فولاد دریایی چیست؟
فولاد دریایی به لحاظ قرار گرفتن در یک محیط خورنده باید از لحاظ استحکام مکانیکی قابلیت های مناسبی را داشته باشد. از این رو ساختار شیمیایی آن با فولادهای ساختمانی متفاوت است.
برای تولید فولاد دریایی احتیاج به یک محصول ترکیبی است تا به وسیله آن مواد دیگری به فولاد اضافه شود و در گریدهای مختلف خاصیت های مورد نظر را تأمین کند.
ورق های عریض دریایی یکی از عمده ترین محصولاتی است که در آن از فولاد دریایی استفاده شده است.
نتایج پیشرفت های اخیر در تکنولوژی کشتی سازی بیانگر این نکته است که با افزایش وزن در ناحیه ی فوقانی و سنگین شدن ماشین آلات حرکت شناور را کند و تعادل شناور را کاهش می دهد. این محدودیت با استفاده از آلیاژهای آلومینیم به جای فولاد در نواحی روسازه کشتی ها تا حدود زیادی مرتفع گردیده است.
اتصال آلومینیم و فولاد با روش های جوشکاری معمولی بدلیل اختلاف درجه حرارت ،آنها بسیار مشکل است همچنین در حین جوشکاری ذوبی ترکیبات بین فلزی ،ترد در منطقه ی اتصال ایجاد می شود.
که خواص مکانیکی اتصال را کاهش می دهد استفاده از این آلیاژ کامپوزیتی در محیط شور دریایی سبب خوردگی گالوانیکی می شود چرا که این دو فلز در مجاورت محیط خورنده ای چون آب دریا با میزان شوری بالا تشکیل پیل دو فلزی را داده و با سرعت زیادی شروع به خورده شدن می کنند.
یکی از روش های سنتی مقابله با این عیب استفاده از لاستیک یا واشرهای نئوپرن بین آلومینیم و فولاد می باشد، این نوع اتصال توسط پرچ یا پیچ های قفل شونده و قرار دادن واشر لاستیکی بین دو فلز بر قرار می گردد. واشرهای لاستیکی یا نئوپرن که به عنوان عایق جدا کننده ی دو فلز هستند با گذشت زمان و از دست دادن خاصیت خود و همچنین حرکات کشتی در امواج پاره شده و تماس دو فلز به صورت مستقیم در محیط خورنده (آب دریا) برقرار می گردد که منجر به خوردگی گالوانیکی خواهد شد.
مشخصات و استانداردهای فولاد دریایی
فولاد دریایی یکی از انواع فولادهای ضدزنگ آلیاژی با فلز پایه آهن است که کمتر از ۳۰ درصد کروم داشته و بیش از ۵۰ درصد ترکیب آنرا فلز آهن تشکیل میدهد ضد زنگ شدن فولاد به دلیل تشکیل لایه اکسید کروم در سطح فلز است که اجازه نفوذ اکسیژن را نمی دهد.
از نظر میزان کربن مصرفی در فولادهای ضدزنگ این آلیاژها به سه دسته تقسیم میشوند
Low Carbon Steel فولاد کم کربن
Medium Carbon Steel فولاد با کربن متوسط
High Carbon Steel فولاد پرکربن
فولاد مصرفی در ساختمان بدنه کشتی ها غالباً فولاد نرمه (Mild steel) میباشد که به فولاد کم کربن نیز معروف است.
این نوع فولاد در بین انواع دیگر فولاد دارای درصد کربن کمتری (۱) الی ۳ درصد است.
مقاومت در برابر خوردگی خواص فیزیکی و مکانیکی سه عامل عمده در گزینش فولادها در صنایع دریایی است.
پر مصرف ترین این فولادها ، فولاد نرمه است ترکیب این فولاد همانند فولادهای مصرفی در ساختمان سازی بوده و فقط درصد کروم بیشتری دارد که به منظور تامین مقاومت بیشتر در محیط خورنده دریا می باشد.
فولادهای دریایی بر اساس نوع ترکیبات مصرفی در آلیاژ و میزان هر یک به انواع (Grade) مختلفی تقسیم می شوند گریدهای ۳۰۴ و ۳۱۶
از استاندارد فولاد آمریکا (ASTM) و فولاد ضد زنگ داپلکس از پر مصرف ترین نوع فولادهای نرمه می باشند.
فولاد ضدزنگ داپلکس
آلیاژ فولاد ضدزنگ داپلکس ترکیب یکسانی از کریستال های فریت و آستنیت دارد در این آلیاژ کروم و نیکل بیشترین درصد آلیاژ را پس از آهن تشکیل می دهند، که سبب می شود.
تنش تسلیم بیشتری در مقایسه با فولادهای آستنیتی داشته باشد.
آلیاژهای گرید ۳۰۴ و ۳۱۶
این دو گرید بدلیل ساختار متالورژی خود جزء دسته فولادهای ضدزنگ آستنیتی می باشند. که قابلیت هدایت الکتریکی و استحکام خوبی داشته و غیر مغناطیس می باشند. از دیگر خواص آنها قابلیت خوب جوشکاری و مقاومت در برابر خوردگی است.
در گریدهای ۳۱۶ و ۳۰۴، ۱۸ درصد کروم به آلیاژ افزوده می شود تا لایه مقاوم حفاظتی در برابر اکسیداسیون بر روی سطح فلز تشکیل گردد.
در گرید ۳۱۶ ۲ درصد مولیبدن نیز به آلیاژ افزوده میشود تا خواص خوردگی آن را به خصوص در برابر خوردگی دریایی بهبود بخشد.
سه نوع عمده این آلیاژ که کاربرد بیشتری در صنایع دریایی دارند عبارتند از:
1) نوع (۲۳۰۴) UNS۳۲۳۰۴
2) نوع (۲۲۰۵) UNS۳۱۸۰۳
3) نوع (۲۵۰۷) UNS۲۳۲۷۵۰
پر مصرف ترین این آلیاژها نوع ۳۱۸۰۳ میباشد
برتری های فولاد ۳۱۸۰۳ نسبت به دو گرید ۳۰۴ و ۳۱۶
الف) استحکام تسلیم این فولاد دو برابر دو گرید ۳۰۴ و ۳۱۶ است.
ب ) مقاومت بیشتری در برابر خوردگی حفره ای و شیاری دارد.
ج ) استحکامش در برابر تنش خستگی و خوردگی خستگی دو برابر گرید ۳۱۶ است.
در حال حاضر در واحدهای فولادسازی فقط دو گرید ۴۴ ، ST۵ که به ساختار فولاد دریایی نزدیک ترند تولید می شوند ، اما برای کارخانجات کشتی سازی گرید A از استاندارد Loyd’s مطلوب است.
کاربرد گریدهای ۳۰۴ و ۳۱۶ در صنایع دریایی
در ساخت بسیاری از شناورهای سبک نظیر قایق های تندرو از فولاد ضد زنگ گرید ۳۰۴ (UNS۳۰۴۰۰/۲۳۰۴۰۳) استفاده می شود.
با این وجود استاندارد رایج صنایع دریایی گرید (۳۱۶ UNSS ۳/۶۰۰/۵۳۶۰۳) موسوم به Marinegrade steel می باشد. که در بیش از ۹۰ درصد ساخت و سازهای دریایی کاربرد دارد.
گرید ۳۰۴ معمولاً در ساخت تجهیزات وسایل و متعلقاتی بکار می رود، که در تماس مستقیم با آب شیرین هستند .در حالی که از گرید ۳۱۶ در ساخت تجهیزات و متعلقاتی نظیر اتصالات بوم ها دریچه های بارگیری و دکل های کشتی استفاده می گردد،که به دلیل تبخیر آب دریا محل انباشت نمک ها می گردند.
کاربرد فولاد ضدزنگ داپلکس در صنایع کشتی سازی
آلیاژ فولاد ضدزنگ داپلکس ترکیب یکسانی از کریستال های فریت و آستنیت دارد در این آلیاژ کروم و نیکل بیشترین درصد آلیاژ را پس از آهن تشکیل می دهند که سبب می شود.
تنش تسلیم بیشتری در مقایسه با فولادهای آستنیتی داشته باشد. کاربرد این فولاد در سازه های دریایی رو به افزایش است که عمدتاً به خاطر مقاومت مطلوب در برابر خوردگی شیاری و تنشی است و از آنجا که قابلیت جوشکاری مناسبی دارد.
بخصوص در تعمیرات کشتی های فرآورده بر فله برها و نفت کش ها کاربرد گسترده ای یافته است.
فولاد ضدزنگ داپلکس در صنایع کشتی سازی و به ویژه ساخت انبارها و مخازن کشتی های نفت کش و حمل فرآورده های شیمیایی کاربرد گسترده ای یافته است.
این فولاد در برابر تماس مواد سمی و شیمیایی داخل مخازن مقاوم بوده و در کل خواص مکانیکی بهتری نسبت به فولادهای ضدزنگ آستنیتی دارد.
این آلیاژ نسبت به گریدهای ۳۱۶ و ۳۰۴، ۱۰ درصد کم چگال تر است به عنوان مثال وزن یک ورق فولادی به مساحت یک متر مربع از جنس داپلکس نسبت به همین ورق از جنس گرید ۳۰۴ ۳۱۶ و یا فولاد نرمه ۱۰ درصد کمتر است.
و بنابراین وقتی در ساخت کشتی هایی به وزن سبک ۲۰ تا ۴۰ هزارتن بکار می روند وزن کشتی های ساخته شده از جنس داپلکس در بارگیری یکسان بسیار سبکتر از کشتی ساخته شده با سایر فولادهاست.
بنابراین علاوه بر مقاومت بهتر در برابر خوردگی مواد شیمیایی خواص بهتر مکانیکی آن نیز طراحان را قادر به کاهش وزن محصول (کشتی) و استفاده بهینه از مصالح می نماید.
مقاومت خوب در برابر خوردگی سبب شده است که از این فولاد در سیستمه ای واترجت ، شناورها ساخت شفت پروانه و یا تاقان ها نیز استفاده گردد.
فولاد داپلکس در بیشتر قسمت های کشتی به کار گرفته شده است و از آنجا که خاصیت جوش پذیری آن نیز فوق العاده می باشد، فولاد اصلی مصرفی در یاردهای تعمیراتی و کشتی سازی شده است.
کاربرد فولاد داپلکس در صنایع فرا ساحل
بیش از یک دهه است که فولاد ضد زنگ داپلکس و سوپرداپلکس در تأسیسات ساحلی و فرا ساحلی صنعت نفت و گاز کاربرد گسترده ای یافته است.
دو دلیل عمده مصرف گسترده این آلیاژ را می توان عناوین زیر برشمرد الف مقاومت زیاد آلیاژ در برابر خوردگی های رایج در ساحل و دریا در مجاورت محیطهای حاوی HS Co کلریدها و محیط های با PH کم (اسیدی)
افزایش استحکام و قابلیت جوشکاری مناسب از نمونه های قابل ذکر در صنعت نفت و گاز می توان ساخت لوله های انتقال نفت و گاز سیستم های X-Mas Tree و سیستم های سازه ای فوقانی سکوها را بر شمرد.
انواع روشهای نورد ورق
از نظر عرض ورق های تولید شده دو دسته نورد را می توان معرفی کرد:
نورد نواری (Strip Mill) این نوع نورد اصولاً برای تولید ورق های با سایز پایین کاربرد دارد و ورق های تولید داخل عموماً از این دسته هستند.
نورد ورقی (Plate Mill) این نوع نورد در ساخت ورق های با عرض بالا کاربرد دارد و شامل یک نورد ثابت با عملیات رفت و برگشتی است تولید ورق فولاد دریایی با عرض بالاتر از ۱۸۰۰ میلی متر جزء این دسته است.
بنابراین برای تولید ورق فولاد دریایی با عرض های بالا نیاز به یک خط نورد جداگانه با قابلیت نورد بالاست که اساساً با نوردهای نواری فرق دارد از طرفی برای تولید فولاد دریایی با عرض بالا علاوه بر خط نورد عریض احتیاج به اسلب های خاص با عرض بالا دارد اسلب هایی که در ساخت فولادهای ساختمانی استفاده می شود عرض کمتری دارند و قابل استفاده در ساخت ورق های با عرض بالا نیست و باید اسلب هایی استفاده کرد که عرض بیشتری داشته باشند .
که البته تولید این اسلب ها نیز در برنامه های توسعه ای تولید فولاد لحاظ شده است.
تفاوت فولاد دریایی با فولاد ساختمانی از لحاظ فرآیند تولید فولادها به طور کلی به چهار دسته عمده تقسیم میشوند:
فولادهای سازه ای معمولی و ساختمانی
فولادهای استفاده شده در کشتی
فولادهای استفاده شده در مخازن
فولادهای مورد استفاده در ساخت لوله
برای تولید فولاد دریایی احتیاج به یک محصول ترکیبی است تا به وسیله آن مواد دیگری به فولاد اضافه شود و در گریدهای مختلف خاصیت های مورد نظر را تأمین کند.
تولید بسیاری از گریدهای فولاد احتیاج به سخت افزار خاصی ندارد ولی با توجه به عدم سابقه تولید این نوع از فولادها در کشور برای پیدا کردن ساختار و نوع دقیق ترکیبات شان نیاز به یک پروسه تحقیقاتی است و نهایتاً پس از ساخت حتماً باید تست شود.
در واقع با توجه به محیط بکارگیری فولاد دریایی از نظر خوردگی و انواع بارگذاری های دینامیکی و استاتیکی باعث شده تا استانداردهای خاصی در تولید آن به اجرا درآید.