DNV AH36 so với EH36 – Thành phần, Xử lý nhiệt, Tính chất và Ứng dụng

Giới thiệu

DNV (và các tổ chức phân loại tàu biển khác) liệt kê AH36 và EH36 trong số các loại thép đóng tàu cường độ cao thường được sử dụng cho thân tàu, boong tàu và các cấu trúc chính khác. Các kỹ sư, quản lý mua sắm và nhà hoạch định sản xuất thường xuyên cân nhắc các yếu tố đánh đổi như chi phí so với độ bền nhiệt độ thấp được đảm bảo, khả năng hàn so với độ bền, và lộ trình sản xuất (TMCP so với cán thông thường) khi lựa chọn giữa hai loại thép này.

Điểm khác biệt thực tế cốt lõi là EH36 được chứng nhận có hiệu suất chịu va đập ở nhiệt độ thấp tốt hơn đáng kể so với AH36; cả hai loại đều có độ bền tĩnh tương đương, nhưng EH36 có yêu cầu kiểm tra độ bền rõ ràng cho điều kiện vận hành lạnh hơn. Do thành phần hóa học và giới hạn chảy/kéo của chúng gần bằng nhau, nên quyết định thường phụ thuộc vào nhiệt độ vận hành dự kiến, quy trình hàn và chế tạo, cũng như ngân sách.

1. Tiêu chuẩn và Chỉ định

Các tiêu chuẩn chính xác định AH36 và EH36 (hoặc các tiêu chuẩn tương đương) bao gồm: - ASTM A131/ASME: Thép đóng tàu các loại AH36, DH36, EH36. - Ký hiệu phân loại DNV (Det Norske Veritas) sử dụng các ký hiệu tương đương và tiêu chí chấp nhận phù hợp với các yêu cầu về kết cấu hàng hải. - EN / JIS / GB: có các loại thép đóng tàu EN/ISO / JIS tương đương (ví dụ, thép HSLA loại S355) nhưng việc lập bản đồ trực tiếp một-một đòi hỏi phải chú ý đến nhiệt độ thử nghiệm va đập và giới hạn độ dày. Phân loại: Cả AH36 và EH36 đều là thép cacbon kết cấu hợp kim thấp (HSLA) có độ bền cao được tối ưu hóa cho đóng tàu — không phải thép không gỉ, không phải thép dụng cụ.

2. Thành phần hóa học và chiến lược hợp kim

Bảng sau đây liệt kê các phạm vi thành phần điển hình (%) thường được liên kết với AH36 và EH36 được sản xuất theo thông số kỹ thuật đóng tàu. Giới hạn chính xác thay đổi tùy theo phiên bản tiêu chuẩn và quy trình sản xuất; hãy tham khảo tiêu chuẩn quản lý hoặc giấy chứng nhận nhà máy để biết giá trị đảm bảo.

Yếu tố	AH36 (phạm vi điển hình, wt%)	EH36 (phạm vi điển hình, wt%)
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	dấu vết – 0,30	dấu vết – 0,30
Ni	dấu vết – 0,30	dấu vết – 0,30
Mo	dấu vết – 0,08	dấu vết – 0,08
V	dấu vết – 0,06	dấu vết – 0,06
Nb (Cb)	dấu vết – 0,05	dấu vết – 0,05
Ti	dấu vết – 0,02	dấu vết – 0,02
B	dấu vết	dấu vết
N	dấu vết	dấu vết

Ghi chú: - AH36 và EH36 thường được sản xuất bằng phương pháp xử lý kiểm soát nhiệt cơ học (TMCP) hoặc cán với sự kiểm soát chặt chẽ về carbon và hợp kim vi mô để đạt được sự cân bằng về độ bền/độ dẻo dai. - EH36 có thể được xử lý với hàm lượng carbon tương đương thấp hơn một chút và kiểm soát chặt chẽ hơn về tạp chất và kích thước hạt để đáp ứng các yêu cầu về tác động ở nhiệt độ thấp. - Chiến lược hợp kim: hàm lượng carbon thấp + Mn được kiểm soát và hợp kim vi mô (Nb, V, Ti) thúc đẩy các cấu trúc vi mô ferit-pearlit hoặc bainit mịn, cải thiện độ bền mà không làm tăng đáng kể khả năng tôi luyện có thể ảnh hưởng đến khả năng hàn.

Hợp kim ảnh hưởng đến tính chất như thế nào: - Carbon: tăng độ bền/khả năng tôi luyện nhưng giảm khả năng hàn và độ dẻo dai ở nhiệt độ thấp khi tăng. - Mangan: tăng cường độ cứng nhưng cũng tăng khả năng làm cứng; mức độ kiểm soát hỗ trợ tăng độ dẻo dai. - Hợp kim vi mô (Nb, V, Ti): cho phép tăng cường kết tủa và tinh chỉnh hạt — cải thiện độ bền kéo và độ dẻo dai mà không có hàm lượng cacbon cao. - Hàm lượng P và S thấp cùng với lượng tạp chất được kiểm soát là yếu tố quan trọng đối với hiệu suất va đập của Charpy, đặc biệt là đối với EH36.

3. Cấu trúc vi mô và phản ứng xử lý nhiệt

Cấu trúc vi mô điển hình: - Cả hai loại đều được thiết kế để thể hiện cấu trúc vi mô ferritic hoặc bainitic mịn tùy thuộc vào độ dày tấm và lịch trình TMCP. Mục tiêu là sự phân bố mịn của ferrit hình kim, bainit và perlit được kiểm soát thay vì perlit hoặc martensite thô. - TMCP: cán có kiểm soát và làm nguội nhanh để tinh chỉnh kích thước hạt và tạo ra các vi cấu trúc ferit bainit/mịn có độ bền cao và độ dẻo dai tốt. - Tấm chuẩn hóa thông thường: cấu trúc ferritic/pearlitic thô hơn có thể được chấp nhận đối với AH36 ở các phần dày hơn, nhưng để đáp ứng mục tiêu tác động ở nhiệt độ thấp của EH36 thường yêu cầu TMCP hoặc xử lý nghiêm ngặt hơn.

Phản ứng xử lý nhiệt: - Chuẩn hóa có thể cải thiện độ dẻo dai và đồng nhất các đặc tính nhưng hiếm khi được sử dụng ở quy mô sản xuất đối với tấm tàu ​​nặng vì chi phí cao. - Làm nguội và ram (Q&T) không phải là phương pháp điển hình đối với tấm AH36/EH36 — đây chủ yếu là thép HSLA cán có kiểm soát được thiết kế để đáp ứng các đặc tính trong điều kiện cán hoặc làm nguội có kiểm soát. - Xử lý nhiệt cơ học (TMCP) là phương pháp công nghiệp được ưa chuộng để đạt được độ bền EH36 ở nhiệt độ thấp trong khi vẫn duy trì độ bền và khả năng hàn.

4. Tính chất cơ học

Các phạm vi tính chất cơ học chính (điển hình/tối thiểu theo thông số kỹ thuật đóng tàu):

Tài sản	AH36	EH36
Giới hạn chảy (phút)	~355 MPa	~355 MPa
Độ bền kéo (phạm vi điển hình)	490–620 MPa	490–620 MPa
Độ giãn dài (điển hình)	≥ 18–22% (tùy theo độ dày)	≥ 18–22% (tùy theo độ dày)
Độ bền va đập (được chỉ định)	Không yêu cầu ở nhiệt độ cực thấp dưới 0 độ; có thể thử nghiệm ở nhiệt độ cao hơn	Được chỉ định ở nhiệt độ thấp hơn (ví dụ: −40 °C) để đủ điều kiện
Độ cứng Brinell (điển hình)	≤ ~200–230 HB (tùy thuộc vào tấm và quy trình)	tương tự, được kiểm soát để tránh hành vi giòn

Giải thích: - Độ bền tĩnh (độ bền chảy và độ bền kéo) giữa AH36 và EH36 về cơ bản là tương đương nhau khi được sản xuất theo cùng độ dày và quy trình xử lý. - Điểm khác biệt chính là độ bền va đập trong điều kiện nhiệt độ thấp: EH36 đủ tiêu chuẩn chịu được năng lượng Charpy V-notch đáng kể ở nhiệt độ thấp hơn đáng kể so với AH36. Điều này khiến EH36 được ưa chuộng hơn cho môi trường khí hậu lạnh hoặc vĩ độ cao. - Độ dẻo (độ giãn dài) tương tự nhau ở cả hai khi độ dày tương đương; độ dẻo dai phụ thuộc vào cấu trúc vi mô và độ sạch nhiều hơn là thành phần hóa học khối.

5. Khả năng hàn

Các yếu tố liên quan đến khả năng hàn phụ thuộc vào hàm lượng cacbon, hàm lượng cacbon tương đương (độ tôi) và hàm lượng hợp kim vi mô. Hai chỉ số thường được sử dụng được đưa ra làm ví dụ ở đây.

Hiển thị công thức cacbon tương đương IIW: $$ CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15} $$

Và công thức Pcm toàn diện hơn: $$ P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000} $$

Giải thích định tính: - Cả AH36 và EH36 đều được thiết kế với hàm lượng carbon tương đối thấp và hợp kim được kiểm soát nên các giá trị $CE_{IIW}$ và $P_{cm}$ của chúng ở mức trung bình, hỗ trợ khả năng hàn tốt với các quy trình tiêu chuẩn. - Nhu cầu cải thiện độ bền nhiệt độ thấp của EH36 không nhất thiết làm tăng hàm lượng carbon tổng thể nhưng có thể đòi hỏi kiểm soát thành phần và xử lý chặt chẽ hơn. Do đó, khả năng hàn của EH36 có thể tương tự như AH36, nhưng các thông số kỹ thuật về gia nhiệt trước, nhiệt độ giữa các lớp hàn và quy trình hàn thường được áp dụng nghiêm ngặt hơn để duy trì độ bền nhiệt độ thấp trong vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ). - Hướng dẫn hàn thực tế: vật liệu tiêu hao hydro thấp, kiểm soát quá trình nung nóng trước cho các tiết diện dày và chỉ xử lý nhiệt sau hàn khi được chỉ định. Tránh độ cứng quá mức trong vùng HAZ bằng cách duy trì hàm lượng carbon thấp và hạn chế bổ sung hợp kim.

6. Chống ăn mòn và bảo vệ bề mặt

• Cả AH36 và EH36 đều là thép HSLA gốc cacbon (không phải thép không gỉ); khả năng chống ăn mòn trong môi trường biển phụ thuộc vào hệ thống bảo vệ.
• Các chiến lược bảo vệ điển hình: epoxy liên kết nóng chảy, hệ thống sơn tàu biển nhiều lớp, mạ kẽm (nếu có) và anot hy sinh cho các ứng dụng ngâm nước.
• Vì cả hai loại đều không phải thép không gỉ, nên PREN (chỉ số tương đương khả năng chống rỗ) không áp dụng cho phân loại ăn mòn của chúng. Để tham khảo, PREN được định nghĩa như sau: $$ \text{PREN} = \text{Cr} + 3,3 \lần \text{Mo} + 16 \lần \text{N} $$
• Chuẩn bị bề mặt, hàn kín đường may và thiết kế bảo vệ catốt/anot là những yếu tố then chốt trong thiết kế. Độ bền được cải thiện của EH36 không mang lại lợi ích chống ăn mòn nội tại so với AH36.

7. Chế tạo, khả năng gia công và khả năng định hình

• Khả năng gia công: cả hai loại thép đều là thép kết cấu điển hình; khả năng gia công ở mức trung bình và phụ thuộc vào cấu trúc vi mô, độ cứng và độ dày. Việc bổ sung các nguyên tố hợp kim vi mô vào EH36 có thể làm giảm nhẹ khả năng gia công so với thép hợp kim rất thấp, nhưng sự khác biệt thường không đáng kể.
• Khả năng tạo hình/uốn cong: tương đương nhau đối với cả hai loại khi có cùng độ dày và nhiệt độ; khả năng kiểm soát độ bền và độ dẻo dai chặt chẽ hơn của EH36 có thể yêu cầu bán kính uốn cong lớn hơn một chút đối với các phần dày để tránh nứt ở bộ phận hoàn thiện.
• Việc đục lỗ và tạo hình nguội cho các tấm dày phải tuân theo hướng dẫn của nhà cung cấp; không nên tạo hình bằng phương pháp đông lạnh hoặc tạo hình rất lạnh nếu không có trình độ chuyên môn.

8. Ứng dụng điển hình

AH36 — Công dụng điển hình	EH36 — Công dụng điển hình
Vỏ tàu trong điều kiện nhiệt độ ôn đới	Vỏ tàu/boong tàu phục vụ vùng cực/bắc cực
Cấu trúc đỉnh giàn khoan ngoài khơi ở vùng khí hậu ôn hòa hơn	Các công trình ngoài khơi Bắc Cực và thân tàu có khả năng chịu băng
Tàu chở hàng rời, các thành phần cấu trúc tàu chở hàng tổng hợp	Các tàu hoạt động trong điều kiện nhiệt độ thấp kéo dài, kết cấu áo khoác của tàu chở LNG cần có độ bền ở nhiệt độ thấp
Sàn, khung và tấm kết cấu chung nơi tác động nhiệt độ thấp không quan trọng	Các cấu trúc chính quan trọng có nguy cơ gãy giòn trong điều kiện hoạt động dưới 0 độ C

Cơ sở lựa chọn: - Chọn AH36 khi cần độ bền kết cấu nhưng nhiệt độ môi trường/nhiệt độ sử dụng ở mức vừa phải và không yêu cầu bắt buộc về tác động ở nhiệt độ rất thấp. - Chọn EH36 khi có yêu cầu chắc chắn về độ bền va đập ở nhiệt độ dưới 0 độ C (ví dụ: hoạt động ở vĩ độ cao, quy định của Bắc Cực/khu vực), ngay cả khi chi phí và kiểm soát sản xuất cao hơn.

9. Chi phí và tính khả dụng

• Chi phí: EH36 thường có giá cao hơn AH36 do quy trình xử lý, thử nghiệm nghiêm ngặt hơn và có thể yêu cầu kiểm soát/hóa học chặt chẽ hơn để đáp ứng các tiêu chí tác động ở nhiệt độ thấp. Mức giá cao hơn này thay đổi tùy theo nhà máy, quy mô đơn hàng và điều kiện thị trường.
• Tính khả dụng: AH36 được cung cấp rộng rãi với các kích thước và độ dày tấm tiêu chuẩn. EH36 cũng phổ biến trong các nhà sản xuất tấm tàu, nhưng tính khả dụng có thể bị hạn chế hơn đối với các tấm rất dày hoặc kích thước bất thường do yêu cầu xử lý có kiểm soát và thử nghiệm va đập bổ sung.
• Hình thức sản phẩm: tấm, mặt cắt hàn và tấm cắt theo kích thước là phổ biến; thời gian giao hàng cho EH36 có thể lâu hơn nếu cần thử nghiệm va đập cụ thể ở nhiệt độ thấp.

10. Tóm tắt và khuyến nghị

Bảng tóm tắt (định tính)

Thuộc tính	AH36	EH36
Khả năng hàn	Rất tốt (quy trình chuẩn)	Rất tốt nhưng khuyến nghị kiểm soát WPS chặt chẽ hơn
Cân bằng sức mạnh-độ dẻo dai	Độ bền cao; độ dẻo dai vừa phải ở nhiệt độ vừa phải	Độ bền cao; độ dẻo dai vượt trội ở nhiệt độ thấp theo thông số kỹ thuật
Trị giá	Thấp hơn	Cao hơn (phí bảo hiểm cho trình độ làm việc ở nhiệt độ thấp)

Khuyến nghị cuối cùng: - Chọn AH36 nếu bạn cần tấm đóng tàu có độ bền cao, sẵn có cho môi trường ôn đới, không yêu cầu khả năng chống va đập ở nhiệt độ cực thấp và bạn muốn chi phí vật liệu thấp hơn cũng như mua sắm đơn giản hơn. - Chọn EH36 nếu kết cấu sẽ hoạt động trong điều kiện lạnh giá hoặc Bắc Cực, nếu quy định yêu cầu độ bền Charpy đã được chứng minh ở nhiệt độ thấp, hoặc nếu thiết kế có độ nhạy gãy giòn (tiết diện mỏng, lực cản cao, ứng suất dư cao). Chi phí bổ sung được biện minh bởi việc giảm nguy cơ gãy và tuân thủ quy định.

Lưu ý kết luận: AH36 và EH36 có độ bền tĩnh tương đương nhau; việc lựa chọn thực tế nên được quyết định bởi hiệu suất va đập cần thiết ở nhiệt độ vận hành, các ràng buộc về quy trình hàn và rủi ro vòng đời. Luôn kiểm tra chính xác các tiêu chí chấp nhận về hóa học và cơ học với thông số kỹ thuật của dự án và chứng chỉ thử nghiệm tại nhà máy trước khi lựa chọn cuối cùng.