高強度鋼在船體結構中的應用與使用要求分析

孫 輝

（煙臺打撈局，山東 煙臺 264012）

近幾年來，隨著我國社會經濟水平的不斷提升，船舶行業(yè)得到了健康發(fā)展，高強度鋼在船體結構中實現了全面應用。隨著船舶行業(yè)的快速發(fā)展，人們對應用高強度鋼有著深入的了解，從思考小體積船體重量到提升材料屈服強度上，找出并探究了材料特性及節(jié)點疲勞強度，以此讓高強度鋼作用能夠在船體結構中充分發(fā)揮，在實現船體結構優(yōu)化的同時，延長船體應用年限，從而給人們帶來理想的效益。下面，文章將進一步對高強度鋼在船體結構中的應用與使用要求進行闡述和分析。

1 高強度鋼的基本概述

從高強度鋼自身角度來說，其主要是根據時代發(fā)展及技術水平提升而演變的。通常情況下，其屈服強度應該超過 1 370 MPa（140 kgf/mm2），抗拉強度超過1620MPa（165kgf/mm2）。只有滿足上述標準的鋼材才被稱之為高強度鋼。結合合金程度以及組織成分進行劃分，剛強度鋼可以劃分為多種類型，例如低合金中碳馬氏體強化超高強度鋼、中合金中碳二次沉淀硬化型超高強度鋼等。

2 高強度鋼類型

2.1 折疊低合金

低合金中碳馬氏體強化型超高強度鋼是根據低合金調質鋼發(fā)展才得以形成和應用。通常情況下，從折疊低合金自身角度來說，其含有的合金元素數量一般不會超出6%，且在折疊低合金中，通常涉及了傳統(tǒng)意義上的鎳鉻鉬調質鋼，其中含有的碳元素含量為0.45%。而折疊低合金中也包含了大量的鉻錳硅鎳鋼，其含碳量是0.30%。經過真空熔煉，能夠有效減少鋼中雜質元素含量，并且提升鋼自身韌性。因為鋼合金元素含量相對較少，投放的成本偏低，生產工藝較為簡便，被廣泛的應用在船舶結構制造、發(fā)動機軸等領域中。

2.2 折疊中合金

中合金中碳二次沉淀硬化型超高強度鋼則是根據5%Cr型模具形成起來的。因為其在高溫的環(huán)境下，具備的剛度及韌性相對較高，并且抗熱性能相對理想，組織較為穩(wěn)定，適合應用在船舶制造中。其中最為典型的鋼種有H11和H13等。

2.3 折疊高合金

高合金中碳Ni-Co型超高強度鋼，其則是結合自身韌性及脆性程度，在9%Ni型低溫鋼逐漸發(fā)展的情況下形成。在9%Ni鋼中適當的增加鉆，能夠有效的提升鋼的Ms溫度，降低鋼中殘余奧氏體。并且，鉆在鎳鋼中能夠發(fā)揮固溶強化的效果，通過采用加鉆的方式，有效的提升鋼的自回火性，利于在回火的過程中形成強化效應。從折疊高合金自身角度來說，自身含有一定的力學特性，并且抗腐蝕能力比較強，操作工藝較為便利，被應用在航空、航天等領域中。

3 高強度鋼在船體結構中的應用與使用要求

3.1 基本依據

在船體結構設計的過程中，為了將剛強度鋼作用得到充分發(fā)揮，需結合高強度鋼性能及類型，科學設定設計圖示，并交由相關部門進行審核。在進行設計時，要想核算出船體結構強度，需要對建立船舶梁體結構類型及應用材料屬性進行確定。嚴格按照設計標準，在對船體材料進行選擇過程中，需要確保起強度值應該根據高強度鋼情況加以核算。為了防止由于高強度鋼中自身存在一定漏洞或者不足，將會使得結構在承受高水平荷載的情況下發(fā)生損壞現象。從另一個角度來說，高強度鋼系數k得到了科學把控，造成高強度鋼實際應用效率不斷降低，提升了結構重量。如：某船體結構自身重量為3萬t，船體長度是300m，載重量已經超出30萬t，空船情況下重量是4.8萬t。在對船體結構基本要素進行核算的過程中，橫剖面在甲板及船底處船體梁靜剖面模數最小值是：

式中：Cw為波浪系數；h為高剛度鋼系數；B為型寬；Cb為方形系數。

在應用高強度鋼的過程中，需要根據設計標準，保證垂向慣性矩之比是IH32/IH40，換句話說，在使用等級為H40高強度鋼的過程中，同等尺寸下的船體結構能夠承載的重力水平比應用H32等級的高強度鋼超出30%以上。由此可見，通過應用H40的高強度鋼，能夠在確保船舶尺寸及裝載能力的基礎上，降低構件規(guī)格。

3.2 提升船體結構比例

（1）結構抗屈曲能力。要確保包括板及組合型材和主要支撐構建在內的各個層次船體結構具備較強的平穩(wěn)性，需要對構件尺寸及特性加以科學把控。針對承受面內軸向載荷的板，其屈曲限值計算公式是：

式中：kS為邊界條件系數；E為材料彈性模量；t為板的厚度；γ為材料泊松比；s為板格寬度。根據公式得知，如果把板荷載水平控制在某一范疇內，應用H40等級的高強度鋼板厚是應用H32等級高強度鋼的0.8倍，重量相對減少10%左右。

（2）高強度比例。有限元方式作為當前船舶結構強度核算的主要方式，在進行船舶設計的過程中，其起到了關鍵性作用。通過對結構模型的數學化分散，能夠快速了解結構各個應力分布情況，同時找出結構應力集中峰值，根據實際情況，對結構分布情況進行調整，實現結構安全性的提升。

4 結 語

總而言之，在進行船舶結構設計時，通過把剛強度鋼運用其中，能夠有效的降船體重量，極大限度的提升船舶產品市場競爭智力。隨著現代化技術及科學技術的提升，在不久將來，諸多新型高強度鋼逐漸出現，并應用到船舶產品設計工作中，實現船舶性能的提升，促進船舶事業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。