В судостроении применяются черные металлы, в первую очередь углеродистые
стали, обладающие пластичностью, хорошо свариваемые и противостоящие
коррозии от воздействия соленой воды.
Стали. Применяют углеродистые судостроительные стали марок ВМСт. Зсп и
С. Индексы означают: В – группа стали, которая характеризуется
различными механическими свойствами и химическим составом; М – сталь
изготовляется в мартеновских печах; сп – спокойная плавка; С –
судостроительная сталь. Предел текучести этих сталей бT = 240 кГ/мм2.
Углеродистые стали отличаются малым содержанием углерода (0,14-0,22%), а
также вредных примесей серы и фосфора (не более 0,05%). Известно, что
сера придает металлу красноломкость, а фосфор – хладоломкость.
Применяются низколегированные судостроительные стали марок 09Г2, 09Г2С,
10Г2С1Д и 10ХСНД с более высокими пределами текучести бT = 300-400 кГ/мм2
с низким содержанием углерода (не более 0,12%) и добавками марганца,
кремния, хрома, меди и никеля.
Стали поставляются металлургической промышленностью в виде листового
проката толщиной от 4 до 32 мм и профильного проката. Длина поставляемых
листов до 8000 мм, ширина-до 2500 мм.
В судостроении ковкой преимущественно изготовляют мелкие детали (штыри,
леерные стойки, коуши и т. п.). Судовые поковки изготовляют
из-углеродистой или легированной стали. К сталям с особыми физическими
или физико-механическими свойствами относятся:
1) нержавеющая сталь, обладающая высокой сопротивляемостью коррозии. В
ее составе характерно содержание не менее 12% хрома, способствующего
образованию на поверхности стойкой окисной пленки, предохраняющей сталь
от окисления. Эта сталь хорошо сваривается и позволяет получать прочные,
устойчивые к коррозии детали. Нержавеющая сталь в морском судостроении
используется как заменитель цветных металлов и сплавов для изготовления
облицовки гребных валов, лопаток турбин и т. п.;
2) немагнитная сталь обладает слабой магнитной проницаемостью. Это
достигается высоким ее легированием, при котором в состав стали вводятся
никель и марганец. При добавлении в эту сталь свыше 13% хрома она
приобретает дополнительные свойства стойкости против коррозии и
кислотостойкости. Немагнитная сталь в судостроении применяется для
изготовления корпусов и элементов навигационных приборов, оборудования и
т. п.;
3) плакированная сталь – конструкционная углеродистая или
низколегированная сталь, покрытая тонким слоем нержавеющей стали. Такая
сталь, обладая высокой прочностью основного материала, является
коррозионностойкой и вместе с тем позволяет экономить дорогой и
дефицитный никель;
4) жароупорная сталь, легированная хромом, кремнием и алюминием, не
окисляется и, благодаря введению молибдена, вольфрама, ванадия и прочих
примесей, обладает высоким сопротивлением механическим нагрузкам во
время работы при высоких температурах;
5) износоустойчивая сталь содержит 1,0-1,3% углерода и 11,0-14,0%
марганца, применяется для изготовления способом фасонного литья деталей,
работающих на износ под давлением, таких, например, как детали
землечерпательных ковшей, драг и т. п.
Чугуны. В судостроении широко используется серый чугун благодаря его
хорошим литейным качествам и относительной легкости механической
обработки. Чугунные отливки дешевле стальных и применяются для
изготовления гребных винтов, кнехтов, деталей судовых устройств, дельных
вещей и т. д.
Широкое применение в судостроении получили и модифицированные чугуны, в
состав которых вводятся примеси-модификаторы (силикокальций,
ферросилиций, силикоалюминий и т. д.), повышающие механические свойства
отливок. Из этого чугуна изготовляют рамки иллюминаторов, гребные винты,
цилиндрические втулки и прочее.
Ковкий чугун, являющийся разновидностью серого чугуна, получается путем
длительной термической обработки (отжига), отливок из хрупкого белого
чугуна. Благодаря такой обработке чугун получает некоторую пластичность
– ударостойкость и меньшую хрупкость при механическом воздействии.
Детали из ковкого чугуна широко применяют в судовых системах.
В судостроении применяются следующие цветные металлы.
Алюминий и его сплавы получили широкое применение благодаря малому
удельному весу (26-28 г/см³), относительной прочности (бв до 470
кг/мм²), а также немагнитности и легкости обработки и т. п.
Введение в алюминиевые сплавы магния, марганца, кремния, меди, железа и
других компонентов (от 1,5 до 20%) изменяет их механические и
технологические свойства.
Дюралюминий – алюминиево-медный сплав, термически обработанный,
превосходит по прочности даже некоторые стали, но из-за низкой
коррозионной стойкости он находит ограниченное применение в
судостроении.
Присадки кремния, магния, меди и цинка улучшают некоторые качества
алюминия, например литейные, прочность, твердость, но одновременно и
ухудшают его пластичность, коррозионную стойкость и т. д.
Медь и ее сплавы. Мед ь в судостроении применяется почти исключительно
для изготовления трубопроводов в специальных системах, в электротехнике
или как декоративный поделочный материал.
Бронза представляет собой сплав меди и олова, марганца, железа и других
элементов. Кроме оловянистых бронз, применяют и безоловянистые,
представляющие собой сплавы меди с алюминием и другими металлами без
добавления олова, которое является дефицитным и дорогим металлом.
Бронзы отличаются высокой антикоррозионной стойкостью и применяются
преимущественно для изготовления ответственных отливок, работающих на
трение в морской воде. Из бронзы изготовляют арматуру, детали судовых
устройств, втулки, муфты и т. г
Латунь – сплав меди с цинком. Цинк повышает прочность и пластичность
сплава. Содержание в латуни около 30% цинка делает ее максимально
пластичной, а около 45%-максимально прочной.
Латунь хорошо прокатывается и куется. Из нее изготовляют поделочные
листы и прутки, трубы, прессованные детали сложной конфигурации и прочие
детали, получаемые литьем, прокатом, ковкой, штамповкой и прессованием и
предназначенные для работы в воде, влажном воздухе и других агрессивных
средах.
Антифрикционные сплавы изготовляют на основе олова, свинца и алюминия.
Эти сплавы применяют в судостроении для заливки подшипников скольжения,
которые характеризуются малым коэффициентом трения, высокой
пластичностью, минимальным износом и нагревом.
Титан и его сплавы являются новейшими прогрессивными конструкционными
материалами. Они характеризуются высокой прочностью, пластичностью,
малым удельным весом (45 г/см³), высокой температурой плавления и
большой антикоррозионной стойкостью.
Легирующие добавки к титану – алюминий, хром, марганец, ванадий, железо,
молибден и олово – значительно повышают прочность сплава.
Титановые сплавы хорошо свариваются электросваркой в атмосфере аргона
или гелия. Титановые сплавы куются, штампуются и прокатываются, что
позволяет изготовлять из них и профильные материалы.
Титан и его сплавы пока относительно дорогие материалы, но по мере
совершенствования технологии их производства стоимость их быстро
снижается, и эти материалы все шире применяют в судостроении для
изготовления особенно ответственных деталей корпуса и его элементов.