Ваш город
smc@metinvestholding.com
Написать письмо
smc@metinvestholding.com
0 800 30 30 70
Позвонить
0 800 30 30 70
Заказать звонок
Войти

Зарегистрироваться

Стали, которые используются в судостроении

  1. Главная
  2. Статьи
  3. Стали, которые используются в судостроении
Стали, которые используются в судостроении
Судостроительные стали и металлы которые применяются при строительстве кораблей. Цветной и черный судостроительный прокат - его виды, классификация и требования которые выдвигаются для судовых сталей
Стали, которые используются в судостроении
Метинвест СМЦ
https://metinvest-smc.com/ru/articles/stali-yaki-vikoristovuyutsya-v-sudnobuduvanni/
2020-09-16 11:18:53
Стали, которые используются в судостроении
15 Сентября 2020

При создании морских и речных судов важно обеспечить их плавучесть, остойчивость, длительный срок службы, надежность эксплуатации и одновременно упразднить риски аварий и рационально снизить массу обшивки, а также машин и агрегатов. Поэтому все основные технологические и вспомогательные судостроительные материалы подбираются с особой тщательностью на основе технико-экономических обоснований.

Металлы в судостроении

С того момента, как строительство кораблей, катеров и барж стало не только искусством, но и наукой, металл для судостроения стал основным материалом. Конечно, металлические материалы могут отличаться химическим составом, разными физико-механическими свойствами и целевым назначением. Но только их применение позволило сделать корпусную обшивку, детали машин и многочисленные технологические конструкции гражданских, военных и промысловых судов в необходимой конструкционной форме и с высокими параметрами прочности, твердости и коррозионной стойкости. Они:

  • могут свариваться, клепаться и упрочняться термообработкой;
  • хорошо воспринимают штамповочную и механическую обработку;
  • позволяют выполнить техническое и художественное конструирование, отвечающее требованиям и особенностям судов определенной группы.

Цветные металлы в судостроении

Это обширная группа, включающая все металлы, кроме железосодержащих. Как судостроительные материалы, они отличаются относительно небольшим весом, пластичностью и коррозионной стойкостью. Такие качества позволяют широко использовать их при строительстве танкеров, сухогрузов, военных и транспортных кораблей и катеров, исследовательских и пассажирских судов.

Классификация цветных металлов

Группа

Входящие металлы

Твердость по Бринеллю, МПа

Температура плавления, °С

Легкие

Алюминий

200…370

660

Бериллий

600

1278

Магний

260

650

Титан

1300…2070

1668

Тяжелые

Кобальт

700

1494

Медь

350

1083

Никель

600

1453

Олово

50…100

232

Свинец

40…60

327

Цинк

300…420

419

Благородные

Золото

250

1064

Платина

300

1769

Родий

1100

1963

Серебро

250

961

Конечно, названные цветные металлы в судостроении используются в разной степени. Например, наиболее широко применяются магниевые, дюралевые, титановые и медные сплавы. Их используют для изготовления:

  • приборов навигации и управления;
  • труб теплообменных аппаратов;
  • инструментальной оснастки;
  • корпусов малых судов;
  • надстроек;
  • рубок.

Золото и серебро используются в приборостроении и в устройствах связи, родий – в фильтрационных системах и термоэлектрических преобразователях. Алюминий в судостроении позволяет улучшить ходовые, маневренные и скоростные качества, но при многочисленных достоинствах этот металл достаточно дорогой, поэтому стальные сплавы были, есть и будут в ближайшем будущем основным конструкционным материалом в этой отрасли.

Углеродистая сталь и чугун

Углеродистые стали – железоуглеродистые сплавы, в составе которых отсутствуют легирующие добавки, а количество углерода менее 2,14%. В зависимости от содержания углерода их классифицируют на низко-, средне- и высокоуглеродистые, а по содержанию серы и фосфора – на обычные, качественные и высококачественные. В связи с особенностями технологии плавки они могут содержать ряд примесей, в том числе марганца и кремния, но их малая количественная доля не оказывает значительного влияния на механические свойства.

Стальной лист для судостроения изготавливается гладким, рифленым и рельефным. Также в отрасли применяют:

Как конструкционный материал, углеродистые стали:

  • ремонтопригодны;
  • хорошо обрабатываются;
  • обладают достаточной вязкостью;
  • характеризуются довольно высокой огнестойкостью;
  • стойко сопротивляются ударам и разрушению под влиянием вибраций.

К недостаткам можно отнести невысокую коррозионную стойкость. Тем не менее, марки стали Ст3, 08, 20, 45, 60 находят применение при создании:

  • грузовых твиндеков и трюмов, мачт и колонн;
  • внутренних перекрытий корпуса;
  • туннелей гребного вала;
  • нижнего мостика;
  • баков и люков.

Кроме стали в эту группу входят и чугуны. Это тоже железоуглеродистые сплавы, только массовая доля углерода в них превышает 2,14 %. Различают белые, серые, ковкие чугуны. В судостроительной отрасли их используют для изготовления элементов рулевого управления, корпусов редукторов и двигателей, а также других деталей морских и речных судов.

Легированная сталь

Железоуглеродистые сплавы, содержащие один или несколько легирующих элементов. Чаще всего в этих целях используются недорогие и недефицитные присадки: марганец, кремний, хром. А для повышения прочностных свойств вводят бор, ванадий, вольфрам, никель, ниобий, молибден и титан.

В целом для повышения и улучшения различных свойств судостроительных сплавов применяют довольно большое количество элементов, ведь легирование – основной способ воздействия на металлы с целью косвенно или непосредственно изменить их эксплуатационные качества. Количество легированных сплавов обширно и увеличивается с каждым днем. Поэтому сложно перечислить все легированные стали, назовем лишь некоторые из них.

Легированные марки стали для судостроения

Вид

Свойства

Марки

Возможное применение

Конструкционные (универсальные)

Демонстрируют оптимальное сочетание прочности, пластичности, вязкости и хладостойкости

15Х, 09Г2С, 10Г2СД, 20Х2Н4А. АБ2

Сварные элементы жилой надстройки, обшивка рыболовецких шхун и трейлеров.

Шестерни, рессоры, оси, толкатели, червяки, валы технологического оборудования

Стали нормальной прочности

Демонстрируют оптимальное сочетание прочности, пластичности, вязкости и хладостойкости.

A, B, D, E

Корпусная обшивка, надпалубные части судов

Стали повышенной прочности

Имеют повышенные параметры механической прочности, стойкости к истиранию и образованию трещин

A27S, D27S, E27S, A32, D32, E32, A36, D36, E36, A40, D40, E40, A40S, D40S, E40S

Изготовление корпусов и сварных надпалубных конструкций

Стали с повышенной коррозионной стойкостью

Отличаются инертностью к воздействию влаги, кислот и щелочей

10ХСНД, 15ХСНД, 20Н3ДМА

Балки, трюмы танкеров, обшивка военных кораблей и катеров, рулевые и якорные устройства

Жаростойкие

Обладают стойкостью к химическому разрушению при нагреве до +550 °С

20ХМ, 08Х17Т, 12Х1МФ, 20Х25М20С2,

16Х18Н12С4ТЮЛ*

Противопожарные перегородки, коффердамы, гребные винты*

Жаропрочные

Способны длительное время сопротивляться деформированию под воздействием высоких температур и нагрузок

40Х10С2М, 11Х11Н2В2МФ, 12Х18Н9Т, 15Х11МФ

Энергетические установки, корпусы клапанов и турбинных машин

Износостойкие

Характеризуются повышенной стойкостью к износу и абразивной эрозии

110Г13Л, 18Х2Н4МА, 40ХФА

Настил палубы, элементы машинного отсека

Электротехнические

Ферромагнитные материалы

2011, 2312, 3406

Магнитоактивные элементы электрических машины, аппаратов и приборов

Отдельные детали корпуса, например, ахтерштевень, рулевые рамы, кронштейны гребных валов, изготавливают из стального литья. Так, 08ГДНФЛ – не основная марка стали для корпуса судна, но из нее изготавливают, как правило, оконечность и реже кормовую часть с толщиной стенки до 800 мм.

Инструментальная сталь

В эту группу входят легированные и углеродистые сплавы. Содержат повышенное количество углерода и применяются после термической обработки. В зависимости от целевого назначения их классифицируют на:

  • режущие;
  • быстрорежущие;
  • для измерительных инструментов;
  • штампованные для холодного и горячего деформирования.

Они характеризуются различными параметрами твердости, пластичности, красностойкости, износостойкости и вязкости и в корабельном деле используются по-разному. Так, из них изготавливают:

  • У12, У7А – ручной механический инструмент, пуансоны, калибры;
  • 9Х1, Х12МФ, 4Х3ВФ, ЗХ2В8Ф – холодно- и горячедеформированные штампы;
  • 4ХС, 5ХВ2СФ – ударный инструмент;
  • Р9, Р18, Р6М5, Р10К5Ф5 – быстрорежущий инструмент.

Нержавеющая сталь

Коррозионностойкий вид легированных сплавов. Такие стали содержат повышенное количество хрома (в пределах 13…30 %), поэтому на их поверхности образуется оксидная пленка и они характеризуются хорошей прочностью и очень высокой стойкостью против атмосферной, химической, почвенной и электрохимической коррозии. Но, несмотря на это нержавеющая сталь в судостроении используется ограниченно, так как:

  • сваривается с использованием специальных режимов;
  • из-за наличия хрома в составе проявляет свойства хладоломкости;
  • является дорогостоящим материалом.

Марки 95Х18, 30Х13, 08Х17Т демонстрируют очень высокую коррозионную стойкость в морской и речной воде, а также химическую стойкость к кислотам и щелочам. В сочетании с улучшенной теплостойкостью и прочностью это делает их применение целесообразным в танкерах и судах спецназначения. Также их используют для изготовления подшипников и других деталей корабельного оборудования.

Требования к судостроительным сталям

Характер эксплуатации речных и морских судов априори предполагает механическую прочность и водостойкость всех применяемых материалов. Но корабельная сталь также должна обладать целым рядом технических и служебных свойств. Например, определенными параметрами предела текучести, относительного удлинения, теплопроводности, а также способностью выдерживать воздействие высоких и низких температур, высокой вязкостью, пластичностью в холодном и горячем состоянии и прочим. Так что выделим основные требования к ним.

Прочность

В судостроительной отрасли это понятие подразумевает способность сплава воспринимать воздействие статических и динамических нагрузок без разрушения и значительных изменений формы конструкции. Сталь должна также обладать достаточной жесткостью и способностью воспринимать нагрузки без возникновения остаточных деформаций.

Свариваемость

Способность металла образовывать неразъемное соединение под воздействием термического нагрева. Судостроительные марки стали – сложные сплавы, содержащие сопутствующие и легирующие примеси. Поэтому применительно к ним свариваемость – это комплексная характеристика, определяющая эксплуатационную надежность и прочность сварных соединений, а также технические сложности, возникающие при сварке.

Применение сварки позволило снизить массу судов. По сравнению с клепанным корпусом сварная обшивка легче приблизительно на 20 %, так как не имеет технических соединительных уголков и клепаных соединений. При этом она отличается гладкой поверхностью, соответственно судно оказывает меньшее сопротивление движению и его проще защитить от коррозии.

Упругость

Свойства металлической структуры изменять свои первоначальные размеры и формы после внешних воздействий и восстанавливать их после снятия нагрузки. В судах таким видом деформации может быть продольный изгиб, касательные напряжения, перегиб и другие сжимающие и изгибающие воздействия на корпус. Следовательно, данное свойство особенно берется во внимание при выборе стали для обшивки, элементов днища и палубы.

Морская коррозия

Вода в морях и океанах отличается повышенным содержанием солей и по сути является нейтральным электролитом. Хлориды способны вызывать депассивацию и коррозию сталей, которая протекает по электрохимическому принципу.

К тому же в акваториях все чаще присутствуют следы сероводорода и нефтепродуктов. В комплексе с динамическим воздействием водных масс это усиленно провоцирует интенсивное образование язв и питтинговой коррозии. Поэтому в судостроительной отрасли к сталям применяют особые требования на способность сопротивляться морской коррозии.

Деформация

Это свойство характеризует способность металла пластично и без деструкции изменять свою структуру. Для этого оценивают относительное удлинение при работе на растяжение. Весьма важная характеристика и показатель степени анизотропности стали – предельная пластичность, определяемая полным сужением в шейке.

Классификация судостроительных материалов по классу прочности

Максимальный экономический эффект достигается только за счет полного использования прочностных качеств стали в кораблестроении. Соответственно, как материал их подразделяют на разные классы нормальной и повышенной прочности.

В мировой практике принято использовать метод классификации корпусных стальных сплавов, разработанный МАКО (Международной ассоциацией классификационных обществ). Он предполагает разделение по параметрам предела текучести и работы удара в диапазоне разных температур.

Стали нормальной прочности

Широко используются для создания причалов и якорных устройств, в корпусной обшивке научно-исследовательских кораблей и судов, глиссирующих на воздушной подушке и подводных крыльях.

Механические свойства судостали нормальной прочности

Марка

Минимальный предел текучести ReH, МПа

Временное сопротивление Rm, МПа

Минимальное относительное удлинение, %

Энергия удара для толщины не более 50 мм, Дж

Температура, °С

Продольный образец

Поперечный образец

A

235

400-520

22

+20

-

-

B

0

27

20

D

-20

27

20

E

-40

27

20

Высокопрочные стали

Спасательные, рыболовные, транспортные и грузовые суда, рассчитанные на плавание в акваториях с толщиной льда от одного метра и более, способные продвигаться в сплошном ледовом поле. А также суда обеспечения космических и океанических исследований.

Механические свойства высокопрочной судостали

Марка

Минимальный предел текучести ReH, МПа

Временное сопротивление Rm, МПа

Минимальное относительное удлинение, %

Энергия удара для толщины не более 50 мм, Дж

Температура, °С

Продольный образец

Поперечный образец

A27S

265

400-530

22

0

27

20

D27S

-20

27

20

E27S

-40

27

20

F27S

-60

27

20

A32

315

440-570

22

0

31

22

D32

-20

31

22

E32

-40

31

22

F32

-60

31

22

A36

355

490-630

21

0

34

24

D36

-20

34

24

E36

-40

34

24

F36

-60

34

24

A40

390

510-660

20

0

39

26

D40

-20

39

26

E40

-40

39

26

F40

-60

39

26

Естественно, стандарты четко регламентируют требования к производству листового, сортового и фасонного проката, предназначенного для строительства судов гражданского, промыслового и военного назначения. Но стоит учитывать, что сталь судостроительная ГОСТ 5521 также может использоваться не только для постройки судов, но и для различных речных и морских сооружений, например, причалов, понтонов, нефтегазодобывающих платформ. Так, сталь класса E подходит для создания морской техники, эксплуатируемой в подводных условиях морей арктического бассейна.

P.S.

Надеемся, что данная статья дала читателю представление о том, какой металл используют в судостроении в наши дни. Ну а если вы хотите купить металл заказ или вам нужна дополнительная информация, обращайтесь. Менеджеры «МЕТИНВЕСТ-СМЦ» проконсультируют на предмет технико-эксплуатационных свойств продукции, помогут сориентироваться в ассортименте и организуют доставку вашего заказа в любой регион Украины.