Thép AH36: Tính chất và ứng dụng chính trong đóng tàu

Thép AH36 là loại thép kết cấu có độ bền cao chủ yếu được sử dụng trong đóng tàu và các ứng dụng hàng hải. Được phân loại là thép hợp kim cacbon thấp, AH36 được biết đến với khả năng hàn tuyệt vời, độ bền kéo cao và độ dẻo dai tốt, khiến nó phù hợp để chế tạo thân tàu và các thành phần kết cấu khác của tàu. Các nguyên tố hợp kim chính trong thép AH36 bao gồm cacbon (C), mangan (Mn) và silic (Si), kết hợp lại giúp tăng cường các đặc tính cơ học và khả năng chống biến dạng dưới tải trọng.

Tổng quan toàn diện

Thép AH36 là một phần của hệ thống phân loại của Cục Vận tải Biển Hoa Kỳ (ABS) và được thiết kế riêng cho các ứng dụng đóng tàu. Hàm lượng carbon thấp (thường khoảng 0,05% đến 0,20%) góp phần tạo nên độ dẻo và khả năng hàn, trong khi hàm lượng mangan (khoảng 0,60% đến 1,35%) cải thiện khả năng tôi và độ bền. Silic, có trong một lượng nhỏ (lên đến 0,10%), giúp tăng khả năng chống oxy hóa của thép trong quá trình xử lý nhiệt.

Các đặc điểm quan trọng nhất của thép AH36 bao gồm:

• Độ bền cao : Với độ bền kéo tối thiểu là 250 MPa (36.000 psi), AH36 có khả năng chịu được tải trọng và ứng suất lớn.
• Độ bền tốt : Vẫn giữ được độ bền ở nhiệt độ thấp, điều này rất quan trọng đối với môi trường biển.
• Khả năng hàn tuyệt vời : AH36 có thể dễ dàng hàn bằng nhiều phương pháp khác nhau, do đó rất lý tưởng cho việc đóng tàu có kết cấu phức tạp.

Thuận lợi :
- Tỷ lệ độ bền trên trọng lượng cao, cho phép tạo ra các kết cấu nhẹ hơn mà không ảnh hưởng đến độ an toàn.
- Khả năng hàn tuyệt vời, tạo điều kiện thuận lợi cho việc thi công và sửa chữa hiệu quả.
- Độ bền tốt, đảm bảo độ bền trong điều kiện khắc nghiệt của biển.

Hạn chế :
- Khả năng chống ăn mòn hạn chế so với thép hợp kim cao hơn, đòi hỏi phải có lớp phủ bảo vệ trong một số môi trường nhất định.
- Không thích hợp cho các ứng dụng nhiệt độ cao do khả năng chịu nhiệt thấp.

Trong lịch sử, AH36 đóng vai trò quan trọng trong ngành hàng hải, hỗ trợ việc chế tạo nhiều loại tàu khác nhau, từ tàu chở hàng đến tàu hải quân, nhờ sự cân bằng giữa độ bền, độ cứng và khả năng hàn.

Tên thay thế, Tiêu chuẩn và Tương đương

Tổ chức tiêu chuẩn	Chỉ định/Cấp bậc	Quốc gia/Khu vực xuất xứ	Ghi chú/Nhận xét
Tiêu chuẩn ASTM	AH36	Hoa Kỳ	Thường được sử dụng trong đóng tàu.
Liên Hiệp Quốc	K23500	Hoa Kỳ	Tương đương gần nhất, sự khác biệt nhỏ về thành phần.
VI	S355G3	Châu Âu	Độ bền tương tự, nhưng đặc tính độ dẻo dai khác nhau.
Tiêu chuẩn Nhật Bản	SM490A	Nhật Bản	Có thể so sánh được, nhưng có các nguyên tố hợp kim khác nhau.
ĐẠI HỌC	StE355	Đức	Tính chất tương tự, nhưng có thể khác nhau về khả năng chống va đập.

Khi lựa chọn giữa các cấp độ tương đương, điều quan trọng là phải xem xét các yếu tố như độ bền ở nhiệt độ thấp, khả năng hàn và các điều kiện môi trường cụ thể có thể ảnh hưởng đến hiệu suất. Ví dụ, trong khi S355G3 cung cấp độ bền tương tự, nó có thể không hoạt động tốt trong các ứng dụng nhiệt độ thấp so với AH36.

Thuộc tính chính

Thành phần hóa học

Nguyên tố (Ký hiệu và Tên)	Phạm vi phần trăm (%)
C (Cacbon)	0,05 - 0,20
Mn (Mangan)	0,60 - 1,35
Si (Silic)	0,00 - 0,10
P (Phốt pho)	≤ 0,04
S (Lưu huỳnh)	≤ 0,03

Các nguyên tố hợp kim chính trong thép AH36 đóng vai trò quan trọng:
- Carbon : Tăng cường độ bền và độ cứng nhưng có thể làm giảm độ dẻo nếu có quá nhiều.
- Mangan : Cải thiện độ cứng và độ bền kéo, rất quan trọng đối với tính toàn vẹn của cấu trúc.
- Silic : Hoạt động như chất khử oxy trong quá trình luyện thép, cải thiện chất lượng tổng thể.

Tính chất cơ học

Tài sản	Tình trạng/Tính khí	Nhiệt độ thử nghiệm	Giá trị/Phạm vi điển hình (Đơn vị đo lường)	Giá trị/Phạm vi điển hình (Anh)	Tiêu chuẩn tham chiếu cho phương pháp thử nghiệm
Độ bền kéo	Chuẩn hóa	Nhiệt độ phòng	400 - 510MPa	58 - 74 ksi	Tiêu chuẩn ASTM E8
Cường độ chịu kéo (độ lệch 0,2%)	Chuẩn hóa	Nhiệt độ phòng	250MPa	36 kilômét	Tiêu chuẩn ASTM E8
Độ giãn dài	Chuẩn hóa	Nhiệt độ phòng	21%	21%	Tiêu chuẩn ASTM E8
Giảm Diện Tích	Chuẩn hóa	Nhiệt độ phòng	35%	35%	Tiêu chuẩn ASTM E8
Độ cứng (Brinell)	Chuẩn hóa	Nhiệt độ phòng	120 - 160 HB	120 - 160 HB	Tiêu chuẩn ASTM E10
Sức mạnh tác động	Charpy V-notch	-20°C (-4°F)	27 tháng 1	20 ft-lbf	Tiêu chuẩn ASTM E23

Sự kết hợp của các tính chất cơ học này làm cho thép AH36 phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi độ bền và độ dẻo dai cao, đặc biệt là trong môi trường biển nơi tính toàn vẹn về cấu trúc là rất quan trọng.

Tính chất vật lý

Tài sản	Điều kiện/Nhiệt độ	Giá trị (Đơn vị đo lường)	Giá trị (Anh)
Tỉ trọng	Nhiệt độ phòng	7850 kg/m³	490 lb/ft³
Điểm nóng chảy	-	1425 - 1540 °C	2600 - 2800 °F
Độ dẫn nhiệt	Nhiệt độ phòng	50 W/m·K	29 BTU·in/ft²·h·°F
Nhiệt dung riêng	Nhiệt độ phòng	0,49 kJ/kg·K	0,12 BTU/lb·°F
Điện trở suất	Nhiệt độ phòng	0,0000017 Ω·m	0,0000017 Ω·trong
Hệ số giãn nở nhiệt	Nhiệt độ phòng	11,0 x 10⁻⁶ /°C	6,1 x 10⁻⁶ /°F

Các đặc tính vật lý chính như mật độ và độ dẫn nhiệt có ý nghĩa quan trọng đối với các ứng dụng trong đóng tàu. Mật độ của AH36 góp phần vào tổng trọng lượng của tàu, trong khi độ dẫn nhiệt của nó rất quan trọng đối với việc tản nhiệt trong môi trường biển.

Chống ăn mòn

Chất ăn mòn	Sự tập trung (%)	Nhiệt độ (°C/°F)	Xếp hạng sức đề kháng	Ghi chú
Nước biển	3,5	25°C / 77°F	Hội chợ	Nguy cơ ăn mòn rỗ
Axit sunfuric	10	25°C / 77°F	Nghèo	Không khuyến khích
Clorua	Thay đổi	25°C / 77°F	Hội chợ	Dễ bị SCC

Thép AH36 có khả năng chống ăn mòn ở mức trung bình, đặc biệt là trong môi trường biển. Tuy nhiên, thép này dễ bị rỗ và nứt do ăn mòn ứng suất (SCC) khi tiếp xúc với clorua, đòi hỏi phải có lớp phủ bảo vệ hoặc bảo vệ catốt trong các ứng dụng nước biển. So với các loại thép hợp kim cao hơn như thép không gỉ duplex, khả năng chống ăn mòn của AH36 bị hạn chế, khiến thép này ít phù hợp với môi trường có tính ăn mòn cao.

Khả năng chịu nhiệt

Tài sản/Giới hạn	Nhiệt độ (°C)	Nhiệt độ (°F)	Nhận xét
Nhiệt độ dịch vụ liên tục tối đa	300°C	572°F	Khả năng chống oxy hóa hạn chế
Nhiệt độ dịch vụ gián đoạn tối đa	400°C	752°F	Nguy cơ mở rộng vượt quá nhiệt độ này
Cân nhắc về sức bền biến dạng	500°C	932°F	Bắt đầu mất sức

Ở nhiệt độ cao, thép AH36 vẫn giữ được tính toàn vẹn về mặt cấu trúc lên đến khoảng 300°C (572°F). Ngoài ra, thép có thể bị oxy hóa và đóng cặn, có thể làm giảm các đặc tính cơ học của thép. Do đó, thép này không được khuyến khích sử dụng cho các ứng dụng tiếp xúc lâu dài với nhiệt độ cao.

Tính chất chế tạo

Khả năng hàn

Quy trình hàn	Kim loại phụ gia được đề xuất (Phân loại AWS)	Khí/Nhiệt che chắn điển hình	Ghi chú
SÚNG BẮN TỪ	E7018	Argon/CO2	Nên làm nóng trước
GMAW	ER70S-6	Argon/CO2	Tốt cho các phần mỏng
FCAW	E71T-1	CO2	Thích hợp sử dụng ngoài trời

Thép AH36 có khả năng hàn cao, phù hợp với nhiều quy trình hàn khác nhau. Thường khuyến nghị nên nung nóng trước để tránh nứt, đặc biệt là ở các phần dày hơn. Việc lựa chọn kim loại hàn có thể ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng mối hàn và nên sử dụng điện cực có hàm lượng hydro thấp để giảm thiểu nứt do hydro gây ra.

Khả năng gia công

Thông số gia công	Thép AH36	AISI 1212	Ghi chú/Mẹo
Chỉ số khả năng gia công tương đối	70	100	Khả năng gia công tốt, nhưng chậm hơn 1212
Tốc độ cắt điển hình	30 m/phút	45 m/phút	Điều chỉnh dựa trên công cụ

Thép AH36 có khả năng gia công hợp lý, mặc dù không dễ gia công như một số loại thép cacbon cao hơn. Nên chọn tốc độ cắt và dụng cụ tối ưu để giảm thiểu hao mòn và đảm bảo độ hoàn thiện tốt.

Khả năng định hình

Thép AH36 có khả năng định hình tốt, cho phép thực hiện các quy trình định hình nguội và nóng. Thép có thể uốn cong và định hình thành nhiều cấu hình khác nhau mà không có nguy cơ nứt đáng kể. Tuy nhiên, cần lưu ý tuân thủ bán kính uốn cong được khuyến nghị để tránh làm cứng khi gia công.

Xử lý nhiệt

Quy trình điều trị	Phạm vi nhiệt độ (°C/°F)	Thời gian ngâm điển hình	Phương pháp làm mát	Mục đích chính / Kết quả mong đợi
Chuẩn hóa	900 - 950 / 1650 - 1740	1 - 2 giờ	Không khí	Tinh chỉnh cấu trúc hạt
Làm nguội	800 - 850 / 1470 - 1560	30 phút	Nước/Dầu	Tăng độ cứng
Làm nguội	500 - 600 / 930 - 1110	1 giờ	Không khí	Giảm độ giòn

Các quy trình xử lý nhiệt như chuẩn hóa, làm nguội và ram là rất quan trọng để tối ưu hóa các tính chất cơ học của thép AH36. Chuẩn hóa tinh chỉnh cấu trúc hạt, trong khi làm nguội làm tăng độ cứng. Ram là điều cần thiết để giảm độ giòn và cải thiện độ dẻo dai.

Ứng dụng điển hình và mục đích sử dụng cuối cùng

Ngành/Lĩnh vực	Ví dụ ứng dụng cụ thể	Các tính chất chính của thép được sử dụng trong ứng dụng này	Lý do lựa chọn (Tóm tắt)
Hàng hải	Tàu chở hàng	Độ bền cao, độ dẻo dai tốt	Cần thiết cho tính toàn vẹn của cấu trúc
Ngoài khơi	Giàn khoan dầu	Khả năng hàn tuyệt vời	Tạo điều kiện cho việc lắp ráp phức tạp
Hải quân	Tàu Hải Quân	Khả năng chống ăn mòn, độ bền	Quan trọng đối với độ bền trong môi trường khắc nghiệt

Các ứng dụng khác của thép AH36 bao gồm:
- Tàu cá
- Phà
- Xà lan
- Nền tảng nổi

AH36 được chọn cho các ứng dụng này vì nó có sự cân bằng giữa độ bền, độ dẻo dai và khả năng hàn, những yếu tố rất quan trọng đối với sự an toàn và tuổi thọ của các công trình hàng hải.

Những cân nhắc quan trọng, Tiêu chí lựa chọn và những hiểu biết sâu sắc hơn

Tính năng/Thuộc tính	Thép AH36	Thép S355G3	Thép SM490A	Ghi chú ngắn gọn về Ưu/Nhược điểm hoặc Đánh đổi
Tính chất cơ học chính	Độ bền cao	Sức mạnh tương tự	Sức mạnh thấp hơn	AH36 cung cấp độ bền tốt hơn
Góc nhìn ăn mòn chính	Hội chợ	Tốt	Hội chợ	S355G3 có khả năng chống ăn mòn tốt hơn
Khả năng hàn	Xuất sắc	Tốt	Tốt	Tất cả các loại đều có thể hàn được, nhưng AH36 được ưa chuộng hơn
Khả năng gia công	Vừa phải	Tốt	Tốt	AH36 có khả năng gia công kém hơn S355G3
Khả năng định hình	Tốt	Tốt	Tốt	Tất cả các loại đều thích hợp để hình thành
Chi phí tương đối xấp xỉ	Vừa phải	Vừa phải	Vừa phải	Chi phí nói chung là tương đương
Khả năng cung cấp điển hình	Cao	Vừa phải	Vừa phải	AH36 có sẵn rộng rãi

Khi lựa chọn thép AH36, các cân nhắc như hiệu quả về chi phí, tính khả dụng và các yêu cầu ứng dụng cụ thể là rất quan trọng. Sự cân bằng về tính chất của nó khiến nó trở thành lựa chọn phổ biến trong ngành đóng tàu, mặc dù các lựa chọn thay thế như S355G3 có thể được ưa chuộng hơn trong các môi trường đòi hỏi khả năng chống ăn mòn cao.

Tóm lại, thép AH36 là vật liệu đa năng và bền chắc lý tưởng cho các ứng dụng hàng hải, mang lại sự kết hợp giữa độ bền, độ dẻo dai và khả năng hàn. Hiểu được các đặc tính và đặc điểm hiệu suất của nó là điều cần thiết đối với các kỹ sư và nhà thiết kế trong lĩnh vực hàng hải.