超大集装箱船用止裂钢研制开发。
时间:2019-12-27 22:10 来源:雅延咨询 作者:高珊 点击:
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第一代集装箱船的建造始于20世纪60年代中期,经过半个世纪的发展,集装箱船已经从最初的几百箱发展到如今的20000标准箱以上的超大型集装箱船。随着科技的进步,不仅是集装箱船的载重量的增加,在船体设计、结构建造、控制系统等诸多方面得到了快速的发展。2006 年马士基“Emma Maersk”号集装箱船的建成及运行标志着万箱级的集装箱船时代已经到来。 1575335769487383.png马士基“
第一代集装箱船的建造始于20世纪60年代中期,经过半个世纪的发展,集装箱船已经从最初的几百箱发展到如今的20000标准箱以上的超大型集装箱船。随着科技的进步,不仅是集装箱船的载重量的增加,在船体设计、结构建造、控制系统等诸多方面得到了快速的发展。2006 年马士基“Emma Maersk”号集装箱船的建成及运行标志着万箱级的集装箱船时代已经到来。
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马士基“Emma Maersk”号集装箱船
集装箱船的快速发展主要源于经济的发展及环保的需求。经济的发展促进了全球贸易,对集装箱船的需求也随之增加。同时,绿色建造、绿色运营的理念在集装箱船中得到充分体现,由于超大型集装箱船的燃油效率提升及运行成本、建造成本的降低,10000标准箱以上的超大型集装箱船已经成为主流,在2015年已经开始了20000标准箱以上的集装箱船的建造,并且在未来有望向30000标准箱的超级集装箱船发展。
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超大型集装箱的建造及运行给市场、建造、环保、港口建设等都带来了巨大的机遇与挑战。其中一个重要的挑战就是超大型集装箱船建造用材料的选择。由于结构大型化改变了船体结构的受力状态,导致船体结构中的舱口围顶板、腹板及上甲板边板、舷顶列板和某些局部区域(舱口角隅)处于较高应力水平,从而要求船体结构具有较高的强度和刚度。为了解决上述问题,可以通过增加钢板厚度或采用更高强度钢板。目前,10000TEU以上的集装箱船的设计和建造普遍采用高强度超厚板,在设计和建造上已开始采用屈服强度为40、47公斤级、最大设计厚度达到80mm以上的高强钢超厚板。
另一个压力来自于船舶的安全性。高强钢超厚板的使用给船体结构的安全可靠性带来了隐患:高强钢会使结构的安全富裕度下降;板厚规格的增大,导致焊缝初始缺陷存在几率增大;更为重要的是会使构件的应力状态从平面应力状态转变为平面应变状态,导致船体结构发生低应力脆性断裂的几率大大增加。因此,必须采取相应的防脆断措施以保证大型集装箱船体结构的安全可靠性。为保证船体结构的安全可靠,防止脆性断裂破坏的发生,在船体结构设计中一般采用防开裂设计方法和止裂设计方法。目前,焊缝错位并利用基体钢板止裂可以避免开止裂孔、开止裂孔并在内部填充高韧性焊材两种设计方法的不足,但需要基体钢板具有足够的止裂性能。
针对大型集装箱船结构安全可靠性问题,2011年初,国际船级社协会(IACS)船体委员会专门成立了PT52工作组,制定了50~100 mm厚船用高强钢安全应用的相关标准。2013年1月,国际船级社协会(IACS)正式发布名为“YP47钢板的使用要求”的统一要求(编号UR W31),该规范适用于国际船级社协会所属船级社在2014年1月1日及以后签订的造船协议的船舶。IACS的统一要求止裂钢板的-10℃条件下止裂韧性(Kca)最低值为6000N/mm3/2 [1]。各船级社也相应颁布了关于超大型集装箱船用止裂钢的指南,其中包括日本船级社(NK)、英国劳氏船级社(LR)、挪威船级社(DNV)、美国船级社(ABS)、德国船级社(GL)、法国船级社(BV)及中国船级社(CCS)。在各国船级社的指南中,除了对材料的化学成分及常规的力学性能做要求外,还特殊指出材料在认可时必须进行深缺口试验或裂纹尖端张开位移(CTOD)试验、采用UR33附件2中的标准ESSO试验测试方法或其他可替代的方法(如双重拉伸试验方法等)以获得参考的裂纹止裂韧性值,同时需要满足一定的规定数值,并在材料认可达到要求后标识以COD或BCA后缀以区分满足不同性能要求的材料。
表1为主要船级社对超大型集装箱船用EH47的性能要求,可见与普通船板相比,除了材料的低温冲击要求提高外,在衡量材料的疲劳、止裂性能方面提出了额外的严格要求。