Płyty stalowe do budowy statków: Kompleksowa klasyfikacja, właściwości materiałowe oraz zastosowania morskie

Wprowadzenie do płyt stalowych do budowy statków

Płyty stalowe do budowy statków, zwane również płytami stalowymi morskimi, to specjalne produkty stalowe walcowane na gorąco, wytwarzane zgodnie z surowymi przepisami i specyfikacjami międzynarodowych stowarzyszeń klasyfikacyjnych przeznaczone do stosowania w konstrukcjach kadłubów statków . Te blachy są zazwyczaj wykonywane ze stali węglowej wysokiej jakości oraz ze stali niskostopowej i zaprojektowane tak, aby wytrzymać surowe warunki morskie charakteryzujące się korozją chemiczną, korozją elektrochemiczną oraz atakiem biologicznym ze strony morskich organizmów żywych i mikroorganizmów. Blachy okrętowe muszą posiadać kombinację kluczowych właściwości: odpowiednią wytrzymałość i odporność na uderzenia, dobrą wydajność w niskich temperaturach, doskonałą odporność na korozję oraz nadzwyczajną spawalność . Produkowane są w głównych hutach stalowych na całym świecie i stanowią materiały niezbędne do budowy praktycznie każdej części statku – od kadłuba i pokładu po przegrody i grzbietnicę .

Ogólna wytrzymałość i systemy klasyfikacji stali o wysokiej wytrzymałości

Stale konstrukcyjne do budowy okrętów dzielone są na dwie główne kategorie w zależności od minimalnej granicy plastyczności: stale konstrukcyjne o ogólnej wytrzymałości oraz stale konstrukcyjne o wysokiej wytrzymałości . Stale konstrukcyjne o ogólnej wytrzymałości dzielone są na cztery klasy jakości: A, B, D i E —wszystkie cztery klasy mają identyczną wytrzymałość na rozciąganie (minimum 235 N/mm²) oraz wytrzymałość na rozciąganie (400–520 N/mm²) . Różnica między klasami polega na ich odporności na uderzenie przy różnych temperaturach: klasa A nie wymaga badań udarności (badana w temperaturze pokojowej); klasa B jest badana w temperaturze 0°C; klasa D – w temperaturze −20°C; klasa E – w temperaturze −40°C . Stal konstrukcyjna wysokowytrzymałosciowa jest dodatkowo podzielona według poziomów wytrzymałości i klas jakości. Poziomy wytrzymałości oznaczone są cyframi: 32 (minimalna wytrzymałość na rozciąganie 315 N/mm²), 36 (minimalna wytrzymałość na rozciąganie 355 N/mm²) oraz 40 (minimalna wytrzymałość na rozciąganie 390 N/mm²) . Każdy poziom wytrzymałości jest dostępny w czterech klasach jakości – A, D, E i F – odpowiadających temperaturom badań udarności wynoszącym odpowiednio 0°C, −20°C, −40°C i −60°C. Typowymi wysoko wytrzymałymi klasami stali są AH32, DH32, EH32, AH36, DH36, EH36, AH40, DH40 oraz EH40 . Litery przedrostkowe wskazują poziom odporności na uderzenie: „A” dla 0 °C, „D” dla –20 °C, „E” dla –40 °C oraz „F” dla –60 °C; stopa F zapewnia najwyższą odporność na uderzenie.

Międzynarodowe normy i zatwierdzenia przez klasyfikacyjne towarzystwa nadzorujące

Płyty stalowe do budowy statków muszą być certyfikowane przez uznane międzynarodowo towarzystwa klasyfikacyjne, aby zagwarantować zgodność z rygorystycznymi standardami bezpieczeństwa i jakości. Do głównych towarzystw klasyfikacyjnych należą ABS (American Bureau of Shipping), LR (Lloyd’s Register), DNV (Det Norske Veritas), Bv (Bureau Veritas), Ccs (China Classification Society), GL(Germanischer Lloyd), NK (Nippon Kaiji Kyokai), Kr (koreański rejestr) oraz RINA (włoski rejestr statków) główne międzynarodowe normy dotyczące płyt okrętowych obejmują ASTM A131 (najbardziej powszechną amerykańską normę dla stali konstrukcyjnej stosowanej w budownictwie okrętowym), GB/T 712 (chińską normę dla stali okrętowej) oraz EN 10225 (europejską normę dla stali konstrukcyjnych stosowanych w budownictwie morskim) . ASTM A131 obejmuje gatunki: A, B, D, E, AH32, DH32, EH32, AH36, DH36, EH36, AH40, DH40 oraz EH40 . Chiński standard GB/T 712 określa gatunki o ogólnej wytrzymałości: CCSA, CCSB, CCSC i CCSD oraz gatunki wysokowytrzymałosciowe: CCS-A32 i CCS-A36 . Płyty mogą być dostarczane w różnych stanach zależnie od gatunku: po przetwarzaniu kontrolowanym (control-rolled), po normalizacji lub po termomechanicznym przetwarzaniu kontrolowanym (TMCP) .

Specyfikacje wymiarowe i zakresy grubości

Płyty stalowe do budowy statków są produkowane w szerokim zakresie wymiarów, aby spełnić różnorodne wymagania dotyczące rozmiarów jednostek pływających oraz ich konstrukcji. Typowy zakres grubości wynosi od 4 mm do 260 mm , przy szerokościach od 1200 mm do 4000 mm i długościach od 3000 mm do 18000 mm dla zastosowań specjalnych płyty mogą być produkowane o grubości do 300 mm lub nawet 450 mm. Ogólne klasy wytrzymałościowe A, B, D i E są zwykle dostępne w grubościach do 22 mm. Wysokowytrzymałosciowe klasy AH32 i AH36 są powszechnie dostarczane w różnych zakresach grubości, przy czym płyty o grubości przekraczającej 30 mm są łatwo dostępne właściwości mechaniczne płyt stosowanych w budowie statków zależą od ich grubości, a przepisy stowarzyszeń klasyfikacyjnych określają maksymalne dopuszczalne grubości dla każdej klasy. Dla grubości przekraczających 30 mm przed spawaniem wymagane jest zwykle nagrzanie do temperatury 120–150 °C .

Zastosowania w różnych typach statków oraz komponentach konstrukcyjnych

Płyty stalowe do budowy statków są podstawowymi materiałami stosowanymi przy konstrukcji praktycznie każdej części statku . Ogólne klasy wytrzymałościowe A i B są głównie stosowane w mniej krytycznych elementach konstrukcyjnych, stanowiąc około 90% całkowitej produkcji blach statkowych. Klasy te są powszechnie wykorzystywane przy budowie górzych pokładów, przegród poprzecznych, pokryw włazów oraz niekrytycznych części kadłuba. .

Klasy wysokiej wytrzymałości AH32, DH32, EH32, AH36, DH36 i EH36 są stosowane w kluczowych elementach konstrukcyjnych, takich jak kadłub, pokłady, przegrody podłużne i pokrywy włazów tankowców, statków przewożących ładunki sypkie, kontenerowców oraz statków LNG . Te blachy o wysokiej wytrzymałości charakteryzują się doskonałą spawalnością i są często stosowane przy wykonywaniu najbardziej krytycznych elementów nośnych statków na przykład stal AH36 (wytrzymałość na rozciąganie ≥355 MPa) pozwala na zastosowanie cieńszych blach kadłubowych, co redukuje masę stali o 15–20% w dużych statkach kontenerowych konkretnymi zastosowaniami są m.in. blachy przegrodowe podłużne, górne pasy blach przylegające do pokładów wytrzymałych oraz inne obszary poddawane dużym naprężeniom w sektorze morskim poza granicami terytorialnymi blachy okrętowe stosowane są w platformach do wiertnictwa naftowego w morzu , połączeniach rurociągów platformy oraz innych konstrukcjach morskich w przypadku tankowców LNG, które wymagają materiałów odpornych na temperaturę -162 °C, do zbiorników membranowych stosuje się stal niklową o zawartości 9 % niklu, podczas gdy do konstrukcji wtórnych wymagających badań udarności w temperaturze -40 °C określono stale z normy ASTM A131 blachy okrętowe są również niezbędne w statkach kontenerowych, statkach przewożących ładunki sypkie, statkach pasażerskich, promach oraz jachtach wybór odpowiednich gatunków stali zależy od położenia konstrukcyjnego, przewidywanych obciążeń oraz środowiska eksploatacyjnego statku, zapewniając bezpieczną i niezawodną pracę przez cały okres użytkowania statku.