แผ่นเหล็กสำหรับการต่อเรือ: การจัดหมวดหมู่อย่างครอบคลุม คุณสมบัติของวัสดุ และการใช้งานในอุตสาหกรรมเดินเรือ

บทนำเกี่ยวกับแผ่นเหล็กสำหรับการต่อเรือ

แผ่นเหล็กสำหรับการต่อเรือ ซึ่งมักเรียกกันว่าแผ่นเหล็กสำหรับงานทางทะเล เป็นผลิตภัณฑ์เหล็กกล้ารีดร้อนพิเศษที่ผลิตขึ้นตามกฎและข้อกำหนดในการก่อสร้างของสมาคมจัดจำแนกประเภทเรือระดับนานาชาติอย่างเคร่งครัด เพื่อนำไปใช้ในโครงสร้างตัวเรือ แผ่นเหล่านี้มักผลิตจากเหล็กกล้าคาร์บอนคุณภาพสูงและเหล็กกล้าโลหะผสมต่ำ ซึ่งออกแบบมาเพื่อทนต่อสภาพแวดล้อมทางทะเลที่รุนแรง ซึ่งมีลักษณะเฉพาะคือการกัดกร่อนด้วยสารเคมี การกัดกร่อนแบบไฟฟ้าเคมี และการโจมตีจากสิ่งมีชีวิตในทะเลและจุลินทรีย์ ผลิตโดยโรงหลอมเหล็กชั้นนำทั่วโลก และเป็นวัสดุสำคัญสำหรับการสร้างส่วนต่าง ๆ ของเรือเกือบทุกส่วน ตั้งแต่โครงเรือและดาดฟ้าไปจนถึงผนังกั้นและลำตัวเรือส่วนกลาง .

ระบบการจำแนกประเภทตามความแข็งแรงทั่วไปและความแข็งแรงสูง

เหล็กโครงสร้างสำหรับการต่อเรือแบ่งออกเป็นสองหมวดหมู่หลักตามความต้านแรงดึงต่ำสุด ได้แก่ เหล็กโครงสร้างความแข็งแรงทั่วไปและเหล็กโครงสร้างความแข็งแรงสูง เหล็กโครงสร้างความแข็งแรงทั่วไปแบ่งออกเป็นสี่ระดับคุณภาพ ได้แก่ A, B, D และ E —ทั้งสี่เกรดมีความแข็งแรงขณะเกิดการไหล (yield strength) เท่ากัน คืออย่างน้อย 235 นิวตันต่อตารางมิลลิเมตร และความแข็งแรงขณะดึงขาด (tensile strength) อยู่ในช่วง 400–520 นิวตันต่อตารางมิลลิเมตร ความแตกต่างระหว่างแต่ละเกรดขึ้นอยู่กับความเหนียวต่อการกระแทก (impact toughness) ที่อุณหภูมิที่ต่างกัน ได้แก่ เกรด A ไม่จำเป็นต้องทดสอบการกระแทก (ทดสอบที่อุณหภูมิห้อง), เกรด B ทดสอบที่ 0 องศาเซลเซียส, เกรด D ทดสอบที่ -20 องศาเซลเซียส และเกรด E ทดสอบที่ -40 องศาเซลเซียส เหล็กโครงสร้างความแข็งแรงสูงแบ่งย่อยออกตามระดับความแข็งแรงและเกรดคุณภาพ ระดับความแข็งแรงระบุด้วยตัวเลข ได้แก่ 32 (ความแข็งแรงขณะเกิดการไหลขั้นต่ำ 315 นิวตันต่อตารางมิลลิเมตร), 36 (ความแข็งแรงขณะเกิดการไหลขั้นต่ำ 355 นิวตันต่อตารางมิลลิเมตร) และ 40 (ความแข็งแรงขณะเกิดการไหลขั้นต่ำ 390 นิวตันต่อตารางมิลลิเมตร) แต่ละระดับความแข็งแรงมีให้เลือกในสี่เกรดคุณภาพ คือ A, D, E และ F ซึ่งแสดงถึงอุณหภูมิที่ใช้ทดสอบการกระแทก ได้แก่ 0, -20, -40 และ -60 องศาเซลเซียส ตามลำดับ เกรดความแข็งแรงสูงที่นิยมใช้ทั่วไป ได้แก่ AH32, DH32, EH32, AH36, DH36, EH36, AH40, DH40 และ EH40 ตัวอักษรนำหน้าระบุระดับความทนทาน โดย "A" หมายถึงที่อุณหภูมิ 0°C, "D" หมายถึงที่อุณหภูมิ -20°C, "E" หมายถึงที่อุณหภูมิ -40°C และ "F" หมายถึงที่อุณหภูมิ -60°C โดยเกรด F มีความทนทานสูงสุด

มาตรฐานสากลและการรับรองจากสมาคมจัดจำแนกเรือ

แผ่นเหล็กสำหรับการต่อเรือจะต้องได้รับการรับรองจากสมาคมจัดจำแนกเรือระดับนานาชาติที่ได้รับการยอมรับ เพื่อให้มั่นใจว่าสอดคล้องตามมาตรฐานความปลอดภัยและคุณภาพที่เข้มงวด สมาคมจัดจำแนกเรือหลัก ได้แก่ ABS (สำนักงานตรวจสอบเรืออเมริกัน) LR (ลลอยด์ส เรจิสเตอร์) DNV (เดต นอร์สเก แวร์ติส) BV (บิวโร แวริเตส) CCS (สมาคมจัดจำแนกเรือจีน) GL(เยอรมันิเชอร์ กลอยด์) NK (นิปปอน ไคจิ เคียวไก) KR (ทะเบียนเกาหลี) และ RINA (เรจิสโตร อิตาเลียโน นาวาเล) มาตรฐานสากลหลักที่ควบคุมการผลิตแผ่นเหล็กสำหรับตัวเรือ ได้แก่ ASTM A131 (มาตรฐานอเมริกันหลักสำหรับเหล็กโครงสร้างที่ใช้ในเรือ) GB/T 712 (มาตรฐานจีนสำหรับเหล็กที่ใช้ในการต่อเรือ) และ EN 10225 (มาตรฐานยุโรปสำหรับเหล็กโครงสร้างที่ใช้ในงานนอกชายฝั่ง) . มาตรฐาน ASTM A131 ครอบคลุมเกรด A, B, D, E, AH32, DH32, EH32, AH36, DH36, EH36, AH40, DH40 และ EH40 . มาตรฐาน GB/T 712 ของจีน ระบุเกรดความแข็งแรงทั่วไป ได้แก่ CCSA, CCSB, CCSC และ CCSD รวมทั้งเกรดความแข็งแรงสูง ได้แก่ CCS-A32 และ CCS-A36 . แผ่นเหล็กอาจจัดส่งในสภาพต่าง ๆ ขึ้นอยู่กับเกรด ได้แก่ การกลิ้งภายใต้การควบคุม (control-rolled), การทำให้เป็นเนื้อเดียวกันด้วยความร้อน (normalized) หรือการแปรรูปภายใต้การควบคุมเชิงอุณหภูมิและกลศาสตร์ (thermomechanical controlled processed: TMCP) .

ข้อกำหนดด้านมิติและช่วงความหนา

แผ่นเหล็กสำหรับการต่อเรือผลิตขึ้นในขนาดที่หลากหลายเพื่อรองรับขนาดเรือที่แตกต่างกันและความต้องการด้านโครงสร้างที่หลากหลาย โดยช่วงความหนาทั่วไปคือ 4 มม. ถึง 260 มม. , ความกว้างตั้งแต่ 1200 มม. ถึง 4000 มม. และยาวตั้งแต่ 3000 มม. ถึง 18000 มม. สำหรับการใช้งานเฉพาะทาง สามารถผลิตแผ่นเหล็กได้หนาสูงสุดถึง 300 มม. หรือแม้แต่ 450 มม. ทั้งนี้เกรดความแข็งแรงทั่วไป เช่น A, B, D และ E มักจะมีให้เลือกในความหนาไม่เกิน 22 มม. ส่วนเกรดความแข็งแรงสูง AH32 และ AH36 มักจัดจำหน่ายในช่วงความหนาต่าง ๆ โดยแผ่นเหล็กที่มีความหนาเกิน 30 มม. มีให้เลือกใช้งานได้อย่างทั่วไป คุณสมบัติเชิงกลของแผ่นเหล็กสำหรับเรือเปลี่ยนแปลงไปตามความหนา และข้อกำหนดขององค์กรรับรองคุณภาพเรือ (Classification Society) ระบุขีดจำกัดความหนาสูงสุดสำหรับแต่ละเกรดอย่างชัดเจน สำหรับแผ่นเหล็กที่มีความหนาเกิน 30 มม. มักจำเป็นต้องทำการให้ความร้อนล่วงหน้า (Preheating) ที่อุณหภูมิ 120–150°C ก่อนการเชื่อม .

การประยุกต์ใช้งานในเรือทุกประเภทและส่วนประกอบโครงสร้างต่าง ๆ

แผ่นเหล็กสำหรับการต่อเรือเป็นวัสดุพื้นฐานที่ใช้ในการสร้างส่วนต่าง ๆ ของเรือเกือบทุกส่วน เกรดความแข็งแรงทั่วไป ได้แก่ เกรด A และ B ใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับชิ้นส่วนโครงสร้างที่มีความสำคัญน้อยกว่า คิดเป็นประมาณ 90% ของปริมาณการผลิตแผ่นเหล็กสำหรับเรือทั้งหมด เกรดเหล่านี้มักนำมาใช้ในการสร้างดาดฟ้าชั้นบน ผนังกั้น ฝาปิดบ่อส่งสินค้า และส่วนตัวถังเรือที่ไม่ใช่ส่วนสำคัญ เกรด D และ E ซึ่งมีความเหนียวที่อุณหภูมิต่ำดีเยี่ยมกว่า จะถูกกำหนดให้ใช้ในงานที่ต้องการสมรรถนะสูง เช่น โครงสร้างเปลือกนอกของตัวเรือ ดาดฟ้ารับแรง และองค์ประกอบโครงสร้างสำคัญอื่นๆ ที่ใช้งานในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิต่ำ .

เกรดความแข็งแรงสูง AH32, DH32, EH32, AH36, DH36 และ EH36 ใช้สำหรับชิ้นส่วนโครงสร้างหลัก ได้แก่ ตัวถังเรือ ดาดฟ้า ผนังกั้นตามยาว และฝาปิดบ่อส่งสินค้าของ เรือขนส่งน้ำมัน เรือบรรทุกสินค้าแบบเทกอง เรือบรรทุกตู้สินค้า และเรือขนส่งก๊าซธรรมชาติเหลว (LNG) แผ่นเหล็กความแข็งแรงสูงเหล่านี้มีคุณสมบัติการเชื่อมที่ยอดเยี่ยม จึงนิยมใช้ในการผลิตองค์ประกอบรับน้ำหนักสำคัญที่สุดของเรือ ตัวอย่างเช่น เหล็กเกรด AH36 (ความต้านแรงดึงที่จุดให้รูปพลาสติก ≥355 เมกะพาสคาล) ช่วยให้สามารถใช้แผ่นเหล็กหุ้มตัวเรือที่บางลง ทำให้น้ำหนักเหล็กลดลง 15–20% ในเรือบรรจุตู้ขนาดใหญ่ การใช้งานเฉพาะรวมถึงแผ่นกั้นตามยาว แผ่นเหล็กส่วนบนที่ติดกับดาดฟ้าโครงสร้าง และบริเวณอื่นๆ ที่รับแรงเครียดสูง ในภาคอุตสาหกรรมนอกชายฝั่ง แผ่นเหล็กสำหรับเรือใช้สำหรับ แท่นขุดเจาะน้ำมันนอกชายฝั่ง , ข้อต่อท่อของแท่นขุดเจาะ และโครงสร้างทางทะเลอื่นๆ สำหรับเรือขนส่งก๊าซธรรมชาติแบบเย็นจัด (LNG) ซึ่งต้องการวัสดุที่ทนต่ออุณหภูมิ -162°C จะใช้เหล็กผสมนิกเกิล 9% สำหรับถังแบบเมมเบรน ส่วนโครงสร้างรองจะใช้เหล็กเกรด ASTM A131 ซึ่งผ่านการทดสอบแรงกระแทกที่อุณหภูมิ -40°C แผ่นเหล็กสำหรับเรือยังจำเป็นต่อ เรือบรรจุตู้ เรือขนส่งสินค้าจำนวนมาก เรือสำราญ เรือข้ามฟาก และเรือยอร์ช การเลือกเกรดเหล็กที่เหมาะสมขึ้นอยู่กับตำแหน่งโครงสร้าง แรงที่คาดว่าจะเกิดขึ้น และสภาพแวดล้อมในการปฏิบัติงานของเรือ เพื่อให้มั่นใจว่าเรือจะมีประสิทธิภาพในการใช้งานอย่างปลอดภัยและเชื่อถือได้ตลอดอายุการใช้งาน