低合金船體鋼

根據用途不同低合金船體鋼可分為高強度造船用鋼、艦船殼體用鋼和液化氣運輸船用鋼。

(1)高強度造船用鋼。在各國船級社規(guī)范中，按屈服強度通常在265～395MPa之間2個或3個等級，每一級按沖擊韌性的要求，又分為A、D、E3個檔次。國際船級社聯(lián)合會(IAcs)于1994年修訂了高強度船用鋼規(guī)范，其化學成分列于表1。表中列入的315、355和390MPa3個屈服強度級別，均為經過細化晶粒處理的鎮(zhèn)靜鋼，允許鋼中添加少量鈮、釩、鈦等微合金化元素，進行微合金化處理，且滿足Nb% v% Ti%≤O.12%；若采用熱機械處理軋制(TMcP)，允許化學成分有所調整；按Cdq=C Mn/6 (Cr Mo V)/5 (Ni Cu)/15(%)計算的碳當量不大于O.4%；其力學性能列入表2，表中規(guī)定A、D、E、F4個檔次在O、-20、-40和-60度的夏氏試樣低溫沖擊功均高于一般強度船用鋼。各國船級社從1994年起相繼按IAcs的要求納入了各自的規(guī)范。中國船級社也于1996年將有關內容納入了《鋼制海船八級與建造規(guī)范》中。

表1高強度造船用鋼化學成分

表2高強度造船用鋼的力學性能

(2)艦船殼體用鋼。自第二次世界大戰(zhàn)以來，各國海軍水面艦船一直沿用碳素鋼和高強度鋼作殼體材料，80年代后又開發(fā)了一系列微合金化、更高強度級別的適用鋼種。傳統(tǒng)的殼體用鋼質量趨于優(yōu)化，主要反映在純凈化、細晶化和均勻化等方面。

近10年鋼中雜質元素的含量已能控制在相當低的范圍(%)：

根據產品設計性能的需要，可采用鐵水預處理、三脫技術、爐外精煉等措施達到高純度，一般規(guī)定鋼中全鋁含量不得低于O.015%。成分優(yōu)化的另一重要標志是鋼中添加微量碳氮化物形成元素的處理技術，鋼中的Nb、Ti≤O.02%?？刂栖堉?、控軋冷卻工藝生產的微合金鋼在艦船方面的應用先于民用船舶，至今仍在開發(fā)低碳(C≤O.10%)和超低碳(C≤O.02%)的艦船殼體用鋼。此外美國率先把含銅沉淀硬化型的高強度鋼列入軍品材料，80年代末美國海軍又把4種艦船結構用厚板納入研究計劃(如表3所示)，代表了今后海軍水面艦艇殼體用鋼的發(fā)展趨勢。

表3列入美國海軍研究計劃的四種艦船結構用厚板鋼種

潛艇耐壓殼體用鋼，在水下航行時潛艇(包括深潛器和水下作業(yè)船)耐壓殼體承受負載，下潛深度越大，殼體承受的外壓也越大，隨著潛艇排水量和工作深度增加，就需加大鋼板的厚度、提高鋼材的強度級別。各國這類鋼均已形成系列，其強度范圍、化學成分和生產工藝大致相同。主要合金元素為鎳、鉻、鋁，添加硼為提高厚板的淬透性，加入釩為改善鋼的抗回火穩(wěn)定性能。一般采用電爐冶煉和爐外精煉，在淬火加高溫回火(調質處理)狀態(tài)下使用。美國多采用HY-80、HY-100，英國為QT-35、QT-42和Q(N)，日本為NS46和NS63、NS80、NS90法國選用Marrell-80，前蘇聯(lián)常用AK25和AK27鋼。通用的HY系列的耐壓殼體用鋼的化學成分列于表4，其中HY-130鋼鎳含量達5%，具有優(yōu)越的斷裂韌性，用以建造下潛深度大于300m的常規(guī)潛艇和核動力潛艇。

表4HY系列耐壓殼體用鋼化學成分(%)

(3)海洋鉆采平臺用鋼。平臺用鋼絕大部分沿用各級強度的造船用鋼，這類結構必須經受住大型結構和自重所產生的巨大應力，還要對付苛刻環(huán)境(如風浪，碰撞)因素的影響。使用條件最為苛刻的是平臺結構的節(jié)點用材，要求很好的抗層狀撕裂性能，這種材料稱為Z向鋼。鋼的強度級別一般在吼：≤345MPa以下，主要是保證結構的剛性和較小的年腐蝕率。這種鋼必須采取嚴格的高純凈化冶煉工藝，大幅度降低鋼中的硫含量和氫含量，以提高焊接時抗層狀撕裂的能力。主要牌號有CX522E、HT、JUMI-z、KZT500和NK-z鋼，抗層狀撕裂敏感性主要用z向(鋼板厚度方向)拉伸試驗的斷面收縮率來評定。

(4)碼頭和海洋建筑用耐海水腐蝕鋼。此類材料類似于上述的平臺鋼，如鋼樁用材，在海洋大氣、飛濺帶、潮差區(qū)、全浸區(qū)和海底土壤區(qū)的腐蝕行為和破壞形式是各不相同的，以飛濺帶的腐蝕最為嚴重。一般結構用耐海水腐蝕鋼主要有美國鎳-磷-銅成分的Mariner系和法國銅-鋁-鉬成分的APS系鋼種。焊接結構用耐海水腐蝕鋼的化學成分接近于造船用鋼，主要有日本新日鐵的Mariloy系和川崎的Mariwel系鋼種。國外耐海水腐蝕鋼代表牌號見表5。

表5國外耐海水腐蝕鋼代表牌號

(5)液化氣運輸船用鋼。天然氣、氨等低溫液化氣儲罐和運輸船，以及極寒海域的破冰船用鋼，都要求很好的低溫韌性，主要通過調整合金成分、提高純凈度、提高組織均勻性和熱處理等途徑來改善鋼的低溫韌性，在服役條件下承受外載時不發(fā)生脆性破壞，優(yōu)良的焊接性也是重要的技術要求之一。這類鋼通常采用鎳系低溫鋼，各國低溫鋼規(guī)范及其最低使用溫度見表6，以9%Ni的鋼韌性最高，在調質狀態(tài)下，可滿足天然氣和液化氣的運輸和儲存的技術要求，它比鎳-鉻奧氏體不銹鋼的強度高得多，可用于制造薄壁輕型結構。

表6鐵素體低溫韌性鋼及其最低使用溫度規(guī)范2100433B

19世紀初，就已開始采用中碳結構鋼建造民用船舶和戰(zhàn)艦。為了提高鋼的強度和改善耐海水腐蝕性，陸續(xù)有以硅、鉻和鎳等元素合金化的早期低合金高強度鋼用于造船。自焊接技術取代鉚接應用于造船之后，造船用鋼的成分設計發(fā)生了重大的變革。為改善鋼的焊接性，逐漸降低了鋼中碳含量，并以少量多元復合合金化淘汰了單一元素的合金化方式。第二次世界大戰(zhàn)期間，多艘“自由”輪斷裂的海難事件，引起了人們對造船用鋼的低溫抗斷裂性能的關注，從而在60年代以來，造船用鋼向適用于大線能量焊接和良好的低溫韌性方向發(fā)展，保證了民用船舶和軍用艦艇在服役條件下的安全運行。中國從1957年開始以st52鋼為基礎，研制第一批低合金高強度鋼16Mn(屈服強度345MPa級)和15MnTi(屈服強度395MPa級)，造船業(yè)也是最早采用低合金鋼的部門之一，1957年自行設計并建造了我國第一艘萬噸輪“東風”號。60年代又研制了鉻鎳銅系和釩鈦稀土系成分的高強度鋼用于建造“朝陽”、“向陽”、“紅旗”號等多艘遠洋貨輪和多種型號的軍用艦艇。隨著海洋開發(fā)事業(yè)的進展，在70年代末，我國又研制了海上油氣鉆采平臺用鋼和耐海水腐蝕鋼。80年代中國造船業(yè)和遠洋運輸業(yè)的蓬勃發(fā)展，以此為契機推動了中國造船用鋼的生產和船舶用材規(guī)范向國際統(tǒng)一規(guī)范靠攏。

技術要求 對低合金船體鋼的技術要求主要是較高的屈服強度，以及適中的屈強比；較高的韌性，在低溫下具有良好的抗脆斷能力、良好的焊接性，保證焊縫和熱影響區(qū)的強韌性；良好的冷、熱加工成形性；一定的耐海洋大氣和海水腐蝕能力；用于艦艇制造時還要符合抗爆炸裂紋擴展敏感性的要求。

常用的船體鋼材有球扁鋼、扁鋼、槽鋼、圓鋼、角鋼、工字鋼、半圓鋼、T字鋼等。

船體鋼材可以由鋼材生產工廠直接各個軋制,直接供應造船工廠,也可以根據需要,由造船工廠自行制造如T型材和組合型材。.

（施鶴群）