是指用於建造船舶的低合金高強度鋼，它和船用碳素鋼一起統稱為船體鋼。低合金船體鋼不僅可用於建造內河、近海和無限航區的各類船舶，而且也廣泛用於海洋開發的各個領域，如海上石油鑽井平台、海洋建築和碼頭設施、低溫液化石油氣的儲運裝備等
基本介紹
- 中文名：低合金船體鋼
- 外文名：Low alloy steel for shipbuilding
- 概念：用於建造船舶的低合金高強度鋼
- 初用時間：19世紀初
歷史沿革,材料簡介,材料分類,
歷史沿革
19世紀初，就已開始採用中碳結構鋼建造民用船舶和戰艦。為了提高鋼的強度和改善耐海水腐蝕性，陸續有以矽、鉻和鎳等元素合金化的早期低合金高強度鋼用於造船。自焊接技術取代鉚接套用於造船之後，造船用鋼的成分設計發生了重大的變革。為改善鋼的焊接性，逐漸降低了鋼中碳含量，並以少量多元複合合金化淘汰了單一元素的合金化方式。第二次世界大戰期間，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，造船用鋼向適用於大線能量焊接和良好的低溫韌性方向發展，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，研製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)，造船業也是最早採用低合金鋼的部門之一，1957年自行設計並建造了我國第一艘萬噸輪“東風”號。60年代又研製了鉻鎳銅系和釩鈦稀土系成分的高強度鋼用於建造“朝陽”、“向陽”、“紅旗”號等多艘遠洋貨輪和多種型號的軍用艦艇。隨著海洋開發事業的進展，在70年代末，我國又研製了海上油氣鑽采平台用鋼和耐海水腐蝕鋼。80年代中國造船業和遠洋運輸業的蓬勃發展，以此為契機推動了中國造船用鋼的生產和船舶用材規範向國際統一規範靠攏。
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；用於艦艇製造時還要符合抗爆炸裂紋擴展敏感性的要求。
材料簡介
低合金船體鋼是指用於建造船舶的低合金高強度鋼，它和船用碳素鋼一起統稱為船體鋼。低合金船體鋼不僅可用於建造內河、近海和無限航區的各類船舶，而且也廣泛用於海洋開發的各個領域，如海上石油鑽井平台、海洋建築和碼頭設施、低溫液化石油氣的儲運裝備等。
材料分類
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。在各國船級社規範中，按屈服強度通常在265～395MPa之間2個或3個等級，每一級按衝擊韌性的要求，又分為A、D、E3個檔次。國際船級社聯合會(IAcs)於1994年修訂了高強度船用鋼規範，其化學成分列於表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%；若採用熱機械處理軋制(TMcP)，允許化學成分有所調整；按Cdq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15(%)計算的碳當量不大於O.4%；其力學性能列入表2，表中規定A、D、E、F4個檔次在O、-20、-40和-60度的夏氏試樣低溫衝擊功均高於一般強度船用鋼。各國船級社從1994年起相繼按IAcs的要求納入了各自的規範。中國船級社也於1996年將有關內容納入了《鋼製海船八級與建造規範》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年代後又開發了一系列微合金化、更高強度級別的適用鋼種。傳統的殼體用鋼質量趨於最佳化，主要反映在純淨化、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範圍(%)：
根據產品設計性能的需要，可採用鐵水預處理、三脫技術、爐外精煉等措施達到高純度，一般規定鋼中全鋁含量不得低於O.015%。成分最佳化的另一重要標誌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%。控制軋制、控軋冷卻工藝生產的微合金鋼在艦船方面的套用先於民用船舶，至今仍在開發低碳(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澱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畫(如表3所示)，代表了今後海軍水面艦艇殼體用鋼的發展趨勢。
表3列入美國海軍研究計畫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，其強度範圍、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定性能。一般採用電爐冶煉和爐外精煉，在淬火加高溫回火(調質處理)狀態下使用。美國多採用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於表4，其中HY-130鋼鎳含量達5%，具有優越的斷裂韌性，用以建造下潛深度大於300m的常規潛艇和核動力潛艇。
表4HY系列耐壓殼體用鋼化學成分(%)
(3)海洋鑽采平台用鋼。平台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，還要對付苛刻環境(如風浪，碰撞)因素的影響。使用條件最為苛刻的是平台結構的節點用材，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。這種鋼必須採取嚴格的高純淨化冶煉工藝，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)碼頭和海洋建築用耐海水腐蝕鋼。此類材料類似於上述的平台鋼，如鋼樁用材，在海洋大氣、飛濺帶、潮差區、全浸區和海底土壤區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於造船用鋼，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、提高純淨度、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生脆性破壞，優良的焊接性也是重要的技術要求之一。這類鋼通常採用鎳系低溫鋼，各國低溫鋼規範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-鉻奧氏體不鏽鋼的強度高得多，可用於製造薄壁輕型結構。
表6鐵素體低溫韌性鋼及其最低使用溫度規範
