Giới thiệu về phân loại tấm thép cán nóng dùng cho đóng tàu
Tấm thép cán nóng dùng cho đóng tàu là các tấm thép kết cấu được sản xuất đặc biệt để xây dựng thân tàu, vách ngăn, boong và các kết cấu hàng hải khác, được sản xuất nghiêm ngặt theo các quy tắc của tổ chức phân cấp và tiêu chuẩn quốc tế . Những tấm thép này có sẵn trong một loạt kích thước đa dạng, với độ dày thường dao động từ 3 mm đến 300 mm, chiều rộng từ 600 mm đến 4200 mm và chiều dài lên tới 18.000 mm . Tiêu chuẩn được công nhận rộng rãi nhất đối với tấm thép đóng tàu là ASTM A131/A131M, bao gồm các tấm thép kết cấu, hình thép, thanh thép và đinh tán, chủ yếu dùng trong xây dựng tàu thủy . Vật liệu theo tiêu chuẩn này được phân thành hai nhóm chính: thép cường độ thông thường và thép cường độ cao .
. Nhóm thép cường độ thông thường bao gồm các cấp độ A, B, D và E, mỗi cấp được phân biệt bởi tính chất độ dai va đập Charpy V-notch tối thiểu quy định ở các nhiệt độ khác nhau . Nhóm thép cường độ cao bao gồm các cấp độ AH, DH, EH và FH, có sẵn ở nhiều mức cường độ khác nhau với điểm chảy tối thiểu quy định lần lượt là 46 ksi (315 MPa), 51 ksi (350 MPa) hoặc 57 ksi (390 MPa) . Việc phân loại hệ thống này giúp các nhà thiết kế và kỹ sư đóng tàu lựa chọn đúng cấp độ thép phù hợp dựa trên vị trí kết cấu cụ thể, tải trọng khai thác dự kiến và điều kiện môi trường mà tàu sẽ gặp phải.
Vật liệu và tính chất của tấm thép thông thường dùng cho đóng tàu
Các tấm thép thông thường dùng cho đóng tàu—các cấp A, B, D và E—có yêu cầu chung về tính chất cơ học, nhưng khác nhau chủ yếu ở đặc tính độ dai va đập. Cả bốn cấp đều có giới hạn chảy quy định tối thiểu là 34 ksi (235 MPa) và phạm vi độ bền kéo từ 58–75 ksi (400–520 MPa) . Thép cấp A là cấp cơ bản nhất và không yêu cầu thử độ dai va đập. Thép cấp B, một loại thép có độ bền kéo phổ biến, sở hữu các đặc tính độ dai tốt, khả năng chống ăn mòn mạnh và tính gia công cũng như hàn tuyệt vời thép cấp D được thử độ bền va đập ở nhiệt độ -20°C, trong khi thép cấp E—cấp cường độ thông thường cao nhất—được thử ở nhiệt độ -40°C. Đối với các tấm có độ dày đến và bao gồm 40 mm, trạng thái giao hàng phổ biến là cán trong không khí và cán kiểm soát. đối với các tấm có độ dày vượt quá 40 mm, việc tôi chuẩn hoặc xử lý nhiệt-cơ học kiểm soát (TMCP) là bắt buộc để nâng cao độ bền và độ dẻo dai. .
Thành phần hóa học của các tấm thép đóng tàu có độ bền thông thường được kiểm soát nghiêm ngặt nhằm đảm bảo tính chất cơ học và khả năng hàn đồng nhất. Nhóm A thường chứa tối đa 0,21% carbon, 0,50% silicon và 0,60% mangan, trong khi phốt pho và lưu huỳnh đều bị giới hạn ở mức 0,035%. Các nhóm B, D và E có giới hạn tương tự về carbon và tạp chất, còn hàm lượng mangan được điều chỉnh để đạt được các tính chất cơ học yêu cầu. Tỷ lệ mangan trên carbon được duy trì ở mức trên 2,5 nhằm đảm bảo độ bền và độ dẻo dai phù hợp. Các tấm thép này thể hiện khả năng hàn tuyệt vời, với việc kiểm soát chặt chẽ thành phần hóa học và tính chất cơ học nhằm đảm bảo chất lượng đồng nhất và đáng tin cậy cho các ứng dụng hàng hải đòi hỏi cao. khi hàn, cần giả định rằng sẽ sử dụng quy trình hàn phù hợp với cấp độ thép và mục đích sử dụng hoặc điều kiện làm việc dự kiến. .
Vật liệu và tính chất của tấm thép đóng tàu có độ bền cao
Các tấm thép đóng tàu có độ bền cao—các cấp AH, DH, EH và FH—có các tính chất cơ học vượt trội cho các ứng dụng kết cấu đòi hỏi khắt khe trong đóng tàu. Các cấp này có sẵn ở nhiều mức độ bền khác nhau: 32 (giới hạn chảy tối thiểu 315 MPa), 36 (giới hạn chảy tối thiểu 355 MPa) và 40 (giới hạn chảy tối thiểu 390 MPa) . Ví dụ, các tấm thép AH36, DH36 và EH36 có giới hạn chảy tối thiểu là 51 ksi (355 MPa) và phạm vi độ bền kéo từ 71–90 ksi (510–650 MPa) . Độ bền cao hơn của các cấp này cho phép sử dụng tấm vỏ mỏng hơn, giảm trọng lượng tổng thể của tàu trong khi vẫn đảm bảo độ bền kết cấu . Mỗi cấp độ độ bền được chia nhỏ thêm theo các cấp chất lượng tương ứng với nhiệt độ thử nghiệm va đập: Cấp A (0°C), Cấp D (-20°C), Cấp E (-40°C) và Cấp F (-60°C). Hệ thống phân loại toàn diện này đảm bảo rằng cấp thép phù hợp có thể được lựa chọn cho từng thành phần kết cấu, từ vách ngăn bên trong không quan trọng đến các phần vỏ ngoài chịu ứng suất cao nhất khi vận hành trong môi trường Bắc Cực.
Thành phần hóa học của các tấm thép đóng tàu có độ bền cao hơn chứa các nguyên tố vi hợp kim nhằm đạt được các tính chất cơ học vượt trội. Các cấp này chứa carbon tối đa 0,18%, mangan từ 0,90% đến 1,60%, silic từ 0,10% đến 0,50%, trong khi phốt pho và lưu huỳnh đều bị giới hạn ở mức 0,035% . Việc bổ sung có kiểm soát niobi (0,02–0,05%), vanađi (0,05–0,10%), titan (tối đa 0,02%) và các nguyên tố khác góp phần làm mịn hạt và tăng cường độ bền nhờ kết tủa . Đối với các ứng dụng yêu cầu khả năng chống nứt lớp (lamellar tearing), thép chất lượng Z (ví dụ: Z35) có sẵn với mức giảm diện tích trung bình tối thiểu quy định trong thử nghiệm kéo xuyên độ dày là 35% . Điều kiện giao hàng đối với các tấm thép đóng tàu có độ bền cao là yếu tố then chốt: việc giao hàng ở trạng thái cán nóng (as-rolled) nói chung không được phép. Thay vào đó, các tấm thép phải được cung cấp ở trạng thái tôi hoàn toàn (normalized), cán nóng và tôi hoàn toàn (normalized rolled) hoặc xử lý nhiệt-cơ học có kiểm soát (TMCP). TMCP bao gồm quá trình cán có kiểm soát tiếp theo là làm nguội tăng tốc, tạo ra cấu trúc vi mô hạt mịn với độ dai xuất sắc, đặc biệt ở nhiệt độ thấp. Điều kiện xử lý nhiệt được ghi rõ trên mỗi tấm thép — ký hiệu "N" cho trạng thái tôi hoàn toàn và "TMCP" cho trạng thái xử lý nhiệt-cơ học có kiểm soát. Việc kiểm soát nghiêm ngặt các điều kiện chế tạo này đảm bảo rằng các tấm thép đóng tàu có độ bền cao đáp ứng đầy đủ tổ hợp yêu cầu về độ bền, độ dai và khả năng hàn, vốn thiết yếu cho việc xây dựng an toàn và đáng tin cậy các tàu hiện đại cũng như các công trình ngoài khơi. .
