Методы упрочнения и классификация судостроительных сталей

Оптимизация прочности строительной стали. Дополнительное повышение прочности строительной стали достигается за счет введения в ее состав незначительных добавок активных карбидо- и нитридообразующих элементов с обязательной последующей термической обработкой. Данный технологический процесс обеспечивает образование дисперсных частиц карбонитридов и способствует измельчению зерна металлической структуры. В результате удается не только сохранить, но и существенно повысить сопротивление хрупкому разрушению материала. Это делает сталь более надежной и долговечной в эксплуатации при значительных нагрузках.

Легирование ванадием и алюминием. Из экономических и технологических соображений в России для этой цели широко применяют карбонитриды ванадия и нитриды алюминия. Небольшие добавки ванадия, алюминия и азота, суммарная массовая доля которых не превышает 0.2%, вводят в состав низколегированной стали типа 14Г2. Готовый прокат подвергают нормализации с нагревом до температурного интервала 890—950 °C. Вследствие этой обработки в структуре стали формируются дисперсные частицы карбонитридов диаметром от 10 до 100 микрометров. Это позволяет получать стали с пределом прочности σ_т = 400—500 МПа и низкой температурой хрупкости.

Свойства и технологичность карбонитридно-упрочненных сталей. Сталь с карбонитридным упрочнением демонстрирует высокую технологичность и пригодна для всех видов холодной формовки, а также для операций горячей гибки, вальцовки и штамповки. Следует отметить, что увеличение температуры нагрева или скорости охлаждения приводит к росту прочностных характеристик, но одновременно снижает пластичность, вязкость и хладостойкость из-за формирования неблагоприятной микроструктуры. Изменения температуры ниже точки A1, включая кратковременные нагревы до 700 °C, дополнительный отпуск при 550—650 °C в течение 3—5 часов, а также длительную выдержку до 1000 часов при 400—500 °C, не оказывают существенного влияния на механические свойства стали.

Особенности сварки легированных сталей. При соблюдении основных требований к технологии и соответствующем подборе присадочных материалов, флюсов и электродных покрытий, сварку сталей марок 14Г2АФ(Д), 15Г2АФДпс и 16Г2АФ можно производить всеми способами, принятыми в изготовлении и монтаже стальных строительных конструкций. Оптимальный комплекс механических свойств сварного соединения достигается при скорости охлаждения в диапазоне от 10 до 20 °C в секунду. Это требование необходимо учитывать при разработке технологических карт на сварочные работы.

Классификация и применение судостроительных сталей. Судостроительные стали производят в виде разнообразного проката: тонколистового (толщиной 0.9—3.9 мм) и толстолистового (4—130 мм), широкополосного, полосового и фасонного, а также в виде поковок и отливок. По основным признакам различают судостроительные стали нормальной прочности, повышенной прочности и хладостойкие. Область применения сталей нормальной и повышенной прочности включает корпуса судов и кораблей всех типов и назначений, а также корпусные конструкции плавающих буровых установок и других морских сооружений. Эти материалы предназначены для постоянной эксплуатации в нормальных климатических условиях.

Маркировка сталей по правилам Регистра. Стали нормальной прочности согласно Классификации Регистра и Международной ассоциации классификационных обществ (МАКО) обозначаются марками А, В, D и Е и имеют минимальный предел текучести 230 МПа. Стали повышенной прочности выпускают следующих марок: А32, D32, Е32, А36, D36, Е36, А40, D40, Е40. Их поставка регламентируется стандартом ГОСТ 5521—93. Не рекомендуется применять эти стали для изготовления наиболее нагруженных сварных конструкций III категории по правилам Регистра, арктических судов и буровых платформ, когда расчетная температура опускается ниже –30...–40 °C. Под расчетной температурой понимают минимальную среднесуточную температуру воздуха за пятилетний период эксплуатации.

Хладостойкие стали для арктических условий. Для наиболее ответственных конструкций, используемых в арктических условиях, применяют специальные хладостойкие стали повышенной прочности. К ним относятся марки 10ГНБ-СШ (10ГНБ-Ш) и 10ХНДМ-СШ (10ХНДМ-Ш) с минимальным пределом текучести 355—390 МПа. Эти стали отвечают строгим требованиям правил Регистра для категорий Г36, E40S, F40Z, E40SZ. Для специальных и основных несущих конструкций плавающих буровых установок арктического назначения, а также ледового пояса атомных ледоколов применяют высокопрочные хладостойкие стали 12ХН2МД и 12ХН2МД-Ш, 12ХНЗМДФ-Ш, 12ХН4МДБ-Ш.

Эксплуатационные характеристики хладостойких сталей. Сварные конструкции из указанных хладостойких сталей надежно эксплуатируются при температурах до –30...–40 °C для сталей открытых методов выплавки и при температурах до –50...–60 °C для сталей электрошлакового переплава. Эти материалы также пригодны для изготовления резервуаров хранения и транспортировки сжиженных газов класса LPG (пропан-бутан). Для резервуаров, предназначенных для хранения и транспортировки сжиженных природных газов класса LNG при экстремально низких температурах около –150 °C, применяют специальные хладостойкие стали 0Н9-СШ и 0Н9-Ш. Эти марки обладают уникальными механическими свойствами, сохраняющимися в условиях глубокого холода.