Materiál a materiálové vlastnosti lodných plechov za tepla valcovaných

Úvod do klasifikácie lodných plechov za tepla valcovaných

Lodné plechy za tepla valcované sú štrukturálne oceľové plechy špeciálne vyrábané na stavbu lodných trupov, priečnych predelov, palúb a iných námorných konštrukcií v prísnom súlade s pravidlami klasifikačných spoločností a medzinárodnými štandardmi . Tieto plechy sú dostupné v komplexnom rozsahu rozmerov, pričom hrúbka sa zvyčajne pohybuje od 3 mm do 300 mm, šírka od 600 mm do 4200 mm a dĺžka až do 18 000 mm . Najviac uznávanou špecifikáciou, ktorá upravuje lodné plechy, je ASTM A131/A131M, ktorá sa vzťahuje na štrukturálne oceľové plechy, profily, tyče a klinové spojky určené predovšetkým na použitie pri stavbe lodí materiály podľa tejto špecifikácie sú rozdelené do dvoch hlavných skupín: oceľové materiály bežnej pevnosti a oceľové materiály vyššej pevnosti .

Kategória oceľových materiálov bežnej pevnosti zahŕňa triedy A, B, D a E, ktoré sa navzájom líšia svojimi špecifikovanými minimálnymi hodnotami húževnatosti pri nárazovej skúške pomocou V-brúseného zárezu (Charpy) pri rôznych teplotách kategória oceľových materiálov vyššej pevnosti zahŕňa triedy AH, DH, EH a FH, ktoré sú dostupné v niekoľkých úrovniach pevnosti so špecifikovanými minimálnymi hodnotami meze klzu 46 ksi (315 MPa), 51 ksi (350 MPa) alebo 57 ksi (390 MPa) toto systematické klasifikovanie umožňuje konštruktérom lodí a inžinierom vybrať vhodnú triedu ocele na základe konkrétneho umiestnenia v konštrukcii, predpokladaných prevádzkových zaťažení a environmentálnych podmienok, ktorým bude plavidlo vystavené.

Materiály a vlastnosti lode z ocele bežnej pevnosti

Pláty lodí bežnej pevnosti – triedy A, B, D a E – majú spoločné požiadavky na mechanické vlastnosti, pričom sa líšia predovšetkým charakteristikami odolnosti voči nárazu. Všetky štyri triedy vykazujú minimálnu špecifikovanú meznú pevnosť v ťahu 34 ksi (235 MPa) a rozsah pevnosti v ťahu 58–75 ksi (400–520 MPa) trieda A je najzákladnejšou triedou a nepotrebuje skúšku odolnosti voči nárazu. Oceľ triedy B, ktorá je bežnou oceľou s vysokou pevnosťou v ťahu, má dobré vlastnosti húževnatosti, vynikajúcu odolnosť voči korózii a vynikajúce spracovateľné a zváracie vlastnosti oceľ triedy D sa podrobuje skúške odolnosti voči nárazu pri teplote –20 °C, zatiaľ čo oceľ triedy E – najvyššia trieda bežnej pevnosti – sa skúša pri teplote –40 °C. Pre pláty s hrúbkou do 40 mm vrátane je bežným stavom dodania vzduchové valcovanie a riadené valcovanie pre pláty s hrúbkou nad 40 mm je vyžadované normalizovanie alebo termomechanicky riadené spracovanie (TMCP), aby sa zvýšila pevnosť a húževnatosť .

Chemické zloženie lodných plátov bežnej pevnosti je prísne kontrolované, aby sa zabezpečili konštantné mechanické vlastnosti a zvárateľnosť. Trieda A obsahuje zvyčajne maximálne 0,21 % uhlíka, 0,50 % kremíka a 0,60 % mangánu, pričom obsah fosforu a síry je obmedzený na 0,035 % každého prvku. Triedy B, D a E majú podobné limity uhlíka a nečistôt, pričom obsah mangánu sa upravuje tak, aby sa dosiahli požadované mechanické vlastnosti. Pomer mangán-uhlík sa udržiava nad hodnotou 2,5, aby sa zabezpečila dostatočná pevnosť a húževnatosť. Platne vykazujú vynikajúcu zvárateľnosť, pričom prísna kontrola chemického zloženia a mechanických vlastností zaručuje konštantnú a spoľahlivú kvalitu pre náročné námorné aplikácie pri zváraní sa predpokladá použitie zváracieho postupu vhodného pre danú triedu ocele a určené použitie alebo prevádzku .

Materiály a vlastnosti lodných plátov vyššej pevnosti

Pláty lodí vyššej pevnosti – triedy AH, DH, EH a FH – ponúkajú vynikajúce mechanické vlastnosti pre náročné štrukturálne aplikácie pri stavbe lodí. Tieto triedy sú dostupné v niekoľkých úrovniach pevnosti: 32 (minimálna medza klzu 315 MPa), 36 (minimálna medza klzu 355 MPa) a 40 (minimálna medza klzu 390 MPa) napríklad oceľové pláty triedy AH36, DH36 a EH36 majú minimálnu medzu klzu 51 ksi (355 MPa) a rozsah pevnosti v ťahu 71–90 ksi (510–650 MPa) vyššia pevnosť týchto tried umožňuje použitie tenších plátov trupu, čím sa zníži celková hmotnosť lode pri zachovaní štrukturálnej integrity každá úroveň pevnosti je ďalej rozdelená podľa kvalitatívnych tried zodpovedajúcich teplotám nárazových skúšok: trieda A (0 °C), trieda D (−20 °C), trieda E (−40 °C) a trieda F (−60 °C). Tento komplexný systém klasifikácie zabezpečuje, že pre každú konštrukčnú súčiastku – od nekritických vnútorných priečok po najviac namáhané vonkajšie časti trupu prevádzkované v arktickom prostredí – možno vybrať vhodnú oceľovú triedu.

Chemické zloženie lodných plátov vyššej pevnosti obsahuje mikrolegujúce prvky, ktoré umožňujú dosiahnuť zvýšené mechanické vlastnosti. Tieto triedy obsahujú uhlík až 0,18 %, mangán v rozmedzí od 0,90 % do 1,60 %, kremík v rozmedzí od 0,10 % do 0,50 %, pričom obsah fosforu a síry je obmedzený na 0,035 % každý. ovládané pridané množstvá nióbia (0,02–0,05 %), vanádu (0,05–0,10 %), titánu (až 0,02 %) a iných prvkov prispievajú k jemneniu zrna a zosilneniu vylúčením. . Pre aplikácie vyžadujúce odolnosť voči vrstvovému trhaniu je k dispozícii oceľ Z-kvality (napr. Z35) s minimálnou špecifikovanou priemernou redukciou plochy pri ťahovej skúške v priereze 35 % . Dodávacia podmienka pre lode pláty vyššej pevnosti je kritická: dodávka v stave po valcovaní sa zvyčajne nepovoľuje. Namiesto toho musia byť platy dodávané v normalizovanom, normalizovane valcovanom alebo TMCP stave. TMCP zahŕňa riadené valcovanie nasledované zrýchleným chladením, čo vytvára jemnozrnnú mikroštruktúru s vynikajúcou húževnatosťou, najmä pri nízkych teplotách. Stav tepelnej úpravy je jasne označený na každej plate – „N“ pre normalizovaný stav a „TMCP“ pre termomechanicky riadený proces. Táto prísna kontrola podmienok spracovania zabezpečuje, že lode pláty vyššej pevnosti poskytujú požadovanú kombináciu pevnosti, húževnatosti a zvárateľnosti, ktorá je nevyhnutná pre bezpečnú a spoľahlivú výstavbu moderných lodí a námorných konštrukcií .