EH36 so với FH36 – Thành phần, Xử lý nhiệt, Tính chất và Ứng dụng

Giới thiệu

EH36 và FH36 là loại thép đóng tàu cường độ cao thường được sử dụng cho thân tàu và các cấu kiện kết cấu đòi hỏi sự cân bằng giữa độ bền, độ dẻo dai và khả năng hàn. Các kỹ sư, quản lý mua sắm và nhà hoạch định sản xuất thường cân nhắc giữa độ dẻo dai ở nhiệt độ thấp và chi phí, khả năng hàn và độ dày cho phép, và tính dễ chế tạo so với hiệu suất vận hành khi lựa chọn giữa hai loại thép này.

Sự khác biệt thực tế chủ yếu gặp phải trong công nghiệp là hiệu suất của từng loại thép trong các tấm thép rất dày và trong điều kiện vận hành khắc nghiệt ở nhiệt độ thấp. Vì cả hai đều là thép hợp kim thấp cường độ cao (HSLA) được thiết kế cho các công trình hàng hải, chúng thường được so sánh cạnh nhau khi chỉ định các tấm thép nặng cho các thành phần thân tàu chính, các công trình ngoài khơi và các kết cấu quan trọng khác. Thành phần chính xác và bảo đảm cơ học khác nhau tùy theo thông số kỹ thuật và nhà máy, vì vậy việc lựa chọn nên dựa trên quy chuẩn và chứng chỉ thử nghiệm nhà máy liên quan.

1. Tiêu chuẩn và Chỉ định

• Các bối cảnh thông số kỹ thuật chung mà EH36 và FH36 xuất hiện:
• Các tổ chức phân loại và quy tắc đóng tàu (ví dụ: ABS, DNV/GL, Lloyd's Register).
• Tiêu chuẩn thép/sản phẩm quốc gia và quốc tế và các tiêu chuẩn tương đương (ví dụ bao gồm các hạng mục đóng tàu ASTM/ASME, EN, JIS và nhiều tiêu chuẩn GB khác). Tham chiếu chéo chính xác tùy thuộc vào cơ quan có thẩm quyền và hình thức sản phẩm (tấm, cuộn).
• Loại vật liệu: cả EH36 và FH36 đều là thép cacbon hợp kim thấp cường độ cao (HSLA) được thiết kế riêng cho kết cấu hàng hải (không phải thép không gỉ hoặc thép dụng cụ). Chúng không phải là thép không gỉ và cần được bảo vệ bề mặt để chống ăn mòn.

2. Thành phần hóa học và chiến lược hợp kim

Bảng sau đây cung cấp các dải thành phần điển hình thường thấy trong các cấp HSLA đóng tàu thuộc dòng "36". Đây chỉ là các dải minh họa; nên tham khảo chứng chỉ nhà máy và thông số kỹ thuật kiểm soát để biết các giá trị quan trọng cho dự án.

Yếu tố	Phạm vi điển hình, EH36 (wt%)	Phạm vi điển hình, FH36 (wt%)
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 (tối đa)	≤ 0,035 (tối đa)
S	≤ 0,035 (tối đa)	≤ 0,035 (tối đa)
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	dấu vết – 0,08	dấu vết – 0,08
Nb (Nb/Ta)	dấu vết – 0,06	dấu vết – 0,06
Ti	dấu vết – 0,02	dấu vết – 0,02
B	vết (ppm)	vết (ppm)
N	≤ 0,012 (điển hình)	≤ 0,012 (điển hình)

Ghi chú: - Cả hai loại đều dựa vào hợp kim vi mô (Nb, V, Ti) và hóa học được kiểm soát để đạt được cấu trúc vi mô ferit-pearlit/ferit hợp kim vi mô hạt mịn mang lại cường độ giới hạn chảy cao với độ dẻo dai chấp nhận được. - Những thay đổi nhỏ về mặt hóa học (ví dụ, kiểm soát chặt chẽ hơn lưu huỳnh, sử dụng thêm hợp kim vi mô hoặc thêm một lượng nhỏ Ni/Cr) được sử dụng để điều chỉnh khả năng tôi cứng, độ dẻo dai ở nhiệt độ thấp và hiệu suất xuyên suốt cho các tấm rất dày. - Công thức FH36 thường được điều chỉnh để đảm bảo các đặc tính ở các phần dày hơn; EH36 có thể được sản xuất với hóa chất và quy trình được tối ưu hóa để tăng cường độ bền ở nhiệt độ thấp khi sử dụng.

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

Cấu trúc vi mô điển hình: - Cả hai loại đều được sản xuất để tạo ra cấu trúc vi mô ferit chủ yếu là hạt mịn với các kết tủa perlit và hợp kim vi mô phân bố rộng rãi. Các nguyên tố hợp kim vi mô (Nb, V, Ti) giúp tinh chỉnh kích thước hạt và tăng cường kết tủa. - Trong các tấm cán nóng và cán nhiệt cơ học (TMCP), hỗn hợp bainit/ferit có thể xuất hiện tùy thuộc vào tốc độ làm nguội và hàm lượng hợp kim.

Quy trình xử lý nhiệt và quy trình: - Chuẩn hóa: có thể được sử dụng để tinh chỉnh kích thước hạt và cải thiện tính đồng nhất trong các phần dày nhưng không phải lúc nào cũng được thực hiện đối với các tấm tàu ​​lớn do chi phí. - Làm nguội và ram: không điển hình đối với các tấm thép tàu tiêu chuẩn EH36/FH36—đây chủ yếu là thép được xử lý nhiệt cơ học và cán có kiểm soát, không phải là thép hợp kim được làm nguội và ram. - Xử lý kiểm soát nhiệt cơ (TMCP): cả hai loại đều đạt được độ bền cao và độ dẻo dai tốt mà không cần xử lý nhiệt bổ sung. TMCP mang lại đặc tính xuyên suốt thuận lợi cho các tấm được kiểm soát đúng cách. - Các tuyến đường tấm rất dày: đối với các phần siêu dày, việc làm mát có kiểm soát và hóa học phù hợp (chiến lược hợp kim hóa vi mô, hàm lượng carbon thấp hơn một chút) là rất quan trọng để tránh các dải hạt thô và duy trì độ dẻo dai xuyên suốt chiều dày; các ký hiệu và cách phân phối FH36 thường được tối ưu hóa cho các điều kiện này.

4. Tính chất cơ học

Tính chất cơ học phụ thuộc rất nhiều vào độ dày tấm, lộ trình cán và thông số kỹ thuật kiểm soát. Bảng dưới đây tóm tắt các phạm vi mục tiêu điển hình và xu hướng định tính thay vì các con số đảm bảo duy nhất—thông số kỹ thuật của dự án và báo cáo thử nghiệm nhà máy phải là nguồn giá trị hợp đồng.

Tài sản	EH36 điển hình (phạm vi / hành vi điển hình)	FH36 điển hình (phạm vi / hành vi điển hình)
Giới hạn chảy (phút)	≈ 300–380 MPa (được thiết kế như HSLA cường độ cao; giá trị tối thiểu thực tế phụ thuộc vào thông số kỹ thuật và độ dày)	≈ 300–380 MPa (mức danh nghĩa tương tự; FH36 có thể được đảm bảo ở mức năng suất tương tự ở các phần nặng hơn)
Độ bền kéo	≈ 460–620 MPa (tùy thuộc vào độ dày và quá trình xử lý)	≈ 460–620 MPa
Độ giãn dài (A%)	≈ 18–26% (giảm khi độ dày tăng)	≈ 16–24% (các tấm dày hơn có thể có độ giãn dài thấp hơn một chút)
Độ bền va đập (Charpy V-notch)	Được chỉ định cho nhiệt độ thấp hơn đối với các cấp EH (độ dẻo dai ở nhiệt độ thấp được cải thiện); năng lượng chấp nhận điển hình phụ thuộc vào nhiệt độ và độ dày	FH36 thường được chỉ định và đủ điều kiện cho các tấm dày hơn, trong đó tác động xuyên qua độ dày có thể thấp hơn ở cùng nhiệt độ—thông số kỹ thuật kiểm soát nhiệt độ/năng lượng thử nghiệm
Độ cứng	Thông thường ở mức trung bình (HB trong phạm vi HSLA điển hình); không được sử dụng làm tiêu chí chấp nhận chính	Tương tự, được thiết kế để tránh độ cứng quá mức làm giảm khả năng hàn

Giải thích: - Độ bền của hai loại thép này nhìn chung tương đương nhau khi được sản xuất theo các thông số kỹ thuật đóng tàu thông thường. Sự khác biệt đáng kể thường nằm ở độ bền được đảm bảo ở nhiệt độ quy định và cách duy trì các đặc tính qua các tiết diện rất dày. - EH36 thường được kết hợp với hiệu suất độ dẻo dai ở nhiệt độ thấp được cải thiện; FH36 thường được lựa chọn khi cần đảm bảo các đặc tính nhất quán (bao gồm độ dẻo dai và độ bền) trong các tấm rất dày.

5. Khả năng hàn

Khả năng hàn chủ yếu được kiểm soát bởi hàm lượng cacbon, hợp kim kết hợp (khả năng làm cứng), mức độ tạp chất (P, S) và việc bổ sung hợp kim vi mô.

Các chỉ số thực nghiệm hữu ích: - Tương đương carbon IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Chỉ số Pcm quốc tế: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Giải thích định tính: - Cả EH36 và FH36 đều nhắm đến mục tiêu là hàm lượng carbon tương đối thấp và hợp kim được kiểm soát để giữ $CE_{IIW}$ và $P_{cm}$ trong phạm vi hỗ trợ hàn thông thường với các biện pháp kiểm soát làm nóng trước khi cần thiết. - Hợp kim vi mô (Nb, V, Ti) làm tăng nhẹ độ cứng và có thể làm tăng nguy cơ nứt vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ) nếu quy trình hàn không được kiểm soát, đặc biệt là ở các tiết diện dày hơn. Đây là lý do tại sao các chiến lược gia nhiệt trước, kiểm soát nhiệt độ giữa các lớp hàn và xử lý nhiệt sau hàn (PWHT) có thể được chỉ định cho các tấm FH36 rất dày. - Đối với các tấm dày/nặng (thường là lý do để chọn FH36), thông số kỹ thuật quy trình hàn thường yêu cầu kiểm soát quá trình nung nóng trước/chuyển tiếp và vật tư hàn nghiêm ngặt hơn để quản lý độ bền HAZ và ứng suất dư.

6. Chống ăn mòn và bảo vệ bề mặt

• Cả EH36 và FH36 đều là thép carbon/HSLA thông thường (không phải thép không gỉ). Khả năng chống ăn mòn được cung cấp bằng lớp phủ, lớp bảo vệ catốt hoặc lớp phủ kim loại tùy theo trường hợp.
• Các chiến lược bảo vệ điển hình:
• Mạ kẽm nhúng nóng (đối với một số bộ phận kết cấu, mặc dù không phổ biến đối với lớp mạ thân tàu chìm).
• Lớp phủ hữu cơ (hệ thống epoxy/urethane) và hệ thống sơn lót/sơn phủ được sử dụng cho thân tàu và các công trình ngoài khơi.
• Bảo vệ catốt (anot hy sinh hoặc dòng điện cưỡng bức) cho các cấu trúc ngập nước.
• PREN (Số tương đương khả năng chống rỗ) chỉ liên quan đến thép không gỉ/thép không gỉ ferritic: $$ \text{PREN} = \text{Cr} + 3,3 \lần \text{Mo} + 16 \lần \text{N} $$ Điều này không áp dụng cho EH36 hoặc FH36 vì chúng không phải là hợp kim không gỉ.

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

• Khả năng gia công: EH36 và FH36 không được thiết kế để gia công cao; khả năng gia công là đặc trưng của thép HSLA—đủ điều kiện gia công và cắt gọt chính xác. Độ bền cao hơn một chút hoặc các điểm cứng trên các tấm dày hơn có thể làm giảm tuổi thọ dụng cụ.
• Khả năng tạo hình: Cán có kiểm soát/TMCP cải thiện khả năng tạo hình nóng và nguội so với thép tôi và ram. Giới hạn uốn và tạo hình giảm dần khi độ dày tăng; thép FH36 được cung cấp cho các tấm rất dày có thể yêu cầu lực cao hơn và bán kính uốn đặc biệt.
• Cắt và hàn: Cắt plasma và cắt oxy-nhiên liệu là phổ biến. Hàn đòi hỏi vật tư tiêu hao phù hợp với yêu cầu về độ bền và độ dẻo dai của tấm; việc gia nhiệt trước và kiểm soát nhiệt độ giữa các lớp hàn quan trọng hơn trên các tấm FH36 dày.

8. Ứng dụng điển hình

EH36 — Công dụng điển hình	FH36 — Công dụng điển hình
Tấm thân tàu và các thành phần kết cấu cần độ bền cao ở nhiệt độ thấp (tàu vùng cực hoặc vùng nước lạnh, nhà trên boong)	Tấm vỏ tàu rất nặng, vách ngăn và các thành phần cấu trúc chính yêu cầu độ dày tấm lớn và đảm bảo độ dày xuyên suốt là rất quan trọng
Tấm có khả năng chống va đập ở nhiệt độ thấp là ưu tiên hàng đầu	Các thành phần của nền tảng ngoài khơi và các bộ phận chế tạo nặng đòi hỏi các đặc tính nhất quán thông qua các phần siêu dày
Các khu vực yêu cầu khả năng hàn tốt với độ bền đảm bảo	Các tình huống mà tuyến chế tạo bao gồm các tấm đơn lớn và cần sản xuất theo thông số kỹ thuật về độ dày

Cơ sở lựa chọn: - Chọn loại thép phù hợp với nhiệt độ độ dai tối thiểu theo yêu cầu của dự án, giới hạn độ dày được đảm bảo và khả năng hàn. Đối với thân tàu chịu lạnh, các thông số kỹ thuật tương tự EH36 rất hấp dẫn; đối với các tấm thép rất nặng với yêu cầu độ dày xuyên suốt chặt chẽ, các thông số kỹ thuật tương tự FH36 thường được ưu tiên.

9. Chi phí và tính khả dụng

• Chi phí tương đối: Cả hai loại thép đều thuộc cùng một dòng; chênh lệch giá thường nhỏ và phụ thuộc vào độ dày tấm, quy trình xử lý (TMCP, chuẩn hóa) và các yêu cầu chứng nhận/kiểm tra. Các tấm thép được cán/kiểm soát đặc biệt cho các tiết diện siêu dày (thường là thép FH36) có thể có giá cao hơn do quy trình sản xuất dài hơn, thử nghiệm nghiêm ngặt hơn và xử lý phế liệu nhiều hơn.
• Tính khả dụng: Các loại thép đóng tàu thông dụng (biến thể AH36/DH36/EH36) được cung cấp rộng rãi từ các nhà máy lớn trên toàn thế giới. Các tấm thép loại FH36 dành cho độ dày rất lớn có thể có nguồn cung hạn chế hơn và thời gian giao hàng lâu hơn—đặc biệt đối với các tấm thép liền khối lớn hoặc các dự án yêu cầu đảm bảo đặc tính cơ học cụ thể thông qua độ dày.

10. Tóm tắt và khuyến nghị

Thuộc tính	EH36	FH36
Khả năng hàn	Tốt (C thấp, hợp kim được kiểm soát); được tối ưu hóa cho chế tạo tiêu chuẩn	Tốt, nhưng các phần dày hơn có thể yêu cầu kiểm soát nhiệt độ trước/PWHT chặt chẽ hơn
Cân bằng sức mạnh-độ dẻo dai	Độ bền cao, đặc biệt ở nhiệt độ thấp	Độ bền cao, chú trọng vào khả năng giữ nguyên đặc tính ở các tấm rất dày
Trị giá	Giá HSLA điển hình; vừa phải tùy thuộc vào quá trình xử lý	Phí bảo hiểm tiềm năng cho các tấm siêu dày, được xử lý đặc biệt

Khuyến nghị: - Chọn EH36 nếu: bạn cần thép đóng tàu có độ bền cao được tối ưu hóa cho độ dẻo dai ở nhiệt độ thấp và độ dày tấm từ tiêu chuẩn đến nặng, trong đó khả năng chống va đập ở điều kiện làm việc lạnh hơn là ưu tiên hàng đầu và quy trình hàn thông thường có thể chấp nhận được. - Chọn FH36 nếu: ứng dụng của bạn yêu cầu các tấm rất nặng hoặc siêu dày với độ bền xuyên suốt và các tính chất cơ học được đảm bảo, và bạn sẵn sàng tuân thủ các quy trình kiểm soát hàn và chế tạo nghiêm ngặt hơn (và chấp nhận thời gian hoàn thành có thể lâu hơn và chi phí gia tăng).

Ghi chú cuối cùng: - Luôn ghi rõ tiêu chuẩn kiểm soát, phạm vi độ dày yêu cầu, nhiệt độ thử nghiệm độ bền va đập và tiêu chuẩn quy trình hàn trong tài liệu mua hàng. Chứng chỉ nhà máy, bao gồm phân tích hóa học và báo cáo thử nghiệm cơ học lấy từ độ dày tấm thực tế, là điều cần thiết để xác minh vật liệu được giao đáp ứng mục đích hiệu suất của cấp độ đã chọn.