高强度钢在船体结构中的应用与使用要求分析

孙 辉

（烟台打捞局，山东 烟台 264012）

近几年来，随着我国社会经济水平的不断提升，船舶行业得到了健康发展，高强度钢在船体结构中实现了全面应用。随着船舶行业的快速发展，人们对应用高强度钢有着深入的了解，从思考小体积船体重量到提升材料屈服强度上，找出并探究了材料特性及节点疲劳强度，以此让高强度钢作用能够在船体结构中充分发挥，在实现船体结构优化的同时，延长船体应用年限，从而给人们带来理想的效益。下面，文章将进一步对高强度钢在船体结构中的应用与使用要求进行阐述和分析。

1 高强度钢的基本概述

从高强度钢自身角度来说，其主要是根据时代发展及技术水平提升而演变的。通常情况下，其屈服强度应该超过 1 370 MPa（140 kgf/mm2），抗拉强度超过1620MPa（165kgf/mm2）。只有满足上述标准的钢材才被称之为高强度钢。结合合金程度以及组织成分进行划分，刚强度钢可以划分为多种类型，例如低合金中碳马氏体强化超高强度钢、中合金中碳二次沉淀硬化型超高强度钢等。

2 高强度钢类型

2.1 折叠低合金

低合金中碳马氏体强化型超高强度钢是根据低合金调质钢发展才得以形成和应用。通常情况下，从折叠低合金自身角度来说，其含有的合金元素数量一般不会超出6%，且在折叠低合金中，通常涉及了传统意义上的镍铬钼调质钢，其中含有的碳元素含量为0.45%。而折叠低合金中也包含了大量的铬锰硅镍钢，其含碳量是0.30%。经过真空熔炼，能够有效减少钢中杂质元素含量，并且提升钢自身韧性。因为钢合金元素含量相对较少，投放的成本偏低，生产工艺较为简便，被广泛的应用在船舶结构制造、发动机轴等领域中。

2.2 折叠中合金

中合金中碳二次沉淀硬化型超高强度钢则是根据5%Cr型模具形成起来的。因为其在高温的环境下，具备的刚度及韧性相对较高，并且抗热性能相对理想，组织较为稳定，适合应用在船舶制造中。其中最为典型的钢种有H11和H13等。

2.3 折叠高合金

高合金中碳Ni-Co型超高强度钢，其则是结合自身韧性及脆性程度，在9%Ni型低温钢逐渐发展的情况下形成。在9%Ni钢中适当的增加钻，能够有效的提升钢的Ms温度，降低钢中残余奥氏体。并且，钻在镍钢中能够发挥固溶强化的效果，通过采用加钻的方式，有效的提升钢的自回火性，利于在回火的过程中形成强化效应。从折叠高合金自身角度来说，自身含有一定的力学特性，并且抗腐蚀能力比较强，操作工艺较为便利，被应用在航空、航天等领域中。

3 高强度钢在船体结构中的应用与使用要求

3.1 基本依据

在船体结构设计的过程中，为了将刚强度钢作用得到充分发挥，需结合高强度钢性能及类型，科学设定设计图示，并交由相关部门进行审核。在进行设计时，要想核算出船体结构强度，需要对建立船舶梁体结构类型及应用材料属性进行确定。严格按照设计标准，在对船体材料进行选择过程中，需要确保起强度值应该根据高强度钢情况加以核算。为了防止由于高强度钢中自身存在一定漏洞或者不足，将会使得结构在承受高水平荷载的情况下发生损坏现象。从另一个角度来说，高强度钢系数k得到了科学把控，造成高强度钢实际应用效率不断降低，提升了结构重量。如：某船体结构自身重量为3万t，船体长度是300m，载重量已经超出30万t，空船情况下重量是4.8万t。在对船体结构基本要素进行核算的过程中，横剖面在甲板及船底处船体梁静剖面模数最小值是：

式中：Cw为波浪系数；h为高刚度钢系数；B为型宽；Cb为方形系数。

在应用高强度钢的过程中，需要根据设计标准，保证垂向惯性矩之比是IH32/IH40，换句话说，在使用等级为H40高强度钢的过程中，同等尺寸下的船体结构能够承载的重力水平比应用H32等级的高强度钢超出30%以上。由此可见，通过应用H40的高强度钢，能够在确保船舶尺寸及装载能力的基础上，降低构件规格。

3.2 提升船体结构比例

（1）结构抗屈曲能力。要确保包括板及组合型材和主要支撑构建在内的各个层次船体结构具备较强的平稳性，需要对构件尺寸及特性加以科学把控。针对承受面内轴向载荷的板，其屈曲限值计算公式是：

式中：kS为边界条件系数；E为材料弹性模量；t为板的厚度；γ为材料泊松比；s为板格宽度。根据公式得知，如果把板荷载水平控制在某一范畴内，应用H40等级的高强度钢板厚是应用H32等级高强度钢的0.8倍，重量相对减少10%左右。

（2）高强度比例。有限元方式作为当前船舶结构强度核算的主要方式，在进行船舶设计的过程中，其起到了关键性作用。通过对结构模型的数学化分散，能够快速了解结构各个应力分布情况，同时找出结构应力集中峰值，根据实际情况，对结构分布情况进行调整，实现结构安全性的提升。

4 结 语

总而言之，在进行船舶结构设计时，通过把刚强度钢运用其中，能够有效的降船体重量，极大限度的提升船舶产品市场竞争智力。随着现代化技术及科学技术的提升，在不久将来，诸多新型高强度钢逐渐出现，并应用到船舶产品设计工作中，实现船舶性能的提升，促进船舶事业的稳定发展。