Material och materialens egenskaper hos varmvalsade skeppsplåtar

Introduktion till klassificering av varmvalsad skeppsplåt

Varmvalsade skeppsplåtar är konstruktionsstålplåtar som specifikt tillverkas för byggnation av fartygsskrov, tvärskepp, däck och andra marina konstruktioner, och tillverkas i strikt enlighet med reglerna från klassificeringsorganisationer och internationella standarder . Dessa plåtar finns i ett omfattande utbud av dimensioner, med tjocklekar som vanligtvis ligger mellan 3 mm och 300 mm, bredder mellan 600 mm och 4200 mm samt längder upp till 18 000 mm . Den mest erkända specifikationen för skeppsplåtar är ASTM A131/A131M, som omfattar konstruktionsstålplåtar, profiler, stänger och nitar avsedda främst för användning vid skeppsbyggnad materialen enligt denna specifikation är indelade i två huvudgrupper: stål med normal hållfasthet och stål med högre hållfasthet .

Kategorin med normal hållfasthet omfattar grader A, B, D och E, var och en karakteriserad av sina specificerade minimivärden för Charpy V-groovslagseghet vid olika temperaturer kategorin med högre hållfasthet omfattar grader AH, DH, EH och FH, tillgängliga i flera hållfasthetsnivåer med specificerade minimivärden för flytgräns på 46 ksi (315 MPa), 51 ksi (350 MPa) eller 57 ksi (390 MPa) denna systematiska klassificering gör det möjligt för skepskonstruktörer och ingenjörer att välja rätt stålgård baserat på den specifika strukturella platsen, de förväntade driftlasterna och de miljöförhållanden som fartyget kommer att utsättas för.

Plåtmaterial för skepp med normal hållfasthet samt egenskaper

Plåtar för sjöfart med normal hållfasthet – grader A, B, D och E – har gemensamma krav på mekaniska egenskaper men skiljer sig åt främst vad gäller slagtoughness. Alla fyra grader har en minimispecifierad sträckgräns på 34 ksi (235 MPa) och ett draghållfasthetsintervall på 58–75 ksi (400–520 MPa) . Stålgrad A är den enklaste graden och kräver inte slagprovning. Stålgrad B, en vanlig stålgrad med hög draghållfasthet, har god toughnessegenskaper, stark korrosionsbeständighet samt utmärkta bearbetnings- och svegenskaper . Stålgrad D genomgår slagprovning vid -20 °C, medan stålgrad E – den högsta graden av vanlig hållfasthet – provas vid -40 °C. För plåtar med en tjocklek upp till och inklusive 40 mm är luftkylning och kontrollerad valsning vanliga leveransformer . För plåtar med en tjocklek som överstiger 40 mm krävs normalisering eller termomekaniskt kontrollerad bearbetning (TMCP) för att förbättra hållfasthet och toughnes .

Den kemiska sammansättningen av vanliga sjöfartsplåt med normal hållfasthet kontrolleras strikt för att säkerställa konsekventa mekaniska egenskaper och svetsbarhet. Kvalitet A innehåller typiskt högst 0,21 % kol, 0,50 % kisel och 0,60 % mangan, medan fosfor och svavel begränsas till 0,035 % vardera. Kvaliteterna B, D och E har liknande gränser för kol och föroreningar, medan manganhalten justeras för att uppnå de krävda mekaniska egenskaperna. Förhållandet mellan mangan och kol hålls över 2,5 för att säkerställa tillräcklig hållfasthet och slagseghet. Plåtarna uppvisar utmärkt svetsbarhet, där strikt kontroll av kemisk sammansättning och mekaniska egenskaper garanterar konsekvent och pålitlig kvalitet för krävande marina applikationer vid svetsning förutsätts det att en svetsmetod som är lämplig för ståltypen och den avsedda användningen eller driftmiljön används .

Sjöfartsplåt med högre hållfasthet – material och egenskaper

Plåtar av högre hållfasthet för fartyg – klasser AH, DH, EH och FH – erbjuder överlägsna mekaniska egenskaper för krävande konstruktionsapplikationer inom fartygsbyggnad. Dessa klasser finns i flera hållfasthetsnivåer: 32 (minst 315 MPa sträckgräns), 36 (minst 355 MPa sträckgräns) och 40 (minst 390 MPa sträckgräns) till exempel har stålplåtar av klasserna AH36, DH36 och EH36 en minsta sträckgräns på 51 ksi (355 MPa) och ett draghållfasthetsintervall på 71–90 ksi (510–650 MPa) den högre hållfastheten hos dessa klasser möjliggör tunnare skrovplåtning, vilket minskar det totala fartygets vikt utan att påverka strukturell integritet . Varje hållfasthetsnivå är ytterligare indelad efter kvalitetsgrader som motsvarar slagprovstemperaturer: Grad A (0 °C), Grad D (−20 °C), Grad E (−40 °C) och Grad F (−60 °C). Detta omfattande klassificeringssystem säkerställer att lämplig stålgård kan väljas för varje konstruktionskomponent, från icke-kritiska inre skottväggar till de mest belastade yttre skrovsdelarna i arktiska miljöer.

Den kemiska sammansättningen av höghållfasta skeppsplåtar innehåller mikrolegeringselement för att uppnå förbättrade mekaniska egenskaper. Dessa grader innehåller kol upp till 0,18 %, mangan från 0,90 % till 1,60 %, kisel från 0,10 % till 0,50 %, medan fosfor och svavel begränsas till 0,035 % vardera. . Kontrollerade tillsatser av niobium (0,02–0,05 %), vanadin (0,05–0,10 %), titan (upp till 0,02 %) och andra element bidrar till kornförfining och utfällningshärdning . För applikationer som kräver motstånd mot lagerformad sprickbildning (lamellar tearing) finns Z-kvalitetsstål (t.ex. Z35) tillgängligt med en specificerad minimigenomsnittlig reduktion av tvärsnittsarean vid dragprovning i genomtjocklek på 35 % . Leveransvillkoret för höghållfasta skeppsplåtar är avgörande: leverans i rullat tillfälle är i allmänhet inte tillåten. Istället måste plåtarna levereras i normaliserat, normaliserat rullat eller TMCP-tillfälle. TMCP innebär kontrollerad valsning följt av accelererad kylning, vilket ger en finförda mikrostruktur med utmärkt slagseghet, särskilt vid låga temperaturer. Värmebehandlingsvillkoret anges tydligt på varje plåt – "N" för normaliserat och "TMCP" för termomekaniskt kontrollerad bearbetning. Denna strikta kontroll av bearbetningsvillkoren säkerställer att höghållfasta skeppsplåtar uppfyller den krävda kombinationen av hållfasthet, slagseghet och svetsbarhet som är nödvändig för säker och pålitlig konstruktion av moderna fartyg och offshorekonstruktioner .