Acélok

A megfelelő szerkezeti anyag kiválasztása a tervező kizárólagos felelőssége. Az anyagkiválasztás nagy gondosságot és gyakorlatot, de bizonyos anyagszerkezeti ismerete-ket is kívánó eljárás. Az alábbiakban a hajóépítő acélokról szólunk, de csupán a megfelelő anyagkiválasztást lehetővé tevő legszükségesebb ismereteket közöljük.

A vas – szén ötvözetek két alapvető típusa ismeretes: az öntöttvas és az acél (acél-öntvény, kovácsolt acél, hengerelt és húzott acél). Az 1,7%-nál kisebb széntartalmú vas – szén ötvözeteket acéloknak, a 0,83% széntartalomnál kisebb széntartalmú acélokat pedig szerkezeti acéloknak nevezzük. A szerkezeti acélokon belül a 0,23%-nál kisebb széntar-talmú acélok tartoznak az ún. hegeszthető szerkezeti acélok kategóriájába. Itt kell megje-gyeznünk, hogy gyakorlatilag valamennyi acélfajta hegeszthető, csupán annyi a különbség, hogy a nagyobb széntartalmú acélok hegesztése speciális hegesztési technológiát igényel.

Napjainkban a tartószerkezetekhez, így a hajóépítési gyakorlatban is szinte kizárólag 0,23%-nál kisebb széntartalmú szerkezeti acélokat alkalmaznak.

Az acélnak nevezett vas – szén ötvözet e két összetevőn kívül más alkotókat – fémes és nem fémes elemeket is tartalmaz. Ha ezeket szándékosan adalékolják az acélhoz, ötvöző anyagoknak, ha más módon, például az acélgyártás folyamán az ércből vagy bármilyen más módon kerülnek az acélba, szennyező anyagoknak nevezzük. Az 1.1. táblázat a hajó-építő acélok legfontosabb ötvözőit és adalékanyagait, illetve azoknak az acél néhány fontos jellemzőjére, fizikai tulajdonságára gyakorolt hatását mutatja.

1. A HAJÓÉPÍTÉSBEN HASZNÁLT SZERKEZETI ANYAGOK 11

Megnevezés Ötvözők

C Si Mn Al

Rugalmassági határ + + +

Folyáshatár + + +

Szakítószilárdság + + +

Nyúlás - - -

Ütőmunka - - -

Hegeszthetőség +

Hideg- és melegalakíthatóság - +

Keménység + + +

Forgácsolhatóság - - -

0.1. táblázat: Különféle összetevők hatása az acél tulajdonságaira (+) növeli / (-) csökkenti Szilíciumot és alumíniumot az acélgyártás utolsó fázisában adalékolnak az olvadékhoz. A szilícium (Si) és az alumínium (Al) a gyártási eljárás során az acélba került oxigént Si203

(szilíciumdioxid), illetve Al₂O₃ (alumíniumoxid) formájában köti meg és a salakban tartja.

Többlet alumínium bevitele az olvadékban lévő nitrogén alumínium-nitrát - Al(NO3)3 – formájában történő lekötését is elvégzi, ami finomszemcséssé, belső feszültségektől men-tesebbé teszi az acél szövetszerkezetét. Ezt a két metallurgiai eljárást együttesen dezoxidációnak vagy csillapításnak nevezik. Valamennyi hajóépítő acél csillapított, illetve – az adalékolt csillapító anyagok százalékos mennyiségétől függően - félig csillapított acél.

Minthogy a szilícium jelenléte csökkenti az acélok hideg- és melegalakíthatóságát, e ked-vezőtlen hatás mérséklése érdekében az anyagban lévő szilícium mennyiségénél legalább kétszer több mangán (Mn) ötvöző jelenléte is szükséges. Az 1.1 táblázatból látható, hogy a mangán a forgácsolhatóság kivételével minden más tulajdonság tekintetében javítja az acél minőségét. A 0,8%-nál nagyobb mangán tartalmú acélokat szén-mangán acéloknak neve-zik.

Az acélok további fontos ötvözői és azok hatása az acél fizikai tulajdonságaira:

Króm (Cr) : növeli az acél keménységét, folyáshatárát, szakítószilárdságát, korrózióállóságát

Nikkel (Ni) : növeli az acél szakítószilárdságát, folyáshatárát, nagy szilárdságúvá és kor-rózióállóvá teszi az acélt (5% Ni-tartalom fölött kiváló korrózióállóság) (18% Cr és 8% Ni tartalom esetén króm-nikkel acélokról beszélünk) Réz (Cu): növeli az acél szilárdságát, korrózióállóságát, de rontja nyúlását, ridegebbé

teszi az acélt A legfontosabb szennyezők:

Kén (S): a vassal szulfidosodik, amely az acél melegrepedékenységét okozza (ez hengerléskor jelent komoly repedési veszélyt)

Foszfor (P): hideg állapotban repedékennyé, ütésszerű igénybevételek felvételére alkal-matlanná teszi az acélt

12 HAJÓÉPÍTÉS I.

www.tankonyvtar.hu  Hadházi Dániel, BME

A hajóépítő acélokban a kén (S) és a foszfor (P) külön-külön 0,04%-nál, míg együttesen 0,05%-nál nagyobb mennyiségben nem engedhető meg. A kén és a foszfor a nyersvas gyártás során az ércből kerülhet be az olvadékba.

Oxigén és Nitrogén (O; N): a megszilárdult acél belső struktúrájában jelenlévő oxigén és nitrogén zárványok károsan befolyásolják az acél szilárdsági tulajdonságait, növelik az acél ridegségét és öregedési hajla-mát

Az acélok különféle tulajdonságát nem csupán ötvözők adalékolásával, hanem hőkeze-léssel is meg lehet változtatni. A hőkezelési eljárás az adott acélanyag meghatározott hő-mérsékletre való hevítéséből, majd az azt követő meghatározott sebességű lehűtéséből áll.

A hőkezelési eljárások során belső szövetszerkezeti átalakulások mennek végbe az anyag-ban. A hőkezelés célja lehet

- keményítés (keményebbé, nagyobb szilárdságúvá alakítás) és

- kiizzítás (lágyabbá, szívósabbá, könnyebben megmunkálhatóvá alakítás) A hőkezelések fajtái:

Edzés: Kb. 800 – 900 C⁰-ra felhevítés, majd igen gyors lehűtés. Ez az eljárás belső feszültségek kialakulásához vezet, amely rideggé, repedékennyé, ne-hezen alakíthatóvá, de nagy szilárdságúvá és keménnyé teszi az acélt. He-gesztéskor a hegesztési varrat környezetében ilyen hőkezelést szenved az anyag. A gyors hűtést a környező alacsonyabb hőmérsékletű anyagrészek nagy hővezető képessége okozza. Minél nagyobb egy acél szén-, illetve öt-vöző tartalma, annál inkább hajlamos a varrat környezete a gyors lehűlésre, azaz az ún. hegesztés utáni. „beedződés”-re.

Lágyítás: Kb. 800 – 900 C⁰-ra történő hevítés, hőn tartás, majd lassú, kemencében való hűtés. Ezzel az eljárással a hidegalakítás során felkeményedett anyag szívósabbá és kevésbé keménnyé tehető.

Normalizálás:

Kb. 800 – 900 C⁰-ra történő hevítés, majd lassúhűtés levegőn. A hajóiparban használt valamennyi melegen hengerelt lemez és idomacél, a gyártás során gyakorlatilag ilyen hőkezelést szenved el, amelynek következtében finom szemcseszerkezetűvé, belső feszültségektől mentessé válik az anyag.

Megeresztés: Célja az edzéskor keletkezett feszültségek feloldása. Az acélt 250 – 350 C⁰ -ra hevítik, majd lassan, kemencében lehűtik. A megeresztéshez hasonló hő-kezelési eljárást alkalmaznak a többszörösen hegesztett szerkezetek belső feszültségeinek kiegyenlítése, illetve az intenzív hőbevitel okozta deformá-ciók csökkentése érdekében, amikor a lemez bizonyos területeit lánggal he-vítik.

Nemesítés: Egymás után alkalmazott edzés és megeresztés, aminek következtében nem csupán keménnyé és szilárddá, de szívóssá is válik az anyag.

1. A HAJÓÉPÍTÉSBEN HASZNÁLT SZERKEZETI ANYAGOK 13