Thép EH36: Tính chất và ứng dụng chính trong đóng tàu

Thép EH36 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, EH36 là một phần của các loại thép có độ bền cao hơn theo tiêu chuẩn ASTM A131, được thiết kế riêng cho đóng tàu. Các nguyên tố hợp kim chính trong EH36 bao gồm cacbon, mangan và silic, góp phần tạo nên các đặc tính cơ học và hiệu suất tổng thể của thép trong các môi trường khắc nghiệt.

Tổng quan toàn diện

Thép EH36 được biết đến với khả năng hàn tuyệt vời, độ bền cao và độ dẻo dai, khiến nó phù hợp để xây dựng nhiều công trình hàng hải khác nhau, bao gồm tàu, giàn khoan ngoài khơi và các tàu biển khác. Hàm lượng carbon thấp của thép làm tăng độ dẻo và độ dẻo dai, trong khi việc bổ sung mangan làm tăng khả năng làm cứng và độ bền.

Các đặc điểm quan trọng nhất của thép EH36 bao gồm:

• Độ bền kéo cao : EH36 có độ bền kéo khoảng 355 MPa (51,5 ksi), lý tưởng cho các ứng dụng kết cấu đòi hỏi độ bền cao.
• Độ bền tốt : Thép vẫn giữ được độ bền ngay cả ở nhiệt độ thấp, điều này rất cần thiết cho các ứng dụng hàng hải trong điều kiện khắc nghiệt.
• Khả năng hàn tuyệt vời : EH36 có thể được hàn bằng các phương pháp thông thường, cho phép chế tạo hiệu quả các cấu trúc phức tạp.

Ưu điểm và hạn chế

Thuận lợi:
- Tỷ lệ độ bền trên trọng lượng cao, cho phép tạo ra các kết cấu nhẹ hơn mà không ảnh hưởng đến tính toàn vẹn.
- Độ bền và độ dẻo dai tuyệt vời, đảm bảo hoạt động trong điều kiện khắc nghiệt.
- Tính hàn tốt, thuận tiện cho việc chế tạo các hình dạng, thiết kế phức tạp.

Hạn chế:
- Khả năng chống ăn mòn hạn chế so với thép không gỉ, đòi hỏi phải có lớp phủ bảo vệ trong môi trường biển.
- Có khả năng gãy giòn ở nhiệt độ rất thấp nếu không được xử lý đúng cách.

Trong lịch sử, EH36 đóng vai trò quan trọng trong ngành đóng tàu, đặc biệt là trong thế kỷ 20, vì tàu hải quân và tàu thương mại cần những vật liệu có thể 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	EH36	Hoa Kỳ	Tiêu chuẩn thép 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	Sức mạnh tương tự nhưng các thành phần hợp kim khác nhau
ĐẠI HỌC	StE355	Đức	Cấp độ tương đương với những thay đổi nhỏ về tính chất
Tiêu chuẩn ISO	1461	Quốc tế	Tiêu chuẩn chung cho thép kết cấu

Sự khác biệt giữa các cấp độ tương đương này có thể ảnh hưởng đến việc lựa chọn dựa trên các yêu cầu ứng dụng cụ thể, chẳng hạn như khả năng hàn, độ bền và khả năng chống ăn mòn. Ví dụ, trong khi S355G3 có độ bền tương tự, thành phần hóa học của nó có thể mang lại hiệu suất khác nhau trong các môi trường 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)	1,00 - 1,60
Si (Silic)	0,10 - 0,50
P (Phốt pho)	≤ 0,025
S (Lưu huỳnh)	≤ 0,010
Al (Nhôm)	0,015 - 0,060

Vai trò chính của các nguyên tố hợp kim quan trọng trong EH36 bao gồm:
- Carbon : Tăng cường độ bền và độ cứng nhưng phải được kiểm soát để duy trì độ dẻo.
- 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 và góp phần tăng độ bền.

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 tối đa	Chuẩn hóa	Nhiệt độ phòng	490 - 620MPa	71 - 90 ksi	Tiêu chuẩn ASTM E8
Độ giãn dài	Chuẩn hóa	Nhiệt độ phòng	20%	20%	Tiêu chuẩn ASTM E8
Giảm Diện Tích	Chuẩn hóa	Nhiệt độ phòng	40%	40%	Tiêu chuẩn ASTM E8
Độ cứng (Brinell)	Chuẩn hóa	Nhiệt độ phòng	150 - 190 HB	150 - 190 HB	Tiêu chuẩn ASTM E10
Sức mạnh tác động (Charpy)	Chuẩn hóa	-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 EH36 phù hợp cho các ứng dụng đòi hỏi độ bền và độ dẻo dai cao, đặc biệt là ở các thành phần kết cấu chịu tải trọng động và điều kiện môi trường khắc nghiệt.

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	0,284 lb/in³
Điểm nóng chảy	-	1425 - 1540 °C	2600 - 2800 °F
Độ dẫn nhiệt	Nhiệt độ phòng	50 W/m·K	34,5 BTU·in/h·ft²·°F
Nhiệt dung riêng	Nhiệt độ phòng	500 J/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/K	6,1 x 10⁻⁶/°F

Ý nghĩa thực tiễn của các tính chất vật lý của EH36 bao gồm:
- Mật độ : Ảnh hưởng đến tính toán trọng lượng cho các công trình biển, tác động đến thiết kế và độ ổn định.
- Độ dẫn nhiệt : Quan trọng đối với việc quản lý nhiệt trong các ứng dụng đóng tàu, đặc biệt là trong phòng máy.
- Nhiệt dung riêng : Có liên quan đến các cân nhắc về ứng suất nhiệt trong quá trình hàn và chế tạo.

Chống ăn mòn

Chất ăn mòn	Sự tập trung (%)	Nhiệt độ (°C/°F)	Xếp hạng sức đề kháng	Ghi chú
Nước biển	-	25°C (77°F)	Hội chợ	Nguy cơ ăn mòn rỗ
Clorua	3-5	30°C (86°F)	Nghèo	Dễ bị SCC
Axit sunfuric	10 - 20	20°C (68°F)	Nghèo	Không khuyến khích
Dung dịch kiềm	5-10	25°C (77°F)	Hội chợ	Nguy cơ ăn mòn cục bộ

Thép EH36 có khả năng chống ăn mòn ở mức trung bình, đặc biệt là trong môi trường biển. Thép này dễ bị rỗ và nứt do ăn mòn ứng suất (SCC) khi tiếp xúc với clorua, khiến lớp phủ bảo vệ trở nên cần thiết để có độ bền lâu dài. So với thép không gỉ, chẳng hạn như AISI 316, khả năng chống ăn mòn của EH36 thấp hơn đáng kể, đòi hỏi phải cân nhắc cẩn thận trong các ứng dụng có khả năng tiếp xúc với tác nhân 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	400°C	752°F	Thích hợp cho các ứng dụng kết cấu
Nhiệt độ dịch vụ gián đoạn tối đa	450°C	842°F	Chỉ tiếp xúc trong thời gian ngắn
Nhiệt độ đóng băng	600°C	1112°F	Nguy cơ oxy hóa vượt quá nhiệt độ này
Cân nhắc về sức bền biến dạng	400°C	752°F	Bắt đầu phân hủy ở nhiệt độ cao

Ở nhiệt độ cao, thép EH36 vẫn duy trì được tính toàn vẹn về mặt cấu trúc lên đến khoảng 400°C (752°F). Tuy nhiên, vượt quá nhiệt độ này, nguy cơ oxy hóa và mất các đặc tính cơ học tăng lên. Do đó, điều quan trọng là phải xem xét các giới hạn này khi thiết kế các thành phần có thể chịu tải nhiệt 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	Thích hợp cho các phần dày
GMAW	ER70S-6	Argon/CO2	Tốt cho các phần mỏng
FCAW	E71T-1	CO2	Tỷ lệ lắng đọng cao

Thép EH36 có khả năng hàn cao, phù hợp với nhiều quy trình hàn khác nhau, bao gồm Hàn hồ quang kim loại có vỏ bọc (SMAW), Hàn hồ quang kim loại khí (GMAW) và Hàn hồ quang lõi thuốc (FCAW). Có thể cần phải gia nhiệt trước để tránh nứt, đặc biệt là ở các phần dày hơn. Xử lý nhiệt sau khi hàn có thể tăng cường độ dẻo dai và giảm ứng suất dư.

Khả năng gia công

Thông số gia công	Thép EH36	AISI 1212	Ghi chú/Mẹo
Chỉ số khả năng gia công tương đối	70	100	Khả năng gia công vừa phải
Tốc độ cắt điển hình	30 m/phút	50 m/phút	Điều chỉnh dựa trên công cụ

Thép EH36 có khả năng gia công ở mức trung bình, có thể cải thiện bằng các điều kiện cắt và gia công thích hợp. Các công cụ thép tốc độ cao (HSS) thường được sử dụng và chất làm mát được khuyến nghị để quản lý nhiệt trong quá trình gia công.

Khả năng định hình

Thép EH36 có khả năng định hình tốt, cho phép thực hiện cả quá trình định hình nguội và nóng. Định hình nguội có thể gây ra hiện tượng cứng khi làm việc, có thể cần xử lý nhiệt tiếp theo để khôi phục độ dẻo. Cần cân nhắc bán kính uốn tối thiểu trong quá trình chế tạo để tránh nứt.

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 / 1652 - 1742	1 - 2 giờ	Không khí	Tinh chỉnh cấu trúc hạt
Làm nguội	850 - 900 / 1562 - 1652	30 phút	Nước/Dầu	Tăng độ cứng
Làm nguội	500 - 650 / 932 - 1202	1 giờ	Không khí	Giảm độ giòn

Các quy trình xử lý nhiệt như chuẩn hóa, làm nguội và ram là cần thiết để tối ưu hóa các tính chất cơ học của thép EH36. Chuẩn hóa tinh chỉnh cấu trúc hạt, trong khi làm nguội làm tăng độ cứng. Ram rất quan trọng để giảm độ giòn và tăng độ dẻo dai, đặc biệt đối với các thành phần 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 kéo cao, độ dẻo dai	Tính toàn vẹn của cấu trúc dưới tải trọng động
Ngoài khơi	Giàn khoan dầu	Khả năng chống ăn mòn, khả năng hàn	Độ bền trong môi trường biển khắc nghiệt
Kỹ thuật hàng hải	Tàu ngầm	Độ bền, độ dẻo dai ở nhiệt độ thấp	Hiệu suất trong điều kiện khắc nghiệt

Các ứng dụng khác bao gồm:
- Xây dựng cầu
- Máy móc hạng nặng
- Các thành phần kết cấu trong tòa nhà

Thép EH36 được lựa chọn cho các ứng dụng này vì có độ bền, độ dẻo dai và khả năng hàn cao, những yếu tố quan trọng để đảm bảo an toàn và độ tin cậy trong môi trường khắc nghiệt.

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

Tính năng/Thuộc tính	Thép EH36	S355J2	A572 Cấp 50	Ghi chú ngắn gọn về Ưu/Nhược điểm hoặc Đánh đổi
Tính chất cơ học chính	Độ bền kéo cao	Độ bền kéo vừa phải	Độ bền kéo cao	EH36 có độ bền vượt trội so với S355J2
Góc nhìn ăn mòn chính	Hội chợ	Tốt	Hội chợ	S355J2 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 EH36 được ưa chuộng hơn cho các phần dày hơn
Khả năng gia công	Vừa phải	Tốt	Tốt	S355J2 có khả năng gia công tốt hơn
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 thay đổi tùy theo điều kiện thị trường
Khả năng cung cấp điển hình	Chung	Chung	Chung	Tất cả các lớp đều có sẵn rộng rãi

Khi lựa chọn thép EH36, cần cân nhắc đến hiệu quả về chi phí, tính khả dụng và các yêu cầu ứng dụng cụ thể. Mặc dù EH36 có các đặc tính cơ học tuyệt vời, khả năng chống ăn mòn của nó có thể đòi hỏi các biện pháp bảo vệ trong một số môi trường nhất định. Ngoài ra, khả năng hàn của nó khiến nó trở thành lựa chọn ưu tiên cho các cấu trúc phức tạp, nhưng các loại thép thay thế có thể phù hợp hơn tùy thuộc vào nhu cầu cụ thể của dự án.

Tóm lại, thép EH36 là vật liệu đa năng và bền chắc, lý tưởng cho các ứng dụng hàng hải và kết cấu, có sự cân bằng giữa độ bền, độ dẻo dai và khả năng hàn đáp ứng nhu cầu của ngành đóng tàu.