EH36 против FH36 – Состав, Термальная обработка, Свойства и Применения
Поделиться
Table Of Content
Table Of Content
Введение
EH36 и FH36 — это высокопрочные стали для судостроения, которые обычно указываются для корпуса и конструктивных элементов, где требуется баланс прочности, ударной вязкости и свариваемости. Инженеры, менеджеры по закупкам и планировщики производства часто взвешивают компромиссы, такие как ударная вязкость при низких температурах против стоимости, свариваемость против допустимой толщины и легкость обработки против эксплуатационных характеристик при выборе между двумя.
Основное практическое различие, с которым сталкиваются в промышленности, заключается в том, как каждая марка ведет себя в очень толстых пластинах и в условиях эксплуатации при низких температурах. Поскольку обе марки являются высокопрочными низколегированными (HSLA) сталями, предназначенными для морских конструкций, их часто сравнивают бок о бок при спецификации тяжелых плит для основных элементов корпуса, оффшорных конструкций и других критических изделий. Точная композиция и механические гарантии варьируются в зависимости от спецификации и завода, поэтому выбор должен основываться на соответствующем коде и сертификатах испытаний завода.
1. Стандарты и обозначения
- Общие контексты спецификаций, в которых появляются EH36 и FH36:
- Классификационные общества и правила судостроения (например, ABS, DNV/GL, Регистры Ллойда).
- Национальные и международные стандарты стали/продуктов и эквиваленты (примеры включают категории судостроения ASTM/ASME, EN, JIS и различные стандарты GB). Точные перекрестные ссылки зависят от органа и формы продукта (плита, рулон).
- Тип материала: как EH36, так и FH36 являются высокопрочными низколегированными (HSLA) углеродными сталями, адаптированными для морского структурного использования (не нержавеющие или инструментальные стали). Они не являются нержавеющими сталями и требуют защиты поверхности для предотвращения коррозии.
2. Химический состав и стратегия легирования
Следующая таблица дает типичные диапазоны состава, часто встречающиеся в сталях HSLA для судостроения серии "36". Это иллюстративные диапазоны; сертификаты завода и контролирующая спецификация должны быть проконсультированы для критически важных значений проекта.
| Элемент | Типичный диапазон, EH36 (в%) | Типичный диапазон, FH36 (в%) |
|---|---|---|
| C | 0.08 – 0.18 | 0.08 – 0.20 |
| Mn | 0.70 – 1.60 | 0.70 – 1.60 |
| Si | 0.10 – 0.50 | 0.10 – 0.50 |
| P | ≤ 0.035 (макс) | ≤ 0.035 (макс) |
| S | ≤ 0.035 (макс) | ≤ 0.035 (макс) |
| Cr | 0.00 – 0.30 | 0.00 – 0.30 |
| Ni | 0.00 – 0.50 | 0.00 – 0.50 |
| Mo | 0.00 – 0.10 | 0.00 – 0.10 |
| V | следы – 0.08 | следы – 0.08 |
| Nb (Nb/Ta) | следы – 0.06 | следы – 0.06 |
| Ti | следы – 0.02 | следы – 0.02 |
| B | следы (ppm) | следы (ppm) |
| N | ≤ 0.012 (типично) | ≤ 0.012 (типично) |
Примечания: - Обе марки полагаются на микроалюминирование (Nb, V, Ti) и контролируемую химию для достижения мелкозернистой ферритно-перлитной/микроалюминированной ферритной микроструктуры, которая обеспечивает высокую предел прочности при приемлемой ударной вязкости. - Небольшие вариации в химическом составе (например, более строгий контроль серы, использование микроалюминирующих добавок или небольшие добавки Ni/Cr) используются для настройки закаляемости, ударной вязкости при низких температурах и характеристик по толщине для очень толстых плит. - Формулы FH36 часто настраиваются для гарантированных свойств в более толстых секциях; EH36 может производиться с химией и обработкой, оптимизированными для повышения ударной вязкости при низких температурах в эксплуатации.
3. Микроструктура и реакция на термическую обработку
Типичные микроструктуры: - Обе марки производятся с целью получения в основном мелкозернистой ферритной микроструктуры с распределенной перлитом и микроалюминированными осадками. Микроалюминирующие элементы (Nb, V, Ti) уменьшают размер зерна и обеспечивают упрочнение осадками. - В прокатанных и термомеханически прокатанных (TMCP) плитах может появляться смесь бейнитной/ферритной структуры в зависимости от скорости охлаждения и содержания легирующих элементов.
Термическая обработка и маршруты обработки: - Нормализация: может использоваться для уменьшения размера зерна и улучшения однородности в тяжелых секциях, но не всегда выполняется для больших судовых плит из-за стоимости. - Закалка и отпуск: не типичны для стандартных плит EH36/FH36 — это в основном термомеханически обработанные и контролируемо прокатанные стали, а не закаленные и отпущенные легированные стали. - Термомеханическая контрольная обработка (TMCP): распространена для обеих марок для достижения высокой прочности и хорошей ударной вязкости без дополнительной термической обработки. TMCP обеспечивает благоприятные характеристики по толщине в правильно контролируемых плитах. - Маршруты для очень толстых плит: для ультра толстых секций контролируемое охлаждение и адаптированная химия (немного более низкий углерод, стратегия микроалюминирования) критически важны для избежания грубозернистых полос и поддержания ударной вязкости по толщине; обозначения и поставки FH36 обычно оптимизируются для этих условий.
4. Механические свойства
Механические свойства сильно зависят от толщины плиты, маршрута прокатки и контролирующей спецификации. Таблица ниже обобщает типичные целевые диапазоны и качественные тенденции, а не единичные гарантированные значения — проектные спецификации и отчеты испытаний завода должны быть источником контрактных значений.
| Свойство | Типичный EH36 (типичный диапазон / поведение) | Типичный FH36 (типичный диапазон / поведение) |
|---|---|---|
| Предел прочности (мин) | ≈ 300–380 МПа (разработан как высокопрочный HSLA; фактический мин зависит от спецификации и толщины) | ≈ 300–380 МПа (аналогичные номинальные уровни; FH36 может быть гарантирован на аналогичных уровнях в более тяжелых секциях) |
| Удлинение (A%) | ≈ 18–26% (уменьшается с увеличением толщины) | ≈ 16–24% (толстые плиты могут показывать немного более низкое удлинение) |
| Ударная вязкость (Charpy V-образный вырез) | Указано для более низких температур для EH марок (улучшенная ударная вязкость при низких температурах); типичные приемлемые энергии зависят от температуры и толщины | FH36 часто указывается и квалифицируется для более толстых плит, где ударная вязкость по толщине может быть ниже при той же температуре — спецификация контролирует температуру/энергию испытаний |
| Твердость | Обычно умеренная (HB в типичных диапазонах HSLA); не используется в качестве основного критерия приемки | Похожая, адаптированная для избежания чрезмерной твердости, которая могла бы ухудшить свариваемость |
Интерпретация: - Уровни прочности в целом сопоставимы между двумя марками, когда они производятся в соответствии с типичными спецификациями судостроения. Значимые различия обычно заключаются в гарантированной ударной вязкости при заданных температурах и в том, как свойства сохраняются в очень толстых секциях. - EH36 часто ассоциируется с повышенной ударной вязкостью при низких температурах; FH36 часто выбирается, когда необходимо гарантировать стабильные свойства (включая ударную вязкость и прочность) в очень толстых плитах.
5. Свариваемость
Свариваемость в основном контролируется содержанием углерода, комбинированным легированием (закаляемостью), уровнями примесей (P, S) и микроалюминирующими добавками.
Полезные эмпирические индексы: - IIW эквивалент углерода: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Международный индекс 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 EH36, так и FH36 нацелены на относительно низкое содержание углерода и контролируемое легирование, чтобы поддерживать $CE_{IIW}$ и $P_{cm}$ в диапазонах, которые поддерживают обычную сварку с контролем предварительного подогрева, где это необходимо. - Микроалюминирование (Nb, V, Ti) немного увеличивает закаляемость и может повысить риск трещин в зоне термического влияния (HAZ), если процедуры сварки не контролируются, особенно в более толстых секциях. Поэтому для очень толстых плит FH36 могут быть указаны стратегии предварительного подогрева, контроля температуры между проходами и термической обработки после сварки (PWHT). - Для тяжелых/ультратолстых плит (часто причина выбора FH36) спецификации сварочных процедур обычно требуют более строгого контроля предварительного подогрева/температуры между проходами и сварочных расходных материалов для управления ударной вязкостью HAZ и остаточными напряжениями.
6. Коррозия и защита поверхности
- Как EH36, так и FH36 являются обычными углеродными/HSLA сталями (не нержавеющими). Защита от коррозии обеспечивается покрытиями, катодной защитой или металлическими покрытиями по мере необходимости.
- Типичные стратегии защиты:
- Горячее цинкование (для некоторых конструктивных компонентов, хотя не распространено для погруженных корпусных плит).
- Органические покрытия (эпоксидные/уретановые системы) и системы грунтовки/верхнего покрытия, используемые для корпусов судов и оффшорных конструкций.
- Катодная защита (жертвенные аноды или импульсный ток) для погруженных конструкций.
- PREN (эквивалентный номер сопротивления к коррозии) имеет значение только для нержавеющих/ферритных нержавеющих сталей: $$ \text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N} $$ Это не применимо к EH36 или FH36, поскольку они не являются нержавеющими сплавами.
7. Обработка, обрабатываемость и формуемость
- Обрабатываемость: EH36 и FH36 не предназначены для высокой обрабатываемости; обрабатываемость типична для сталей HSLA — адекватная при правильных инструментах и параметрах резки. Немного более высокая прочность или твердые участки в толстых плитах могут снизить срок службы инструмента.
- Формуемость: Контролируемая прокатка/TMCP улучшает формуемость для горячей и холодной формовки по сравнению с закаленными и отпущенными сталями. Ограничения на изгиб и формовку уменьшаются с увеличением толщины; FH36, поставляемые для очень толстых плит, могут требовать больших усилий и специальных радиусов изгиба.
- Резка и сварка: Плазменная и кислородно-газовая резка распространены. Сварка требует соответствующих расходных материалов, соответствующих требованиям прочности и ударной вязкости плиты; контроль предварительного подогрева и температуры между проходами более критичен для толстых плит FH36.
8. Типичные применения
| EH36 — Типичные применения | FH36 — Типичные применения |
|---|---|
| Корпусные плиты и конструктивные элементы, где требуется повышенная ударная вязкость при низких температурах (полярные или холодноводные суда, надстройки) | Очень тяжелые корпусные плиты, переборки и основные конструктивные элементы, где требуются большие толщины плит и критически важны гарантии по толщине |
| Плиты, где приоритетом является ударная стойкость при низких температурах | Компоненты оффшорных платформ и тяжелые элементы изготовления, требующие стабильных свойств в ультра толстых секциях |
| Области, требующие хорошей свариваемости с гарантией ударной вязкости | Ситуации, когда маршрут изготовления включает большие одиночные плиты и где требуется производство, основанное на спецификации, для толщины |
Обоснование выбора: - Выберите марку, которая соответствует минимальной температуре ударной вязкости, гарантированным пределам толщины и возможностям сварочной процедуры проекта. Для корпусных конструкций холодного обслуживания спецификации, подобные EH36, привлекательны; для очень тяжелых плит с жесткими требованиями по толщине часто предпочтительны поставки, подобные FH36.
9. Стоимость и доступность
- Относительная стоимость: Обе марки принадлежат к одной семье; различия в ценах обычно небольшие и зависят от толщины плит, обработки (TMCP, нормализация) и требований к сертификации/испытаниям. Плиты, специально прокатанные/контролируемые для ультра толстых секций (часто поставки FH36), могут иметь надбавку из-за более длительных производственных циклов, более строгих испытаний и большего обращения с отходами.
- Доступность: Общие марки судостроительных сталей (AH36/DH36/EH36) широко доступны от крупных заводов по всему миру. Плиты типа FH36, предназначенные для очень больших толщин, могут иметь более ограниченную доступность и более длительные сроки поставки — особенно для крупных однослойных панелей или проектов, требующих специфических гарантий механических свойств по толщине.
10. Резюме и рекомендации
| Атрибут | EH36 | FH36 |
|---|---|---|
| Свариваемость | Хорошая (низкий C, контролируемые сплавы); оптимизирована для стандартного производства | Хорошая, но более толстые секции могут требовать более строгого контроля предварительного подогрева/PWHT |
| Баланс прочности и ударной вязкости | Высокая ударная вязкость, особенно при низких температурах | Высокая прочность с акцентом на сохранение свойств в очень толстых плитах |
| Стоимость | Типичные цены HSLA; умеренные в зависимости от обработки | Потенциальная надбавка за ультра толстые, специально обработанные плиты |
Рекомендации: - Выберите EH36, если: вам нужна высокопрочная сталь для судостроения, оптимизированная для ударной вязкости при низких температурах и стандартных до тяжелых толщин плит, где ударная стойкость при более холодных условиях эксплуатации является приоритетом и где приемлемы обычные сварочные процедуры. - Выберите FH36, если: ваше применение требует очень тяжелых или ультра толстых плит с гарантированной прочностью и механическими свойствами по толщине, и вы готовы следовать более строгим контролям сварки и обработки (и принять возможные более длительные сроки поставки и дополнительные расходы).
Заключительные примечания: - Всегда указывайте контролирующий стандарт, требуемый диапазон толщины, температуры испытаний для ударной вязкости и квалификации сварочной процедуры в документах на закупку. Сертификаты завода, включая химический анализ и отчеты механических испытаний, полученные из фактической толщины плиты, необходимы для проверки того, что поставляемый материал соответствует заявленным характеристикам выбранной марки.