Thép DH36: Tính chất và ứng dụng chính trong đóng tàu
Chia sẻ
Table Of Content
Table Of Content
Thép DH36 là loại thép kết cấu có độ bền cao, chủ yếu được sử dụng trong đóng tàu và các ứng dụng hàng hải. Thép này thuộc loại thép hợp kim cacbon thấp, được thiết kế riêng để đáp ứng các yêu cầu nghiêm ngặt của môi trường biển. Các nguyên tố hợp kim chính trong thép DH36 bao gồm mangan, cacbon và silic, góp phần tạo nên độ bền, độ dẻo dai và khả năng hàn tổng thể của thép.
Tổng quan toàn diện
Thép DH36 được phân loại là loại thép kết cấu đặc biệt phù hợp cho đóng tàu do có đặc tính cơ học tuyệt vời và khả năng chống chịu với môi trường biển khắc nghiệt. Thép này có đặc điểm là cường độ chịu kéo cao, độ dẻo tốt và độ bền, lý tưởng cho việc chế tạo thân tàu và các thành phần kết cấu khác của tàu.
Các đặc điểm quan trọng nhất của thép DH36 bao gồm:
- Độ bền cao : DH36 có độ bền kéo tối thiểu là 355 MPa (51,5 ksi) và độ bền kéo từ 490 đến 620 MPa (71 đến 90 ksi).
- Độ bền tốt : Vẫn giữ được độ bền ngay cả ở nhiệt độ thấp, điều này rất quan trọng đối với các ứng dụng hàng hải.
- Khả năng hàn : Thép có thể dễ dàng hàn bằng các phương pháp thông thường, điều này rất cần thiết cho quy trình đóng tàu.
Ưu điểm (Pros) :
- Tính chất cơ học tuyệt vời đảm bảo tính toàn vẹn của cấu trúc dưới tải trọng động.
- Khả năng chống va đập và chịu mỏi tốt, phù hợp cho các ứng dụng chịu ứng suất cao.
- Khả năng hàn tốt cho phép chế tạo và sửa chữa hiệu quả.
Hạn chế (Nhược điểm) :
- Khả năng chống ăn mòn hạn chế so với thép không gỉ hợp kim cao hơn, đòi hỏi phải có lớp phủ bảo vệ trong một số môi trường nhất định.
- Không phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu khả năng chống ăn mòn cực cao hoặc hiệu suất nhiệt độ cao.
Trong lịch sử, thép DH36 đóng vai trò quan trọng trong ngành đóng tàu, cung cấp vật liệu đáng tin cậy để chế tạo tàu thuyền có khả năng chịu được sự khắc nghiệt của biển cả.
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 | ĐẠI HỌC 36 | Hoa Kỳ | Thường được sử dụng trong đóng tàu |
| VI | S355G3 | Châu Âu | Tương đương gần nhất với sự khác biệt nhỏ về thành phần |
| Tiêu chuẩn Nhật Bản | SM490A | Nhật Bản | Tính chất tương tự nhưng tiêu chuẩn khác nhau |
| Tiêu chuẩn ISO | 6300-36 | Quốc tế | Tương đương chung cho các ứng dụng kết cấu |
Bảng trên nêu bật các tiêu chuẩn và giá trị tương đương khác nhau cho thép DH36. Đáng chú ý, trong khi S355G3 và SM490A thường được coi là tương đương, chúng có thể có những thay đổi nhỏ về thành phần hóa học và tính chất cơ học có thể ảnh hưởng đến hiệu suất trong các ứng dụng cụ thể.
Thuộc tính chính
Thành phần hóa học
| Nguyên tố (Ký hiệu và Tên) | Phạm vi phần trăm (%) |
|---|---|
| C (Cacbon) | 0,14 - 0,20 |
| Mn (Mangan) | 0,90 - 1,60 |
| Si (Silic) | 0,10 - 0,50 |
| P (Phốt pho) | ≤ 0,025 |
| S (Lưu huỳnh) | ≤ 0,010 |
| Al (Nhôm) | ≤ 0,10 |
Các nguyên tố hợp kim chính trong thép DH36 đóng vai trò quan trọng:
- Cacbon (C) : Tăng độ bền và độ cứng nhưng có thể làm giảm độ dẻo.
- Mangan (Mn) : Tăng cường độ cứng và độ dẻo dai, cải thiện hiệu suất của thép trong môi trường nhiệt độ thấp.
- Silic (Si) : Cải thiện quá trình khử oxy trong quá trình luyện thép và góp phần tăng cường độ.
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 |
|---|---|---|---|---|---|
| Cường độ chịu kéo (độ lệch 0,2%) | Chuẩn hóa | Nhiệt độ phòng | 355MPa | 51,5 ksi | Tiêu chuẩn ASTM E8 |
| Độ bền kéo | Chuẩn hóa | Nhiệt độ phòng | 490 - 620MPa | 71 - 90 ksi | 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 | ≥ 30% | ≥ 30% | Tiêu chuẩn ASTM E8 |
| Độ cứng (Brinell) | Chuẩn hóa | Nhiệt độ phòng | 170 - 210 HB | 170 - 210 HB | Tiêu chuẩn ASTM E10 |
| Sức mạnh tác động | Charpy V-notch | -20°C (-4°F) | ≥ 27 J | ≥ 20 ft-lbf | Tiêu chuẩn ASTM E23 |
Tính chất cơ học của thép DH36 làm cho nó 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 của 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 | 7,85g/cm³ | 0,284 lb/in³ |
| Điểm nóng chảy | - | 1420 - 1460 °C | 2590 - 2660 °F |
| Độ dẫn nhiệt | Nhiệt độ phòng | 50 W/m·K | 34,5 BTU·in/h·ft²·°F |
| Nhiệt dung riêng | Nhiệt độ phòng | 460 J/kg·K | 0,11 BTU/lb·°F |
| Điện trở suất | Nhiệt độ phòng | 0,0000017 Ω·m | 0,0000017 Ω·ft |
Các đặc tính vật lý chính như mật độ và điểm nóng chảy rất quan trọng đối với các ứng dụng liên quan đến nhiệt độ cao và tải trọng kết cấu. Độ dẫn nhiệt cho biết vật liệu có thể tản nhiệt tốt như thế nào, điều này rất quan trọng trong việc ngăn ngừa quá nhiệt trong động cơ hàng hải.
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 rỗ |
| Axit sunfuric | 10% | 25°C / 77°F | Nghèo | Không khuyến khích |
| Clorua | 5% | 25°C / 77°F | Hội chợ | Dễ bị nứt do ăn mòn ứng suất |
Thép DH36 có khả năng chống ăn mòn ở mức trung bình, đặc biệt là trong môi trường biển. Mặc dù có hiệu suất tốt trong nước biển, nhưng dễ bị rỗ và nứt do ăn mòn ứng suất khi có clorua. So với thép không gỉ hợp kim cao hơn, DH36 cần lớp phủ bảo vệ hoặc bảo vệ catốt để tăng tuổi thọ trong môi trường ăn mòn.
Khả năng chịu nhiệt
| Tài sản/Giới hạn | Nhiệt độ (°C) | Nhiệt độ (°F) | Nhận xét |
|---|---|---|---|
| Nhiệt độ dịch vụ liên tục tối đa | 250°C | 482°F | Thích hợp cho các ứng dụng kết cấu |
| Nhiệt độ dịch vụ gián đoạn tối đa | 300°C | 572°F | Chỉ tiếp xúc trong thời gian ngắn |
| Nhiệt độ đóng băng | 500°C | 932°F | Nguy cơ oxy hóa vượt quá nhiệt độ này |
Ở nhiệt độ cao, thép DH36 duy trì tính toàn vẹn về mặt cấu trúc lên đến khoảng 250°C (482°F). Ngoài ra, nguy cơ oxy hóa và đóng cặn tăng lên, có thể làm giảm hiệu suất của vật liệu trong các ứng dụng 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 | Độ xuyên thấu tốt |
| FCAW | E71T-1 | CO2 | Thích hợp cho các phần dày hơn |
Thép DH36 có khả năng hàn cao, lý tưởng cho các ứng dụng đóng tàu. Việc nung nóng trước thường được khuyến nghị để giảm thiểu nguy cơ nứt, đặc biệt là ở các phần dày hơn. Việc lựa chọn kim loại phụ có thể ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng mối hàn và hiệu suất tổng thể của kết cấu.
Khả năng gia công
| Thông số gia công | Thép DH36 | AISI 1212 | Ghi chú/Mẹo |
|---|---|---|---|
| Chỉ số khả năng gia công tương đối | 60% | 100% | Khả năng gia công vừa phải |
| Tốc độ cắt điển hình (Tiện) | 30 m/phút | 60 m/phút | Sử dụng các công cụ sắc bén và chất làm mát |
Thép DH36 có khả năng gia công ở mức trung bình, có thể cải thiện bằng các điều kiện cắt và gia công thích hợp. Điều cần thiết là sử dụng các công cụ sắc bén và làm mát đầy đủ để ngăn ngừa sự cứng hóa khi gia công và mài mòn dụng cụ.
Khả năng định hình
Thép DH36 có khả năng định hình tốt, cho phép thực hiện cả quy trình định hình nguội và nóng. Vật liệu có thể uốn cong và định hình mà không có nguy cơ nứt đáng kể, mặc dù phải cẩn thận để tránh làm cứng quá mức. Bán kính uốn cong điển hình nên được xác định dựa trên độ dày của vật liệu và quy trình định hình cụ thể được sử dụng.
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 °C / 1652 - 1742 °F | 1 - 2 giờ | Không khí | Tinh chỉnh cấu trúc hạt |
| Làm nguội | 850 - 900 °C / 1562 - 1652 °F | 1 giờ | Nước/Dầu | Tăng độ cứng |
| Làm nguội | 500 - 600 °C / 932 - 1112 °F | 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 DH36. 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 tăng độ dẻo dai, đặc biệt đối với các ứng dụng chịu tải trọng động.
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 |
|---|---|---|---|
| Đóng tàu | Tàu chở hàng | Độ bền cao, độ dẻo dai, khả năng hàn | Tính toàn vẹn của cấu trúc dưới tải trọng động |
| Cấu trúc ngoài khơi | Giàn khoan dầu | Khả năng chống ăn mòn, độ bền | Độ bền trong môi trường khắc nghiệt |
| Kỹ thuật hàng hải | Tàu ngầm | Độ bền nhiệt độ thấp, khả năng hàn | An toàn và hiệu suất cấu trúc |
Các ứng dụng khác của thép DH36 bao gồm:
- Tàu biển : Được sử dụng trong việc đóng các loại tàu thuyền.
- Cấu trúc nổi : Được sử dụng ở các bệ và bến tàu.
- Máy móc hạng nặng : Được sử dụng trong các thành phần đòi hỏi độ bền và sức mạnh cao.
Việc lựa chọn thép DH36 cho các ứng dụng này chủ yếu là do tính chất cơ học tuyệt vời và khả năng chịu được điều kiện khắc nghiệt của biển.
Những cân nhắc quan trọng, Tiêu chí lựa chọn và những hiểu biết sâu sắc hơn
| Tính năng/Thuộc tính | Thép DH36 | S355G3 | SM490A | Ghi chú ngắn gọn về Ưu/Nhược điểm hoặc Đánh đổi |
|---|---|---|---|---|
| Sức chịu lực | 355MPa | 355MPa | 345MPa | Mức độ sức mạnh tương tự |
| Chống ăn mòn | Hội chợ | Tốt | Hội chợ | S355G3 có khả năng chống chịu tốt hơn |
| Khả năng hàn | Xuất sắc | Tốt | Tốt | Tất cả các loại đều có thể hàn được |
| Khả năng gia công | Vừa phải | Tốt | Tốt | DH36 có thể cần nhiều nỗ lực hơn |
| Khả năng định hình | Tốt | Tốt | Tốt | Tất cả các lớp đều có thể định hình được |
| Chi phí tương đối xấp xỉ | Vừa phải | Vừa phải | Vừa phải | Chi phí tương tự nhau ở các lớp |
| Khả năng cung cấp điển hình | Cao | Vừa phải | Vừa phải | DH36 có sẵn rộng rãi |
Khi lựa chọn thép DH36, cần cân nhắc đến hiệu quả về chi phí, tính khả dụng và các yêu cầu về hiệu suất cụ thể. Mặc dù DH36 có các đặc tính cơ học tuyệt vời, khả năng chống ăn mòn của nó có thể không đủ cho mọi ứng dụng, đặc biệt là trong môi trường có tính ăn mòn cao. Trong những trường hợp như vậy, các loại thép thay thế như S355G3 hoặc thép hợp kim cao hơn có thể phù hợp hơn.
Tóm lại, thép DH36 là vật liệu đa năng và bền chắc lý tưởng cho các ứng dụng đóng tàu và hàng hải. Sự kết hợp giữa độ bền, độ dẻo dai và khả năng hàn khiến nó trở thành lựa chọn được ưa chuộng, mặc dù việc cân nhắc cẩn thận các hạn chế và yếu tố môi trường của nó là điều cần thiết để có hiệu suất tối ưu.