Gussteile für die Meeres- und Offshore-Technik: Materialien, Produkte und Standards

Gussteile für die Schiffs- und Offshore-Technik beziehen sich auf Gusskomponenten, die in Schiffen, Offshore-Plattformen und anderen Schiffstechnikgeräten verwendet werden. Diese Gussteile müssen in extremen Meeresumgebungen zuverlässig funktionieren und müssen daher eine hohe Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Zähigkeit und Ermüdungsbeständigkeit aufweisen.

1. Hauptprodukte von Gussteilen für die Meeres- und Offshore-Technik

Die Arten von Gussteilen für die Schiffs- und Offshore-Technik sind vielfältig und umfassen hauptsächlich die folgenden Kategorien:

(1) Strukturkomponenten für Schiffe und Offshore-Plattformen

Schiffsrumpfkomponenten: Wie Rumpfstützbalken, Ruderblätter, Propellerwellen, Rudergetriebegehäuse usw.

Offshore-Plattformkomponenten: Wie Bohrplattform-Stützteile, Plattformbeine, Fundamentstrukturen usw.

Schalen und tragende Teile: Wie Pumpengehäuse, Ventilkörper, Getriebegehäuse usw.

(2) Teile der Schiffsausrüstung

Offshore-Kranteile: Wie Kranarme, Drehteller, Zahnräder und Lagergehäuse.

Anker und Ankerkomponenten: Wie Ankerhaken, Ankerringe, Ankerketten usw.

Marine-Pipeline-Komponenten: Wie Pipeline-Halterungen, Flansche und Verbindungsteile.

(3) Stromversorgungssystemkomponenten für Schiffe und Plattformen

Motorkomponenten: Wie Zylinderköpfe, Zylinderblöcke, Kolben, Kurbelwellen usw.

Zahnräder und Lager: Wie Spiralräder, Zykloidenräder, Lagersitze usw.

(4) Andere spezielle Gussteile für die Meerestechnik

Teile der Tiefseebohrausrüstung: Zum Beispiel Tiefseebohrköpfe und mechanische Betriebsteile auf Bohrplattformen.

Teile von Offshore-Windkraftanlagen: Zum Beispiel Windkraftanlagensockel und Turmstrukturen.

2. Hauptanforderungen an Gusseisenmaterialien, die in Gussteilen für die Schifffahrt und Offshore-Technik verwendet werden

Die für Gussteile in der Schifffahrts- und Offshore-Technik verwendeten Materialien müssen hohe Standards erfüllen, da diese Komponenten in rauen Meeresumgebungen eingesetzt werden und eine hohe Korrosionsbeständigkeit, Festigkeit, Zähigkeit und Ermüdungsbeständigkeit bieten müssen. Die Hauptanforderungen sind:

(1) Anforderungen an die chemische Zusammensetzung

Korrosionsbeständigkeit: Um der Korrosion durch Meerwasser standzuhalten, erfordern Gussteile häufig höhere Legierungselemente wie Chrom, Nickel, Molybdän usw. Zu den gängigen Materialien gehören Gusseisen mit hohem Chromgehalt, rostfreies Gusseisen (für die Korrosionsbeständigkeit durch Meerwasser) und hochlegierte Stähle (z. B. , 12 % Chromstahl).

Kohlenstoffgehalt: Gusseisen hat im Allgemeinen einen Kohlenstoffgehalt von 2,5 % bis 4,0 %. Bei rostfreiem Gusseisen sollte der Kohlenstoffgehalt in einem geeigneten Bereich gehalten werden, um Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit in Einklang zu bringen.

Legierungselemente: Gussteile können die Zugabe von Elementen wie Chrom (Cr), Nickel (Ni), Molybdän (Mo), Titan (Ti) und Vanadium (V) erfordern, um die Korrosionsbeständigkeit und die mechanischen Eigenschaften zu verbessern, insbesondere in Meeresumgebungen.

(2) Anforderungen an die physikalischen Eigenschaften

Zugfestigkeit: Aufgrund der rauen Arbeitsbedingungen in der Meeresumwelt erfordern Gussteile typischerweise eine hohe Zugfestigkeit, die im Allgemeinen zwischen 350 und 600 MPa liegt.

Härte: Offshore-Gussteile erfordern oft eine hohe Härte für die Verschleißfestigkeit. Die Härte liegt im Allgemeinen im Bereich von HB200-300.

Zähigkeit: Zähigkeit ist entscheidend, insbesondere für Komponenten, die Welleneinschlägen, Druckschwankungen und anderen extremen Bedingungen standhalten müssen. Sphäroguss und rostfreies Gusseisen weisen beispielsweise eine gute Leistung in Bezug auf Schlagfestigkeit und Ermüdung auf.

Korrosionsbeständigkeit: In Meeresumgebungen sind Gussteile häufig Salzwasserkorrosion und Chloridionenerosion ausgesetzt, sodass Korrosionsbeständigkeit eine wichtige Voraussetzung ist. Legierungselemente wie Chrom, Nickel und Molybdän tragen zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit von Gussteilen bei.

(3) Anforderungen an den Gießprozess

Kontrolle der Gusstemperatur: Die Temperatur des geschmolzenen Metalls muss sorgfältig kontrolliert werden, um eine gute Fließfähigkeit sicherzustellen und Gussfehler zu vermeiden.

Anforderungen an die Fehlerfreiheit: Gussteile sollten frei von Rissen, Gaslöchern, Sandeinschlüssen und anderen Fehlern sein, um ein Versagen bei längerem Gebrauch zu verhindern.

3. Standards für Gussprodukte im Schiffs- und Offshore-Bereich

Die Standards für Gussprodukte im Schiffs- und Offshore-Bereich sind äußerst streng und decken in der Regel die folgenden Aspekte ab:

(1) Maßgenauigkeit und Oberflächenqualität

Maßgenauigkeit: Gussteile für den Schiffsbau erfordern eine hohe Präzision, die in der Regel nach internationalen Standards wie ISO 8062-3, GB/T 11352 usw. kontrolliert wird. Übliche Gusstoleranzklassen sind CT7-CT9.

Oberflächenqualität: Gussteile müssen eine glatte Oberfläche haben, frei von offensichtlichen Gussfehlern wie Rissen, Gaslöchern und Sandeinschlüssen. Die Oberflächenrauheit muss typischerweise Ra 3,2–6,3 μm betragen.

(2) Mechanische Eigenschaften

Zugfestigkeit: Je nach Teil muss die Zugfestigkeit typischerweise mindestens 350 MPa betragen, wobei einige Hochleistungsgussteile 600 MPa oder mehr erreichen.

Schlagzähigkeit: Gussteile für die Schifffahrt und Offshore-Technik erfordern eine gute Schlagzähigkeit, insbesondere wenn sie unter niedrigen Temperaturen oder Hochdruckbedingungen verwendet werden. Oft wird eine Schlagzähigkeit von 10–20 J gefordert.

Härte: Die Härte wird im Allgemeinen im Bereich von HB200–300 kontrolliert, wobei einige Gussteile eine höhere Härte erfordern, wie beispielsweise HB350.

(3) Korrosionsbeständigkeit

Salzsprühtest: Viele Schiffsgussteile werden einem Salzsprühtest unterzogen, um ihre Korrosionsbeständigkeit in Meerwasserumgebungen zu beurteilen. Die Korrosionsbeständigkeit von Gussteilen muss bestimmte Normen erfüllen, beispielsweise ISO 9227.

Chloridbeständigkeit: Schiffsgussteile benötigen eine gute Beständigkeit gegen chloridinduzierte Korrosion, da Meerwasser hohe Konzentrationen an Chloridionen enthält. Gussteile müssen eine hohe Beständigkeit gegen diese Art von Korrosion aufweisen.

(4) Qualitätskontrolle und Inspektion

Zerstörungsfreie Prüfung: Gussteile müssen einer Röntgen-, Ultraschall-, Magnetpartikel- oder Farbeindringprüfung unterzogen werden, um sicherzustellen, dass sie keine inneren Mängel wie Gaslöcher oder Risse aufweisen.

Maßprüfung: Zur Durchführung präziser Maßprüfungen werden hochpräzise Messwerkzeuge wie KMGs (Koordinatenmessgeräte), Laserscanner usw. eingesetzt.

(5) Anforderungen an die Wärmebehandlung

Einige Gussteile (insbesondere hochfeste Teile) erfordern möglicherweise Wärmebehandlungsprozesse wie Normalisieren, Glühen oder Abschrecken und Anlassen, um mechanische Eigenschaften wie Festigkeit, Zähigkeit und Verschleißfestigkeit zu verbessern.