Thép đóng tàu là gì? Các tiêu chuẩn cần biết

Thép đóng tàu là gì là câu hỏi quan trọng khi lựa chọn vật liệu cho thân tàu, boong, vách, đáy, sườn và nhiều kết cấu chịu lực khác. Thép đóng tàu là nhóm thép được sản xuất và kiểm soát để đáp ứng các yêu cầu về thành phần hóa học, cơ tính, độ dai, khả năng hàn và chất lượng bề mặt phù hợp với môi trường khai thác hàng hải.

Điểm khác biệt của thép dùng trong đóng tàu không chỉ nằm ở cường độ. Vật liệu còn phải phù hợp với thiết kế kết cấu, nhiệt độ làm việc, tải trọng động, yêu cầu chống nứt, quy trình hàn và quy phạm của tổ chức đăng kiểm áp dụng cho con tàu. Do đó, doanh nghiệp cần kiểm tra đồng thời mác thép, tiêu chuẩn, chứng chỉ vật liệu và khả năng truy xuất lô hàng.

Thép đóng tàu được sử dụng ở đâu?

Thép là vật liệu chính của nhiều tàu vận tải, tàu hàng, tàu dầu, tàu dịch vụ, tàu cá vỏ thép, sà lan và công trình nổi. Tùy thiết kế, thép có thể được sử dụng dưới dạng tấm, thép hình, ống, thanh và các chi tiết gia công.

• Tấm vỏ ngoài và đáy tàu.
• Boong chính, boong phụ và sàn kết cấu.
• Vách ngang, vách dọc và két.
• Sườn, dầm dọc, dầm ngang và nẹp gia cường.
• Kết cấu mũi, lái và khu vực máy.
• Bệ máy, bệ thiết bị, kết cấu boong và các cụm phụ trợ.

Yêu cầu kỹ thuật cơ bản đối với thép đóng tàu

Thành phần hóa học

Thành phần hóa học ảnh hưởng trực tiếp đến độ bền, độ dai, khả năng hàn và xu hướng nứt. Nhà sản xuất phải kiểm soát các nguyên tố theo giới hạn của tiêu chuẩn hoặc quy phạm tương ứng. Trong thực tế, kỹ sư hàn cũng quan tâm đến khả năng hàn của thép khi xây dựng quy trình công nghệ.

Giới hạn chảy và độ bền kéo

Hai chỉ tiêu này phản ánh khả năng chịu tải của vật liệu. Thiết kế kết cấu sử dụng các giá trị cơ tính phù hợp với cấp thép để xác định chiều dày, khoảng cách gia cường và cấu hình kết cấu.

Độ giãn dài

Độ giãn dài thể hiện khả năng biến dạng dẻo trước khi phá hủy. Đây là chỉ tiêu quan trọng đối với kết cấu chịu tải động và các vùng có tập trung ứng suất.

Độ dai va đập

Độ dai va đập giúp đánh giá khả năng chống phá hủy giòn, đặc biệt khi kết cấu làm việc ở nhiệt độ thấp hoặc chịu tải va đập. Các cấp thép khác nhau có thể được yêu cầu thử ở các mức nhiệt độ khác nhau.

Khả năng hàn

Đóng tàu sử dụng khối lượng mối hàn rất lớn. Vì vậy, thép cần có khả năng hàn phù hợp để hạn chế nứt nóng, nứt lạnh và suy giảm cơ tính vùng ảnh hưởng nhiệt. Quy trình hàn phải được xây dựng theo vật liệu, chiều dày, liên kết và điều kiện thi công cụ thể.

Các nhóm mác thép đóng tàu phổ biến

Trong hệ thống phân cấp thép hàng hải, người dùng thường gặp nhóm thép cường độ thông thường và nhóm thép cường độ cao. Cách ký hiệu cụ thể phụ thuộc quy phạm và tiêu chuẩn áp dụng.

Thép cường độ thông thường

Các cấp như A, B, D và E thường được dùng để phân biệt yêu cầu chất lượng và độ dai ở các điều kiện thử khác nhau. Việc lựa chọn cấp nào do thiết kế và quy phạm xác định theo vị trí kết cấu, chiều dày, nhiệt độ thiết kế và mức độ quan trọng.

Thép cường độ cao

Các mác như AH, DH và EH kết hợp với cấp cường độ được sử dụng ở những kết cấu cần khả năng chịu tải cao hơn. Ví dụ, AH36, DH36 và EH36 là các ký hiệu thường gặp trong ngành. Chúng có cùng nhóm cường độ danh nghĩa nhưng khác yêu cầu về độ dai va đập và điều kiện thử.

Không nên thay thế một mác thép bằng mác khác chỉ vì có giới hạn chảy cao hơn. Việc thay vật liệu cần được đánh giá về độ dai, khả năng hàn, quy phạm, thiết kế và chấp thuận kỹ thuật.

Tiêu chuẩn và quy phạm thép đóng tàu cần hiểu như thế nào?

Tiêu chuẩn thép đóng tàu có thể đến từ tiêu chuẩn quốc gia, tiêu chuẩn quốc tế, tiêu chuẩn của nhà sản xuất hoặc quy phạm của tổ chức phân cấp tàu. Trong dự án thực tế, bản vẽ và hồ sơ kỹ thuật sẽ quy định bộ yêu cầu áp dụng.

Các tổ chức đăng kiểm và phân cấp tàu xây dựng quy phạm về vật liệu, hàn, kiểm tra và kết cấu. Nhiều yêu cầu kỹ thuật trong ngành được hài hòa thông qua Hiệp hội các tổ chức đăng kiểm quốc tế IACS. Tuy nhiên, chủ đầu tư không nên hiểu IACS như một mác vật liệu; đây là hệ thống yêu cầu và thống nhất kỹ thuật giữa các tổ chức thành viên.

Vai trò của tổ chức đăng kiểm đối với thép đóng tàu

Đối với tàu đóng theo cấp, vật liệu quan trọng thường phải có chứng nhận phù hợp và khả năng truy xuất. Tổ chức đăng kiểm có thể yêu cầu nhà máy thép, quy trình sản xuất, thử nghiệm và chứng chỉ đáp ứng quy phạm tương ứng.

Nhà máy đóng tàu cần đối chiếu chứng chỉ với dấu nhận dạng trên tấm thép, số mẻ, số tấm, chiều dày và hồ sơ nhập kho. Việc cắt nhỏ tấm thép cũng cần có phương pháp chuyển dấu hoặc quản lý mã để duy trì truy xuất đến khi kết cấu được lắp lên tàu.

Chứng chỉ vật liệu của thép đóng tàu

Chứng chỉ vật liệu là tài liệu quan trọng để xác nhận nguồn gốc và kết quả kiểm tra của lô thép. Tùy yêu cầu hợp đồng và quy phạm, chứng chỉ có thể thể hiện:

• Nhà sản xuất và nhà máy sản xuất.
• Mác thép, tiêu chuẩn hoặc quy phạm áp dụng.
• Số mẻ luyện, số tấm hoặc mã truy xuất.
• Kích thước và khối lượng.
• Thành phần hóa học.
• Kết quả thử kéo và các thử nghiệm cơ tính liên quan.
• Kết quả thử va đập khi được yêu cầu.
• Dấu hoặc xác nhận của tổ chức liên quan nếu thuộc phạm vi chứng nhận.

Doanh nghiệp nên kiểm tra chứng chỉ trước khi đưa thép vào sản xuất, tránh trường hợp đã cắt – hàn rồi mới phát hiện sai cấp vật liệu hoặc thiếu hồ sơ.

Thép tấm đóng tàu và yêu cầu về kích thước

Thép tấm đóng tàu được cung cấp với nhiều chiều dày, chiều rộng và chiều dài khác nhau. Kích thước được lựa chọn theo kết cấu, khả năng gia công và phương án nesting để tối ưu vật liệu.

Ngoài dung sai kích thước, nhà máy cần quan tâm đến độ phẳng, chất lượng bề mặt, trạng thái mép và hiện tượng khuyết tật. Tấm cong vênh quá mức có thể làm tăng thời gian nắn, gây sai lệch khi tổ hợp và ảnh hưởng đến chất lượng hàn.

Tại sao độ dai quan trọng với thép tàu biển?

Tàu biển chịu tải trọng lặp từ sóng, rung động máy và thay đổi trạng thái tải. Một số vùng kết cấu có ứng suất cao hoặc làm việc ở nhiệt độ thấp. Vật liệu có độ dai phù hợp giúp giảm nguy cơ phá hủy giòn khi xuất hiện khuyết tật hoặc tập trung ứng suất.

Vì vậy, cùng mức cường độ nhưng thép có cấp độ dai khác nhau có thể được bố trí ở các vị trí khác nhau. Thiết kế cần tuân thủ bảng vật liệu và yêu cầu phân vùng kết cấu trong quy phạm.

Kiểm soát thép trước khi đưa vào sản xuất

1. Đối chiếu đơn hàng: kiểm tra mác, chiều dày, kích thước, tiêu chuẩn và số lượng.
2. Kiểm tra chứng chỉ: so sánh số mẻ, cơ tính, thành phần và dấu chứng nhận nếu có.
3. Kiểm tra nhận dạng: bảo đảm dấu trên tấm khớp với hồ sơ.
4. Kiểm tra bề mặt: phát hiện gỉ nặng, rỗ, vết cán, nứt, cong vênh hoặc hư hỏng vận chuyển.
5. Quản lý kho: phân loại theo dự án, mác và chiều dày để tránh cấp nhầm vật liệu.
6. Quản lý truy xuất sau cắt: chuyển mã nhận dạng cho các chi tiết theo quy trình của nhà máy.

Ảnh hưởng của thép đến công nghệ hàn

Mác thép, chiều dày và trạng thái vật liệu quyết định nhiều thông số của quy trình hàn. Kỹ sư cần lựa chọn vật liệu hàn tương thích, phương pháp hàn, nhiệt đầu vào, nhiệt độ giữa các lớp và yêu cầu gia nhiệt khi cần thiết.

Đối với thép cường độ cao hoặc kết cấu quan trọng, kiểm soát hydro khuếch tán, độ sạch mép hàn và trình tự hàn là những yếu tố quan trọng. Sau hàn, mối hàn được kiểm tra theo cấp chất lượng và phương pháp được quy định trong hồ sơ kỹ thuật.

Kiểm tra không phá hủy đối với kết cấu thép

Kiểm tra không phá hủy giúp đánh giá mối hàn mà không làm hỏng sản phẩm. Tùy loại liên kết và yêu cầu, nhà máy có thể sử dụng kiểm tra trực quan, thẩm thấu, từ tính, siêu âm hoặc chụp bức xạ.

Phạm vi và tỷ lệ kiểm tra không nên tự quyết định theo kinh nghiệm đơn lẻ mà phải căn cứ hồ sơ thiết kế, quy phạm, quy trình chất lượng và yêu cầu của chủ tàu hoặc đăng kiểm.

Chống ăn mòn cho thép đóng tàu

Thép có nguy cơ ăn mòn trong nước biển và môi trường ẩm. Giải pháp bảo vệ thường kết hợp thiết kế thoát nước, xử lý bề mặt, hệ sơn phù hợp, bảo vệ điện hóa tại khu vực cần thiết và chương trình kiểm tra định kỳ.

Hiệu quả chống ăn mòn phụ thuộc mạnh vào chất lượng chuẩn bị bề mặt và thi công lớp phủ. Chọn thép đúng mác nhưng sơn không đạt yêu cầu vẫn có thể làm tuổi thọ kết cấu suy giảm nhanh.

Sai lầm thường gặp khi mua thép đóng tàu

• Chỉ so sánh giá theo kilogram mà bỏ qua chứng chỉ và nguồn gốc.
• Đặt đúng cường độ nhưng sai cấp độ dai.
• Không kiểm tra tổ chức đăng kiểm hoặc quy phạm mà dự án yêu cầu.
• Không yêu cầu khả năng truy xuất theo số mẻ và số tấm.
• Mua kích thước không phù hợp gây tỷ lệ phế liệu cao.
• Không đánh giá khả năng hàn của mác thép với công nghệ hiện có.
• Trộn lẫn vật liệu trong kho hoặc mất dấu sau khi cắt.

Bảng thông tin nên có khi yêu cầu báo giá thép đóng tàu

Cách lựa chọn thép đóng tàu phù hợp

Quy trình đúng là bắt đầu từ thiết kế và quy phạm, sau đó mới chuyển thành yêu cầu mua hàng. Bộ phận mua hàng không nên tự thay đổi mác thép hoặc nhà sản xuất nếu chưa có đánh giá kỹ thuật. Khi cần thay thế, phải kiểm tra tương đương về cơ tính, độ dai, hàn, chứng nhận và được các bên có thẩm quyền chấp thuận.

Kết luận

Hiểu thép đóng tàu là gì giúp doanh nghiệp kiểm soát một trong những đầu vào quan trọng nhất của dự án đóng tàu. Ngoài mác và cường độ, cần quan tâm đến độ dai, khả năng hàn, tiêu chuẩn, quy phạm đăng kiểm, chứng chỉ vật liệu và truy xuất nguồn gốc. Quản lý tốt từ khâu mua hàng đến kho, cắt, hàn và nghiệm thu sẽ giảm rủi ro kỹ thuật và hỗ trợ bảo đảm chất lượng kết cấu tàu.

Câu hỏi thường gặp về thép đóng tàu

Thép đóng tàu có giống thép kết cấu thông thường không?

Không nên xem là hoàn toàn giống nhau. Thép đóng tàu được lựa chọn theo quy phạm hàng hải với yêu cầu cụ thể về cơ tính, độ dai, hàn và chứng nhận. Việc thay thế phải được đánh giá theo hồ sơ kỹ thuật.

AH36, DH36 và EH36 khác nhau ở điểm nào?

Đây là các mác thép cường độ cao thường gặp trong đóng tàu. Chúng thuộc cùng nhóm cường độ nhưng có yêu cầu khác nhau về độ dai và điều kiện thử, vì vậy vị trí sử dụng phải theo thiết kế và quy phạm.

Khi mua thép đóng tàu cần yêu cầu chứng từ gì?

Cần yêu cầu chứng chỉ vật liệu phù hợp hợp đồng và quy phạm, có thông tin mác thép, số mẻ, kích thước, thành phần hóa học, cơ tính và các xác nhận cần thiết để truy xuất.