Сталь используемая в судостроении

Обновлено: 29.04.2024

Водный транспорт, теория и практика, все о морских и речных судах

17.05.2015 09:40
дата обновления страницы

Металлы которые используются с судостроительстве .

Сталь - один из самых распространенных в судостроении металлов. Наиболее широко применяется углеродистая сталь - сплав железа с углеродом при содержании последнего не более 2 %. Кроме углерода, сталь содержит металлургические примеси: марганец (до 0,7%), кремний (до 0,4%), серу (до 0,05 %) и фосфор (до 0,05 %).

По назначению углеродистая сталь делится на конструкционную (содержание углерода до 0,6 %) и инструментальную (содержание углерода свыше 0,6 %). Конструкционную сталь различают обыкновенного качества и качественную.

Стали, содержащие, кроме железа и углерода, специальные элементы (хром, никель, марганец, ванадий и др.), называются легированными. Легирующие элементы улучшают механические или физико-химические свойства стали. Применение легированных сталей позволяет значительно снизить массу корпуса и увеличить грузоподъемность судна. Нержавеющая сталь такой экономии не дает из-за своей высокой стоимости.

Сталь в судостроении применяется в виде листов и профилей.

Листовая сталь в основном идет на изготовление обшивки. В морском судостроении обычно используют листовую сталь толщиной 6-30 мм при ширине листов 2-2,5 м и длине 6-8 м.

Чугун - сплав железа с углеродом с содержанием последнего более 2 %. Это понижает пластичность сплава, поэтому чугун в судостроении находит ограниченное применение, но широко используется в судовом машиностроении. Если вы хотите знать все о металлах подробно, перейдите по ссылке: "Подробнее о металлах и их свойствах".

Алюминий имеет малую массу и повышенную сопротивляемость коррозии. Благодаря этому алюминиевые сплавы находят все более широкое применение в судостроении как для изготовления отдельных судовых конструкций, так и для постройки корпусов. Наиболее часто используются алюминиево-марганцевые и алюминиево-магниевые сплавы. Сплавы типа дюралюминий на основе системы алюминий - медь - магний - марганец имеют повышенную прочность, но не обладают достаточной коррозионной стойкостью. Набор судового корпуса выполняют из профильной стали. Виды профильного проката, наиболее часто применяемого в судостроении, показаны на рис. 15.

Рис. 15. Профильная сталь: а-угловая равнополочная; б-угловая неравнополочная; в-углобульбовая, г-полособульбовая, д - швеллерная; е - люковая; ж - планширная

Алюминиевые сплавы так же, как и сталь, используются в виде листов и профилей.

Медь в чистом виде применяется в некоторых случаях для изготовления судовых трубопроводов. Значительно чаще используются медные сплавы - латунь и бронза.

Латунь - сплав меди с цинком применяется для арматуры и некоторых деталей судовых механизмов. Добавление к этому сплаву 1 % олова (морская латунь) значительно повышает коррозионную стойкость латуни в морской воде. Марганцевисто-железистая латунь используется для изготовления гребных винтов.

Бронза - сплав меди с любым металлом, кроме цинка и никеля, находит применение в судовом машиностроении и для изготовления гребных винтов.

Древесина и теплоизоляционные материалы. Древесина широко используется для настила палуб, оборудования грузовых трюмов, отделки жилых помещений и т. п. Наиболее часто применяют древесину хвойных пород, главным образом сосны и в меньшей степени ели и лиственницы. При постройке деревянных судов хвойную древесину применяют для набора и обшивки корпуса. Лиственные породы (дуб, ясень, клен, орех, береза) наиболее широко применяют для отделки помещений. Древесина в судостроении применяется в основном в виде бревен, брусьев и досок, а также древесностружечных и древесноволокнистых плит. Для внутренней отделки помещений используют фанеру.

Недостаток древесины - ее подверженность гниению и горению. Надежное средство борьбы с гниением - пропитка древесины антисептиками. Для придания огнестойкости древесину пропитывают антипиренами.

Для обеспечения необходимого температурного режима наружные поверхности судовых помещений покрывают тепловой изоляцией. Изоляционные материалы, кроме низкого коэффициента теплопроводности, должны иметь малую плотность, незначительную гигроскопичность и быть огнестойкими.

Пластмассы. В последнее время в судостроении, как и в других отраслях народного хозяйства, все более широкое применение находят пластмассы (пластики), которые представляют собой материалы, изготовляемые на основе полимеров с различными добавками в виде наполнителей и красителей. Обычно полимеры - природные или синтетические смолы. Наполнителями могут быть порошковые вещества (графит, молотая слюда и др.) и волокнистые (ткань, бумага, стекловолокно) . Волокнистые наполнители создают слоистые пластики, обладающие очень высокой механической прочностью. Самая обширная область применения пластмасс на судах - различная арматура и детали оборудования кают. Широко распространены газонаполненные пластики (пенопласты), используемые для теплоизоляции и как строительный материал для изготовления переборок между каютами. Малая масса и низкая гигроскопичность позволяют применять пенопласты для изготовления индивидуальных спасательных средств.

Фотография пенопластов и других синтетических материалов

Слоистыми и листовыми пластиками облицовывают переборки и покрывают палубы внутренних помещений. Эти материалы очень практичны и обладают хорошими декоративными качествами.

Широки возможности для использования пластмасс в судовом машиностроении. Из пластиков можно делать подшипники судовых машин и судового валопровода, зубчатые колеса, трубопроводы судовых систем и др. Эксплуатация гребных винтов из нейлона показала, что они могут работать в самых тяжелых условиях.

Синтетическое волокно применяют для изготовления тросов, а ткани из него используют для обивки мягкой мебели.

Новая область применения искусственных тканей на водном транспорте - изготовление эластичных емкостей для перевозки и хранения жидких грузов, в первую очередь нефтепродуктов.

Большие возможности имеются в судостроении для применения стеклопластиков. Они обладают значительной прочностью, поэтому могут быть использованы для изготовления отдельных узлов и деталей судового корпуса и даже целых корпусов небольших судов.

Средства для чистки катеров

Чистка ультразвуком

Чистка инжектора, форсунок

Очистка инжектора, форсунок

Тестирование форсунок

Промывка форсунок

Очистители деталей, УЗО

Очистка меди и бронзы

Судостроительные материалы

При постройке и ремонте судов применяют различные материалы: металлы, дерево, пластмассы и др., обладающие определенными химическими, физико-механическими и технологическими свойствами, которые учитывают «при постройке и ремонте судовые конструкций.

Каждая поставляемая на судостроительный и судоремонтный заводы партия материала обязательно сопровождается документом — сертификатом, в котором указаны все его качества; в лабораториях заводов материал проходит химические, механические и технологические испытания.

При назначении марок материала для изготовления какого-либо судового изделия (деталей корпусов, механизмов, оборудования) руководствуются действующими правилами Регистра, Государственными стандартами (ГОСТ), отраслевыми нормалями (ОСТ), в которых изложены основные требования, предъявляемые к изделиям в условиях эксплуатации судов.

Сталь. Основным материалом для постройки и ремонта судов служит углеродистая сталь, а для ряда морских и смешанного плавания («река — море») судов — низколегированные стали, обладающие повышенной прочностью и облегчающие массу корпуса. При изготовлении и ремонте корпусных конструкций судов используют только стали по ГОСТ 5521—67.

Судостроительные стали в зависимости от их основных характеристик и назначения изготовляют следующих марок:
углеродистая — С, ВМСт3сн (по ГОСТ 380—71);
низколегированная — 09Г2, 09Г2С, 10Г2С1Д, 10ХСНД (по ГОСТ 5521—67).

Помимо стали ВМСт3сп, металлургические заводы поставляют стали марок: ВМСт3пс, ВМСт3кп, ВКСт3сп, ВКСт3пс, ВКСт3ки (ГОСТ 380—71).

Углеродистую сталь С применяют для постройки и ремонта морских судов; углеродистую сталь ВМСт3сп обыкновенного качества— судов внутреннего и смешанного («река — море») плавания.

Судостроительная сталь должна:
обладать некоторой устойчивостью против коррозии (в воде и на воздухе);
выдерживать обработку в горячем и холодном состояниях;
хорошо свариваться дуговой сваркой;
выдерживать загиб на 180° в холодном состоянии по оправке.

Углеродистые стали отличаются малым содержанием углерода (0,14—0,22%), серы и фосфора (не более 0,05% каждого). Сера придает металлу красноломкость, а фосфор — хладноломкость. При красноломкости металл трескается и ломается в нагретом состоянии; хладноломкость — способность металла снижать вязкость при пониженных температурах.

Низколегированные стали (вышеперечисленных марок) отличаются низким содержанием углерода (не более 0,12%); в стали добавляют легирующие элементы: кремний, марганец, хром, никель, медь.

Сталь (в соответствии с ГОСТ 5521—67) поставляют в виде листового и профильного проката; различают:
толстолистовую сталь (толщина листов 4—56 мм); тонколистовую сталь (толщина листов 0,9—3,9 мм);, фасонную (или профильную) сталь (рис. 4): равнобокий угольник, неравнобокий угольник, швеллер (корытный профиль), двутавр, углобульб, полособульб, симметричный полособульб, люковый сегментный (полукруглый), круглые профили.

В судостроении применяют и другие стали с особыми физическими или физико-механическими свойствами: ковкие стали — для изготовления мелких деталей, углеродистые и легированные — для судовых поковок, нержавеющие стали. Последние обладают высокой коррозионной устойчивостью, хорошо свариваются; из них изготовляют крылья для судов на подводных крыльях, облицовки гребных валов, лопатки турбин и др.; однако имеют повышенную стоимость, поэтому применение их ограниченное.

Алюминий. Он обладает высокой пластичностью, более высокой коррозионной стойкостью по сравнению со сплавами, созданными на его основе, но имеет низкие механические и литейные свойства, поэтому в судостроении его применяют в виде тонкой фольги, используемой в качестве теплоизоляционного материала.

Алюминиевые сплавы (в них входит 80—90% алюминия) делятся на две группы: обрабатываемые давлением и литейные.

Рис. 4. Профильный прокат:
1 — равнобокий угольник, 2 — неравнобокий угольник, 3 — швеллер, 4 — двутавр, 5 — углобульб, 6 — полособульб, 7 — симметричный полособульб, 8 — люковый профиль, 9— сегментный профиль, 10 — прутковая сталь

Алюминиевые сплавы, обрабатываемые давлением (деформируемые). Рассматриваемые сплавы бывают термически неупрочняемые и упрочняемые.

Термически неупрочняемые сплавы (по сравнению с упрочняемыми) обладают меньшей прочностью, но гораздо более высокой антикоррозионной стойкостью, повышенной пластичностью, хорошей свариваемостью.

К термическим неупрочняемым сплавам относятся: алюминиево-марганцевый и алюминиево-магниевый сплавы.

Алюминиево-марганцевый сплав АМц обладает низкой прочностью, имеет высокую антикоррозионную стойкость и большую пластичность в отожженном состоянии; хорошо сваривается; применяют для изготовления легких выгородок, баков для жидкостей (кроме щелочей и кислот), вентиляционных труб и др.

Алюминиево-магниевые сплавы АМг, АМг5, АМг5В, АМгб, АМг61 обладают высокими антикоррозионными свойствами; при содержании магния меньше 3% прочность их незначительна, при большем содержании магния (свыше 5,5%) прочность сплава увеличивается, но понижается сопротивление коррозии.

Сплавы АМг и АМг5 применяют для изготовления малонагруженных конструкций: легких переборок, трубопроводов, арматуры, бачков, а также для внутренней отделки судов; хорошо свариваются контактной и аргонно-дуговой сваркой, несколько хуже газовой. Из сплава АМг5 изготовляют заклепки.

Сплав АМг5В (средней прочности) наиболее коррозионноустойчив. Сплавы АМг5В, АМгб, АМг61 применяют для изготовления нагруженных прочностных конструкций корпусов судов; хорошо свариваются контактной и аргонно-дуговой сваркой.

К термически упрочняемым сплавам относятся алюминиево-медные сплавы и алюминиевые сплавы для ковки и штамповки.

Алюминиево-медные сплавы (дуралюмины) до изготовления корпусов судов обрабатывают, а затем закаляют в особых масляных ваннах с быстрым охлаждением; имеют прочность, равную прочности некоторых малоуглеродистых сталей. В состав дуралюминов, кроме меди, магния и кремния, упрочняющих сплавы, входит марганец, способствующий измельчению структуры металла. Серьезным недостатком этих сплавов является низкая их антикоррозионная стойкость.

Дуралюмин Д1 применяют для изготовления малонагруженных конструкций корпуса: настилов в корпусе, внутренней обшивки, трапов, дверей, стоек, судовой мебели, а сплав Д6 — для изготовления нагруженных конструкций: переборок, кронштейнов, раскосов. Из сплава Д16, обладающего высокой прочностью, изготовляют заклепки, обшивку и набор корпусов и конструкций.

Алюминиевые сплавы для ковки и штамповки в качестве основы имеют алюминиево-медные сплавы с добавкой легирующих элементов: магния, никеля, железа и кремния. В судостроении применяют сплав АК4, обладающий относительно высокой прочностью, используемый для изготовления несложных штамповок и поковок.

Алюминиевые литейные сплавы сохраняют свойства чистого алюминия с присадками (кремний, магний, медь и цинк), которые улучшают литейные свойства сплава, повышают прочность и твердость, но одновременно уменьшают его пластичность, антикоррозионную стойкость, тепло- и электропроводность.

Алюминиево-кремниевые сплавы (силумины) применяют при фасонном литье. Из сплава АЛ2 изготовляют арматуру, коробки, маховики, барашки, кронштейны и др.

Алюминиево-магниевые сплавы обладают по сравнению с силуминами более высокой антикоррозионной стойкостью и лучшими механическими свойствами.

Наибольшее применение получили сплавы АЛ8 (в закаленном состоянии), АЛ 13 и 45Мг2; из АЛ8 и АЛ 13 изготовляют детали арматуры масляных и топливных систем, вентиляции и дельных вещей; из сплава 45Мг2 —детали и изделия (трубопроводы пресной воды, масляные и топливные системы, судовые механизмы и оборудование, дельные вещи), работающие при высокой температуре, но не выше 100° С.

Основным преимуществом всех алюминиевых сплавов является их малая плотность (2,6—2,8 г/см 3 ), что в три раза меньше плотности судостроительной стали (7,85 г/см 3 ). Поэтому алюминиевые сплавы широко применяют для постройки судов облегченного типа (СПК, СВП, полуглиссеров), а также для изготовления надстроек крупных пассажирских судов.

Лесоматериалы. Все древесные породы делят на хвойные и лиственные. Из хвойных пород в судостроении применяют: сосну, ель, лиственницу, пихту и кедр. Из лиственных — березу, дуб, ясень и красное дерево.

Лесоматериалы применяют в виде бревен, брусьев, брусков, досок, фанеры, столярных и древеснослоистых плит.

Бревна и брусья используют для изготовления деталей, поддерживающих корпусные конструкции при сборке на стапеле и на сборочных площадках.

Из брусков изготовляют обрешетники, подножные решетки и другие судовые конструкции; из досок — переборки, настилы и др.

Фанеру используют для изоляции и декоративной отделки помещений; выпускают различных марок и типоразмеров толщиной от 0,8 до 16 мм; изготовляют из шпона (тонкий слой древесины толщиной 0,4—0,7 мм) различных пород дерева — березы, ореха, дуба и др.

Столярные плиты — это клееные щиты, основа (внутренняя часть) которых состоит из брусков дерева хвойных пород, соединенных между собой клеем или вшпунт, а рубашки (наружная часть) — из шпона или фанеры, наклеенных на основу. Из плит изготовляют крышки столов, боковые стенки и полки шкафов, панели и переборки судовых помещений.

Древеснослоистыё пластики (ДСП) изготовляют в виде плит из листов березового шпона, пропитанных фенолформальдегидными смолами и клеенных при высокой температуре (до 150° С) под давлением (до 300 кГс/см 2 ).

Для защиты древесины от загнивания и придания ей огнестойкости ее пропитывают специальными растворами — антисептиками и антипиренами.

В судостроении применяют материалы, получаемые на химических заводах при помощи синтеза различных органических веществ. В основном используют эластики и пластики (пластмассы).

Эластики обладают высокой эластичностью и сохраняют свою первоначальную форму после снятия усилий.

Пластмассы применяют для изготовления крупногабаритных конструкций, устанавливаемых на металлических корпусах: надстроек, рубок, капов и др., а также переборок и выгородок внутри корпуса. Применение синтетических материалов для изготовления судовых конструкций стало возможным в результате создания специальной группы пластмассовых материалов — стеклопластиков. Этот материал по сравнению с металлом и деревом обладает большой относительной прочностью, не магнитен, не корродирует, стоек против гниения, красится в процессе полимеризации и др.

Стеклопластик — материал сложной композиции, основными составляющими которого является связующее (смола с различными добавками), и армирующий материал. В качестве связующего для стеклопластиков используют ненасыщенные полиэфирные смолы холодного отверждения; армирующий материал — стекловолокнистые наполнители: стеклохолсты, стекложгут, стеклоткани разнообразного плетения. Тканевые материалы подразделяют на ткани из крученых и некрученых нитей (жгутовые ткани или стеклорогожки).

Плотность стеклопластиков зависит от материала и объема армирования и составляет 1,6—1,8 г/см 3 ; стеклопластики в 5 раз легче стали и в среднем примерно в 2 раза легче алюминиевых сплавов.

Чем больше в пластике содержится стекловолокна, тем он прочнее; содержание стекловолокна по массе; изменяется от 30 до 60%, а иногда до 70%, что соответствует 15—40% по объему. Разместить в пластике большее количество стекловолокна и тем самым повысить прочность материала не удается, так как при этом смола не будет надежно закрывать со всех сторон наполнитель.

Стеклопластик подвержен старению, и «прочностные показатели его снижаются как при продолжительном действии нагрузки, так и без нее. Снижение предела прочности только в результате старения составляет 10—20% за 10 лет.

При погружении стеклопластиков в морскую или речную воду прочность его снижается (особенно в первые 10 суток) примерно на 25—35%, а затем незначительно. Для уменьшения величины снижения предела прочности стеклопластика армирующий материал (стеклоткань) обрабатывают гидрофобноадгезионными составами, отталкивающими воду. Например, состав ГВС-9 снижает потери прочности до 10—12%, зависящие от марки смолы и стекловолокнистых наполнителей.

Стеклохолст — армирующий материал, обеспечивает наиболее равномерные (одинаковые по всем направлениям) прочностные свойства стеклопластика. Химически связанный стеклохолст представляет собой хаотически расположенное рубленое волокно, соединенное специальными эмульсиями; легко пропитывается смолой; значительно дешевле стеклотканей. Прочность стеклопластиков, полученных на основе стеклохолста, относительно невелика, поэтому их применяют для изготовления малонагруженных судовых конструкций (надстроек, выгородок и др.) и корпусов мелких судов (катеров, лодок).

Стекложгут используют для подкрепления конструкций в строго определенном направлении (например, для армирования свободных поясков балок набора); применяют для производства балок таврового или полособульбового профиля способом непрерывной протяжки на специальных машинах. В таких балках жгуты во всех элементах ориентированы параллельно направлению подкрепления. Стекложгут применяют также для получения рубленого волокна при изготовлении стеклопластика методом напыления; этот материал (рубленое волокно) близок по свойствам к стеклопластику, армированному стеклохолстом.

Стеклоткани сатинового переплетения и кордные ткани, используемые в качестве армирующего материала, обеспечивают относительно высокую прочность стеклопластика.

У тканей сатинового переплетения каждая нить основы (нити, идущие вдоль направления рулона) проходит над определенным количеством нитей утка, а затем — над группой таких нитей. В этих тканях нет крупных перегибов нитей, как в тканях полотняного переплетения. Поэтому стеклопластики на их основе обладают большей прочностью и жесткостью; эластичны, хорошо укладываются по обводам формы и легко пропитываются смолой. Эти свойства обусловили их широкое применение в судостроении.

Кордные ткани изготовляют как из крученых, так и некрученых нитей. Нити основы кордных тканей связаны относительно слабыми нитями утка и не имеют перегибов. Стеклопластик, армированный кордными тканями, применяют для усиления связей в определенном направлении (например, для палубного стрингера, ширстрека, горизонтального киля, поясков балок и др.).

Изоляционные материалы применяют на судах для тепловой, противопожарной и противошумной изоляции; не должны поддерживать горения, быть стойкими к воздействию влаги, для чего изоляцию покрывают сверху шпаклевкой и окрашивают.

Покрасочные материалы служат для покрытий всех судовых поверхностей. К ним относятся: масляные, смоляные и силикатные краски, свинцовый и железный сурик, белила, лаки, синтетические краски, эмали (на основе пентафталевых смол), этинолевые краски, кузбасский лак и др.

Для лучшей защиты судовых конструкций и обеспечения более длительного срока их службы лакокрасочные покрытия наносят на тщательно зачищенные и загрунтованные поверхности.

Подводные поверхности корпусов морских судов покрывают специальными красками, более стойкими против обрастания корпуса ракушками и водорослями.

Клеи применяются для соединения различных деталей судового оборудования и корпусных конструкций; должны обладать хорошей адгезией (способностью прилипать к поверхности), достаточной прочностью, огнестойкостью, температуроустойчивостью, нетоксичностью и технологичностью.

Бетон получают смешивая судостроительный цемент с водой и наполнителями (песок, щебень и гравий) в определенных пропорциях. Конструктивное соединение бетона и стальной арматуры — железобетон отличается не только хорошей твердостью, но и способностью частично работать на растяжение; применяют для изготовления корпусов железобетонных судов, покрытия палуб, ремонта отдельных корпусных конструкций стальных судов.

Мастики применяют для защиты палуб от воздействия влаги и придания им большей стойкости против механических воздействий и искрообразования (на танкерах). В судостроении и судоремонте применяют специальные мастики (типа «Нева» и др.); ими покрывают палубы после окончания сварочных работ и испытаний их на водонепроницаемость.

К прочим неметаллическим судостроительным материалам относятся: резина, применяемая для прокладок, уплотнения горловин, иллюминаторов, люков, дверей и др.; кожа — для различных прокладок, манжет и отделки мебели (широко используется искусственная кожа); стекло — для изготовления иллюминаторов, зеркал, водоуказательных стекол и др. В качестве отделочных материалов находят применение линкруст, повинол, различные ткани и др.

Высокопрочные судостроительные стали

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.

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: