AH32 против DH32 – Состав, Термальная обработка, Свойства и Применения
Поделиться
Table Of Content
Table Of Content
Введение
AH32 и DH32 — это два распространенных сорта стали для судостроения/высокопрочных низколегированных сталей (HSLA), используемых для корпуса, палуб и других несущих компонентов в морской и оффшорной инженерии. Инженеры, менеджеры по закупкам и планировщики производства часто взвешивают компромиссы между прочностью, ударной вязкостью при низких температурах, свариваемостью и стоимостью при выборе между ними. Типичные контексты принятия решений включают выбор сорта плиты для умеренного и холодного климата, балансирование легкости изготовления с требуемой ударной прочностью и спецификацию материала для сварных конструкций, где критически важна ударная вязкость после сварки.
Основное практическое различие между AH32 и DH32 заключается в их предназначенном диапазоне температур эксплуатации и связанных с ним требованиях к ударной вязкости: DH32 специфицируется и обрабатывается для обеспечения более высокой гарантированной ударной вязкости при более низких температурах эксплуатации, чем AH32. В результате DH32 часто требует более строгого контроля состава и обработки (термо-механическая контрольная обработка, TMCP), чтобы обеспечить надежную работу при низких температурах, в то время как AH32 оптимизирован для эксплуатации при умеренных температурах с в целом схожей статической прочностью, но менее строгими требованиями к ударной вязкости при низких температурах.
1. Стандарты и обозначения
- Основные классификационные и национальные стандарты, которые включают сорта судостроительных сталей AH32 и DH32:
- Классификационные общества: ABS, DNV/GL, Lloyd’s Register (эквивалентные обозначения встречаются в разных обществах).
- Национальные стандарты: GB (Китай), JIS (Япония) и технические документы ISO; многие общества предоставляют эквивалентные символы сортов.
- Класс материала: как AH32, так и DH32 являются низкоуглеродными, нелегированными HSLA сталями, разработанными для конструктивных применений в кораблях и оффшорных платформах. Они не являются инструментальными сталями или нержавеющими сортами.
2. Химический состав и стратегия легирования
| Элемент | AH32 (типичная стратегия) | DH32 (типичная стратегия) |
|---|---|---|
| C | Низкое содержание углерода для свариваемости и ударной вязкости | Низкое содержание углерода, часто аналогичное или немного ниже, чем у AH32, для улучшения ударной вязкости при низких температурах |
| Mn | Умеренное содержание Mn для обеспечения прочности и закаливаемости | Умеренное содержание Mn, контролируемое для ограничения закаливаемости и снижения риска холодных трещин |
| Si | Небольшие количества в качестве деоксиданта | Небольшие количества в качестве деоксиданта |
| P | Содержится на низком уровне (контроль примесей) | Содержится на низком уровне; строгие ограничения для ударной вязкости |
| S | Содержится на низком уровне (контроль примесей) | Содержится на низком уровне; строгие ограничения для ударной вязкости |
| Cr | Как правило, минимальное; используется только при необходимости | Как правило, минимальное; не является основным легирующим элементом |
| Ni | Обычно не присутствует в значительных количествах | Минимальное или отсутствует в типичных коммерческих формулировках |
| Mo | Обычно незначительное | Обычно незначительное |
| V | Может присутствовать как микроалюминирующий элемент для прочности | Может использоваться как микроалюминирование для улучшения зерна и повышения ударной вязкости |
| Nb (Cb) | Используется как микроалюминирование (улучшение зерна, упрочнение осаждением) | Часто специфицируется или точно контролируется для оптимизации ударной вязкости при низких температурах с TMCP |
| Ti | Небольшие количества для деоксидирования/контроля осаждения | Небольшие количества; контролируется, чтобы избежать негативного влияния на ударную вязкость |
| B | Обычно отсутствует или строго контролируется | Обычно отсутствует или строго контролируется |
| N | Контролируется (низкий уровень), чтобы избежать снижения ударной вязкости, связанного с нитридом | Контролируется (низкий уровень); контроль качества критичен для более высокой ударной вязкости |
Примечания: - Оба сорта разработаны как низкоуглеродные микроалюминированные стали. Стратегия легирования акцентирует внимание на контролируемых примесях (P, S, N) и добавках микроалюминирования (Nb, V, Ti) для достижения мелкозернистой ферритной микроструктуры, обеспечивающей высокую прочность с хорошей ударной вязкостью. - Спецификации DH32, как правило, накладывают более строгие ограничения на уровни примесей и иногда более строгие диапазоны для добавок микроалюминирования, чтобы гарантировать производительность при более низких температурах.
3. Микроструктура и реакция на термообработку
- Типичные микроструктуры:
- AH32: Мелкозернистый феррит и полигональный феррит с дисперсными перлитными или bainitic компонентами в зависимости от TMCP. Микроструктура сбалансирована для прочности и пластичности при умеренных температурах.
- DH32: Похожая ферритно-перлитная или ферритно-бейнитная микроструктура, но обработанная (TMCP) для содействия более мелкому размеру зерна и благоприятным продуктам превращения, которые улучшают ударную вязкость при низких температурах.
- Эффекты термообработки и обработки:
- Нормализация: Увеличивает однородность и уточняет размер зерна относительно прокатного материала; может применяться к обоим сортам, но TMCP более распространен и экономически эффективен для производства плит.
- Термо-механическая контрольная обработка (TMCP): Широко используется для обоих сортов на современных прокатных заводах. Для DH32 графики TMCP часто корректируются для достижения более высокой доли игольчатого феррита/бейнита и более мелкого размера зерна аустенита, улучшая ударную вязкость при низких температурах.
- Закалка и отпуск: Не типично для больших судовых плит; если применяется, повышает прочность, но может снизить пластичность и усложнить сварочные процедуры. Оба сорта в основном производятся методом контролируемого проката и ускоренного охлаждения, а не полного цикла закалки и отпуска.
4. Механические свойства
| Свойство | AH32 (общие ожидания) | DH32 (общие ожидания) |
|---|---|---|
| Удлинение | Сравнимо высокое удлинение, типичное для сталей класса "32" | Сравнимо; не значительно выше, чем у AH32 в статической прочности |
| Предельная прочность | Похоже на AH32 (уровень предельной прочности для плит) | Похоже; DH32 соответствует требованиям класса предельной прочности |
| Удлинение | Хорошая пластичность, типичная для сталей HSLA | Хорошая пластичность; сопоставима с AH32 |
| Ударная вязкость | Специфицирована для умеренной производительности при низких температурах | Улучшенная ударная вязкость при низких температурах (основное различие) |
| Твердость | Умеренная (совместима со сваркой и формованием) | Похоже; не предназначена как сталь с высокой твердостью |
Интерпретация: - Свойства статической прочности (предельная и удлинение) для обоих сортов в целом сопоставимы, поскольку оба относятся к одному классу прочности; ключевое механическое различие — это ударная вязкость при низких температурах, где DH32 специфицируется для сохранения более высокой энергии поглощения. - Пластичность и удлинение схожи; микроалюминирование и контроль TMCP направлены на поддержание пластичности при улучшении ударной вязкости в холодных условиях для DH32.
5. Свариваемость
- Факторы, влияющие на свариваемость: содержание углерода, эффективная закаливаемость (Mn и легирование), микроалюминирование (Nb, V, Ti) и уровни примесей (P, S, N). Более высокая закаливаемость и более высокий углеродный эквивалент (CE) увеличивают риск холодных трещин и требования к предварительному подогреву.
- Общие углеродные эквиваленты и индексы свариваемости для качественной интерпретации:
- $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
- $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
- Интерпретация:
- Оба сорта AH32 и DH32 разработаны для хорошей свариваемости: низкое содержание углерода и контролируемое легирование поддерживают $CE_{IIW}$ и $P_{cm}$ относительно низкими по сравнению с закаленными и отпущенными сталями.
- Более строгий контроль примесей DH32 и микроструктура, управляемая TMCP, могут снизить восприимчивость к холодным трещинам, но некоторые выборы обработки (содержание микроалюминирования и толщина) могут немного повысить закаливаемость по сравнению с AH32. В результате спецификации сварочных процедур (предварительный подогрев, температура межпрохода, расходные материалы и термообработка после сварки, если требуется) должны основываться на толщине плиты, энергии сварки и расчетах CE/Pcm.
- Практический эффект: Ожидайте, что оба сорта будут легко свариваемыми с использованием стандартных процедур для сталей судовых плит, но DH32 может потребовать немного более консервативного контроля предварительного подогрева/температуры межпрохода в толстых секциях или сильно ограниченных соединениях, когда необходимо сохранить ударную вязкость при низких температурах.
6. Коррозия и защита поверхности
- Оба сорта AH32 и DH32 являются углеродными/HSLA сталями (нержавеющими не являются). Они полагаются на системы защиты поверхности для обеспечения коррозионной стойкости:
- Общие защиты: пескоструйная очистка и грунтовка/эпоксидные/полиуретановые покрытия, горячее цинкование (для мелких компонентов) и жертвенные аноды в морских условиях для контроля коррозии на оффшорных структурах.
- Индексы, специфичные для нержавеющих сталей (например, PREN), не применимы к этим не нержавеющим плитным сталям. Если требуется нержавеющая производительность, будет выбран сорт нержавеющей стали с расчетом PREN:
- Пример PREN для нержавеющих сплавов (не применимо здесь): $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
- Примечания по выбору:
- Стратегия защиты от коррозии независима от выбора AH32 или DH32; последний выбор определяется механическими/ударными требованиями. Для открытых корпусов и суровых морских условий выбирайте покрытия и катодную защиту, соответствующие ожидаемому сроку службы и интервалам обслуживания.
7. Обработка, обрабатываемость и формуемость
- Обработка:
- Оба сорта хорошо формуются и изгибаются в пределах типичных пределов формовки плит; обратная пружинистость и радиусы изгиба соответствуют стандартным рекомендациям HSLA. DH32 может быть немного более требовательным для очень холодной формовки, учитывая его акцент на ударной вязкости при низких температурах, но различия небольшие.
- Обрабатываемость:
- Оба сорта не оптимизированы для высокоскоростной обработки; обрабатываемость типична для низкоуглеродных HSLA сталей — хорошая с соответствующими инструментами и охлаждающей жидкостью. Элементы микроалюминирования, которые увеличивают прочность, могут незначительно снижать обрабатываемость.
- Финишная обработка:
- Шлифовка, фаска и подготовка кромок следуют стандартным практикам. Выбор сварочных расходных материалов должен соответствовать прочности и химии основного металла для обоих сортов.
8. Типичные применения
| AH32 (типичные применения) | DH32 (типичные применения) |
|---|---|
| Корпусные плиты и палубы для умеренных условий эксплуатации | Корпусные плиты и конструктивные элементы, предназначенные для более холодного климата или арктических/близких к арктическим условий эксплуатации |
| Общие конструктивные элементы судна, где достаточна умеренная ударная вязкость при низких температурах | Оффшорные платформы и суда, требующие гарантированной ударной производительности при низких температурах |
| Суперструктуры и внутренние конструкции с менее строгими требованиями к ударной вязкости при низких температурах | Области с высоким требованием к ударной вязкости (например, двойные днища, внутренние днища, где риск хрупкого разрушения выше в холоде) |
| Проекты, чувствительные к стоимости, где стандартная производительность HSLA достаточна | Проекты, приоритизирующие безопасность от хрупкого разрушения при низких температурах и более длинные расстояния остановки разрушения |
Обоснование выбора: - Выбирайте AH32 для экономически эффективных, высокопрочных конструктивных применений в умеренных условиях, где удовлетворяются стандартные требования к ударной вязкости. - Выбирайте DH32, когда проектные нагрузки и температура эксплуатации требуют более высокой гарантированной ударной вязкости при низких температурах — этот выбор является мерой снижения риска хрупкого разрушения в холодных условиях.
9. Стоимость и доступность
- Относительная стоимость:
- AH32 обычно немного дешевле, чем DH32 на тонну, поскольку DH32 может требовать более строгого контроля в производстве стали, более точного TMCP и более строгих проверок/испытаний для ударной вязкости при низких температурах.
- Доступность по форме продукта:
- Плиты и, в некоторых рынках, рулоны AH32 и DH32 обычно доступны на заводах по производству судовых плит; доступность зависит от возможностей завода по поставке плит TMCP и регионального спроса.
- Сроки поставки: DH32 может иметь более длительные сроки поставки или минимальные объемы заказа, если заводам необходимо запланировать конкретный контроль процесса или дополнительные испытания.
10. Резюме и рекомендации
| Критерий | AH32 | DH32 |
|---|---|---|
| Свариваемость | Высокая (стандартные практики HSLA) | Высокая, но может потребовать немного более консервативного предварительного подогрева/межпрохода в толстых, ограниченных соединениях |
| Баланс прочности и ударной вязкости | Сильная с хорошей ударной вязкостью для умеренных температур | Сравнимая статическая прочность с превосходной гарантированной ударной вязкостью при низких температурах |
| Стоимость | Ниже (в общем) | Выше (премии за процесс и испытания) |
Рекомендация: - Выбирайте AH32, если вам нужна надежная, экономичная HSLA сталь для судовых плит для умеренных условий, где стандартные ударные свойства соответствуют проектным требованиям и где легкость изготовления и стоимость являются приоритетами. - Выбирайте DH32, если конструкция будет работать в более холодных условиях эксплуатации или если проектные нормы/клиенты требуют более высокой гарантированной ударной вязкости при низких температурах; выбирайте DH32, когда снижение риска хрупкого разрушения и более высокая способность к остановке разрушения важны.
Заключительная практическая заметка: Всегда консультируйтесь с конкретным классификационным обществом или национальной стандартной спецификацией для точных химических пределов, таблиц механических свойств и требуемых температур испытаний на удар для эквивалентов AH32 и DH32. Спецификации сварочных процедур (WPS), ограничения по тепловому воздействию и требования к неразрушающему контролю должны разрабатываться с использованием фактических сертификатов завода по производству плит и проектных требований к температуре.