 355 MPa) oraz 40 (minimalna wytrzymałość na rozciąganie 390 MPa) na przykład blachy stalowe klas AH36, DH36 i EH36 mają minimalną wytrzymałość na rozciąganie wynoszącą 51 ksi (355 MPa) oraz zakres wytrzymałości na rozciąganie od 71 do 90 ksi (510–650 MPa) wyższa wytrzymałość tych klas umożliwia stosowanie cieńszych blach kadłubowych, co zmniejsza całkowitą masę statku przy jednoczesnym zachowaniu integralności konstrukcyjnej każdy poziom wytrzymałości jest dodatkowo podzielony na klasy jakości odpowiadające temperaturom próby udarności: klasa A (0°C), klasa D (-20°C), klasa E (-40°C) oraz klasa F (-60°C). Ten kompleksowy system klasyfikacji zapewnia możliwość doboru odpowiedniego gatunku stali dla każdego elementu konstrukcyjnego – od niekrytycznych przegród wewnętrznych po najbardziej obciążone zewnętrzne części kadłuba działające w środowiskach arktycznych.

Skład chemiczny blach statkowych o wyższej wytrzymałości zawiera pierwiastki mikrostopowe, które pozwalają osiągnąć poprawione właściwości mechaniczne. Gatunki te zawierają węgiel w ilości do 0,18%, mangan w zakresie od 0,90% do 1,60%, krzem w zakresie od 0,10% do 0,50%, przy czym zawartość fosforu i siarki jest ograniczona do 0,035% każda. kontrolowane dodatki niobu (0,02–0,05%), wanadu (0,05–0,10%), tytanu (do 0,02%) oraz innych pierwiastków przyczyniają się do drobnoziarnistości struktury i wzmacniania przez wydzielanie. . W przypadku zastosowań wymagających odporności na pękania warstwowe dostępna jest stal klasy Z (np. Z35) o minimalnym określonym średnim spadku powierzchni przekroju w badaniu rozciągania w kierunku grubości blachy wynoszącym 35% . Stan dostawy blach statkowych o wyższej wytrzymałości ma kluczowe znaczenie: dostawa w stanie po walcowaniu nie jest zazwyczaj dopuszczalna. Zamiast tego blachy muszą być dostarczane w stanie normalizowanym, normalizowanym po walcowaniu lub w stanie TMCP. TMCP to proces walcowania kontrolowanego z następującym przyspieszonym chłodzeniem, który powoduje powstanie drobnoziarnistej mikrostruktury o doskonałej odporności udarowej, szczególnie w niskich temperaturach. Stan obróbki cieplnej jest wyraźnie oznaczony na każdej blachy: „N” oznacza stan normalizowany, a „TMCP” – obróbkę termomechaniczną kontrolowaną. Tak surowa kontrola warunków obróbki zapewnia, że blachy statkowe o wyższej wytrzymałości charakteryzują się wymaganą kombinacją wytrzymałości, odporności udarowej i spawalności, niezbędnych do bezpiecznej i niezawodnej budowy nowoczesnych statków oraz konstrukcji morskich. .