DNV AH36 против EH36 – Состав, Термальная обработка, Свойства и Применения
Поделиться
Table Of Content
Table Of Content
Введение
DNV (и другие морские классификационные общества) перечисляют AH36 и EH36 среди обычно указываемых высокопрочных сталей для судостроения, используемых для корпусов, палуб и других основных конструктивных элементов. Инженеры, менеджеры по закупкам и планировщики производства регулярно взвешивают компромиссы, такие как стоимость по сравнению с гарантированной низкотемпературной ударной вязкостью, свариваемость по сравнению с прочностью и маршрут производства (TMCP против обычного проката) при выборе между этими двумя марками.
Центральное практическое различие заключается в том, что EH36 квалифицирован для значительно лучшей низкотемпературной ударной вязкости, чем AH36; обе марки обеспечивают сопоставимую статическую прочность, но EH36 имеет явные требования к испытаниям на ударную вязкость для более холодных условий эксплуатации. Поскольку их химические составы и пределы текучести/прочности близки, решение часто зависит от предполагаемой температуры эксплуатации, практик сварки и изготовления, а также бюджета.
1. Стандарты и обозначения
Основные стандарты, которые определяют AH36 и EH36 (или их эквиваленты), включают: - ASTM A131 / ASME: Стали для судостроения AH36, DH36, EH36. - Классовая нотация DNV (Det Norske Veritas) использует эквивалентные обозначения и критерии приемки, соответствующие морским конструктивным требованиям. - EN / JIS / GB: существуют эквивалентные стали для судостроения EN/ISO / JIS (например, стали HSLA типа S355), но прямое сопоставление требует внимания к температурам испытаний на ударную вязкость и ограничениям по толщине. Классификация: как AH36, так и EH36 являются высокопрочными низколегированными (HSLA) конструкционными углеродными сталями, оптимизированными для судостроения — не нержавеющими, не инструментальными сталями.
2. Химический состав и стратегия легирования
Следующая таблица перечисляет типичные диапазоны состава (%) обычно ассоциируемые с AH36 и EH36, произведенными в соответствии со спецификациями судостроения. Точные пределы варьируются в зависимости от версии стандарта и практики на заводе; обратитесь к действующему стандарту или сертификату завода для гарантированных значений.
| Элемент | AH36 (типичный диапазон, вес%) | EH36 (типичный диапазон, вес%) |
|---|---|---|
| C | 0.12–0.20 | 0.10–0.18 |
| Mn | 1.00–1.60 | 1.00–1.60 |
| Si | 0.10–0.50 | 0.10–0.50 |
| P | ≤ 0.035 | ≤ 0.035 |
| S | ≤ 0.035 | ≤ 0.035 |
| Cr | следы – 0.30 | следы – 0.30 |
| Ni | следы – 0.30 | следы – 0.30 |
| Mo | следы – 0.08 | следы – 0.08 |
| V | следы – 0.06 | следы – 0.06 |
| Nb (Cb) | следы – 0.05 | следы – 0.05 |
| Ti | следы – 0.02 | следы – 0.02 |
| B | следы | следы |
| N | следы | следы |
Примечания: - AH36 и EH36 обычно производятся методом термомеханической контролируемой переработки (TMCP) или прокаткой с жестким контролем углерода и микроаллигирования для достижения баланса прочности/ударной вязкости. - EH36 может обрабатываться с немного более низкими эквивалентами углерода и более строгим контролем включений и размера зерна для соответствия требованиям низкотемпературной ударной вязкости. - Стратегия легирования: низкий углерод + контролируемый Mn и микроаллигирование (Nb, V, Ti) способствуют образованию мелкозернистых ферритно-цементитных или bainitic микроструктур, улучшая прочность без значительного увеличения закаливаемости, что могло бы ухудшить свариваемость.
Как легирование влияет на свойства: - Углерод: повышает прочность/закаливаемость, но снижает свариваемость и низкотемпературную ударную вязкость при увеличении. - Марганец: укрепляет, но увеличивает закаливаемость; контролируемые уровни способствуют ударной вязкости. - Микроаллигирование (Nb, V, Ti): позволяет осуществлять упрочнение осаждением и улучшение зернистости — улучшает предел текучести и ударную вязкость без высокого содержания углерода. - Низкие уровни P и S и контролируемые включения критически важны для ударной вязкости по Шарпи, особенно для EH36.
3. Микроструктура и реакция на термообработку
Типичные микроструктуры: - Обе марки предназначены для демонстрации мелкозернистых ферритных или bainitic микроструктур в зависимости от толщины пластины и графиков TMCP. Цель — добиться мелкого распределения игловидного феррита, байнита и контролируемого цементита, а не грубого цементита или мартенсита. - TMCP: контролируемая прокатка и ускоренное охлаждение уточняют размер зерна и производят bainitic/мелкозернистые ферритные микроструктуры, которые обеспечивают высокую прочность с хорошей ударной вязкостью. - Обычная нормализованная пластина: более грубые ферритные/цементитные структуры могут быть приемлемыми для AH36 в более толстых секциях, но для достижения целей низкотемпературной ударной вязкости EH36 обычно требуется TMCP или более строгая переработка.
Реакция на термообработку: - Нормализация может улучшить ударную вязкость и гомогенизировать свойства, но редко используется в производственных масштабах для тяжелых судовых плит из-за стоимости. - Закалка и отпуск (Q&T) не типичны для плит AH36/EH36 — это в основном контролируемо-прокатанные HSLA стали, предназначенные для достижения свойств в состоянии после прокатки или контролируемого охлаждения. - Термомеханическая переработка (TMCP) является предпочтительным промышленным маршрутом для достижения ударной вязкости EH36 при низкой температуре, сохраняя прочность и свариваемость.
4. Механические свойства
Ключевые диапазоны механических свойств (типичные/минимальные в соответствии со спецификациями судостроения):
| Свойство | AH36 | EH36 |
|---|---|---|
| Предел текучести (мин) | ~355 MPa | ~355 MPa |
| Удлинение (типичный диапазон) | 490–620 MPa | 490–620 MPa |
| Удлинение (типичное) | ≥ 18–22% (в зависимости от толщины) | ≥ 18–22% (в зависимости от толщины) |
| Ударная вязкость (указанная) | Не требуется при экстремально низких температурах; может быть протестировано при более высоких температурах | Указана при более низких температурах (например, −40 °C) для полной квалификации |
| Твердость по Бринеллю (типичная) | ≤ ~200–230 HB (зависит от пластины и процесса) | аналогично, контролируется для избежания хрупкого поведения |
Интерпретация: - Статическая прочность (предел текучести и прочность на разрыв) в основном сопоставима между AH36 и EH36, когда они произведены одинаковой толщины и по одному и тому же технологическому маршруту. - Основным отличием является ударная вязкость при низкотемпературных условиях: EH36 квалифицирован для поддержания значительной энергии удара по Шарпи V-образного выреза при значительно более низких температурах, чем AH36. Это делает EH36 предпочтительным для эксплуатации в холодном климате или на высоких широтах. - Дуктивность (удлинение) схожа для обеих марок при сопоставимой толщине; ударная вязкость зависит от микроструктуры и чистоты больше, чем от общей химии.
5. Свариваемость
Соображения по свариваемости зависят от уровня углерода, углеродного эквивалента (закаливаемости) и содержания микроаллигатов. Здесь приведены два часто используемых индекса в качестве примеров.
Отображение формулы углеродного эквивалента IIW: $$ CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15} $$
И более полная формула Pcm: $$ P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000} $$
Качественная интерпретация: - Как AH36, так и EH36 разработаны с относительно низким содержанием углерода и контролируемым легированием, поэтому их значения $CE_{IIW}$ и $P_{cm}$ умеренные, что поддерживает хорошую свариваемость с использованием стандартных процедур. - Необходимость EH36 в улучшенной низкотемпературной ударной вязкости не обязательно увеличивает общее содержание углерода, но может потребовать более строгого контроля состава и переработки. Следовательно, свариваемость EH36 может быть схожа с AH36, но предварительный подогрев, температура межпроходного шва и спецификации сварочного процесса часто более строго контролируются для сохранения низкотемпературной ударной вязкости в зоне термического влияния (HAZ). - Практическое руководство по сварке: низкогидрогеновые расходные материалы, контролируемый подогрев для толстых секций и термообработка после сварки только там, где это указано. Избегайте чрезмерной закаливаемости в HAZ, поддерживая низкое содержание углерода и ограничивая добавление легирующих элементов.
6. Коррозия и защита поверхности
- Как AH36, так и EH36 являются углеродными HSLA сталями (не нержавеющими); коррозионная стойкость в морских условиях зависит от защитных систем.
- Типичные стратегии защиты: эпоксидные покрытия, многослойные морские краски, оцинковка (где это уместно) и жертвенные аноды для погруженных приложений.
- Поскольку ни одна из марок не является нержавеющей, PREN (эквивалентный номер коррозионной стойкости) не применим для их коррозионной классификации. Для справки, PREN определяется как: $$ \text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N} $$
- Подготовка поверхности, герметизация швов и проектирование катодной/анодной защиты являются основными проектными рычагами. Улучшенная ударная вязкость EH36 не предоставляет внутренних преимуществ коррозионной стойкости по сравнению с AH36.
7. Обработка, обрабатываемость и формуемость
- Обрабатываемость: обе марки являются типичными конструкционными сталями; обрабатываемость средняя и зависит от микроструктуры, твердости и толщины. Добавление микроаллигированных элементов в EH36 может немного снизить обрабатываемость по сравнению с очень низколегированными сталями, но различия обычно незначительны.
- Формуемость/гибкость: сопоставима для обеих марок при эквивалентной закалке и толщине; более строгий контроль ударной вязкости и прочности EH36 может потребовать немного больших радиусов изгиба для толстых секций, чтобы избежать трещин в готовой детали.
- Пробивка отверстий и холодная формовка для толстых плит должны следовать рекомендациям поставщика; криогенная или очень холодная формовка не рекомендуется без квалификации.
8. Типичные применения
| AH36 — Типичные применения | EH36 — Типичные применения |
|---|---|
| Корпусные плиты судов в умеренных условиях эксплуатации | Корпусные/палубные плиты судов для полярных/арктических условий |
| Структуры верхней части морских платформ в более мягком климате | Арктические морские структуры и корпуса, способные к плаванию в льду |
| Грузовые суда, конструктивные элементы общего назначения | Суда, работающие при устойчивых низких температурах, конструкции оболочек газовозов, где требуется низкотемпературная ударная вязкость |
| Палубы, каркас и общие конструктивные плиты, где низкотемпературная ударная вязкость не критична | Критические основные конструкции, подверженные риску хрупкого разрушения в условиях ниже нуля |
Обоснование выбора: - Выбирайте AH36, когда требуется структурная прочность, но температура окружающей среды/эксплуатации остается умеренной, и требования к ударной вязкости при очень низких температурах не обязательны. - Выбирайте EH36, когда есть четкое требование к гарантированной ударной вязкости при значительно отрицательных температурах (например, операции на высоких широтах, арктические/региональные нормы), даже если затраты и контроль производства выше.
9. Стоимость и доступность
- Стоимость: EH36 обычно стоит дороже, чем AH36 из-за более строгой переработки, испытаний и потенциально более строгого контроля химического состава, необходимых для соответствия критериям низкотемпературной ударной вязкости. Премия варьируется в зависимости от завода, размера заказа и рыночных условий.
- Доступность: AH36 широко доступен в стандартных размерах и толщинах плит. EH36 также распространен среди производителей судовых плит, но доступность может быть более ограниченной для очень толстых плит или необычных размеров из-за необходимости контролируемой переработки и дополнительных испытаний на ударную вязкость.
- Форма продукта: плиты, сварные секции и плиты, нарезанные по размеру, являются обычными; сроки поставки для EH36 могут быть длиннее, если требуется специфическое испытание на ударную вязкость при низких температурах.
10. Резюме и рекомендации
Резюме таблицы (качественное)
| Атрибут | AH36 | EH36 |
|---|---|---|
| Свариваемость | Очень хорошая (стандартные процедуры) | Очень хорошая, но рекомендуется более строгий контроль WPS |
| Баланс прочности и ударной вязкости | Высокая прочность; адекватная ударная вязкость при умеренных температурах | Высокая прочность; превосходная низкотемпературная ударная вязкость по спецификации |
| Стоимость | Ниже | Выше (премия за низкотемпературную квалификацию) |
Окончательные рекомендации: - Выбирайте AH36, если вам нужна высокопрочная, легко доступная судостроительная плита для умеренных условий, где не требуется высокая ударная вязкость при экстремально низких температурах, и вы хотите снизить стоимость материала и упростить закупку. - Выбирайте EH36, если конструкция будет эксплуатироваться в холодных или арктических условиях, если нормы требуют подтвержденной ударной вязкости по Шарпи при низких температурах или если проект имеет чувствительность к хрупкому разрушению (тонкие секции, высокая жесткость, высокие остаточные напряжения). Дополнительные затраты оправданы снижением риска разрушения и соблюдением нормативных требований.
Заключительная заметка: AH36 и EH36 обеспечивают сопоставимую статическую прочность; практический выбор должен основываться на требуемой ударной вязкости при рабочей температуре, ограничениях сварочного процесса и рисках в течение жизненного цикла. Всегда проверяйте точные химические и механические критерии приемки с проектной спецификацией и сертификатом испытаний завода перед окончательным выбором.