Сталі, які використовуються в суднобудуванні

При створенні морських і річкових суден важливо забезпечити їх плавучість, остійність, тривалий термін служби, надійність експлуатації й одночасно скасувати ризики аварій та раціонально знизити масу обшивки, а також машин та агрегатів. Тому всі основні технологічні й допоміжні суднобудівні матеріали підбираються з особливою ретельністю на основі техніко-економічних обґрунтувань.

Метали в суднобудуванні

З того моменту, як будівництво кораблів, катерів й барж стало не тільки мистецтвом, але й наукою, метал для суднобудування став основним матеріалом. Звичайно, металеві матеріали можуть відрізнятися хімічним складом, різними фізико-механічними властивостями та цільовим призначенням. Але тільки їх застосування дозволило зробити корпусну обшивку, деталі машин та численні технологічні конструкції цивільних, військових й промислових суден в необхідній конструкційній формі й з високими параметрами міцності, твердості та корозійної стійкості. Вони:

• можуть зварюватись, клепатись та зміцнюватись термообробкою;
• добре сприймають штампувальну й механічну обробку;
• дозволяють виконати технічне та художнє конструювання, що буде відповідати вимогам та особливостям суден певної групи.

Кольорові метали в суднобудуванні

Це велика група, що включає всі метали, крім залізовмісних. Як суднобудівні матеріали, вони відрізняються відносно невеликою вагою, пластичністю та корозійною стійкістю. Такі якості дозволяють широко використовувати їх при будівництві танкерів, суховантажних суден, військових та транспортних кораблів й катерів, дослідницьких й пасажирських суден.

Класифікація кольорових металів

Звичайно, названі кольорові метали в суднобудуванні використовуються у різному ступені. Наприклад, найбільш широко застосовуються магнієві, алюмінієві, титанові й мідні сплави. Їх використовують для виготовлення:

• приладів навігації та управління;
• труб теплообмінних апаратів;
• інструментального оснащення;
• корпусів малих суден;
• надбудов;
• рубок.

Золото і срібло використовуються в приладобудуванні й в пристроях зв'язку, родій – у фільтраційних системах й термоелектричних перетворювачах. Алюміній в суднобудуванні дозволяє поліпшити ходові, маневрені та швидкісні якості, але при численних перевагах цей метал досить дорогий, тому сталеві сплави були, є та будуть в найближчому майбутньому основним конструкційним матеріалом в цій галузі.

Вуглецева сталь і чавун

Вуглецеві сталі – залізовуглецеві сплави, в складі яких відсутні легуючі добавки, а кількість вуглецю менш 2,14%. Залежно від вмісту вуглецю їх класифікують на низько-, середньо- та високовуглецеві, а за змістом сірки й фосфору – на звичайні, якісні та високоякісні. У зв'язку з особливостями технології плавки вони можуть містити ряд домішок, в тому числі марганцю й кремнію, але їх мала кількісна частка не робить значного впливу на механічні властивості.

Сталевий лист для суднобудування виготовляють гладким, рифленим та рельєфним. Також в галузі застосовують:

• кутобульбовий, люковий й зетовий профіль;
• рівнополочний й нерівнобічний куточок;
• круглу й напівкруглу сталь;
• трубний прокат;
• тавр та двотавр;
• швелер;
• смугу.

Як конструкційний матеріал, вуглецеві сталі:

• ремонтопридатні;
• добре обробляються;
• володіють достатньою в'язкістю;
• характеризуються досить високою вогнестійкістю;
• стійко опираються ударам та руйнуванню під впливом вібрацій.

До недоліків можна віднести невисоку корозійну стійкість. Проте, марки сталі Ст3, 08, 20, 45, 60 знаходять застосування при створенні:

• вантажних твіндеків та трюмів, щогл та колон;
• внутрішніх перекриттів корпусу;
• тунелів гребного валу;
• нижнього містка;
• баків та люків.

Крім сталі в цю групу входять і чавуни. Це теж залізовуглецеві сплави, тільки масова частка вуглецю в них перевищує 2,14%. Розрізняють білі, сірі, ковкі чавуни. У суднобудівній галузі їх використовують для виготовлення елементів рульового управління, корпусів редукторів і двигунів, а також інших деталей морських і річкових суден.

Легована сталь

Залізовуглецеві сплави, що містять один або кілька легуючих елементів. Найчастіше в цих цілях використовуються недорогі й недефіцитні присадки: марганець, кремній, хром. А для підвищення міцнісних властивостей вводять бор, ванадій, вольфрам, нікель, ніобій, молібден та титан.

В цілому для підвищення й поліпшення різних властивостей суднобудівних сплавів застосовують досить велику кількість елементів, адже легування – основний спосіб впливу на метали з метою побічно або безпосередньо змінити їх експлуатаційні якості. Кількість легованих сплавів велика й збільшується щодня. Тому важко перелічити всі леговані сталі, назвемо лише деякі з них.

Леговані марки сталі для суднобудування

Окремі деталі корпусу, наприклад, ахтерштевень, рульові рами, кронштейни гребних валів, виготовляють із сталевого лиття. Так, 08ГДНФЛ – не основна марка сталі для корпусу судна, але з неї виготовляють, як правило, кінцеву частину й рідше кормову частину з товщиною стінки до 800 мм.

Інструментальна сталь

У цю групу входять леговані й вуглецеві сплави. Містять підвищену кількість вуглецю та застосовуються після термічної обробки. Залежно від цільового призначення їх класифікують на:

• різальні;
• швидкорізальні;
• для вимірювальних інструментів;
• штамповані для холодного й гарячого деформування.

Вони характеризуються різними параметрами твердості, пластичності, червоностійкості, зносостійкості та в'язкості й в корабельній справі використовуються по-різному. Так, з них виготовляють:

• У12, У7А – ручний механічний інструмент, пуансони, калібри;
• 9х1, Х12МФ, 4Х3ВФ, ЗХ2У8Ф – холодно й гарячодеформовані штампи;
• 4хС, 5ХВ2СФ – ударний інструмент;
• Р9, Р18, Р6М5, Р10К5Ф5 – швидкорізальний інструмент.

Нержавіюча сталь

Корозійностійкий вид легованих сплавів. Такі сталі містять підвищену кількість хрому (в межах 13...30%), тому на їх поверхні утворюється оксидна плівка та вони характеризуються хорошою міцністю й дуже високою стійкістю проти атмосферної, хімічної, грунтової та електрохімічної корозії. Але, не зважаючи на це нержавіюча сталь в суднобудуванні використовується обмежено, через те що:

• зварюється з використанням спеціальних режимів;
• через наявність хрому в складі проявляє властивості холодноламкості;
• є дорогим матеріалом.

Марки 95Х18, 30Х13, 08Х17Т демонструють дуже високу корозійну стійкість в морській і річковій воді, а також хімічну стійкість до кислот і лугів. У поєднанні з поліпшеною теплостійкістю і міцністю це робить їх застосування доцільним в танкерах і судах спецпризначення. Також їх використовують для виготовлення підшипників і інших деталей корабельного устаткування.

Вимоги до суднобудівних сталей

Характер експлуатації річкових і морських судів апріорі передбачає механічну міцність й водостійкість всіх застосовуваних матеріалів. Але корабельна сталь також повинна мати цілу низку технічних та службових властивостей. Наприклад, визначеними параметрами межі плинності, відносного подовження, теплопровідності, а також здатністю витримувати вплив високих й низьких температур, високою в'язкістю, пластичністю в холодному та гарячому стані й іншим. Так що виділимо основні вимоги до них.

Міцність

У суднобудівної галузі це поняття має на увазі здатність сплаву сприймати вплив статичних і динамічних навантажень без руйнування й значних змін форми конструкції. Сталь повинна також мати достатню твердість та здатність сприймати навантаження без виникнення залишкових деформацій.

Зварюваність

Здатність металу утворювати нероз'ємне з'єднання під впливом термічного нагріву. Суднобудівні марки сталі – складні сплави, що містять супутні й легуючі домішки. Тому стосовно до них зварюваність – це комплексна характеристика, яка визначає експлуатаційну надійність й міцність зварних з'єднань, а також технічні складнощі, що виникають при зварюванні.

Застосування зварювання дозволило знизити масу судів. У порівнянні з клепаним корпусом зварна обшивка легше приблизно на 20%, тому що не має технічних сполучних куточків і клепаних з'єднань. При цьому вона відрізняється гладкою поверхнею, відповідно судно чинить менший опір руху і його простіше захистити від корозії.

Пружність

Властивості металевої структури змінювати свої первинні розміри та форми після зовнішніх впливів й відновлювати їх після зняття навантаження. У судах таким видом деформації може бути поздовжній вигин, дотичні напруження, перегин й інші стискаючі та згинальні впливи на корпус. Отже, ця властивість особливо береться до уваги при виборі сталі для обшивки, елементів днища й палуби.

Морська корозія

Вода в морях та океанах відрізняється підвищеним вмістом солей й по суті є нейтральним електролітом. Хлориди здатні викликати депасівацію та корозію сталей, яка протікає за електрохімічним принципом.

До того ж в акваторіях все частіше присутні сліди сірководню й нафтопродуктів. У комплексі з динамічним впливом водних мас це посилено провокує інтенсивне утворення виразок та виразкової корозії. Тому в суднобудівній галузі до сталей застосовують особливі вимоги на здатність чинити опір морської корозії.

Деформація

Ця властивість характеризує здатність металу пластично й без деструкції змінювати свою структуру. Для цього оцінюють відносне подовження при роботі на розтяг. Вельми важлива характеристика та показник ступеня анізотропності сталі – гранична пластичність, обумовлена ​​повним звуженням в шийці.

Класифікація суднобудівних матеріалів по класу міцності

Максимальний економічний ефект досягається тільки за рахунок повного використання міцнісних якостей сталі в кораблебудуванні. Відповідно, як матеріал їх підрозділяють на різні класи нормальної й підвищеної міцності.

У світовій практиці прийнято використовувати метод класифікації корпусних сталевих сплавів, розроблений МАКО (Міжнародною асоціацією класифікаційних товариств). Він передбачає поділ за параметрами межі плинності й роботи удару в діапазоні різних температур.

Сталі нормальної міцності

Широко використовуються для створення причалів та якірних пристроїв, в корпусних обшивці науково-дослідних кораблів й суден, глісируючих на повітряній подушці та підводних крилах.

Механічні властивості судосталі нормальної міцності

Високоміцні сталі

Рятувальні, рибальські, транспортні та вантажні судна, розраховані на плавання в акваторіях з товщиною льоду від одного метра й більше, здатні просуватися в суцільному льодовому полі. А також судна забезпечення космічних й океанічних досліджень.

Механічні властивості високоміцної судосталі

Природно, стандарти чітко регламентують вимоги до виробництва листового, сортового та фасонного прокату, призначеного для будівництва суден цивільного, промислового й військового призначення. Але варто враховувати, що сталь суднобудівна ГОСТ 5521 також може використовуватися не тільки для будівництва суден, а й для різних річкових й морських споруд, наприклад, причалів, понтонів, нафтогазовидобувних платформ. Так, сталь класу E підходить для створення морської техніки, що експлуатується в підводних умовах морів арктичного басейну.

P.S.

Сподіваємося, що дана стаття дала читачеві уявлення про те, який метал використовують в суднобудуванні в наші дні. Ну а якщо ви хочете купити метал або вам потрібна додаткова інформація, звертайтеся. Менеджери «МЕТІНВЕСТ-СМЦ» проконсультують на предмет техніко-експлуатаційних властивостей продукції, допоможуть зорієнтуватися в асортименті й організують доставку вашого замовлення в будь-який регіон України.