Корабельная сталь марка стали

Обновлено: 07.05.2024

Для изготовления тяжелонагруженных сварных конструкций все более широкое применение получают высокопрочные судостроительные стали. Необходимость использования таких сталей стала очевидной прежде всего в связи с освоением природных ресурсов приполярных районов и Арктического шельфа нашей страны. Экстремальные условия (низкие температуры, ударные и вибрационные нагрузки) эксплуатации в высоких широтах ледоколов, лихтеровозов, плавучих буровых установок, мощных морских кранов потребовали создания хладостойких сталей с высокими характеристиками прочности, пластичности, сопротивления усталостному и хрупкому разрушению, с хорошей свариваемостью. Этот комплекс свойств может быть достигнут лишь при высоком металлургическом качестве стали.

Еще во второй половине 50-х гг. у нас в стране были разработаны стали типа А1 с гарантированным пределом текучести 490 МПа. Из этих сталей были построены корпуса атомных ледоколов «Ленин», «Сибирь» и других, которые успешно эксплуатируются до настоящего времени. Опыт работы этих ледоколов использован при разработке корпусных сталей для судов, работающих в сложных условиях мелководья прибрежных районов Арктики, с заходами в устья сибирских рек. Были разработаны и приняты в качестве корпусных материалов мелкосидящих атомных ледоколов типа «Таймыр» стали марок АБ-1, АБ1-А и АБ-2. В их состав кроме углерода (до 0,14%), кремния и марганца, использованных в качестве раскислителей, входят около 1 % хрома, 2—3 % никеля, до 0,3 % молибдена и до 1 % меди. Высокая дисперсность структурных составляющих достигается микролегированием алюминием и ванадием. Для повышения металлургического качества стали, используемой при изготовлении особо ответственных конструкций, применяют электрошлаковый переплав (на что указывает буква «ш» в марочном обозначении). Требуемый уровень механических свойств стали достигается после закалки и высокого отпуска. Механические свойства перечисленных сталей, а также сталей марок 10ГНБШ и 10ХНДМФ (АБ-А) приведены в табл. 5.10. Обладая высокой прочностью и пластичностью, эти стали сохраняют и высокие значения работы разрушения KV при температурах до минус 40 — минус 60 °С, т. е. обладают повышенной хладостойкостью. Стали марок 10ГНБШ и 10ХНДМФ разработаны как материалы для буровых установок типа «Шельф».

Важнейшим достоинством этих сталей (зет-сталей) является высокая стойкость к слоистым (ламинарным) разрушениям. Слоистое разрушение в сварных конструкциях, выполненных из листов большой толщины, возникает в результате значительных сварочных напряжений или внешних нагрузок, направленных перпендикулярно поверхности проката. Мировой и отечественной практикой установлено, что высоким сопротивлением слоистым разрушениям обладают стали с высокими значениями характеристик пластичности и ударной вязкости. Их испытывают на образцах, вырезанных в направлении толщины листа (в z-направлении). В настоящее время сложилась практика оценивать уровень сопротивления стали слоистым разрушениям по величине относительного сужения. Установлено, что при значениях ψz более 30 % сталь можно применять в сварных конструкциях без риска слоистого разрушения. Пластичность стали в направлении толщины проката зависит в первую очередь от содержания серы и количества оксидных неметаллических включений. Содержание серы в сталях, стойких к слоистому разрушению, не должно превышать 0,01 %. Сталь подвергается полному раскислению, в ее состав вводят измельчающие зерно элементы.

Таблица 5.10. Механические свойства высокопрочных судокорпусных сталей

Механические характеристики	Марка стали
Механические характеристики	10ГНБШ	АБ	10ХНДМФ
Предел прочности σ_B, МПа	470—620	530—690	530—690
Предел текучести σ_Т, МПа, не менее	350	390	390
Относительное удлинение δ, %, не менее	20	19	20
Относительное сужение ψ, %, не менее	65	50	65
Работа разрушения при низких температурах испытания:
KV, Дж, не менее	72	36	78
tисп, °С	—60	—40	—40
Относительное сужение ψz, %, не менее	35	—	35
Доля волокна в изломе при комнатной температуре испытания В, %, не менее	65	50	65

Продолжение табл. 5. 10.

Механические характеристики	Марка стали
Механические характеристики	АБ-1	АБI-А	АБ-2
Предел прочности σ_B, МПа	570—710	570—710	570—800
Предел текучести σ_Т, МПа, не менее	490	490	590
Относительное удлинение δ, %, не менее	20	21	18
Относительное сужение ψ, %, не менее	50	60	60
Работа разрушения при низких температурах испытания:
KV, Дж, не менее	47	78	58
tисп, °С	—40	—50	—50
Относительное сужение ψz, %, не менее	—	35	35
Доля волокна в изломе при комнатной температуре испытания В, %, не менее	80	80	80

Зет-стали подвергают также испытаниям на ударный изгиб на образцах с V-образным надрезом, вырезанных вдоль и поперек направления прокатки. Температура испытания должна быть ниже возможной минимальной рабочей температуры конструкции: при рабочей температуре —20 °С испытания проводятся при —40 °С, а при рабочей температуре —40 °С температура испытания соответственно понижается до —60 °С. Минимально допустимые значения работы удара при указанных температурах испытания для сталей различной прочности приведены в табл. 5.11.

Таблица 5.11. Требуемые значения работы удара для зет-сталей, Дж, не менее

Образцы	Предел текучести, МПа
Образцы	235	315	355	390
Продольные	27	31	34	39
Поперечные	18	21	24	26

В настоящее время отечественная промышленность выпускает хорошо свариваемую, стойкую против слоистого разрушения сталь, соответствующую самым высоким требованиям международных классификационных обществ.

Корабельная сталь марка стали

Как классифицируются судостроительные стали и сварочные материалы, используемые для изготовления судовых конструкций, подлежащих надзору Российского Морского регистра судоходства (РМРС)?

По уровням прочности углеродистые судостроительные стали подразделены на стали нормальной, повышенной и высокой прочности.

Сталь нормальной прочности (временное сопротивление 400-520 МПа, минимальный предел текучести Re – 235МПа, минимальное относительное удлинение As 22%) в зависимости требуемой минимальной величины работы удара при заданной температуре испытания подразделяется на 4 категории: А,В,D,Е.

Сталь категории А при S≤ 50мм должна обеспечить работу удара для продольных образцов не ниже 27Дж при 20°С, сталь категории В – не ниже 27Дж при 0°С, сталь категории D - не ниже 27Дж при -20°С, сталь категории Е - не ниже 27Дж при -40°С(S≤ 50мм), не ниже 34 ДЖ при -40°С (50≤S≤70 мм), не ниже 41Дж при -40°С(70≤S≤100 мм).

По степени раскисления стали категории А и В должны быть спокойными (СП) или полуспокойными, категории D – только СП, категории Е – СП, мелкозернистой, обработанной алюминием.

Состояние поставки для сталей категории А, В, D толщиной до 50 мм не регламентируется. Эти же категории стали толщиной 50-100 мм поставляются нормализованными (N), прокатанными с контролируемой температурой (CR) или после термомеханической обработки (TMCP).

Сталь категории Е толщиной до 100 мм поставляется нормализованной (N), или термомеханически обработанной (TMCP).

Стали повышенной прочности имеющие временное сопротивление 440-650 МПа и относительное удлинение 20-22%, подразделяются на категории А, D, Е с добавлением цифры, указывающей предел текучести при растяжении:

А32, D32, Е 32 – предел текучести не менее 315 МПа

А36, D36, Е 36 – предел текучести не менее 355МПа

А40, D40, Е40 – не менее 390 МПа.

При этом, также как для сталей нормальной прочности, категория определяется в зависимости от минимальной величины работы удара при заданной температуре испытаний. Так, сталь категории А32 при толщине до 50 мм должна обеспечивать работу удара не менее 31 Дж при температуре испытания при 0°С, сталь D32 при температуре испытания -20°С, сталь Е32 – при -40°С. Сталь категории А40 при толщине до 50 мм должна обеспечивать работу удара не менее 41 Дж при температуре испытания 0°С, сталь D40 при температуре испытания -20°С, сталь Е40 – при -40°С.

Сталь, предназначающаяся для конструкций, работающих при низких температурах (до -50°С) имеет категорию F (F32, F36, F40) и на ударный изгиб испытывается при температуре -60°С.

Сталь высокой прочности в зависимости от гарантированного минимума предела текучести подразделяются на 6 уровней прочности: 420, 460, 500, 550, 620, 690 МПа; для каждого уровня прочности в зависимости от температуры испытаний на ударный изгиб установлены 4 категории: A,D,E,F.

Еще одной разновидностью судостроительной стали является зет-сталь, то есть сталь с гарантируемым уровнем пластических свойств в направлении толщины проката, предназначенная для изготовления сварных конструкций, способная воспринимать значительные напряжения, перпендикулярные к поверхности проката. В маркировке указывается условное обозначение зет-стали, например D32Z, где D32 – условное обозначение категории стали, Z – условное обозначение стали с гарантированными свойствами по толщине.

P.S. При необходимости более глубокого ознакомления с судостроительными сталями следует обратиться к тому 2 « П р а в и л классификации и постройки морских судов», ч а с т ь XIII «Материалы».

Сварочные материалы, предназначенные для сварки судостроительных сталей нормальной прочности, подразделяются на категории 1, 2 и 3; судостроительной стали повышенной прочности – на категории 1У, 2У и 3У; судостроительные стали высокой прочности – на категории 3УХХ, 4УХХ, 5УХХ, где ХХ – обозначение одной из групп прочности наплавленного металла и сварного соединения, например, 3У42, 4У42, 5У42, 3У46, 3У50, 3У62, 3У69 и т.п.

В зависимости от содержания диффузионного (подвижного) водорода в наплавленном металле, сварочным материалам могут быть присвоены Регистром индексы Н, НН или ННН. Конкретные требования к свойствам сварных соединений, обеспечиваемых сварочными материалами вышеуказанных категорий, области и порядок их применения оговорены в части XIV «Сварка» «Правил классификации и постройки морских судов» РМРС.

Химический состав и свойства судостроительной стали

Стали нормальной и повышенной прочности. Стали наиболее полно отвечают требованиям, предъявляемым к судокорпусным материалам. Они обеспечивают требуемый уровень характеристик прочности, пластичности и вязкости в течение длительного периода эксплуатации конструкций корпуса судна при различных температурах. Стали обладают удовлетворительной коррозионной стойкостью; технологичны при холодном и горячем деформировании; хорошо свариваются; допускают газовую и плазменную резку; их стоимость в сравнении с другими конструкционными материалами сравнительно низка, а входящие в их состав элементы не относятся к числу остродефицитных.

Современные отечественные судостроительные стали отвечают требованиям Международной ассоциации классификационных обществ (МАКО). В международной практике приняты унифицированные категории корпусных сталей (А, В, Д и Е), определяемые пределом текучести и работой удара при различных температурах. Как отмечалось в п. 5.2, характеристики прочности и надежности достаточно полно отражают работоспособность (конструкционную прочность) сталей.

По прочностным свойствам стали для корпусных конструкций подразделяются на стали нормальной прочности с пределом текучести не менее 235 МПа (24 кгс/мм 2 ) и стали повышенной прочности трех категорий: с гарантированными пределами текучести 315 (32), 355 (36) и 390 (40) МПа (кгс/мм 2 ).

Стойкость к хрупкому разрушению сталей нормальной прочности оценивают по величине работы удара на образцах с острым надрезом при соответствующей температуре испытания. Прокат из стали марки (категории) А не подвергается испытаниям на ударный изгиб. Стали марок (категорий) В, Д и Е должны обеспечивать требуемую работу удара при температурах испытания соответственно 0, —20 и —40 °С. Чем выше требования к сопротивлению стали хрупкому разрушению, тем для более низких температур эксплуатации она предназначена (однако в любом случае температура испытания должна быть ниже рабочей температуры).

Механические свойства судокорпусных сталей нормальной и повышенной прочности устанавливает ГОСТ 5521—86 «Прокат стальной для судостроения», разработанный с учетом требований Регистра СССР и международных. В соответствии с указанным стандартом прокат из сталей нормальной прочности марок (категорий) А, В (любой толщины) и Д (толщиной до 12 мм) поставляется в горячекатаном состоянии; прокат из стали марки Д толщиной свыше 12 мм и из стали марки Е любой толщины поставляется в нормализованном состоянии.

Механические свойства должны удовлетворять требованиям: σв = 400—490МПа (41—50 кгс/мм 2 ); σ_Т≥235МПа (24кгс/мм 2 ); δ>22 %; KV не менее 15 Дж (1,5 кгс·м) при толщине проката 5—7,0 мм, не менее 24 Дж (2,4 кгс·м) при толщине проката 7,5—9,5 мм и не менее 27 Дж (2,7 кгс·м) при толщине проката 10 мм и более. Химический состав судостроительных сталей, удовлетворяющих данным требованиям, приведен в табл. 5.1. Отечественными аналогами сталей марок (категорий) А, В, Д и Е по химическому составу являются низкоуглеродистые стали общего назначения, поставляемые по ГОСТ 380—87 в виде листового, сортового и фасонного проката:

Mn	Si
ВСт3кп	0,30—0,60	Не более 0,07
ВСт3пс	0,40—0,65	0,05—0,17
ВСт3сп	0,40—0,65	0,12—0,30
ВСт3Гпс	0,80—1,10	Не более 0,15

В сталях этих марок содержится С — 0,14—0,22 %, Р — не более 0,04 %, S — не более 0,05 % (по требованию потребителя массовая доля серы должна быть не более 0,04 %), Cr, Ni и Cu— по 0,30 %, As — 0,08 %.

Какую сталь применяют в судостроении

Сталь на сегодня – основной материал, который применяется в морском и речном судостроении. Ее используют, главным образом, для обшивки. Также из стали делают несущие элементы конструкций и агрегаты. Чтобы обеспечить судну длительный срок службы, хорошую остойчивость, плавучесть и сделать корпус легким, тщательно подбирают материалы. Учитывают их химический состав, физические свойства и экономическую целесообразность применения. В зависимости от целей сталь разделяют по множеству параметров. О ее классификации и применении поговорим ниже.

В основе каждого надежного корабля надежная сталь, параметры которой просчитаны

Стальной прокат и профиль, применяемый в судостроении

Широкая горячекатаная полоса.
Обратный уголок.
Швеллер.
Полособульбовый профиль.
Двутавровая балка.
Горячекатаный рулон.
Квадратная заготовка горячей прокатки.
Равнополочный уголок.
Горячекатаный полукруг.
Неравнополочный уголок.
Горячекатаный листовой прокат.
Полоса горячей прокатки.
Горячекатаный квадрат.
Круг горячей прокатки.

Отдельное место среди металлоизделий в строительстве судов занимает лист. Он применяется чаще всего.

Металлические листы в судостроении и их классификация

При производстве листового проката сначала делают заготовку. Ее выплавляют в мартеновских или электропечах. Заготовка уже имеет все необходимые свойства благодаря четко проработанному химическому составу. Затем ее накаляют и прокатывают через специальные валки, придавая нужные форму и толщину. Иногда вместо прокатки используют ковку или волочение. Завершающий этап – нарезка листов на фрагменты нужного размера и их упаковка. Судостроительный листовой прокат классифицируют по нескольким параметрам. Остановимся на каждом из них подробнее.

Международные стандарты

Параметры судостроительных сталей указаны в нормативных документах. Основным является стандарт ASTM A131. Все нормативы по качеству судостроительных сталей должны быть сертифицированы в таких организациях, как:

Российский регистр речного судоходства.
Российский регистр морского судоходства.
Судоходный регистр Ллойда в Великобритании.
Американское бюро судоходства.
Итальянский регистр судоходства.
Det Norske Veritas (Норвегия).
Germanischer Lloyd (Германия).
Bureau Veritas (Франция).

Назначение

Все стальные листы делятся на прокат для речных и морских судов. Они отличаются классами текучести, атмосферостойкости, сопротивляемости и устойчивости к ударам. Естественно, к сталям для морских судов требования более строгие из-за повышенных нагрузок.

Уровень прочности

По устойчивости к механическим воздействиям все стали делятся на прочные. Это классы A, B, C и D. Они имеют предел текучести от 235 МПа.

Также существуют стали повышенной прочности. Их предел текучести от 315 до 690 МПа. Это классы сталей A, D, E и F под номерами 32, 36, 40, 42, 46, 50, 55, 62 и 69.

Марка стали

При выборе сталей под конкретные цели учитывается их предел текучести и ударная вязкость при определенной температуре. Далее подходящие значения соотносятся, и по ним находят нужную марку в одном из международных регистров. Благодаря такому подходу удается увеличить полезную нагрузку, снизить вес конструкции и подобрать оптимальную толщину проката.

Для чего применяют стальные листы в сборке судов

Отделка палуб, корпусов, создание обшивки.
Возведение понтонов, платформ и причалов.
Сборка конструкций для портовых подъемников.
Возведение шельфовых сооружений.

Основные параметры сталей для судостроения

К металлу для сборки военных, торговых и промышленных кораблей предъявляются особые требования. Все материалы, в том числе и сталь, проходят тщательный анализ. Рассчитываются их свойства и способность сохранять форму в самых жестких условиях. На основных параметрах судостроительных сталей остановимся подробнее.

Свариваемость

При строительстве судов используют сложные сплавы с легирующими и другими добавками. Свариваемость – это комплексный параметр, который означает надежность сварных соединений и их свойства. Благодаря сварке корпуса судов оказываются легче на 20 % по сравнению с клепаными. Ведь заклепки и уголки добавляют веса. Кроме того, сварной корпус получается более гладким. Это значит, что он легче рассекает воду, способствуя набору скорости судна.

Устойчивость к коррозии

Речь идет именно о ржавчине, которая образуется от соленой воды. Поэтому к сталям для океанских и морских кораблей предъявляются повышенные требования по устойчивости к коррозии. Тем более что помимо хлоридов, содержащихся в соленой воде, образованию язв ржавчины на металле способствуют сероводород и остатки нефтепродуктов.

Устойчивость к деформации

По сути, это пластичность стали – ее способность сохранять форму неизменной под воздействием физических нагрузок. Чтобы определить устойчивость к деформации, оценивают относительное удлинение при растяжениях. Также важно знать предельную пластичность, которая определяется через сужение в шейке.

Упругость

Это свойство очень важно, когда речь о металле для корпуса или палубы. Упругость позволяет изделию менять форму от физических нагрузок и после их прекращения восстанавливаться. Обычно части кораблей испытывают следующие виды механических воздействий: перегиб, изгибающие воздействия и другие.

Прочность

Прочная сталь выдерживает механические нагрузки без изменения формы и разрушения. Также принимается во внимание жесткость сплава. В идеале, после нагрузок на листе не должно быть следов.

Корпуса больших судов сегодня производятся в основном из стали

Заключение

Фасонный, листовой и сортовой прокат для судов лучше всего заказывать на проверенных предприятиях. Необходимо, чтобы сталь соответствовала требованиям ГОСТ 5521. Иначе некачественные материалы могут стать причиной серьезных аварий и крупных незапланированных расходов.

Читайте также: