МЕТАЛЛУРГИЯ В СУДОСТРОЕНИИ

АННОТАЦИЯ

Статья посвящена применению металлургии в судостроение и главные классификации и требования к металлам в данной области.

Ключевые слова: металлургия, судостроение, классификация, требование к металлам, заводы и предприятия.

Введение

В момент создания любого рода плавучего средства, как инженеры, так и заказчики всегда озабочены такими вопросами, как отказоустойчивость, долговечность, надежность, а также максимально возможное снижение массы и стоимости конечного продукта, при сохранении вышеуказанных (и не только) параметров. Отсюда вытекает потребность в тщательном подборе судостроительных материалов на основе технических и экономических соображений.

В данной работе мы затронем историческое формирование судостроительной металлургии, а также требования к металлам, их классификацию, предприятия специализирующиеся их разработкой в нашей стране, также возможности в дальнейшем развитии этой отрасли.

1. Историческая сводка

Сегодня сложно представить корпус корабля не из стали. Но чуть более 100 лет назад все было иначе. Несмотря на то, что железные заклепки в древних кораблях появились еще в Х веке, ими соединяли деревянные детали. И так продолжалось на протяжении нескольких веков. Возможно, древние конструкторы думали: «Раз железо тяжелее воды, то такой корабль мигом пойдет ко дну». Но с другой стороны их ограничивали средневековые технологии в металлургии, которые не обеспечивали достаточные объемы выплавки чугуна и стали, а также должное качество материалов.

Первое судно с корпусом из железа появилось только в конце 18 столетия – это была баржа для речных перевозок. В течение 19 века технологии судостроения изменялись и модернизировались. Если до начала 20 века стальные листы в корпусах кораблей соединялись заклепками, то с 1930-х годов технологии строительства судов и кораблей стали приблизительно такими, какими мы их знаем сейчас. Сегодня во всем мире корпуса торговых судов и военных кораблей производят, разрезая, сгибая и сваривая стальные листы. Это основные технологические операции, отталкиваясь от которых судостроители выдвигают требования к металлургической продукции.

2. Требования к металлам

Разумеется, что особенности эксплуатации судов подразумевают такие требования, как прочность и влагостойкость, однако этим они не ограничиваются. Также важны их очень узконаправленные свойства, такие как термостойкость, теплопроводность, высокая вязкость, пластичность при разных температурах, пределы текучести и относительного удлинения, и другие. Перечень требований настолько обширен, что в данной работе будут рассмотрены лишь основные из них.

Прочность

Прочность, в судостроении, понимается как свойство сплава реагировать на статические и динамические нагрузки без избыточной деформации и разрушения. Немаловажными качествами являются жесткость и способность реагирования на нагрузки без всякого рода остаточных деформаций.

Свариваемость

 Этим термином обозначается свойство металла создавать неразрывное соединение под термическим воздействием. Металлы, обладающие такой способностью, имеют в своем составе особые легирующие примеси. Также это определение обозначает дальнейшую эксплуатационную надежность и прочность самих соединений. Переход от клепания к сварке позволил значительно снизить массу соединяемых деталей, примерно на 20%. Также, такие детали более ремонтопригодны в дальнейшем.

Упругость

Это способность металла изменять свои первоначальные формы и размеры и восстанавливать их после ослабления нагрузки. На практике, чаще всего в море суда сталкиваются с продольной деформацией, касательным напряжением, перегибом и другими видами нагрузок. Из этого следует, что данная особенность металла также находится под пристальным вниманием инженеров при выборе металлов.

Морская коррозия

 Морская вода отличается большой концентрацией солей в своем составе. Хлориды имеют свойство вызывать электрохимическую коррозию металлов. Также, в акваториях имеют место следы сероводорода и нефтепродуктов, что также оказывает негативное влияние на металл. Поэтому для инженеров это является очень важной особенностью, находящейся под пристальным вниманием.

Деформация

Это свойство характеризует способность металла пластично и без деструкции изменять свою структуру. Для этого оценивают относительное удлинение при работе на растяжение. Весьма важная характеристика и показатель степени анизотропности стали – предельная пластичность, определяемая полным сужением в шейке.

3. Классификация

Цветные металлы

К данной обширной группе относятся все металлы помимо железосодержащих. К их основным качествам, важных в судостроении, относят небольшой вес, пластичность и коррозийную стойкость. Эти особенности делают цветные металлы неотъемлемым материалом при строительстве практически любого судна.

Таблица 1.

Классификация цветных металлов.

Разумеется, вышеуказанные цветные металлы используются в разной степени. Например, чаще всего применяются медные, титановые, дюралевые и магниевые сплавы. Они полезны используются при изготовлении:

• приборов навигации и управления;
• труб теплообменных аппаратов;
• инструментальной оснастки;
• корпусов малых судов;
• надстроек;
• рубок.

Углеродистая сталь и чугун

К этим металлам относятся такие, которые в своем составе имеют не менее 2,14% углерода, а также в них полностью отсутствуют легирующие добавки. Такие металлы разделяются на три группы низкоуглеродистые, среднеуглеродистые и высокоуглеродистые. А также, исходя из концентрации серы и фосфора, на обычные, качественные и высококачественные. Стальной лист для судостроения изготавливается гладким, рифленым и рельефным.

Как судостроительный металл, углеродистая сталь очень надежна и износостойка, а также обладает такими немаловажными свойствами, как термоустойчивость и стойкость к вибрациям. Крупным недостатком углеродистых сталей является относительно невысокая коррозийная стойкость. Но при этом марки стали Ст3, 08, 20, 45, 60 используются при строительстве трюмов, мачт и колонн, а также при изготовлении внутренних силовых конструкций судов. Чугуны также являются железоуглеродистыми плавами, однако процентное содержание углерода может быть выше, чем в сталях. В судостроении, как правило, используются для изготовления частей рулевого управления.

Легированная сталь

Железоуглеродистые сплавы, содержащие один или несколько легирующих элементов. Чаще всего в этих целях используются недорогие и недефицитные присадки: марганец, кремний, хром. А для повышения прочностных свойств вводят бор, ванадий, вольфрам, никель, ниобий, молибден и титан.

Таблица 2.

Классификация легированных сталей по видам.

Отдельные детали корпуса, например, ахтерштевень, рулевые рамы, кронштейны гребных валов, изготавливают из стального литья. Так, 08ГДНФЛ – не основная марка стали для корпуса судна, но из нее изготавливают, как правило, оконечность и реже кормовую часть с толщиной стенки до 800 мм.

4. Крупнейшие заводы изготовители

Ижорские заводы — старейшее промышленные предприятие России, основанное в 1722 году по указу Петра Великого.

Сегодня Ижорские заводы — это современное машиностроительное предприятие, проектирующее и изготавливающее оборудование для объектов использования атомной энергии, для исследования физики высоких энергий, продукцию тяжелого, химического и нефтяного машиностроения.

Данный завод выпускает:

• корпусные отливки (Ахтерштевни, форштевни, кронштейны, мортиры, рудерпирсы, клюза якорные и бортовые и др.),
• отливки для винте-рулевой группы (Лопасти, ступицы, обтекатели, цельнолитые винты и др.)
• марки стали (25Л, 20ХМЛ, 08ГДНФЛ, 08Х14НДЛ, 08Х15Н4ДМЛ, 06Х15Н4ДМЛ)

Компания «Северсталь» - поставщик высококачественного металлопроката и стальных труб для строительства, судостроения, автомобильной и нефтегазовой отраслей, а также один из крупнейших российских производителей железной руды и коксующего угля.

Продукция компании «Северсталь» используется как в гражданском, так и в военном судостроении.

Сталь нормальной прочности для судов и платформ

Сталь повышенной прочности для судов и платформ

Сталь высокой прочности для судов и платформ

Хладостойкая сталь для эксплуатации в арктическом регионе хладостойкая

Хладостойкая плакированная сталь для эксплуатации в арктическом регионе

Сталь для морских буровых платформ и буровых установок (F36W, F40W, F450W, F500W)

5. Перспективы в развитии данных предприятий

На Ижорском заводе и в компании «Северсталь» разработана основная концепция развития, а также программа, которая предусматривает создание современного экологически безопасного металлургического предприятия по производству качественных сталей с использованием новейших технологий, позволяющих производить конкурентоспособную металлопродукцию, в зависимости от спроса маневрировать ассортиментом и ценами для досижен максимальной прибыли. Продукция предприятий достигнет новых рубежей как на внутреннем, так и на внешнем рынках. Активная политика в области новаторства, совершенствование технологий, приобретение новейшего оборудования позволяют сохранить лидерство в производстве стали и горячего проката. Предприятия приглашают к сотрудничеству всех, кто заинтересован в ее продукции.

Список литературы:

1. Технология металлов и материаловедение | Кнорозов Б.B – 219с, 326 c.
2. Технология конструкционных материалов и материаловедение: учебное пособие/ Коротких М. Т. URL: https://vk.com/doc141269820_599012250?hash=6213560d54dfde83b1&dl=7c9968fa90b01a0a8a
3. Стали, которые используются в судостроении URL: https://metinvest-smc.com/ru/articles/stali-yaki-vikoristovuyutsya-v-sudnobuduvanni/
4. Поздняков О. А. Ижорцы. Краткий очерк истории ижорского ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени завода имени А. А. Жданова. — Л.: Лениздат, 1960