§ 28. Требования к судокорпусным сталям 138

Общие положения. Углеродистые и низколегированные стали— основной конструкционный материал для морских судов. От качества материала, его работоспособности в составе корпуса во многом зависят прочность и надежность конструкций, безопасность и технико-экономические показатели эксплуатации судна. 138

Конструктивные требования к судокорпусным сталям обусловлены условиями и особенностями работы конструкций корпуса под действием различных нагрузок во время эксплуатации, продлением сроков навигации и повышением эффективности использования транспортного флота, ростом размерений судов, всемерным снижением металлоемкости конструкций, трудовых и энергетических затрат. В СССР широкое применение в судо-корпусостроении нашли стали повышенной прочности (СПП) с соответствующим уменьшением размеров конструктивных связей корпуса судна. 138

Судокорпусные стали характеризуются комплексом механических свойств (статическая и динамическая прочность, ударная вязкость и твердость, упругость и пластичность и др.), технологических качеств (свариваемость, термообрабатываемость и др.), эксплуатационно-экономических характеристик (стойкость к износу и коррозии, стоимость и др.). Требование должного качества корпусных сталей обусловлено главным образом стремлением избежать хрупких разрушений конструкции не только в условиях нормальной эксплуатации, но и в случаях возможных перегрузок. Для этого материал корпуса не должен быть чувствительным к неизбежным конструктивным и технологическим концентраторам напряжений. На судах с ледовыми усилениями критическая температура хрупкости материала наружных связей корпуса должна быть ниже наиболее низкой температуры воздуха в районе эксплуатации, а количество конструктивных, технологических и сварочных дефектов (мест концентрации напряжений), как и на других судах, — минимальным. 138

Качество судостроительной стали определяется химическим составом, композицией элементов, способом производства и внутренней структурой, зависящей в значительной степени от условий обработки и толщины. Поэтому Правила Регистра СССР предъявляют строго определенные требования к химическому составу, механическим свойствам конструкционных сталей, методу раскисления, термической обработке при их изготовлении. Регламентированы виды, методы и условия испытания образцов. 139

Требования к сталям нормальной и повышенной прочности унифицированы в рамках Международной ассоциации классификационных обществ и включены в Правила Регистра СССР. Для изготовления судовых конструкций сталь поставляется по химическому составу и механическим свойствам (группа В). Жестко регламентированы содержание химических элементов и допускаемые отклонения, так как от этого существенно зависят свойства стали. 139

Требуемые характеристики механических свойств являются минимальными и при изготовлении стали должны быть полностью гарантированы. Однако эти характеристики, например, предел текучести, предел прочности, относительное удлинение, являются только условными измерителями, а не физическими константами. Из-за нестабильности технологических условий выплавки и проката стали они оказываются случайными величинами с большой изменчивостью, имеющими нормальный закон распределения, параметры которого зависят от марки стали и толщины испытываемых образцов. Испытания на стандартных образцах позволяют судить о значении и возможности сопоставления получаемых характеристик механических свойств стали. 139

В процессе технологической обработки материала и длительной эксплуатации конструкций из-за наклепа, старения и других факторов свойства сталей ухудшаются, вероятность появления хрупких трещин увеличивается. 139

Категории сталей. Высокое качество стали обеспечивается необходимой вязкостью в сочетании с хорошей пластичностью и свариваемостью. Качество материала, его вязкостные свойства оказывают наибольшее влияние на распространение трещин. Если число циклов нагружения до появления трещины зависит от конструкции узла и его напряженности, то распространение трещины и возможное перерастание ее в хрупкое разрушение определяется качеством материала и в первую очередь вязкостью. По способности ограничивать распространение появившихся трещин, препятствовать превращению их в хрупкие разрушения обычные конструкционные стали разделяют на категории A, В, D, Е, а стали повышенной прочности — на категории A32, D32, E32, A36, D36, E36, D40 и E40. Категории сталей распределены по группам в зависимости от гарантированного значения предела текучести стали (в кгс/мм²) и нормативной ударной вязкости, а в каждой группе — в зависимости от температуры, при которой нормируется ударная вязкость. 140

Для уменьшения вероятности хрупкого разрушения стали категории D при толщинах более 25 мм и более 35 мм в зависимости от фракции зерна, а также стали категории E и стали повышенной прочности всех категорий после прокатки подвергаются термообработке— нормализации. В результате нормализации образуется мелкозернистая однородная структура, выравниваются и снимаются внутренние напряжения, вызванные прокаткой. Термическая обработка сталей обеспечивает необходимую способность деформироваться пластически при неблагоприятных условиях работы в составе корпуса судна. 140

Известно, что хрупкому разрушению материала способствует ряд неблагоприятных факторов (недостаточное качество материала, большие начальные растягивающие напряжения, низкая температура окружающей среды, динамичность действующей нагрузки, концентрация напряжений в конструкции и т. п.). Склонность стали к хрупкому разрушению возрастает и с увеличением толщины листов обшивки и других элементов конструкции. Однако главным среди неблагоприятных факторов является качество материала. Применение в судовых конструкциях неуспокоенной стали или сталей категорий А и В с низким значением ударной вязкости во многих случаях способствовало хрупким разрушениям. 140